프리즘 압축기의 로터 프로파일의 설계 및 수치 시뮬레이션

광각 로터 압축기의 로터 프로파일의 설계 및 수치 시뮬레이션은 Zhang Zhaohe (Harbin Institute of Technology (Weihai, Shandong Weihai 264209) 설계 또는 선택 방법에 의해 수행되었습니다. 프리즘 압축기 테스트 프로토 타입의 설계, CFD. 소프트웨어는 동적 수치 시뮬레이션을 수행합니다. 시뮬레이션 결과는 압축기가 우수한 내부 압축 프로세스뿐만 아니라 매우 높은 압축 압력을 달성 할 수 있음을 보여줍니다.

1 독립적 인 지적 재산권을 갖는 새로운 로터리 부피 압축기로서 프리즘 압축기의 개요 (발명 특허 번호 : ZL200610042114.8)는 시장 장점이있는 현재 나사 압축기와 비교하여 간단한 로터 처리 및 누출 통로가 적습니다. (누설 삼각형, 흡기 및 배기 포트의 유연한 설계, 낮은 베어링 선택 요구 사항, 낮은 운영 속도, 낮은 제조 비용, 높은 작업 효율 등)))

프리즘 압축기에는 광범위한 응용 프로그램이 있으며 기본적으로 나사 압축기의 경우에 적용 할 수 있습니다. 기존 산업 기술을 기반으로 프리즘 압축기 기술을 적용하면 프리즘 압축기의 로터 프로파일의 선택 및 설계와 같은 기존 나사 압축기 기술의 상속 및 프리즘 컴프레서의 사용 . 베어링, 샤프트 씰, 동기 기어 및 기계 구조의 선택 및 설계는 기존 나사 압축기의 기술적 성과를 최대한 활용할 수 있습니다. 이것은 프리즘 압축기의 홍보와 프리즘 압축기의 작동 원리입니다. 양측 대칭 아크 형 로터 프로파일이 설계되었으며 테스트 프로토 타입의 주요 구성 요소가 설계되었습니다. 그런 다음 압축 프로세스에서 CFD 기반 수치 시뮬레이션을 수행했습니다.

2 로터 프로파일 설계 프리즘 압축기에서 로터의 프로파일 설계는 전체 프리즘 압축기 설계의 핵심 작업입니다. 메시의 법칙에 따르면, 프리즘 압축기의 수컷 및 암컷 로터의 융기 유형면의 비율은 오목한 유형의 홈 수에 대한 비율이 피치 원의 직경 또는 반경의 비율과 같습니다. 양극과 음극, 그리고 양극과 음극은 일반적으로 선호됩니다. 그루브 타입면의 수에 대한 리브 유형면의 수의 비율은 2/2, 2/3, 3/3, 3/4 등이므로 가능한 가장 높은 압력 비율을 얻을 수 있습니다.

나사 압축기와 유사하게, 프리즘 압축기의 로터 프로파일은 대칭 라인과 비대칭 라인, 단일 라인 및 양면 유형을 갖는다. 나사 압축기의 경우 전체 기계의 누설 및 전력 소비에 대한 누설 삼각형의 영향을 최소화하기 위해 다양한 비대칭 라인이 설계되었지만 프리즘 압축기의 경우 삼각형이 누출 된 구조에 존재하지 않기 때문에. 따라서 간단한 양측 대칭 라인을 최대한 많이 사용하여 로터 타입 라인의 날카로운 점과 응력 집중을 피하고 프리즘 압축기의 설계, 제조 및 디버깅을 보장합니다. 이 논문에서, 양측 대칭 원형 아크 라인은 프로파일 수의 비율이 2/3 인 로터 조합 체계의 프리즘 압축기의 로터 프로파일의 디자인 프로세스의 설계 프로세스를 설명하기위한 예제로 간주된다.

홈 유형 3 인 암 로터의 2- 대칭 원형 아크 라인이 표시되고 피치 원의 반경은 Ra입니다. 리지 수를 갖는 수컷 로터의 양측 대칭 원형 아크는 2이고 피치 원이 표시됩니다. 반경은 RIT이며, 양수 및 음성 로터 샤프트에 연결된 동기 기어 톱니의 수는 각각 Zi 및 Z2입니다. 중간에 기어의 기어 비율과 음과 양 로터 및 해당 관계가 표 1에 나와 있습니다.

AB, EF, HI 및 LM은 각각의 로터 피치의 아크의 중심이며 아크 세그먼트의 반경이며, 아크의 반경은 누출 삼각형 영향에 관계없이 나사 압축기의 설계와 다릅니다.

Cd 세그먼트 및 K 세그먼트는 반경 R의 원형 아크 세그먼트이며, 여기서 수컷 로터의 K 아크 세그먼트의 상단은 직경이 2Rit+2R-A 또는 2RA+2R 인 외부 원에 의해 완료됩니다. 절단 효과, 이것의 장점은 다음과 같습니다. 암컷 및 수컷 로터 내부 챔버의 내부 직경은 동일하므로 하우징의 응력 분포 및 열 소산이 더 균일하고 하우징의 성형 및 처리도 용이합니다.

