Анализ толщины масляного отверстия коленчатого вала компрессора холодильника на смазывающую способность

Проблема деформации и износа компрессора холодильника становится заметной из-за плохой смазки коленчатого вала при использовании, а мощность системы смазки компрессора исходит от коленчатого вала, поэтому оптимальная конструкция коленчатого вала очень важна. Путем изучения геометрических факторов, влияющих на маслонагруженность коленчатого вала компрессора, изучено влияние параметра расстояния между верхним маслоотводом спирально-вязкостного насоса и точкой пересечения распределительного насоса и поверхностью стенки спирально-вязкостного насоса. насоса на объем масла коленчатого вала рассчитан. Расчеты показывают, что чем меньше это расстояние, тем большее количество масла подается на коленчатый вал. Результаты эксперимента проверены, а результаты расчетов хорошо согласуются с результатами эксперимента, что обеспечивает руководство и справку для анализа и оптимизации смазывающей способности коленчатого вала.

В этой статье смазывающая способность коленчатого вала холодильного компрессора холодильника численно рассчитана и проверена с помощью комбинации экспериментов и расчетов, что обеспечивает техническую поддержку для оптимизации нового высокоэффективного компрессора.

1. Численная имитационная модель

При вращении коленчатого вала смазочное масло постепенно поднимается по всасывающей трубе, и процесс подъема смазочного масла представляет собой двухфазный процесс смешивания масла и газа. В данной работе модель VOF используется для моделирования процесса изменения уровня двухфазной жидкости нефти и газа.

Коленчатый вал, изучаемый в этой статье, представляет собой коленчатый вал, применяемый в новом энергоэффективном компрессоре холодильника с рабочей жидкостью R600a и смазочным маслом 10#. В зависимости от технологии обработки и точности обработки расстояние между верхним выпускным отверстием для масла спирально-вязкостного насоса коленчатого вала и точкой пересечения распределительного насоса и поверхностью стенки винтового насоса представляет собой расстояние между масляным отверстием и масляным отверстием коленчатого вала. . Учитывая отклонение допусков размеров при обработке коленчатого вала, чтобы избежать явления открытия втягивающей канавки, расстояние между точкой пересечения масляного отверстия и распределительного насоса и внешней стенкой коленчатого вала составляет от 1,5 мм до 2,5 мм. мм, как показано на рисунке 1. Значение H.

Рис.1. Расстояние между пересечением верхнего выпускного отверстия и дозирующего насоса

спирального вязкостного насоса и стенка спирального вязкостного насоса

В данной работе расстояние между точкой пересечения верхнего маслоотводного отверстия и распределительного насоса и внешней стенкой коленчатого вала в случае 1 составляет 1,6 мм, расстояние между точкой пересечения верхнего маслоотводного отверстия и насосом-сепаратором. а наружная стенка коленчатого вала в случае 2 - 1,8 мм, а расстояние между точкой пересечения верхнего маслоотводного отверстия и сепарационного насоса и наружной стенкой коленчатого вала в случае 3 - 2,4 мм.

Как показано на рисунке 2, приведена схема каналов потока масла, и чтобы проверить преимущества и недостатки этих трех коленчатых валов, производительность этих трех коленчатых валов будет сравниваться и анализироваться.

Рис.2. Канал потока масла на коленчатом валу и различные смещения масляных отверстий

Внутренний канал коленчатого вала можно разделить на три части: нижняя часть всасывающей трубы с лопастями представляет собой центробежный насос, который перемешивает смазочное масло через лопасти, так что смазочное масло поднимается по поверхности стенки всасывающей трубы. под действием центробежной силы; Средняя секция представляет собой спиральный вязкостной насос, и смазочное масло движется к верхнему концу под действием силы вязкости, обеспечивая при этом смазку подшипников и фланцев; Верхняя часть представляет собой распределительный насос, который смазывает движущиеся части, такие как поршни, шатуны и поршневые пальцы. Данное исследование представляет собой влияние положения пересечения вязкостного насоса с верхним распределительным насосом на объем масла коленчатого вала и внутреннее давление масла, верхнее выходное отверстие для масла спирального вязкостного насоса коленчатого вала и точку пересечения распределительного насоса и расстояние от стенки спирального вязкостного насоса, масло, подаваемое в вязкостной насос, под давлением масла выдавливается в верхний распределительный насос.

2. Упрощение модели.

