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昆山飛馬特機(jī)電設(shè)備有限公司
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目前,房間空調(diào)器大量采用滾動(dòng)活塞式壓縮機(jī)。該類(lèi)壓縮機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,容積效率比較高,而且易于實(shí)現(xiàn)變冷量系統(tǒng),因此市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力較高。但是,滾動(dòng)活塞式壓縮機(jī)在結(jié)構(gòu)上尚存不足之處,比如它的滾動(dòng)活塞和轉(zhuǎn)子均以偏心轉(zhuǎn)動(dòng)的方式工作,因此存在比較大的不平衡離心慣性力,故需要設(shè)計(jì)(design)專(zhuān)門(mén)的平衡塊;同時(shí),該類(lèi)壓縮機(jī)的各個(gè)運(yùn)動(dòng)(movement)副之間還存在很高的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度,特別是隔離葉片緊貼著滾動(dòng)活塞的外表面高速滑行,由此會(huì)產(chǎn)生較大的摩擦與磨損;另外,由于隔離葉片的內(nèi)端與滾動(dòng)活塞外表面之間的密封采用線接觸的密封結(jié)構(gòu)方式,而且隔離葉片的側(cè)端與兩側(cè)端蓋之間存在配合間歇,故不可避免地產(chǎn)生較大的內(nèi)部泄漏損失。
針對(duì)滾動(dòng)活塞式壓縮機(jī)的缺點(diǎn),有關(guān)科技人員進(jìn)行了大量的研究,并提出了許多有實(shí)用前景的新型制冷壓縮機(jī),如螺旋(spiral)葉片壓縮機(jī)、鉸接葉片壓縮機(jī)等等.作者研究的嵌固葉片式旋轉(zhuǎn)(Rotating)壓縮機(jī)也是此類(lèi)型壓縮機(jī)中的一種。設(shè)計(jì)思想本文討論的嵌固葉片式旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)有一個(gè)嵌固隔離葉片、一個(gè)旋轉(zhuǎn)缸套、一個(gè)轉(zhuǎn)柱和兩個(gè)隨動(dòng)端蓋,其工作原理及機(jī)構(gòu)分析,這里主要討論該類(lèi)壓縮機(jī)的一些設(shè)計(jì)思想和原則。立式結(jié)構(gòu)壓縮機(jī)主軸的布置形式不僅關(guān)系到壓縮機(jī)的空間占位,而且還影響到壓縮機(jī)各大系統(tǒng)尤其是潤(rùn)滑系統(tǒng)的布局。一般來(lái)說(shuō),房間(room)空調(diào)器壓縮機(jī)在高度方向(direction)上受到的限制較少,故壓縮機(jī)的主軸設(shè)計(jì)以立式為主,在此情況下壓縮機(jī)的潤(rùn)滑系統(tǒng)最為簡(jiǎn)單?;谕瑯拥牡览恚豆倘~片式壓縮機(jī)亦采用立式主軸結(jié)構(gòu)。
高背壓筒腔流體機(jī)械采用高背壓筒腔結(jié)構(gòu)或采用低背壓筒腔結(jié)構(gòu),對(duì)壓縮機(jī)的電機(jī)設(shè)計(jì)有舉足輕重的影響(influence),并對(duì)壓縮機(jī)的容積(Capacity)效率產(chǎn)生大的影響。昆山空壓機(jī)是一種用以壓縮氣體的設(shè)備??諝鈮嚎s機(jī)與水泵構(gòu)造類(lèi)似。大多數(shù)空氣壓縮機(jī)是往復(fù)活塞式,旋轉(zhuǎn)葉片或旋轉(zhuǎn)螺桿。離心式壓縮機(jī)是非常大的應(yīng)用程序。若采用高背壓筒腔方案,則電機(jī)的冷卻只能由高溫高壓的排氣(Exhaust)來(lái)完成,由于冷卻效果較差,因此會(huì)導(dǎo)致(cause)電機(jī)的效率和工作可靠性有所下降,故對(duì)電機(jī)的設(shè)計(jì)尤其是對(duì)電機(jī)的絕緣設(shè)計(jì)提出了苛刻的要求。