CN106441720B - 一种模拟压缩机油气两相泄漏瞬态的超高速观测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种模拟压缩机油气两相泄漏瞬态的超高速观测装置，包括恒压气瓶、减压阀、控制阀、压缩机径向模拟装置和摄影设备，恒压气瓶依次连接减压阀、控制阀和压缩机径向模拟装置，减压阀和控制阀之间设有压力表，摄影设备放置在压缩机径向模拟装置一侧；压缩机径向模拟装置包括微通道主体、密封片、玻璃片和间隔设置在玻璃片一侧面上的两塞尺；微通道主体一侧面上开设有凹槽，与该侧面相邻或者相对的侧面上间隔开设有进油孔、进气孔和排气孔；微通道主体通过进气孔连接控制阀；密封片安装在凹槽处，并与凹槽形成通道空腔，通道空腔内放置玻璃片和两塞尺。本发明能够通过压缩机等效装置对实际旋转压缩机内部工质的泄漏进行准确的等效测量。

Description

一种模拟压缩机油气两相泄漏瞬态的超高速观测装置

技术领域

本发明涉及压缩机径向泄漏检测技术领域，特别涉及一种模拟压缩机油气两相泄漏瞬态的超高速观测装置。

背景技术

压缩机是一种重要的流体机械，其种类繁多，而旋转压缩机只是其中的一类；压缩机作为制冷系统的心脏，可应用于很多领域，其为人们生活中必不可少的机械之一，因此，压缩机的工作效率受到人们的广泛关注，其中，容积效率是衡量压缩机工作性能的一个重要指标，容积效率的大小直接影响到压缩机的工作效率。而影响压缩机容积效率的因素主要有四个方面：余隙容积、进排气压力损失的影响、热交换的影响和泄露的影响，其中泄漏的影响对旋转压缩机容积效率的影响最大，所以对于旋转压缩机在泄漏方面的研究势在必行。

研究表明，旋转压缩机内部多个配合间隙存在泄漏，但是，由于旋转压缩机外部有气缸密封包裹，因此，无法观察和测量其在高速运转的工作状态下的各处泄漏情况和泄漏量。而旋转压缩机内部机构工作时动态泄漏的实际情况是：1.存在动态泄漏间隙，即，旋转压缩机在工作过程中径向间隙是在27微米到36微米之间动态变动，且泄漏间隙的两个相对表面有一定相对运动的线速度，即泄漏间隙是不同相对运动速度的动态泄漏间隙；2.存在动态压差，即吸气腔和排气腔中的压力是实时变化的，从而在吸气腔和排气腔中的泄漏间隙两侧产生了实时变化的动态压差。3、旋转压缩机中存在四个泄漏通道，其中泄露比重最大的是径向泄露通道，其次是端面泄露通道，所以，旋转压缩机泄露方面的研究也主要以这两个通道为主。

但是，在旋转压缩机本体上测量旋转压缩机气体的泄漏量很难实现，只能根据其运动原理将机构抽象出来进行研究，目前在旋转压缩机泄漏特性测试技术领域对于泄漏的测量专利较少，相关文献中的测量方案也仍然局限与软件模拟的结果，以及一些测量数据缺乏准确性的方案。因此需要一种试验测试等效装置或方法对实际旋转压缩机内部工质的泄漏进行准确的等效测量。

发明内容

鉴于上述内容，本发明针对旋转压缩机径向泄漏的研究提出了一种模拟压缩机油气两相泄漏瞬态的超高速观测装置。

本申请人经研究发现，滚动活塞压缩机中高压腔向低压腔的气体泄漏量与滚动转轴和气缸壁之间的油膜宽度有很大关系，该油膜宽度即为压缩机滚动转轴径向截面上，滚动转轴和汽缸壁之间径向间隙处的油膜沿滚动转轴周向伸展的长度。因此，本发明通过模拟该径向间隙和油膜宽度来研究压缩机的径向泄漏情况，具体采用的技术方案是：

一种模拟压缩机油气两相泄漏瞬态的超高速观测装置，包括恒压气瓶、减压阀、控制阀、压缩机径向模拟装置和摄影设备，所述恒压气瓶依次连接减压阀、控制阀和压缩机径向模拟装置，所述减压阀和控制阀之间设有压力表，所述摄影设备放置在压缩机径向模拟装置一侧，其镜头朝向所述压缩机径向模拟装置；所述压缩机径向模拟装置包括微通道主体、密封片、玻璃片和间隔设置在玻璃片一侧面上的两塞尺；所述微通道主体一侧面上开设有凹槽，与该侧面相邻或者相对的侧面上间隔开设有进油孔、进气孔和排气孔；所述进油孔、进气孔和排气孔均通过微通道主体内部连通凹槽，所述微通道主体通过进气孔连接控制阀；所述密封片安装在凹槽处，并与所述凹槽形成通道空腔；所述通道空腔内放置玻璃片和两塞尺，并被玻璃片和两塞尺分隔成进气腔和排气腔；所述进气腔连通进气孔，并通过两塞尺之间的间隔间隙连通所述排气腔；所述排气腔连通排气孔。

