新鄉螺桿式制冷壓縮機的新式滑閥調

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1  前言

　　通常所稱的螺桿壓縮機即指雙螺桿壓縮機。與活塞壓縮機等其他類型的壓縮機相比，螺桿壓縮機是一種比較新穎的壓縮機。就氣體壓力提高的原理而言，螺桿壓縮機與活塞壓縮機相同，都屬于容積式壓縮機。就主要部件的運動形式而言，又與透平壓縮機相似。所以，螺桿壓縮機同時兼有上述兩類壓縮機的特點，可靠性高，操作維護方便，動力平衡性能好，適應性強，并且可以實現流體的多相混輸。由于螺桿壓縮機所具有的上述眾多優點，使得它被廣泛應用于空調、冷凍、啤酒、化工、水利、凍結等各個工業領域。然而也正是因為螺桿壓縮機廣泛的應用領域和復雜多變的工況，因此在壓縮機結構中都需要設計有調節壓縮機輸氣量的容量調節機構和調節壓縮機內壓縮比的內容積比調節機構。

　　2  螺桿壓縮機的容量和內容積比調節機構及改進設計

　　現在普遍流行的容量調節方法是采用滑閥調節。在壓縮機中兩平行放置的的陰陽轉子下方有一個容量調節滑閥?；y上開設有徑向排氣口。此滑閥在壓縮機中處于不同的位置時，轉子被密封的長度也相應不同，從而在旋轉一周的過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機體下方的旁通口回流至吸氣端。通過這種方法就可以達到調節和改變壓縮機輸氣量的目的。

　　為了達到在壓縮機滿負荷運轉時，不改變輸氣量的大小而調節壓縮機中內壓縮比以與外壓力比相同或接近，避免使壓縮機在面對不同工況時產生欠壓縮或者是過壓縮現象，從而提高壓縮機的運行效率，在壓縮機中通常都需要設置內容積比調節機構。內容積比調節機構的目的就是通過改變容量調節滑閥上的徑向排氣口的位置來改變內容積比，以適應壓縮機的不同的運行工況，節省能耗，提高壓縮機的COP（性能系數）值。對于帶有經濟器運行的螺桿壓縮機而言，設置內容積比調節機構的重要意義顯得更為明顯。

　　在螺桿壓縮機發展的早期階段，生產制造廠所采取的策略是根據不同的用戶的使用要求，在制造壓縮機時就選擇好與工況適應的容量調節滑閥。由于滑閥不能夠隨意更換，所以在裝配完成后此臺壓縮機就只能夠適應固定的使用工況，一旦用戶的使用條件發生變化，壓縮機的效率將急劇降低，也即是相當于壓縮機中沒有內容積比調節機構。

　　后來則將容量調節滑閥一分為二，設有徑向排氣口的前端為一部分，后面的整圓弧部分為一個單獨的部件，此部件即演變為現在通行的內容積比調節滑閥。但是此時內容積比調節滑閥在壓縮機中的位置是通過連在滑閥后端的一個絲桿機構來調節的。制造廠在出廠時調定好內容積比調節滑閥位置后用螺母加以固定。在用戶處則需要打開壓縮機才能夠重新調節，因此也不能夠靈活適應工況的變化。

　　在本文所提出的改進設計之前，壓縮機中容量調節滑閥和內容機調節滑閥的運動都已經改變為由兩個單獨的油缸來推動。由于采用的是兩套互不相關的液壓系統，兩個滑閥的運動可以相互獨立。其基本結構如圖1所示：

　　圖1 容量調節和內容積比調節機構

　　1、能量指示機構              2、油缸體       3、容量調節滑閥油活塞   4、隔板組件

　　5、內容積比調節滑閥油活塞    6、吸氣端座     7、滑閥導桿      8、內容積比調節滑閥

　　9、彈簧  10、容量調節滑閥    11、能量減載進油孔              12、能量增載進油孔             13、內容積比增載進油孔       14、內容積比減載進油孔

