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转轮曲柄直线活塞压缩机创新技术 , _) e0 j, P# x+ m
文/周觉明0 c6 h1 I2 D y2 x0 z
引言3 ]* D# J* I8 f( {" K) t- f% ^
目前所使用的容积活塞式压缩机,其内部结构以曲柄连杆机构为主,曲柄连杆机构的特征决定了现有活塞式压缩机存在的各种缺陷,无法进一步得到有效的改善;要大幅度提高活塞式压缩机的各项性能,最有效的途径是改变活塞式压缩机的运动机构。
$ p$ T. ~6 C9 g2 {1 I: q* V) X$ l7 b基本结构7 p+ {6 y* t" M ?) w% y
如图1所示, 转轮曲柄直线活塞压缩机的转轮直线活塞变速加力机构由汽缸、曲轴、直线活塞、转轮组成。转轮安装在直线活塞的转轮套中,曲轴的轴颈安装在转轮的轴颈套中;曲轴旋转,转轮在轴套中回旋摆动,带动直线活塞在汽缸中往复直线运动。$ B- I3 Y6 |* ]+ L) A
. _7 M, X- i" K
图1是转轮曲柄直线活塞压缩机的剖视图。
, ]6 Q/ k. k) e- z! J% l7 G* n& o- e; v. q9 O
图2是曲轴与转轮的安装示意图。* M2 P" j2 W" P7 o: g7 d
- i3 O3 w1 M; O8 {! A
图3是带有组合副的转轮安装示意图。
& m& X6 g. K4 P' X曲轴两端轴承支撑转动,转轮的结构如图3所示,采用分体组合副与曲轴的主轴颈活动安装。6 C! b( B* g5 ?
7 v+ C# H$ P5 z$ D2 z9 |
工作原理, O1 \% z/ M! S
1.转轮直线活塞变速加力机构的运动特征。
, F+ R) G, D+ f' ^下图中曲轴轴体圆心A到轴颈圆心的距离B为曲轴的偏心距离AB,转轮圆心C到轴颈圆心B的偏心距离BC大于曲轴的偏心距离AB。
, q2 q- I" A2 E5 ~2 ~直线活塞在上止点与下止点时,曲轴轴体圆心A、轴颈圆心B及转轮圆心C在汽缸的中心线上;曲轴轴体的圆心B是固定不动的,轴颈圆心A围绕圆心B旋转时,转轮圆心C在汽缸中心线上上下往复移动。
; A5 t8 l" l T; R. [5 A- [
% I7 n3 e6 Y' w' @$ g6 V; f7 i7 h图4是直线活塞往复运动过程的示意图。# _4 c9 ^& l1 B' k e# s
2.曲柄转角与活塞行程的关系。/ Y; g& n d8 t) @3 C
计算实例:
2 M8 z. X9 n2 m$ m以活塞行程60mm的压缩机为例,曲轴偏心距AB = 30mm,转轮的偏心距BC = 34mm,直线活塞在下止点向上止点运动进行压缩排气工作,曲柄转角为90°时,直线活塞从下止点向上止点运动了48mm。
. Y5 d: L7 E: j+ Q9 f* A$ d计算公式:5 x7 k8 I* E. X, V2 X
活塞行程 d = AB+BC--AC
t# q: t g* y& ]; E8 F1 x; h1 }曲柄转角为90°时,AC2=BC2--AB2' G$ R- B) y3 N: A6 }1 A
活塞行程d = 30+34-16=48mm
- @. T6 T y% m# ]( p- _直线活塞行程为60mm,压缩排气行程中,曲柄旋转90°时,直线活塞由下止点向上运动了48mm。也就是压缩排气过程中曲柄旋转180°,旋转90°直线活塞运动48mm,继续旋转90°,直线活塞运动12mm。
$ s" Z5 m# V" Z从以上实例可以看出,曲轴做匀速旋转运动时,直线活塞的运动速度发生了改变。在曲轴偏心距离AB不变的情况下,调整转轮的偏心距BC的数值,来改变直线活塞的运动速度。根据力学公式P = FV,在曲轴输入功率不变的情况下,降低直线活塞的运动速度,增加曲轴对直线活塞的推力。直线活塞由下止点向上止点运动,直线活塞由相对静止做加速运动后,做相对减速运动。直线活塞在压缩与排气行程中,直线活塞受到气体的反压力逐步增加,直线活塞做减速运动,直线活塞受到曲轴的推力增加。
' L5 G# T& b' r2 Y) m6 H3. 曲轴中心偏移技术$ |& ~3 l+ J* U; a
从下图可以看出,转轮的圆心C在汽缸的中心线上,曲轴轴体的圆心在汽缸中心线的右侧。曲轴顺时针转动时,实现压缩排气工作过程曲柄转角大于180°,进气工作过程中曲柄转角小于180°。曲柄旋转360°,曲轴轴体圆心与中心线的垂直距离增大时,压缩排气过程中曲柄转角度数增大,进气过程曲柄转角的度数相对减小。
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2 O# j! a6 r; J0 T: F. R5 M) W图5是曲轴中心偏移的工作原理图。- i! L8 K# I- Z3 f b c$ G- p; K
有益效果
: F3 k4 P) _" H: Z$ g1. 运动部件由转轮、曲轴与直线活塞组成结构简单,取消连杆后不但震动减弱,还节约高度空间与制作成本。' l) e- ], D7 A
2.直线活塞运动中曲轴动平衡旋转转轮回旋摆动,动平衡性能好,直线活塞无侧向力。
% i5 j' I2 s4 C5 ?4 P3.直线活塞直线运动,活塞环泄漏值相对较小。
7 L' a7 `4 S* g( c$ F4 d3 C4.可以根据压缩比及工作状况,自由设定直线活塞运动速度,实现调节扭力与工况相适应。- M7 ?0 P3 _) }# X# X& @$ K; I
5.采用曲轴中心偏移技术,实现压缩排气工作过程曲柄转角大于180°,进气工作过程中曲柄转角小于180°。3 Q# L$ [ \( D
6. 根据以上有益效果,通过修改活塞式压缩机的国家与国际能效标准,用“颠覆式创新”推动整个活塞式压缩机行业的转型升级。7 G2 d5 d( |( p
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