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转轮曲柄直线活塞压缩机创新技术 0 N# q, ]0 Z0 O% @2 f, o& a% a$ U
文/周觉明
/ H6 ?0 q3 R( x7 W引言
2 p8 b* O2 b. y6 F! V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。
: m9 T# r& y7 b# v基本结构
/ f6 l1 s3 S! P 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。
9 @* o2 ^1 R, ]4 q/ Y 9 O- Z, L! M+ n0 E8 [: w$ \( A
图1是转轮曲柄直线活塞压缩机的剖视图。
# D/ P' s: p# b: Z3 f6 w. F# X8 a6 l7 d8 F
图2是曲轴与转轮的安装示意图。
; e$ |% P4 ^) w: G9 H U ) p% G$ b6 T& z! K0 R8 m" n9 m9 d; ?
图3是带有组合副的转轮安装示意图。
2 {' F1 L/ \ R" G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。
5 C4 t& |( B+ ~( \$ j
. G' x& w/ k# ~工作原理8 A" w/ a) _% t A; V9 M: i
1.转轮直线活塞变速加力机构的运动特征。0 u, O' ?# }# B& i3 h$ G" k. W
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。' I( h; O; Y2 _5 w$ l- o
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。1 [5 b4 r8 T0 f8 i8 R) o1 g
4 ~; W+ R) W$ y
图4是直线活塞往复运动过程的示意图。
/ t; i: ~6 J0 S, ]- n( y: `2.曲柄转角与活塞行程的关系。
# g7 _* A/ |6 X计算实例:
# @7 [ r. Z, P2 f! Y4 |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。
" M, e) d' S9 P3 `, w, O计算公式:
/ K7 ~$ e8 c" @. v; C2 S活塞行程 d = AB+BC--AC, K+ B1 z$ N! e" V1 B) g
曲柄转角为90°时,AC2=BC2--AB28 ]) W# a: Y3 h" ]0 i4 x
活塞行程d = 30+34-16=48mm8 J! r1 Q) B/ n0 o/ r" K/ y
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。( X% i) q* f* ]: }+ Z' B5 ^
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。
. p# Y& h0 }9 U' L7 K3. 曲轴中心偏移技术- Q( a4 k5 a0 Y# I% m& y. k/ m
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。3 P$ N, U G3 X8 N) r. n/ j
/ a. I# h& K: S% O- {3 M图5是曲轴中心偏移的工作原理图。
, R9 N% U: { A4 E) I! w. l有益效果7 c4 ?, {# A- Q/ B/ p4 W9 Z$ f& T7 ^
1. 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。
( Q' V" N6 p( B$ d4 E2.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。
' \- j) ^/ t3 B& H3 F {3.直线活塞直线运动,活塞环泄漏值相对较小。9 Q$ Y$ i2 R4 P: d) M s2 \6 x
4.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。 `! A5 f/ R% H0 d6 B5 N' o
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°。
, `7 f. r0 m* s7 [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。+ V3 f% t* E2 h
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