プリズムコンプレッサーのロータープロファイルの設計と数値シミュレーション

ワイドアングルローターコンプレッサーのロータープロファイルの設計と数値シミュレーションは、Zhang Zhaohe（Harbin Institute of Technology（Weihai、Shandong Weihai 264209）の設計または選択方法によって実行されました。分析は、ソフトウェアが動的な数値シミュレーションを実行します。

1独立した知的財産権（発明特許番号：ZL200610042114.8）を備えた新規回転式体積コンプレッサーとしてのプリズムコンプレッサーの概要、市場の利点を持つ現在のスクリューコンプレッサーと比較して、単純なローター処理と漏れの通過が少ない。 （漏れの三角形、吸気ポートと排気ポートの柔軟な設計、低いベアリングの選択要件、低動作速度、低い製造コスト、高作業効率など）

プリズムコンプレッサーには幅広いアプリケーションがあり、基本的にネジコンプレッサーの場合に適用できます。既存の産業技術に基づいてプリズムコンプレッサーテクノロジーの適用は、プリズムコンプレッサーのロータープロファイルの選択と設計、プリズムコンプレッサーの使用など、既存のネジコンプレッサーテクノロジーの継承を最大化できます。 。ベアリング、シャフトシール、同期ギア、および機械構造の選択と設計は、既存のネジコンプレッサーの技術的な成果を最大限に活用できます。これは、プリズムコンプレッサーのプロモーションと、プリズムコンプレッサーの作業原則です。両側対称性アーク型ロータープロファイルが設計され、テストプロトタイプの主なコンポーネントが設計されました。次に、CFDベースの数値シミュレーションが圧縮プロセスで実行されました。

2ロータープロファイル設計プリズムコンプレッサーでは、ローターのプロファイル設計は、プリズムコンプレッサー全体の設計における重要なタスクです。メッシュの法則によれば、プリズムコンプレッサーの雄および雌ローターの尾根タイプの面の数の比率は、凹型型の溝の数に対する雌犬の回転体の比率は、ピッチ円の直径または半径の比の比に等しくなります。アノードとカソード、およびアノードとカソードが通常好まれます。リブタイプの面の数と溝型面の数の比は、2/2、2/3、3/3、3/4などであるため、可能な限り最高の圧力比を得ることができます。

ネジコンプレッサーと同様に、プリズムコンプレッサーのロータープロファイルには、対称線と非対称ライン、片面線と両面タイプの両方があります。ネジ圧縮機の場合、マシン全体の漏れと電力消費に対する漏れ三角形の影響を最小限に抑えるために、さまざまな非対称ラインが設計されていますが、プリズムコンプレッサーの場合、それは構造に存在しないため、三角形が漏れています。したがって、単純な二国間対称ラインを可能な限り使用できます。これにより、ロータータイプラインの鋭い点と応力集中が回避され、プリズムコンプレッサーの設計、製造、デバッグが保証されます。このホワイトペーパーでは、両側対称循環アークラインを例として使用して、ローター併用スキームのプリズムコンプレッサーのロータープロファイルの設計プロセスを示し、プロファイルの数の比率が2/3であることを示しています。

溝のタイプ3を持つ雌ローターの2つの対称円形の円形アークラインが表示され、ピッチサークルの半径はRAです。尾根の数を伴うオスローターの両側対称丸弧は2で、ピッチ円が表示されます。半径はRITであり、正と負のローターシャフトに接続された同期ギア歯の数はそれぞれZIとZ2です。中央のギアのギア比と陰陽ローターとヤンローターとそれらの対応する関係を表1に示します。

AB、EF、HI、およびLMは、それぞれのローターピッチのアークの中心であり、アークセグメントの半径は、アークの半径は、漏れの三角形の影響に関係なく、ネジコンプレッサーの設計とは異なります。

CDセグメントとKセグメントは、半径Rの円形アークセグメントであり、男性ローターのKアークセグメントの上部は、2rit+2R-Aまたは2ra+2Rの直径を持つ外側円によって完成します。切断効果、これの利点は次のとおりです。（1はオスローターと内側の空洞壁の間にフェイスシールを形成できます; Q圧縮は、より小さなクリアランスボリュームを得るために終わる可能性があります。メスとオスのローター内側のチャンバーの内径は等しく、ハウジングの応力分布と熱散逸はより均一であり、ハウジングの成形と加工も促進されます。

