1、关于一种活塞压缩机的设计方案研究摘要：活塞压缩机在冰箱等电器中的使用率十分高，但是随着国家提倡环保的概念，以及行业技术的不断进步，活塞压缩机的能耗问题日益受到关注。作者基于自己的专业知识以及实际工作经验，在文中以节省运行成本与提高单位能效为立足点，深入研究了以立式滚动活塞型压缩机为基础结构，针对个别零件做出适当的增加与修改，并采取软件来对泵油系统进行模拟。 关键词：滚动活塞压缩机；制冷；设计 中图分类号：S611 文献标识码： A 文章编号： 一、引言 现今，冰箱已经成了家家户户必备的家用电器之一，因为其对于食物的冷冻以及冷藏功能强大，因此普及率很高。市面上的家用冰箱以及冷柜绝大多数采用往复式
2、的压缩机，虽然这种压缩机具有使用可靠性很高、冷冻以及冷藏效果理想、产生的噪音低、排气脉冲很低等显著优点，可是其占用空间过大、组件过多、材料使用过多以及重量大等缺点，也不能不引起我们的注意。与之相比，滚动活塞式压缩机具有以下优点：结构非常简单，占用空间很小，组件很少、使用材料不多，组件组装方便，精密加工十分方便，未设有吸气阀以及压缩效率高等优点。 滚动活塞式压缩机根据气缸的安置形式通常分成立式与卧式两种类型，立式的压缩机集中应用在房间安装的空调器上。卧式的压缩机由于其对高度的要求很低，方便增大冷柜等冷藏设备的有效利用储存空间，因为其机组的整体重心很低，而且整机产生的噪声与配管的振动也在很大程度上
3、得到了控制，所以广泛用于对安装高度要求比较低的场所，特别是非常适合于大型购物商场、大型超市等对冷柜的冷冻容积有很高要求的货品陈列柜、冷藏保鲜风幕柜以及冷柜等冷冻以及保鲜设备中。不过，由于其自身设计的特点，也同时产生了排气温度过高、泵油方式陈旧以及电机需要重新设置等问题，怎样以立式压缩机为基础结构，投入最少的费用，设计出使用效率最大的卧式压缩机就成了压缩机设计人员需要面对的首要问题，接下来，作者将详细探讨卧式滚动活塞式压缩机在中低温领域使用变动的设计重点。 二、系统整体结构拆解 图 1 为立式滚动式活塞压缩机的示意图，图 2 为卧式滚动式活塞压缩机的示意图。立式压缩机通常在中高温工况的条件下使用
4、，而卧式压缩机通常在中低温工况的条件下使用，具体的实验数据如表 1 所示。基于使用工况的区别，卧式压缩机在中低温工况条件下使用时，有时会出现因为排气温度太高，而冲出安全运行范围的情况，本文将探讨利用液体喷射的技术来对其排气的温度进行降低的工作；因为将立式压缩机卧放之后，会直接导致润滑油池的基底距离曲轴的中心线很远，所以立式压缩机的润滑方式绝对不可以直接用在卧式压缩机上，作者会探讨利用修正立式压缩机的消声器以及增加风扇的方式来实现泵油系统的重新设计；同时因应压缩机工况的实际变化，而造成电机输出扭矩的更改，还必须对电机进行重新设计。 图 1 立式滚动式活塞压缩机示意图图 2 卧式滚动式活塞压缩机示
5、意图 表 1 滚动活塞式压缩机的使用工况测试 三、系统设计要点研究 3.1、利用液体喷射技术令排气温度下降 通过对热力学的学习我们知道，在进行旋转的压缩机里，如果制冷剂在整个压缩过程中之和外界没有任何热交换的时候，它的排气温度可以表达：。 其中：=压力之比， =绝热过程指数， （制冷剂的值是 1.184） =吸气温度 依据研究人员长期实验获得的数据：在采用作制冷剂的压缩机中，当蒸发温度是-23.3的时候，那么其排气温度可以达到 133.3，已经完全超出了系统的安全界限。出于改善排气温度过高现象的考虑，我们计划使用液体喷射的冷却技术，其做法是：当压缩机的运行还没有达到排气压力的时候，把用于冷凝的
