การออกแบบและการจำลองเชิงตัวเลขของโปรไฟล์โรเตอร์ของคอมเพรสเซอร์ปริซึม

การออกแบบและการจำลองเชิงตัวเลขของโปรไฟล์โรเตอร์ของคอมเพรสเซอร์โรเตอร์มุมกว้างดำเนินการโดยจาง Zhaohe (Harbin Institute of Technology (Weihai, Shandong Weihai 264209) วิธีการออกแบบหรือวิธีการคัดเลือก การวิเคราะห์ถูกนำมาใช้

1 ภาพรวมของคอมเพรสเซอร์ปริซึมเป็นคอมเพรสเซอร์ปริมาตรโรตารี่ใหม่ที่มีสิทธิ์ในทรัพย์สินทางปัญญาอิสระ (หมายเลขสิทธิบัตรสิ่งประดิษฐ์: ZL200610042114.8) เมื่อเทียบกับคอมเพรสเซอร์สกรูปัจจุบันที่มีข้อดีของตลาด (ไม่มีรูปสามเหลี่ยมการรั่วไหลการออกแบบที่ยืดหยุ่นของไอดีและพอร์ตไอเสียข้อกำหนดการเลือกแบริ่งต่ำความเร็วในการทำงานต่ำต้นทุนการผลิตต่ำประสิทธิภาพการทำงานสูง ฯลฯ )

คอมเพรสเซอร์ปริซึมมีแอพพลิเคชั่นที่หลากหลายและโดยทั่วไปจะใช้กับกรณีของคอมเพรสเซอร์สกรู การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีคอมเพรสเซอร์ปริซึมบนพื้นฐานของเทคโนโลยีอุตสาหกรรมที่มีอยู่สามารถเพิ่มการสืบทอดของเทคโนโลยีสกรูคอมเพรสเซอร์ที่มีอยู่ได้สูงสุดเช่นการเลือกและการออกแบบโปรไฟล์โรเตอร์ของคอมเพรสเซอร์ปริซึม . การเลือกและการออกแบบตลับลูกปืนซีลเพลาเกียร์แบบซิงโครนัสและโครงสร้างของเครื่องสามารถใช้ประโยชน์จากความสำเร็จทางเทคนิคของคอมเพรสเซอร์สกรูที่มีอยู่ได้อย่างเต็มที่ นี่คือการส่งเสริมคอมเพรสเซอร์ปริซึมและหลักการทำงานของคอมเพรสเซอร์ปริซึม โปรไฟล์โรเตอร์รูปโค้งแบบสมมาตรแบบสมมาตรได้รับการออกแบบและส่วนประกอบหลักของต้นแบบการทดสอบได้รับการออกแบบ จากนั้นการจำลองเชิงตัวเลขที่ใช้ CFD ได้ดำเนินการในกระบวนการบีบอัด

2 การออกแบบโปรไฟล์โรเตอร์ในคอมเพรสเซอร์ปริซึมการออกแบบโปรไฟล์ของโรเตอร์เป็นงานสำคัญในการออกแบบคอมเพรสเซอร์ปริซึมทั้งหมด ตามกฎของ Meshing อัตราส่วนของจำนวนประเภทสันเขาใบหน้าบนใบพัดตัวผู้และตัวเมียของคอมเพรสเซอร์ปริซึมต่อจำนวนร่องประเภทเว้าเท่ากับอัตราส่วนของเส้นผ่านศูนย์กลางหรือรัศมีของวงกลมสนามของวงกลม ขั้วบวกและแคโทดและขั้วบวกและแคโทดมักจะเป็นที่ต้องการ อัตราส่วนของจำนวนซี่โครงใบหน้าต่อจำนวนใบหน้าประเภทร่องคือ 2/2, 2/3, 3/3, 3/4 ฯลฯ เพื่อให้สามารถรับอัตราส่วนความดันสูงสุดที่เป็นไปได้

