Studio del profilo del rotore e delle prestazioni volumetriche di un compressore a camme

Claw-Type Compressors are rotary positive-displacement machines which were developed keeping the same configuration of Roots compressors. In spite of this, the working principle of this kind of machines is different, since an internal compression is realized according to a special rotor shape (which is more complex than that of Root’s one). Using these compressors it is possible to reach a better performance, which leads to higher compression ratios, lower compression work and delivery gas temperature. Since the technical literature is poor of notions about this type of compressor, this work presents some basic elements of an ideal model with the aim of extending the knowledge about it. At first, was considered one of the most widespread claw-type compressor prototypes and then a new rotor profile was designed, with possible improvements compared to the first one. Subsequently, a volumetric performance analysis was made by applying some already existing thermodynamic results to the geometrical aspects of the new compressor. This analysis was ended with a comparison of the two prototypes of compressor. Then, after a gas port sizing, the model was enriched by finding the pressure transient in a most critical work cycle’s phase, using the basic gasdynamic concepts. At the end of work, some suggestions are proposed to solve the problems observed.

I compressori a camme sono macchine volumetriche rotative che sono state sviluppate a partire dall’architettura dei compressori a lobi (Roots). Nonostante ciò, il processo di com- pressione del gas risulta diverso ed è dettato dalla forma caratteristica dei rotori (che è più complessa di quella dei Roots). Lo sviluppo di questi compressori è condotto al fine di raggiungere prestazioni migliori rispetto ai Roots, che essenzialmente si traducono nell’otte- nimento di maggiori rapporti di compressione, di un minor lavoro speso per la compressione e minori temperature del gas in mandata. L’attenzione verso questi compressori è giustifi- cata da una carenza di materiale presente in letteratura su di essi. Nel presente lavoro si è deciso pertanto di approfondire e di estendere lo studio alle problematiche fondamentali di progettazione nei limiti di un modello ideale. Nella prima fase del lavoro è stato considerato uno dei profili più diffusi di rotore di compressori a camme ed è stato poi realizzato un nuovo profilo nel tentativo di migliorare alcuni aspetti del primo. Si è poi proceduto con un’analisi delle prestazioni volumetriche della nuova macchina, applicando alcuni risultati già esistenti nell’ambito della termodinamica sui compressori a camme alla geometria del nuovo compressore e confrontando poi i risultati ottenuti con quello già esistente. A seguito di un dimensionamento delle luci nel nuovo compressore, il modello è stato poi raffinato ricavando l’andamento di pressione in una fase del ciclo particolarmente critica, servendosi di nozioni fondamentali della dinamica dei gas nei condotti. Infine sono stati presentati dei suggerimenti per risolvere i problemi osservati.