Design och numerisk simulering av rotorprofilen för prismkompressor

Konstruktionen och den numeriska simuleringen av rotorprofilen för vidvinkelrotorkompressorn utfördes av Zhang Zhaohe (Harbin Institute of Technology (Weihai, Shandong Weihai 264209) Design eller urvalsmetod. För designen av den prismatiska kompressorns testprototyp, CFDDEG Analys antogs.

1 Översikt över den prismatiska kompressorn som en ny roterande volumetrisk kompressor med oberoende immateriella rättigheter (uppfinningspatentnummer: ZL200610042114.8), jämfört med den nuvarande skruvkompressorn med marknadsfördelar, har den enkel rotorbearbetning och mindre läckage. (Ingen läckage triangel, flexibel utformning av intag och avgaser, låga lagervalskrav, låg driftshastighet, låg tillverkningskostnad, hög arbetande effektivitet, etc.)

Den prismatiska kompressorn har ett brett utbud av applikationer, och den är i princip tillämplig på fallet med en skruvkompressor. Tillämpningen av den prismatiska kompressortekniken på grundval av den befintliga industritekniken kan maximera arvet på den befintliga skruvkompressortekniken, såsom urval och design av rotorprofilen för den prismatiska kompressorn, liksom användningen av den prismatiska kompressorn . Valet och utformningen av lager, axeltätningar, synkrona växlar och maskinstrukturer kan utnyttja de tekniska prestationerna för befintliga skruvkompressorer fullt ut. Detta är främjandet av prismatiska kompressorer och arbetsprincipen för de prismatiska kompressorerna. En bilateral symmetrisk bågformad rotorprofil designades och huvudkomponenterna i testprototypen designades. Sedan genomfördes den CFD-baserade numeriska simuleringen på kompressionsprocessen.

2 Rotorprofildesign I den prismatiska kompressorn är rotorns profildesign en viktig uppgift i utformningen av hela den prismatiska kompressorn. Enligt lagen om meshing är förhållandet mellan antalet åsar med ryggtyp på den manliga och kvinnliga rotorerna hos den prismatiska kompressorn och antalet spår av den konkava typen lika med förhållandet mellan diametern eller radien för tonhöjdcirkeln Anoden och katoden och anoden och katoden föredras vanligtvis. Förhållandet mellan antalet ribbypytor och antalet spårstyp är 2/2, 2/3, 3/3, 3/4, etc. så att det högsta möjliga tryckförhållandet kan erhållas.

I likhet med skruvkompressorn har rotorprofilen för den prismatiska kompressorn både en symmetrisk linje och en asymmetrisk linje och en ensidig linje och en dubbelsidig typ. För skruvkompressorn är olika asymmetriska linjer utformade för att minimera påverkan av läckage triangeln på läckage och kraftförbrukning av hela maskinen, men för den prismatiska kompressorn, eftersom den inte finns i strukturen som triangeln läcker, läckt, läckt, läckt ut, Så en enkel bilateral symmetrisk linje kan användas så mycket som möjligt, vilket undviker den skarpa punkten och spänningskoncentrationen på rotortyplinjen och säkerställer design, tillverkning och felsökning av den prismatiska kompressorn. I detta dokument tas den bilaterala symmetriska cirkulära båglinjen som ett exempel för att illustrera konstruktionsprocessen för rotorkrofilen för den prismatiska kompressorn för rotorkombinationsschemat med förhållandet mellan antalet profiler som är 2/3.

Den två-symmetriska cirkulära bågslinjen för den kvinnliga rotorn med en spårtyp av 3 visas, och radien för tonhöjdscirkeln är RA. Den bilateralt symmetriska cirkulära bågen hos den manliga rotorn med antalet åsar är 2 och tonhöjdcirkeln visas. Radien är RIT, och antalet synkrona växlar som är anslutna till de positiva och negativa rotoraxlarna är Zi respektive Z2. Växelförhållandet mellan växlarna på mitten och yin- och yangrotorerna och deras motsvarande förhållanden visas i tabell 1.

AB, EF, HI och LM är mitten av bågen för respektive rotor tonhöjd och radien för bågsegmentet, radien för bågen skiljer sig från utformningen av skruvkompressorn, oavsett dess läckage -påverkan.