但是從另一角度(angle)看,高背壓筒腔結(jié)構(gòu)對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)氣的有害加熱較少,故壓縮機(jī)的容積效率有望提高,而且壓縮機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)(system)(包括:循環(huán)潤(rùn)滑系統(tǒng),集中潤(rùn)滑系統(tǒng)等)的設(shè)計(jì)可以大大簡(jiǎn)化。目前,發(fā)達(dá)國(guó)家如日本等國(guó)比較趨向于采用高背壓筒腔的結(jié)構(gòu)方案,這是電機(jī)設(shè)計(jì)進(jìn)步的一個(gè)體現(xiàn)。
鑒此,本壓縮機(jī)(compressor)采用高背壓筒腔方案。下置式馬達(dá)采用立式結(jié)構(gòu)的壓縮機(jī),其電機(jī)的布置有上置式和下置式兩種。從本質(zhì)上講,兩者的差別不大。但是,就本嵌固葉片式壓縮機(jī)而言,采用下置式電機(jī)的方案較好處置壓縮機(jī)的主體支撐(sustain)結(jié)構(gòu),特別是對(duì)壓縮機(jī)的裝配、調(diào)整以及檢測(cè)十分方便,所以采用下置式電機(jī)。
轉(zhuǎn)子采用旋轉(zhuǎn)缸套作為主動(dòng)件通常壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子與電機(jī)的轉(zhuǎn)子緊固連接在一起并作為主動(dòng)件,但是,嵌(qiàn)固葉片式旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)(比較特別,若將轉(zhuǎn)子作為主動(dòng)件,則其動(dòng)力(dòng lì)傳遞的路徑為:轉(zhuǎn)子通過(guò)轉(zhuǎn)子上的圓弧槽壓迫轉(zhuǎn)柱轉(zhuǎn)動(dòng),然后再通過(guò)轉(zhuǎn)柱上的扁平滑槽推動(dòng)隔離葉片轉(zhuǎn)動(dòng),最終由隔離葉片帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)缸套和隨動(dòng)端蓋一起轉(zhuǎn)動(dòng)。昆山空壓機(jī)是一種用以壓縮氣體的設(shè)備。空氣壓縮機(jī)與水泵構(gòu)造類(lèi)似。大多數(shù)空氣壓縮機(jī)是往復(fù)活塞式,旋轉(zhuǎn)葉片或旋轉(zhuǎn)螺桿。離心式壓縮機(jī)是非常大的應(yīng)用程序。昆山空壓機(jī)保養(yǎng)主要噪聲源是進(jìn)、排氣口,應(yīng)選用適宜的進(jìn)排氣消聲器??諌簷C(jī)進(jìn)氣噪聲的頻譜呈低頻特性,進(jìn)氣消聲器應(yīng)選用抗性結(jié)構(gòu)或以個(gè)、抗性為主的阻抗復(fù)合式結(jié)構(gòu)。空壓機(jī)的排氣氣壓大,氣流速度高,應(yīng)在空壓機(jī)排氣口使用小孔消聲器顯然,在此背景下轉(zhuǎn)柱受到的負(fù)荷很?chē)?yán)重,特別是轉(zhuǎn)柱滑槽與隔離葉片之間的作用力和反作用力非常大,這對(duì)提高壓縮機(jī)的機(jī)械效率和工作壽命(lifetime)十分不利。反之,若將旋轉(zhuǎn)缸套作為主動(dòng)件而將轉(zhuǎn)子改作從動(dòng)件,則上述問(wèn)題可迎刃而解,此時(shí)隔離葉片和轉(zhuǎn)柱的受力特性最佳:隔離葉片通過(guò)滑槽撥動(dòng)轉(zhuǎn)柱,再由轉(zhuǎn)柱帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng),由于撥動(dòng)轉(zhuǎn)子所需要克服的主要是軸承的粘滯阻力矩,因此隔離葉片與轉(zhuǎn)柱之間的相互作用力較小。故作者認(rèn)為,嵌固葉片式旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)宜采用旋轉(zhuǎn)缸套作為主動(dòng)件,這也是本壓縮機(jī)的特別之處。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基于上述設(shè)計(jì)思想,作者設(shè)計(jì)了一臺(tái)嵌固葉片式房間空調(diào)器旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī),下面就其結(jié)構(gòu)進(jìn)行一些初步的分析(Analyse)。