Analyse de l'épaisseur du trou d'huile du vilebrequin du compresseur du réfrigérateur sur la capacité de huilage

Le problème de la contrainte et de l'usure du compresseur du réfrigérateur est important en raison d'une mauvaise lubrification du vilebrequin lors de son utilisation, et la puissance du système de lubrification du compresseur provient du vilebrequin, la conception optimale du vilebrequin est donc très importante. En étudiant les facteurs géométriques affectant la charge en huile du vilebrequin d'un compresseur, l'influence du paramètre de la distance entre la sortie d'huile supérieure de la pompe visqueuse en spirale et le point d'intersection de la pompe de distribution et la surface de la paroi de la pompe visqueuse en spirale pompe sur le volume d'huile du vilebrequin est calculé. Les calculs montrent que plus cette distance est petite, plus la quantité d'huile appliquée au vilebrequin est élevée. Les résultats expérimentaux sont vérifiés et les résultats des calculs sont en bon accord avec les résultats expérimentaux, ce qui fournit des conseils et une référence pour l'analyse et l'optimisation de la capacité de lubrification du vilebrequin.

Dans cet article, la capacité de lubrification du vilebrequin d'un compresseur de réfrigération est calculée numériquement et testée par une combinaison d'expériences et de calculs, ce qui fournit un support technique pour l'optimisation d'un nouveau compresseur à haut rendement.

1. Modèle de simulation numérique

Avec la rotation du vilebrequin, l'huile lubrifiante monte progressivement le long du tuyau d'aspiration, et le processus de montée de l'huile lubrifiante est un processus de mélange en deux phases de pétrole et de gaz. Dans cet article, le modèle VOF est utilisé pour simuler le processus de changement du niveau de liquide diphasique du pétrole et du gaz.

Le vilebrequin étudié dans cet article est un vilebrequin appliqué à un nouveau compresseur de réfrigérateur économe en énergie avec un fluide de travail R600a, utilisant de l'huile lubrifiante 10#. Affectée par la technologie de traitement et la précision d'usinage, la distance entre la sortie d'huile supérieure de la pompe visqueuse en spirale du vilebrequin et le point d'intersection de la pompe de distribution et la surface de la paroi de la pompe à vis est la distance entre le trou d'huile et le trou d'huile du vilebrequin. . Compte tenu de l'écart de tolérance dimensionnelle lors de l'usinage du vilebrequin, afin d'éviter le phénomène d'ouverture avec la rainure de rétraction, la distance entre le point d'intersection du trou d'huile et de la pompe de distribution et la paroi extérieure du vilebrequin est comprise entre 1,5 mm et 2,5. mm, comme le montre la figure 1, valeur H.

Figure 1. La distance entre l'intersection de la sortie supérieure et la pompe de distribution

de la pompe visqueuse spirale et de la paroi de la pompe visqueuse spirale

Dans cet article, la distance entre le point d'intersection du trou de sortie d'huile supérieur et la pompe de distribution et la paroi extérieure du vilebrequin dans le cas 1 est de 1,6 mm, la distance entre le point d'intersection du trou de sortie d'huile supérieur et la pompe de séparation et la paroi extérieure du vilebrequin dans le cas 2 est de 1,8 mm, et la distance entre le point d'intersection du trou de sortie d'huile supérieur et de la pompe de séparation et la paroi extérieure du vilebrequin dans le cas 3 est de 2,4 mm.

Comme le montre la figure 2, le diagramme du canal d'écoulement d'huile est donné, et afin de vérifier les avantages et les inconvénients de ces trois vilebrequins, les performances de ces trois vilebrequins seront comparées et analysées.

Figure 2. Canal d'écoulement d'huile sur le vilebrequin et différents décalages des trous d'huile

Le canal interne du vilebrequin peut être divisé en trois parties : la partie inférieure du tuyau d'aspiration à pales est une pompe centrifuge, qui agite l'huile lubrifiante à travers les pales, de sorte que l'huile lubrifiante grimpe le long de la surface de la paroi du tuyau d'aspiration. sous l'action de la force centrifuge ; La section centrale est une pompe visqueuse en spirale, et l'huile lubrifiante se déplace vers l'extrémité supérieure sous l'action de la force visqueuse, assurant ainsi la lubrification des roulements et des brides ; La partie supérieure est la pompe de distribution, qui lubrifie les pièces mobiles telles que les pistons, les bielles et les axes de piston. Cette étude porte sur l'influence de la position croisée entre la pompe visqueuse et la pompe de distribution supérieure sur le volume d'huile du vilebrequin et la pression d'huile interne, la sortie d'huile supérieure de la pompe visqueuse spirale du vilebrequin et le point d'intersection de la pompe de distribution et la distance de la paroi de la pompe visqueuse en spirale, l'huile délivrée à la pompe visqueuse est pressée dans la pompe de distribution supérieure par la pression d'huile.

