Conception et simulation numérique du profil rotor du compresseur de prisme

La conception et la simulation numérique du profil du rotor du compresseur de rotor à grand angle ont été réalisées par Zhang Zhaohe (Harbin Institute of Technology (Weihai, Shandong Weihai 264209) Méthode de conception ou de sélection. Pour la conception du prototype de test compresseur prismatique, CFD L'analyse a été adoptée.

1 Vue d'ensemble du compresseur prismatique en tant que nouveau compresseur volumétrique rotatif avec les droits de propriété intellectuelle indépendants (numéro de brevet d'invention: ZL200610042114.8), par rapport au compresseur de vis actuel avec les avantages du marché, il a un traitement simple du rotor et un adoption moins de fuite. (Pas de triangle de fuite, conception flexible des ports d'admission et d'échappement, exigences de sélection à faible roulement, faible vitesse de fonctionnement, faible coût de fabrication, efficacité de travail élevée, etc.)

Le compresseur prismatique possède un large éventail d'applications, et il est essentiellement applicable au cas d'un compresseur à vis. L'application de la technologie du compresseur prismatique sur la base de la technologie industrielle existante peut maximiser l'héritage de la technologie de compresseur de vis existant, telles que la sélection et la conception du profil du rotor du compresseur prismatique, ainsi que l'utilisation du compresseur prismatique . La sélection et la conception des roulements, des joints d'arbre, des engrenages synchrones et des structures de machines peuvent utiliser pleinement les réalisations techniques des compresseurs de vis existants. Il s'agit de la promotion des compresseurs prismatiques et du principe de travail des compresseurs prismatiques. Un profil de rotor bilatéral symétrique en forme d'arc a été conçu et les principaux composants du prototype de test ont été conçus. Ensuite, la simulation numérique basée sur CFD a été réalisée sur le processus de compression.

2 Conception de profil de rotor Dans le compresseur prismatique, la conception de profil du rotor est une tâche clé dans la conception de l'ensemble du compresseur prismatique. Selon la loi du maillage, le rapport du nombre de faces de type de crête sur les rotors mâles et femelles du compresseur prismatique au nombre de rainures du type concave est égal au rapport du diamètre ou du rayon du cercle de hauteur de L'anode et la cathode, et l'anode et la cathode sont généralement préférées. Le rapport du nombre de faces de type nervure au nombre de faces de type de rainure est de 2/2, 2/3, 3/3, 3/4, etc., de sorte que le rapport de pression le plus élevé possible peut être obtenu.

Semblable au compresseur de vis, le profil du rotor du compresseur prismatique a à la fois une ligne symétrique et une ligne asymétrique, et une ligne à un seul côté et un type double face. Pour le compresseur à vis, diverses lignes asymétriques sont conçues afin de minimiser l'influence du triangle de fuite sur la fuite et la consommation d'énergie de toute la machine, mais pour le compresseur prismatique, car il n'existe pas dans la structure, le triangle est divulgué, Ainsi, une simple ligne symétrique bilatérale peut être utilisée autant que possible, ce qui évite le point net et la concentration de contrainte sur la ligne de type rotor, et assure la conception, la fabrication et le débogage du compresseur prismatique. Dans cet article, la ligne d'arc circulaire symétrique bilatérale est prise comme exemple pour illustrer le processus de conception du profil du rotor du compresseur prismatique du schéma de combinaison du rotor avec le rapport du nombre de profils étant 2/3.

La ligne d'arc circulaire à deux symétriques du rotor femelle avec un type de rainure de 3 est représentée, et le rayon du cercle de tangage est RA. L'arc circulaire symétrique bilatéralement du rotor mâle avec le nombre de crêtes est de 2, et le cercle de tangage est montré. Le rayon est RIT, et le nombre de dents d'équipement synchrones connectés aux arbres de rotor positifs et négatifs est respectivement Zi et Z2. Le rapport d'engrenages des engrenages sur le milieu et les rotors yin et yang et leurs relations correspondants sont présentés dans le tableau 1.

AB, EF, HI et LM sont le centre de l'arc de la hauteur du rotor respectif et le rayon du segment de l'arc, le rayon de l'arc est différent de la conception du compresseur de vis, indépendamment de ses influences de triangle de fuite.

Le segment CD et le segment K sont des segments d'arc circulaires du rayon R, dans lequel le haut du segment d'arc K sur le rotor mâle est complété par le cercle extérieur ayant un diamètre de 2rit + 2r-a ou 2ra + 2r. L'effet de coupe, l'avantage de ceci est: (1 peut former un joint de visage entre le rotor mâle et la paroi de la cavité interne; la compression Q peut se retrouver pour obtenir un volume de dégagement plus petit; (3 par le réglage de la taille peut faire du corps de Le rotor féminin et mâle Les diamètres intérieurs des chambres intérieurs sont égaux, de sorte que la distribution des contraintes et la dissipation de chaleur du boîtier sont plus uniformes et que la moulure et le traitement du boîtier soient également facilitées.