表1陰とYangローターの両側対称循環線の組成歯の曲線Yinローターヤンローターアークシクロイドポイントサイクロイドアークポイントサイクロイドポイントアーク上記のアークセグメント方程式は明らかに判断しやすくなります。 BC、DE、I、KLセグメントは振り子セグメントです。サイクロイド方程式の派生結果は、中心の値と、座標変換の関係とエンベロープ条件に従って、グラフの幾何学的関係によって依然として決定される値の範囲です。

ロータープロファイルの決定に基づいて、ロータープロファイルはローター軸の方向に伸びており、メスとオスローターの軸方向に平行な溝またはリブ付きプロファイルを形成し、それにより男性と女性を完成させます。ローター。主な部分の形状は示されています。

プリズムコンプレッサーのローターとネジコンプレッサーのローターの本質的な違いは、図から見ることができます。

同時に、ロータープロファイルの決定に基づいて、陰とYangローターの歯の曲線の方程式に従って、ローターの実際の構造寸法と〜shapedシリンダーの実際の構造寸法と、および排気口、陰と陽のローターの歯は、分析方法によって得ることができます。 AM、42および43などの圧縮の領域と圧縮の終わりの間の領域。陰とYangローターの有効作業長Lによると、実際に圧縮ストロークに関与する歯間体積Vを取得できます。つまり、圧縮ガスがガスに最適な場合、プリズムコンプレッサーの内部圧力比を近似できます。つまり、括弧内の比率はプリズムコンプレッサーの内部体積比であり、Mはマルチプロセスインデックスです。 、ネジコンプレッサーの経験的データを参照することで選択できます。

ローターボディの外側のジャーナル部分は、通常のシャフトの設計方法に従って設計されています。ネジコンプレッサーのローター設計原理と同様に、プリズムコンプレッサーのローターも積分タイプと組み合わせ型に分割されます。また、内部冷却構造、密閉歯、またはシーリングリブを採用する場合があります。さらに、プリズムコンプレッサーの2つのローターは同期ギアによって回転しているため、2つのローターは実際には接触していないため、プリズムコンプレッサーのローターの選択は、オイルのローターよりも広くすることができます。 - 挿入されたネジコンプレッサー。この論文では、プロトタイプのローター材料は通常の中程度の炭素鋼でできています。

3その他の主要なコンポーネント設計と選択3.1ボディは、プリズムコンプレッサーの主要なコンポーネントの1つです。コンプレッサーローター、ベアリング、シャフトシール、同期ギア、その他のコンポーネントのキャリアです。ネジコンプレッサーと同様に、中央部のシリンダー部分と両端のエンドカバーで構成されています。サイドエンドカバーは、実際の状況に応じてシリンダー本体で統合的に成形することも、別々に製造することもできます。

プリズムコンプレッサーの入口と排気ポートはネジコンプレッサーよりも柔軟であるため、吸気ポートと排気ポートは、放射状の吸引または排気のいずれかに設計されているか、軸吸引と排気用に設計できます。さらに、プリズムコンプレッサーのシリンダーは、必要に応じて単一壁構造または二重壁構造として設計することもできます。さらに、プリズムコンプレッサーのボディ材料は、通常の灰色の鋳鉄、延性鉄、鋳造鋼、合金鋼、ステンレス鋼などのさまざまな材料から選択することもできます。

このペーパーに関与するテストプロトタイプは、一方の端カバーとシリンダーが統合的に鋳造される構造形式を採用し、インレットと排気ポートは放射状の吸引と排気構造として設計されています。シリンダーボディは単一層の壁構造です。材料は延性鉄でできています。

3.2ベアリングベアリングは、プリズムコンプレッサーの重要なコンポーネントの1つでもあります。ネジコンプレッサーと同様に、プリズムコンプレッサーで使用されるベアリングは、ローリングベアリングとスライドベアリングの2つのタイプにも分かれています。非主題のプリズムコンプレッサーでは、一般的にローリングベアリングが使用されます。 。ただし、プリズムコンプレッサーの雄と雌のロータープロファイルはまっすぐなフランク表面であるため、回転中に軸方向の力は生成されないため、拍車ギアと軸吸引と排気圧の直径のみを選択できます。 Xiangliラジアルベアリングは、ネジコンプレッサーと比較してベアリングの数を減らします。また、プリズムコンプレッサーの速度が低いため、輸入ベアリングの代わりに家庭用ベアリングに置き換えることができます。ベアリングは、高精度ベアリングに取って代わります。

