關(guān)于一種活塞壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)方案研究

1、<p>　　關(guān)于一種活塞壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)方案研究</p><p>　　摘要：活塞壓縮機(jī)在冰箱等電器中的使用率十分高，但是隨著國(guó)家提倡環(huán)保的概念，以及行業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，活塞壓縮機(jī)的能耗問題日益受到關(guān)注。作者基于自己的專業(yè)知識(shí)以及實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，在文中以節(jié)省運(yùn)行成本與提高單位能效為立足點(diǎn)，深入研究了以立式滾動(dòng)活塞型壓縮機(jī)為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，針對(duì)個(gè)別零件做出適當(dāng)?shù)脑黾优c修改，并采取軟件來對(duì)泵油系統(tǒng)進(jìn)行模擬。 </p

2、><p>　　關(guān)鍵詞：滾動(dòng)活塞壓縮機(jī)；制冷；設(shè)計(jì) </p><p>　　中圖分類號(hào)：S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： </p><p><b>　　一、引言 </b></p><p>　　現(xiàn)今，冰箱已經(jīng)成了家家戶戶必備的家用電器之一，因?yàn)槠鋵?duì)于食物的冷凍以及冷藏功能強(qiáng)大，因此普及率很高。市面上的家用冰箱以及冷柜絕大多數(shù)采

3、用往復(fù)式的壓縮機(jī)，雖然這種壓縮機(jī)具有使用可靠性很高、冷凍以及冷藏效果理想、產(chǎn)生的噪音低、排氣脈沖很低等顯著優(yōu)點(diǎn)，可是其占用空間過大、組件過多、材料使用過多以及重量大等缺點(diǎn)，也不能不引起我們的注意。與之相比，滾動(dòng)活塞式壓縮機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，占用空間很小，組件很少、使用材料不多，組件組裝方便，精密加工十分方便，未設(shè)有吸氣閥以及壓縮效率高等優(yōu)點(diǎn)。 </p><p>　　滾動(dòng)活塞式壓縮機(jī)根據(jù)氣缸的安置形式通常

4、分成立式與臥式兩種類型，立式的壓縮機(jī)集中應(yīng)用在房間安裝的空調(diào)器上。臥式的壓縮機(jī)由于其對(duì)高度的要求很低，方便增大冷柜等冷藏設(shè)備的有效利用儲(chǔ)存空間，因?yàn)槠錂C(jī)組的整體重心很低，而且整機(jī)產(chǎn)生的噪聲與配管的振動(dòng)也在很大程度上得到了控制，所以廣泛用于對(duì)安裝高度要求比較低的場(chǎng)所，特別是非常適合于大型購(gòu)物商場(chǎng)、大型超市等對(duì)冷柜的冷凍容積有很高要求的貨品陳列柜、冷藏保鮮風(fēng)幕柜以及冷柜等冷凍以及保鮮設(shè)備中。不過，由于其自身設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，也同時(shí)產(chǎn)生了排氣溫度過

5、高、泵油方式陳舊以及電機(jī)需要重新設(shè)置等問題，怎樣以立式壓縮機(jī)為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，投入最少的費(fèi)用，設(shè)計(jì)出使用效率最大的臥式壓縮機(jī)就成了壓縮機(jī)設(shè)計(jì)人員需要面對(duì)的首要問題，接下來，作者將詳細(xì)探討臥式滾動(dòng)活塞式壓縮機(jī)在中低溫領(lǐng)域使用變動(dòng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。 </p><p>　　二、系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)拆解 </p><p>　　圖1為立式滾動(dòng)式活塞壓縮機(jī)的示意圖，圖2為臥式滾動(dòng)式活塞壓縮機(jī)的示意圖。立式壓縮機(jī)通常在中高