Tableau 1 Rotor Yin et Yang Bilatéral Symmétrique Courculaire circulaire Courbe dentaire Rotor Yang Rotor Arc Cycloïde Point cycloïde Point Point cycloïde Arc L'équation du segment d'arc ci-dessus est évidemment plus facile à déterminer. Les segments BC, DE, I et KL sont des segments de pendule. Les résultats de la dérivation de l'équation cycloïde sont les valeurs du centre et la plage de valeurs encore déterminées par la relation géométrique dans le graphique en fonction de la relation de transformation des coordonnées et des conditions d'enveloppe.

Sur la base de la détermination du profil du rotor, le profil du rotor est étiré dans la direction de l'axe du rotor pour former un profil rainuré ou nervuré qui est parallèle à la direction axiale des rotors féminins et mâles, terminant ainsi le mâle et la femme rotors. La forme de la partie principale est comme indiqué.

La différence essentielle entre le rotor dans le compresseur prismatique et le rotor dans le compresseur de vis peut être observée à partir de la figure.

Dans le même temps, sur la base de la détermination du profil du rotor, selon l'équation de la courbe dentaire du rotor yin et yang, combinée avec les dimensions structurelles réelles du rotor et du cylindre en forme de ~ et la position de départ de la position de la partie de la position de la position de la position de la position de la position de la position de la position de la position de la position de la position de la position de la position de la position de la position de la position de la position de la position de la position de la position de la position de la position de la position du rotor et du ~ L'orifice d'échappement, les dents du rotor yin et yang peuvent être obtenues par méthode analytique. La zone entre la zone et l'extrémité de la compression, comme AM, 42 et 43. Selon la longueur de travail effective L du rotor yin et yang, le volume interoth V en fait impliqué dans la course de compression peut être obtenu, c'est-à-dire que si le gaz comprimé est idéal pour le gaz, le rapport de pression interne du compresseur de prisme peut être approximé, c'est-à-dire que le rapport entre parenthèses est le rapport de volume interne du compresseur du prisme, et m est l'indice multi-processus , qui peut être sélectionné en se référant aux données empiriques du compresseur de vis.

La partie de la revue à l'extérieur du corps du rotor est conçue conformément à la méthode de conception de l'arbre ordinaire. Semblable au principe de conception du rotor du compresseur de vis, le rotor du compresseur prismatique est également divisé en un type intégral et un type combiné. Il peut également adopter une structure de refroidissement interne ou une dent d'étanchéité ou une côte d'étanchéité. De plus, puisque les deux rotors du compresseur prismatique sont tournés par les engrenages synchrones, les deux rotors ne sont pas en contact, de sorte que la sélection du rotor du compresseur prismatique peut être élargie que celle du rotor de l'huile - Compresseur de vis injecté. Dans cet article, le matériau du rotor du prototype est en acier à carbone moyen ordinaire.

3 Autres composants principaux Conception et sélection 3.1 Le corps est l'un des principaux composants du compresseur prismatique. C'est le support du rotor du compresseur, du roulement, du joint d'arbre, du matériel synchrone et d'autres composants. Semblable au compresseur de vis, il est également composé de la partie cylindre de la partie médiane et de la couverture finale des deux extrémités. Le couvercle de l'extrémité latérale peut être moulé intégralement avec le corps du cylindre en fonction de la situation réelle, ou peut être fabriqué séparément.

Étant donné que les orifices d'entrée et d'échappement du compresseur de prisme sont plus flexibles que le compresseur de vis, les ports d'admission et d'échappement peuvent être conçus pour être soit une aspiration radiale ou un échappement, ou peuvent être conçus pour l'aspiration axiale et l'échappement. De plus, le cylindre du compresseur prismatique peut également être conçu comme une structure à paroi unique ou une structure à double paroi au besoin. De plus, le matériau corporel du compresseur prismatique peut également être sélectionné à partir de différents matériaux tels que la fonte gris ordinaire, le fer ductile, l'acier coulé, l'acier en alliage ou l'acier inoxydable.

Le prototype d'essai impliqué dans cet article adopte une forme structurelle dans laquelle un couvercle d'extrémité et le cylindre sont coulés intégralement, et les ports d'entrée et d'échappement sont conçus comme une structure d'aspiration radiale et d'échappement, le corps du cylindre est une structure de paroi unique, une seule couche, et le matériau est fait de fer ductile.

