Analyse der Öllochdicke der Kurbelwelle des Kühlschrankkompressors anhand der Ölkapazität

Das Problem der Belastung und des Verschleißes des Kühlschrankkompressors ist aufgrund der schlechten Kurbelwellenschmierung im Betrieb besonders ausgeprägt und die Leistung des Kompressorschmiersystems kommt von der Kurbelwelle. Daher ist die optimale Konstruktion der Kurbelwelle sehr wichtig. Durch die Untersuchung der geometrischen Faktoren, die die Ölbeladung der Kurbelwelle eines Kompressors beeinflussen, wurde der Einfluss des Parameters Abstand zwischen dem oberen Ölauslass der Spiralviskospumpe und dem Schnittpunkt der Verteilerpumpe und der Wandoberfläche der Spiralviskospumpe untersucht Pumpe auf das Ölvolumen der Kurbelwelle berechnet. Die Berechnungen zeigen, dass je kleiner dieser Abstand ist, desto mehr Öl wird auf die Kurbelwelle aufgetragen. Die experimentellen Ergebnisse werden verifiziert und die Berechnungsergebnisse stimmen gut mit den experimentellen Ergebnissen überein, was als Leitfaden und Referenz für die Analyse und Optimierung der Ölkapazität der Kurbelwelle dient.

In dieser Arbeit wird die Ölkapazität der Kurbelwelle eines Kühlkompressors numerisch berechnet und durch eine Kombination von Experimenten und Berechnungen getestet, was technische Unterstützung für die Optimierung eines neuen hocheffizienten Kompressors bietet.

1. Numerisches Simulationsmodell

Mit der Drehung der Kurbelwelle steigt das Schmieröl entlang der Saugleitung allmählich an, und der Aufstiegsprozess des Schmieröls ist ein zweiphasiger Mischprozess von Öl und Gas. In diesem Artikel wird das VOF-Modell verwendet, um den Änderungsprozess des zweiphasigen Flüssigkeitsspiegels von Öl und Gas zu simulieren.

Bei der in dieser Arbeit untersuchten Kurbelwelle handelt es sich um eine Kurbelwelle, die in einem neuen energieeffizienten Kühlschrankkompressor mit R600a-Arbeitsflüssigkeit und 10#-Schmieröl zum Einsatz kommt. Abhängig von der Verarbeitungstechnologie und der Bearbeitungsgenauigkeit ist der Abstand zwischen dem oberen Ölauslass der Kurbelwellen-Spiralviskospumpe und dem Schnittpunkt der Verteilerpumpe und der Wandfläche der Schraubenpumpe der Abstand zwischen dem Ölloch und dem Kurbelwellenölloch . Unter Berücksichtigung der Maßtoleranzabweichung bei der Kurbelwellenbearbeitung beträgt der Abstand zwischen dem Schnittpunkt der Ölbohrung und der Verteilerpumpe und der Außenwand der Kurbelwelle zwischen 1,5 mm und 2,5 mm, um das Phänomen des Öffnens mit der Rückzugsnut zu vermeiden mm, wie in Abbildung 1 H-Wert dargestellt.

Abb.1. Der Abstand zwischen dem Schnittpunkt des oberen Auslasses und der Abgabepumpe

der Spiralviskospumpe und der Wand der Spiralviskospumpe

In dieser Arbeit beträgt der Abstand zwischen dem Schnittpunkt des oberen Ölauslasslochs und der Verteilerpumpe und der Außenwand der Kurbelwelle im Fall 1 1,6 mm, der Abstand zwischen dem Schnittpunkt des oberen Ölauslasslochs und der Trennpumpe und die Außenwand der Kurbelwelle im Fall 2 beträgt 1,8 mm, und der Abstand zwischen dem Schnittpunkt des oberen Ölauslasslochs und der Trennpumpe und der Außenwand der Kurbelwelle im Fall 3 beträgt 2,4 mm.

Wie in Abbildung 2 dargestellt, ist das Ölflusskanaldiagramm dargestellt. Um die Vor- und Nachteile dieser drei Kurbelwellen zu überprüfen, wird die Leistung dieser drei Kurbelwellen verglichen und analysiert.