คล้ายกับคอมเพรสเซอร์สกรูโปรไฟล์โรเตอร์ของคอมเพรสเซอร์ปริซึมมีทั้งเส้นสมมาตรและเส้นอสมมาตรและเส้นเดียวและประเภทสองด้าน สำหรับคอมเพรสเซอร์สกรูเส้นอสมมาตรต่าง ๆ ได้รับการออกแบบเพื่อลดอิทธิพลของสามเหลี่ยมการรั่วไหลต่อการรั่วไหลและการใช้พลังงานของเครื่องทั้งหมด แต่สำหรับคอมเพรสเซอร์ปริซึมเนื่องจากไม่มีอยู่ในโครงสร้างสามเหลี่ยมรั่วไหลออกมา ดังนั้นเส้นสมมาตรแบบทวิภาคีที่เรียบง่ายสามารถใช้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ซึ่งหลีกเลี่ยงจุดที่คมชัดและความเข้มข้นของความเครียดบนเส้นประเภทโรเตอร์และทำให้มั่นใจได้ว่าการออกแบบผลิตและดีบั๊กของคอมเพรสเซอร์ปริซึม ในบทความนี้เส้นโค้งวงกลมแบบสมมาตรแบบทวิภาคีถูกนำมาเป็นตัวอย่างเพื่อแสดงกระบวนการออกแบบของโปรไฟล์โรเตอร์ของคอมเพรสเซอร์ปริซึมของรูปแบบการรวมกันของโรเตอร์ด้วยอัตราส่วนของจำนวนโปรไฟล์ที่ 2/3

เส้นโค้งวงกลมสองม่านสมมาตรของโรเตอร์ตัวเมียที่มีร่องชนิด 3 จะแสดงและรัศมีของวงกลมพิทช์คือ RA ส่วนโค้งวงกลมแบบสมมาตรทั้งสองข้างของโรเตอร์ตัวผู้ที่มีจำนวนสันเขาเป็น 2 และวงกลมพิทช์จะปรากฏขึ้น รัศมีคือ RIT และจำนวนฟันเกียร์แบบซิงโครนัสที่เชื่อมต่อกับเพลาโรเตอร์บวกและลบคือ Zi และ Z2 ตามลำดับ อัตราส่วนเกียร์ของเกียร์ตรงกลางและใบพัดหยินและหยางและความสัมพันธ์ที่สอดคล้องกันของพวกเขาจะแสดงในตารางที่ 1

AB, EF, HI และ LM เป็นศูนย์กลางของส่วนโค้งของสนามโรเตอร์ที่เกี่ยวข้องและรัศมีของส่วนโค้งรัศมีของส่วนโค้งนั้นแตกต่างจากการออกแบบของคอมเพรสเซอร์สกรูโดยไม่คำนึงถึงอิทธิพลของสามเหลี่ยมการรั่วไหล

เซ็กเมนต์ซีดีและส่วน K เป็นส่วนโค้งวงกลมของรัศมี R ซึ่งส่วนบนของส่วนอาร์ค K บนใบพัดตัวผู้จะเสร็จสมบูรณ์โดยวงกลมด้านนอกที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 2Rit+2R-A หรือ 2RA+2R เอฟเฟกต์การตัดข้อดีของสิ่งนี้คือ (1 สามารถสร้างซีลใบหน้าระหว่างโรเตอร์ชายและผนังโพรงด้านใน; การบีบอัด Q สามารถจบลงเพื่อให้ได้ปริมาตรการกวาดล้างที่เล็กกว่า (3 ผ่านการปรับขนาดสามารถทำให้ร่างกายของ โรเตอร์หญิงและชายเส้นผ่าศูนย์กลางด้านในของห้องด้านในมีค่าเท่ากันดังนั้นการกระจายความเครียดและการกระจายความร้อนของที่อยู่อาศัยนั้นมีความสม่ำเสมอมากขึ้นและการขึ้นรูปและการประมวลผลของที่อยู่อาศัยก็อำนวยความสะดวกเช่นกัน

ตารางที่ 1 หยินและหยางโรเตอร์ทวิภาคีสมมาตรวงกลมเส้นโค้งเส้นโค้งเส้นโค้งฟันหยินโรเตอร์หยางโรเตอร์อาร์ค cycloidal จุด cycloid arc จุด cycloid จุดโค้งส่วนโค้งส่วนโค้งด้านบนเห็นได้ชัดว่าง่ายต่อการกำหนด กลุ่ม BC, DE, I และ KL เป็นกลุ่มลูกตุ้ม ผลลัพธ์ที่ได้มาจากสมการ cycloid คือค่าของศูนย์และช่วงของค่าที่ยังคงถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์ทางเรขาคณิตในกราฟตามความสัมพันธ์การแปลงพิกัดและเงื่อนไขซองจดหมาย

บนพื้นฐานของการกำหนดโปรไฟล์โรเตอร์โปรไฟล์โรเตอร์จะยืดไปในทิศทางของแกนโรเตอร์เพื่อสร้างโปรไฟล์ร่องหรือซี่โครงที่ขนานกับทิศทางตามแนวแกนของใบพัดตัวเมียและตัวผู้ ใบพัด รูปร่างของส่วนหลักดังที่แสดง

