Experimental investigation on improving mechanical and energy performances of sliding vane compressors

The presented work in this thesis, point out the results of an extended experimental campaign aimed to characterize the effects of weight and lubricant composition on Mattei sliding-vane compressors performance. The four compressors used for this purpose are: XT65 and M75 compressors of small capacity, M111H compressor of medium capacity and Maxima Xtreme 75 compressor of big capacity. On the small capacity compressors, the cast iron vanes were substituted with new composite material (based on glass fiber) vanes. This material is characterized by 76\% of less weight. This peculiarity allows for higher maximum rotational speed, that is limited when using cast iron vanes due to the mechanical stresses generated with the rotational speed increasing. The M75 compressor, was chosen to substitute the Mattei M86 compressor used on board of a truck of a Mattei client used as a mobile workshop. This application requires a high compressed air flow rate, however for only short periods along the truck whole operating life. M75 compressor compared to M86 is 63\% of less weight. In such a way, we can reach a remarkable total weight reduction of the truck, which leads to less fuel consumption. Maximum air flow rate achievable with a single M75 compressor is 1.23 $m^3/min$ against the 2.2 $m^3/min$ required. A possible solution is to use two M75 compressors employing composite material vanes to substitute the M86. On M111H and Maxima Xtreme 75, the performance has been tested using four different lubricants characterized by different chemical composition. The main aim is to determine how much the lubricant composition affects the performance of medium and large capacity compressors. Lubricant viscosity effect is more remarkable on big capacity compressors with respect to medium ones. When atomizer nozzles are used, lubricant properties affect on performance is more remarkable at low pressure.

Il presente lavoro di tesi riporta i risultati di un'estesa campagna sperimentale volta a caratterizzare gli effetti del peso delle palette e della composizione dei lubrificanti sulle prestazioni dei compressori a palette Mattei. I quattro compressori Mattei impiegati a tale scopo sono: XT65 e M75 compressore di piccola taglia, M111H compressore di media taglia e Maxima Xtreme 75 compressore di grande taglia. Nei compressori di piccola taglia le palette in ghisa sono state sostituite con delle palette in materiale composito (basato su fibra di vetro). Tale materiale ha un peso minore del 76\%, ciò permette una maggiore flessibilità di velocità di rotazione che risulta vincolata per le palette in ghisa, per causa degli eccessivi sforzi meccanici generati col crescere della velocità di rotazione. L'utilizzo delle palette in materiale composito sul compressore M75 è stato scelto per la sostituzione del compressore Mattei M86 impiegato a bordo di un autoveicolo di un cliente della ditta Mattei. L'autoveicolo ha la funzionalità di un'officina meccanica mobile. Tale applicazione necessita di elevate portate di aria compressa, ma tuttavia per periodi limitati durante tutta la vita operativa del veicolo. Il compressore M75 è di un peso minore del 63\% del compressore M86. Con un risparmio sul peso complessivo dell'autoveicolo e una conseguente riduzione nei consumi di carburante. Con un solo compressore la massima portata raggiunta è di 1.23 $m^3/min$ contro la 2.2 m^3/min richiesta. Una possibile soluzione è l'impiego di due compressori M75 con palette in materiale composito al posto del compressore M86. Nei compressori M111H e Maxima Xtreme 75, le prestazioni sono state esaminate utilizzando quattro tipi di lubrificanti con diverse composizione chimica. L'obiettivo è determinare, quanto ciò influenza le prestazioni delle macchine di media e grande taglia. L'effetto della viscosità del lubrificante è più evidente nei compressori di grande taglia rispetto a quelli di media taglia. Con la presenza di ugelli nebulizzatori, a basse pressioni è più marcato l'effetto delle proprietà del lubrificante sulle prestazioni.