Hermetik pistonlu kompresörlerde egzoz hattı basınç salınımlarına etki eden parametrelerin deneysel ve sayısal incelenmesi
Experimental and numerical investigation of parameters affecting discharge line pressure pulsations in hermetic reciprocating compressors
Yazar: İSMAİL YEŞİLAYDIN
Danışman: PROF. DR. LATİFE BERRİN ERBAY
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Basınç ölçümleri = Pressure measurements ; Kompresör = Compressor ; Sayısal akışkanlar dinamiği = Computational fluids dynamic ; Sonlu hacimler yöntemi = Finite volumes method

Özet:
Hermetik pistonlu kompresörlerde, gürültü, titreşim, ürün güvenilirliği ve verimlilik gibi performans parametrelerini doğrudan etkileyen egzoz hattı basınç salınımlarının en aza indirilmesi için egzoz hattının akış verimi ile dengeli ve farklı çalışma devirlerinde en iyileştirilmiş bir çözüm bulunması gerekmektedir. 

Bu çalışma, kompresörün egzoz hattında meydana gelen basınç salınımlarının en aza indirilmesi amacıyla egzoz hattı tasarım parametrelerinden olan gövde irtibat kanal çapı, egzoz susturucular arası kanal çapı ve toplam egzoz susturucu hacminin farklılaştırılması ile oluşturulan alternatif tasarımların temel tasarım ile deneysel ve sayısal olarak karşılaştırılması ve basınç salınımlarına etkilerinin belirlenmesi üzerine hazırlanmıştır. Çalışmada 3000 d/d çalışma devri ve ASHRAE koşulunda soğutma kapasitesi 169 W (145 kcal/h) olan değişken devirli hermetik pistonlu bir kompresör incelenmiştir. Çalışmanın ilk bölümünde indikatör diyagramı ile egzoz manifoltundaki basınç salınımları 2100, 3000 ve 4500 d/d çalışma hızlarında 40 tekrarlı ölçümler ile deneysel olarak belirlenmiştir. Deneysel ölçümlerin ardından temel ve alternatif tasarımlara ait silindir ve egzoz hattını kapsayan 3 boyutlu HAD modelleri oluşturulmuş ve deneysel ölçümlerin yapıldığı çalışma hızlarında gerçekleştirilen sayısal analizler ile indikatör diyagramı ve egzoz hattı basınç salınımları zamana bağlı olarak hesaplanmıştır. Son bölümde, sayısal analiz sonuçlarına göre alternatif tasarımlar için egzoz hattı basınç salınım genliğini azaltıcı etki gösteren ölçülerde ilk örnek çalışması yürütülmüş olup, yapılan ölçümler sayısal analiz sonuçları ile kıyaslanmıştır.

Sonuç olarak, sayısal analiz ve deneysel ölçüm sonuçlarının uyumlu olduğu görülmüş olup ele alınan tasarım parametreleri arasından basınç salınım genliğini azaltıcı yönde etki eden ana parametrenin gövde irtibat kanal çapı olduğu belirlenmiştir. Ayrıca egzoz susturucular arasındaki kısılma çapının, basınç salınımının barındırdığı salınım frekanslarına etki ettiği ve ele alınan tasarımlarda salınım frekansını artırıcı yönde etki gösterdiği tespit edilmiştir.

Abstract:
For hermetic reciprocating compressors, in order to minimize the discharge line pressure pulsations at different operating speeds that directly affect performance parameters of compressor such as noise, vibration, reliability and efficiency, an optimized solution must be found in the balance with the flow efficiency of the discharge line. 

This study is prepared to minimize the pressure pulsations in the discharge line of the compressor by comparing and determining the effects of alternative designs on pressure pulsations with the experimental and numerical results of base and alternative designs formed by differentiation of crankcase orifice diameter, discharge muffler connection diameter and total discharge muffler volume from the discharge line design parameters. In this study, a variable speed hermetic reciprocating compressor with cooling capacity 169 W (145 kcal/h) at 3000 rpm working speed and ASHRAE condition was investigated. In the first part, pressure pulsations in the discharge planum and indicator diagram were determined experimentally at 2100, 3000 and 4500 rpm operating speeds with 40 repetitive measurements. After experimental measurements, 3-D CFD models including cylinder and discharge lines of base and alternative designs were generated and indicator diagram and discharge line pressure pulsations were calculated by transient numerical analyzes performed at the operating speeds where experimental measurements were made. In the last section, according to the results of the numerical analysis, the prototyping study was carried out in terms of attenuating the discharge line pressure pulsation amplitude for alternative designs and the measurements were compared with the numerical analysis results.

As a result, it was seen that numerical and experimental results are compatible and it was determined that the main parameter reducing the pulsation amplitude was the crankcase orifice diameter among the design parameters investigated. In addition, it was determined that the connection diameter between the discharge mufflers affects the pulsation frequencies and it has an effect on increasing the frequency of pulsation for the examined designs.