.
(English version will be available soon)
Indledning
Dette projekt er et polyteknisk midtvejsprojekt skrevet ved Institut for Matematik, Danmarks Tekniske Universitet, forår 2000. Projektet omhandler modellering og visualisering af en scroll kompressor. Til projektet er tilknyttet denne hjemmeside hvor modellen og visualiseringen kan ses.
Modellen af scroll kompressoren er baseret på en matematisk model ved brug af differential geometri. Visualiseringen er lavet i form af et program der kan afprøves på denne hjemmeside. Programmet er skrevet i JAVA.
Ud over at undersøge det klassiske design af scroll kompressoren er også alternative design undersøgt, som åbner mulighed for af væsentlig forbedring af kompressorens effekt. Netop en forøgelse af effekten er interessant, da den klassiske scroll kompressor's anvendelighed er begrænset eftersom effekten er relativ beskeden.
I projektet er der kun fokuseret på geometrien af kompressoren og der er således ikke gjort nogen overvejelser omkring mekaniske forhold, strømningsdynamik osv. Den væsentligste design parameter er nok også geometrien og derfor vil modellen alligevel give nogle brugbare resultater. Det er klart at man ved en realisering af et design også skal have undersøgt andre forhold end geometrien.
.
Baggrund for scroll kompressoren
Scroll kompressoren blev oprindeligt opfundet i 1905 af Léon Creux. På det tidspunkt var teknologien til at fremstille anvendelige modeller ikke tilstrækkelig advanceret. Først i 1970'erne blev scroll kompressoren til genstand for kommerciel interesse. Da var teknologien blevet advanceret nok til at fremstille brugbare modeller. I dag er scroll kompressoren hyppigt anvendt f.eks. til kompression af kølemiddel i aircondition-anlæg.
Scroll kompressoren består af 2 identiske spiraler, hvor den ene er drejet 180 grader i forhold til den anden. I den klassiske scroll kompressor er begge spiralerne identiske cirkelafviklere.
Figur 1. Den klassiske scroll kompressor. Spiralerne er identiske cirkelafviklere, hvor den ene spiral er drejet 180 grader i forhold til den anden.
Den ene af spiralerne er fastmonteret mens den anden foretager en cirkelbevægelse. Det emne man ønsker at komprimere, f.eks. et kølemiddel, indtages ved yderste ende af spiralerne. Når den bevægelige spiral roterer presses emnet ind mod midten af kompressoren og til sidst lukkes emnet ud i midten. Se figur 2 og figur 3.
Figur 2.
Figur 3.
Volumet af kammeret indeholdende
f.eks. et kølemiddel bliver mindre under rotationen og derved komprimeres kølemidlet.
Scroll kompressoren har en række betydelige fordele sammenlignet med en
stempelkompressor:
Scroll kompressoren er simpel.
Den består kun af to dele, den faste spiral og den roterende spiral. Til sammenligning
består af en stempelkompressor typisk 15 dele.
Scroll kompressoren er effektiv.
Indsugningen og udsugning er fysik separeret, hvilket reducerer varmeledningen mellem det
indsugne og udsugne medie. I en stelkompressor udsættes stemplet for både det indsugne
og udsugne medie, hvilket giver anledning til en stor varmeledning. Scroll kompressoren
har ingen ventiler, mens en stempelkompressor har både indsugnings- og
udsugningsventiler. Det eliminere tab ved ventiler. Dertil kommer at scroll kompressoren
giver en kontinuert kompression i modsætning til stempelkompressoren.
Scroll kompressoren er støjsvag.
Scroll kompressoren har meget begrænset bevægelse i modsætning til stempelkompressoren.
Yder mere kan den balanceres perfekt. Eftersom der heller ingen ventiler findes, er der
ingen støj fra ventiler, som er et typisk problem i stempelkompressorer.