關(guān)于一種活塞壓縮機的設(shè)計方案研究

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

2、><p>　　關(guān)鍵詞：滾動活塞壓縮機；制冷；設(shè)計 </p><p>　　中圖分類號：S611文獻標識碼： A 文章編號： </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，因為其對于食物的冷凍以及冷藏功能強大，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，雖然這種壓縮機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，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，也不能不引起我們的注意。與之相比，滾動活塞式壓縮機具有以下優(yōu)點：結(jié)構(gòu)非常簡單，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。 </p><p>　　滾動活塞式壓縮機根據(jù)氣缸的安置形式通常

4、分成立式與臥式兩種類型，立式的壓縮機集中應(yīng)用在房間安裝的空調(diào)器上。臥式的壓縮機由于其對高度的要求很低，方便增大冷柜等冷藏設(shè)備的有效利用儲存空間，因為其機組的整體重心很低，而且整機產(chǎn)生的噪聲與配管的振動也在很大程度上得到了控制，所以廣泛用于對安裝高度要求比較低的場所，特別是非常適合于大型購物商場、大型超市等對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)計的特點，也同時產(chǎn)生了排氣溫度過

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

6、溫工況的條件下使用，而臥式壓縮機通常在中低溫工況的條件下使用，具體的實驗數(shù)據(jù)如表1 所示。基于使用工況的區(qū)別，臥式壓縮機在中低溫工況條件下使用時，有時會出現(xiàn)因為排氣溫度太高，而沖出安全運行范圍的情況，本文將探討利用液體噴射的技術(shù)來對其排氣的溫度進行降低的工作；因為將立式壓縮機臥放之后，會直接導(dǎo)致潤滑油池的基底距離曲軸的中心線很遠，所以立式壓縮機的潤滑方式絕對不可以直接用在臥式壓縮機上，作者會探討利用修正立式壓縮機的消聲器以及增加風(fēng)扇的方

7、式來實現(xiàn)泵油系統(tǒng)的重新設(shè)計；同時因應(yīng)壓縮機工況的實際變化，而造成電機輸出扭矩的更改，還必須對電機進行重新設(shè)計。 </p><p>　　圖1 立式滾動式活塞壓縮機示意圖圖2 臥式滾動式活塞壓縮機示意圖 </p><p>　　表1 滾動活塞式壓縮機的使用工況測試 </p><p>　　三、系統(tǒng)設(shè)計要點研究 </p><p>　　3.1、利用液體噴

8、射技術(shù)令排氣溫度下降 </p><p>　　通過對熱力學(xué)的學(xué)習(xí)我們知道，在進行旋轉(zhuǎn)的壓縮機里，如果制冷劑在整個壓縮過程中之和外界沒有任何熱交換的時候，它的排氣溫度可以表達：。 </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)研究人員長期實驗獲得的數(shù)據(jù)：在采用作制冷劑的壓縮機中，當蒸發(fā)溫度是-23.3℃的時候，那么其排氣溫度可以達到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，我們計劃使用液體噴射的冷卻技術(shù)，其做法是：當壓縮機的運行還沒有達到排氣壓力的時候，把用于冷凝的制冷劑經(jīng)由毛細管注進壓縮機的氣缸內(nèi)，從而實現(xiàn)降低排氣溫度的目的，以保障壓縮機能夠在安全的條件下繼續(xù)運

10、行。 </p><p>　　臥式壓縮機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)計應(yīng)遵循： </p><p>　?。?）不可以朝吸氣腔進行噴射，要在壓縮的前期開始進行噴射； </p><p>　?。?）壓縮到中間壓力的時候，噴射孔和壓縮腔之間要脫離，防止氣體進行回流。 </p><p>　　3.2、泵油系統(tǒng)的升級設(shè)計 </p>

11、;<p>　　改善臥式壓縮機的泵油問題，可以利用改變消聲器的結(jié)構(gòu)，并在電機的轉(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方向，實心的箭頭則代表冷凍機的油流動方向，擋板將殼體分成油泵腔A與電機腔B，經(jīng)過壓縮之后的制冷劑氣體流向B腔從而進行電機的冷卻，之后再流到電機定轉(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)計要小于空隙D2，只有這樣的設(shè)計

12、，才能令氣流在A腔與B腔之間建立正常的壓差，在壓差的推動之下，B腔里的冷凍機油會流至A腔，使A腔的油位上升，經(jīng)由吸油管流到摩擦位置實現(xiàn)潤滑。 </p><p>　　圖3 臥式滾動活塞壓縮機的氣路與油路示意圖 </p><p>　　3.2.1、升級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的消音器結(jié)構(gòu)上進行改進，立式相

13、比較立式壓縮機而言，臥式壓縮機的擋板邊緣向上法蘭的內(nèi)側(cè)面進行延伸，延伸的外沿面則和上法蘭的內(nèi)環(huán)面存在一些空隙，同時還增加了一些通油的缺口；臥式壓縮機上法蘭和擋板的配合位還設(shè)計了一些臺階，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的轉(zhuǎn)子上面，當壓縮機工作時，轉(zhuǎn)子會帶動風(fēng)扇共同進行旋轉(zhuǎn)，因為風(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油由A腔至B腔的流動速度。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>　　臥式壓縮機的泵油系統(tǒng)會直接影響到壓縮機的耐用性，在進行滾動活塞式壓縮機的設(shè)計師，采

15、用流體力學(xué)（）的模擬軟件對冷凍機油的流動進行模擬，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)用對某一時間點上冷凍機油分布進行的模擬，根據(jù)它我們可以大致判斷出泵油系統(tǒng)設(shè)計是否科學(xué)合理。 </p><p>　　圖4 冷凍機油的模擬分布圖 </p><p>　　3.3、電機的優(yōu)化升級設(shè)計 </p><p>　　電機的設(shè)計一定要考慮壓縮機的真實需求，

16、臥式壓縮機的使用工況和立式壓縮機存在區(qū)別的時候，必須重新設(shè)定電機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>　　電機的設(shè)計必須滿足2個要求： </p><p>　?。?）電機的最

17、大扭矩高于過負荷工況時泵體的最大扭矩； </p><p>　　（2）電機的工作點應(yīng)該設(shè)計在額定工況時泵體平均扭矩的臨近位置。 </p><p><b>　　四、結(jié)束語 </b></p><p>　　本文就臥式滾動活塞壓縮機的改進進行了探討，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，試驗結(jié)果顯示，我們提出