Ontwerp en numerieke simulatie van het rotorprofiel van prisma -compressor

Het ontwerp en de numerieke simulatie van het rotorprofiel van de groothoekrotorcompressor werd uitgevoerd door Zhang Zhaohe (Harbin Institute of Technology (Weihai, Shandong Weihai 264209) ontwerp of selectiemethode. Voor het ontwerp van het Prismatic Compressor-testprototype, CFD, CFD, CFD, CFD, CFD, CFD, CFD, CFD, CFD, CFD, CFD, CFD, CFD, CFD Analyse is aangenomen. De software voert dynamische numerieke simulatie uit.

1 Overzicht van de prismatische compressor als een nieuwe roterende volumetrische compressor met onafhankelijke intellectuele eigendomsrechten (uitvinding octrooinummer: ZL200610042114.8), vergeleken met de huidige schroefcompressor met marktvoordelen, heeft het eenvoudige rotorverwerking en minder lekpassage. (Geen lekkage -driehoek, flexibel ontwerp van inlaat- en uitlaatpoorten, selectievereisten met lage lager, lage bedrijfssnelheid, lage productiekosten, hoge werkefficiëntie, enz.)

De prismatische compressor heeft een breed scala aan toepassingen en is in principe van toepassing op het geval van een schroefcompressor. De toepassing van de prismatische compressormechnologie op basis van de bestaande industriële technologie kan de overerving van de bestaande schroefcompressortechnologie maximaliseren, zoals de selectie en het ontwerp van het rotorprofiel van de prismatische compressor, evenals het gebruik van de prismatische compressor . De selectie en het ontwerp van lagers, asafdichtingen, synchrone tandwielen en machinestructuren kunnen volledig gebruik maken van de technische prestaties van bestaande schroefcompressoren. Dit is de promotie van prismatische compressoren en het werkende principe van de prismatische compressoren. Een bilateraal symmetrisch boogvormig rotorprofiel is ontworpen en de belangrijkste componenten van het testprototype werden ontworpen. Vervolgens werd de op CFD gebaseerde numerieke simulatie uitgevoerd op het compressieproces.

2 Rotorprofielontwerp In de prismatische compressor is het profielontwerp van de rotor een belangrijke taak bij het ontwerp van de gehele prismatische compressor. Volgens de wet van meshing is de verhouding van het aantal noktype gezichten op de mannelijke en vrouwelijke rotoren van de prismatische compressor tot het aantal groeven van het concave type gelijk aan de verhouding van de diameter of straal van de toonhoogtecirkel van De anode en de kathode, en de anode en de kathode hebben meestal de voorkeur. De verhouding van het aantal ribtype gezichten tot het aantal Groove -type gezichten is 2/2, 2/3, 3/3, 3/4, enz., Zodat de hoogst mogelijke drukverhouding kan worden verkregen.

Net als de schroefcompressor heeft het rotorprofiel van de prismatische compressor zowel een symmetrische lijn als een asymmetrische lijn, en een enkelzijdige lijn en een dubbelzijdig type. Voor de schroefcompressor zijn verschillende asymmetrische lijnen ontworpen om de invloed van de lekkage -driehoek op de lekkage en het stroomverbruik van de hele machine te minimaliseren, maar voor de prismatische compressor, omdat deze niet bestaat in de structuur, is de driehoek gelekt, Dus een eenvoudige bilaterale symmetrische lijn kan zoveel mogelijk worden gebruikt, die de scherpe punt- en spanningsconcentratie op de lijn van de rotortype vermijdt en zorgt voor het ontwerp, de productie en foutopsporing van de prismatische compressor. In dit artikel wordt de bilaterale symmetrische cirkelvormige booglijn beschouwd als een voorbeeld om het ontwerpproces van het rotorprofiel van de prismatische compressor van het rotorcombinatieschema te illustreren met de verhouding van het aantal profielen dat 2/3 is.

De twee-symmetrische cirkelvormige booglijn van de vrouwelijke rotor met een groeftype van 3 wordt getoond en de straal van de steekcirkel is RA. De bilateraal symmetrische cirkelvormige boog van de mannelijke rotor met het aantal ruggen is 2 en de toonhoogtecirkel wordt getoond. De straal is RIT en het aantal synchrone tandwieltanden verbonden met de positieve en negatieve rotorassen is respectievelijk Zi en Z2. De overbrengingsverhouding van de versnellingen op het midden en de Yin- en Yang -rotoren en hun bijbehorende relaties worden weergegeven in tabel 1.

AB, EF, HI en LM zijn het midden van de boog van de respectieve rotorveld en de straal van het boogsegment, de straal van de boog verschilt van het ontwerp van de schroefcompressor, ongeacht de invloeden van de lekkage.