3.2 Le roulement du roulement est également l'un des composants clés du compresseur prismatique. Semblable au compresseur de vis, le roulement utilisé dans le compresseur prismatique est également divisé en deux types: le roulement et le roulement coulissant. Dans le compresseur prismatique non à l'échelle non large, le roulement de roulement est généralement utilisé. . Cependant, comme les profils de rotor mâle et femelle du compresseur prismatique sont des surfaces de flanc droite, aucune force axiale n'est générée pendant la rotation, de sorte que seul le diamètre de l'engrenage d'éperon et la pression d'aspiration axiale et d'échappement peuvent être sélectionnés. Le roulement radial de Xiangli réduit le nombre de roulements par rapport aux compresseurs de vis; Et parce que la vitesse du compresseur du prisme est plus faible, elle peut être remplacée par des roulements domestiques au lieu de roulements importés. Les roulements remplacent les roulements de haute précision.

Le prototype d'essai de cet article n'utilise que 4 roulements à billes de contact angulaire de qualité P5 produits au niveau national.

3.3 Le principe de sélection du joint d'arbre du compresseur de prisme du joint d'arbre est similaire à celui du compresseur de vis. Pour les compresseurs prismatiques sans huile, les joints à anneaux de graphite, les joints d'arbre du labyrinthe ou les joints d'arbre mécanique sont disponibles; Pour les compresseurs de prisme de jet d'huile, une certaine pression peut être appliquée entre la section du corps du rotor et les roulements, l'huile d'étanchéité est scellée. Dans la section d'arbre externe du rotor, un simple joint à lèvres peut être utilisé pour le scellement, ou un joint mécanique lubrifié à l'huile peut être utilisé. De plus, pour le compresseur prismatique, le joint d'arbre peut être sélectionné sans distinguer entre l'extrémité d'admission et l'extrémité d'échappement.

Le prototype d'essai de ce papier conçoit un joint d'huile de joint entre la section du corps du rotor et le roulement, et un joint de lèvres est utilisé dans la section d'arbre externe du rotor.

3.4 GROUGNES SYNCHONES car le nombre de dents de maillage sur le rotor du compresseur prismatique est petit, à la fois le compresseur de prisme de jet d'huile et le compresseur de prisme sans oids, donc la rotation synchrone du groupe de rotor un prisme. Les principaux composants du compresseur de tige.

Semblable à d'autres machines de compression avec des mécanismes d'équipement synchrones, afin d'assurer la précision de maillage du rotor, le niveau de précision de l'équipement synchrone du compresseur prismatique a également des exigences plus élevées et doit être supérieure à la précision. De plus, afin d'éviter le déplacement axial de l'engrenage, la relation de maillage correcte du rotor est détruite, et en même temps, afin d'assurer l'installation et le réglage pendant l'assemblage, l'engrenage synchrone est plus fiable avec un éperon engrenage. Le prototype d'essai de ce papier est conçu avec une paire de vitesses d'éperon, dans lesquelles l'engrenage de synchronisation connecté au rotor féminin est conçu comme une structure réglable.

4 Simulation numérique du processus de compression afin d'étudier si le prototype de test du compresseur prismatique terminé selon l'idée de conception ci-dessus peut réaliser le processus de compression interne, la simulation dynamique du processus de compression est réalisée en utilisant le logiciel d'analyse CFD à l'aide du maillage dynamique Technologie pour le modèle simplifié du prototype de test.

Les résultats de simulation numérique dynamique de la distribution de pression dans la chambre de compression du prototype d'essai à différentes vitesses de rotation sont indiqués, où Q et la distribution de pression dans la chambre de compression sont respectivement de 1200r / min et 3000r / min . augmente avec l'augmentation de la vitesse de rotation. Il a considérablement augmenté.

Les résultats de simulation numérique ci-dessus, d'une part, reflètent que le compresseur prismatique peut atteindre un fort processus de compression interne, et d'autre part, il reflète que l'augmentation de la vitesse de rotation peut améliorer l'effet d'étanchéité de la vitesse, ce qui est cohérent avec le réel Situation de la plupart des équipements de compression de type d'étanchéité. .

5 Conclusion En prenant le profil rotor de l'arc symétrique bilatéral à titre d'exemple, la conception du profil de rotor du prototype de test compresseur prismatique est terminée, et les résultats de dérivation du segment de la ligne de ligne de lignes en forme d'arc circulaire symétrique bilatérale sont et le prisme la compression est introduite. Méthodes de conception et de sélection pour d'autres composants majeurs du prototype de test machine. À l'aide du logiciel d'analyse CFD, le modèle dynamique du processus de compression a été réalisé en utilisant la technique de la grille dynamique pour le modèle simplifié du prototype de test. Les résultats montrent que la pression instantanée locale est obtenue dans le volume internet impliqué dans le processus de compression, confirmant le compresseur prismatique. Un fort processus de compression interne peut être réalisé.