Análisis del espesor del orificio de aceite del cigüeñal del compresor del refrigerador sobre la capacidad de lubricación

El problema de tensión y desgaste del compresor del refrigerador es importante debido a la mala lubricación del cigüeñal en uso, y la potencia del sistema de lubricación del compresor proviene del cigüeñal, por lo que el diseño óptimo del cigüeñal es muy importante. Al estudiar los factores geométricos que afectan la carga de aceite del cigüeñal de un compresor, la influencia del parámetro de la distancia entre la salida de aceite superior de la bomba viscosa en espiral y el punto de intersección de la bomba de distribución y la superficie de la pared de la bomba viscosa en espiral. Se calcula la bomba en función del volumen de aceite del cigüeñal. Los cálculos muestran que cuanto menor es esta distancia, mayor es la cantidad de aceite aplicada al cigüeñal. Se verifican los resultados experimentales y los resultados del cálculo concuerdan bien con los resultados experimentales, lo que proporciona orientación y referencia para el análisis y optimización de la capacidad de lubricación del cigüeñal.

En este artículo, la capacidad de lubricación del cigüeñal de un compresor de refrigeración de refrigerador se calcula numéricamente y se prueba mediante una combinación de experimentos y cálculos, lo que brinda soporte técnico para la optimización de un nuevo compresor de alta eficiencia.

1. Modelo de simulación numérica

Con la rotación del cigüeñal, el aceite lubricante sube gradualmente a lo largo del tubo de succión y el proceso de ascenso del aceite lubricante es un proceso de mezcla de dos fases de petróleo y gas. En este artículo, se utiliza el modelo VOF para simular el proceso de cambio del nivel de líquido de dos fases de petróleo y gas.

El cigüeñal estudiado en este artículo es un cigüeñal aplicado a un nuevo compresor frigorífico de bajo consumo con fluido de trabajo R600a, utilizando aceite lubricante 10#. Afectada por la tecnología de procesamiento y la precisión del mecanizado, la distancia entre la salida de aceite superior de la bomba viscosa en espiral del cigüeñal y el punto de intersección de la bomba de distribución y la superficie de la pared de la bomba de tornillo es la distancia entre el orificio de aceite y el orificio de aceite del cigüeñal. . Teniendo en cuenta la desviación de tolerancia dimensional en el mecanizado del cigüeñal, para evitar el fenómeno de apertura con la ranura de retracción, la distancia entre el punto de intersección del orificio de aceite y la bomba de distribución y la pared exterior del cigüeñal está entre 1,5 mm ~ 2,5 mm, como se muestra en la Figura 1 Valor H.

Fig.1. La distancia entre la intersección de la salida superior y la bomba dispensadora.

de la bomba viscosa en espiral y la pared de la bomba viscosa en espiral

En este documento, la distancia entre el punto de intersección del orificio superior de salida de aceite y la bomba de distribución y la pared exterior del cigüeñal en el caso 1 es de 1,6 mm, la distancia entre el punto de intersección del orificio superior de salida de aceite y la bomba separadora y la pared exterior del cigüeñal en el caso 2 es de 1,8 mm, y la distancia entre el punto de intersección del orificio superior de salida de aceite y la bomba de separación y la pared exterior del cigüeñal en el caso 3 es de 2,4 mm.

Como se muestra en la Figura 2, se proporciona el diagrama del canal de flujo de aceite y, para verificar las ventajas y desventajas de estos tres cigüeñales, se comparará y analizará el rendimiento de estos tres cigüeñales.

Fig.2. Canal de flujo de aceite en el cigüeñal y diferentes compensaciones de orificios de aceite

El canal interno del cigüeñal se puede dividir en tres partes: la sección inferior del tubo de succión con paletas es una bomba centrífuga que agita el aceite lubricante a través de las paletas, de modo que el aceite lubricante sube a lo largo de la superficie de la pared del tubo de succión. bajo la acción de la fuerza centrífuga; La sección intermedia es una bomba viscosa en espiral y el aceite lubricante se mueve hacia el extremo superior bajo la acción de una fuerza viscosa, proporcionando lubricación a los cojinetes y bridas en el proceso; La sección superior es la bomba de distribución, que lubrica las piezas móviles como pistones, bielas y pasadores de pistón. Este estudio es la influencia de la posición cruzada entre la bomba viscosa y la bomba de distribución superior sobre el volumen de aceite del cigüeñal y la presión interna del aceite, la salida de aceite superior de la bomba viscosa espiral del cigüeñal y el punto de intersección de la bomba de distribución y la distancia desde En la pared de la bomba viscosa en espiral, la presión del aceite exprime el aceite entregado a la bomba viscosa hacia la bomba de distribución superior.

