CN107725312A - 平衡衬高压空压机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了平衡衬高压空压机，包括曲轴箱、曲轴、连杆，所述曲轴箱由前箱体、后箱体及盖体组成，曲轴箱上通过密封轴承活动连接曲轴，曲轴箱上固定设置有缸体组件，缸体组件上设置有进气总成和排气总成，该高压空压机内部设置有平衡传动衬组及气旋结构，高压空压机机体外设置有散热降噪机构。本发明结构设计合理，通过设置的平衡传动衬组，在不改变空压机原有结构尺寸的情况下，平衡和抵消掉偏心惯性力，减少振动摩擦及互振，提高整机的平衡性能；气旋结构的设置，从微观上防止活塞偏心运动的磨损，防止活塞四周瞬间气压偏大而出现的“腰鼓磨损”现象；散热降噪机构的设置，在不影响原有散热效果的同时，降低了振动和噪声。

Description

平衡衬高压空压机

技术领域

本发明涉及空气压缩机技术领域，具体涉及一种平衡衬高压空压机。

背景技术

高压空压机相对普通空压机在高压高温工况下的平衡性传动要求很高。传动部位是高压空压机性能的关键，往复式微型高压空压机，由于受腔内空间和结构的限制，一般平衡块只平衡掉了偏心惯性力的1/2-2/3，无法取得进一步的平衡，其往复惯性力的轨迹为一椭圆形，因而振动很大。

平衡不足而振动大是空压机的技术难题，具体包括了无效摩擦的消耗，现有微型空压机因摩擦消耗的功占总功率的45-50%。其中活塞与气缸的摩擦功最大，活塞向上排气时，气体受到挤压先向下四射至活塞四周微隙和活塞环，活塞容易晃动振动，且容易产生窜油，一直以来，活塞仅靠活塞环来平衡运动，活塞环起着密闭活动和活塞平衡的双重作用，但活塞环有弹性，无法实现完全平衡；其次是曲轴和连杆。活塞、曲轴、连杆的旋转惯性力与往复惯性力入往往在轴承处或传动节点上还产生交变支反力，引起了机器剧烈振动甚至损坏。

现有的高压空压机最常见的散热方式是利用散热翅片进行散热，设置在高压空压机上的散热翅片通常较长较宽较密，单一缸体上通常设置有12-15片翅片，整机一般设置有30-40片，金属散热翅是良好的音频发声体和振动导体，在高压高速运转的条件下，散热翅片在散热的同时，还不折不扣地传递着振动振波和噪声的音频，从而增加了振动和噪声，对外部振波和音频也会产生互振共振作用。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于设计提供一种平衡衬高压空压机。

所述的平衡衬高压空压机，包括曲轴箱、曲轴、连杆，所述曲轴箱由前箱体、后箱体及盖体组成，曲轴箱上通过密封轴承活动连接曲轴，曲轴箱上固定设置有缸体组件，缸体组件上设置有进气总成和排气总成，其特征在于该高压空压机内部设置有平衡传动衬组及气旋结构，高压空压机机体外设置有散热降噪机构，所述平衡传动衬组包括缸体组、连杆活塞销组、连杆曲轴组、活塞销组。

所述的平衡衬高压空压机，其特征在于所述缸体组包括缸体、设置在缸体内的缸体衬套、活塞环及活塞，所述缸体采用ZL108材质，缸体衬套采用40Cr材质，活塞环采用NHC-5材质，活塞采用7075铝合金材质；所述连杆活塞销组包括连杆、连杆小衬、活塞销，连杆曲轴组包括连杆、连杆大衬、曲轴，所述连杆和曲轴均采用40CrM0材质，连杆小衬采用OQI10-4-4材质，活塞销采用20Cr材质，连杆大衬采用Qsn7-0.2材质；活塞销组包括活塞、衬、活塞销，所述活塞采用7075铝合金材质，衬采用OQI10-4-4材质，活塞销采用20Cr材质。

