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直線電機(jī)活塞式壓縮機(jī)的技術(shù)剖析

直線電機(jī)活塞式壓縮機(jī)的技術(shù)剖析

  1概述

  傳統(tǒng)的活塞式空氣壓縮機(jī)主要有旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和電磁振動(dòng)式兩種,目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn),使用的絕大部分活塞式壓縮機(jī)是旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的。這類壓縮機(jī)主要優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟,性能可靠,壽命長(zhǎng)。不好的地方是活塞行程較短,活塞往復(fù)頻率高,結(jié)構(gòu)(復(fù)雜,能量傳遞環(huán)節(jié)多,機(jī)械效率低(整機(jī)效率一般為0.30~0.40),運(yùn)行噪聲大。電磁振動(dòng)式壓縮機(jī)是利用電磁力及機(jī)械共振原理驅(qū)動(dòng),直接推動(dòng)活塞往復(fù)振動(dòng)進(jìn)行工作的。優(yōu)點(diǎn)是:體積小,重量(weight)輕,機(jī)械效率高,具有超壓保護(hù)(bǎo hù )功能,易實(shí)現(xiàn)無(wú)油潤(rùn)(Oily)滑。缺點(diǎn)是:整機(jī)效率低(主要是電磁系統(tǒng)效率低),行程短,頻率高,排氣(Exhaust)壓力低,難以實(shí)現(xiàn)較大功率(指物體在單位時(shí)間內(nèi)所做的功的多少)(High-power)。
  直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的活塞式壓縮機(jī),電機(jī)次級(jí)直接帶動(dòng)壓縮機(jī)活塞作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng),不需要曲柄連桿機(jī)構(gòu)和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)(system)具有以下特點(diǎn):(1)用直線感應(yīng)電機(jī)代替電磁式壓縮機(jī)的電磁彈簧(huáng)共振動(dòng)力系統(tǒng),使活塞壓縮機(jī)在性能和機(jī)構(gòu)上產(chǎn)生了很大進(jìn)步。昆山空壓機(jī)保養(yǎng)冷卻水通過(guò)管道進(jìn)入空壓機(jī)中間冷卻器對(duì)一級(jí)壓縮排出的氣體進(jìn)行冷卻降溫,再進(jìn)入后冷器對(duì)排氣進(jìn)行冷卻,另一路冷卻水進(jìn)水管道經(jīng)過(guò)主電機(jī)上部的兩組換熱器冷卻電機(jī)繞組,還有一路對(duì)油冷卻器進(jìn)行冷卻。
 ?。?)圓筒型復(fù)合次級(jí)直線電機(jī)效率(efficiency)略低于旋轉(zhuǎn)(Rotating)異步電動(dòng)(electric)機(jī),但壓縮機(jī)整機(jī)效率比電磁振動(dòng)式壓縮機(jī)和旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的活塞壓縮機(jī)效率高
 ?。?)活塞行程長(zhǎng)。昆山空壓機(jī)維修是更換全部磨損的零件,空壓機(jī)轉(zhuǎn)1000個(gè)小時(shí)或一年后,要更換濾芯,在多灰塵地區(qū),則更換時(shí)間間隔要縮短。濾清器維修時(shí)必須停機(jī),檢查壓縮機(jī)所有部件,排除壓縮機(jī)所有故障。直線電機(jī)次級(jí)行程不受限制,所以壓縮機(jī)可選取較長(zhǎng)的活塞行程(為目前同缸徑壓縮機(jī)行程的2~3倍以上)。這也就降低了對(duì)活塞往復(fù)頻率的要求(活塞頻率可降低2~3倍),從而增加了機(jī)械壽命(lifetime),且大大降低了運(yùn)行噪聲。
 ?。?)活塞速度可按要求設(shè)計(jì)
  2基本結(jié)構(gòu)
  組合式直線電動(dòng)(electric)活塞式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)中次級(jí)和活塞做成一個(gè)整體。這類壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):兩個(gè)氣缸對(duì)稱安裝在直線電機(jī)次級(jí)的兩端,活塞往復(fù)一次,兩個(gè)氣缸各完成一次壓縮循環(huán)(continue)。電機(jī)為長(zhǎng)次級(jí)結(jié)構(gòu),無(wú)傳動(dòng)系統(tǒng),機(jī)械(machinery)損失僅為活塞與氣缸壁間的摩擦阻力損耗。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,體積小,成本低,噪聲(noise)低,效率高等特點(diǎn)。
  分體式直線電動(dòng)活塞式空氣壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)(原理圖。結(jié)構(gòu)上與組合式基本相同。只是電機(jī)初級(jí)與氣缸(壓縮空氣)分離。這樣次級(jí)在氣缸外的部分直徑不受氣缸內(nèi)徑的限制(limit),可優(yōu)化(optimalize)電機(jī)的結(jié)構(gòu),使電機(jī)的性能(property)更好。同時(shí)次級(jí),活塞,氣缸的散熱效果也較好。缺點(diǎn)是直線電機(jī)與氣缸的安裝精度(精確度)要求高。
