Numerieke analyse van een oliepompsysteem voor toepassing in een zuigercompressor

13 juni 2018

(Expertartikel) Onderzoekers van de Oostenrijkse Graz University of Technology hebben een nieuwe methode ontwikkeld voor analyse van een oliepompsysteem in de ontwerpfase van een zuigercompressor.

Het doel van dit onderzoek naar een hermetische zuigercompressor is de ontwikkeling van een analysemethode voor een oliepompsysteem. De oliepomp wordt in dit kader opgesplitst in twee centrifugaalpompen en één spiraalvormige groefpomp. Hierdoor kan ieder afzonderlijk deel van de pomp worden geoptimaliseerd zonder het hele systeem te hoeven berekenen. Voor elke pomp worden verschillende numerieke modellen gebruikt, zoals de Volume of Fluid (VOF)-methode en de methode voor enkelfasige modellen. Van elke pomp worden prestatiecurves berekend, en het geheel wordt gecombineerd tot één prestatiecurve van de volledige oliepomp.

State-of-the-art ontwerp
Bij de onderzochte pomp blijkt dat bij geringe dompeldiepten van 7 en 3 millimeter van de onderste centrifugaalpomp in het oliecarter, geen verbetering in de oliemassastroom van het oliepompsysteem optreedt bij veranderingen in de spiraalgroef en de bovenste centrifugaalpomp. Het olietoevoersysteem in hermetische zuigercompressoren is meestal geïntegreerd in de (verticale) krukas van de compressor en het gebruikt de energie van de draaiende krukas om de olie te pompen. Een state-of-the-art ontwerp maakt gebruik van een centrifugaalpomp aan de onderzijde van de staande krukas om olie uit het carter van de compressorbehuizing te zuigen. Vervolgens wordt de olie getransporteerd via een spiraalvormige groef die is aangebracht in het buitenoppervlak van de krukas, om de as-lagers te voeden. Ten slotte wordt door een tweede centrifugaalpomp aan de bovenkant van de krukas de olie in de interne omgeving van de compressor uitgestoten, waar hij de schaal raakt en weer terugstroomt naar het carter.

Uit de conclusie
In het geval van de oliepomp voor de onderzochte compressor is een transiënte 3D VOF (Volume of Fluid)-simulatie toegepast op de onderste centrifugaalpomp, en steady-state 2d enkelfase-simulaties op de spiraalvormige groef en de bovenste centrifugaalpomp. Door de afzonderlijke pompprestatiecurven te combineren, kan de prestatiecurve van de hele pomp worden bepaald, en bovendien de oliemassastroom. In dit geval is te zien dat voor dompeldiepten van 7 mm en 3 mm geen verdere verbeteringen van de oliemassastroom van de gehele pomp kunnen worden bereikt door ontwerpveranderingen in de spiraalvormige groef en de bovenste centrifugaalpomp. De gepresenteerde methode toont bevredigende resultaten voor het onderzoek van de oorspronkelijke geometrie en een gewijzigde geometrie op verschillende dompeldieptes. De gesplitste methode die hier wordt gepresenteerd is een hulpmiddel dat kan worden aanbevolen voor gebruik in de ontwerpfase van zuigercompressoren, om snel simulatieresultaten te verkrijgen.