Abb.2. Ölflusskanal an der Kurbelwelle und verschiedene Öllochversätze

Der Innenkanal der Kurbelwelle kann in drei Teile unterteilt werden: Der untere Abschnitt des Saugrohrs mit Schaufeln ist eine Kreiselpumpe, die das Schmieröl durch die Schaufeln rührt, sodass das Schmieröl an der Wandoberfläche des Saugrohrs entlangsteigt unter Einwirkung der Zentrifugalkraft; Der Mittelteil ist eine spiralförmige Viskosepumpe, und das Schmieröl bewegt sich unter Einwirkung der Viskosekraft zum oberen Ende und sorgt dabei für die Schmierung der Lager und Flansche; Der obere Teil ist die Verteilerpumpe, die bewegliche Teile wie Kolben, Pleuel und Kolbenbolzen schmiert. In dieser Studie wird der Einfluss der Kreuzposition zwischen der Viskosepumpe und der oberen Verteilerpumpe auf das Ölvolumen und den inneren Öldruck der Kurbelwelle, der obere Ölauslass der Kurbelwellen-Spiralviskosepumpe und der Schnittpunkt der Verteilerpumpe sowie deren Abstand untersucht Durch die Wand der Spiralviskospumpe wird das der Viskosepumpe zugeführte Öl durch den Öldruck in die obere Verteilerpumpe gedrückt.

2. Modellvereinfachung

Da das Berechnungsmodell für Öl auf der Kurbelwelle komplex ist, werden die Geometrie und die Berechnung dieses Modells vereinfacht und wie folgt angenommen:

(1). Das Schmieröl enthält kein Kältemittel und die Oberseite des Ölbeckens enthält Kältemittel in Dampfphase.

(2). die Strömung ist isotherm;

(3). Die physikalischen Eigenschaften von Schmieröl und Kältemittel sind konstant und ändern sich nicht bei Temperatur- und Druckänderungen;

(4). Die Beschleunigung des Motors beim Starten ist unendlich;

(5). Die Außenfläche der Viskosepumpe im Mittelteil wird mit dem Rotor des Kompressors so abgeglichen, dass ein zylindrischer Spalt mit einer Dicke von 0,2 mm entsteht, und der Einfluss dieses Spalts wird bei der Berechnung berücksichtigt;

(6). Der Einfluss der Interferenz zwischen der Kurbelwelle und dem Rotor wird nicht berücksichtigt.

Abb.3 Randbedingungseinstellungen für die Berechnung

3. Berechnungen und Analyse der Ergebnisse

Mithilfe eines Gleitnetzes wird die Rotationsbewegung der Kurbelwelle simuliert und die Bewegung der Kurbelwelle mithilfe eines Bewegungsreferenzsystems (MRF) realisiert. Bei dieser Berechnung wird die Drehzahl auf 3000 U/min eingestellt, das Saugrohr in das Schmierölbecken eingeführt und die Eintauchtiefe auf 12 mm eingestellt. Die obere Oberfläche des Ölbeckens ist der Druckeinlass und der Volumenanteil des Öls ist auf 1 eingestellt; Der Ölauslass und der Luftauslass am oberen Ende der Kurbelwelle sind Druckauslässe und der Rücklaufvolumenanteil des Öls ist auf 0 eingestellt; Die Innenflächen und Wände des gesamten Kurbelwellenabschnitts sind auf ein rotierendes Gitter gesetzt; Aufgrund der Annahme, dass keine Gleitwand vorhanden ist, wird der Hauptlagerabschnitt auf eine stationäre Wand gesetzt.

Es wird das 10#-Schmieröl verwendet, das üblicherweise in Kühlschrankkompressoren verwendet wird, und gleichzeitig ist es für theoretische Berechnungen, experimentelle Überprüfung und praktische Verwendung vereinheitlicht. Die Dichte ρ = 875 kg/m3 von 10# Schmieröl, die dynamische Viskosität wird durch die empirische Formel berechnet, der Viskositätskoeffizient des Schmieröls beträgt μ=0,0034 Pa·s und die Oberflächenspannung beträgt 0,2 N/m. Abbildung 4 zeigt die Einstellung des flüssigen Schmiermittels und des gasförmigen Kältemittels sowie die Einführtiefe der Kurbelwelle in das Modell.

