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本科畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告
論 文 題 目：客車空調(diào)用渦旋壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計學(xué) 院：
畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告要求
開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文
（設(shè)計）的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。
一、選題依據(jù)
1. 論文（設(shè)計）題目及研究領(lǐng)域；
2. 論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值；
3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢。二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容 1.重點(diǎn)解決的問題；
2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路）；
3. 本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果。
三、論文（設(shè)計）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）；
2. 論文（設(shè)計）進(jìn)度計劃。
四、文獻(xiàn)查閱及文獻(xiàn)綜述
學(xué)生應(yīng)根據(jù)所在學(xué)院及指導(dǎo)教師的要求閱讀一定量的文獻(xiàn)資料，并在此基礎(chǔ)上通過分析、研究、綜合，形成文獻(xiàn)綜述。必要時應(yīng)在調(diào)研、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相關(guān)的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順，較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。
五、其他要求
1. 開題報告應(yīng)在畢業(yè)論文（設(shè)計）工作開始后的前四周內(nèi)完成；
2. 開題報告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會審查通過；
3. 開題報告不合格或沒有做開題報告的學(xué)生，須重做或補(bǔ)做合格后，方能繼續(xù)論文（設(shè)計）工作，否則不允許參加答辯；
4. 開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師；
5. 開題報告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。?。
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一、選題依據(jù)
1、研究領(lǐng)域
降低生產(chǎn)制造成本被列為研究工作的首要任務(wù)之一。提高渦旋盤的生產(chǎn)效率， 設(shè)計出更加緊湊與更加適宜于工業(yè)化生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)都是直接的措施。通過壓縮過程模擬及優(yōu)化設(shè)計，采用新的材料與新的機(jī)構(gòu)來減少機(jī)械摩擦損失，氣體泄漏損失，傳熱損失，氣流阻力損失，提高渦旋壓縮機(jī)的工作效率和工作可靠性。擴(kuò)寬應(yīng)用范圍和適用領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品系列化。擴(kuò)大變頻調(diào)速技術(shù)和熱泵技術(shù)的應(yīng)用。
2、論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值
21 世紀(jì)，隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及人們生活水平的改善，人們對物質(zhì)的追求也在不斷的提高，汽車作為一種有效的代步工具逐漸進(jìn)入家庭，并在人們的日常生活中扮演著越來越重要的角色。
隨著人們對汽車舒適性的要求不斷提高以及對環(huán)境意識的不斷增強(qiáng)，汽車空調(diào)的前景和未來市場也為人們所看好。渦旋壓縮機(jī)是國際上 70 年代開發(fā)應(yīng)用的一種新型壓縮機(jī)，它以高效率、高可靠性、低能耗、低噪音、零件數(shù)少、結(jié)構(gòu)緊湊等突出優(yōu)點(diǎn)引起許多國家的重視，被稱為全新一代（第三代）壓縮機(jī)。在 1705kw 輸出功率的范圍內(nèi)，渦旋壓縮機(jī)已在單元式空調(diào)機(jī)及汽車空調(diào)器種得到相當(dāng)普遍的應(yīng)用，并很快牢固地占領(lǐng)了市場。由于渦旋壓縮機(jī)在較寬的頻率范圍內(nèi)（30120hz）均有較高的容私效率與絕熱效率，適合采用變頻裝置，可進(jìn)一步降低空調(diào)器的能耗，提高舒適性，所以在空調(diào)領(lǐng)域中具有廣闊的發(fā)展前景。為防止臭氧層被破壞，汽車空調(diào)領(lǐng)域中具有采用全封閉式渦旋壓縮機(jī)的發(fā)展方向。此外，渦旋空氣壓縮機(jī)、渦旋氦氣壓縮機(jī)、渦旋膨脹機(jī)、渦旋真空泵、渦旋液體泵也在積極開發(fā)與研制當(dāng)中《。渦旋壓縮機(jī)最早由法國工程師 Creux 發(fā)明并于 1905 年在美國獲得利。但由于難以得到高精度的渦旋形狀，缺乏實(shí)用而可靠地驅(qū)動機(jī)構(gòu)，摩擦磨損問題不能妥善解決，因此渦旋壓縮機(jī)在將近 70 年的時間內(nèi)未得到普及應(yīng)用。直到 70 年代初期，美國的 ADL 公司及日本，中國的幾家公司又相繼重新開始渦旋壓縮機(jī)的研究開發(fā)工作。因若干關(guān)鍵技術(shù)逐步得到解決，于 80 年代初就推出了空調(diào)用渦旋壓縮機(jī)的系列產(chǎn)品。這些產(chǎn)品與相同容量的往復(fù)式壓縮機(jī)相比，體私小 40％，重量輕巧％，零件數(shù)減少 85
