Yağlı tip bir vidalı kompresörün tasarım optimizasyonu ve HAD analizi

Abstract

Bu çalışmanın amacı kompresörler arasında en yaygın kullanılan yağlı tip bir vidalı kompresörün port ve rotor tasarım parametreleri dahil olmak üzere tüm tasarım parametrelerinin; tek boyutlu termodinamik yaklaşımla, eş zamanlı olarak RSO (Tepki Yüzeyi Optimizasyon Tekniği) ve Taguchi optimizasyon tekniği olarak adlandırılan iki farklı optimizasyon tekniği ile optimize edilmesidir. Optimize edilen rotor profili ile oluşturulan çözüm hacmi, yağ ve hava olmak üzere çok fazlı olarak Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiğinde (HAD) çözülmüştür. Rotor optimizasyonu için öncelikle iki farklı rotor tasarım yaklaşımı, RSO (Tepki Yüzeyi Optimizasyon Tekniği) ile optimize edilmiştir. Elde edilen iki farklı optimize edilmiş rotor profili arasında özgül güçte %1,33 avantaj sağlayan profil referans alınmış ve bu rotorun tasarım parametreleri Taguchi optimizasyon tekniği ile optimize edilmiştir. Bu iki optimizasyon tekniği karşılaştırıldığında özgül güçte sağlanan %0,34 iyileşme ile RSO tekniği kullanılarak optimize edilen profil, port optimizasyonu ve HAD analizi için kullanılmıştır. Bu çalışmada aynı zamanda rotor diş derinliğinin kompresör performansına olan etkisi de incelenmiştir. Diş derinliği, sabit erkek rotor dış çapı için dişi rotor dış çapı ve eksenler arası mesafe ile tanımlanmıştır. Diş derinliğinde sağlanan %10,34`lük artışın özgül güçte %2,89 iyileşme sağlamıştr. Port optimizasyonu (emme ve basma portu), optimize edilmiş rotor profili referans alınarak belirlenen tasarım parametreleri için RSO tekniği ile yapılmıştır ve özgül güçte %1,17 iyileşme sağlanmıştır. Optimize edilmiş rotor profili ve port için HAD analizi yapılmış ve sonuçlar bir boyutlu termodinamik hesaplamalar ile karşılaştırılmıştır. Tek boyutlu termodinamik hesaplamalar, HAD sonuçlarına göre performans parametrelerinde sağlanan maksimum %3,9 sapma ile doğrulanmıştır.

The aim of this study is optimized all design parameters including parameters of rotor profile and ports of an oil injected twin screw compressor which is the most widely used among compressors with one-dimensional thermodynamic approach, simultaneously by using two different optimization techniques called RSO (Response Surface Optimization Method) and Taguchi optimization technique. The fluid volume created with the optimized rotor profile is solved in Computational Fluid Dynamics (CFD) in multiphase which including oild and air. For rotor optimization; firstly, two different rotor design approaches have been optimized with RSO (Response Surface Optimization Method). The profile that provides 1.33 % advantage in specific power between the two different optimized rotor profile obtained was taken as reference and the design parameters of this rotor were optimized via Taguchi Optimization Technique. When these two optimization techniques were compared, the profile optimized using the RSO technique with 0.34% improvement in specific power was used for port optimization and CFD (Computational Fluid Dynamic) analysis studies. In this study, the effect of rotor thread depth on comppresor performance was also investigated. The thread depth is defined by the female rotor outer diameter and the distance between axes for a fixed male rotor outer diameter. An increase of 10.34% in tread depth provided a 2.89 % improvement in the specific power. The port parameters (suction and discharge ports) was optimized by using the RSO technique and the specific power was decreased 1.17 %. The CFD analysis was performed for the optimized rotor profile and port and the results was compared with one- dimensional thermodynamic calculation. This one-dimensional thermodynamic calculations have been validated with a maximum deviation of 3.9 % provided in performance parameters according to CFD results.