新鄉(xiāng)螺桿式制冷壓縮機(jī)的新式滑閥調(diào)

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1  前言

　　通常所稱(chēng)的螺桿壓縮機(jī)即指雙螺桿壓縮機(jī)。與活塞壓縮機(jī)等其他類(lèi)型的壓縮機(jī)相比，螺桿壓縮機(jī)是一種比較新穎的壓縮機(jī)。就氣體壓力提高的原理而言，螺桿壓縮機(jī)與活塞壓縮機(jī)相同，都屬于容積式壓縮機(jī)。就主要部件的運(yùn)動(dòng)形式而言，又與透平壓縮機(jī)相似。所以，螺桿壓縮機(jī)同時(shí)兼有上述兩類(lèi)壓縮機(jī)的特點(diǎn)，可靠性高，操作維護(hù)方便，動(dòng)力平衡性能好，適應(yīng)性強(qiáng)，并且可以實(shí)現(xiàn)流體的多相混輸。由于螺桿壓縮機(jī)所具有的上述眾多優(yōu)點(diǎn)，使得它被廣泛應(yīng)用于空調(diào)、冷凍、啤酒、化工、水利、凍結(jié)等各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。然而也正是因?yàn)槁輻U壓縮機(jī)廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和復(fù)雜多變的工況，因此在壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)中都需要設(shè)計(jì)有調(diào)節(jié)壓縮機(jī)輸氣量的容量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)壓縮機(jī)內(nèi)壓縮比的內(nèi)容積比調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。

　　2  螺桿壓縮機(jī)的容量和內(nèi)容積比調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)及改進(jìn)設(shè)計(jì)

　　現(xiàn)在普遍流行的容量調(diào)節(jié)方法是采用滑閥調(diào)節(jié)。在壓縮機(jī)中兩平行放置的的陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子下方有一個(gè)容量調(diào)節(jié)滑閥。滑閥上開(kāi)設(shè)有徑向排氣口。此滑閥在壓縮機(jī)中處于不同的位置時(shí)，轉(zhuǎn)子被密封的長(zhǎng)度也相應(yīng)不同，從而在旋轉(zhuǎn)一周的過(guò)程中被送入壓縮腔的氣體的量也不同。在密封段外的吸入氣體則通過(guò)機(jī)體下方的旁通口回流至吸氣端。通過(guò)這種方法就可以達(dá)到調(diào)節(jié)和改變壓縮機(jī)輸氣量的目的。

　　為了達(dá)到在壓縮機(jī)滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，不改變輸氣量的大小而調(diào)節(jié)壓縮機(jī)中內(nèi)壓縮比以與外壓力比相同或接近，避免使壓縮機(jī)在面對(duì)不同工況時(shí)產(chǎn)生欠壓縮或者是過(guò)壓縮現(xiàn)象，從而提高壓縮機(jī)的運(yùn)行效率，在壓縮機(jī)中通常都需要設(shè)置內(nèi)容積比調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。內(nèi)容積比調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的目的就是通過(guò)改變?nèi)萘空{(diào)節(jié)滑閥上的徑向排氣口的位置來(lái)改變內(nèi)容積比，以適應(yīng)壓縮機(jī)的不同的運(yùn)行工況，節(jié)省能耗，提高壓縮機(jī)的COP（性能系數(shù)）值。對(duì)于帶有經(jīng)濟(jì)器運(yùn)行的螺桿壓縮機(jī)而言，設(shè)置內(nèi)容積比調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的重要意義顯得更為明顯。

　　在螺桿壓縮機(jī)發(fā)展的早期階段，生產(chǎn)制造廠所采取的策略是根據(jù)不同的用戶(hù)的使用要求，在制造壓縮機(jī)時(shí)就選擇好與工況適應(yīng)的容量調(diào)節(jié)滑閥。由于滑閥不能夠隨意更換，所以在裝配完成后此臺(tái)壓縮機(jī)就只能夠適應(yīng)固定的使用工況，一旦用戶(hù)的使用條件發(fā)生變化，壓縮機(jī)的效率將急劇降低，也即是相當(dāng)于壓縮機(jī)中沒(méi)有內(nèi)容積比調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。