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างโรเตอร์ในคอมเพรสเซอร์ปริซึมและโรเตอร์ในสกรูคอมเพรสเซอร์สามารถมองเห็นได้จากรูป

ในเวลาเดียวกันขึ้นอยู่กับการกำหนดโปรไฟล์โรเตอร์ตามสมการของเส้นโค้งฟันของใบพัดหยินและหยางรวมกับขนาดโครงสร้างที่แท้จริงของโรเตอร์และทรงกระบอก ~-รูปทรงและตำแหน่งเริ่มต้นของ ช่องระบายไอเสียฟันของหยินและหยางสามารถรับได้โดยวิธีการวิเคราะห์ พื้นที่ระหว่างพื้นที่และจุดสิ้นสุดของการบีบอัดเช่น AM, 42 และ 43 ตามความยาวการทำงานที่มีประสิทธิภาพ l ของหยินและหยาง, ปริมาตรระหว่างฟัน V ที่เกี่ยวข้องกับจังหวะการบีบอัดสามารถรับได้จริง นั่นคือถ้าก๊าซบีบอัดเหมาะสำหรับก๊าซอัตราส่วนความดันภายในของคอมเพรสเซอร์ปริซึมสามารถประมาณได้นั่นคืออัตราส่วนในวงเล็บคืออัตราส่วนปริมาตรภายในของคอมเพรสเซอร์ปริซึมและ M เป็นดัชนีหลายกระบวนการ ซึ่งสามารถเลือกได้โดยอ้างถึงข้อมูลเชิงประจักษ์ของสกรูคอมเพรสเซอร์

ส่วนของวารสารนอกตัวโรเตอร์ได้รับการออกแบบตามวิธีการออกแบบของเพลาธรรมดา เช่นเดียวกับหลักการออกแบบโรเตอร์ของคอมเพรสเซอร์สกรูโรเตอร์ของคอมเพรสเซอร์ปริซึมนั้นแบ่งออกเป็นประเภทอินทิกรัลและประเภทรวม นอกจากนี้ยังอาจใช้โครงสร้างการระบายความร้อนภายในหรือฟันปิดผนึกหรือซี่โครงปิดผนึก นอกจากนี้เนื่องจากใบพัดสองใบของคอมเพรสเซอร์ปริซึมถูกหมุนโดยเกียร์แบบซิงโครนัสจึงมีการสัมผัสกับใบพัดสองตัวจริง ๆ แล้วการเลือกโรเตอร์ของคอมเพรสเซอร์ปริซึมสามารถทำให้กว้างกว่าโรเตอร์ของน้ำมัน -คอมเพรสเซอร์สกรู ในบทความนี้วัสดุโรเตอร์ของต้นแบบทำจากเหล็กกล้าคาร์บอนกลางธรรมดา

3 ส่วนประกอบหลักอื่น ๆ การออกแบบและการเลือก 3.1 ร่างกายเป็นหนึ่งในองค์ประกอบหลักของคอมเพรสเซอร์ปริซึม มันเป็นพาหะสำหรับโรเตอร์คอมเพรสเซอร์แบริ่งซีลเพลาเกียร์ซิงโครนัสและส่วนประกอบอื่น ๆ เช่นเดียวกับคอมเพรสเซอร์สกรูมันยังประกอบด้วยส่วนทรงกระบอกของส่วนตรงกลางและฝาปิดท้ายของปลายทั้งสอง ฝาครอบด้านข้างสามารถขึ้นรูปแบบรวมกับตัวถังตามสถานการณ์จริงหรือสามารถผลิตแยกต่างหาก

เนื่องจากพอร์ตทางเข้าและไอเสียของคอมเพรสเซอร์ปริซึมมีความยืดหยุ่นมากกว่าคอมเพรสเซอร์สกรูจึงสามารถออกแบบให้มีการดูดรัศมีหรือไอเสียหรือสามารถออกแบบสำหรับการดูดตามแนวแกนและไอเสีย นอกจากนี้กระบอกสูบของคอมเพรสเซอร์ปริซึมยังสามารถออกแบบเป็นโครงสร้างผนังเดี่ยวหรือโครงสร้างสองผนังตามต้องการ นอกจากนี้วัสดุร่างกายของคอมเพรสเซอร์ปริซึมสามารถเลือกได้จากวัสดุที่แตกต่างกันเช่นเหล็กหล่อสีเทาธรรมดาเหล็กดัดเหล็กกล้าเหล็กหล่อเหล็กอัลลอยหรือสแตนเลส

