Modellierung und Simulation von Rotationsverdrängermaschinen

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschreibt eine Modellierungsmethode für Rotationsverdränger-maschinen, die auf der Grundlage von Kammermodellen die thermodynamische Simu-lation dieser Maschinen erlaubt. Am Beispiel eines trockenlaufenden Schraubenladers ohne Synchronisationsgetriebe wird die Abbildungsgüte des Simulationssystems und der damit entwickelten Modelle analysiert. Der Einfluss der Betriebsparameter und der Spaltgeometrien auf das Verhalten des Schraubenladermodells wird durch Sensitivitäts-analysen bestimmt und in einer Einflussmatrix zusammengefasst. Mit Hilfe verglei-chender Kennfeldmessungen am exemplarischen Versuchslader gelingt die Validierung des Simulationssystems und des damit entwickelten Schraubenladermodells. Eine Variation der maschineninternen Spaltgeometrien im Experiment und in der Simulation ermöglicht, sowohl den Einfluss der Spaltströmungen auf das Betriebsverhalten des Schraubenladers zu bestimmen als auch die Abbildungsgüte des Simulationssystems zu analysieren und zu beurteilen. Die am Beispiel des Schraubenladers dargestellte hohe Abbildungsgüte des Simulationssystems begründet nicht nur seinen Einsatz bei der Auslegung dieses Maschinentyps sondern lässt sich aufgrund des allgemeinen Ansatzes auf alle trockenlaufenden Rotationsverdränger erweitern.

The paper presents a method for the modelling of rotary displacement machines, that allows the thermodynamic simulation of these machines by means of a chamber model. The modelling method and the analysis of the simulation accuracy is demonstrated on an exemplary dry-running screw-type supercharger without timing gear. The influence of the operating conditions and of the internal clearance heights on the performance of the supercharger model is outlined by an influence matrix that subsumes the results of a sensitivity analysis of the model. A variation of the internal clearance heights in the experiment and the simulation shows the influence of the clearance flows on the operating behaviour of the screw-type supercharger. Furthermore the comparison of the experimental results with the simulation data shows a high modelling accuracy regarding the clearance heights. This gives reason to use the simulation system in the design of screw compressors and, because of the general approach used for modelling, also with other dry-running rotary displacement machines.