6、制冷剂经由毛细管注进压缩机的气缸内，从而实现降低排气温度的目的，以保障压缩机能够在安全的条件下继续运行。 卧式压缩机利用活塞打开与闭合下法兰上设置的喷射孔，喷射孔设计应遵循： （1）不可以朝吸气腔进行喷射，要在压缩的前期开始进行喷射； （2）压缩到中间压力的时候，喷射孔和压缩腔之间要脱离，防止气体进行回流。 3.2、泵油系统的升级设计 改善卧式压缩机的泵油问题，可以利用改变消声器的结构，并在电机的转子安装风扇的方法。如图 3 所示，空心的箭头代表气体的流动方向，实心的箭头则代表冷冻机的油流动方向，挡板将壳体分成油泵腔 A与电机腔 B，经过压缩之后的制冷剂气体流向 B 腔从而进行电机的冷却，之后
7、再流到电机定转子间的空隙，然后经过定子和壳体的空隙，经过挡板和上法兰设在圆周方向上的空隙 D1、气缸与上法兰设的孔流向 A 腔，D1 的设计要小于空隙 D2，只有这样的设计，才能令气流在 A 腔与 B 腔之间建立正常的压差，在压差的推动之下，B 腔里的冷冻机油会流至 A 腔，使 A 腔的油位上升，经由吸油管流到摩擦位置实现润滑。 图 3 卧式滚动活塞压缩机的气路与油路示意图 3.2.1、升级消声器与上法兰的结构 基于降低新开模投入的考虑，我们将挡板在立式压缩机的消音器结构上进行改进，立式相比较立式压缩机而言，卧式压缩机的挡板边缘向上法兰的内侧面进行延伸，延伸的外沿面则和上法兰的内环面存在一些空
8、隙，同时还增加了一些通油的缺口；卧式压缩机上法兰和挡板的配合位还设计了一些台阶，在挡板的缺口位置增设了油孔，挡板和上法兰的空隙令 A 与 B 两腔产生压差，挡板缺口与上法兰油孔则就是冷冻机油从B 腔流至 A 腔的关键通路。 3.2.2、增加风扇 风扇和副平衡块分别铆接在电机的转子上面，当压缩机工作时，转子会带动风扇共同进行旋转，因为风扇上装有叶片，风扇的周边就极易生成真空区域，这样可以提高冷冻机油由 A 腔至 B 腔的流动速度。为了提高抽吸的效果，我们把叶片形状设成了曲面，风扇利用铝合金压铸生产。 3.2.3、泵油系统拆解 卧式压缩机的泵油系统会直接影响到压缩机的耐用性，在进行滚动活塞式压缩机
9、的设计师，采用流体力学（）的模拟软件对冷冻机油的流动进行模拟，这样不但能大大缩短开发的周期，还可以在很大程度上节省成本。图 4 是应用对某一时间点上冷冻机油分布进行的模拟，根据它我们可以大致判断出泵油系统设计是否科学合理。 图 4 冷冻机油的模拟分布图 3.3、电机的优化升级设计 电机的设计一定要考虑压缩机的真实需求，卧式压缩机的使用工况和立式压缩机存在区别的时候，必须重新设定电机的额定扭矩与最大扭矩，所以必须重算额定工况条件下，泵体的平均输出扭矩与过负荷工况下泵体的最大扭矩，以上这些我们能采用模拟软件来进行推算。泵体的转角-扭矩图如下图所示。 图 5 泵体的转角-扭矩图 电机的设计必须满足 2 个要求： （1）电机的最大扭矩高于过负荷工况时泵体的最大扭矩； （2）电机的工作点应该设计在额定工况时泵体平均扭矩的临近位置。四、结束语 本文就卧式滚动活塞压缩机的改进进行了探讨，提出了部分修改结构以及增加组件的具体操作方法，之后按照分别安排了寿命与耐久性的试验，试验结果显示，我们提出的方法完全可行。 参考文献 1 宋作军,刘长骞,朱斌.滚动活塞压缩机的运动特性分析J.压缩机技术.2009(02) 2 靳士兰,王君.倾斜滑片滚动活塞压缩机工作特性分析J.兰州理工大学学报.2011(05)