％，效率提高 10％，扭矩變化幅度小 90％，噪聲降低 5dB(A)。
制冷壓縮機(jī)是空調(diào)裝的核心，用汽車窄調(diào)的壓縮機(jī)多達(dá) 30、40 種地主
要機(jī)型是壓縮式容積型的壓縮機(jī)。其中以往復(fù)活塞立式樂縮機(jī)裝入汽車空調(diào)為
最早，而現(xiàn)在基本上被斜盤式壓縮機(jī)替代，斜盤式壓縮機(jī)是汽車空譴最主要的 機(jī)型，因?yàn)樾北P式壓縮機(jī)的設(shè)計、結(jié)構(gòu)及加工工藝、維修等都比較成熟，以斜 盤式作為汽車壓縮機(jī)約占總壓縮機(jī)量的 80％，從壓縮機(jī)容積效率、零件數(shù)多少、尺寸緊湊、重量指標(biāo)、節(jié)能效果、噪音以及耐久性等進(jìn)行比較，人們選擇汽車 翎周器的壓縮機(jī)重由傳統(tǒng)的往復(fù)活塞式汽車空調(diào)轉(zhuǎn)向回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，叵轉(zhuǎn)式
壓縮枧主要機(jī)型有旋葉式、滾動活塞弋、螺桿式、三角轉(zhuǎn)子式、渦旋式壓縮機(jī)等。其中最引人注目的是渦旋式生縮機(jī)。渦旋壓縮機(jī)作為第 3 代壓縮機(jī)產(chǎn)品， 與第 1 代往復(fù)式壓縮機(jī)比較，有結(jié)構(gòu)簡單、體積小和重量輕的特點(diǎn)生與第 2 代產(chǎn)品回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)比較渦旋壓縮機(jī)有較高的容積系數(shù)，且氣流脈動低。渦旋 式洼縮機(jī)在汽車上的應(yīng)用有增加的趨勢，因此，丌展汽車空調(diào)用渦旋壓縮機(jī)技術(shù)研究具有重要的理論意義和工程實(shí)用價值。
3、目前研究的概況和發(fā)展趨勢
（1）渦旋壓縮機(jī)的國外發(fā)展歷史
1915 年，法國人提出渦靛機(jī)械的工作原理，并申請美國專利。70 年代，高精度 數(shù)控銑床的涌現(xiàn)和世界能源危機(jī)的加劇，促進(jìn)了渦旋壓縮機(jī)的發(fā)展。1972 年，美國的公司成功開發(fā)出壓縮氮?dú)獾臏u旋壓縮機(jī)，并應(yīng)用在遠(yuǎn)洋海輪上，標(biāo)志著渦旋壓縮 機(jī)實(shí)用化年代的到來。80 年代苤渦旋壓縮機(jī)首先在空壓縮枳技術(shù)領(lǐng)域取得商業(yè)應(yīng)用。
〔81 年，
Sanden,MitsubishiHeavy 哣豁推出汽車空調(diào)用渦旋壓縮機(jī)；83 年，Hitachi 推出柜式仝調(diào)用全封閉渦旋壓縮機(jī)：87 年，d 開始生產(chǎn)空調(diào)壓縮機(jī)）年代。渦靛壓機(jī)的系列化產(chǎn)品相繼問世。日木松下電器公司生產(chǎn)出家用窒調(diào)用小型全封閉壓縮機(jī)；東芝公司推出列車空調(diào)用壓縮機(jī)；Carrier 公司推出在冷水杌組上并聯(lián)使用的渦旋壓機(jī)。渦旋空氣壓縮機(jī)也得到一定的發(fā)展。
（2）渦旋壓縮機(jī)的國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
近些年來，我國壓縮機(jī)行業(yè)符到了較快的發(fā)展。國外的一知名壓縮機(jī)廠家紛紛以獨(dú)資或者合資的方式進(jìn)入我國市場，目前已有日本 Matsushita 公司以及美國的Copelan.Trane 第公司陸續(xù)投入了批量生產(chǎn)，但是大部分技術(shù)及資金都集中在制冷、空調(diào)領(lǐng)域。洞輪式空氣壓縮機(jī)方面由于生產(chǎn)技術(shù)和性能研究仍不完善，發(fā)展相對健慢，園內(nèi)具有市場競爭力的家不多，國外僅有瑞典 Alas.日本 lwaa.Misui Seiki 等幾家公司投入生產(chǎn)。因此，對渦旋式空壓機(jī)性能及技術(shù)改造的研究是得日趨要。國
際上，70%以上研究渦旋樂縮機(jī)的文獻(xiàn)都偏向于制冷、空調(diào)方面而對于汽車空調(diào)用渦旋式壓縮機(jī)的研究較少國內(nèi)渦旋式壓縮機(jī)的研究也只是近 10 年的事情。先后有蘭州理工大學(xué)、西安交通大學(xué)、甘南工業(yè)大學(xué)、合肥通用機(jī)核研究所及一些其他院、所和工廠對調(diào)庭技術(shù)進(jìn)行了有規(guī)模的研究開發(fā)，井研制出滿旋式空氣后縮機(jī)不阿型號的樣機(jī)然而由 J 生產(chǎn)加 1 設(shè)各相對客后，開部工作主要集中在微、小型壓煙機(jī)上至令國內(nèi)汽車空湖上滿旋式壓城機(jī)州本實(shí)現(xiàn)大量應(yīng)用。
二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容1.重點(diǎn)解決的問題
（1） 確定本設(shè)計中采用的壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)。
（2） 需由受力分析推斷出的壓縮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)。