昆山空壓機(jī)保養(yǎng)在空壓機(jī)的進(jìn)、排氣口安裝消聲器或設(shè)置消聲坑道以后,氣流噪聲可以降到80db(a)以下,但空壓機(jī)的機(jī)械噪聲和電機(jī)噪聲仍然很高,因此還應(yīng)在空壓機(jī)的機(jī)組上安裝隔聲罩。4、懸掛空間吸聲體:在佛山凌格風(fēng)空壓機(jī)站,高大空曠的廠房混響很重。嵌固葉片式旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)采用立式主軸、下置電機(jī)和高背壓筒腔結(jié)構(gòu)。在旋轉(zhuǎn)缸套的兩端頭分別緊固連接有隨動(dòng)端蓋,其中下端蓋的中心部位做成轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu),并支撐(sustain)在一個(gè)內(nèi)圈無(wú)擋邊的圓柱滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈上;轉(zhuǎn)軸與電機(jī)轉(zhuǎn)子緊配,其下端引接一個(gè)吸油管,另外轉(zhuǎn)軸的中部設(shè)置有軸向進(jìn)氣道和潤(rùn)滑油道;下端蓋設(shè)置有徑向進(jìn)氣道將轉(zhuǎn)軸的軸向進(jìn)氣道與壓縮機(jī)的吸氣腔相連通,上端蓋用螺釘緊固在轉(zhuǎn)軸上(下端蓋),其上設(shè)置有排氣閥腔,并裝設(shè)有一個(gè)筒狀的簧片排氣閥;葉片兩側(cè)端分別嵌固在上下隨動(dòng)端蓋上,其外端嵌固在旋轉(zhuǎn)缸套的內(nèi)孔壁上,其內(nèi)端則與轉(zhuǎn)柱扁槽滑配;支架與筒殼緊配,其上有徑向氣道與進(jìn)氣管相接,并有環(huán)形氣道將之與轉(zhuǎn)軸氣道連通;轉(zhuǎn)子采用懸臂結(jié)構(gòu),其上端采用雙滑動(dòng)軸承支承,并通過(guò)滑動(dòng)軸承經(jīng)軸承座、軸承架和筒體等與上述支架聯(lián)系;在轉(zhuǎn)子的下端設(shè)置有一個(gè)壓力平衡腔,利用與排氣壓力相當(dāng)?shù)母邏簼?rùn)滑油產(chǎn)生一個(gè)向上的作用力,以便平衡轉(zhuǎn)子上部巨大的向下氣體壓力。
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)嵌固葉片式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)特色是:隔離葉片的外端和側(cè)端分別嵌固在旋轉(zhuǎn)缸套和隨動(dòng)端蓋之上,由此完全封堵了它們?cè)谶@些接觸處的泄漏途徑,故能有效減少壓縮機(jī)的內(nèi)部泄漏損失(loss)。同時(shí),嵌固式的結(jié)構(gòu)不存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)(movement),故還徹底解決了隔離葉片外端及側(cè)端處的摩擦損耗。
嵌(qiàn)固葉片式壓縮機(jī)的另一個(gè)特色是:壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子、旋轉(zhuǎn)(Rotating)缸套和隨動(dòng)端蓋均作定軸轉(zhuǎn)動(dòng),由于沒(méi)有大的偏心運(yùn)動(dòng)質(zhì)量,壓縮機(jī)不必設(shè)置專(zhuān)門(mén)的平衡塊。另外,由于轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同,轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)缸套之間、轉(zhuǎn)子與兩側(cè)隨動(dòng)端蓋之間、以及隔離葉片與轉(zhuǎn)柱滑槽之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較小故摩擦損耗也少。