Поскольку модель расчета масла на коленчатом валу сложна, геометрия и расчет этой модели упрощены и принимаются следующим образом:

(1). Смазочное масло не содержит хладагента, а верхняя часть масляного резервуара содержит хладагент в паровой фазе;

（2）. течение изотермическое;

（3）. Физические свойства смазочного масла и хладагента постоянны и не изменяются при изменении температуры и давления;

（4）. Ускорение двигателя при запуске бесконечно;

（5）. Наружная поверхность вискомуфты в средней секции сопрягается с ротором компрессора с образованием цилиндрического зазора толщиной 0,2 мм, влияние этого зазора учитывается в процессе расчета;

（6）.Эффект взаимодействия коленчатого вала и ротора не учитывается.

Рис.3 Настройки граничных условий для расчета

3. Расчеты и анализ результатов.

Сетка скольжения используется для моделирования вращательного движения коленчатого вала, а движение коленчатого вала реализуется с использованием системы отсчета движения (MRF). В этом расчете скорость вращения установлена ​​на 3000 об/мин, всасывающая труба вставлена ​​в резервуар смазочного масла, а глубина введения установлена ​​на 12 мм. Верхняя поверхность масляного резервуара является входным отверстием под давлением, а объемная доля масла установлена ​​равной 1; Выходное отверстие для масла и воздуховыпускное отверстие на верхнем конце коленчатого вала являются выходами давления, а объемная доля возвращаемого масла установлена ​​на 0; Внутренние площади и стенки всей секции коленчатого вала установлены на вращающуюся решетку; Поскольку предполагается отсутствие скользящей стены, основная несущая секция устанавливается в виде неподвижной стены.

Используется смазочное масло 10#, обычно используемое в компрессорах холодильников, и в то же время оно унифицировано для теоретического расчета, экспериментальной проверки и практического использования. Плотность смазочного масла марки 10# ρ = 875 кг/м3, динамическая вязкость рассчитывается по эмпирической формуле, коэффициент вязкости смазочного масла ц=0,0034 Па·с, поверхностное натяжение 0,2 Н/м. На рис. 4 показаны настройки жидкой смазки и газофазного хладагента, а также глубина вставки коленчатого вала в модель.

Рис. 4. Расчетные исходные условия смазки, хладагента и коленчатого вала.

По сравнению со средним значением трех коленчатых валов после стабилизации, масляная нагрузка коленчатого вала со смещением 2,4 мм составляет 9,72 л/ч, масляная нагрузка коленчатого вала со смещением 1,8 мм - 9,80 л/ч, масляная нагрузка коленчатого вала со смещением 1,8 мм - 9,80 л/ч. Нагрузка коленвала с вылетом 1,6 мм составляет 9,97 л/ч, а нагрузка масла на коленвал с вылетом 1,6 мм больше. Из рис. 5 б) видно, что колебание объема масла коленчатого вала при отклонении 2,4 мм значительно больше, чем при отклонении 1,6 мм, а подача масла у коленчатого вала 2,4 мм значительно более нестабильна, чем у коленчатого вала 1,6 мм, и минимальная подача масла составляет менее 8 л/ч, что приводит к риску недостаточной подачи масла, влияющей на смазку коленчатого вала.

Рисунок 5: Результаты расчета модели

Объемное распределение масла показано на рис. 6, из которого видно, что коленчатый вал с вылетом 2,4 мм значительно уступает коленвалу с вылетом 1,6 мм, спиральный канал коленчатого вала с вылетом 1,6 мм. 1,6 мм заливается маслом, а канал коленвала со смещением 2,4 мм смешивается с газом.

Специально для инверторных компрессоров при высокоскоростной или низкоскоростной работе компрессора, например, смешивание газа в канавке коленчатого вала, это повлияет на стабильность процесса смазки коленчатого вала и разрушит масляную пленку, так что состояние смазки между главный вал коленчатого вала и отверстие вала картера, вспомогательный вал коленчатого вала и отверстие шатуна или поршневой палец и отверстие шатуна преобразуются из гидродинамической смазки в граничную смазку. Может даже возникнуть кавитация, приводящая к поверхностной деформации и износу коленчатого вала. Кавитация — это очень важная форма истирания, при которой вода, минеральное масло и другие жидкости текут через поверхность металлического материала, что приводит к изменению скорости потока из-за изменения местной геометрии, что, в свою очередь, изменяет внутреннее давление жидкость. Если местное давление становится ниже давления испарения жидкости, жидкость закипит, быстро образует пузырьки пара и быстро лопнет в области более высокого давления, что приведет к тому, что металлическая поверхность будет подвергаться повторяющимся ударным силам, а затем к кавитации. произойдет.

