類擺線壓縮機定轉子潤滑性能分析研究

tags: 壓縮 壓縮機    時間:2014-03-11 12:24:28
類擺線壓縮機定轉子潤滑性能分析研究簡介
      摘要 類擺線壓縮機是一種新型的迴轉式壓縮機。本文簡單介紹了類擺線壓縮機轉子的受力分析;利用彈性動力潤滑理論,對定轉子間的潤滑性能進行了比較……
類擺線壓縮機定轉子潤滑性能分析研究正文
    

摘要 類擺線壓縮機是一種新型的迴轉式壓縮機。本文簡單介紹了類擺線壓縮機轉子的受力分析;利用彈性動力潤滑理論,對定轉子間的潤滑性能進行了比較詳細分析,並計算了其最小油膜厚度:分析了主軸直徑、跨距、定轉子間隙大小對其潤滑性能的影響,為壓縮機的設計提供理論參考。

關鍵詞 類擺線壓縮機 最小油膜厚度 相對曲率半徑 接觸壓力

0 前 言

隨著生產技術的進步,迴轉式壓縮機取代往複式活塞壓縮機是壓縮機發展的必然趨勢。作為一種新型的迴轉式壓縮機,類擺線壓縮機具有體積小、重量輕、平衡性好、轉速高、輸氣均勻、壓力脈動小、容積利用率高等許多優點,雖然目前尚無這種壓縮機的應用,但是開發研製這種新型的壓縮機,對壓縮機的發展有非常重要的意義。在研製類擺線壓縮機的過程中,發現定轉子耐磨性較差,磨損較為嚴重,磨損后的補償性較差,因此針對這些問題,進行以下工作:定轉子型線分析;材料分析及實驗;潤滑油品分析及實驗;定轉子受力分析;定轉子潤滑性能分析計算等等。本文主要主分析定轉子潤滑性能,計算其最小油膜厚度,分析了潤滑性能的影響因素,改善其潤滑性能,提高其耐磨性能,從而提高其使用壽命。

1 類擺線壓縮機轉子受力分析

轉子受力分析簡圖如圖1所示,作高速行星運動的轉子受到以下力作用:
(1) 轉子慣性離心力Sr;
(2) 容積腔氣壓差所產生的合力Fg:
(3) 相位內齒輪所受的徑向力fr、圓周力ft;
(4) 轉子受到主軸的接觸壓力Nr;
(5) 轉子受到定子的接觸壓力N1、N2;


圖 1 轉子受力分析

2 定轉子接觸點潤滑分析

由於定子的三個尖點處型線的曲率半徑為零,轉子的四個圓頂角處的曲率半徑比較小,潤滑性能較差,也較容易磨損。以下主要是針對此兩處接觸情況進行分析討論,如圖2所示。根據前面的受力分析,由於轉速較高,慣性離心力很大,經計算比主軸作用於轉子上的接觸壓力Nr和相位外齒輪作用於相位內齒輪的徑向力fr大得多,是影響定轉子嚙合點潤滑性能最重要的力。但是,接觸壓力Nr方向剛好與轉子慣性離心力Sr相反,可以大大削弱它的作用。還有相位外齒輪作用於相位內齒輪的徑向力fr的方向也剛好與轉子慣性離心力Sr相反,也將削弱它的作用。


(a)






(b)
圖 2 定轉子接觸點潤滑分析

對於圖2a的情況:慣性離心力大小不變,方向隨主軸的轉動而改變,此時慣性離心力將指向接觸點5。此時為五點接觸,有兩個接觸點3和兩個接觸點7以及一個接觸點5一起承受力的作用。根據Hertz線接觸應力分佈,在定子的尖點處,曲率半徑為零,兩個接觸點7就不承受接觸壓力的作用,或者說它承受接觸壓力極小,是良性磨損,磨損之後,不再承受接觸壓力的作用。接觸點3的相對曲率半徑比接觸點5相對曲率半徑大得多,因此接觸點5承擔的接觸壓力比接觸點3小得多,力主要由兩個接觸點3承擔。接觸點5承擔的接觸壓力小使其潤滑性能比較好,而接觸點3由於它相對曲率半徑較大而使其潤滑性能較好。對於接觸點1,由於慣性離心力指向它的反向。此處根本就不存在接觸壓力的作用,所以此時此處的潤滑性能很好。

3 最小油膜厚度的計算與討論

根據某廠提出的要求:製冷量為10,000kcal/h(116.667kW),製冷工質R22,本壓縮機研究室根據以上要求進行類擺線壓縮機的樣機設計工作。

根據Hooke線接觸潤滑狀態圖,從剛性等粘度潤滑到變粘度潤滑各種不同的潤滑理論,相應地得出了四個不同的油膜厚度計算公式[3]。

(1) 剛性一等粘度區

(2) 剛性—變粘度區

(3) 彈性—等粘度區

(4) 彈性—變粘度區

式中 B——壓縮機轉子厚度 α——潤滑油粘壓係數

 U——相對速度

N——接觸點處的正壓力

 E——綜合彈性模量
R——接觸點處綜合曲率半徑

 η0——潤滑標準大氣壓下的油粘度

利用線接觸潤滑狀態圖,根據工況條件計算出粘性參數gv和彈性參數ge的數值,根據相應的公式計算最小油膜厚度hmin。在上面的分析中,由於在接觸點4,其潤滑性能比較差,現在就針對該點進行最小油膜厚度的計算,電機轉速取1500r/min,支點跨距取180mm,定轉子最大間隙取0.06mm,主軸直徑取30mm,運動粘度取30cst,計算結果最小油膜厚度為0.81μm,處於彈性—變粘度區,其潤滑性能是比較差的,說明擺線壓縮機的有些參數設計不很理想。

根據圖3、圖4、圖5可以得出:開始處於彈性—變粘度區,最小油膜厚度的變化極小,大約在0.7μm~0.9μm之間變化,然後進入剛性—變粘度區,最小油膜厚的變化開始增加,大約在0.9μm~1.0μm之間變化,但是區間極短,緊接著進入剛性一等粘度區,最小油膜厚度迅速增大,從1.0μm幾十μm。


圖3 主軸直徑—最小油膜厚度關係


圖4 跨距—最小油膜厚度關


圖5 最大間隙—最小油膜厚度關係

4 結論

(1) 主軸直徑的增加,最小油膜厚度大大增加,處於剛性一等粘度區。但是,主軸直徑要受到型線設計中小圓直徑的限制。
(2) 跨距的減小,最小油膜厚度增加,處於剛度一等粘度區。但是,跨距的減小壓縮機容積利用率將減小。
(3) 定轉子最大間隙的增加,最小油膜厚度增加,處於剛性一等粘度區。但是,要密封住氣體,定轉子間的最大間隙要受到限制。

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