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轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)下軸承定心位置對(duì)性能的影響

2018-09-13

　　1　引言
　　旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)因其性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)緊湊、零部件少、工作壽命長(zhǎng)，廣泛應(yīng)用于房間空調(diào)、制冷器具、汽車空調(diào)及壓縮氣體裝置。作為旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)心臟的泵體組件，其裝配后的表現(xiàn)直接影響到整個(gè)壓縮機(jī)的性能。由于泵體零件的精度均在微米級(jí)，裝配零件之間輕微的變化就會(huì)導(dǎo)致泵體轉(zhuǎn)動(dòng)不順暢，甚至產(chǎn)生嚴(yán)重的生產(chǎn)下線，進(jìn)而導(dǎo)致壓縮機(jī)性能的急劇下降。近年來(lái)各大研究機(jī)型及壓縮機(jī)企業(yè)對(duì)壓縮機(jī)泵體的裝配關(guān)鍵工藝——定心，進(jìn)行了大量的研究，并提出了相應(yīng)的解決方案，包括泵體上軸承與氣缸的偏置定心角度、氣缸與滾子的Z小間隙值，多氣缸下定心間隙的補(bǔ)償?shù)?，但是所有研究都集中在上軸承與氣缸之間，對(duì)于影響壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的上軸承與下軸承之間的關(guān)系并未看到有相關(guān)研究。

　　本文從壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)曲軸的受力分析著手，建立了帶負(fù)荷狀態(tài)下曲軸與上下軸承的受力及接觸模型，并用壓縮機(jī)模擬軟件模擬分析了曲軸的載荷方向與大小變化。

　　2　試驗(yàn)分析
　　旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)中曲軸帶動(dòng)滾子旋轉(zhuǎn)，通過滑片的阻隔將氣缸內(nèi)部劃分出2個(gè)周期變化的腔體，由于冷媒經(jīng)腔體壓縮后在腔體內(nèi)部形成較大的壓力。此壓力在高壓時(shí)要比滑片（彈簧壓力）大2個(gè)數(shù)量級(jí)，因此腔體內(nèi)部滾子的受力主要為不斷壓縮變化的氣體力，其方向?yàn)闈L子運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)態(tài)Z小間隙處，與滑片和滾子接觸點(diǎn)的垂直平分線，從高壓側(cè)傾向低壓側(cè)，如圖1所示。

圖1 泵體受力分析

　　通過模擬軟件按上述模型對(duì)一款實(shí)際的壓縮機(jī)進(jìn)行模擬，得到的模擬結(jié)果如圖2所示。圖中左下角的不規(guī)則封閉圖形為曲軸的受力變化圖，其中原點(diǎn)與不規(guī)則圖形中點(diǎn)的連線表示當(dāng)前狀態(tài)下的受力，連線長(zhǎng)度表示受力大?。ㄩL(zhǎng)度越長(zhǎng)，受力越大）；連線與坐標(biāo)軸的夾角表示曲軸的受力方向。

圖2 泵體曲軸受力模擬圖

　　從圖2中可以看出，曲軸在壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)受到周期性的載荷，并沿著左下的方向達(dá)到Z大載荷由于壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)，曲軸的長(zhǎng)短軸始終與上下軸承接觸，為了避免在曲軸Z大受力時(shí)與上下軸承產(chǎn)生強(qiáng)烈摩擦，假設(shè)需要將下軸承定心時(shí)將下軸承往曲軸Z大受力方向偏置，這種狀態(tài)下壓縮機(jī)性能將取得Z優(yōu)的效果。下面通過試驗(yàn)的方式進(jìn)行驗(yàn)證。

　　在相同型號(hào)的壓縮機(jī)試驗(yàn)，對(duì)泵體裝配時(shí)分別以不同的定心位置進(jìn)行裝機(jī)，并在相同的條件下測(cè)試壓縮機(jī)性能，結(jié)果如表1所示。
　?。?）從下軸承定心角度分布在3個(gè)象限的對(duì)比數(shù)據(jù)來(lái)看（定心在第四象限泵體直接卡死），只有定心在第三象限的壓縮機(jī)測(cè)試時(shí)才不會(huì)跳停；
　　（2）定心在第三象限的壓縮機(jī)與定心在第二象限的的平均功耗相比，功耗約低8%；
　　如表1所示，試驗(yàn)結(jié)果中下軸承定心在第三象限即前述分析所述的下軸承定心時(shí)將下軸承往曲軸Z大受力方向偏置，結(jié)果上來(lái)看，確實(shí)下軸承定心在第三象限相比其它象限有著較為明顯的性能優(yōu)勢(shì)。

　　但是第三象限仍有著較大的范圍區(qū)間，同一象限的不同定心位置可能仍然會(huì)造成較大的壓縮機(jī)性能波動(dòng)，為此進(jìn)行了以下的進(jìn)一步試驗(yàn)，力求達(dá)到Z優(yōu)定心位置。

　　試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，進(jìn)一步試驗(yàn)的結(jié)果表明：

　?。?）定心都在第三象限，但是在不同區(qū)域?qū)嚎s機(jī)性能有影響；
　?。?）比較不同角度和同心度的定心情況，發(fā)現(xiàn)定心角度為245°，同心度為7時(shí)，壓縮機(jī)的平均功耗Z低；此結(jié)果與泵體運(yùn)行時(shí)的受力分析結(jié)果吻合；
　　（3）在相同定心角度下，同心度在2.8～7μ之間功率波動(dòng)不敏感，超過14μ后會(huì)功率會(huì)明顯增大；
　?。?）在第三象限靠近第四象限位置定心時(shí)，壓縮機(jī)容易出現(xiàn)功率偏高異常，因此要避免在此區(qū)間定心。
　　3　結(jié)論
　　本文通過對(duì)旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)泵體內(nèi)部曲軸的受力進(jìn)行分析，并用壓縮機(jī)模擬軟件模擬分析了曲軸的載荷方向與大小變化。進(jìn)而得出下軸承定心結(jié)果在壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)功耗影響，所得結(jié)論如下：
　　（1）在相同條件下，下軸承定心時(shí)將下軸承往曲軸Z大受力方向偏置的狀態(tài)下壓縮機(jī)性能將取得較優(yōu)的效果；
　?。?）相同條件下，在相同定心角度下，同心度在2.8～7μ之間功率波動(dòng)不敏感，超過14μ后會(huì)功率會(huì)明顯增大；
　　（3）在第三象限靠近第四象限位置定心時(shí)，壓縮機(jī)容易出現(xiàn)故障，須避免在此區(qū)間定心。

　　參考文獻(xiàn)
　　[1]馬國(guó)遠(yuǎn)，李紅旗等.旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2001.
　　[2]吳建華.R410A旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)的計(jì)算機(jī)模擬和性能分析.西安：西安交通大學(xué)壓縮機(jī)研究所2005.

來(lái)源：《家電科技》第八期