（3） 利用三維軟件獨(dú)立完成基于汽車空調(diào)壓縮機(jī)三維造型建模及其零件造型。
（4） 要求造型準(zhǔn)確清晰，能反應(yīng)空調(diào)壓縮機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
（5） 對曲軸進(jìn)行受力分析，并進(jìn)行強(qiáng)度校核。
2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路）
本設(shè)計為渦旋壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要零件包括動渦旋盤、靜渦旋盤、十字架及曲軸的結(jié)構(gòu)。首先，確定了重要結(jié)構(gòu)參數(shù)，然后對給出其二維圖，并用 Solidworks 建立渦旋壓縮機(jī)整體實(shí)體模型。通過以上設(shè)計的設(shè)計過程，我們最終得到了蝸旋壓縮機(jī)。最后對曲軸進(jìn)行受力分析，并進(jìn)行強(qiáng)度校核。
3. 本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果
確定壓縮機(jī)的重要結(jié)構(gòu)參數(shù)。完成汽車空調(diào)壓縮機(jī)三維造型建模及其零件造
型，造型準(zhǔn)確清晰，反應(yīng)出空調(diào)壓縮機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu), 對曲軸進(jìn)行受力分析，并進(jìn)行強(qiáng)度校核。
三、論文（設(shè)計）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）；
（1） 設(shè)計采用的是立式全封閉低壓殼體腔結(jié)構(gòu)。低壓殼體腔渦旋壓縮機(jī)的吸氣管道不是直接接入壓縮機(jī)的吸氣腔中，而是接入殼體腔中，因此進(jìn)入吸氣腔的氣體的過熱比高壓殼體腔的大。有利于提高電動機(jī)的工作效率。當(dāng)吸氣管道中的氣體帶有液滴時，不會直接導(dǎo)致壓縮腔液擊。
（2） 設(shè)計的已知條件
理論排氣量 0.6m3/min； 進(jìn)口壓力 0.1Mpa（絕對）； 出口壓力 0.6Mpa（絕對）。
（3） 在壓縮機(jī)設(shè)計過程中，探討借用其他壓縮機(jī)的現(xiàn)有零件的新方法，以提高通用化，降低生產(chǎn)成本。
（4） 借助有關(guān)研究成果，選取合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)，運(yùn)用 CAD 或 SolidWorks 軟件進(jìn)行輔助設(shè)計、裝配、模擬、仿真，利于及早發(fā)現(xiàn)運(yùn)行或裝配缺陷，提高設(shè)計效率和質(zhì)量。探討避免運(yùn)轉(zhuǎn)的干涉和裝配干涉的設(shè)計手段和方法。
（5） 對曲軸進(jìn)行受力分析，并進(jìn)行強(qiáng)度校核。2.論文（設(shè)計）進(jìn)度計劃
第 1 周：根據(jù)學(xué)生自身情況，布置畢業(yè)設(shè)計題目，明確設(shè)計任務(wù)，并指導(dǎo)其進(jìn)行文獻(xiàn)查閱。
第 2 周：匯報文獻(xiàn)查閱情況，分析畢業(yè)設(shè)計主要內(nèi)容，提出重點(diǎn)與難點(diǎn)。
第 3 周：給出文獻(xiàn)綜述，并撰寫開題報告。
第 4 周：集中開題，根據(jù)老師意見完善研究內(nèi)容。
第 5 周：渦旋壓縮機(jī)工作原理研究。
第 6 周：給出渦旋壓縮機(jī)設(shè)計初步方案，并進(jìn)行完善。
第 7 周：根據(jù)已知參數(shù)設(shè)計渦旋壓縮機(jī)主要部件結(jié)構(gòu)，包括動渦旋、靜渦旋盤等。
第 8 周：根據(jù)已知參數(shù)設(shè)計渦旋壓縮機(jī)主要部件結(jié)構(gòu)，包括電機(jī)選擇、十字架、曲軸等。
第 9 周：給出渦旋壓縮機(jī)整體結(jié)構(gòu)裝配圖第 10 周：以曲軸為例對其進(jìn)行強(qiáng)度分析。第 11 周：撰寫設(shè)計說明書初稿。
第 12 周：翻譯外文文獻(xiàn)，準(zhǔn)備答辯。
第 13 周：完善設(shè)計說明書，完成答辯 PPT。
四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)
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[2] 杜濤,孟曉磊,李晨凱,唐景春.汽車空調(diào)渦旋壓縮機(jī)的階梯型齒形結(jié)構(gòu)分析[J].
制冷技術(shù),2017,37(01):44-47.
[3] 彭斌,朱兵國.基于圓漸開線渦旋壓縮機(jī)的幾何模型研究[J].流體機(jī)械,2016,44(05):16-21.
[4] 雷杰. 渦旋壓縮機(jī)防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)特性研究[D].蘭州理工大學(xué),2016.
[5] 閆清泉.渦旋壓縮機(jī)發(fā)展概述和選型對比分析[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程,2015,53(02):56-59.
[6] 吳昊. 渦旋壓縮機(jī)對稱圓弧加直線修正型線理論研究[D].合肥工業(yè)大學(xué),2015.
[7] 唐景春,左承基.電動汽車空調(diào)熱泵型渦旋壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)分析[J].制冷學(xué)報,2014,35(02):54-58.