2. Simplificación del modelo

Debido a que el modelo de cálculo del aceite en el cigüeñal es complejo, la geometría y el cálculo de este modelo se simplifican y se asumen de la siguiente manera:

(1). El aceite lubricante no contiene refrigerante y la parte superior de la piscina de aceite contiene refrigerante en fase de vapor;

(2). el flujo es isoterma;

(3). Las propiedades físicas del aceite lubricante y del refrigerante son constantes y no cambian con los cambios de temperatura y presión;

(4). La aceleración del motor al arrancar es infinita;

(5). La superficie exterior de la bomba viscosa en la sección media coincide con el rotor del compresor para formar un espacio cilíndrico con un espesor de 0,2 mm, y la influencia de este espacio se considera en el proceso de cálculo;

(6). No se considera el efecto de la interferencia entre el cigüeñal y el rotor.

Fig.3 Configuración de las condiciones de contorno para el cálculo

3. Cálculos y análisis de resultados.

Se utiliza una malla deslizante para simular el movimiento de rotación del cigüeñal, y el movimiento del cigüeñal se realiza mediante un sistema de referencia de movimiento (MRF). En este cálculo, la velocidad de rotación se establece en 3000 r/min, el tubo de succión se inserta en la piscina de aceite lubricante y la profundidad de inserción se establece en 12 mm. La superficie superior de la piscina de petróleo es la entrada de presión y la fracción de volumen del petróleo se establece en 1; La salida de aceite y la salida de aire en el extremo superior del cigüeñal son salidas de presión y la fracción de volumen de retorno del aceite se establece en 0; Las áreas internas y paredes de toda la sección del cigüeñal están dispuestas en una rejilla giratoria; Debido a la suposición de que no existe un muro deslizante, la sección de soporte principal se establece en un muro estacionario.

Se utiliza el aceite lubricante 10# comúnmente utilizado en compresores de refrigeradores y, al mismo tiempo, se unifica para cálculos teóricos, verificación experimental y uso práctico. La densidad ρ = 875 kg/m3 de aceite lubricante 10#, la viscosidad dinámica se calcula mediante la fórmula empírica, el coeficiente de viscosidad del aceite lubricante es μ=0,0034 Pa·s y la tensión superficial es 0,2 N/m. La Figura 4 muestra la configuración del lubricante líquido y del refrigerante en fase gaseosa y la profundidad de inserción del cigüeñal en el modelo.

Fig. 4 Condiciones iniciales calculadas de lubricante, refrigerante y cigüeñal

En comparación con el valor medio de los tres cigüeñales después de la estabilización, la carga de aceite del cigüeñal con un desplazamiento de 2,4 mm es de 9,72 L/h, la carga de aceite del cigüeñal con un desplazamiento de 1,8 mm es de 9,80 L/h, la carga de aceite del cigüeñal con un desplazamiento de 1,8 mm es de 9,80 L/h La carga del cigüeñal con un desplazamiento de 1,6 mm es de 9,97 L/h, y la carga de aceite del cigüeñal con un desplazamiento de 1,6 mm es mayor. La figura 5 b) muestra que la fluctuación del volumen de aceite del cigüeñal con una desviación de 2,4 mm es significativamente mayor que la de 1,6 mm, y el suministro de aceite del cigüeñal de 2,4 mm es significativamente más inestable que el del cigüeñal de 1,6 mm. y el suministro mínimo de aceite es inferior a 8 L/h, lo que genera el riesgo de que un suministro insuficiente de aceite afecte la lubricación del cigüeñal.

Figura 5: Resultados del cálculo del modelo.

La distribución del volumen de aceite se muestra en la Fig. 6, de donde se puede ver que el cigüeñal con un desplazamiento de 2,4 mm es significativamente inferior al cigüeñal con un desplazamiento de 1,6 mm, el canal espiral del cigüeñal con un desplazamiento de Se llenan 1,6 mm con aceite y el canal del cigüeñal con un desplazamiento de 2,4 mm se mezcla con gas.

Especialmente para los compresores inversores, en el funcionamiento del compresor a alta o baja velocidad, como el gas mezclado en la ranura del cigüeñal, afectará la estabilidad del proceso de lubricación del cigüeñal y destruirá la película de aceite, de modo que el estado de lubricación entre el eje principal del cigüeñal y el orificio del eje del cárter, el eje auxiliar del cigüeñal y el orificio de la biela o el pasador del pistón y el orificio de la biela se convierten de lubricación hidrodinámica a lubricación límite. Incluso puede producirse cavitación, lo que provoca tensión en la superficie y desgaste del cigüeñal. La cavitación es una forma muy importante de abrasión, en la que agua, aceite mineral y otros fluidos fluyen a través de la superficie de un material metálico, lo que resulta en un cambio en la velocidad del flujo debido a un cambio en la geometría local, que a su vez cambia la presión interna de el líquido. Si la presión local es menor que la presión de vaporización del líquido, el líquido hervirá, producirá rápidamente burbujas de vapor y explotará rápidamente en la región de mayor presión, lo que hará que la superficie del metal quede sujeta a repetidas fuerzas de impacto y luego a la cavitación. ocurrirá.

Fig.6 Distribución de volumen de aceite (el rojo es aceite de refrigeración en fase líquida, el azul es refrigerante en fase gaseosa y otros son mezclas de petróleo y gas).

