滑片類旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)減摩技術(shù)與密封結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展

1、滑片類旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)減摩技術(shù)與密封結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展李辛沫1 , 耿愛農(nóng)1 , 耿葵花2 , 何云信2(11 五邑大學(xué) , 廣東江門 529020 ; 2. 廣西大學(xué) , 廣西南寧 530004)摘 要 : 對(duì)滑片類旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)近二十年來在減摩技術(shù)與密封結(jié)構(gòu)方面的研究進(jìn)行了回顧 , 從原理 、結(jié)構(gòu)以及工藝性等角度討論了一些新出現(xiàn)的減摩技術(shù)與密封措施的優(yōu)點(diǎn)與不足 , 指出開發(fā)低摩擦 、低泄漏滑片壓縮機(jī)的關(guān)鍵在于從結(jié)構(gòu)上 進(jìn)行創(chuàng)新 , 同時(shí)必須處理好減摩與密封之間的關(guān)系 。關(guān)鍵詞 : 旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī) ; 滑片 ; 減摩 ; 密封中圖分類號(hào) : TH455文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 : AAdvances on the Techn

2、ical Development of Friction2reducing and Sealing Structuref or the Vane Type Rotary CompressorsL I Xin2mo1 , GENG Ai2nong1 , GENG Kui2hua2 , HE Yun2xin2(1. Wuyi University ,Jiangmen 529020 ,China ;2. Guangxi University ,Nanning 530004 ,China)Abstract : The study on the R&D process in the aspect

3、s of friction2reducing and sealing structure for the vane type rotary compressors over the last two decades was reviewed , and their new features and weaknesses from the perspectives of ai2r conditioning compressorsprinciple , structure and craftsmanship were analyzed. It points out that the keys fo

4、r developing compressors with less friction waste and less leaking loss depend largely on the innovation in the structure and on the proper handling between the friction2reducing and sealing of the compressor.Key words : rotary compressor ; vane ;friction2reducing ; sealing1前言縮機(jī)內(nèi)的壓差愈來愈大 ,密封愈來愈困難 ,潤(rùn)滑

5、條件愈來愈苛刻 ,致使上述缺陷愈發(fā)凸顯 。因此摩 擦與泄漏已成為制約滑片類壓縮機(jī)性能指標(biāo)和使用壽命的兩大關(guān)鍵因素 。滑片 壓 縮 機(jī) 與 往 復(fù) 式 壓 縮 機(jī) 相 比 , 體 積 小40 %50 % 、重量約輕 50 % 、零件少 30 %39 % ,且不存在令人棘手的往復(fù)慣性力問題 ,高速平衡性 能 好1 6; 但 其 弱 點(diǎn) 也 很 明 顯 , 主 要 表 現(xiàn)2研究熱點(diǎn)與進(jìn)展在2 ,3: (1) 摩擦損失大 , 在消耗功中機(jī)械摩擦損失占 29 . 1 % ; (2) 內(nèi)部泄漏損失多 ,在消耗功中泄漏損失占 12 . 8 % ; ( 3) 加工精度及裝配精度要求 高 ,主要零件的加工精度平

6、均約為 3m ,配合間隙 在 415m 左右 。隨著新型制冷劑的采用7 ,壓滑片類壓縮機(jī)的摩擦與泄漏很大部分發(fā)生在與葉片相關(guān)的 5 個(gè)運(yùn)動(dòng)配合副之間 , 即葉片外端 與缸孔 ( 對(duì)旋葉壓縮機(jī)而言) 、葉片內(nèi)端與滾動(dòng)活 塞外表面 ( 對(duì)滾動(dòng)活塞式壓縮機(jī)而言) 、葉片兩個(gè)收稿日期 : 2005 01 08基金項(xiàng)目 : 廣東省自然科學(xué)基金 ( 04011757) ; (05107397)技術(shù)綜述FLUID MACHINERYVol134 ,No11 ,200636側(cè)端與端蓋 、葉片兩個(gè)滑面與扁平槽 , 此外還有轉(zhuǎn)子與缸孔的徑向配合處 、轉(zhuǎn)子與端蓋的軸向配合 處 。因此控制這些部位的摩擦與泄漏是提高壓