[8] 楊猛,徐新喜,白松,劉孝輝,譚樹林.渦旋壓縮機(jī)模態(tài)試驗(yàn)與有限元分析[J].噪聲與振動控制,2013,33(06):15-17+39.
[9] 孫會偉. 渦旋壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的協(xié)同優(yōu)化設(shè)計[D].蘭州理工大學(xué),2013.
[10] 李超,余洋,趙嫚.渦旋壓縮機(jī)的虛擬建模與運(yùn)動仿真[J].流體機(jī)械,2012,40(01):17-21.
[11] 王作洪. 制冷渦旋壓縮機(jī)的仿真與優(yōu)化[D].蘭州理工大學(xué),2006.
[12] 王偉. 渦旋壓縮機(jī)渦旋新型線及系統(tǒng)動力學(xué)研究[D].重慶大學(xué),2004.
[13]韓賓.汽車空調(diào)渦旋壓縮機(jī)研究[J].壓縮機(jī)技術(shù),2003(06):8-10+15.
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附：文獻(xiàn)綜述
文獻(xiàn)綜述
1. 制冷劑的選用
聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署于 1995 年底作出決議，要求發(fā)達(dá)國家與 2020 年停止使用HCFC(含氟利昂非環(huán)保制冷劑)，維修使用至 2030 年，發(fā)展中國家于 2016 年凍結(jié)2015 年消費(fèi)量，2040 年全部停止使用。因此，我國距離停止使用 HCFC 為期不遠(yuǎn)了，研究尋求合適的替代品已是刻不容緩。目前普遍認(rèn)為用于家用空調(diào)器比較接近R22 性能的有 R407C、R410A 和 R404A。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，新型制冷劑的研發(fā)速度也是大大加快，R417A、R420A、R421A 等繼 R407C、R410A 之后的第三代環(huán)保制冷劑也已經(jīng)問世，相繼會在一些廠家的高端產(chǎn)品上得到使用。但是，新型制冷劑
生產(chǎn)工藝核心專利還是掌握在霍尼韋爾、杜邦等跨國化學(xué)巨頭的手中。 雖然第三代環(huán)保制冷劑已經(jīng)面世，但家用空調(diào)器在替代使用上，綜合各種因素還是普遍選擇 R134a，氟利昂 134A 是一種新型制冷劑，屬于氫氟烴類（簡稱 HFC）。它的熱工性能接近 R12（CFC12），破壞臭氧層潛能值 ODP 為 0，但溫室效應(yīng)潛 WGP1300，現(xiàn)被用于冰箱、冰柜和汽車空調(diào)等系統(tǒng)，以代替 R12。
它比 R12 的優(yōu)越性在于以下幾個方面： 1、R134a 不含氯原子，對大氣臭氧層不起破壞作用； 2、R134a 具有良好的安全性能（不易燃，不爆炸，無毒，無剌激性無腐性）； 3、R134a 的傳熱性能比較接近，所以制冷系統(tǒng)的改型比較容易； 4、
R134a 的傳熱性能比 R12 好，因此制冷劑的用量可大大減少。
2. 潤滑油、效率
①潤滑油對制冷壓縮機(jī)來說，潤滑油是最重要的要素之一。雖然潤滑油對壓縮機(jī)磨損件的潤滑有重要的作用，但它的性能與制冷劑有密不可分的關(guān)系。若潤滑油與制冷劑不互溶，則需裝油分離器，例如對于氨系統(tǒng)：如果可溶，則從排氣管排出的油與制冷劑經(jīng)過循環(huán)后必須返回壓縮機(jī)。不同于 CFC 與 HCFC，HFC 不與礦物質(zhì)潤滑油互溶。許多制冷與空調(diào)制造商以及潤滑油制造商，一直都在研究理想潤滑油或加入其它成分的潤滑油。 ② 能源效率 這是一個制冷與空調(diào)制造商必須長久對付的課題。如今對小型家用空調(diào)器及家用冰箱，影響壓縮機(jī)效率最大的是電動整流式(ECMS)電動機(jī)。在變頻技術(shù)出現(xiàn)時，交流感應(yīng)電機(jī)是主流。近年來為了確保高效， 直流無刷式電機(jī)被普遍采用， 通過熱發(fā)電不僅可以減少熱負(fù)荷，而且還可以減少輸入功率。提高了壓縮機(jī)的效 率并不是唯一的提高整機(jī)效率的方法，制冷與空調(diào)設(shè)備的效率很大程度還受熱交 換器效率高低的影響，也與制冷劑充灌的種類與數(shù)量有關(guān)[3]。
3. 氣閥
