CN106224198B - 一种伺服电机直驱往复式高压空气压缩机 - Google Patents

一种伺服电机直驱往复式高压空气压缩机 Download PDF

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Abstract

一种伺服电机直驱往复式高压空气压缩机，包括伺服电机、丝杠、气缸、散热管和风扇等部件，伺服电机固定在电机侧支撑法兰上，电机输出轴与丝杠连接，丝杠的一端固定在电机侧支撑法兰上，另一端固定在风扇侧支撑法兰上，导柱一端固定在电机侧支撑法兰上，另一端和风扇侧支撑法兰连接；四个气缸固定在电机侧支撑法兰上，活塞杆中部固定在活塞杆固定法兰上，丝杠螺母固定在活塞杆固定法兰上，活塞杆固定法兰通过滑块连接在导柱上，活塞杆另一端与固定在风扇侧支撑法兰上的四个气缸的活塞连接，风扇经风扇固定螺杆固定在风扇侧支撑法兰上，采用多级压缩，在级间布置散热，本发明通过伺服电机和丝杠对活塞速度和行程进行实时的调整，减小活塞所受径向力。

Description

一种伺服电机直驱往复式高压空气压缩机
技术领域
本发明属于空气压缩机技术领域，尤其涉及一种伺服电机直驱往复式高压空气压缩机。
背景技术
高压空气压缩机是空调系统和燃烧系统的核心部件，其通常是采用曲柄连杆结构，由异步电机驱动，或采用气体驱动。空气压缩机技术是影响空调系统工作性能的关键因素。
传统的高压空气压缩机通常采用曲柄连杆结构，为保证气体的纯净，必须采用无油润滑，因此密封性能对于活塞速度和温度非常敏感。传统的曲柄连杆传动机构，结构紧凑，技术成熟，但活塞所受径向力较大，活塞线速度较大，无油润滑条件下，磨损较为严重。后来发展出了气驱增压技术，用低压气体驱动增压缸来给气体增压，活塞径向力有所降低，但是由于单次压缩气体体积较大，所以发热问题较为严重。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种伺服电机直驱往复式高压空气压缩机，通过伺服电机和丝杠对活塞速度和行程进行实时的调整，减小活塞所受径向力。
为了达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：
一种伺服电机直驱往复式高压空气压缩机，包括伺服电机1，伺服电机1固定在电机侧支撑法兰5上，伺服电机1的电机输出轴2与丝杠11的端头连接，丝杠11的一端经第一轴承7固定在电机侧支撑法兰5上，丝杠11的另一端通过第二轴承14固定在丝杠固定法兰端盖15上，丝杠固定法兰端盖15经丝杠固定法兰13固定在风扇侧支撑法兰12上，丝杠螺母10与丝杠11配合；
两个以上的导柱9一端固定在电机侧支撑法兰5上，另一端和风扇侧支撑法兰12连接；
两个第二级气缸29-2和两个第四级气缸29-4固定在电机侧支撑法兰5上，和第二级气缸29-2、第四级气缸29-4的活塞25连接的活塞杆23中部固定在活塞杆固定法兰21上，丝杠螺母10固定在活塞杆固定法兰21上，活塞杆固定法兰21通过滑块8连接在导柱9上，活塞杆23另一端与固定在风扇侧支撑法兰12上的两个第一级气缸29-1、两个第三级气缸29-3内的活塞25连接，风扇16经风扇固定螺杆18固定在风扇侧支撑法兰12上。
两个散热管路以丝杠为对称轴呈轴对称，每一个散热管路组成如下：第一级气缸29-1的出气口依次经单向阀19和导气弯管17与第一、二级间散热管32的入口连接，第一、二级间散热管32的出口与第二级气缸29-2的进气口连接，第二级气缸29-2的出气口经第二、三级间散热管31与第三级气缸29-3的进气口连接，第三级气缸29-3的出气口与第三、四级间散热管30的入口连接，第三、四级间散热管30的出口与第四级气缸29-4的进气口连接，由此构成一整个压缩气体流动通道，第四级气缸29-4的出气口与排气散热管28连接。
所述的八个气缸采用对称布局，依据排气压力分成四级，每级两个气缸，不同级的气缸内径不同。
所述的活塞25的活塞座33上设有封环24，密封环24采用无油润滑。
所述的活塞25的活塞座33上设有导向环34，导向环34上应开有卸载槽35。
所述的气缸外表面具有散热翅片。
所述的散热管采用螺旋弯管结构。
本发明的有益效果：通过伺服电机1和丝杠11对活塞速度和行程进行实时的调整，并减小活塞所受径向力。使活塞运动形式不再是传统的简谐运动。这样可以通过合理的控制调整伺服电机1的输出，刚开始压缩的阶段，压力较低，可以让活塞速度大一些，而最终即将完成压缩的阶段可以让活塞速度小一些，从而在平均功率不变的情况下，有效降低峰值功率，或降低峰值功率的保持时间。此外，使用伺服电机1直驱可以对活塞行程、压缩比和排量进行实时调整。