このペーパーのテストプロトタイプでは、国内で生成された4つのP5グレードの角度接触ボールベアリングのみを使用しています。

3.3シャフトシールプリズムコンプレッサーのシャフトシールを選択する原理は、ネジコンプレッサーのそれに似ています。オイルフリーのプリズムコンプレッサーには、グラファイトリングシール、ラビリンスシャフトシール、または機械式シャフトシールを利用できます。オイルジェットプリズムコンプレッサーの場合、ローターボディセクションとベアリングの間に一定の圧力をかけることができます。シーリングオイルが密閉されています。ローターの外側のシャフトセクションでは、シーリングにシンプルなリップシールを使用するか、オイル潤滑された機械シールを使用できます。さらに、プリズムコンプレッサーの場合、吸気端と排気端を区別することなく、シャフトシールを選択できます。

このペーパーのテストプロトタイプは、ローターボディセクションとベアリングの間にシールオイルシールを設計し、ローターの外側シャフトセクションでリップシールシールを使用しています。

3.4同期ギアプリズムコンプレッサーのローターのメッシュ歯の数が小さいため、オイルジェットプリズムコンプレッサーとオアレスプリズムコンプレッサーの両方が同期ギアによるローター基の同期回転を実現する必要があるため、同期ギアも同期ギアも実現する必要があります。プリズム。ロッドコンプレッサーの主なコンポーネント。

同期ギアメカニズムを備えた他の圧縮機と同様に、ローターのメッシュ精度を確保するために、プリズムコンプレッサーの同期ギアの精度レベルも必要であり、6精度を超える必要があります。さらに、ギアの軸方向の変位を防ぐために、ローターの正しいメッシュ関係が破壊され、同時に、アセンブリ中に設置と調整を確保するために、同期ギアはより信頼性が高くなります。装備。このペーパーのテストプロトタイプは、雌のローターに接続された同期ギアが調整可能な構造として設計されているスパーギアのペアで設計されています。

4圧縮プロセスの数値シミュレーション上記の設計アイデアに従って完了したプリズムコンプレッサーテストプロトタイプが内部圧縮プロセスを実現できるかどうかを調査するために、圧縮プロセスの動的シミュレーションは、動的メッシュを使用してCFD分析ソフトウェアを使用して実行されますテストプロトタイプの単純化されたモデルのテクノロジー。

さまざまな回転速度でのテストプロトタイプの圧縮チャンバーの圧力分布の動的数値シミュレーション結果が表示されます。ここで、Qと圧縮チャンバーの圧力分布はそれぞれ1200R/minおよび3000R/minであり、圧力単位はpaです。 。圧縮プロセスに関与する歯間体積のガス圧力は、2つの回転速度での排気ポートとの通信の前に、それぞれ局所的な瞬時圧力に達しました。回転速度の増加とともに増加します。大幅に増加しています。

上記の数値シミュレーション結果は、一方でプリズムコンプレッサーが強力な内部圧縮プロセスを実現できることを反映しており、他方では、回転速度の増加が速度シーリング効果を改善できることを反映しています。ほとんどのギャップシールタイプの圧縮機器の状況。 。

5結論両側対称対称アークロータープロファイルを例にとると、プリズムコンプレッサーテストプロトタイプのロータープロファイルの設計が完了し、両側対称対称丸アーク型ラインセグメントライン方程式の派生結果が与えられ、プリズムが示されています。圧縮が導入されています。マシンテストプロトタイプの他の主要コンポーネントの設計と選択方法。 CFD分析ソフトウェアを使用して、テストプロトタイプの単純化されたモデルの動的グリッド手法を使用して、圧縮プロセスの動的モデルを実行しました。結果は、局所的な瞬間的な圧力が圧縮プロセスに関与する歯間体積で得られ、プリズムコンプレッサーを確認することを示しています。強力な内部圧縮プロセスを実現できます。