2. Simplification du modèle

Le modèle de calcul de l'huile sur le vilebrequin étant complexe, la géométrie et le calcul de ce modèle sont simplifiés et supposés comme suit :

(1). L'huile lubrifiante ne contient pas de réfrigérant et le dessus de la piscine d'huile contient un réfrigérant en phase vapeur ;

(2). le flux est isotherme ;

(3). Les propriétés physiques de l'huile lubrifiante et du réfrigérant sont constantes et ne changent pas avec les changements de température et de pression ;

(4). L'accélération du moteur au démarrage est infinie ;

(5). La surface extérieure de la pompe visqueuse dans la section médiane est adaptée au rotor du compresseur pour former un espace cylindrique d'une épaisseur de 0,2 mm, et l'influence de cet espace est prise en compte dans le processus de calcul ;

(6). L'effet de l'interférence entre le vilebrequin et le rotor n'est pas pris en compte.

Fig.3 Paramètres des conditions aux limites pour le calcul

3. Calculs et analyse des résultats

Un maillage coulissant est utilisé pour simuler le mouvement de rotation du vilebrequin, et le mouvement du vilebrequin est réalisé à l'aide d'un système de référence de mouvement (MRF). Dans ce calcul, la vitesse de rotation est réglée à 3 000 tr/min, le tuyau d'aspiration est inséré dans le réservoir d'huile lubrifiante et la profondeur d'insertion est réglée à 12 mm. La surface supérieure du gisement de pétrole est l'entrée de pression et la fraction volumique du pétrole est réglée sur 1 ; La sortie d'huile et la sortie d'air à l'extrémité supérieure du vilebrequin sont des sorties de pression, et la fraction volumique de retour de l'huile est réglée sur 0 ; Les zones internes et les parois de toute la section du vilebrequin sont placées sur une grille rotative ; En raison de l’hypothèse selon laquelle il n’y a pas de mur coulissant, la section portante principale est fixée à un mur fixe.

L'huile lubrifiante 10# couramment utilisée dans les compresseurs de réfrigérateurs est utilisée et en même temps, elle est unifiée pour le calcul théorique, la vérification expérimentale et l'utilisation pratique. La densité ρ = 875 kg/m3 de l'huile lubrifiante 10#, la viscosité dynamique est calculée par la formule empirique, le coefficient de viscosité de l'huile lubrifiante est μ=0,0034 Pa.s et la tension superficielle est de 0,2 N/m. La figure 4 montre le réglage du lubrifiant liquide et du réfrigérant en phase gazeuse ainsi que la profondeur d'insertion du vilebrequin dans le modèle.

Fig. 4 Conditions initiales calculées du lubrifiant, du réfrigérant et du vilebrequin

Par rapport à la valeur moyenne des trois vilebrequins après stabilisation, la charge d'huile du vilebrequin avec un décalage de 2,4 mm est de 9,72 L/h, la charge d'huile du vilebrequin avec un décalage de 1,8 mm est de 9,80 L/h, la charge d'huile La charge du vilebrequin avec un décalage de 1,6 mm est de 9,97 L/h, et la charge d'huile du vilebrequin avec un décalage de 1,6 mm est plus grande. La figure 5 b) montre que la fluctuation du volume d'huile du vilebrequin avec un écart de 2,4 mm est nettement supérieure à celle de 1,6 mm et que l'alimentation en huile du vilebrequin de 2,4 mm est nettement plus instable que celle du vilebrequin de 1,6 mm. et l'alimentation minimale en huile est inférieure à 8 L/h, ce qui entraîne le risque d'une alimentation insuffisante en huile affectant la lubrification du vilebrequin.

Figure 5： Résultats du calcul du modèle

La répartition volumique de l'huile est représentée sur la figure 6, à partir de laquelle on peut voir que le vilebrequin avec un décalage de 2,4 mm est nettement inférieur au vilebrequin avec un décalage de 1,6 mm, le canal en spirale du vilebrequin avec un décalage de 1,6 mm est rempli d'huile et le canal du vilebrequin avec un décalage de 2,4 mm est mélangé avec du gaz.

Surtout pour les compresseurs inverseurs, dans le fonctionnement à grande ou basse vitesse du compresseur, tel que le gaz mélangé dans la rainure du vilebrequin, cela affectera la stabilité du processus de huilage du vilebrequin et détruira le film d'huile, de sorte que l'état de lubrification entre l'arbre principal du vilebrequin et le trou de l'arbre du carter, l'arbre auxiliaire du vilebrequin et l'alésage de bielle ou l'axe de piston et l'alésage de bielle sont convertis d'une lubrification hydrodynamique à une lubrification limite. Une cavitation peut même se produire, entraînant des déformations superficielles et une usure du vilebrequin. La cavitation est une forme très importante d'abrasion, dans laquelle l'eau, l'huile minérale et d'autres fluides s'écoulent à travers la surface d'un matériau métallique, entraînant une modification de la vitesse d'écoulement due à un changement de la géométrie locale, qui à son tour modifie la pression interne de le liquide. Si la pression locale devient inférieure à la pression de vaporisation du liquide, le liquide bouillira, produira rapidement des bulles de vapeur et éclatera rapidement dans la région de pression plus élevée, ce qui soumettra la surface métallique à des forces d'impact répétées, puis à une cavitation. se produira.

