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

2026

Полный текст Открытый доступ: Gold Метаданные (CSL-JSON)
DOI 10.3390/app16073557
Достоверность данных 70 средняя
Как считается эта оценка

Складывается из проверяемых признаков самой записи: есть ли у статьи DOI, сколько независимых источников подтвердили её данные, заполнены ли обязательные поля и насколько свежо последнее подтверждение. Снижают оценку расхождения между источниками и отсутствие идентификатора. Значение от 80 означает, что запись опубликована без дополнительной проверки; от 60 до 79 — что она опубликована с пониженной достоверностью и ручная проверка желательна. Запись, выверенную редактором вручную, пересчёт не опускает ниже 90. Это оценка наших данных о статье, а не оценка самой статьи.

Аннотация

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.