Prizma kompresörünün rotor profilinin tasarımı ve sayısal simülasyonu

Geniş açılı rotor kompresörünün rotor profilinin tasarımı ve sayısal simülasyonu, Zhang Zhaohe (Harbin Teknoloji Enstitüsü (Weihai, Shandong Weihai 264209) tasarım veya seçim yöntemi tarafından gerçekleştirildi. Prizmatik kompresör test prototipinin tasarımı için CFD Analiz benimsenmiştir.

1 Bağımsız fikri mülkiyet haklarına sahip yeni bir döner hacimsel kompresör olarak prizmatik kompresörün genel bakış (Buluş Patent Numarası: ZL200610042114.8), piyasa avantajlarına sahip mevcut vida kompresörü ile karşılaştırıldığında, basit rotor işleme ve daha az sızıntı geçişine sahiptir. (Sızıntı Üçgeni Yok, Alım ve Egzoz Portlarının Esnek Tasarımı, Düşük Yatak Seçim Gereksinimleri, Düşük Çalışma Hızı, Düşük Üretim Maliyeti, Yüksek Çalışma Verimliliği, vb.)

Prizmatik kompresör çok çeşitli uygulamalara sahiptir ve temel olarak bir vida kompresörü için geçerlidir. Prizmatik kompresör teknolojisinin mevcut endüstriyel teknolojiye göre uygulanması, prizmatik kompresörün rotor profilinin seçimi ve tasarımı ve prizmatik kompresörün rotor profilinin seçimi ve tasarımı gibi mevcut vida kompresör teknolojisinin kalıtımını en üst düzeye çıkarabilir. . Yatakların seçimi ve tasarımı, şaft contaları, senkron dişliler ve makine yapıları mevcut vida kompresörlerinin teknik başarılarını tam olarak kullanabilir. Bu, prizmatik kompresörlerin tanıtımı ve prizmatik kompresörlerin çalışma prensibidir. İki taraflı bir simetrik ark şeklindeki rotor profili tasarlandı ve test prototipinin ana bileşenleri tasarlandı. Daha sonra CFD tabanlı sayısal simülasyon sıkıştırma işleminde gerçekleştirildi.

2 Rotor Profil Tasarımı Prizmatik kompresörde, rotorun profil tasarımı tüm prizmatik kompresör tasarımında anahtar bir görevdir. Meshing yasasına göre, prizmatik kompresörün erkek ve dişi rotorları üzerindeki sırt tipi yüz sayısının içbükey tipteki oluk sayısına oranı, çapın veya yarıçapının oranı oranına eşittir. Anot ve katot ile anot ve katot genellikle tercih edilir. Kaburga tipi yüzlerin sayısının oluk tipi yüz sayısına oranı 2/2, 2/3, 3/3, 3/4, vb., Böylece mümkün olan en yüksek basınç oranı elde edilebilir.

Vidalı kompresöre benzer şekilde, prizmatik kompresörün rotor profili hem simetrik bir çizgiye hem de asimetrik bir çizgiye ve tek taraflı bir çizgiye ve çift taraflı bir tipe sahiptir. Vida kompresörü için, sızıntı üçgenin tüm makinenin sızıntısı ve güç tüketimi üzerindeki etkisini en aza indirmek için çeşitli asimetrik çizgiler tasarlanmıştır, ancak prizmatik kompresör için, üçgen sızdırılır, yapıda bulunmadığından Böylece, rotor tipi çizgisinde keskin noktayı ve stres konsantrasyonunu önleyen ve prizmatik kompresörün tasarımını, üretilmesini ve hata ayıklamasını sağlayan basit bir ikili simetrik çizgi kullanılabilir. Bu yazıda, iki taraflı simetrik dairesel ark çizgisi, rotor kombinasyon şemasının prizmatik kompresörünün rotor profilinin tasarım sürecini 2/3 olan profil sayısıyla göstermek için örnek olarak alınmıştır.

