Thermo-Mechanical Analysis and Design Optimization of an Adjustable Regulating Ring for Single-Screw Compressors

2026

Толық мәтін Ашық қол жеткізу: Gold Метадеректер (CSL-JSON)
DOI 10.3390/app16073557
Деректер сенімділігі 70 орташа
Бұл баға қалай есептеледі

Ол жазбаның өзінің тексерілетін белгілерінен құралады: мақаланың DOI-і бар ма, оның деректерін қанша тәуелсіз дереккөз растады, міндетті өрістер толтырылған ба және соңғы растау қаншалықты жаңа. Дереккөздер арасындағы алшақтық пен идентификатордың болмауы бағаны төмендетеді. 80-нен бастап мән жазбаның қосымша тексерусіз жарияланғанын, 60-тан 79-ға дейін — оның сенімділігі төмен күйде жарияланғанын және қолмен тексеру ұсынылатынын білдіреді. Редактор қолмен тексерген жазбаны қайта есептеу 90-нан төмен түсірмейді. Бұл — мақаланың өзіне емес, ол туралы деректерімізге берілген баға.

Аңдатпа

Reliable and energy-efficient capacity control in high-pressure single-rotor screw compressors requires precise regulation of adjustable ring mechanisms operating under combined gas and thermal loading. Thermo-mechanical deformation, friction-induced torque demand, and stress concentration near discharge windows significantly influence structural integrity, clearance stability, and actuation performance. This study presents an integrated thermo-structural and analytical investigation of a regulating ring system with a hydraulic wedge-groove drive concept. Three groups of geometric variants (nine configurations total) were analyzed using coupled Steady-State Thermal and Static Structural finite element modeling in ANSYS 19.2. Thermal asymmetry between suction (22 °C) and discharge (120 °C) regions produced peak thermally induced deformation of 0.17–0.18 mm, consuming up to 60–70% of nominal operating clearance. Neglecting thermal effects underestimated peak thermally induced structural deformation of the regulating ring by 12–15%. Among the configurations, variant 2b provided the most balanced response, reducing peak equivalent stress by 12–15% and required actuation torque by 8–11%. An analytical model for friction torque and driving force was derived based on distributed contact pressure. The results reveal quadratic sensitivity of torque to contact radius and strong dependence on groove geometry. The proposed framework supports reliable clearance design and efficient actuation in heavy-duty rotating machinery.