进一步地，所述进油孔位于进气腔所在侧，并与所述进气腔连通。

进一步地，所述摄影设备的镜头朝向玻璃片和两塞尺所在处。

进一步地，两塞尺之间间隔间隙内气体流通方向与所述通道空腔内气体流通方向平行；所述玻璃片和两塞尺在沿通道空腔内气体流通方向上的尺寸相等。

进一步地，所述微通道主体和密封片均采用透明材料制作。

进一步地，所述模拟压缩机油气两相泄漏瞬态的超高速观测装置还包括触发开关，所述触发开关同时连接控制阀和摄影设备。

进一步地，所述控制阀为电磁阀。

进一步地，所述模拟压缩机油气两相泄漏瞬态的超高速观测装置还包括光照装置，所述光照装置放置在压缩机径向模拟装置一侧。

进一步地，所述摄影设备连接电脑设备。

进一步地，所述摄影设备为高速摄像机。

在上述方案中，本发明所提出的压缩机径向模拟装置是根据径向间隙的宽度和径向上滚动转轴及气缸的尺寸数量级的情况进行等效设计的，即，径向间隙的宽度的数量级为微米级别，而径向上滚动转轴及气缸的周向尺寸的数量级为米级，两者相差较大，因此，将滚动转轴及气缸沿径向间隙的宽度方向上进行无限延伸，得到相互平行的两平面，相互平行的两平面之间形成的空间即为气体泄漏时流动的通道；而在所述压缩机径向模拟装置中，微通道主体上的凹槽和密封片形成的通道空腔即为该两相平行的平面之间形成的空间，而两塞尺之间的间隔间隙即为压缩机径向泄漏的径向间隙，玻璃片在沿通道空腔内气体流通方向上的尺寸为油膜宽度。

综上可知，本发明提出的模拟压缩机油气两相泄漏瞬态的超高速观测装置具有以下有益效果：

1.本发明通过模拟压缩机径向泄漏时的气体泄漏通道来研究压缩机径向泄漏时的气体泄漏情况，避免了在压缩机本体上研究气体径向泄漏情况，而所设计的压缩机径向模拟装置可较为精确的模拟压缩机径向泄漏通道，其模拟的准确性和可行性较好，因此，本发明的整体方案切实可行，整体结构简单可靠。

2.本发明通过对压缩机径向模拟装置的模拟过程进行实时拍摄和记录，可便于后期对径向气体泄漏情况的分析与研究。

附图说明

图1是本发明一种模拟压缩机油气两相泄漏瞬态的超高速观测装置的结构简图。

图2是压缩机径向模拟装置的外部结构简图。

图3是图2内部结构简图。

图4是图2无密封片时的内部结构简图。

图5是另一种实施方式下压缩机径向模拟装置的外部结构简图。

图6是图5无密封片和一侧密封端盖时的内部结构简图。

图7是图5中微通道主体的结构简图。

主要元件符号说明

图中，恒压气瓶1、减压阀2、压力表3、控制阀4、压缩机径向模拟装置5、微通道主体51、凹槽511、进油孔512、进气孔513、排气孔514、进气腔515、排气腔516、进油通道517、进气通道518、排气通道519、密封片52、玻璃片53、塞尺54、密封端盖55、摄影设备6、触发开关7、电脑设备8、光照装置9。

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

请参阅图1至图4，在本发明的一种较佳实施方式中，一种模拟压缩机油气两相泄漏瞬态的超高速观测装置，包括一恒压气瓶1、一减压阀2、一控制阀4、一压缩机径向模拟装置5和一摄影设备6。恒压气瓶1依次连接减压阀2、控制阀4和压缩机径向模拟装置5，减压阀2和控制阀4之间设有压力表3，该压力表3可实时显示回路中气体的压力；摄影设备6放置在压缩机径向模拟装置5一侧，其镜头朝向压缩机径向模拟装置5。压缩机径向模拟装置5包括微通道主体51、密封片52、玻璃片53和间隔设置在玻璃片53一侧面上的两塞尺54；微通道主体51一侧面上开设有凹槽511，与该侧面相邻或者相对的侧面上间隔开设有进油孔512、进气孔513和排气孔514；进油孔512、进气孔513和排气孔514均通过微通道主体51内部连通凹槽511，微通道主体51通过进气孔513连接控制阀4；密封片52安装在凹槽511处，并与凹槽511形成通道空腔；通道空腔内放置玻璃片53和两塞尺54，并被玻璃片53和两塞尺54分隔成进气腔515和排气腔516；进气腔515连通进气孔513，并通过两塞尺54之间的间隔间隙连通排气腔516；排气腔516连通排气孔514。