Groove tipi 3 olan dişi rotorun iki simetrik dairesel ark çizgisi gösterilir ve zift dairesinin yarıçapı RA'dır. Erkek rotorun sırt sayısı ile iki taraflı simetrik dairesel arkı 2'dir ve zift dairesi gösterilir. Yarıçap RIT'dir ve pozitif ve negatif rotor şaftlarına bağlı senkron dişli diş sayısı sırasıyla ZI ve Z2'dir. Ortadaki dişlilerin dişli oranı ve Yin ve Yang rotorları ve bunların karşılık gelen ilişkileri Tablo 1'de gösterilmiştir.

AB, EF, HI ve LM, ilgili rotor aralığının arkının merkezi ve ark segmentinin yarıçapıdır, arkın yarıçapı, sızıntı üçgen etkilerinden bağımsız olarak vida kompresörünün tasarımından farklıdır.

CD segmenti ve K segmenti, R yarıçapı R'nin dairesel ark segmentleridir, burada erkek rotor üzerindeki K ark segmentinin üst kısmı, 2rit+2r-a veya 2ra+2r çapına sahip dış daire tarafından tamamlanır. Kesme efekti, bunun avantajı: (1 erkek rotor ve iç boşluk duvarı arasında bir yüz contası oluşturabilir; q sıkıştırma daha küçük bir boşluk hacmi elde edebilir; dişi ve erkek rotor İç odaların iç çapları eşittir, böylece muhafazanın stres dağılımı ve ısı dağılımı daha eşittir ve muhafazanın kalıplanması ve işlenmesi de kolaylaştırılır.

Tablo 1 Yin ve Yang Rotor Bilateral Simetrik Dairesel ARC Hattı Kompozisyon Diş Eğrisi Yin Rotor Yang Rotor Arc Sikloid Nokta Sikloid Arc Nokta Sikloid Nokta Yukarıdaki ark segment denkleminin belirlenmesi daha kolaydır. BC, DE, I ve KL segmentleri sarkaç segmentleridir. Sikloid denkleminin türetme sonuçları, merkezin değerleri ve koordinat dönüşüm ilişkisine ve zarf koşullarına göre grafikteki geometrik ilişki ile hala belirlenen değerler aralığıdır.

Rotor profilinin belirlenmesine dayanarak, rotor profili, dişi ve erkek rotorların eksenel yönüne paralel olan oluklu veya yivli bir profil oluşturmak için rotor ekseni yönünde gerilir, böylece erkek ve dişi tamamlanır. rotorlar. Ana parçanın şekli gösterildiği gibidir.

Prizmatik kompresördeki rotor ile vida kompresöründeki rotor arasındaki temel fark şekilden görülebilir.

Aynı zamanda, rotor profilinin belirlenmesine dayanarak, Yin ve Yang rotorunun diş eğrisinin denklemine göre, rotorun gerçek yapısal boyutları ve ~ şekilli silindir ve başlangıç ​​konumunun başlangıç ​​konumu ile birlikte Egzoz deliği, Yin ve Yang rotorunun dişleri analitik yöntemle elde edilebilir. AM, 42 ve 43 gibi kompresyonun alanı ile sıkıştırmanın sonu arasındaki alan. Yin ve Yang rotorunun etkili çalışma uzunluğuna göre, aslında sıkıştırma strokunda yer alan dişler arası hacim V elde edilebilir, Yani, sıkıştırılmış gaz gaz için idealse, prizma kompresörünün iç basınç oranı yaklaşık olarak olabilir, yani parantez içindeki oran prizma kompresörünün iç hacim oranıdır ve m çok ürkütücü indeksidir. , vida kompresörünün ampirik verilerine atıfta bulunarak seçilebilir.

