savremeni razvoj konstrukcije i proizvodnje vij^anih kompresora ...

Ma{instvo 2(3), 63 - 78, (1999)
N.Sto{i},...: SAVREMENI RAZVOJ KONSTRUKCIJE...
Drugi na~in na koji je mogu}e definisati profil rotora
je da se osnovne krive izaberu na nekom
zami{ljenom, "nefizikalnom" rotoru. Po{to su sve
jedna~ine zup~anika neovisne od koordinatnog sistema
u kojem su izra`ene, primarni luk je mogu}e
definisati i u nekom koordinatnom sistemu koji je ne
ovisi ni o jednom rotoru. U ve~ini slu~ajeva se na
taj na~in jedna~ine mogu pojednostaviti. Upotreba
jednog koordinatnog sistema za definisanje svih krivih
na rotoru tako|er mo`e pojednostaviti proces
profilisanja. Tako se polazni profil u cijelosti mo`e
definisati u koordinatnom sistemu koji ne zavisi od
rotora, {to vrijedi i za rotor sa beskona~nim
pre~nikom koji se naziva zup~asti {tap. Prvi ikada
publikovani patent koji prikazuje ovakvu generaciji
profila rotora [30] objavljen 1977, iako nije prakti~no
primjenljiv, vje{to koristi pomenutu teoriju. [37] i kasnije
[50] prvi daju dobru osnovu za generaciju profila
vij~anog kompresora.
Efikasan vij~ani kompresor mora imati rotore ~iji profil
osigurava veliki proto~ni presjek, kratku liniju zaptivanja
i mali nezaptiveni prostor na vrhu rotora. To
zna~i, da je za ve}i proto~ni presjek i broj obrtaja
kompresora, i dobava kompresora ve}a. Kra}e linije
dodira i manji nezaptiveni prostor smanji}e unutra{nje
curenje. Ve}a dobava i manje curenje }e pove}ati
volumetrijski stepen iskori{tenja kompresora, koji je
defini{an kao dobava podijeljena zbirom ukupnog
protoka i curenja. Time se dalje pove}ava adijabatski
stepen iskori{tenja, jer se za kompresiju gasa koji
recirkuli{e unutar kompresora tro{i manje snage.
Izbor odnosa veli~ine nezaptivenog prostora i broja
radnih zapremina zavisi}e od namjene kompresora.
Kako je za manje razlike pritisaka curenje proporcionalno
manje, dobici postignuti velikim proto~nim
presjekom mogu poni{titi ili smanjiti gubitke nastale
usljed velikog nezaptivenog prostora. Na sli~an na~in
se mo`e dobiti optimalni broj zuba vij~anog kompresora,
po{to manji broj zuba daje ve}i proto~ni
presjek ali i rezultira u ve}oj razlici pritiska izme|u
radnih prostora.
Sa smanjenjem zazora izmedju rotora, bez obzira na
podmazivanje kompresora uljem, vjerovatno}a direktnog
dodira me|u rotorima sa pove}ava. Dodir
me|u rotorima dovodi do pove}anja kontaktnih sila i
optere}enja rotora {to dalje uzrokuje deformaciju
vo|enog rotora. Zbog toga, njegov profil mora biti
konstruisan tako da se rizik od pucanja ili plasti~ne
deformacije rotora smanji na najmanju mogu}u mjeru.
Brzi razvoj metoda matematskog modeliranja i
ra~unarske simulacije je, u posljednje vrijeme, podstakao
i olak{ao istra`ivanje novih profila rotora.
use of one coordinate system to define all the
curves, simplifies the design process. Typically, the
template is specified in a rotor independent coordinate
system. This is valid for a rotor of infinite
radius, which is a rack. From this, a secondary arc
on some of the rotors is obtained by a procedure,
which is called 'rack generation'. The first patent
on rack generation published, [30], is based on
this theory but lacks practicality. [37] and, more
recently, [50] give a good basis for rotor profile
generation.
For a screw compressor to be efficient, the rotor
profile must form a large flow cross section area, a
short sealing line and a small blow-hole area. The
larger the cross section area, the higher the flow
rate for the same rotor sizes and speeds. Shorter
sealing lines and a smaller blow-hole reduce leakages.
Higher flow and smaller leakage rates both
increase the compressor volumetric efficiency, which
is the rate of flow delivered as a fraction of the
sum of the flow plus leakages. This in turn increases
the adiabatic efficiency because less power is
wasted in the compression of gas which is recirculated
internally.
The optimum choice between blow hole and flow
areas depends on the compressor duty since, for
low pressure differences, the leakage rate will be
relatively small and hence the gains achieved by
a large cross section area may outweigh the losses
associated with a larger blow-hole. Similar considerations
determine the best choice for the number
of lobes since fewer lobes imply greater flow
area but increased pressure difference between
them.
As precise manufacture permits rotor clearances to
be reduced, despite oil flooding, the likeliehood of
direct rotor contact is increased. Hard rotor contact
leads to deformation of the gate rotor, increased
contact forces and ultimately rotor seizure. Hence
the profile should be designed so that the risk of
seizure is minimised.
The search for new profiles has been both stimulated
and facilitated by recent advances in mathematical
modelling and computer simulation. These
analytical methods may be combined to form a
powerful tool for process analysis and optimisation
and thereby eliminate the earlier approach of intuitive
changes, verified by tedious trial and error testing.
As a result, this approach to the optimum
design of screw rotor lobe profiles has substantial-
- 70 -