ต้นแบบการทดสอบที่เกี่ยวข้องในบทความนี้ใช้รูปแบบโครงสร้างที่ฝาปิดปลายด้านหนึ่งและกระบอกสูบถูกหล่อแบบบูรณาการและพอร์ตทางเข้าและไอเสียได้รับการออกแบบให้เป็นการดูดรัศมีและโครงสร้างไอเสียร่างกายทรงกระบอกเป็นโครงสร้างผนังชั้นเดียว และวัสดุที่ทำจากเหล็กดัด

3.2 แบริ่งแบริ่งยังเป็นหนึ่งในองค์ประกอบสำคัญของคอมเพรสเซอร์ปริซึม เช่นเดียวกับคอมเพรสเซอร์สกรูแบริ่งที่ใช้ในคอมเพรสเซอร์ปริซึมนั้นแบ่งออกเป็นสองประเภท: แบริ่งกลิ้งและแบริ่งเลื่อน ในคอมเพรสเซอร์ปริซึมขนาดใหญ่ที่ไม่มีขนาดใหญ่โดยทั่วไปจะใช้แบริ่งกลิ้ง - อย่างไรก็ตามเนื่องจากโปรไฟล์โรเตอร์ตัวผู้และตัวเมียของคอมเพรสเซอร์ปริซึมเป็นพื้นผิวด้านตรงตรงจึงไม่มีแรงตามแนวแกนเกิดขึ้นในระหว่างการหมุนดังนั้นจึงมีเพียงเส้นผ่านศูนย์กลางของเฟืองเดือยและการดูดตามแนวแกนและแรงดันไอเสียเท่านั้น แบริ่งเรเดียล Xiangli ช่วยลดจำนวนแบริ่งเมื่อเทียบกับสกรูคอมเพรสเซอร์ และเนื่องจากความเร็วของคอมเพรสเซอร์ปริซึมต่ำกว่าจึงสามารถแทนที่ด้วยตลับลูกปืนในประเทศแทนแบริ่งนำเข้า ตลับลูกปืนแทนที่แบริ่งที่มีความแม่นยำสูง

ต้นแบบการทดสอบของบทความนี้ใช้เพียง 4 แบริ่งลูกแบริ่งสัมผัสเชิงมุมเกรด P5 ที่ผลิตในประเทศ

3.3 หลักการของการเลือกซีลเพลาของคอมเพรสเซอร์ Seal Seal Prism นั้นคล้ายกับของคอมเพรสเซอร์สกรู สำหรับคอมเพรสเซอร์ปริซึมที่ปราศจากน้ำมัน, ซีลวงแหวนกราไฟท์, ซีลเพลาเขาวงกตหรือซีลเพลาเชิงกล สำหรับคอมเพรสเซอร์น้ำมันเจ็ทน้ำมันสามารถใช้แรงดันบางอย่างระหว่างส่วนของตัวโรเตอร์และแบริ่งน้ำมันปิดผนึกจะถูกปิดผนึก ในส่วนเพลาด้านนอกของโรเตอร์สามารถใช้ซีลริมฝีปากง่าย ๆ สำหรับการปิดผนึกหรือสามารถใช้ซีลกลไกการหล่อลื่นน้ำมันได้ นอกจากนี้สำหรับคอมเพรสเซอร์ปริซึมสามารถเลือกซีลเพลาได้โดยไม่แยกความแตกต่างระหว่างปลายไอดีและปลายไอเสีย

ต้นแบบการทดสอบของกระดาษนี้ออกแบบซีลน้ำมันซีลระหว่างส่วนของตัวโรเตอร์และแบริ่งและซีลริมฝีปากจะใช้ในส่วนเพลาด้านนอกของโรเตอร์

3.4 เกียร์แบบซิงโครนัสเนื่องจากจำนวนฟันที่มีการเย็บบนใบพัดของคอมเพรสเซอร์ปริซึมมีขนาดเล็กทั้งคอมเพรสเซอร์ปริซึมน้ำมันเจ็ทและคอมเพรสเซอร์ปริซึม Oilless ต้องตระหนักถึงการหมุนแบบซิงโครนัสของกลุ่มโรเตอร์โดยเกียร์แบบซิงโครนัส ปริซึม ส่วนประกอบหลักของคอมเพรสเซอร์ก้าน