所述的平衡衬高压空压机，其特征在于所述气旋结构为一平衡气旋面，该平衡气旋面为一呈倾斜的锥面结构，其锥面的锥度为160-175度，优选170度，且锥面的最低点到锥面的最高点的垂直距离为1.5毫米以下，优选1毫米。

所述的平衡衬高压空压机，其特征在于所述气旋结构包括活塞气旋及气阀气旋，所述活塞气旋设置在各活塞端面或设置在气缸缸盖的内端面上，所述气阀气旋设置在气阀的气体受力端面。

所述的平衡衬高压空压机，其特征在于所述散热降噪机构包括多个平行设置的降噪散热翅片，所述降噪散热翅片上均设置有上下对应的降噪散热孔，同一纵向位置的降噪散热孔形成一降噪散热孔组，相邻的降噪散热孔组之间的降噪散热翅片上设置有上下对应的散热衬，同一纵向位置的散热衬形成一散热衬组。

所述的平衡衬高压空压机，其特征在于所述降噪散热孔组和散热衬组各设置有四组，且呈均布设置。

所述的平衡衬高压空压机，其特征在于所述降噪散热孔的孔径为0.8cm以下，优选0.6cm、0.7cm、0.5cm、0.4cm，孔径的大小依据降噪散热翅片的大小而定。

所述的平衡衬高压空压机，其特征在于所述散热降噪机构设置在缸体组件的缸体外壁上及设置在进气总成和排气总成的排气接管的外壁上。

所述的平衡衬高压空压机，其特征在于所述缸体组采用以下步骤进行装配：

1）前处理：在缸体的排气孔处钻一个工艺小孔，该工艺小孔位于后续加工中产品气阀位置处，并做去毛刺处理，方便组衬时排气；

2）缸体预热：缸体在恒温箱内加热到200-220度，保持60分钟；

3）衬套冷却：缸体衬套在液氮中浸放8-10分钟；

4）助衬剂涂覆： 缸体温度处于200-210℃的条件下，往其内壁均匀涂覆助衬剂，然后将缸体衬套装配到缸体内，用机动或手动压机加压一定压力1分钟；

5）冷却：将装配好的缸体自然冷却，即完成装配。

所述的平衡衬高压空压机，其特征在于缸体与缸体衬套之间的配合为过盈配合，过盈量在0.1mm，所述助衬剂为Ergo4460。

本发明结构设计合理，通过设置的平衡传动衬组，在不改变空压机原有结构尺寸的情况下，平衡和抵消掉偏心惯性力，减少振动摩擦及互振，提高整机的平衡性能；气旋结构的设置，从微观上防止活塞偏心运动的磨损，防止活塞四周瞬间气压偏大而出现的“腰鼓磨损”现象，使气路理想，提高充气效率，减轻磨损；散热降噪机构的设置，在不影响原有散热效果的同时，通过降低音频，从而降低了振动和噪声。

附图说明

图1为发明整体结构示意图；

图2为本发明的爆炸图；

图3为设置在活塞上端面的气旋结构的结构示意图；

图4为设置在气缸上的散热结构示意图；

图中，1-曲轴，2-连杆，3-前箱体，4-后箱体，5-盖体，6-缸体，7-活塞，8-连杆小衬，9-连杆大衬，10-降噪散热翅片，11-降噪散热孔，12-散热衬,13-平衡气旋面。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明作进一步详细说明，并给出具体实施方式。

如图1-4所示，本发明平衡衬高压空压机，包括曲轴箱、曲轴、连杆，曲轴箱由前箱体、后箱体及盖体组成，曲轴箱上通过密封轴承活动连接曲轴，曲轴箱上固定设置有缸体组件，缸体组件上设置有进气总成和排气总成，该高压空压机内部设置有平衡传动衬组及气旋结构，高压空压机机体外设置有散热降噪机构，平衡传动衬组包括缸体组、连杆活塞销组、连杆曲轴组、活塞销组。