Het CD-segment en het K-segment zijn cirkelvormige boogsegmenten van straal R, waarbij de bovenkant van het k-boogsegment op de mannelijke rotor wordt voltooid door de buitenste cirkel met een diameter van 2RIT+2R-A of 2RA+2R. Het snijeffect, het voordeel hiervan is: (1 kan een gezichtsafdichting vormen tussen de mannelijke rotor en de binnenholtewand; Q -compressie kan eindigen om een ​​kleiner klaringvolume te verkrijgen; (3 door de grootte kan het lichaam van het lichaam maken De vrouwelijke en mannelijke rotor De binnendiameters van de binnenkamers zijn gelijk, zodat de spanningsverdeling en warmtedissipatie van de behuizing uniformer zijn en de vorm en verwerking van de behuizing ook wordt vergemakkelijkt.

Tabel 1 Yin en Yang Rotor Bilaterale symmetrische cirkelvormige booglijn Samenstelling Tandcurve Yin Rotor Rotor Rotor Arc Cycloïdaal punt Cycloid Point Cycloid -punt Boog De bovenstaande boogsegmentvergelijking is duidelijk gemakkelijker te bepalen. De BC-, DE-, I- en KL -segmenten zijn pendelsegmenten. De afleidingresultaten van de cycloïde vergelijking zijn de waarden van het centrum en het bereik van waarden die nog steeds worden bepaald door de geometrische relatie in de grafiek volgens de coördinaattransformatierelatie en envelopomstandigheden.

Op basis van de bepaling van het rotorprofiel wordt het rotorprofiel uitgerekt in de richting van de rotoras om een ​​gegroefd of geribbeld profiel te vormen dat parallel is aan de axiale richting van de vrouwelijke en mannelijke rotoren, waardoor het mannelijk en het vrouwtje wordt voltooid rotoren. De vorm van het hoofddeel is zoals getoond.

Het essentiële verschil tussen de rotor in de prismatische compressor en de rotor in de schroefcompressor is te zien uit de figuur.

Tegelijkertijd, op basis van de bepaling van het rotorprofiel, volgens de vergelijking van de tandcurve van de Yin en Yang-rotor, gecombineerd met de werkelijke structurele afmetingen van de rotor en de ~ -vormige cilinder en de startpositie van de Uitlaatopening, de tanden van de yin- en yang -rotor kunnen worden verkregen volgens analytische methode. Het gebied tussen het gebied en het einde van de compressie, zoals AM, 42 en 43. Volgens de effectieve werklengte L van de Yin- en Yang-rotor kan de onderlinge volume V daadwerkelijk betrokken zijn bij de compressieslag, dat wil zeggen, als het gecomprimeerde gas ideaal is voor gas, kan de interne drukverhouding van de prism-compressor worden benaderd, dat wil zeggen dat de verhouding in de haakjes de interne volumeverhouding van de prismcompressor is en M is de multi-process index , die kan worden geselecteerd door te verwijzen naar de empirische gegevens van de schroefcompressor.

Het journaalgedeelte buiten de rotorlichaam is ontworpen in overeenstemming met de ontwerpmethode van de gewone as. Vergelijkbaar met het rotorontwerpprincipe van de schroefcompressor, is de rotor van de prismatische compressor ook verdeeld in een integraal type en een gecombineerd type. Het kan ook een interne koelstructuur of een afdichttand of een afdichtingsrib overnemen. Aangezien de twee rotoren van de prismatische compressor worden gedraaid door de synchrone tandwielen, zijn de twee rotoren eigenlijk niet in contact, zodat de selectie van de rotor van de prismatische compressor breder kan worden gemaakt dan die van de rotor van de olie -Geïnjecteerde schroefcompressor. In dit artikel is het rotormateriaal van het prototype gemaakt van gewoon medium koolstofstaal.

3 Andere hoofdcomponenten Ontwerp en selectie 3.1 Het lichaam is een van de belangrijkste componenten van de prismatische compressor. Het is de drager voor de compressorrotor, lager, asafdichting, synchrone tandwiel en andere componenten. Net als de schroefcompressor is het ook samengesteld uit het cilindergedeelte van het middelste deel en de eindbedekking van beide uiteinden. De zijde -dekking kan integraal worden gevormd met het cilinderlichaam volgens de werkelijke situatie, of kan afzonderlijk worden vervaardigd.

Omdat de inlaat- en uitlaatpoorten van de Prism -compressor flexibeler zijn dan de schroefcompressor, kunnen de inlaat- en uitlaatpoorten worden ontworpen om radiale zuigkracht of uitlaat te zijn, of kunnen worden ontworpen voor axiale zuigkracht en uitlaat. Bovendien kan de cilinder van de prismatische compressor ook worden ontworpen als een structuur met één muur of een dubbele muurstructuur indien nodig. Bovendien kan het lichaamsmateriaal van de prismatische compressor ook worden geselecteerd uit verschillende materialen, zoals gewoon grijs gietijzer, ductiel ijzer, gegoten staal, legeringsstaal of roestvrij staal.

Het testprototype dat bij dit artikel betrokken is, neemt een structurele vorm aan waarin één eindbedekking en de cilinder integraal worden gegoten, en de inlaat- en uitlaatpoorten zijn ontworpen als een radiale zuig- en uitlaatstructuur, het cilinderlichaam is een wandstructuur met één laag, en het materiaal is gemaakt van ductiel ijzer.