　　后來(lái)則將容量調(diào)節(jié)滑閥一分為二，設(shè)有徑向排氣口的前端為一部分，后面的整圓弧部分為一個(gè)單獨(dú)的部件，此部件即演變?yōu)楝F(xiàn)在通行的內(nèi)容積比調(diào)節(jié)滑閥。但是此時(shí)內(nèi)容積比調(diào)節(jié)滑閥在壓縮機(jī)中的位置是通過(guò)連在滑閥后端的一個(gè)絲桿機(jī)構(gòu)來(lái)調(diào)節(jié)的。制造廠在出廠時(shí)調(diào)定好內(nèi)容積比調(diào)節(jié)滑閥位置后用螺母加以固定。在用戶(hù)處則需要打開(kāi)壓縮機(jī)才能夠重新調(diào)節(jié)，因此也不能夠靈活適應(yīng)工況的變化。

　　在本文所提出的改進(jìn)設(shè)計(jì)之前，壓縮機(jī)中容量調(diào)節(jié)滑閥和內(nèi)容機(jī)調(diào)節(jié)滑閥的運(yùn)動(dòng)都已經(jīng)改變?yōu)橛蓛蓚€(gè)單獨(dú)的油缸來(lái)推動(dòng)。由于采用的是兩套互不相關(guān)的液壓系統(tǒng)，兩個(gè)滑閥的運(yùn)動(dòng)可以相互獨(dú)立。其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示：

　　圖1 容量調(diào)節(jié)和內(nèi)容積比調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

　　1、能量指示機(jī)構(gòu)              2、油缸體       3、容量調(diào)節(jié)滑閥油活塞   4、隔板組件

　　5、內(nèi)容積比調(diào)節(jié)滑閥油活塞    6、吸氣端座     7、滑閥導(dǎo)桿      8、內(nèi)容積比調(diào)節(jié)滑閥

　　9、彈簧  10、容量調(diào)節(jié)滑閥    11、能量減載進(jìn)油孔              12、能量增載進(jìn)油孔             13、內(nèi)容積比增載進(jìn)油孔       14、內(nèi)容積比減載進(jìn)油孔

　　它的運(yùn)動(dòng)原理為：

　　當(dāng)需要滑閥運(yùn)動(dòng)時(shí)，由手動(dòng)控制或者是微機(jī)控制一個(gè)液壓換向閥，使來(lái)自系統(tǒng)的高壓油與油缸中一側(cè)的油室相通，活塞另一側(cè)的油室則經(jīng)由換向閥通向壓縮機(jī)低壓側(cè)的吸氣口。由于活塞兩側(cè)油的壓力差所產(chǎn)生出來(lái)的合力可以推動(dòng)活塞向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，從而能夠帶動(dòng)與之相聯(lián)接的滑閥也相應(yīng)地向同一方向運(yùn)動(dòng)，這樣就能夠改變滑閥在壓縮機(jī)中的相對(duì)位置。在此種設(shè)計(jì)中，容量調(diào)節(jié)滑閥和內(nèi)容積比調(diào)節(jié)滑閥的運(yùn)動(dòng)原理完全相同，各自使用一套液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。

　　由于是將兩套液壓缸同時(shí)放在一個(gè)油缸體中，中間用隔板組件隔開(kāi)，所以必然導(dǎo)致油缸體長(zhǎng)度超長(zhǎng)。容量調(diào)節(jié)滑閥的導(dǎo)桿因?yàn)橐┻^(guò)壓縮機(jī)的吸氣端座和內(nèi)容積比調(diào)節(jié)的油缸，其長(zhǎng)度也勢(shì)必很長(zhǎng)。相應(yīng)的內(nèi)容積比調(diào)節(jié)滑閥的柄部分因?yàn)橐┻^(guò)吸氣端座，因此也會(huì)加長(zhǎng)。最終導(dǎo)致的結(jié)果就是壓縮機(jī)的總體長(zhǎng)度很長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)不緊湊。

　　改進(jìn)后的滑閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)如圖2所示：

　　圖2 改進(jìn)后的容量調(diào)節(jié)和內(nèi)容積比調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

　　1、能量指示機(jī)構(gòu)              2、油缸體       3、容量調(diào)節(jié)滑閥油活塞   4、隔板

　　5、內(nèi)容積比調(diào)節(jié)滑閥油活塞    6、吸氣端座     7、內(nèi)容積比調(diào)節(jié)滑閥      8、滑閥導(dǎo)桿