缸体组包括缸体、设置在缸体内的缸体衬套、活塞环及活塞，缸体采用ZL108材质，缸体衬套采用40Cr材质，活塞环采用NHC-5材质，活塞采用7075铝合金材质；连杆活塞销组包括连杆、连杆小衬、活塞销，连杆曲轴组包括连杆、连杆大衬、曲轴，连杆和曲轴均采用40CrM0材质，连杆小衬采用OQI10-4-4材质，活塞销采用20Cr材质，连杆大衬采用Qsn7-0.2材质；活塞销组包括活塞、衬、活塞销，活塞采用7075铝合金材质，衬采用OQI10-4-4材质，活塞销采用20Cr材质。

其中，缸体组采用以下步骤进行装配：1）前处理：在缸体的排气孔处钻一个工艺小孔，该工艺小孔位于后续加工中产品气阀位置处，并做去毛刺处理，方便组衬时排气；2）缸体预热：缸体在恒温箱内加热到200-220度，保持60分钟；3）衬套冷却：缸体衬套在液氮中浸放8-10分钟；4）助衬剂涂覆： 缸体温度处于200-210℃的条件下，往其内壁均匀涂覆助衬剂，然后将缸体衬套装配到缸体内，用机动或手动压机加压一定压力1分钟；其中，缸体与缸体衬套之间的配合为过盈配合，过盈量在0.1mm，助衬剂为Ergo4460；5）冷却：将装配好的缸体自然冷却，即完成装配。其中，助衬剂涂到已加热的缸体内壁，让入缸体衬套，有浓而不流，无凝固，瞬时反应时有轻微白烟现象，缸体组的平衡传动衬组配材料组合搭配，形成衬链，有二个材料替代俄国标注，材料40Cr + NHC-5；ZL108 +40Cr是本衬组的最佳顺应关系，加Ergo4460固持剂助衬。助衬催化原理与相互作用式如下 ：

压衬条件200摄氏度下舜间高温交互反应，使整机连接气阀结构不漏气。

该平衡传动衬组的设计，平衡和抵消掉偏心惯性力，限制交变支反力在最小范围，增加平衡，减少摩擦振动，减少变支反力，减少互振，从而使整机平衡性能提高；平衡衬组结构针对性强，不需要改变原有结构尺寸，减振显著，有节能降噪、运转平稳、降低运转成本，安全可靠，促进产品性能进步等优点。持续、均衡、稳定地进行高压充、排气工作，使充补气速度、持续气压指标得到了明显的上升，充气效率提升了20%，主要性能指标超过了俄罗斯AK150M高压空气压缩机标准。平衡衬组技术不但组合了衬料、衬件与支承件、被衬件、衬压过程的力学顺应平衡，还包括相连或组合部件的材料元素组配的改变和节点造型的平衡要求。即组件结构力学和材料力学的平衡。平衡衬高压空压机，填补了国内该产品通过专用平衡衬组技术实现平衡传动的技术空白，在国内外未见报道。技术与经济意义巨大，延伸应用潜力也很大。

气旋结构为一平衡气旋面，该平衡气旋面为一呈倾斜的锥面结构，其锥面的锥度为160-175度，优选170度，且锥面的最低点到锥面的最高点的垂直距离为1.5毫米以下，优选1毫米。气旋结构包括活塞气旋及气阀气旋，活塞气旋设置在各活塞端面或设置在气缸缸盖的内端面上，气阀气旋设置在气阀的气体受力端面。

活塞汽旋：在气缸活塞上部做平衡汽旋，通过汽流导向使其居中平衡。从微观上防止活塞偏心运动磨损，还可防止活塞四周舜间气压偏大而出现的“腰鼓磨损”现象。折返的气流沿活塞中线集中，经缸盖导向进入气阀，气路理想，提高充气效率，减轻活塞环磨损。有些产品的缸盖结构允许，可将排气阀的位置重新设计为居中，而传统的进排气口均是偏心设计；或设计与排气阀同心圆的小汽旋，产生惯性导流。