Abb. 4 Berechnete anfängliche Schmierstoff-, Kältemittel- und Kurbelwellenbedingungen

Verglichen mit dem Durchschnittswert der drei Kurbelwellen nach der Stabilisierung beträgt die Ölbelastung der Kurbelwelle bei einer Verschiebung von 2,4 mm 9,72 L/h, die Ölbelastung der Kurbelwelle bei einer Versetzung von 1,8 mm beträgt 9,80 L/h, das Öl Die Ölbelastung der Kurbelwelle mit einem Versatz von 1,6 mm beträgt 9,97 l/h und die Ölbelastung der Kurbelwelle mit einem Versatz von 1,6 mm ist größer. Abb. 5 b) zeigt, dass die Ölvolumenschwankung der Kurbelwelle mit einer Abweichung von 2,4 mm deutlich größer ist als die von 1,6 mm und die Ölversorgung der 2,4 mm-Kurbelwelle deutlich instabiler ist als die der 1,6 mm-Kurbelwelle, und die Mindestölversorgung weniger als 8 l/h beträgt, wodurch die Gefahr besteht, dass eine unzureichende Ölversorgung die Kurbelwellenschmierung beeinträchtigt.

Abbildung 5: Berechnungsergebnisse des Modells

Die Volumenverteilung des Öls ist in Abb. 6 dargestellt, aus der ersichtlich ist, dass die Kurbelwelle mit einem Versatz von 2,4 mm der Kurbelwelle mit einem Versatz von 1,6 mm deutlich unterlegen ist, der Spiralkanal der Kurbelwelle mit einem Versatz von 1,6 mm ist mit Öl gefüllt und der Kurbelwellenkanal mit einem Versatz von 2,4 mm ist mit Gas beigemischt.

Insbesondere bei Wechselrichterkompressoren wird im Hochgeschwindigkeits- oder Niedriggeschwindigkeitsbetrieb des Kompressors, z. B. Gas, das sich in der Kurbelwellennut vermischt, die Stabilität des Kurbelwellenölprozesses beeinträchtigt und der Ölfilm zerstört, so dass der Schmierzustand dazwischen Die Hauptwelle der Kurbelwelle und die Bohrung der Kurbelgehäusewelle, die Nebenwelle der Kurbelwelle und die Pleuelstangenbohrung oder der Kolbenbolzen und die Pleuelstangenbohrung werden von hydrodynamischer Schmierung auf Grenzflächenschmierung umgestellt. Es kann sogar zu Kavitation kommen, die zu einer Oberflächenbeanspruchung und einem Verschleiß der Kurbelwelle führt. Kavitation ist eine sehr wichtige Form der Abrasion, bei der Wasser, Mineralöl und andere Flüssigkeiten durch die Oberfläche eines Metallmaterials strömen und aufgrund einer Änderung der lokalen Geometrie zu einer Änderung der Strömungsgeschwindigkeit führen, die wiederum den Innendruck des Metalls ändert die Flüssigkeit. Wenn der lokale Druck unter den Verdampfungsdruck der Flüssigkeit sinkt, kocht die Flüssigkeit, erzeugt schnell Dampfblasen und platzt im Bereich mit höherem Druck schnell, wodurch die Metalloberfläche wiederholten Aufprallkräften und dann Kavitation ausgesetzt wird wird auftreten.

Abb. 6 Volumenverteilung von Öl (Rot ist Flüssigphasen-Kühlöl, Blau ist Gasphasen-Kältemittel und andere sind Öl- und Gasgemische.)

Sowohl die auf die Kurbelwelle aufgetragene Ölmenge als auch die Volumenverteilung des auf die Kurbelwelle aufgetragenen Öls sind besser als bei einem Versatz von 2,4 mm.

4. Experimentelle Überprüfung

4.1 Experimenteller Test der Ölmenge an einem einzelnen Produkt der Kurbelwelle

Die Kurbelwelle mit einem Abstand von 1,6 mm, 1,8 mm und 2,4 mm von der Wand der Schraubenpumpe wurde aus dem oberen Ölauslass der Schraubenpumpe und dem Schnittpunkt der Verteilerpumpe mit der Wandoberfläche der Schraubenpumpe ausgewählt Die Ölmenge an der Kurbelwelle wurde getestet. Das Gerät im Experiment kann die Öltemperatur, die Drehzahl der Kurbelwelle und die Eintauchtiefe der Kurbelwelle genau steuern. Diese Versuchsausrüstung dient dazu, die zu testende Kurbelwelle in die Wellenhülse zu laden und den Schmierölstand einzustellen Oberfläche im Ölbecken, entsprechend der eingestellten Einführtiefe des Kurbelwellen-Saugrohrs, die an der Riemenscheibe befestigte Kurbelwelle durch den Servomotor in Drehung versetzen, die aus dem Kurbelwellen-Kurbelölloch ausgeschleuderte Ölmenge mit der eingestellten Geschwindigkeit und Laufzeit auffangen , und berechnen Sie die Ölmenge verschiedener experimenteller Kurbelwellen. In den experimentellen Tests stimmen die Einstellungen dieser Parameter mit den Berechnungen überein. Abb. 7 zeigt den Pumpenölprüfstand für die Ölmengenprüfung an der Kurbelwelle. Tabelle 1 zeigt einen Vergleich der experimentellen und numerisch berechneten Werte der Ölmenge an der Kurbelwelle.

