Analisi numerica e sperimentale dell'aspirazione e delle prestazioni di un compressore a palette dotato di un sistema di nebulizzazione olio

The present work shows the numerical and experimental study of a sliding-vane rotary compressor, featuring an oil nebulization system. The aim of the numerical study is to develop a new thermodynamic model, in order to expand the pre-existent compression process simulator. Unlike the previous model, which considered a single liquid injection and droplets all of the same diameter, the new model gives the possibility to consider the presence of several nozzles, placed in different positions along compression process. It is also possible to characterize the spray, dividing droplets in classes based on their dimension. The numerical model is validated with experimental data, reaching an average relative error between the measured and the calculated pressures of 2,3%. An experimental study is conduced to know the actual initial compression temperature and to understand how the oil, being recovered from bushings, affects this parameter. Four experimental campaigns are conducted: the first three to evaluate performances and to get a thermal mapping in stationary conditions, in particular with two different aspiration valves; the fourth to analyze the thermal transient inside the aspiration volume, with and without oil cooling before bushings with a water heat exchanger. This analysis shows that, in standard conditions, the difference between the actual initial compression temperature and the ambient temperature is very high, reaching peaks of 50°C in critical areas. Numerical simulations were performed in order to quantify the benefit obtainable from a lower initial compression temperature. Passing from 65°C to 25°C on the suction, an increase of 13,4% for the flow rate and of 6% for power are obtained. The specific energy decreases of 6,5%, for the benefit of the compression process and of the end customer.

Il presente elaborato mostra lo studio numerico e sperimentale condotto su un compressore a palette dotato di un sistema di nebulizzazione olio. Lo studio numerico ha avuto lo scopo di sviluppare un nuovo modello termodinamico al fine di ampliare il simulatore del processo di compressione preesistente. A differenza del modello precedente, che considerava un'unica iniezione di liquido all'inizio della fase di compressione e gocce tutte dello stesso diametro, il nuovo modello dà la possibilità di prevedere la presenza di più ugelli, posti in posizioni diverse lungo il processo di compressione. È inoltre possibile caratterizzare il getto nebulizzato, suddividendo le gocce in classi di dimensioni differenti. È stata condotta una validazione del modello numerico tramite il confronto con dei dati sperimentali che ha portato ad ottenere un errore relativo medio del 2,3%. Al fine di conoscere la temperatura reale di inizio compressione e l'influenza dell'olio di recupero dalle bronzine su di essa è invece stato condotto uno studio sperimentale. Questo si è articolato in quattro campagne sperimentali: le prime tre volte alla valutazione delle prestazioni e alla realizzazione della mappatura termica in condizioni stazionarie, in particolare con l'utilizzo di due differenti valvole di aspirazione; la quarta volta all'analisi del transitorio termico all'interno del volume di aspirazione, con e senza il raffreddamento dell'olio prima delle bronzine per mezzo di uno scambiatore ad acqua. Grazie all'analisi sperimentale condotta si è notato che in condizioni standard la differenza tra la temperatura reale di inizio compressione e la temperatura ambiente è molto elevata, raggiungendo picchi di 50°C nelle zone più critiche. Sono state effettuate delle simulazioni numeriche al fine di quantificare il beneficio ottenibile da una minore temperatura di inizio compressione. Passando da 65°C a 25°C in aspirazione, si ottiene un incremento di portata del 13,4% ed un aumento di potenza del 6%. Il reale vantaggio viene valutato in termini di energia specifica, che diminuisce del 6,5%, a beneficio del processo termodinamico nel suo complesso e del cliente finale.