Рис.6 Распределение масла по объему (красный цвет — жидкое холодильное масло, синий — хладагент в газовой фазе, остальные — смеси масла и газа.)

Как количество масла, нанесенного на коленчатый вал, так и объемное распределение масла, нанесенного на коленчатый вал, лучше, чем у тех, у которых вылет составляет 2,4 мм.

4. Экспериментальная проверка

4.1 Экспериментальная проверка количества масла на отдельном изделии коленчатого вала

Коленчатый вал на расстоянии 1,6 мм, 1,8 мм и 2,4 мм от стенки винтового насоса был выбран от верхнего маслоотвода винтового насоса и точки пересечения распределительного насоса с поверхностью стенки винтового насоса, и проверил количество масла на коленвале. Устройство в эксперименте может точно контролировать температуру масла, скорость коленчатого вала и глубину погружения коленчатого вала. Это экспериментальное оборудование предназначено для загрузки коленчатого вала, который необходимо проверить, во втулку вала, регулировки уровня смазочного масла. поверхность в масляной ванне, в соответствии с установленной глубиной вставки всасывающей трубы коленчатого вала, приведите во вращение коленчатый вал, закрепленный на шкиве, через серводвигатель, соберите количество масла, выброшенного из масляного отверстия коленчатого вала, с заданной скоростью и временем работы. и рассчитаем количество масла для разных экспериментальных коленчатых валов. В экспериментальных испытаниях настройки этих параметров согласуются с расчетными. На рис. 7 показан стенд для испытания масла насоса для проверки количества масла на коленчатом валу. В таблице 1 приведено сравнение экспериментальных и численно рассчитанных значений количества масла на коленчатом валу.

Рис.7. Стенд для проверки масла в насосе коленчатого вала

Таблица 1. Сравнение экспериментальных и расчетных значений

Из-за упрощения и допущений модели все еще существует определенный разрыв между расчетными и экспериментальными значениями, но с точки зрения тренда численные расчеты и экспериментальные значения остаются согласованными. Эксперименты также показывают, что количество масла на коленчатом валу уменьшается по мере увеличения смещения масляных отверстий.

4.2 Проверка надежности всей компрессорной машины

Кроме того, коленчатый вал в двух состояниях установлен в качестве компрессора для проверки, а остальные детали точно такие же, и он установлен на холодильнике BCD-546 США для надежности всей машины на длительный срок службы. испытание на работу, после испытания компрессор анализируется анатомически, и путем наблюдения и обнаружения обнаруживается, что износ возле масляного отверстия на коленчатом валу имеет различия, как показано на рисунке 8, это сравнение износа поверхность двух коленчатых валов после длительной транспортировки холодильника.

Рис.8 Сравнение износа коленчатого вала после длительной перевозки всего холодильника

Как видно из таблицы 2, коленчатый вал со смещением маслоканалов и толщиной стенки 2,4 мм хуже, чем коленчатый вал со смещением 1,6 мм.

Таблица 2 Сравнение точности коленчатых валов с разным вылетом смазочных отверстий после длительной эксплуатации

5 . Заключение

В данной статье численно рассчитана и экспериментально проверена маслоемкость коленчатого вала компрессора холодильника, а также проверена расчетная модель маслонагруженности коленчатого вала, которая обеспечивает метод количественной оценки для анализа и оптимизации масла. нагрузочная способность коленчатого вала. На основе моделирования и экспериментов расстояние между точкой пересечения верхнего масловыпускного отверстия винтового насоса и распределительного насоса от поверхности стенки винтового вязкостного насоса является важным параметром, влияющим на количество масла на коленчатом валу, и это значение смещения должны строго контролироваться в процессе производства и обработки.

（1）. Создана расчетная модель коленчатого вала, проведено численное моделирование на базе Fluent, изучено влияние геометрических конструктивных параметров коленчатого вала на объемный расход на впуске и выпуске.

（2）. Используя теоретическую модель и анализ экспериментальных испытаний, установлено, что чем дальше верхний выход масла винтового насоса коленчатого вала и точка пересечения распределительного насоса находятся от центра вращения, тем больше влияние центробежной силы может быть полностью устранено. используется для увеличения загрузки масла, и чем выше загрузка масла, то есть чем меньше смещение масляного отверстия на коленчатом валу, тем стабильнее подача масла и подача масла на коленчатый вал и тем лучше смазка коленчатого вала компрессора, уменьшая износ и надежность продукции.