本发明将恒压气瓶1、减压阀2、控制阀4和压缩机径向模拟装置5串成一回路，进而实现压缩机径向泄漏等效模拟试验；在该回路中，恒压气瓶1用于提供压缩机径向模拟装置5模拟试验时的气体，该恒压气瓶1能够输出恒定气压的气体，优选地，恒压气瓶1为CO₂气瓶；减压阀2用于调节进入压缩机径向模拟装置5内的气体压力；控制阀4能够控制进入压缩机径向模拟装置5气体的通断；压缩机径向模拟装置5用以模拟压缩机内部结构和径向泄漏时的气体泄漏通道；而所设置的摄影设备6则用于实时拍摄和记录模拟试验过程压缩机径向模拟装置5内气体流动情况。

进一步地，请参阅图3和图4，压缩机径向模拟装置5中进油孔512用于导入润滑油，该进油孔512通过微通道主体51内的进油通道517连通进气腔515，其与进气孔513位于同一侧，且均位于进气腔515所在侧；进气孔513用于导入从恒压气瓶1流出的气体，其通过微通道主体51内的进气通道518连通进气腔515；排气孔514用于导出通道空腔内流通的气体，其通过微通道主体51内的排气通道519连通排气腔516。优选地，通道空腔内气体流通方向与压缩机径向模拟装置5中两塞尺54之间间隔间隙内气体流通方向平行。

两塞尺54之间形成的间隔间隙用于模拟滚动转子和汽缸壁之间的径向间隙，玻璃片53用于模拟滚动转子与气缸壁之间的油膜宽度，两者在沿通道空腔内气体流通方向上的尺寸相等。

优选地，摄影设备6的镜头朝向玻璃片53和两塞尺54所在处，微通道主体51和密封片52均采用透明材料制作，以便于摄影设备6更好的拍摄通道空腔内气体流动情况。进一步地，为了提高摄像设备6的瞬态高速观测能力，本发明的摄影设备6采用的是高速摄像机，其中，该高速摄像机的拍摄速度为60-20000帧每秒，因此，其能够在很短的时间内完成对通道空腔中气体流动情况的快速、多次采样，当实验者采用常规放映速度对高速摄像机所拍摄的气体情况进行放映时，所记录的气体流动变化过程就能够清晰、缓慢的呈现出来，而这利于实验者后期对通道空腔内气体流动情况进行正确的分析；另外，为了在模拟试验过程实时监控与观察通道空腔内气体流动情况，及后期的数据分析，本发明将摄影设备6连接电脑设备8。

进一步地，请参阅图1，为了使摄影设备6的拍摄与压缩机径向模拟装置5内气体流通同步进行，所述模拟压缩机油气两相泄漏瞬态的超高速观测装置还包括一触发开关7，该触发开关7同时连接控制阀4和摄影设备6；优选地，控制器为电磁阀，以实现控制阀4的自动控制。

在本发明中，所述模拟压缩机油气两相泄漏瞬态的超高速观测装置还包括一光照装置9，该光照装置9放置在压缩机径向模拟装置5一侧，以在模拟试验过程提高压缩机径向模拟装置5的光照强度，进而提高摄影设备6拍摄的质量。

所述模拟压缩机油气两相泄漏瞬态的超高速观测装置的工作原理为：首先，打开恒压气瓶1，并调节减压阀2的开度，同时观察压力表3上的气压压力读数，当压力表3的气压压力读数等于气压预设值时，停止调节减压阀2的开度，并维持此时减压阀2的开度大小；然后，按下触发开关7，控制阀4开启，气体通过进气孔513进入通道空腔，后从进气腔515流向排气腔516，再从排气孔514排出；控制阀4开启的同时，摄影设备6也开始对通道空腔进行录像，并将录像情况实时发于电脑设备8，直至模拟试验结束。另外，在气体进入通道空腔前，先通过进油孔512将润滑油导入通道空腔内，直至通道空腔内注满润滑油，后停止导入润滑油。

模拟试验结束后，通过电脑设备8对录像进行分析，其中，通过录像中的帧数来测量击穿时间，通过电脑设备8中安装的matlab软件对录像进行图像处理，得到气体击穿油膜的泄漏量，再通过减压阀2的压力来确定击穿压力。