氣閥是往復(fù)活塞式壓縮機(jī)中的重要部件,也是易損壞的部件之一。它的好壞直接影響壓縮機(jī)的排氣量、功率消耗及運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性,目前壓縮機(jī)正向高速方向發(fā)展,而限制轉(zhuǎn)速提高的關(guān)鍵問題之一就是氣閥。從氣閥工作原理來看,氣閥工作性能將直接影響壓縮機(jī)氣缸的工作,因此,對氣閥有如下要求: (1)阻力損失小。氣閥阻力損失大小與氣流的閥隙速度及彈簧力大小有關(guān)。氣速越高,能量損失越大;彈簧力過大,阻力損失也大,其大小按氣閥運(yùn)動規(guī)律的合理性準(zhǔn)則設(shè)計確定。 (2)氣閥關(guān)閉及時、迅速,關(guān)閉時不漏氣,以提高機(jī)器的效率,延長使用期。 (3)壽命長、工作可靠。限制氣閥壽命的主要因素是閥片及彈簧質(zhì)量,一般對長期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的壓縮機(jī),希望壽命達(dá)8000 小時以上;對移動式、短期或間歇運(yùn)轉(zhuǎn)的壓縮機(jī),要求可稍低些。 (4)形成的余隙容積要小。 (5)噪聲小。 此外,還要求氣閥裝配、安裝、維修方便,加工容易等。 根據(jù)某些關(guān)于氣閥的研究文獻(xiàn)可以看出,閥片對升程限制器或閥座的沖擊力的大小與以下諸因素有關(guān): (1)閥片質(zhì)量大時,沖擊力大。故閥片質(zhì)量輕對減小沖擊力是有好處的。也可以看出用增加閥片厚度的辦法來減少閥片中的應(yīng)力并不一定能得到預(yù)期效果。前壓縮機(jī)中的氣閥多采用多環(huán)窄通道氣閥,閥片質(zhì)量較輕,沖擊力將減少,這是有利的。 (2)轉(zhuǎn)速 n 增加時沖擊力增大,且沖擊頻率也增加,閥片壽命將縮短。 (3)氣閥的彈簧過軟或者由于膠著等原因,使氣閥延遲關(guān)閉,沖擊力特別大,氣閥易損壞。為了提高壽命需要加大彈簧力,但彈簧力過大也不太合適,因?yàn)榇藭r不但會加大氣流通過氣閥的阻力損失,而且還因氣閥兩邊的壓力差不足以克服彈簧力,使閥片不能一直貼合在升程限制器上而產(chǎn)生振蕩造成總的阻力損失增加。因此為克服這一矛盾的影響,選用變剛性彈簧是比較理想的,即彈簧力在氣閥剛開啟階段較軟,以后迅速變硬,以減少氣閥對升程限制器的沖擊;關(guān)閉時,開始很迅速,后來彈簧力迅速變小,可以減少對閥座的沖擊。 (4)升程 h 大時,沖擊力大。因此升程不宜取得過高。但升程過小,氣閥阻力會增加。因此,在兼顧不致使氣閥阻力過大的情況下,力求升程值小些。 (5)從氣閥運(yùn)動曲線圖中可以看出,閥片對升程限制器的沖擊速度大于對閥座的沖擊速度,但前者支承面積較大,而后者的支承面積僅僅是閥片與閥座的狹窄的密封周邊,故對閥座的沖擊應(yīng)力仍然較大,這也是它易于損壞的主要原因之一。
此外,從壓縮工作循環(huán)過程來看,由于膨脹過程中壓力下降比壓縮時壓力上升來得快, 因此,排出閥關(guān)閉不及時所造成的影響將會更嚴(yán)重一些。為此,排出閥上配備的彈簧剛性應(yīng)比吸入閥的彈簧剛性大些。 氣閥彈簧的失效形式： (1)我們從壓縮機(jī)使用過的閥簧中可以得到,大多數(shù)的閥彈簧端圈已經(jīng)磨得發(fā)亮,其中不少閥端部磨平圈長
度已經(jīng)減少,許多彈簧外圍已經(jīng)磨出了光亮的棱。 (2)松弛變形,有些彈簧的節(jié)距已經(jīng)不等,尤其在靠近端圈的幾圈,節(jié)距明顯變大,剛度下降,自由高度恢復(fù)不到原來的高度。 (3)閥彈簧碎斷。 氣閥彈簧對閥片壽命的影響： 彈簧失效是導(dǎo)致閥片斷裂的主要原因之一。根據(jù)壓縮機(jī)氣閥失效的調(diào)查統(tǒng)計,發(fā)現(xiàn)在有閥片斷裂的氣閥中, 幾乎都存在失效的彈簧,彈簧有斷裂,也有松弛變形,檢修過程中還發(fā)現(xiàn)有些閥片未損壞而彈簧有幾個已經(jīng)碎斷。至于閥片損壞而彈簧未損壞的卻極少見。由此可見,彈簧往往先于閥片失效,由于彈簧本身的質(zhì)量或某些工藝用壓縮機(jī),由于工藝條件的限制, 在個別級的壓力比較高,造成排氣溫度過高,彈簧在較高溫度下長期工作,在交變載荷作用下,彈簧由彈性變形轉(zhuǎn)化為塑性變形,使強(qiáng)度降低或產(chǎn)生蠕變現(xiàn)象,使彈簧斷裂、長度減少、彈力下降。由于彈簧的失效,閥片受力不均勻、產(chǎn)生附加彎矩,運(yùn)動規(guī)律受到嚴(yán)重的影響,閥片的開啟和關(guān)閉不靈活,加大了對升程限制器、閥座的撞擊力,彈簧的斷裂還會使閥片帶來刻痕,加速閥片失效,最后導(dǎo)致閥片斷裂。 