Rotor gövdesinin dışındaki dergi kısmı, sıradan şaftın tasarım yöntemine uygun olarak tasarlanmıştır. Vida kompresörünün rotor tasarım prensibine benzer şekilde, prizmatik kompresörün rotoru da integral tipe ve birleşik bir tipe ayrılır. Ayrıca bir iç soğutma yapısı veya sızdırmazlık dişi veya sızdırmazlık kaburga benimseyebilir. Ek olarak, prizmatik kompresörün iki rotoru senkron dişliler tarafından döndürüldüğünden, iki rotor aslında temas halinde değildir, böylece prizmatik kompresörün rotorunun seçimi, yağın rotorundan daha geniş hale getirilebilir. -Enjekte edilen vidalı kompresör. Bu yazıda, prototipin rotor malzemesi sıradan orta karbon çelikten yapılmıştır.

3 Diğer Ana Bileşenler Tasarımı ve Seçimi 3.1 Gövde prizmatik kompresörün ana bileşenlerinden biridir. Kompresör rotor, yatak, şaft contası, senkron dişli ve diğer bileşenler için taşıyıcıdır. Vidalı kompresöre benzer şekilde, orta parçanın silindir kısmından ve her iki ucun da uç kapağından da oluşur. Yan uç örtü, gerçek duruma göre silindir gövdesi ile entegre olarak kalıplanabilir veya ayrı olarak üretilebilir.

Prizma kompresörünün giriş ve egzoz portları vida kompresöründen daha esnek olduğundan, emme ve egzoz portları radyal emme veya egzoz olacak şekilde tasarlanabilir veya eksenel emme ve egzoz için tasarlanabilir. Ek olarak, prizmatik kompresörün silindiri, gerektiğinde tek duvarlı bir yapı veya çift duvarlı bir yapı olarak da tasarlanabilir. Ek olarak, prizmatik kompresörün vücut malzemesi, sıradan gri dökme demir, sünek demir, dökme çelik, alaşım çelik veya paslanmaz çelik gibi farklı malzemelerden de seçilebilir.

Bu makalede yer alan test prototipi, bir uç örtüsünün ve silindirin entegre olarak döküldüğü ve giriş ve egzoz portlarının radyal emme ve egzoz yapısı olarak tasarlandığı yapısal bir formu benimser, silindir gövdesi tek katmanlı bir duvar yapısıdır, ve malzeme sünek demirden yapılmıştır.

3.2 Yatak yatağı aynı zamanda prizmatik kompresörün temel bileşenlerinden biridir. Vidalı kompresöre benzer şekilde, prizmatik kompresörde kullanılan yatak da iki türe ayrılır: yuvarlanma rulmanı ve kayma yatağı. Büyük ölçekli prizmatik kompresörde, yuvarlanma yatağı genellikle kullanılır. . Bununla birlikte, prizmatik kompresörün erkek ve dişi rotor profilleri düz kanat yüzeyleri olduğundan, rotasyon sırasında eksenel kuvvet üretilmez, böylece sadece mahmuz dişlisinin çapı ve eksenel emme ve egzoz basıncı seçilebilir. Xiangli radyal yatak, vidalı kompresörlere kıyasla yatak sayısını azaltır; Ve prizma kompresörünün hızı daha düşük olduğundan, ithal yataklar yerine yurtiçi yataklarla değiştirilebilir. Rulmanlar yüksek hassasiyetli rulmanları değiştirir.

Bu makalenin test prototipi sadece yurt içinde üretilen 4 P5 sınıfı açısal temas bilyalı rulmanları kullanır.

3.3 Şaft contası prizma kompresörünün şaft contasını seçme prensibi vida kompresörününkine benzer. Yağsız prizmatik kompresörler için grafit halka contaları, labirent şaft contaları veya mekanik şaft contaları mevcuttur; Petrol jet prizma kompresörleri için, rotor gövdesi bölümü ile rulmanlar arasında sızdırmazlık yağının kapatıldığı belirli bir basınç uygulanabilir. Rotorun dış şaft bölümünde, sızdırmazlık için basit bir dudak contası kullanılabilir veya yağ yağlanmış bir mekanik conta kullanılabilir. Ek olarak, prizmatik kompresör için şaft contası, emme ucu ve egzoz ucu arasında ayrım yapmadan seçilebilir.