7、縮 機(jī)性能和壽命的關(guān)鍵 , 可以說 , 當(dāng)今在該領(lǐng)域的研 究幾乎都是圍繞以下環(huán)節(jié)展開的 :(1) 文獻(xiàn) 2 介紹了一種新型擺動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī) (見圖 1) , 其改進(jìn)之處是在傳統(tǒng)滾動(dòng)活塞式壓縮 機(jī)的活塞上開設(shè)圓弧導(dǎo)向槽 , 葉片內(nèi)端做成圓弧 狀與之相配 。特點(diǎn)是將原來葉片在該處的線接觸 變成面接觸 , 可減少該處的泄漏量 , 同時(shí)摩擦損耗也減少 ( 因?yàn)榻佑|壓力和相對(duì)速度均下降) , 機(jī)械 效率可提高大約 1 % , 但其它處的摩擦和泄漏沒 有改變 , 而且工藝上多一條圓弧槽 。上 , 其中缸套和轉(zhuǎn)子均作定軸轉(zhuǎn)動(dòng) , 解決了葉片外端處的摩擦與泄漏 。同時(shí)轉(zhuǎn)子和缸套作同向運(yùn) 動(dòng) , 它們之間的相對(duì)速

8、度較小 , 有利于減少摩擦損 耗 。不足之處是葉片外端為圓弧頭 , 需用專門拉 刀來加工 , 工藝性不好 。圖 3 鉸接葉片轉(zhuǎn)缸壓縮機(jī)(4) 屈宗長(zhǎng)提出同步回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)的理論和 結(jié)構(gòu)1 、2 ( 見圖 3) , 其原理和結(jié)構(gòu)與文獻(xiàn) 2 介紹 的新型擺動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)有異曲同工之妙 。特點(diǎn)是 在旋轉(zhuǎn)缸套內(nèi)壁開一條槽 , 滑片外端與之“柔性” 接觸配合 , 可大大降低該處的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度 , 而且 是弧面接觸 , 故可減少摩擦損失和泄漏損失 。另 外采用同步回轉(zhuǎn)方式 , 轉(zhuǎn)子與缸套接觸處的相對(duì) 速度很小 , 對(duì)該處的減摩十分有利 。此外還可以 選擇徑向進(jìn)氣或軸向進(jìn)氣方式 , 因此氣道布置比 較靈活 。另

9、外 , 采用隨動(dòng)端蓋結(jié)構(gòu)大大降低了葉 片側(cè)端與兩端蓋處的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度 , 減少了該處 的摩擦 。圖 1 新型擺動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)(2) 潘 樹 林 等 介 紹 一 種 鉸 接 葉 片 轉(zhuǎn) 子 壓 縮 機(jī)8 ( 如圖 2 所示) , 其特點(diǎn)是葉片兩端均采用鉸 接方式 ( 內(nèi)端鉸接在活塞上 , 外端鉸接在缸壁上) 。 其優(yōu)點(diǎn)是同時(shí)改善葉片外端和內(nèi)端的摩擦與泄漏 狀態(tài) , 缺點(diǎn)是葉片為不規(guī)則異形狀 , 且有與之相配 合的異形曲面槽 , 加工十分困難 。圖 4 同步回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)(5) 為解決葉片外端部的摩擦問題 , 美國(guó)科技 工作者開發(fā)出滾道式卸載結(jié)構(gòu) , 即在靠近葉片兩 側(cè)根部設(shè)置芯軸 , 安裝一對(duì)小滾動(dòng)

10、軸承 , 軸承在預(yù) 先設(shè)計(jì)好的軌道型面上滾動(dòng) , 由軌道型面確保葉 片外端與缸孔型面保持一定的間隙 , 這樣就將原圖 2 鉸接葉片轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)(3) 本文作者提出過一種單葉片的鉸接葉片 旋轉(zhuǎn)缸壓縮機(jī)9 ( 如圖 3 所示) , 潘樹林等將其改 進(jìn)后推廣適用于汽車空調(diào)的多葉片形式10 。鉸 接葉片轉(zhuǎn)缸壓縮機(jī)的特點(diǎn)是葉片外端鉸接在缸套© 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 2006 年第 34 卷第 1 期流體機(jī)械37來葉片外端部的滑動(dòng)摩擦變成滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)摩擦

11、 , 其 典 型 產(chǎn) 品 為 ROVAC2227 型 汽 車 空 調(diào) 壓 縮 機(jī) ,不足之處是軌道型面加工困難 。(6) 馬國(guó)遠(yuǎn)等在對(duì)旋葉式壓縮機(jī)的研究中發(fā)狀況沒有得到改善 ?，F(xiàn)13:葉片外端部的摩擦損失最大 , 約占摩擦總損失的 87 . 1 % , 其次是葉片側(cè)面摩擦損失 , 約占總損失 的 12 . 6 % , 于 是 探 索 出 雙 層 滑 片 壓 縮 機(jī)(如圖 5 所示) ,它不僅降低了葉片外端與缸孔的 接觸力 ,而且利用兩滑片和缸孔型線之間形成的 三角槽儲(chǔ)藏潤(rùn)滑油 ,有效改善了葉片外端部的摩 擦和密封狀況 。馬國(guó)遠(yuǎn)還研究了最佳葉片傾斜角圖 7 橢圓轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)(9) 李連生等通過改進(jìn)