  3供電及控制(control)系統(tǒng)
  當(dāng)雙向晶閘管TV4,TV5,TV6處于開斷狀態(tài),TV1,TV2,TV3被觸發(fā)導(dǎo)通時(shí),活塞(piston)向左邊運(yùn)行;TV1,TV2,TV3處于斷開狀態(tài),TV4,TV5,TV6被觸發(fā)導(dǎo)通時(shí),活塞向右邊運(yùn)行。晶閘管反復(fù)通斷,活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。晶閘管的通斷由信號(hào)檢測(cè)(檢查并測(cè)試)電路,觸發(fā)電路控制完成。
  為確保電機(jī)電源的安全換相,采用"延時(shí)通電"換相方式,即一組晶體閘流管斷電后延時(shí)一定時(shí)間,另一組晶閘管再觸發(fā)導(dǎo)通。昆山空壓機(jī)保養(yǎng)冷卻水通過(guò)管道進(jìn)入空壓機(jī)中間冷卻器對(duì)一級(jí)壓縮排出的氣體進(jìn)行冷卻降溫,再進(jìn)入后冷器對(duì)排氣進(jìn)行冷卻,另一路冷卻水進(jìn)水管道經(jīng)過(guò)主電機(jī)上部的兩組換熱器冷卻電機(jī)繞組,還有一路對(duì)油冷卻器進(jìn)行冷卻。這樣既可保證安全換相,同時(shí)合理的延時(shí)時(shí)間可以大大降低換相時(shí)電機(jī)產(chǎn)生的起動(dòng)電流沖擊。
  當(dāng)活塞(piston)向左運(yùn)行至K1所在的位置時(shí),K1發(fā)出斷電信號(hào)(signal),TV1,TV2,TV3得不到觸發(fā)脈沖,由于馬達(dá)為電阻電感性負(fù)載,TV1,TV2,TV3經(jīng)過(guò)延時(shí)后斷開。電機(jī)斷電后在經(jīng)過(guò)一段延時(shí),確保TV1,TV2,TV3已完全斷開,TV4,TV5,TV6再觸發(fā)導(dǎo)通,活塞受到向右方向的電磁力(magnetic force)作用。活塞向右到達(dá)K2位置時(shí),K2發(fā)出信號(hào),TV4,TV5,TV6延時(shí)斷開,在經(jīng)一延時(shí)TV1,TV2,TV3被觸發(fā)導(dǎo)通,活塞受到向左的電磁力作用。
  位置傳感器K3,K4為安全保護(hù)(bǎo hù )開關(guān),該開關(guān)動(dòng)作時(shí),強(qiáng)行正向斷電,反向通電。
  控制系統(tǒng)還具有缺相自動(dòng)保護(hù),SSR保護(hù),短路(電流不經(jīng)用電器,直接連電源兩極)和過(guò)載保護(hù)。當(dāng)活塞運(yùn)行頻率比較高時(shí),采用單套繞組馬達(dá)易發(fā)生換相失敗故障,可采用雙繞組電機(jī),即電機(jī)定子有兩套繞組,次級(jí)向一個(gè)方向(direction)運(yùn)行時(shí)一套繞組通電,次級(jí)反向運(yùn)行時(shí),另一套定子繞組通電,這樣可較好地解決換相問(wèn)題,但電機(jī)的體積變大,成本增加。
  兩套繞組的布置有兩種形式一種結(jié)構(gòu)的電機(jī)定子(組成:定子鐵芯、定子繞組和機(jī)座)直徑較大,需用較多的電磁線。兩套繞組之間互感太大,影響換相。槽較深,影響電機(jī)的效率。電機(jī)定子鐵心較長(zhǎng),且利用率(availability)不高。
  4試驗(yàn)樣機(jī)與測(cè)試結(jié)果(result)
  試驗(yàn)(test)樣機(jī):排氣壓力:樣機(jī)1為0.4MPa,樣機(jī)2為0.1MPa;活塞頻率:5Hz左右;電源:三相交流電,額定電壓220/380V,頻率50Hz;電機(jī)同步速度:3.0m/s;排氣量:0.1-0.3m 3 /min;控制(control)方式:手動(dòng)調(diào)節(jié)(adjust)換相延時(shí)時(shí)間(time);兩臺(tái)樣機(jī)中直線電機(jī)次級(jí)均為鋁鐵復(fù)合結(jié)構(gòu)。昆山空壓機(jī)是回轉(zhuǎn)容積式壓縮機(jī),在其中兩個(gè)帶有螺旋型齒輪的轉(zhuǎn)子相互嚙合,使兩個(gè)轉(zhuǎn)子嚙合處體積由大變小,從而將氣體壓縮并排出。昆山空壓機(jī)維修軸承跑外圈一般是因?yàn)榕浜系木炔粔蛞约巴馊Χㄎ环绞皆O(shè)計(jì)不合理造成的。并非所有機(jī)頭都按這個(gè)時(shí)間進(jìn)行,如果保養(yǎng)好的可以延后,保養(yǎng)差的則需要提前。 
  5結(jié)論
  直線電機(jī)活塞式壓縮機(jī)的研制在國(guó)內(nèi)(guó nèi)外尚屬首次。和傳統(tǒng)的活塞式壓縮機(jī)相比,具有突出的優(yōu)點(diǎn)。在一些合適的情況(Condition)下,將顯示(display)出獨(dú)具的優(yōu)勢(shì)(解釋:能壓倒對(duì)方的有利形勢(shì))。如:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低,噪聲(noise)低,整機(jī)效率(efficiency)高,活塞行程長(zhǎng)等。


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