Tanto la cantidad de aceite aplicada al cigüeñal como la distribución del volumen del aceite aplicado al cigüeñal son mejores que aquellos con un desplazamiento de 2,4 mm.

4. Verificación experimental

4.1 Prueba experimental de cantidad de aceite en un solo producto del cigüeñal

El cigüeñal con una distancia de 1,6 mm, 1,8 mm y 2,4 mm desde la pared de la bomba de tornillo se seleccionó desde la salida de aceite superior de la bomba de tornillo y el punto de intersección de la bomba de distribución desde la superficie de la pared de la bomba de tornillo, y Se comprobó la cantidad de aceite en el cigüeñal. El dispositivo en el experimento puede controlar con precisión la temperatura del aceite, la velocidad del cigüeñal y la profundidad de inmersión del cigüeñal. Este equipo experimental sirve para cargar el cigüeñal que debe probarse en el manguito del eje y ajustar el nivel del aceite lubricante. superficie en la piscina de aceite, de acuerdo con la profundidad de inserción del tubo de succión del cigüeñal establecida, impulse el cigüeñal fijado en la polea para que gire a través del servomotor, recoja la cantidad de aceite arrojado fuera del orificio de aceite del cigüeñal con la velocidad y el tiempo de funcionamiento establecidos y calcule la cantidad de aceite de diferentes cigüeñales experimentales. En las pruebas experimentales, los ajustes de estos parámetros son consistentes con los cálculos. La Fig. 7 muestra el banco de pruebas de aceite de la bomba para la prueba de cantidad de aceite en el cigüeñal. La Tabla 1 muestra una comparación de los valores experimentales y calculados numéricamente de la cantidad de aceite en el cigüeñal.

Fig.7. Banco de pruebas de aceite de bomba de cigüeñal

Tabla 1 Comparación de valores experimentales y calculados.

Debido a la simplificación y los supuestos del modelo, todavía existe una cierta brecha entre los valores calculados y experimentales, pero desde el punto de vista de la tendencia, los cálculos numéricos y los valores experimentales siguen siendo consistentes. Los experimentos también muestran que la cantidad de aceite en el cigüeñal disminuye a medida que aumenta el desplazamiento del orificio de aceite.

4.2 Verificación de confiabilidad de toda la máquina compresora.

Además, el cigüeñal en dos estados está instalado como compresor para verificación, y las otras partes son exactamente iguales, y está instalado en el refrigerador BCD-546 de los Estados Unidos para la confiabilidad de toda la máquina a largo plazo. prueba de operación, y el compresor se analiza anatómicamente después de la prueba, y a través de la observación y detección, se encuentra que el desgaste cerca del puerto de aceite en el cigüeñal tiene diferencias, como se muestra en la Figura 8 es la comparación del desgaste del superficie de los dos cigüeñales después de transportar el refrigerador durante mucho tiempo.

Fig.8 Comparación del desgaste del cigüeñal después de un transporte prolongado del frigorífico completo

Como puede verse en la Tabla 2, el cigüeñal con un puerto de aceite desplazado y un espesor de pared de 2,4 mm es peor que el cigüeñal con un desplazamiento de 1,6 mm.

Tabla 2 Comparación de la precisión de cigüeñales con diferentes compensaciones de orificios de aceite después de un funcionamiento prolongado

5 . Conclusión

En este artículo, se calcula numéricamente y se prueba experimentalmente la capacidad de carga de aceite del cigüeñal de un compresor frigorífico, y se verifica el modelo de cálculo de la capacidad de carga de aceite del cigüeñal, lo que proporciona un método de evaluación cuantitativa para el análisis y optimización del aceite. Capacidad de carga del cigüeñal. Según simulaciones y experimentos, la distancia entre el punto de intersección de la salida de aceite superior de la bomba de tornillo y la bomba de distribución desde la superficie de la pared de la bomba viscosa de tornillo es un parámetro importante que afecta la cantidad de aceite en el cigüeñal, y este valor de compensación debe ser estrictamente controlado en el proceso de producción y procesamiento.

(1). Se estableció el modelo de cálculo del cigüeñal, se realizó la simulación numérica basada en Fluent y se estudió la influencia de los parámetros de diseño geométrico del cigüeñal en el caudal volumétrico de entrada y salida.

(2). Utilizando el modelo teórico y el análisis de verificación de pruebas experimentales, se encuentra que cuanto más lejos del centro de rotación estén la salida de aceite superior de la bomba de tornillo del cigüeñal y el punto de intersección de la bomba de distribución, mayor será la influencia de la fuerza centrífuga. Se utiliza para aumentar la carga de aceite, y cuanto mayor sea la carga de aceite, es decir, cuanto más pequeño sea el desplazamiento del orificio de aceite en el cigüeñal, más estable será el suministro de aceite y el suministro de aceite en el cigüeñal, y mejor será la lubricación del cigüeñal del compresor, lo que reducirá el desgaste. y confiabilidad del producto.