12、缸孔型線18 ,19 , 改善 了旋葉壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子與缸孔之間的徑向間隙泄漏問 題 ,其特點(diǎn)是缸孔型線由 4 段圓滑曲線構(gòu)成 ,在與 轉(zhuǎn)子 配 合 處 采 用 圓 弧 設(shè) 計(jì) , 保 證 一 定 的 密 封 線 (面) 長(zhǎng)度 ,大大減少了該處的內(nèi)部泄漏 ,提高了壓 縮機(jī)的性能 ,其成果已經(jīng)成功應(yīng)用于汽車空調(diào)壓 縮機(jī)新產(chǎn)品上 。(10) 英國(guó)空氣壓縮機(jī)有限公司為改善葉片與 滑槽的摩擦狀態(tài)20 ,在葉片的 2 個(gè)配合側(cè)面開設(shè)潤(rùn)滑油槽 ,利用這些油槽貯存潤(rùn)滑油以減少葉片 側(cè)面處的摩擦損失 。為得到更好的減摩效果 ,他們還對(duì)油槽的不同形狀和位置進(jìn)行了優(yōu)化研究 。(11) 日本電裝公司開發(fā)了一種 TV 型貫

13、穿葉 片式旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī) ,采用 2 片相互垂直的貫穿轉(zhuǎn)子 的隔離葉片 ,葉片質(zhì)心較傳統(tǒng)滑片式的葉片質(zhì)心 更加靠近回轉(zhuǎn)中心 ,可以減少葉片外端與氣缸之間的摩擦 ,但缸孔型線較難加工 。(12) 本文作者提出過一種嵌固葉片式旋轉(zhuǎn)壓配置14,以改善葉片的摩擦受力狀況 。圖 5 雙層滑片旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)(7) 日本馬自達(dá)等公司通過增加一個(gè)可以自 由旋轉(zhuǎn)的缸套15 ,16 (如圖 6 所示) ,使得葉片外端 部的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度大為下降 ,以此減少摩擦損耗 , 但隨之帶來了旋轉(zhuǎn)缸套外柱面的減摩問題 ,因?yàn)?它的旋轉(zhuǎn)半徑太大導(dǎo)致了較大的粘滯阻力矩 。另 一方面 ,這種機(jī)型的進(jìn)氣通道不易布置 ,而且葉片 與端蓋的密封沒

14、有解決 。縮機(jī)21 ,22,葉片的外端和 2 個(gè)側(cè)端分別與旋轉(zhuǎn)缸套和隨動(dòng)端蓋緊固配合 ,消除了這些部位的摩擦和泄漏現(xiàn)象 ,不足之處是轉(zhuǎn)子采用懸臂結(jié)構(gòu)致使 結(jié)構(gòu)不夠緊湊 ,且高低壓腔還存在一個(gè)軸向動(dòng)態(tài) 密封結(jié)構(gòu) 。(13) 為減少滾動(dòng)活塞壓 縮 機(jī) 的 徑 向 間 隙 泄 漏 ,有企業(yè)采用“偏心裝配”技術(shù) ,使得當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)至壓縮 壓 力 較 大 處 時(shí) 處 于 較 小 的 徑 向 間 隙 ( 4 8m) ,其它位置時(shí)則選擇較大的徑向間隙 ( 12 20m) ,以平衡加工精度和泄漏損失 。但這種方 法對(duì)裝配及檢測(cè)要求很高 。此 外 , 韓 國(guó) 三 星 電 子 公 司 、重 慶 大 學(xué)圖 6 自由旋轉(zhuǎn)

15、缸套式壓縮機(jī)(8) 陳觀生等提出一種無偏心橢圓轉(zhuǎn)子壓縮(見圖 7) ,其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是將轉(zhuǎn)子做成橢圓狀機(jī)17且中心布置 ,利用增加密封線弧長(zhǎng)的辦法改善轉(zhuǎn)子與缸孔之間徑向間隙處的泄漏 ,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了完 全動(dòng)靜平衡 ,但葉片與兩側(cè)端蓋處的摩擦和泄漏等23 25,從摩擦學(xué)的角度研究了材料的成分 、滑片表面鍍層 、摩擦副不同材料配對(duì)等對(duì)壓縮機(jī)主© 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. FLUID MACHINERYVol134 ,No11 ,200638Conferenc

