Analisi prestazionale di compressori a palette a geometria statorica ellittica

Sliding Vane Rotary Compressors (SVRC) are characterized by design semplicity and high reliability. The most critical aspects are the contact between blade tip and stator inner wall and lateral blade surface and rotor slots. These cause friction power loss and decrease mechanical efficiency. A new model of the compressor with an innovative design has been developed. The innovative design consists of an elliptical stator with two contact points with the rotor. During the rotation of the rotor two compression processes take place and friction loss compared with the total amount of shatf power decreases. The program includes a section which defines the geometry of the compressor with both circular and elliptical stator and a thermodinamic model that calculates pressure and temperature trends of the working fluids during compression. Forces on the vane and on the rotor were investigated in order to obtain the total input power of the compressor. The model has been validated with experimental data for conventional geometry. The performances of the elliptical compressor were studied trought a parametric analysis which considers one individual design variable at a time. Finally a comparision between the two configurations of SVRC was conducted at the same operating conditions, in order to find out the best solution. In this comparision two types of oil injection were considered: the conventional injection after inlet port and the introducion of atomized oil during the intake process. Numerical results show that in the first case elliptical configuration is preferred, but improving the thermodinamycs of the process the benefits are more relevant in the conventional compressor.

I compressori a palette sono un tipo di compressori volumetrici i cui punti di forza sono l'alta affidabilità e la semplicità costruttiva. L'aspetto più critico di queste macchine è dato dal moto relativo che sussiste tra le palette con le pareti del rotore e con la superficie dello statore. Il contatto tra le parti mobili genera attrito che penalizza il rendimento meccanico della macchina. E' stato sviluppato un modello di compressore a palette innovativo avente una geometria statorica ellittica, nel quale il rotore tocca in due punti di tangenza lo statore. In una rotazione completa dell'albero avvengono due processi in parallelo di compressione e l'incidenza delle perdite per attrito diminuisce. Il modello sviluppato comprende il calcolo geometrico del compressore con geometria dello statore circolare e con geometria ellittica. E' compreso un modello termodinamico di scambio termico tra aria e olio che calcola l'andamento delle grandezze di stato durante la compressione e ricava l'andamento della pressione. E' stato sviluppato un modello dinamico che considera le forze agenti sulla paletta durante il suo moto e quelle che agiscono sul rotore, in modo da risalire al calcolo della potenza del compressore. Dopo avere validato sperimentalmente i risultati del modello considerando un compressore a palette convenzionale, si sono investigate le prestazioni del compressore ellittico tramite uno studio parametrico. E' stato svolto un confronto tra le due tipologie di compressore considerando due modalità di iniezione di olio: quella standard in cui l'olio è iniettato tramite getto solido e quella in cui l'olio viene nebulizzato in aspirazione favorendo lo scambio termico tra le due fasi. Nel primo caso il compressore ellittico è più vantaggioso, mentre migliorando la termodinamica del processo di compressione risulta più conveniente il compressore convenzionale. Con la geometria ellittica la macchina risulta meccanicamente molto più equilibrata rispetto a quella convenzionale.