Google+ 機動學論壇(TALKING MECHANISMS): 雙螺桿壓縮機轉子

2007年6月13日 星期三

雙螺桿壓縮機轉子

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吳平 B94611047 生機二

標題: 雙螺桿壓縮機轉子線形及程式設計
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由於電腦運算速度的進步,目前雙螺桿壓縮機(圖1)內一對共軛轉子端面線形(圖2)之設計已可透過最佳化方法,進行複雜之性能參數計算


圖1 雙螺桿壓縮機主體剖面圖


圖2 轉子端面線形及封閉線圖

以往之轉子線形設計,通常是在其中一轉子上定義其主要曲線,然後於另一轉子上創成其共軛之線形,然而此種方式不僅複雜化轉子之線形方程式,而且也不易應用於最佳化,因此,本研究提出利用齒輪原理中常見之齒條創成,先於齒條上定義組成曲線,再分別創成一對共軛之公、母轉子線形(圖3),並得到較佳壓縮機性能之目的。此外,轉子線形設計之優劣往往侷限於其組成曲線之種類,本研究由改良其封閉線之觀點出發,利用最佳化方法並結合電腦輔助雙螺桿壓縮機分析軟體調整其封閉線,藉以利用此封閉線創成較佳性能之一對共軛轉子線形(圖4)的目的。有鑑於在壓縮機設計上常採用沒有效率之經驗法則,因此,本研究開發出一套雙螺桿壓縮機轉子線形設計軟體SCRPD (Screw Compressor Rotor Profile Design) (圖5),藉以達到縮短轉子幾何設計時程之目的。


圖3 定義齒條創成公、母轉子線形及封閉線


圖4 封閉線與相對應之轉子線形區段圖


圖5 雙螺桿壓縮機轉子線形設計軟體SCRPD

在定義齒條曲線後,經由結合最佳化及電腦輔助螺旋式壓縮機分析程式後,得到一組另人相當滿易之設計,藉由實際加工試製(圖6)並實際量測組裝入壓縮機殼內之運轉風量,證實的確得到較佳之性能結果(圖7)。利用封閉線來改良轉子線形之研究方面,提出可藉由區段調整轉子封閉線之方法來調整轉子線形,此法具有非常良好之改良彈性且不必受轉子線形之限制(圖8),本研究更找出控制封閉線之所有限制條件並應用於最佳化範例中,以一例證明經改良後之轉子線形(圖9)的確具有較佳之性能結果(表1)。


圖6 齒條創成之一對轉子及量測設備


圖7 實測風量及耗功比之比較圖


圖8 區段調整轉子封閉線圖


圖9 比較SRM-D原有(虛線)及最佳化後線形(實線):(a)轉子線形及(b)接觸線


1原來及最佳化後之 SRM-D轉子線形性能結果比較

項目

原來線形

最佳化後線形

回吹孔面積 (mm2)

10.029

4.928

接觸線長度 (mm)

168.34

175.786

總齒間面積 (mm2)

2024.6

2067.3

理論排形量 (m3/min)

5.69

5.792

耗功比 (m3/min/kW)

0.187

0.192

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