　　它的運動原理為：

　　當需要滑閥運動時，由手動控制或者是微機控制一個液壓換向閥，使來自系統的高壓油與油缸中一側的油室相通，活塞另一側的油室則經由換向閥通向壓縮機低壓側的吸氣口。由于活塞兩側油的壓力差所產生出來的合力可以推動活塞向一個方向運動，從而能夠帶動與之相聯接的滑閥也相應地向同一方向運動，這樣就能夠改變滑閥在壓縮機中的相對位置。在此種設計中，容量調節滑閥和內容積比調節滑閥的運動原理完全相同，各自使用一套液壓系統驅動。

　　由于是將兩套液壓缸同時放在一個油缸體中，中間用隔板組件隔開，所以必然導致油缸體長度超長。容量調節滑閥的導桿因為要穿過壓縮機的吸氣端座和內容積比調節的油缸，其長度也勢必很長。相應的內容積比調節滑閥的柄部分因為要穿過吸氣端座，因此也會加長。最終導致的結果就是壓縮機的總體長度很長，結構不緊湊。

　　改進后的滑閥調節機構如圖2所示：

　　圖2 改進后的容量調節和內容積比調節機構

　　1、能量指示機構              2、油缸體       3、容量調節滑閥油活塞   4、隔板

　　5、內容積比調節滑閥油活塞    6、吸氣端座     7、內容積比調節滑閥      8、滑閥導桿

　　9、彈簧  10、容量調節滑閥   11、能量減載進油孔    12、能量增載進油孔

　　改進后的容量調節滑閥的運動原理與先前的相同。但是內容積比調節滑閥的運動則要根據油壓力和設在壓縮機中的圓柱螺旋壓縮彈簧所形成的合力的方向來決定滑閥的運動方向。當需要內容積比增加時，高壓油從活塞左側的進油管進入左側油室，此時油的壓力計算出來遠大于彈簧的抵抗力，因此可以推動油活塞和滑閥向右運動。如需要內容積比減時，將左側的油管通向低壓的吸氣腔，讓活塞兩側的壓力基本平衡，而彈簧的附加力量則可以推動油活塞向左運動，從而帶動滑閥也向左運動。設計的要點是要綜合考慮壓縮機在各種工況運行時都要保證油壓的力量和彈簧的合力符合設計的要求，因此必需要對圓柱螺旋彈簧的幾何尺寸參數和油缸的直徑和面積作精確分析計算，并考慮密封件的摩擦力和進油回油的沿程壓力損失的影響。通過以上的考慮之后，我公司新設計的使用上述滑閥調節機構的壓縮機順利投入運行，驗證了設計的可行性。

　　可以看到新設計的滑閥調節機構將內容積比調節滑閥的油缸移入到壓縮機吸氣端座內，充分利用吸氣端座的剩余空間。同時將傳統的雙邊進油的油缸結構改成單側進油回油的油缸結構，這樣又可以節省一側油缸的一個密封尺寸，根據一般的設計經驗，一個密封座通常需要占用至少20mm的軸向空間。這樣我們在不改動原來壓縮機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的總體尺寸、導桿長度和滑閥的長度大大縮短。以我公司一種LG25IIIT機型為例，改進之后的設計能夠使壓縮機、滑閥導桿和內容積比調節滑閥、油缸體平均尺寸縮短160~200mm左右。這對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鍵要素的加工質量的提高是非常有好處的。同時還能節省零件毛坯，也使壓縮機整體結構更加緊湊，外觀更合理。

　　3  結論

　　新設計的滑閥調節機構充分利用了原來壓縮機中吸氣端座的富余空間，使得油缸、滑閥、導桿和壓縮機的尺寸都相應大大縮短，結構更加緊湊。同時在油路系統上則將原來的兩進兩出的油管改變為兩進一出，節省一路油路，使液壓系統也相應簡化，控制上也簡化了。改進后的調節機構可以在功能上達到與原來調節機構完全相同的效果，而壓縮機的制造成本則更低，控制更簡單，也減少機器的故障率，從而能夠增加壓縮機制造商的效益。