16、e at PurdueC 1USA :Purdue University ,33923461潘樹林 ,傅云樹 ,楊霖 ,等 . 葉片鉸接滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓要零部件摩擦與磨損的影響 ,并設(shè)計(jì)了專門的實(shí)驗(yàn)方案 ,多角度分析了摩擦特性 ,獲得了有價(jià)值的 數(shù)據(jù) 。需要指出的是 ,國(guó)內(nèi)外科技工作者和一些著 名公司 ,近年來陸續(xù)開發(fā)出許多新型高效壓縮機(jī) ,如美國(guó)泰康公司開發(fā)的十字滑塊式壓縮機(jī) 、日本 東芝公司開發(fā)的螺旋葉片壓縮機(jī) ,另外還有轉(zhuǎn)缸 滾動(dòng)活塞壓縮機(jī)以及提出雖早但解決摩擦和密封 問題后才得以應(yīng)用的汪克爾三角轉(zhuǎn)子壓縮機(jī) 、余 擺線轉(zhuǎn)子壓縮機(jī) ,還有目前研究較多的渦旋壓縮機(jī)等 ,雖不屬滑片結(jié)構(gòu)壓縮機(jī)的范疇

17、 ,但所采用的 一些獨(dú)特的減摩技術(shù)和密封理念是可以借鑒的 。8縮機(jī)結(jié) 構(gòu) 特 點(diǎn) 及 工 作 原 理 J .(10) :1241流 體 機(jī) 械 , 2002 , 309耿葵花 ,李辛沫 ,王清 ,等 . 低振動(dòng)低摩擦鉸接葉片式旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī) 的 研 究 J .(5) :74527471機(jī) 械 科 學(xué) 與 技 術(shù) , 2002 ,10潘樹林 ,傅云樹 ,陸勇 ,等 . 轉(zhuǎn)缸鉸接滑片壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)分析 J . 流體機(jī)械 , . 2002 ,30 (11) :362371 屈宗長(zhǎng). 同步回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)的幾何理論 J . 西安 交通大學(xué)學(xué)報(bào) ,2003 , (7) :731273311112屈宗長(zhǎng). 同步回轉(zhuǎn)式

18、壓縮機(jī) P .申請(qǐng)?zhí)?200410026053. 71中國(guó)發(fā)明專利 :13馬國(guó)遠(yuǎn) ,彥啟森 ,江億 ,等 . 雙層滑片壓縮機(jī)的動(dòng)力特性分析 J . 制冷學(xué)報(bào) ,1999 , (4) :1281馬國(guó)遠(yuǎn). 滑片壓縮機(jī)滑片傾角最佳值的探討 J .機(jī)械月刊 (臺(tái)灣) ,1998 , (10) :26022681Mazda Motor Corp . Rotary Compressor with Turing SleeveP . J P59188077A 2J P59188093A ,19841Hiroshi Sakamaki ,Utsunomiva . Vane2type rotation com2 p

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21、計(jì)研究 J . 流體機(jī)械 ,2003 ,31 (9) :292311Hoon Choa Sung. Tribological Characteristics of VariousSurface Coatings for Rotary Compressor Vane J . Wear ,1998 ,211 :772851Young2Ze Lee , Se2Doo Oh. Friction and Wear of the Rotary Compressor Vane2roller Surfaces for Several Slid2 ing ConditionJ . Wear ,2003 ,255

22、 :1168 211731余紅華 ,鄧小桅 . 旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)定轉(zhuǎn)子摩擦副材料3結(jié)語14綜上所述 ,目前研究滑片類旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)減摩技術(shù)和密封結(jié)構(gòu)的主要著眼點(diǎn)在 : 改進(jìn)葉片外端 部的受力狀況和潤(rùn)滑狀況 ,降低運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)運(yùn) 動(dòng)速度 ,增加密封線 ( 面) ,改進(jìn)摩擦副的材質(zhì) ,從 裝配角度入手控制泄漏間隙 。上述措施有些已經(jīng)付諸實(shí)施并取得了良好的 效果 ,有些尚在進(jìn)一步探討和改進(jìn)中 。作者認(rèn)為 , 控制摩擦與控制泄漏往往是一對(duì)矛盾的問題 ,間 隙減小固然泄漏減少 ,但卻易導(dǎo)致摩擦加劇 ,而兩 者兼顧的最好辦法是從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行創(chuàng)新 ,如前述的 (1) 、(4) 、( 6) 、( 9) 和 ( 10) 方案是實(shí)現(xiàn)低摩擦低 泄漏設(shè)計(jì)的較佳方案 ,但在具體選擇時(shí)應(yīng)視產(chǎn)