Tribological studies of a hermetic reciprocating compressor piston

Abstract

A hermetic reciprocating compressor is one of the most critical parts for the energy efficiency of a household refrigerator. The tribological performance of the compressor's piston-cylinder pair could be enhanced through introducing micro-texture on the compressor's piston surface. In this thesis, an experimental study is presented to tribologically assess the effect of the micro-textured piston on the performance of the hermetically sealed reciprocating compressor. Effects of the micro-dimples texture of the piston on the compressor's coefficient of performance was investigated. Refrigerant leakage from the piston-cylinder clearance was decreased by 35% and the compressor's cooling capacity was observed to be increased slightly. In addition, this thesis also presents a novel solution to the lubrication problem of an inverter-type hermetic reciprocating compressor used in household refrigerators during a low-speed (less than 2000 rpm) operation. The lubrication system is primarily based on an additively manufactured unibody pump. Moreover, the thesis also aims to discuss the development of a cermet material for the manufacturing of piston via a multi-material negative additive manufacturing approach. The suggested methodology entails the layer-by-layer 3D printing of a negative mold geometry. The cermet slurry is cast into the mold gradually as it is built up layer-by-layer simultaneously. The cermet green body is then demolded by dispersing the mold in an organic solvent such as DCM. The multi-material 3D printing approach eliminated the shape retention problem of the slurry-based additive manufacturing system. A piston produced from cermet material through this method is found to be 10 times lighter than a conventional piston.Hermetik pistonlu kompresör, ev tipi bir buzdolabının enerji verimliliği için en kritik parçalardan biridir. Piston-silindir çiftinin tribolojik performansı, piston yüzeyinde mikro dokulama uygulanarak geliştirilebilir. Bu tezde, mikro dokulu pistonun sızdırmazlık dikkate alınarak kompresörün performansı üzerindeki etkisini tribolojik olarak değerlendirmek için deneysel bir çalışma sunulmaktadır. Pistonun mikro çukur dokusunun kompresörün performans katsayısı üzerindeki etkileri araştırıldı. Piston-silindir boşluğundan soğutucu akışkan sızıntısı %35 oranında azaldı ve kompresörün soğutma kapasitesinin bir miktar arttığı gözlemlendi.Ayrıca bu tez, ev tipi buzdolaplarında düşük hızlı (2000 rpm'den az) çalışma sırasında kullanılan invertör tipi hermetik pistonlu kompresörün yağlama yağı besleme sistemine yeni bir çözüm sunmaktadır. Sistem, eklemeli olarak üretilmiş yekpare bir pompaya dayanmaktadır. Ayrıca tez, çok malzemeli negatif eklemeli imalat yaklaşımıyla piston üretimi için bir sermet malzemesinin geliştirilmesini tartışmayı amaçlamaktadır. Önerilen metodoloji, negatif bir kalıp geometrisinin katman katman 3D baskısını gerektirir. Sermet bulamacı, eş zamanlı olarak katman katman oluşturulduğu için kademeli olarak kalıba dökülür. Daha sonra sermet yeşil gövde, kalıbın DCM gibi bir organik çözücü içinde dağıtılmasıyla kalıptan çıkarılır. Çok malzemeli 3D baskı yaklaşımı, bulamaç bazlı eklemeli üretim sisteminin şekil tutma problemini ortadan kaldırdı. Bu yöntemle sermet malzemeden üretilen bir pistonun, geleneksel bir pistondan 10 kat daha hafif olduğu tespit edilmiştir.