　　9、彈簧  10、容量調(diào)節(jié)滑閥   11、能量減載進(jìn)油孔    12、能量增載進(jìn)油孔

　　改進(jìn)后的容量調(diào)節(jié)滑閥的運(yùn)動(dòng)原理與先前的相同。但是內(nèi)容積比調(diào)節(jié)滑閥的運(yùn)動(dòng)則要根據(jù)油壓力和設(shè)在壓縮機(jī)中的圓柱螺旋壓縮彈簧所形成的合力的方向來(lái)決定滑閥的運(yùn)動(dòng)方向。當(dāng)需要內(nèi)容積比增加時(shí)，高壓油從活塞左側(cè)的進(jìn)油管進(jìn)入左側(cè)油室，此時(shí)油的壓力計(jì)算出來(lái)遠(yuǎn)大于彈簧的抵抗力，因此可以推動(dòng)油活塞和滑閥向右運(yùn)動(dòng)。如需要內(nèi)容積比減時(shí)，將左側(cè)的油管通向低壓的吸氣腔，讓活塞兩側(cè)的壓力基本平衡，而彈簧的附加力量則可以推動(dòng)油活塞向左運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)滑閥也向左運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)的要點(diǎn)是要綜合考慮壓縮機(jī)在各種工況運(yùn)行時(shí)都要保證油壓的力量和彈簧的合力符合設(shè)計(jì)的要求，因此必需要對(duì)圓柱螺旋彈簧的幾何尺寸參數(shù)和油缸的直徑和面積作精確分析計(jì)算，并考慮密封件的摩擦力和進(jìn)油回油的沿程壓力損失的影響。通過(guò)以上的考慮之后，我公司新設(shè)計(jì)的使用上述滑閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的壓縮機(jī)順利投入運(yùn)行，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可行性。

　　可以看到新設(shè)計(jì)的滑閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)將內(nèi)容積比調(diào)節(jié)滑閥的油缸移入到壓縮機(jī)吸氣端座內(nèi)，充分利用吸氣端座的剩余空間。同時(shí)將傳統(tǒng)的雙邊進(jìn)油的油缸結(jié)構(gòu)改成單側(cè)進(jìn)油回油的油缸結(jié)構(gòu)，這樣又可以節(jié)省一側(cè)油缸的一個(gè)密封尺寸，根據(jù)一般的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，一個(gè)密封座通常需要占用至少20mm的軸向空間。這樣我們?cè)诓桓膭?dòng)原來(lái)壓縮機(jī)吸氣端座的鑄件模型的前提下，改變它的一些加工部位的尺寸，不需要加厚吸氣端座的軸向尺寸而使得壓縮機(jī)的總體尺寸、導(dǎo)桿長(zhǎng)度和滑閥的長(zhǎng)度大大縮短。以我公司一種LG25IIIT機(jī)型為例，改進(jìn)之后的設(shè)計(jì)能夠使壓縮機(jī)、滑閥導(dǎo)桿和內(nèi)容積比調(diào)節(jié)滑閥、油缸體平均尺寸縮短160~200mm左右。這對(duì)于零件的加工以及精度的保證，尤其是象滑閥同軸度這樣的關(guān)鍵要素的加工質(zhì)量的提高是非常有好處的。同時(shí)還能節(jié)省零件毛坯，也使壓縮機(jī)整體結(jié)構(gòu)更加緊湊，外觀更合理。

　　3  結(jié)論

　　新設(shè)計(jì)的滑閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)充分利用了原來(lái)壓縮機(jī)中吸氣端座的富余空間，使得油缸、滑閥、導(dǎo)桿和壓縮機(jī)的尺寸都相應(yīng)大大縮短，結(jié)構(gòu)更加緊湊。同時(shí)在油路系統(tǒng)上則將原來(lái)的兩進(jìn)兩出的油管改變?yōu)閮蛇M(jìn)一出，節(jié)省一路油路，使液壓系統(tǒng)也相應(yīng)簡(jiǎn)化，控制上也簡(jiǎn)化了。改進(jìn)后的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可以在功能上達(dá)到與原來(lái)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)完全相同的效果，而壓縮機(jī)的制造成本則更低，控制更簡(jiǎn)單，也減少機(jī)器的故障率，從而能夠增加壓縮機(jī)制造商的效益。