壓縮介質(zhì)的腐蝕對閥片壽命的影響： 壓縮機(jī)的工作介質(zhì)一般都具有腐蝕性,如含 H2O、CO2 等使閥片的材料疲勞極限顯著降低。同時氣流以較高的速度沖刷閥片容易造成閥片表面組織破壞,產(chǎn)生腐蝕,出現(xiàn)麻點(diǎn)或凹坑。另外,由于壓縮機(jī)的壓縮介質(zhì)都有一定的濕 度,特別是油水分離器效果下降時,分離不凈的潤滑油和壓縮氣體經(jīng)冷卻器后析出的水分混合在氣體中,當(dāng)隨氣體流過氣閥時,有一部分貼附在閥座密封口、閥片和升程限制器等零件表面形成液膜,液膜所產(chǎn)生的附著力阻礙閥片的運(yùn)動,引起閥片滯后開啟、關(guān)閉、增大氣流頂推力,當(dāng)油水含量越多,附著力越大,對閥片的運(yùn)動規(guī)律影響也越大,嚴(yán)重影響氣閥閥片的使用壽命。當(dāng)氣體凈化效果不好時,更容易造成閥片頻繁損壞,嚴(yán)重時壽命只有 200h。 改進(jìn)措施：
(1) 在實(shí)際工況下,氣閥彈簧力不適當(dāng),使閥片顫振或延遲關(guān)閉,造成閥片在工作時撞擊過于嚴(yán)重是閥片損壞的主要原因之一。按實(shí)際工況重新對閥彈簧進(jìn)行設(shè)計,對彈簧剛度、彈簧力都進(jìn)行了調(diào)整,使改進(jìn)后閥片運(yùn)動規(guī)律趨于合理。
(2) 加強(qiáng)閥片、彈簧的質(zhì)量。經(jīng)拆檢和對新閥片、彈簧性能檢查。一般情況下, 彈簧硬度普遍過大、閥片翹曲度超標(biāo)。對此嚴(yán)格按技術(shù)要求予以糾正。并對彈簧提出表面強(qiáng)化和松弛處理,提高彈簧、閥片的疲勞壽命。同負(fù)荷下的運(yùn)行考驗(yàn),工作狀態(tài)理想,在閥前壓力不足 120 kPa 的情況下均能滿足工藝要求的流通量。
(3) 依據(jù)氣閥的運(yùn)動規(guī)律及設(shè)備的實(shí)際狀況,選擇更科學(xué)的氣閥結(jié)構(gòu),盡量提高氣閥的使用壽命。
(4) 加強(qiáng)工藝管理,嚴(yán)格控制溫度、壓力指標(biāo),穩(wěn)定工況,防止帶油帶水。 從以上分析可看出,在實(shí)際工況中,壓縮機(jī)氣閥的主要易損部件是閥片和閥簧。當(dāng)壓縮機(jī)的容積流量下降幅度較大時,主要原因很可能是壓縮機(jī)氣閥總的有效流通面積過小以及氣閥彈簧力嚴(yán)重不匹配。因此,在壓縮機(jī)氣閥設(shè)計或改造時, 我們必須選用合適的材料,并應(yīng)保證氣閥有足夠的總的有效流通面積及合適的彈簧力[4]。
4. 活塞式壓縮機(jī)運(yùn)行性能的改進(jìn)
制冷壓縮機(jī)是制冷機(jī)的心臟，對制冷壓縮機(jī)性能的提高和改善，將顯著提高制冷機(jī)整機(jī)的能效比。因此，如何根據(jù)各種制冷壓縮機(jī)的特點(diǎn)和實(shí)際運(yùn)行條件，完善的設(shè)計和合理的使用制冷壓縮機(jī)，已成為設(shè)計人員和用戶考慮的一個關(guān)鍵問題。從產(chǎn)品設(shè)計角度，應(yīng)從結(jié)構(gòu)上減少各方面的損失，以提高壓縮機(jī)的效率；從產(chǎn)品使用角度，應(yīng)選擇最合理的工況條件，以保證壓縮機(jī)能在效率最高的設(shè)計點(diǎn)運(yùn)行。此 外，還應(yīng)該選擇最合適的能量調(diào)節(jié)方式，實(shí)現(xiàn)最佳匹配和節(jié)能。
（一）活塞式壓縮機(jī)的節(jié)能 活塞式壓縮機(jī)具有適應(yīng)較寬的能量范圍、熱效率高和造價低等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易損件多、對濕行程敏感、振動大和運(yùn)行平穩(wěn)性較差。分析其節(jié)能方法，可以從一下幾方面進(jìn)行：
（1）減少消耗與壓縮氣體能量的途徑：增大氣閥流通面積；選擇最佳的氣閥彈簧；減小相對余隙容積；增大吸排氣腔容積以減少氣流脈動。
（2）減少消耗與克服運(yùn)動零件摩擦功率的途徑：活塞及活塞環(huán)之間為往復(fù)運(yùn)動摩擦，所占摩擦功率比例較大。因此，減少這些零件之間的摩擦，具有明顯的節(jié)能效果。首先應(yīng)該確定最佳的活塞環(huán)數(shù)，活塞環(huán)數(shù)越多摩擦功率越大，但有利于減少氣體的泄露，所以需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，找出最佳結(jié)果；其次是合理設(shè)計活塞環(huán)的斷面形狀、活塞環(huán)額高度和寬度的比值以及倒角的形狀；第三是配合尺寸、表面光潔度以及潤滑的確定。減少消耗與克服電動機(jī)各種損失[5]。