附图说明
图1是本发明的正等轴测图。
图2是图1的主视图。
图3是图2的A-A剖视图。
图4是活塞的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
参照图1、图2、图3及图4，一种伺服电机直驱往复式高压空气压缩机，包括伺服电机1，伺服电机1通过电机固定法兰4固定在电机侧支撑法兰5上，伺服电机1的电机输出轴2经柔性联轴器3与丝杠11的端头连接，丝杠11的一端经第一轴承7固定在电机侧支撑法兰5上，丝杠11的另一端与第二轴承14相连，第二轴承14通过螺栓20固定在丝杠固定法兰端盖15上，丝杠固定法兰端盖15经丝杠固定法兰13固定在风扇侧支撑法兰12上，丝杠螺母10与丝杠11配合，将旋转运动转换为直线运动，为保证联轴器安装和维护顺利，电机固定法兰4应开有矩形窗口；
两个以上的导柱9一端经导柱底座6固定在电机侧支撑法兰5上，另一端通过导柱底座6和风扇侧支撑法兰12连接，电机侧支撑法兰5与风扇侧支撑法兰12底部均设计有用于固定的地脚螺栓孔；
两个第二级气缸29-2和两个第四级气缸29-4固定在电机侧支撑法兰5上，每个气缸包括活塞25、气缸壁26和气缸端盖27，活塞25的外径与气缸壁26的内径留有一定间隙，使得活塞25在气缸壁26内沿着轴向自由运动，活塞25的活塞座33上设有四道密封环24，密封环24采用无油润滑以保证气密性和被压缩气体的纯净，对于第一级和第二级压缩所用的活塞，可只采用两道密封环，但活塞座33上须配置一个导向环34，且导向环34上应开有卸载槽35，和和第二级气缸29-2、第四级气缸29-4的活塞25连接的活塞杆23中部固定在活塞杆固定法兰21上，丝杠螺母10固定在活塞杆固定法兰21上，活塞杆固定法兰21通过滑块8连接在导柱9上，活塞杆密封端盖22与电机侧支撑法兰5或活塞杆固定法兰21固定；活塞杆23另一端与固定在风扇侧支撑法兰12上的两个第一级气缸29-1、两个第三级气缸29-3内的活塞25连接，风扇16经风扇固定螺杆18固定在风扇侧支撑法兰12上。
两个散热管路以丝杠为对称轴呈轴对称，每一个散热管路组成如下：第一级气缸29-1的出气口依次经单向阀19和导气弯管17与第一、二级间散热管32的入口连接，第一、二级间散热管32的出口与第二级气缸29-2的进气口连接，第二级气缸29-2的出气口经第二、三级间散热管31与第三级气缸29-3的进气口连接，第三级气缸29-3的出气口与第三、四级间散热管30的入口连接，第三、四级间散热管30的出口与第四级气缸29-4的进气口连接，由此构成一整个压缩气体流动通道，第四级气缸29-4的出气口与排气散热管28连接。
所述的八个气缸26采用对称布局，依据排气压力分成四级，每级两个气缸，不同级的气缸内径不同。
所述的气缸外表面具有散热翅片。
所述的散热管采用螺旋弯管结构。
本发明的工作原理为：丝杠11和丝杠螺母10将伺服电机1的旋转运动转换为直线往复运动，丝杠螺母10带动固定在活塞杆固定法兰21上的活塞杆23和活塞25做往复运动，活塞25与气缸壁26构成的密闭空间的容积变化可压缩气体、使气体升压，当气体压力达到15MPa的高压时，若仍采用单级压缩会使温度超过200℃，这超出了大部分气阀部件的承受极限，故采用多级压缩，并在级间布置散热管路。当活塞杆固定法兰21从电机侧支撑法兰5向风扇侧支撑法兰12运动时，两个第一级气缸29-1中的气体被压缩，当气体压力升高至单向阀19的开启压力时，气体从第一级气缸29-1中排出，流经第一、二级间散热管32时得到冷却，气体温度降低后流入第二级气缸29-2；当活塞杆固定法兰21从风扇侧支撑法兰12向电机侧支撑法兰5运动时，两个第二级气缸29-2中的气体被压缩，压力升高后流入第二、三级间散热管31，在第二、三级间散热管31中得到冷却，温度降低后流入第三级气缸29-3；当活塞杆固定法兰21从电机侧支撑法兰5向风扇侧支撑法兰12运动时，两个第三级气缸29-3中的气体被压缩，当气体压力升高至单向阀的开启压力时，气体从第三级气缸29-3中排出，流经第三、四级间散热管30时得到冷却，气体温度降低后流入第四级气缸29-4；当活塞杆固定法兰21从风扇侧支撑法兰12向电机侧支撑法兰5运动时，两个第四级气缸29-4中的气体被压缩，压力升高后流入排气散热管28，在排气散热管28中得到冷却，高压气体温度降低后可用于后续设备。风扇16加强散热管附近的空气对流，增强换热能力，将排气温度控制在50℃以下，气缸中气体温度控制在175℃以下，八个气缸采用对称布局以减小活塞25和丝杠11所承受的倾覆力矩，丝杠螺母10在运动时的扭矩由导柱9和滑块8来承担，可减小活塞25所受径向力，有效提高密封件寿命。