Fig.6 Répartition du volume d'huile (le rouge est l'huile de réfrigération en phase liquide, le bleu est le réfrigérant en phase gazeuse et les autres sont des mélanges d'huile et de gaz.)

La quantité d'huile appliquée au vilebrequin et la répartition du volume de l'huile appliquée au vilebrequin sont meilleures que celles avec un décalage de 2,4 mm.

4. Vérification expérimentale

4.1 Test expérimental de quantité d'huile sur vilebrequin monoproduit

Le vilebrequin avec une distance de 1,6 mm, 1,8 mm et 2,4 mm de la paroi de la pompe à vis a été sélectionné à partir de la sortie d'huile supérieure de la pompe à vis et du point d'intersection de la pompe de distribution avec la surface de la paroi de la pompe à vis, et la quantité d'huile sur le vilebrequin a été testée. Le dispositif de l'expérience peut contrôler avec précision la température de l'huile, la vitesse du vilebrequin et la profondeur d'immersion du vilebrequin. Cet équipement expérimental consiste à charger le vilebrequin qui doit être testé dans le manchon d'arbre, à ajuster le niveau d'huile lubrifiante. surface dans le pool d'huile, en fonction de la profondeur d'insertion du tuyau d'aspiration du vilebrequin réglée, entraîner le vilebrequin fixé sur la poulie pour qu'il tourne à travers le servomoteur, collecter la quantité d'huile projetée hors du trou d'huile de vilebrequin avec la vitesse et le temps de fonctionnement définis , et calculez la quantité d'huile de différents vilebrequins expérimentaux. Dans les tests expérimentaux, les réglages de ces paramètres sont cohérents avec les calculs. La figure 7 montre le banc d'essai d'huile de pompe pour le contrôle de la quantité d'huile sur le vilebrequin. Le tableau 1 montre une comparaison des valeurs expérimentales et calculées numériquement de la quantité d'huile sur le vilebrequin.

Figure 7. Banc d'essai d'huile de pompe à vilebrequin

Tableau 1 Comparaison des valeurs expérimentales et calculées

En raison de la simplification et des hypothèses du modèle, il existe encore un certain écart entre les valeurs calculées et expérimentales, mais du point de vue des tendances, les calculs numériques et les valeurs expérimentales restent cohérents. Les expériences montrent également que la quantité d'huile sur le vilebrequin diminue à mesure que le décalage du trou d'huile augmente.

4.2 Vérification de la fiabilité de l'ensemble de la machine à compresseur

De plus, le vilebrequin dans deux états est installé comme compresseur pour vérification, et les autres pièces sont exactement les mêmes, et il est installé sur le réfrigérateur BCD-546 des États-Unis pour la fiabilité de l'ensemble de la machine à long terme. test de fonctionnement, et le compresseur est analysé anatomiquement après le test, et grâce à l'observation et à la détection, il s'avère que l'usure près de l'orifice d'huile sur le vilebrequin présente des différences, comme le montre la figure 8 est la comparaison de l'usure du surface des deux vilebrequins après un long transport du réfrigérateur.

Fig.8 Comparaison de l'usure du vilebrequin après un long transport de l'ensemble du réfrigérateur

Comme le montre le tableau 2, le vilebrequin avec un port d'huile décalé et une épaisseur de paroi de 2,4 mm est pire qu'un vilebrequin avec un décalage de 1,6 mm.

Tableau 2 Comparaison de la précision des vilebrequins avec différents décalages de trous d'huile après un fonctionnement prolongé

5 . Conclusion

Dans cet article, la capacité de chargement d'huile du vilebrequin du compresseur de réfrigérateur est calculée numériquement et testée expérimentalement, et le modèle de calcul de la capacité de chargement d'huile du vilebrequin est vérifié, ce qui fournit une méthode d'évaluation quantitative pour l'analyse et l'optimisation de l'huile. capacité de charge du vilebrequin. Sur la base de simulations et d'expériences, la distance entre le point d'intersection de la sortie d'huile supérieure de la pompe à vis et de la pompe de distribution par rapport à la surface de la paroi de la pompe visqueuse à vis est un paramètre important affectant la quantité d'huile sur le vilebrequin, et cette valeur de décalage doit être strictement contrôlé dans le processus de production et de transformation.

（1）. Le modèle de calcul du vilebrequin a été établi et la simulation numérique a été réalisée sur la base de Fluent, et l'influence des paramètres de conception géométrique du vilebrequin sur le débit volumique d'entrée et de sortie a été étudiée.

(2). À l'aide du modèle théorique et de l'analyse de vérification des tests expérimentaux, il s'avère que plus la sortie d'huile supérieure de la pompe à vis du vilebrequin et le point d'intersection de la pompe de distribution sont éloignés du centre de rotation, plus l'influence de la force centrifuge peut être pleinement utilisé pour augmenter la charge d'huile, et plus la charge d'huile est élevée, c'est-à-dire plus le décalage du trou d'huile sur le vilebrequin est petit, plus l'alimentation en huile et l'alimentation en huile sur le vilebrequin sont stables, et meilleure est la lubrification du vilebrequin du compresseur, réduisant ainsi l'usure et la fiabilité du produit.