6、溫工況的條件下使用，而臥式壓縮機(jī)通常在中低溫工況的條件下使用，具體的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1 所示。基于使用工況的區(qū)別，臥式壓縮機(jī)在中低溫工況條件下使用時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)因?yàn)榕艢鉁囟忍?，而沖出安全運(yùn)行范圍的情況，本文將探討利用液體噴射的技術(shù)來對(duì)其排氣的溫度進(jìn)行降低的工作；因?yàn)閷⒘⑹綁嚎s機(jī)臥放之后，會(huì)直接導(dǎo)致潤(rùn)滑油池的基底距離曲軸的中心線很遠(yuǎn)，所以立式壓縮機(jī)的潤(rùn)滑方式絕對(duì)不可以直接用在臥式壓縮機(jī)上，作者會(huì)探討利用修正立式壓縮機(jī)的消聲器以及增加風(fēng)扇的方

7、式來實(shí)現(xiàn)泵油系統(tǒng)的重新設(shè)計(jì)；同時(shí)因應(yīng)壓縮機(jī)工況的實(shí)際變化，而造成電機(jī)輸出扭矩的更改，還必須對(duì)電機(jī)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。 </p><p>　　圖1 立式滾動(dòng)式活塞壓縮機(jī)示意圖圖2 臥式滾動(dòng)式活塞壓縮機(jī)示意圖 </p><p>　　表1 滾動(dòng)活塞式壓縮機(jī)的使用工況測(cè)試 </p><p>　　三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)研究 </p><p>　　3.1、利用液體噴

8、射技術(shù)令排氣溫度下降 </p><p>　　通過對(duì)熱力學(xué)的學(xué)習(xí)我們知道，在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的壓縮機(jī)里，如果制冷劑在整個(gè)壓縮過程中之和外界沒有任何熱交換的時(shí)候，它的排氣溫度可以表達(dá)：。 </p><p>　　其中：=壓力之比， </p><p>　　=絕熱過程指數(shù)，（制冷劑的值是1.184） </p><p><b>　　=吸氣溫度 <

9、/b></p><p>　　依據(jù)研究人員長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)：在采用作制冷劑的壓縮機(jī)中，當(dāng)蒸發(fā)溫度是-23.3℃的時(shí)候，那么其排氣溫度可以達(dá)到133.3℃，已經(jīng)完全超出了系統(tǒng)的安全界限。出于改善排氣溫度過高現(xiàn)象的考慮，我們計(jì)劃使用液體噴射的冷卻技術(shù)，其做法是：當(dāng)壓縮機(jī)的運(yùn)行還沒有達(dá)到排氣壓力的時(shí)候，把用于冷凝的制冷劑經(jīng)由毛細(xì)管注進(jìn)壓縮機(jī)的氣缸內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)降低排氣溫度的目的，以保障壓縮機(jī)能夠在安全的條件下繼續(xù)運(yùn)

10、行。 </p><p>　　臥式壓縮機(jī)利用活塞打開與閉合下法蘭上設(shè)置的噴射孔，噴射孔設(shè)計(jì)應(yīng)遵循： </p><p>　?。?）不可以朝吸氣腔進(jìn)行噴射，要在壓縮的前期開始進(jìn)行噴射； </p><p>　　（2）壓縮到中間壓力的時(shí)候，噴射孔和壓縮腔之間要脫離，防止氣體進(jìn)行回流。 </p><p>　　3.2、泵油系統(tǒng)的升級(jí)設(shè)計(jì) </p>

11、;<p>　　改善臥式壓縮機(jī)的泵油問題，可以利用改變消聲器的結(jié)構(gòu)，并在電機(jī)的轉(zhuǎn)子安裝風(fēng)扇的方法。如圖3所示，空心的箭頭代表氣體的流動(dòng)方向，實(shí)心的箭頭則代表冷凍機(jī)的油流動(dòng)方向，擋板將殼體分成油泵腔A與電機(jī)腔B，經(jīng)過壓縮之后的制冷劑氣體流向B腔從而進(jìn)行電機(jī)的冷卻，之后再流到電機(jī)定轉(zhuǎn)子間的空隙，然后經(jīng)過定子和殼體的空隙，經(jīng)過擋板和上法蘭設(shè)在圓周方向上的空隙D1、氣缸與上法蘭設(shè)的孔流向A腔，D1的設(shè)計(jì)要小于空隙D2，只有這樣的設(shè)計(jì)