（二） 往復(fù)式壓縮機(jī)脈沖的影響 往復(fù)式壓縮機(jī)的工作特點(diǎn)是活塞在汽缸中進(jìn)行周期性的往復(fù)運(yùn)動，導(dǎo)致吸排氣呈間歇性和周期性，管內(nèi)氣體呈脈動狀態(tài)。劇烈振動可能導(dǎo)致管道破壞。引起管道發(fā)生劇烈振動的主要原因有兩方面： 一是氣體壓力脈動過大，導(dǎo)致激振力過大； 另一個原因則是管道發(fā)生結(jié)構(gòu)(機(jī)構(gòu))共振。 減振措施： （1） 設(shè)置緩沖器 由于壓縮機(jī)的工作過程具有周期性和間歇性。就拿排氣管為例來說：壓縮機(jī)大約在 1／4 曲柄轉(zhuǎn)角內(nèi)，向排氣管排氣一次。在這過程中， 一股動能很大的氣體就注入管道。如果我們在排氣口附近設(shè)置一容積足夠大的緩沖器，則緩沖器就會吸收一部分動能，儲藏于自身，形成勢能。然后，在其余 3／4 轉(zhuǎn)內(nèi)，再從容器把所儲的能量釋放出來。通過能量的這一轉(zhuǎn)換，緩沖器就起到了緩沖作用，把壓力脈動的峰值削平了許多。
（2） 管道布置 對于住復(fù)式壓縮機(jī)的管道，在進(jìn)行管道布置的應(yīng)盡量沿地面鋪設(shè)。這樣有利于管道支撐 一旦在機(jī)器運(yùn)行時發(fā)生管道振動問題，也比較容易進(jìn)一步設(shè)置支架和采取減振措施。在進(jìn)行管道布置時還應(yīng)盡量減少彎頭的數(shù)量，以減小激振力的作用。
（3） 支架 住復(fù)式壓縮機(jī)的支架應(yīng)采用防振管卡或固定支架，不能采用簡單支托，更不能采用吊架。為了增大管卡與管道之間的接觸面積，并且在管卡與管道之間應(yīng)襯以石棉橡膠墊。如果采用帶有管托的防振管卡，則管托應(yīng)與其生根部位焊
接，不能簡單放置。防振支架宜設(shè)獨(dú)立基礎(chǔ)，盡量避免生根在壓縮機(jī)基礎(chǔ)和廠房的梁柱上；防振支架的結(jié)構(gòu)和支架的生根部分應(yīng)具有足夠的剛度；防振支架的間距和位置應(yīng)經(jīng)過管系固有頻率分析后確定。
（4） 管系固有頻率分析為防止管道產(chǎn)生機(jī)械共振，設(shè)計管路時，須進(jìn)行管系固有頻率的計算，通過調(diào)整管道系統(tǒng)的固有頻率使其避開機(jī)器的激振頻率，從而避開共振。一般宜將管系的固有頻率控制在機(jī)器激振頻率的 1.2 倍以上。固有頻率與系統(tǒng)的剛度有直接關(guān)系，剛度越大固有頻率越高，因此管系固有頻率的調(diào)整主要通過調(diào)整系統(tǒng)剛度來完成。減少彎頭個數(shù)、增大管徑和壁厚、增設(shè)支架，都將使管系剛度增大。 活塞式壓縮機(jī)管道的振動通常有兩種情況:一種是由于機(jī)器的動力平衡性能不好或基礎(chǔ)設(shè)計不良所引起的;另一種是由氣流脈動所引起的。前者的振動只 發(fā)生在機(jī)器附近的管道, 而后者則可以傳至很遠(yuǎn)。實(shí)踐證明, 壓縮機(jī)管路的振動 主要是由于氣流脈動引起的。對于活塞式壓縮機(jī)管道, 通常把管道結(jié)構(gòu)本身和管 道內(nèi)部氣流看成獨(dú)立的兩個系統(tǒng), 它們均有各自的固有頻率。當(dāng)它們的固有頻率 與壓縮機(jī)的激發(fā)頻率相等或相近時, 系統(tǒng)就會發(fā)生強(qiáng)烈的振動[6]。
（三）控制和降低壓縮機(jī)噪聲的措施
(1) 在壓縮機(jī)進(jìn)、排氣口設(shè)置進(jìn)、排氣消聲器, 可以降低氣流產(chǎn)生的噪聲。
(2) 安裝和檢修壓縮機(jī)時, 對于軸承間隙以及連桿、十字頭及活塞環(huán)間隙,都應(yīng)控制在正確范圍內(nèi)，這樣可降低壓縮機(jī)的機(jī)械噪聲。長時間不檢修的壓縮機(jī)噪聲比較大，因此要定時更換和檢查機(jī)械摩擦零件。
(3) 在條件允許的情況下，設(shè)置控制室，將主要控制儀表引至控制室。除了定
時巡回檢查外，操作人員可在控制室操作，以便降低操作環(huán)境的噪聲，改善操作條件。
5. 半封閉制冷壓縮機(jī)常見的故障分析
