Verifica sperimentale degli effetti dell'iniezione di olio tramite ugelli in compressori volumetrici a palette

The efficiency of rotary vane positive displacement compressors can be pursued in different ways: one of these consists in improving the effectiveness of air cooling system during the compression, obtained with injection of lubricating oil which removes heat increasing its temperature, in addiction to lubrication and vane sealing. In these work, results of confrontation between convectional solid-flow injection and innovative atomised-oil injection system tested with an experimental rig are shown: atomization should generate small oil droplets to increase heat exchange and vane cooling, leading to a decrease of compression work. Sereval tests were conducted with different kind of noozles in different positions. Fixing 7.5 barg delivery pressure and 1500 rpm rotation speed, noozles cause the compressor a 1.4% saving of energetical consumption and a 2.6% Resa (ratio bewteen mechanical power and air flow) increase when they’re positioned in the closest position to the zone of maximal compression. Due to air flow variations specific work sligthly rises (1%), but as shown by p- V charts thermodynamical process has improved beacuse injected oil has a 65 ◦C temperature (instead of standard 80 ◦C). Positive results are masked by the decrease of oil flow respect to the standard version of the compressor and by the rising of temperature level in the oil tank surrounding the stator: global efficiciency results to be the same value obtained by standard compressor (62%). Keeping oil noozles and adding a gear pump to pressurize the oil circuit the quantity of injected oil rises while its temeperature gets lower (55 ◦C): an increase of air flow (+2%) is obtained and in the first part of the compression isothermal process is reached, but energetic consumption is higher due to the pump (+4.6% for mechanical power, +1.8% for specific mechanical work).

L’aumento di efficienza dei compressori volumetrici a palette può essere perseguito da diversi fronti: uno di questi è l’ incremento dell’efficacia del sistema di raffreddamento dell’aria durante la compressione, realizzato con iniezione di olio lubrificante che asporta calore oltre a lubrificare e sigillare i vani. Questo lavoro riporta i risultati ottenuti dal confronto su un banco sperimentale di un sistema di iniezione a getto solido di olio rispetto a uno ad olio finemente nebulizzato tramite appositi ugelli: la nebulizzazione dovrebbe produrre delle gocce di olio finissime incrementando lo scambio termico e il raffreddamento del vano e portando ad una diminuzione del lavoro speso per la compressione. Sono state condotte numerose prove modificando l’allestimento del banco, in particolare tipo e posizione degli ugelli. Con carico pari a 7.5 barg e velocità di rotazione pari a 1500 rpm si ottengono riduzioni massime nei consumi di potenza meccanica dell’1.4% e aumenti del 2.6% della Resa con i soli iniettori posizionati il più possibile vicino alla zona di massima compressione. A causa della variazione della portata d’aria il lavoro specifico meccanico cresce leggermente (1%), ma dai diagrammi p-V si osserva che il processo di compressione risulta termodinamicamente migliore perché l’olio iniettato si trova a 65 °C (contro gli 80 °C ordinari). I benefici vengono tuttavia alleviati dal calo della portata dell’olio circolante rispetto alla macchina standard e dall'aumento di temperatura dell’olio nel serbatoio di raccolta che avvolge lo statore: il rendimento globale della macchina risulta pari a quello della versione standard (62%). Mantenendo i nebulizzatori e aggiungendo una pompa per la pressurizzazione del circuito dell’olio si ha una quantità di olio iniettata maggiore e più fredda (55 °C): si ottiene un aumento della portata di aria compressa (+2%) e la compressione è isoterma nella fase iniziale, ma la spesa energetica aggiuntiva sostenuta per la pompa è ingente (+4.6% per la potenza meccanica assoluta, +1.8% per il lavoro specifico meccanico).