A centrifugal compressor for geothermal heat pump system using R134a as working fluid has been developed. The centrifugal compressor consists of an impeller with splitters, two vaneless diffuser, a low solidity vaned diffuser and a volute. In this compressor, diffuser blade angles are controlled to satisfy both heating and cooling conditions. A aerodynamic design was done by applying the repeating design procedure including a meanline design, a 3D geometry generation and fluid dynamic calculation. In this paper, design and performance prediction results of the compressor are presented.
Due to environmental issues, the development of low energy consumption products has become one of the main topics in the home appliance industry. The energy consumption of a refrigerator depends on the efficiency of its compressor as well as on the refrigerator cycle design, such as the capacity modulation. In this study, a dual capacity, i.e., two-step capacity modulation (TCM), reciprocating compressor is developed. In a TCM compressor, capacity modulation is achieved by changing the dead volume in the cylinder. Instead of a concentric sleeve, an eccentric sleeve, a key, and a spring are used to change the dead volume for the clockwise and counterclockwise rotation of a motor. When the compressor changes its operating mode from full capacity to partial capacity or in opposite direction, the key may collide with the eccentric sleeve. The structural reliability and mode change reliability were confirmed by analysis and experiment.
Compared to axial compressors, an analytical model capable of analyzing the flow in centrifugal compressor lacks because of the difficulty in governing equations for radial duct. Therefore, this paper presents a new model to predict flow field in a centrifugal compressor with a sinusoidal asymmetric tip clearance. To predict the 2 dimensional flow in the inlet and exit of the centrifugal compressor, the two flow fields are connected with compressor characteristic based on Moore-Greitzer model. Contrary to axial compressors, the nonuniformity of impeller exit pressure in centrifugal compressor decreases as flow coefficient decreases. In addition, that is sensitive to the slope of pressure rise by eccentricity. The maximum velocity exists right before the maximum tip clearance.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제9권2호
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pp.143-149
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2016
In this study, a method for the multi-objective optimization of an impeller for a centrifugal compressor using fluid-structure interaction (FSI) and response surface method (RSM) was proposed. Numerical simulation was conducted using ANSYS CFX and Mechanical with various configurations of impeller geometry. Each design parameter was divided into 3 levels. A total of 15 design points were planned using Box-Behnken design, which is one of the design of experiment (DOE) techniques. Response surfaces based on the results of the DOE were used to find the optimal shape of the impeller. Two objective functions, isentropic efficiency and equivalent stress were selected. Each objective function is an important factor of aerodynamic performance and structural safety. The entire process of optimization was conducted using the ANSYS Design Xplorer (DX). The trade-off between the two objectives was analyzed in the light of Pareto-optimal solutions. Through the optimization, the structural safety and aerodynamic performance of the centrifugal compressor were increased.
Pressures in compression pockets consists of two identical spiral scrolls are influenced by gas flow resistance in discharge process and leakages in radial and tangential directions between two scroll wraps. In this paper, considering geometrical characteristics of these members, flow resistance and refrigerant gas leakage losses, pressure variations in compression pockets are calculated. For a scroll compressor model with fixed crank mechanism, acting load on crankshaft is analyzed. And, for a vertical type crankshaft-journal bearing system used in scroll compressor, nonlinear transient response is calculated including nonlinear fluid film reaction forces of journal bearings.
The rotary compressor is widely used for the air conditioner because it is efficient and compact. In recent, the need for silent and efficient compressors is much stronger than the past. The new type muffler was invented to reduce noise level and to improve efficiency. The new type muffler that has two side discharge holes and dome shape represents much lower overall noise level, especially noise levels around 1kHz than the old type one that has one center discharge hole In acoustic spectra. Also it has higher air conditioner efficiency by lower oil discharging amount of a compressor than old type one that has rectangular shape and two side discharge holes. The noise reduction and efficiency improvement effects of the new type muffler were verified by tests for rotary compressors and air conditioners.
Performance evaluation of a compressor is conducted to develop 500W class ultra-micro gas turbine (UMGT) for power generation. The performance evaluation is essential to check the performance of the components of UMGT, a radial turbine, a centrifugal compressor, an angular combustor and a shaft, which have been already designed in previous researches. The purpose of this study is to introduce the development process of the performance testing equipments of the UMGT and to present the results of compressor performance test. For the performance evaluation of the compressor, two test equipments are developed and the initial test equipment uses commercial static air bearings with long shaft. In the improved test equipment, static air bearing is improved to increase rotating speed and compressed nitrogen gas is used for utility gas of the static air bearing to supply compressed air in a stable and steady way. To increase rotating speed to 320,000 rpm, 80% speed of design speed, compressed air is provided to the turbine. The performance map of the compressor with the 50%, 60%, 70%, 80% speed of design point is presented. The results of the performance test of compressor show a good agreement with the results of 3D CFD.
For a $CO_2$ one-stage twin rotary compressor, a T-shaped suction port was used to effectively supply the suction gas stream into two individual suction chambers of the twin cylinders. Suction gas pulsations were observed in the pressure sensor signals and these were simulated by using the acoustic modeling of Helmholz resonators in parallel. The module of acoustic modeling was combined to a computer simulation program for the compressor performance. Validation of the simulation program has been carried out for a bench model compressor in a compressor calorimeter. Cooling capacity and the compressor input power were reasonably well compared between the simulation and the calorimeter test. Particularly, good agreement on P-V diagram between the simulation and the test was obtained.
In developing a multistage compressor, the stage matching is one of the critical design issues. The mismatching can be often observed even if each stage has been proven good and then used as part of a compression system. A good matching among the stages can be achieved by changing various design parameters (i.e., passage cross sectional areas, blades angles, stagger angles, curvature, solidity, etc.). Therefore, designers need to find out what parameters must be changed and how much. In this study, a method to search the design parameters for optimum stage matching has been used based on an 1-D mathematical model of a compressor, which uses the data obtained from the preliminary test to identify the design parameters. This methodology is applied with a two-stage axial compressor, which was originally designed for a helicopter gas turbine engine. After identifying design parameters using preliminary test data, an optimization process has been employed to achieve the best matching between the stages (i.e., maximum efficiency of the compressor at its operation modes within a given range of the rotor speed under given restrictions for required stall margins and mass flow). 3-D flow calculations have been performed to confirm the usefulness of the corrections based on the 1-D mathematical model. Calculational results agree well with the experimental data in view of the performance characteristics. Some promising results were produced through the methodology proposed in this paper in conjunction with flow calculations.
본 논문에서는 공조용 로타리 컴프레서에서 발생하는 소음을 줄이기 위하여 음향 홀로그래피를 이용하는 방법을 다룬다. 소음이 방사되는 것을 음향 홀로그래피를 이용하여 정상적인 컴프레서와 문제가 있는 컴프레서에 대하여 측정하였다. 음향 홀로그램은 2가지 컴프레서의 다수의 격자점에서 측정 및 예측하였고, 컴프레서 표면 위로 재구성하였다. 2개의 마이크로폰을 사용하여 1344개의 측정 점에서 측정을 수행하였고, 그 중 1개의 마이크로폰은 스캐닝용이고 또 다른 하나의 마이크로폰은 레퍼런스용이다. 음향 홀로그래피는 소음원을 그래픽적으로 보여주기 위한 좋은 도구이다. 본 논문에서 컴프레서의 표면에서 소음 원 위치를 정확히 찾을 수 있었고, 그 소음원은 소음을 발생시키는 부품과 관계된 것이었다. 음향 홀로그래피는 가전제품에 대해 소음 저감 방법으로서 유용함을 알 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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