เช่นเดียวกับเครื่องบีบอัดอื่น ๆ ที่มีกลไกเกียร์แบบซิงโครนัสเพื่อให้แน่ใจว่าความแม่นยำของโรเตอร์ระดับความแม่นยำของเกียร์ซิงโครนัสของคอมเพรสเซอร์ปริซึมก็มีข้อกำหนดที่สูงขึ้นและต้องสูงกว่า 6 ความแม่นยำ นอกจากนี้เพื่อป้องกันการกระจัดตามแนวแกนของเกียร์ความสัมพันธ์ที่ถูกต้องของโรเตอร์จะถูกทำลายและในเวลาเดียวกันเพื่อให้แน่ใจว่าการติดตั้งและการปรับในระหว่างการประกอบเฟืองแบบซิงโครนัสมีความน่าเชื่อถือมากขึ้น เกียร์. ต้นแบบการทดสอบของบทความนี้ได้รับการออกแบบด้วยเฟืองเดือยคู่หนึ่งซึ่งเกียร์ซิงโครไนซ์ที่เชื่อมต่อกับโรเตอร์ตัวเมียได้รับการออกแบบให้เป็นโครงสร้างที่ปรับได้

4 การจำลองเชิงตัวเลขของกระบวนการบีบอัดเพื่อตรวจสอบว่าต้นแบบทดสอบคอมเพรสเซอร์ปริซึมเสร็จสมบูรณ์ตามแนวคิดการออกแบบข้างต้นสามารถตระหนักถึงกระบวนการบีบอัดภายในการจำลองแบบไดนามิกของกระบวนการบีบอัดนั้นดำเนินการโดยใช้ซอฟต์แวร์การวิเคราะห์ CFD เทคโนโลยีสำหรับแบบจำลองที่เรียบง่ายของต้นแบบการทดสอบ

ผลการจำลองเชิงตัวเลขแบบไดนามิกของการกระจายความดันในห้องบีบอัดของต้นแบบการทดสอบที่ความเร็วการหมุนที่แตกต่างกันจะแสดงโดยที่ Q และการกระจายความดันในห้องบีบอัดคือ 1200R/นาทีและ 3000R/นาทีตามลำดับและหน่วยความดันคือ PA . ดูจากรูปความดันแก๊สในปริมาณระหว่างฟันที่เกี่ยวข้องในกระบวนการบีบอัดได้ถึงแรงดันในท้องถิ่นที่ 2.81 MPa และ 4.23 MPa ตามลำดับก่อนการสื่อสารกับพอร์ตไอเสียที่ความเร็วในการหมุนสองครั้ง เพิ่มขึ้นเมื่อเพิ่มความเร็วในการหมุน มันเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ

ผลการจำลองเชิงตัวเลขข้างต้นในมือข้างหนึ่งสะท้อนให้เห็นว่าคอมเพรสเซอร์ปริซึมสามารถบรรลุกระบวนการบีบอัดภายในที่แข็งแกร่งและในทางกลับกันมันสะท้อนให้เห็นว่าการเพิ่มขึ้นของความเร็วในการหมุนสามารถปรับปรุงเอฟเฟกต์การปิดผนึกความเร็วซึ่งสอดคล้องกับจริง สถานการณ์ของอุปกรณ์การบีบอัดประเภทช่องว่างส่วนใหญ่ -

5 บทสรุปการใช้โปรไฟล์โรเตอร์อาร์คสมมาตรแบบสมมาตรในระดับทวิภาคีเป็นตัวอย่างการออกแบบโปรไฟล์โรเตอร์ของต้นแบบการทดสอบคอมเพรสเซอร์ปริซึมเสร็จสมบูรณ์และผลลัพธ์ที่ได้มาจากสมการแนวเส้นโค้งแบบวงกลม มีการแนะนำการบีบอัด วิธีการออกแบบและการเลือกสำหรับส่วนประกอบสำคัญอื่น ๆ ของต้นแบบทดสอบเครื่องจักร ด้วยการใช้ซอฟต์แวร์การวิเคราะห์ CFD แบบจำลองไดนามิกของกระบวนการบีบอัดได้ดำเนินการโดยใช้เทคนิค Dynamic Grid สำหรับแบบจำลองที่ง่ายของต้นแบบการทดสอบ ผลการวิจัยพบว่าได้รับแรงดันทันทีในท้องถิ่นในปริมาณระหว่างฟันที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการบีบอัดเพื่อยืนยันคอมเพรสเซอร์ปริซึม กระบวนการบีบอัดภายในที่แข็งแกร่งสามารถทำได้