12、，才能令氣流在A腔與B腔之間建立正常的壓差，在壓差的推動(dòng)之下，B腔里的冷凍機(jī)油會(huì)流至A腔，使A腔的油位上升，經(jīng)由吸油管流到摩擦位置實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑。 </p><p>　　圖3 臥式滾動(dòng)活塞壓縮機(jī)的氣路與油路示意圖 </p><p>　　3.2.1、升級(jí)消聲器與上法蘭的結(jié)構(gòu) </p><p>　　基于降低新開模投入的考慮，我們將擋板在立式壓縮機(jī)的消音器結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)，立式相

13、比較立式壓縮機(jī)而言，臥式壓縮機(jī)的擋板邊緣向上法蘭的內(nèi)側(cè)面進(jìn)行延伸，延伸的外沿面則和上法蘭的內(nèi)環(huán)面存在一些空隙，同時(shí)還增加了一些通油的缺口；臥式壓縮機(jī)上法蘭和擋板的配合位還設(shè)計(jì)了一些臺(tái)階，在擋板的缺口位置增設(shè)了油孔，擋板和上法蘭的空隙令A(yù)與B兩腔產(chǎn)生壓差，擋板缺口與上法蘭油孔則就是冷凍機(jī)油從B腔流至A腔的關(guān)鍵通路。 </p><p>　　3.2.2、增加風(fēng)扇 </p><p>　　風(fēng)扇和副平

14、衡塊分別鉚接在電機(jī)的轉(zhuǎn)子上面，當(dāng)壓縮機(jī)工作時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)帶動(dòng)風(fēng)扇共同進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，因?yàn)轱L(fēng)扇上裝有葉片，風(fēng)扇的周邊就極易生成真空區(qū)域，這樣可以提高冷凍機(jī)油由A腔至B腔的流動(dòng)速度。為了提高抽吸的效果，我們把葉片形狀設(shè)成了曲面，風(fēng)扇利用鋁合金壓鑄生產(chǎn)。 </p><p>　　3.2.3、泵油系統(tǒng)拆解 </p><p>　　臥式壓縮機(jī)的泵油系統(tǒng)會(huì)直接影響到壓縮機(jī)的耐用性，在進(jìn)行滾動(dòng)活塞式壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)師，采

15、用流體力學(xué)（）的模擬軟件對(duì)冷凍機(jī)油的流動(dòng)進(jìn)行模擬，這樣不但能大大縮短開發(fā)的周期，還可以在很大程度上節(jié)省成本。圖4是應(yīng)用對(duì)某一時(shí)間點(diǎn)上冷凍機(jī)油分布進(jìn)行的模擬，根據(jù)它我們可以大致判斷出泵油系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否科學(xué)合理。 </p><p>　　圖4 冷凍機(jī)油的模擬分布圖 </p><p>　　3.3、電機(jī)的優(yōu)化升級(jí)設(shè)計(jì) </p><p>　　電機(jī)的設(shè)計(jì)一定要考慮壓縮機(jī)的真實(shí)需求，

16、臥式壓縮機(jī)的使用工況和立式壓縮機(jī)存在區(qū)別的時(shí)候，必須重新設(shè)定電機(jī)的額定扭矩與最大扭矩，所以必須重算額定工況條件下，泵體的平均輸出扭矩與過負(fù)荷工況下泵體的最大扭矩，以上這些我們能采用模擬軟件來進(jìn)行推算。泵體的轉(zhuǎn)角-扭矩圖如下圖所示。 </p><p>　　圖5 泵體的轉(zhuǎn)角-扭矩圖 </p><p>　　電機(jī)的設(shè)計(jì)必須滿足2個(gè)要求： </p><p>　?。?）電機(jī)的最

17、大扭矩高于過負(fù)荷工況時(shí)泵體的最大扭矩； </p><p>　?。?）電機(jī)的工作點(diǎn)應(yīng)該設(shè)計(jì)在額定工況時(shí)泵體平均扭矩的臨近位置。 </p><p><b>　　四、結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　本文就臥式滾動(dòng)活塞壓縮機(jī)的改進(jìn)進(jìn)行了探討，提出了部分修改結(jié)構(gòu)以及增加組件的具體操作方法，之后按照分別安排了壽命與耐久性的試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示，我們提出