本发明为了实现模拟试验过程的自动化，在所述模拟压缩机油气两相泄漏瞬态的超高速观测装置中还设置了控制器，该控制器分别连接恒压气瓶1、减压阀2、压力表3和触发开关7，其内设一气体预设值，能够接收压力表3检测回路时的气体压力值，当控制器所接收的气体压力值等于气体预设值时，控制器控制减压阀2停止调节开度，同时向触发开关7发出关闭指令。优选地，将控制器集成在电脑设备8中。

此时，所述模拟压缩机油气两相泄漏瞬态的超高速观测装置模拟试验时的控制原理如下：

1)控制器控制恒压气瓶1开启，同时调节减压阀2的开度；

2)压力表3检测回路中的气体压力，并将生成的气体压力值信号发于控制器；

3)控制器对比分析气体压力值和内设的气体预设值，当结果显示气体压力值不等于气体预设值时，返回步骤2)；反之，控制器停止调节减压阀2的开度，并向触发开关7发出关闭指令。

在本发明的另一实施方式中，为了便于微通道主体51的加工与制造，将凹槽511相对两侧壁与微通道主体51外侧面打通，并在该微通道主体51外侧面上开设进油孔512、进气孔513和排气孔514，并将油孔、进气孔513和排气孔514做成通孔形式，而分别与进油孔512、进气孔513和排气孔514相通的进油通道517、进气通道518和排气通道519也随着进油孔512、进气孔513和排气孔514形成前后连通的结构，请参阅图5至图7。同时，为了使微通道主体51形成密闭的通道空腔，微通道主体51在进油孔512、进气孔513和排气孔514所在侧安装有一密封端盖55，该密封端盖55间隔开设有三通孔，该三通孔分别与进油孔512、进气孔513和排气孔514开设的位置相适应。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (10)

1.一种模拟压缩机油气两相泄漏瞬态的超高速观测装置，包括恒压气瓶、减压阀、控制阀、压缩机径向模拟装置和摄影设备，其特征在于：所述恒压气瓶依次连接减压阀、控制阀和压缩机径向模拟装置，所述减压阀和控制阀之间设有压力表，所述摄影设备放置在压缩机径向模拟装置一侧，其镜头朝向所述压缩机径向模拟装置；

所述压缩机径向模拟装置包括微通道主体、密封片、玻璃片和间隔设置在玻璃片一侧面上的两塞尺；所述微通道主体一侧面上开设有凹槽，与该侧面相邻或者相对的侧面上间隔开设有进油孔、进气孔和排气孔；所述进油孔、进气孔和排气孔均通过微通道主体内部连通凹槽，所述微通道主体通过进气孔连接控制阀；所述密封片安装在凹槽处，并与所述凹槽形成通道空腔；所述通道空腔内放置玻璃片和两塞尺，并被玻璃片和两塞尺分隔成进气腔和排气腔；所述进气腔连通进气孔，并通过两塞尺之间的间隔间隙连通所述排气腔；所述排气腔连通排气孔。

2.如权利要求1所述的模拟压缩机油气两相泄漏瞬态的超高速观测装置，其特征在于：所述进油孔位于进气腔所在侧，并与所述进气腔连通。

3.如权利要求1所述的模拟压缩机油气两相泄漏瞬态的超高速观测装置，其特征在于：所述摄影设备的镜头朝向玻璃片和两塞尺所在处。

4.如权利要求1所述的模拟压缩机油气两相泄漏瞬态的超高速观测装置，其特征在于：两塞尺之间间隔间隙内气体流通方向与所述通道空腔内气体流通方向平行；所述玻璃片和两塞尺在沿通道空腔内气体流通方向上的尺寸相等。

5.如权利要求1所述的模拟压缩机油气两相泄漏瞬态的超高速观测装置，其特征在于：所述微通道主体和密封片均采用透明材料制作。

6.如权利要求1-5任一所述的模拟压缩机油气两相泄漏瞬态的超高速观测装置，其特征在于：还包括触发开关，所述触发开关同时连接控制阀和摄影设备。

7.如权利要求6所述的模拟压缩机油气两相泄漏瞬态的超高速观测装置，其特征在于：所述控制阀为电磁阀。

8.如权利要求1-5任一所述的模拟压缩机油气两相泄漏瞬态的超高速观测装置，其特征在于：还包括光照装置，所述光照装置放置在压缩机径向模拟装置一侧。

9.如权利要求1-5任一所述的模拟压缩机油气两相泄漏瞬态的超高速观测装置，其特征在于：所述摄影设备连接电脑设备。

10.如权利要求1-5任一所述的模拟压缩机油气两相泄漏瞬态的超高速观测装置，其特征在于：所述摄影设备为高速摄像机。