Claims (6)

1.一种伺服电机直驱往复式高压空气压缩机，包括伺服电机(1)，其特征在于：伺服电机(1)固定在电机侧支撑法兰(5)上，伺服电机(1)的电机输出轴(2)与丝杠(11)的端头连接，丝杠(11)的一端经第一轴承(7)固定在电机侧支撑法兰(5)上，丝杠(11)的另一端通过第二轴承(14)固定在丝杠固定法兰端盖(15)上，丝杠固定法兰端盖(15)经丝杠固定法兰(13)固定在风扇侧支撑法兰(12)上，丝杠螺母(10)与丝杠(11)配合；
两个以上的导柱(9)一端固定在电机侧支撑法兰(5)上，另一端和风扇侧支撑法兰(12)连接；
两个第二级气缸(29-2)和两个第四级气缸(29-4)固定在电机侧支撑法兰(5)上，和第二级气缸(29-2)、第四级气缸(29-4)的活塞(25)连接的活塞杆(23)中部固定在活塞杆固定法兰(21)上，丝杠螺母(10)固定在活塞杆固定法兰(21)上，活塞杆固定法兰(21)通过滑块(8)连接在导柱(9)上，活塞杆(23)另一端与固定在风扇侧支撑法兰(12)上的两个第一级气缸(29-1)、两个第三级气缸(29-3)内的活塞(25)连接，风扇(16)经风扇固定螺杆(18)固定在风扇侧支撑法兰(12)上；
两个散热管路以丝杠为对称轴呈轴对称，每一个散热管路组成如下：第一级气缸(29-1)的出气口依次经单向阀(19)和导气弯管(17)与第一、二级间散热管(32)的入口连接，第一、二级间散热管(32)的出口与第二级气缸(29-2)的进气口连接，第二级气缸(29-2)的出气口经第二、三级间散热管(31)与第三级气缸(29-3)的进气口连接，第三级气缸(29-3)的出气口与第三、四级间散热管(30)的入口连接，第三、四级间散热管(30)的出口与第四级气缸(29-4)的进气口连接，由此构成一整个压缩气体流动通道，第四级气缸(29-4)的出气口与排气散热管(28)连接。
2.根据权利要求1所述的一种伺服电机直驱往复式高压空气压缩机，其特征在于：所述的八个气缸采用对称布局，依据排气压力分成四级，每级两个气缸，不同级的气缸内径不同。
3.根据权利要求1所述的一种伺服电机直驱往复式高压空气压缩机，其特征在于：所述的活塞(25)的活塞座(33)上设有密封环(24)，密封环(24)采用无油润滑。
4.根据权利要求1所述的一种伺服电机直驱往复式高压空气压缩机，其特征在于：所述的活塞(25)的活塞座(33)上设有导向环(34)，导向环(34)上应开有卸载槽(35)。
5.根据权利要求1所述的一种伺服电机直驱往复式高压空气压缩机，其特征在于：所述的气缸外表面具有散热翅片。
6.根据权利要求1所述的一种伺服电机直驱往复式高压空气压缩机，其特征在于：所述的散热管采用螺旋弯管结构。
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