开发新型水润滑压缩机———压缩机的终极发展方向

　开发新型水润滑压缩机———压缩机的终极发展方向

前言：压缩机技术经过多年的发展，已经趋于成熟，近年来很少有新结构的压缩机出现，随着机械加工技术和材料技术的发展，几乎已把现有的压缩机的潜力发挥到了极致，在 性能上很难有新的突破。由于能源危机，环保问题的矛盾日益突出，因此我们迫切需 要一种新型的压缩机出现，以适应绿色环保的科学发展要求。要达到绿色环保的要求，这种压缩机不但要节能（能效比高），而且必须改变现有绝大多数压缩机都采用矿物  或合成润滑油做压缩腔的冷却润滑剂的方式，采用清洁易得的水来代替润滑油的方式 是压缩机发展的必然之路. 由于新型的水润滑压缩机是在摆动转子压缩机的基础上改进的，因此它的结构和摆动转子以及滚动活塞有相似和相同之处，因此要借助摆动转子和滚动活塞现有的物理模型来分析。 下面列出了滚动活塞和摆动转子压缩机的主要问题： 滚动活塞：1.滑板应力大，导致摩擦，磨损，机械损耗严重，大型化困难          2.没有内压缩机能力，需要排气阀，制约可靠性和寿命           3.泄露问题           4.偏心轮与滚动活塞之间的摩擦问题 摆动转子：1.摆动转子与导轨间应力大，导致摩擦，磨损，机械损耗严重，大型化困难)           2.摆动转子偏心难以平衡，不能大型化           3. 没有内压缩机能力，需要排气阀，制约可靠性和寿命        4.偏心轮与摆动转子之间的摩擦问题新型水润滑压缩机：5   为了解决传统摆动转子压缩机和滚动活塞压缩机的诸多不足，设计了一种新型的压缩机结构，其原理图如下：     工作原理：1.将滚动活塞外表面开了一个可以安装转动的导轨来承载滑板，滑板可以插入滚动活塞，滑板三面都固定在主体和盖板上。当主轴转动时带动滚动活塞，活塞在缸内做摆动。          2.将两个摆动转子单元平行安装在一个主体上，缸与缸相切，且相互连通。一个大缸上有进气口，一个小缸上有排气口，缸的排量比就是压缩比。 3.气体在第一周期经过大缸吸入缸体，在第二周期时被隔离在两个转子之间，在两个转子和缸体中被压缩，完全压缩到小缸体内，然后在第三周期被小缸完全排出。喜气和压缩排气同事进行，因此不影响容积效率。* 特点：解决了几个关键问题同时优化了几个方面!      1.解决了滑板应力大的问题，虽然这个结构中滑板上受的力的大小和滚动活塞基本" 相同，但是由于滑板是固定在缸体上的，因此受的是“内应力”只会带来强度上的问题不会带来摩擦，磨损等问题。      2.解决了传统摆动转子和滚动活塞没有内压缩能力的问题，传统的摆动转子和滚动 活塞内有内压缩能力，需要安装排气阀，然而排气阀的使用最大的问题是只有几千小时的寿命和带来的可靠性问题。此压缩机不需要安装排气阀，因此寿命和可靠性大大提高。     3.由于此压缩机没有排气阀，因此可以逆向工作，就是说可以做膨胀机。在制冷领 域代替膨胀阀，在余热回收领域代替低压透平和螺杆膨胀机。但透平机和螺杆机的低速性能不好。     4.在摆动转子和主轴之间安装了滚动轴承，大大减少摩擦损失和延长寿命，这种方法在较大的滚动活塞压缩机种已有应用，传统的滚动活塞压缩机由于体积太小不适合安装滚动轴承，因此在这里的机械损失很大。在新型的压缩机中，活塞和主轴不受轴向力，因'此不需要安装止推轴承，两端密封面泄露在控制好轴向串动后不随时间而改变。 5.密封大多是非接触的面密封，因此不但泄露小，而且摩擦损失小，并且解决了由于摩擦带来的机械磨损引起的寿命问题。