표 1 음 및 양 로터 양측 대칭 원형 아크 라인 조성물 곡선 곡선 곡선 쿠브 연도 로터 양기 아크 사이클로이드 아크 포인트 시클로이드 포인트 아크 위의 아크 세그먼트 방정식은 결정하기가 더 쉽습니다. BC, DE, I 및 KL 세그먼트는 진자 세그먼트입니다. 사이클로이드 방정식의 도출 결과는 중심의 값이며 좌표 변환 관계 및 봉투 조건에 따라 그래프의 기하학적 관계에 의해 결정된 값의 범위입니다.

로터 프로파일의 결정에 기초하여, 로터 프로파일은 로터 축 방향으로 뻗어 암컷 및 수컷 로터의 축 방향과 평행 한 그루브 또는 리브 베드 프로파일을 형성하여 수컷과 여성을 완성합니다. 로터. 주요 부분의 모양은 표시됩니다.

프리즘 압축기의 로터와 스크류 압축기의 로터 사이의 필수 차이는 그림에서 볼 수 있습니다.

동시에, 로터 프로파일의 결정에 기초하여, 음과 양 로터의 치아 곡선의 방정식에 따라 로터의 실제 구조적 치수와 ~-셰이프 실린더 및 배기 오리피스, 음과 양로터의 톱니는 분석 방법으로 얻을 수 있습니다. AM, 42 및 43과 같은 압축 영역 사이의 영역과 압축 끝 사이의 영역. 음과 양 로터의 유효 작업 길이 L에 따르면 실제로 압축 스트로크에 관여하는 이빨 V를 얻을 수 있습니다. 즉, 압축 가스가 가스에 이상적 인 경우 프리즘 압축기의 내부 압력 비율은 근사화 될 수 있습니다. , 이는 나사 압축기의 경험적 데이터를 참조하여 선택할 수 있습니다.

로터 바디 외부의 저널 부분은 일반 샤프트의 설계 방법에 따라 설계되었습니다. 나사 압축기의 로터 설계 원리와 유사하게, 프리즘 압축기의 로터는 또한 적분 유형 및 결합 된 유형으로 나뉩니다. 또한 내부 냉각 구조 또는 밀봉 치아 또는 밀봉 갈비를 채택 할 수도 있습니다. 또한 프리즘 압축기의 두 로터가 동기 기어에 의해 회전되기 때문에 두 로터가 실제로 접촉하지 않으므로 프리즘 압축기의 로터를 선택하는 것이 오일 로터의 로터보다 넓게 만들 수 있습니다. -주입 된 나사 압축기. 이 논문에서, 프로토 타입의 로터 재료는 일반적인 중간 탄소강으로 만들어집니다.

3 기타 주요 구성 요소 설계 및 선택 3.1 본체는 프리즘 압축기의 주요 구성 요소 중 하나입니다. 압축기 로터, 베어링, 샤프트 씰, 동기 기어 및 기타 구성 요소의 캐리어입니다. 나사 압축기와 유사하게, 그것은 또한 중간 부분의 실린더 부분과 양쪽 끝의 끝 덮개로 구성됩니다. 측면 엔드 커버는 실제 상황에 따라 실린더 본체로 적어도 성형 될 수 있거나 별도로 제조 될 수 있습니다.

프리즘 압축기의 흡입구 및 배기 포트는 나사 압축기보다 유연하기 때문에 흡기 및 배기 포트는 방사형 흡입 또는 배기 장치로 설계되거나 축 방향 흡입 및 배기를 위해 설계 될 수 있습니다. 또한 프리즘 압축기의 실린더는 또한 단일 벽 구조 또는 필요에 따라 이중 벽 구조로 설계 될 수도 있습니다. 또한 프리즘 압축기의 바디 재료는 일반 회색 주철, 연성 철, 주철, 합금강 또는 스테인리스 스틸과 같은 다양한 재료로 선택할 수 있습니다.

이 논문과 관련된 테스트 프로토 타입은 한쪽 끝 덮개와 실린더가 적절하게 주조되는 구조적 형태를 채택하고 입구 및 배기 포트는 방사형 흡입 및 배기 구조로 설계되며 실린더 본체는 단일 계층 벽 구조입니다. 재료는 연성 철으로 만들어졌습니다.

3.2 베어링 베어링은 또한 프리즘 압축기의 주요 구성 요소 중 하나입니다. 나사 압축기와 유사하게 프리즘 압축기에 사용되는 베어링은 롤링 베어링과 슬라이딩 베어링의 두 가지 유형으로 나뉩니다. 비 규모의 프리즘 압축기에서 롤링 베어링이 일반적으로 사용됩니다. . 그러나 프리즘 압축기의 수컷 및 여성 로터 프로파일은 직선 측면 표면이기 때문에 회전 중에 축력이 생성되지 않으므로 박차 기어의 직경과 축 방향 흡입 및 배기 압력 만 선택할 수 있습니다. Xiangli Radial 베어링은 나사 압축기에 비해 베어링의 수를 줄입니다. 프리즘 압축기의 속도가 낮기 때문에 수입 베어링 대신 국내 베어링으로 ​​교체 할 수 있습니다. 베어링은 고정밀 베어링을 대체합니다.