Bu makalenin test prototipi, rotor gövdesi bölümü ile yatak arasında bir sızdırmazlık yağı contası tasarlar ve rotorun dış şaft bölümünde bir dudak contası kullanılır.

3.4 Senkron Dişliler Prizmatik kompresörün rotorundaki ağlama dişlerinin sayısı küçük olduğundan, hem yağ jet prizma kompresörü hem de Oilless Prizma kompresörü, rotor grubunun eşzamanlı dişli ile eşzamanlı dönüşünü fark etmelidir, bu nedenle eşzamanlı dişli de bir prizma. Çubuk kompresörünün ana bileşenleri.

Senkron dişli mekanizmalarına sahip diğer sıkıştırma makinelerine benzer şekilde, rotorun ağlama doğruluğunu sağlamak için, prizmatik kompresörün senkron dişlisinin doğruluğu seviyesi de daha yüksek gereksinimlere sahiptir ve 6 doğruluğun üzerinde olmalıdır. Buna ek olarak, dişlinin eksenel yer değiştirmesini önlemek için, rotorun doğru ağlama ilişkisi yok edilir ve aynı zamanda, montaj sırasında kurulum ve ayarlamayı sağlamak için, eşzamanlı dişli bir mahmuzla daha güvenilirdir. vites. Bu makalenin test prototipi, dişi rotora bağlı senkronizasyon dişlisinin ayarlanabilir bir yapı olarak tasarlandığı bir çift mahmuz dişli ile tasarlanmıştır.

4 Sıkıştırma işleminin sayısal simülasyonu Yukarıdaki tasarım fikrine göre tamamlanan prizmatik kompresör test prototipinin dahili sıkıştırma işlemini gerçekleştirip gerçekleştiremeyeceğini araştırmak için, sıkıştırma işleminin dinamik simülasyonu, dinamik ağ kullanılarak CFD analiz yazılımı kullanılarak gerçekleştirilir. Test prototipinin basitleştirilmiş modeli için teknoloji.

Farklı dönme hızlarında test prototipinin sıkıştırma odasındaki basınç dağılımının dinamik sayısal simülasyon sonuçları gösterilir, burada Q ve sıkıştırma odasındaki basınç dağılımının sırasıyla 1200R/dk ve 3000R/dk olduğu ve basınç ünitesi PA'dır. Sıkıştırma işleminde yer alan dişler arası hacimdeki gaz basıncının, iki dönme hızında egzoz portu ile iletişimden önce sırasıyla 2.81 MPa ve 4.23 MPa'ya ulaşmıştır. dönme hızının artmasıyla artar. Önemli ölçüde arttı.

Yukarıdaki sayısal simülasyon sonuçları bir yandan, prizmatik kompresörün güçlü bir iç sıkıştırma işlemi elde edebileceğini ve diğer yandan, dönme hızındaki artışın, gerçek ile tutarlı olan hız sızdırmazlığı etkisini iyileştirebileceğini yansıtır. Çoğu boşluk mühür tipi sıkıştırma ekipmanının durumu. .

5 Sonuç Bilateral simetrik ark rotor profilinin alınması Örnek olarak, prizmatik kompresör test prototipinin rotor profilinin tasarımı tamamlandı ve iki taraflı simetrik dairesel ark şeklindeki çizgi segment hattı denkleminin türev sonuçları verildi ve prizma Sıkıştırma tanıtıldı. Makine testi prototipinin diğer ana bileşenleri için tasarım ve seçim yöntemleri. CFD analiz yazılımı kullanılarak, sıkıştırma işleminin dinamik modeli, test prototipinin basitleştirilmiş modeli için dinamik ızgara tekniği kullanılarak gerçekleştirildi. Sonuçlar, lokal anlık basıncın, prizmatik kompresörü doğrulayan sıkıştırma işleminde yer alan dişler arası hacimde elde edildiğini göstermektedir. Güçlü bir iç sıkıştırma işlemi gerçekleştirilebilir.