此结构中唯一比较严重的摩擦发生在转子上的半圆形导轨与滑板之间，但是由于导轨上的受力只是改变了转子的角加速度，因此受力就是转子的质量和角加速的乘积，而这个力比滚动活塞和摆动转子中滑板摩擦力的几十分之一，摩擦问题基本解决。（传统的摆动转子压缩机效率约90%，30%损失在滑板与缸体之间的摩擦上，70%损失在轴和摆动转子之间的摩擦上）。      6.所有零件都是较规则的圆或面，没有复杂的空间曲线，因此加工相对来说比较容易，由于传统滚动活塞和摆动转子都用在小型的制冷压缩机种，因为尺寸小，对零件的精度要求非常高，否则泄露严重，比如气缸上有个1MM的泄露孔，对于0.1立方排量的压缩机来说是致命的，但对于一台10立方的压缩机来说对容积效率的影响就微乎其微了， 因此当把容积流量做大了以后，压缩机对精度的要求下降很多，此压缩机对零件的精度要 求比螺杆压缩机低很多，不需要专用的机床就可以生产，生产成本和难度大大降低       7.由于摩擦问题得到很大改善，因此采用水做润滑剂对机械寿命的影响将减小，带来的就是压缩效率的大幅提高：a.由于压缩油的粘度大，雾化能力差，而且导热性差，比热小，因此在传统的螺杆压缩机中，热交换能力很差，气体压缩瞬间很难与油进行热交换压缩完成之后才能与压缩油进行充分热交换，因此整个过程接近绝热压缩。B.在螺杆压缩 机中采用的喷油方式是直接往压缩腔里喷油，带来的问题一是热交换时间很短，二是给高速转动的螺杆产生不可忽略的阻力，增加了损失。新型的压缩机设计用水做润滑，比热大， 粘度小，容易雾化，导热性好，并且喷水口设置在吸气端，能与空气充分混合后进入压缩 腔，而且水的运动方向和转子运动的方向相同，不会给转子带来阻力上的损失。因此压缩   过程接近等温压缩。加上机械摩擦小，压缩机的效率将大大提高。水润滑带来的另外一个好处就是用户不需要额外增加更换机油和油分还有后处理带来的费用。（传统螺杆压缩机 由于压缩效率低，有的采用二级压缩来提高整体效率）。      8.大型化（10万立方以上），此结构中只有偏心结构制约了产品的大型化，当采用 优化平衡设计，并在大型压缩机中适当降低转速，可降低偏心影响。 不足之处1.        由于此压缩机采用了偏心设计，因此有偏心力的问题。 a.        轴的偏心力是规律的，因此只要在设计轴的时候把轴的质量设计平衡，偏心力就平衡了。 b.        摆动转子的偏心力：由于摆动转子做的摆动，其角速度小，只有偏心转子的角速度的百分之几，因此偏心力也很小，在结构上做平衡设计的难度也较小。 2.        结构比摆动转子复杂，复杂程度和零件数接近摆动转子的两倍，与螺杆机相当。 3.        采用非接触，面密封，由于是非接触的，泄露比接触密封大（密封线长度与螺杆相当，但是面密封泄露量应该比螺杆小），严格控制两端间隙可以减小泄露，但是在整个生命周期中容积效率随使用时间的推移变化量小。在寿命初期，两侧靠严格的尺寸控制限制泄露，摆动转子外圆面和气缸内圆面为间隙密封，当轴承磨损后，由于离心力的作用摆动转子与气缸间为滚动接触密封。 4.        最大的问题还是在半圆形导轨和滑板之间，虽然受力很小，由于只有这里有滑动摩擦，与滚动摩擦的轴承相比，这里成为整个压缩机力最薄弱的环节也是最先失效的部件。 下一步工作：   对压缩机结构进行仿真：          a.压缩性能仿真：检测压缩机的理论效率         b.结构应力仿真：优化平衡和薄弱环节设计          c.进一步完善理论研究，建立数学分析模型，进行定量分析                *由于本人知识有限，难免有错误之处，文章中有看似矛盾的地方，其实是矛盾的两个面看如何平衡而已。

　　4.缩短空压机各项保养更换周期。

　　5.密切监视各项参数，发现异常立刻停机检查。