在進(jìn)氣和排氣方面:嵌固葉片式壓縮機(jī)的進(jìn)氣路徑雖然顯得比較迂回,但由于轉(zhuǎn)軸上的徑向氣道可起到離心增壓作用,能部分彌補(bǔ)壓縮機(jī)進(jìn)氣過(guò)程中的沿程損失和局部(part)損失;另外,壓縮機(jī)的排氣閥采用筒狀結(jié)構(gòu),其抗疲勞性較好,但閥腔形狀(shape)略顯復(fù)雜。昆山空壓機(jī)維修工作時(shí),空氣經(jīng)過(guò)自潔式空氣過(guò)濾器被吸入,通過(guò)PLC自動(dòng)清洗過(guò)濾器,空氣在經(jīng)過(guò)進(jìn)口導(dǎo)葉自動(dòng)調(diào)節(jié)后進(jìn)入一級(jí)壓縮,經(jīng)一級(jí)壓縮后的氣體溫度較高,然后進(jìn)入中間冷卻器進(jìn)行冷卻(水走管內(nèi),氣走管外,中冷器的水流量要求為110m/h)之后進(jìn)入二級(jí)壓縮系統(tǒng)
從制造工藝角度(angle)看,嵌固葉片式壓縮機(jī)的主要零部件有如下特性:(1)轉(zhuǎn)軸的形狀(shape)最為復(fù)雜,加工的工序較多。
與滾動(dòng)活塞式壓縮(compression)機(jī)的轉(zhuǎn)軸相比,本轉(zhuǎn)軸不存在偏心軸頸的結(jié)構(gòu),故加工精度容易保證。注意到其形狀特性和受力狀況,轉(zhuǎn)軸可考慮用球墨鑄鐵(2)轉(zhuǎn)柱由于存在有扁平滑槽,因此機(jī)加工的工藝性不好,但由于滑槽與隔離葉片之間的作用力遠(yuǎn)小于滾動(dòng)活塞式壓縮機(jī)中滑槽與葉片間的作用力,故其要求可低些,可用粉末冶煉金屬制作。
?。?)隔離葉片只有厚度尺寸(size)與轉(zhuǎn)柱滑槽組成配合副,與滾動(dòng)活塞(piston)式壓縮機(jī)(compressor)的葉片相比,其兩側(cè)端及外側(cè)端等三個(gè)方向(direction)的尺寸公差和形位公差可以不作要求,特別是它不存在與轉(zhuǎn)子接觸(contact)的圓弧面,因此它的加工工藝(Technology)容易保證。
?。?)旋轉(zhuǎn)缸套采用優(yōu)質(zhì)灰口鑄鐵(cast iron)HT250制作,它的兩端頭與側(cè)端蓋之間、以及外圓表面與轉(zhuǎn)軸和隨動(dòng)端蓋之間是緊固連接的,由于不存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)配合問(wèn)題,故其機(jī)加工(Processing)工藝和安裝選配的要求可以大大放寬。壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子采用懸臂支撐結(jié)構(gòu),一方面為了加強(qiáng)剛度而采用了雙滑動(dòng)軸承(bearing)支承,結(jié)果(result)增加了壓縮機(jī)的高度,同時(shí)由于增加了軸承座和軸承架,因此導(dǎo)致了壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)不夠緊湊。但另一方面,轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)缸套之間的配合能夠通過(guò)軸承座和軸承架之間的調(diào)整(Adjustment)而加以微調(diào),換言之可以適當(dāng)放寬對(duì)壓縮機(jī)制造和裝配工藝的要求。
本文提出的嵌固葉片式旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī),采用嵌固式的隔離葉片和定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的技術(shù),突破了以往制冷壓縮機(jī)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。研究表明,其密封和減摩結(jié)構(gòu)是可行的,其偏心運(yùn)動(dòng)質(zhì)量是較小的,其加工工藝(Technology)及裝配工藝上是簡(jiǎn)便的,雖然它在結(jié)構(gòu)上還不夠緊湊,某些零件的工藝性還有待改進(jìn),但從總體上說(shuō)其優(yōu)點(diǎn)是明顯的,它的出現(xiàn)豐富(plump)了現(xiàn)有房間空調(diào)器壓縮機(jī)的種類(lèi)。