CD-segmentet och K-segmentet är cirkulära bågsegment av radie R, varvid toppen av K-bågsegmentet på den manliga rotorn är klar av den yttre cirkeln med en diameter på 2RIT+2R-A eller 2RA+2R. Skäreffekten, fördelen med detta är: (1 kan bilda en ansiktsförsegling mellan den manliga rotorn och den inre kavitetsväggen; Q -komprimering kan hamna för att få en mindre clearance -volym; (3 till storleksjustering kan göra kroppen av De kvinnliga och manliga rotorn De inre diametrarna i de inre kamrarna är lika, så att spänningsfördelningen och värmeavledningen av huset är mer enhetliga, och gjutning och bearbetning av huset också underlättas.

Tabell 1 Yin och Yang Rotor Bilaterala symmetriska cirkulära båge -linjekomposition Tandkurva Yin Rotor Yang Rotor Arc Cykloidal Point Cycloid Arc Point Cycloid Point Arc Ovanstående bågsegment Ekvation är uppenbarligen lättare att bestämma. BC-, DE-, I- och KL -segmenten är pendelsegment. Derivationsresultaten för cykloidekvationen är värdena på centrum och värdenområdet som fortfarande bestäms av det geometriska förhållandet i diagrammet enligt koordinatomvandlingsförhållandet och kuvertförhållandena.

På grundval av bestämningen av rotorkrofilen sträcker sig rotorprofilen i riktning mot rotoraxeln för att bilda en räfflad eller ribbad profil som är parallell med den axiella riktningen för de kvinnliga och manliga rotorerna, och därigenom slutför han och kvinna Rotorer. Formen på huvuddelen är som visas.

Den väsentliga skillnaden mellan rotorn i den prismatiska kompressorn och rotorn i skruvkompressorn kan ses från figuren.

Samtidigt, baserat på bestämningen av rotorkrofilen, enligt ekvationen för tandkurvan för yin- och yangrotorn, i kombination med de faktiska strukturella dimensionerna hos rotorn och den ~ formade cylindern och startpositionen för starten Avgasöppning, tänderna på yin- och yangrotorn kan erhållas med analysmetod. Området mellan området och slutet av kompressionen, såsom AM, 42 och 43. Enligt den effektiva arbetslängden l för yin- och yangrotorn, kan den interandvolym V som faktiskt är involverad i kompressionslaget erhållas, Det vill säga, om den komprimerade gasen är idealisk för gas, kan det interna tryckförhållandet för prisma-kompressorn approximeras, det vill säga förhållandet i parentesen är det interna volymförhållandet för PRISM-kompressorn, och M är multi-processindex , som kan väljas genom att hänvisa till de empiriska data för skruvkompressorn.

Journaldelen utanför rotorkroppen är utformad i enlighet med designmetoden för den vanliga axeln. I likhet med rotordesignprincipen för skruvkompressorn är rotorn för den prismatiska kompressorn också uppdelad i en integrerad typ och en kombinerad typ. Det kan också anta en intern kylstruktur eller en tätningstand eller ett tätningsribb. Eftersom de två rotorerna från den prismatiska kompressorn roteras av de synkrona växlarna, är de två rotorerna faktiskt inte i kontakt, så att valet av rotorn till den prismatiska kompressorn kan göras bredare än den för oljans rotor -injicerad skruvkompressor. I detta dokument är prototypens rotormaterial tillverkat av vanligt medium kolstål.

3 Andra huvudkomponenter Design och urval 3.1 Kroppen är en av huvudkomponenterna i den prismatiska kompressorn. Det är bäraren för kompressorns rotor, lager, axel, synkron växel och andra komponenter. I likhet med skruvkompressorn består den också av cylinderdelen av mittdelen och slutskyddet på båda ändarna. Sidans slutskydd kan formellt formas med cylinderkroppen enligt den faktiska situationen eller kan tillverkas separat.

Eftersom inlopps- och avgassportarna för prisma -kompressorn är mer flexibla än skruvkompressorn kan intaget och avgaserna utformas för att vara antingen radiellt sug eller avgaser, eller kan utformas för axiell sug och avgaser. Dessutom kan cylindern för den prismatiska kompressorn också utformas som en enväggsstruktur eller en dubbelväggsstruktur efter behov. Dessutom kan kroppsmaterialet i den prismatiska kompressorn också väljas från olika material såsom vanligt grått gjutjärn, duktilt järn, gjutstål, legeringsstål eller rostfritt stål.

Testprototypen som är involverad i detta dokument antar en strukturell form där en ändskydd och cylindern är integrerat gjutna, och inlopps- och avgassportarna är utformade som en radiell sug och avgasstruktur, cylinderkroppen är en enskiktsväggstruktur, och materialet är tillverkat av duktilt järn.