下面對半封閉制冷壓縮機(jī)的一些常見故障進(jìn)行了研究。詳細(xì)分析了故障產(chǎn)生 的原因，并且根據(jù)不同的故障類型提出了不同的解決方法，有利于設(shè)計者在設(shè)計 過程中盡量避免此類問題對壓縮機(jī)系統(tǒng)的負(fù)面影響。
(1)液擊 液擊是指壓縮機(jī)瞬間壓縮液體時產(chǎn)生的強(qiáng)力對壓縮機(jī)部件造成損壞的現(xiàn)象。在壓縮機(jī)剛啟動或系統(tǒng)運(yùn)行工況改變時，如果瞬間返回壓縮機(jī)氣缸的是大量液態(tài)制冷劑或潤滑油或二者的混合物而不是過熱蒸氣，液擊現(xiàn)象就會發(fā)生。壓縮機(jī)壓縮液態(tài)制冷劑或潤滑油時會在氣缸內(nèi)產(chǎn)生大約 7 MPa 的壓強(qiáng)，對壓縮機(jī)造成損壞，如: 活塞頂部被擊穿、排氣閥片彎曲斷裂以及曲軸連桿斷開。發(fā)生液擊時壓縮機(jī)發(fā)出壓縮液體的聲音,由此可以判斷液擊的發(fā)生。發(fā)生液擊后若壓縮機(jī)仍繼續(xù)運(yùn) 轉(zhuǎn),那么有問題的壓縮機(jī)的氣缸蓋溫度會比正常的氣缸蓋溫度高要些，為避免產(chǎn)生液擊,可使用單向抽空控制系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中,液管上安裝了一個由溫控器控制的電磁閥,以防止停機(jī)后制冷劑流入蒸發(fā)器；同時,選配合適的小尺寸膨脹閥,因?yàn)榇蟪叽绲呐蛎涢y工作很不穩(wěn)定，負(fù)荷較小時可能會導(dǎo)致壓縮機(jī)瞬間回液；另外,當(dāng)發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)有機(jī)械故障時,一定要檢查電動機(jī),因?yàn)閴嚎s機(jī)損壞時產(chǎn)生碎片會附著在定子上或定子與轉(zhuǎn)子之間,最終導(dǎo)致電機(jī)故障。
（3） 滿液 啟動 曲軸箱內(nèi)的潤滑油吸收過多的制冷劑后啟動壓縮機(jī)會造成壓縮機(jī)部件的損 壞。幾乎在任何狀況下潤滑油都能吸收制冷劑，其吸收量只取決于油溫及曲軸箱內(nèi)的壓力。溫度越低、壓力越高，吸收量越多。在某些情況下，曲軸箱內(nèi)的制冷 劑和油的混合物會分層，制冷劑相對多的混合物出現(xiàn)在底部油泵吸入端附近，并 被油泵送至各個潤滑表面, 造成壓縮機(jī)潤滑的不充分，最終損壞壓縮機(jī)。滿液啟 動引起的破壞可能是立即體現(xiàn)出來的，如閥片、墊圈或活塞的損壞及磨損；但也 可能是逐漸發(fā)生的，如軸承表面過熱或劃傷。由于油在油路中流動時質(zhì)量是變化的，所以軸承的劃傷也是不均勻的，最靠近供油端的表面損傷最嚴(yán)重。潤滑油— 制冷劑混合物流經(jīng)曲軸箱時，制冷劑會不斷蒸發(fā),這樣,在潤滑循環(huán)系統(tǒng)末端，油 中幾乎不含制冷劑了。保持適當(dāng)?shù)闹评鋭┏渥⒘考斑m當(dāng)?shù)挠土?能減少滿液現(xiàn)象的發(fā)生。
（4） 曲軸箱內(nèi)潤滑油不足 在壓縮機(jī)的運(yùn)行過程中，一些油隨著制冷劑以一定速率被壓出曲軸箱，這時 應(yīng)有相同數(shù)量的油以相同的速率返回壓縮機(jī)，才能保證壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所需的潤滑油 量。潤滑不充分會導(dǎo)致過熱及整個壓縮機(jī)表面劃傷。油以相對過多的比例排出壓 縮機(jī)的原因有滿液、油注入量過多或油的標(biāo)號不對。而回油量少的原因有制冷劑 流速低、短路循環(huán)及管路設(shè)計安裝存在問題。
（5） 過熱 過熱是指壓縮機(jī)溫度異常升高從而對壓縮機(jī)部件產(chǎn)生損壞的現(xiàn)象。壓縮機(jī)產(chǎn) 生的熱量主要來源于電動機(jī)繞組的熱力損失及運(yùn)轉(zhuǎn)軸承表面磨擦產(chǎn)生的熱量。大 部分壓縮機(jī)排氣管能承受的最高溫度為 135 ℃,相應(yīng)地排氣閥能承受的溫度在 150～163 ℃之間,如果溫度過高,制冷劑和油就開始分解,故障也快發(fā)生了。隨著排氣溫度的繼續(xù)增加,制冷劑和水分、酸和氧、酸和油、制冷劑和油在系統(tǒng)中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的程度會以幾何速度增加,這會使壓縮機(jī)很快損壞。酸不僅對壓縮機(jī) 有影響, 而且對整個系統(tǒng)都有影響。