3.2 Lagerlager is ook een van de belangrijkste componenten van de prismatische compressor. Vergelijkbaar met de schroefcompressor, is het lager dat in de prismatische compressor wordt gebruikt, ook verdeeld in twee soorten: rollend lager en glijdende lager. In niet-grote schalende prismatische compressor wordt rollen in het algemeen gebruikt. . Aangezien de mannelijke en vrouwelijke rotorprofielen van de prismatische compressor echter rechte flankoppervlakken zijn, wordt er tijdens de rotatie geen axiale kracht gegenereerd, zodat alleen de diameter van de aanspreekwiel en de axiale zuiging en uitlaatdruk kunnen worden geselecteerd. Xiangli radiaal lager vermindert het aantal lagers in vergelijking met schroefcompressoren; En omdat de snelheid van de Prism -compressor lager is, kan deze worden vervangen door binnenlandse lagers in plaats van geïmporteerde lagers. Lagers vervangen zeer nauwkeurige lagers.

Het testprototype van dit artikel gebruikt slechts 4 in eigen land geproduceerde P5 -grade hoekcontactkogellagers.

3.3 Het principe van het selecteren van de asafdichting van de prismcompressor van de asafdichting is vergelijkbaar met dat van de schroefcompressor. Voor olievrije prismatische compressoren zijn grafietringafdichtingen, labyrint asafdichtingen of mechanische asafdichtingen beschikbaar; Voor oliestraalprisma -compressoren kan een bepaalde druk worden uitgeoefend tussen de rotorlichaamsectie en de lagers, de afdichtolie is afgesloten. In het buitenste as van de rotor kan een eenvoudige lipafdichting worden gebruikt voor afdichting of kan een olie-gesmolte mechanische afdichting worden gebruikt. Bovendien kan voor de prismatische compressor de asafdichting worden geselecteerd zonder onderscheid te maken tussen het inlaatuiteinde en het uitlaatuiteinde.

Het testprototype van dit papier ontwerpt een afdichtingsafdichting tussen de rotorlichaamsectie en de lager, en een lipafdichting wordt gebruikt in het buitenste asgedeelte van de rotor.

3.4 Synchrone tandwielen omdat het aantal meshing -tanden op de rotor van de prismatische compressor klein is, zowel de oliestraalprismcompressor als de Oilless Prism -compressor moeten de synchrone rotatie van de rotormroep door de synchrone versnelling realiseren, dus de synchrone versnelling is ook een prisma. De belangrijkste componenten van de staafcompressor.

Net als andere compressiemachines met synchrone tandwielmechanismen, om de meshing -nauwkeurigheid van de rotor te waarborgen, heeft het nauwkeurigheidsniveau van de synchrone versnelling van de prismatische compressor ook hogere vereisten en moeten ze boven 6 nauwkeurigheid zijn. Om de axiale verplaatsing van de versnelling te voorkomen, wordt bovendien de juiste meshingrelatie van de rotor vernietigd en tegelijk versnelling. Het testprototype van dit artikel is ontworpen met een paar sporen, waarbij de synchroniserende tandwiel die is aangesloten op de vrouwelijke rotor is ontworpen als een verstelbare structuur.

4 Numerieke simulatie van het compressieproces om te onderzoeken of het prismatische compressor -testprototype is voltooid volgens het bovenstaande ontwerpidee kan het interne compressieproces realiseren, de dynamische simulatie van het compressieproces wordt uitgevoerd door de CFD -analysesoftware te gebruiken met behulp van de dynamische mesh Technologie voor het vereenvoudigde model van het testprototype.

De dynamische numerieke simulatieresultaten van de drukverdeling in de compressiekamer van het testprototype bij verschillende rotatiesnelheden worden getoond, waarbij Q en de drukverdeling in de compressiekamer respectievelijk 1200R/min en 3000R/min zijn, en de drukeenheid is PA . neemt toe met de toename van de rotatiesnelheid. Het is aanzienlijk toegenomen.

De bovenstaande numerieke simulatieresultaten enerzijds weerspiegelen dat de prismatische compressor een sterk intern compressieproces kan bereiken, en anderzijds weerspiegelt het dat de toename van de rotatiesnelheid het snelheidsafdichtingseffect kan verbeteren, wat consistent is met de werkelijke Situatie van de meeste compressieapparatuur van het spaarzegeltype. .

5 Conclusie die het bilaterale symmetrische boogrotorprofiel als een voorbeeld neemt, wordt het ontwerp van het rotorprofiel van het prismatische compressor-testprototype voltooid en de afleidingresultaten van de bilaterale symmetrische cirkelvormige boogvormige lijnsegmentlijnvergelijking worden gegeven en de prismale vergelijking Compressie wordt geïntroduceerd. Ontwerp- en selectiemethoden voor andere belangrijke componenten van het machinetestprototype. Met behulp van de CFD -analysesoftware werd het dynamische model van het compressieproces uitgevoerd met behulp van de dynamische roostertechniek voor het vereenvoudigde model van het testprototype. De resultaten tonen aan dat de lokale onmiddellijke druk wordt verkregen in het intertandvolume dat betrokken is bij het compressieproces, wat de prismatische compressor bevestigt. Een sterk intern compressieproces kan worden bereikt.