Abb.7. Ölprüfstand für Kurbelwellenpumpe

Tabelle 1 Vergleich experimenteller und berechneter Werte

Aufgrund der Vereinfachung und Annahmen des Modells besteht immer noch eine gewisse Lücke zwischen den berechneten und den experimentellen Werten, aber aus Trendsicht bleiben die numerischen Berechnungen und die experimentellen Werte konsistent. Experimente zeigen außerdem, dass die Ölmenge auf der Kurbelwelle mit zunehmendem Öllochversatz abnimmt.

4.2 Zuverlässigkeitsüberprüfung der gesamten Kompressormaschine

Darüber hinaus ist die Kurbelwelle in zwei Zuständen als Kompressor zur Überprüfung installiert, und die anderen Teile sind genau gleich, und sie ist auf dem BCD-546-Kühlschrank der Vereinigten Staaten installiert, um die Zuverlässigkeit der gesamten Maschine langfristig zu gewährleisten Betriebstest, und der Kompressor wird nach dem Test anatomisch analysiert, und durch Beobachtung und Erkennung wird festgestellt, dass der Verschleiß in der Nähe des Ölanschlusses an der Kurbelwelle Unterschiede aufweist, wie in Abbildung 8 dargestellt, ist der Vergleich des Verschleißes der Oberfläche der beiden Kurbelwellen nach längerem Transport des Kühlschranks.

Abb.8 Vergleich des Verschleißes der Kurbelwelle nach längerem Transport des gesamten Kühlschranks

Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, ist die Kurbelwelle mit einem Ölanschlussversatz und einer Wandstärke von 2,4 mm schlechter als die Kurbelwelle mit einem Versatz von 1,6 mm.

Tabelle 2 Vergleich der Genauigkeit von Kurbelwellen mit unterschiedlichen Öllochversätzen nach langem Betrieb

5 . Abschluss

In dieser Arbeit wird die Ölbeladungskapazität der Kurbelwelle eines Kühlschrankkompressors numerisch berechnet und experimentell getestet sowie das Berechnungsmodell der Ölbeladungskapazität der Kurbelwelle verifiziert, das eine quantitative Bewertungsmethode für die Analyse und Optimierung des Öls bietet Belastbarkeit der Kurbelwelle. Basierend auf Simulationen und Experimenten ist der Abstand zwischen dem Schnittpunkt des oberen Ölauslasses der Schraubenpumpe und der Verteilerpumpe von der Wandoberfläche der Schraubenviskospumpe ein wichtiger Parameter, der die Ölmenge auf der Kurbelwelle und diesen Offsetwert beeinflusst sollten im Produktions- und Verarbeitungsprozess streng kontrolliert werden.

(1). Das Berechnungsmodell der Kurbelwelle wurde erstellt, die numerische Simulation wurde auf Basis von Fluent durchgeführt und der Einfluss der geometrischen Konstruktionsparameter der Kurbelwelle auf den Volumenstrom des Einlasses und Auslasses untersucht.

(2). Anhand des theoretischen Modells und der experimentellen Testverifizierungsanalyse wird festgestellt, dass der Einfluss der Zentrifugalkraft umso stärker sein kann, je weiter der obere Ölauslass der Kurbelwellen-Schraubenpumpe und der Schnittpunkt der Verteilerpumpe vom Rotationszentrum entfernt sind Wird verwendet, um die Ölbeladung zu erhöhen, und je höher die Ölbeladung, d. h. je kleiner der Öllochversatz an der Kurbelwelle ist, desto stabiler ist die Ölversorgung und Ölversorgung an der Kurbelwelle und desto besser ist die Schmierung der Kompressorkurbelwelle, wodurch der Verschleiß verringert wird und Produktzuverlässigkeit.