Design and analysis of a miniature linear compressor
Minyatür bir lineer kompresörün tasarım ve analizi
- Tez No: 503410
- Danışmanlar: PROF. DR. İSMAİL LAZOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 139
Özet
Doğrusal kompresörler, sıkıştırma adımından önce dönme hareketinin karşılıklı harekete dönüşümü ile uğraşmak zorunda kalan geleneksel döner kompresörler için iyi alternatiflerdir, çünkü lineer kompresörler sıkıştırma aşamasında kullanılacak doğrusal hareketi doğrudan üretebilirler. Bu, döner kompresörlere kıyasla birçok avantaj sağlar. Doğrusal kompresör teknolojisi yeni bir teknoloji olmamakla birlikte, minyatür ölçekli lineer kompresör özellikle son zamanlarda önem kazanmıştır. Doğrusal kompresör tasarımındaki kompaktlık, ölçeğin küçültülmesi ile birleştiğinde, bu kompresörü, elektronik ekipmanların soğutulması veya mini buzdolaplarının inşası gibi birçok pratikte uygulama için çok ilginç bir aday haline getirmektedir. Bu araştırma, bir prototip minyatür ölçekli doğrusal kompresörün detaylı analizi ile ilgilidir. Temelde doğrusal bir kompresörün iki ana bölümden oluştuğu söylenebilir: doğrudan doğruya tutturulmuş bir pistona ileri geri hareketi sağlayan lineer aktüatör kısmı ve pistonla etkileşimin gaz sıkışmasına neden olduğu silindir-valf kısmı. Doğrusal aktüatör, hareketli-mıknatıs tipi olup, diğer iki tipe göre, yani hareketli-demir ve hareketli-bobin tipi aktüatörlerle karşılaştırıldığında daha yüksek itme kuvveti, verimlilik ve daha düşük kayıplar sağlar. Tasarımın kompaktlığını daha da artırmak için silindirik bir yapı seçilmiştir. Öncelikle bir analitik model sunulmuş ve manyetik akı yoğunluğu ve oluşturulan itki kuvveti için formülasyonlar verilmiştir. Daha sonra silindirik yapıya uygunluk sağlamak için eksenel simetrik yaklaşımın kullanıldığı bir sonlu elemanlar analizi yapılmıştır. Aktüatör içinde üretilen manyetik akılar bu yöntemle tekrar hesaplanmış ve buna göre üretilen itme kuvveti gösterilmiştir. Bu sonuçlar analitik modelden gelen sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Doğrusal aktüatör için deney düzeneği sunulmuş ve oluşan itki kuvveti analitik sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Silindir-valf düzeneği sunulmuş ve valf seçimi ve uygulama adımlarının yanı sıra tahmini valf performans analizi gösterilmiştir. Söz konusu montaj için uygun imalat prosesleri ve mevcut minyatür ölçekli problem için conta donanımının seçimi sunulmuştur. Kompresör yapısının bütün olarak dinamik parametreleri sunulmuştur. Bu hem mekaniksel hem de elektromanyetik durumlar için gösterilmiştir. Aktüatör tarafından üretilen itki ve hem mekanik ekipmandan hem de sıkıştırılmış gazdan gelen rijitlik ve sönümleme katsayılarını içeren sistem dinamiği denklemleri verilmiştir. Motor sabiti ve uyarılma frekansı etkileri hakkında bilgi verilmiştir. En iyi sistem verimi ile en uygun çalışma noktasını bulmak için frekans tepki fonksiyonu gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
Linear compressors are good alternatives for the conventional rotary compressors which usually have to deal with the conversion of rotational motion to reciprocating motion before the compression step, whereas linear compressors directly generate linear motion to be used for the compression step right away. This offers many advantages over rotary compressors. While linear compressor technology is nothing new, miniature-scale linear compressor is a recent favorite. The compactness in linear compressor design combined with the smallness in scale makes this type of compressor a very interesting candidate for many practical applications, for example in the cooling of electronic equipment or in building mini refrigerators. This research deals with the detailed analysis of a prototype miniature-scale linear compressor. Basically, a linear compressor can be said to consist of two main parts: the linear actuator part which enables the reciprocating motion to the piston directly attached to it and the cylinder-valve assembly part where the interaction with the piston causes compression. The linear actuator is moving-magnet type, which, compared to the other two types, namely moving-iron and moving-coil, provides higher thrust and efficiency and lower losses. To further enhance the compactness of the design, a tubular structure is selected. An analytical model is first presented and the formulation for the magnetic flux density and the generated thrust force is shown. Then an FEM analysis is conducted, where the axisymmetric approach is used in order to have a conformity with the tubular structure. The magnetic fluxes generated inside the actuator are again calculated and the generated thrust force is demonstrated accordingly. These results are compared with the ones coming from the analytical model. The experimental setup for the linear actuator is presented and the thrust force generated is compared with the analytical results. The cylinder-valve assembly is presented and the selection and application steps as well as the estimated valve performance analysis is shown. The according manufacturing processes for the said assembly and the selection of the seal equipment for the miniature-scale problem at hand is presented. The dynamic parameters of the entire compressor assembly are presented. This is shown for both the mechanical and electromagnetic cases. The governing system dynamics equations, which includes the thrust generated by the actuator and the stiffness and damping coming from both the mechanical equipment and the compressed gas, are provided. Motor constant and excitation frequency effects are discussed. The frequency response function is shown in order to find the optimal operating point with the best system efficiency.
Benzer Tezler
- Design, modelling and analysis of a novel implantable bone conduction hearing aid with a piezoelectric actuator
Özgün bir piezoelektrik eyleyicili kemik iletimli implant işitme cihazının tasarım, modelleme ve analizi
ANIL KOYUNCU
Doktora
İngilizce
2022
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN NEVZAT ÖZGÜVEN
DOÇ. DR. MELİN ŞAHİN
- Theoretical and experimental analysis of a soft and miniature quadruped
Dört bacaklı ve yumuşak bir minyatür robotun kuramsal ve deneysel analizi
TAMER TAŞKIRAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Makine Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ONUR ÖZCAN
- Plastik dişli çarkların konstrüktif özelliklerinin incelenmesi
Analysis of the design characteristics of the plastic gears
CÜNEYT FETVACI
- Design and implementation of magnetic bearings in rotary blood pump
Dönel kan pompasında manyetik rulmanların tasarlanması ve uygulanması
HARIS SHEH ZAD
Doktora
İngilizce
2017
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPER TUNGA ERDOĞAN
PROF. DR. İSMAİL LAZOĞLU
- Çift modlu mikroşerit bant geçiren filtre tasarımı
Dual-mode microstrip bandpass filter design
ALİ KÜRŞAD GÖRÜR
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiPamukkale ÜniversitesiElektromanyetik Alanlar ve Mikrodalga Tekn. Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CEYHUN KARPUZ