이 논문의 테스트 프로토 타입은 4 국내에서 생산 된 4 개의 P5 등급 각도 접촉 볼 베어링 만 사용합니다.

3.3 샤프트 씰 프리즘 압축기의 샤프트 씰을 선택하는 원리는 나사 압축기의 원리와 유사합니다. 오일 프리즘 압축기의 경우, 흑연 링 씰, 미로 샤프트 씰 또는 기계식 샤프트 씰을 사용할 수 있습니다. 오일 제트 프리즘 압축기의 경우 로터 바디 섹션과 베어링 사이에 특정 압력이 적용될 수 있습니다. 밀봉 오일이 밀봉됩니다. 로터의 외부 샤프트 섹션에서는 단순 립 씰이 밀봉에 사용될 수 있거나 오일 뿌리 가공 된 기계적 씰을 사용할 수 있습니다. 또한 프리즘 압축기의 경우 흡기 말단과 배기 말단을 구별하지 않고 샤프트 씰을 선택할 수 있습니다.

이 용지의 테스트 프로토 타입은 로터 바디 섹션과 베어링 사이의 씰 오일 씰을 설계하고 로터의 외부 샤프트 섹션에서 립 씰 씰이 사용됩니다.

3.4 동기 기어 프리즘 압축기의 로터의 메쉬 톱니 수가 작기 때문에 오일 제트 프리즘 압축기와 오일리스 프리즘 압축기는 동기 기어에 의한 로터 그룹의 동기 회전을 실현해야하므로 동기 기어도 있습니다. 프리즘. 로드 압축기의 주요 구성 요소.

동기식 기어 메커니즘을 갖는 다른 압축 기계와 유사하게 로터의 메쉬 정확도를 보장하기 위해 프리즘 압축기의 동기 기어의 정확도 수준도 요구 사항이 높으며 6 정확도 이상이어야합니다. 또한 기어의 축 방향 변위를 방지하기 위해 로터의 올바른 메쉬 관계가 파괴되고 동시에 어셈블리 중 설치 및 조정을 보장하기 위해 동기 기어는 박차와 더 안정적입니다. 기어. 이 논문의 테스트 프로토 타입은 한 쌍의 스퍼 기어로 설계되었으며, 이로 인해 여성 로터에 연결된 동기화 기어는 조절 가능한 구조로 설계되었습니다.

4 압축 프로세스의 수치 시뮬레이션 위의 설계 아이디어에 따라 완성 된 프리즘 압축기 테스트 프로토 타입이 내부 압축 프로세스를 실현할 수 있는지 여부를 조사하기 위해, 동적 메쉬를 사용하여 CFD 분석 소프트웨어를 사용하여 압축 프로세스의 동적 시뮬레이션을 수행합니다. 테스트 프로토 타입의 단순화 된 모델을위한 기술.

상이한 회전 속도에서 테스트 프로토 타입의 압축 챔버에서 압력 분포의 동적 수치 시뮬레이션 결과가 표시되어 있습니다. 여기서 압축 챔버의 압력 분포는 각각 1200r/min 및 3000r/min이며 압력 장치는 PA입니다. . 그림에서 압축 공정과 관련된 치아의 부피의 가스 압력은 2 개의 회전 속도로 배기 포트와의 통신과 국소 순간 압력을 통신하기 전에 각각 2.81 MPa 및 4.23 MPa의 순간 압력에 도달했습니다. 회전 속도가 증가함에 따라 증가합니다. 크게 증가했습니다.

위의 수치 시뮬레이션 결과는 한편으로는 프리즘 압축기가 강력한 내부 압축 공정을 달성 할 수 있으며 반면에 회전 속도의 증가는 속도 밀봉 효과를 향상시킬 수 있음을 반영합니다. 대부분의 갭 씰 유형 압축 장비의 상황. .

5 결론 양측 대칭 아크 로터 프로파일을 예로 들어 보자, 프리즘 압축기 테스트 프로토 타입의 로터 프로파일의 설계가 완료되고, 양측 대칭 원형 아크 형 라인 선 방정식의 도출 결과가 제공되며 프리즘이 제공됩니다. 압축이 도입되었습니다. 기계 테스트 프로토 타입의 다른 주요 구성 요소를위한 설계 및 선택 방법. CFD 분석 소프트웨어를 사용하여 압축 프로세스의 동적 모델은 테스트 프로토 타입의 단순화 된 모델에 동적 그리드 기술을 사용하여 수행되었습니다. 결과는 국소 순간 압력이 압축 공정과 관련된 치아의 부피에서 얻어 진 프리즘 압축기를 확인 함을 보여준다. 강력한 내부 압축 프로세스를 달성 할 수 있습니다.