3.2 Lagerbärande är också en av de viktigaste komponenterna i den prismatiska kompressorn. I likhet med skruvkompressorn är lagret som används i den prismatiska kompressorn också uppdelad i två typer: rullande lager och glidlager. I icke-stor skala prismatisk kompressor används rullande lager vanligtvis. . Eftersom de manliga och kvinnliga rotorprofilerna för den prismatiska kompressorn är raka flankytor, genereras ingen axiell kraft under rotationen, så att endast diametern på sporväxeln och det axiella sug och avgasstryck kan väljas. Xiangli radiellt lager minskar antalet lager jämfört med skruvkompressorer; Och eftersom prisets hastighet är lägre kan den ersättas med inhemska lager istället för importerade lager. Lager ersätter lager med hög precision.

Testprototypen för detta papper använder endast fyra inhemskt producerade P5 -vinklade kontaktkollager.

3.3 Principen för att välja axelens tätning av axelprismkompressorn liknar den för skruvkompressorn. För oljefria prismatiska kompressorer finns grafitringssälar, labyrintxtätningar eller mekaniska axelsätningar tillgängliga; För kompressorer för oljejetprism kan ett visst tryck appliceras mellan rotorkroppssektionen och lagren tätningsoljan förseglas. I rotorns yttre axel kan en enkel läpptätning användas för tätning, eller en oljesmörjad mekanisk tätning kan användas. För den prismatiska kompressorn kan dessutom axelsätningen väljas utan att skilja mellan insugningsänden och avgasänden.

Testprototypen för detta papper utformar en tätningsoljetätning mellan rotor kroppssektionen och lagret, och en läpptätning används i rotorns yttre axel.

3.4 Synkronväxlar eftersom antalet meshing -tänder på rotorn till den prismatiska kompressorn är liten, både oljestrålepriskompressorn och den oillessa prismkompressorn måste inse den synkrona rotationen av rotorkruppen med synkronväxeln, så synkronväxeln är också är också ett prisma. Huvudkomponenterna i stavkompressorn.

I likhet med andra kompressionsmaskiner med synkrona växelmekanismer, för att säkerställa rotorns meshing -noggrannhet, har rotorns noggrannhet också den prismatiska kompressorns noggrannhet och måste vara över 6 noggrannhet. Dessutom, för att förhindra den axiella förskjutningen av växeln, förstörs det korrekta meshingförhållandet mellan rotorn, och samtidigt är synkrona växellådan mer tillförlitlig för att säkerställa installationen och justeringen under montering under montering redskap. Testprototypen för detta papper är utformad med ett par Spur -växlar, där synkroniseringsväxeln ansluten till den kvinnliga rotorn är utformad som en justerbar struktur.

4 Numerisk simulering av kompressionsprocessen För att undersöka om den prismatiska kompressortestprototypen som är klar enligt ovanstående designidé kan förverkliga den interna kompressionsprocessen, utförs den dynamiska simuleringen av kompressionsprocessen med hjälp av CFD -analysprogramvaran med hjälp av det dynamiska nätet Teknik för den förenklade modellen för testprototypen.

De dynamiska numeriska simuleringsresultaten för tryckfördelningen i kompressionskammaren för testprototypen med olika rotationshastigheter visas, där Q och tryckfördelningen i kompressionskammaren är 1200R/min respektive 3000R/min, och tryckenheten är PA -PA . ökar med ökningen av rotationshastigheten. Det har ökat avsevärt.

Ovanstående numeriska simuleringsresultat å ena sidan återspeglar att den prismatiska kompressorn kan uppnå en stark intern kompressionsprocess, och å andra sidan återspeglar det att ökningen av rotationshastigheten kan förbättra hastighetsförslutningseffekten, vilket är förenligt med den faktiska Situation för de flesta komprimeringsutrustning för gaptätningstyp. .

5 Slutsats Om man tar den bilaterala symmetriska bågrotorprofilen Som ett exempel är utformningen av rotorprofilen för den prismatiska kompressortestprototypen färdig och härledningsresultaten från den bilaterala symmetriska cirkulära bågformade linjesegmentets linjeekvation ges och prisman och prisman Komprimering introduceras. Design- och urvalsmetoder för andra huvudkomponenter i prototypen för maskintest. Med användning av CFD -analysprogramvaran utfördes den dynamiska modellen för kompressionsprocessen med användning av den dynamiska rutnätstekniken för den förenklade modellen för testprototypen. Resultaten visar att det lokala omedelbara trycket erhålls i den mellanvolym som är involverad i kompressionsprocessen och bekräftar den prismatiska kompressorn. En stark intern kompressionsprocess kan uppnås.