气阀气旋：能使气压沿阀塞中线集中，减少气流向阀门四周微隙挤射，从而提高了气流效率，减轻阀针的间隙磨损。止回平衡气旋可通过止回气压协助调整阀塞姿态居中。

散热降噪机构散热降噪机构设置在缸体组件的缸体外壁上及设置在进气总成和排气总成的排气接管的外壁上，包括多个平行设置的降噪散热翅片，降噪散热翅片上均设置有上下对应的孔径为0.8cm以下的降噪散热孔，同一纵向位置的降噪散热孔形成一降噪散热孔组，相邻的降噪散热孔组之间的降噪散热翅片上设置有上下对一个的散热衬，同一纵向位置的散热衬形成一散热衬组。其中，降噪散热孔组和散热衬组各设置有四组，且呈均布设置。降噪散热翅片钻孔能增快散热并降低振动频率；在孔与孔之间增设散热衬，通过降噪散热翅片连结能进一步地增快散热、降低振动频率、支撑增强翅片作用，孔径0.5cm,的降噪散热孔可加快散热，阻止音频传递作用，散热衬可直接阻止翅端振频且增加翅端强度，还可降低音频，设计时，采用低频翅选材与造型，通过低频平衡抵消振动和噪声。从散热翅上阻尼、平衡和抵消空压机的振动和噪声传递，在国内外未见报道。

采用本发明技术方案及装配方法得到的高压空压机，其性能试验数据对比表见表1。

表1：高压空压机性能试验数据对比表

从表1可以看出，设置有本发明平衡气旋的台州中际公司生产的高压空压机，其上气速度快，压力达到50kg、100kg、150kg所用时间明显低于同行业其他型号的高压空压机，大大提高高压空压机的工作效率。其中，表中的效率指容积效率η _v ，已经换算，指压缩机实际容积流量与理想容积流量之比。是引用标准《GB/T 3853-1998 容积式空气压缩机验收试验》、《GB-T 12929-2008船用高压活塞空气压缩机》、《QC/T 29078-2016 汽车用空气压缩机性能要求及台架试验方法》的一项主要指标。

Claims (10)

1.平衡衬高压空压机，包括曲轴箱、曲轴（1）、连杆（2），所述曲轴箱由前箱体（3）、后箱体（4）及盖体（5）组成，曲轴箱上通过密封轴承活动连接曲轴（1），曲轴箱上固定设置有缸体组件，缸体组件上设置有进气总成和排气总成，其特征在于该高压空压机内部设置有平衡传动衬组及气旋结构，高压空压机机体外设置有散热降噪机构，所述平衡传动衬组包括缸体组、连杆活塞销组、连杆曲轴组、活塞销组。

2.如权利要求1所述的平衡衬高压空压机，其特征在于所述缸体组包括缸体（6）、设置在缸体（6）内的缸体衬套、活塞环及活塞（7），所述缸体（6）采用ZL108材质，缸体衬套采用40Cr材质，活塞环采用NHC-5材质，活塞（7）采用7075铝合金材质；所述连杆活塞销组包括连杆（2）、连杆小衬（8）、活塞销，连杆曲轴组包括连杆（2）、连杆大衬（9）、曲轴（1），所述连杆（2）和曲轴（1）均采用40CrM0材质，连杆小衬（8）采用OQI10-4-4材质，活塞销采用20Cr材质，连杆大衬（9）采用Qsn7-0.2材质；活塞销组包括活塞（7）、衬、活塞销，所述活塞采用7075铝合金材质，衬采用OQI10-4-4材质，活塞销采用20Cr材质。

3.如权利要求1所述的平衡衬高压空压机，其特征在于所述气旋结构为一平衡气旋面（13），该平衡气旋面（13）为一呈倾斜的锥面结构，其锥面的锥度为160-175度，且锥面的最低点到锥面的最高点的垂直距离为不大于1.5毫米。

4.如权利要求1或3所述的平衡衬高压空压机，其特征在于所述气旋结构包括活塞气旋及气阀气旋，所述活塞气旋设置在各活塞端面或设置在气缸缸盖的内端面上，所述气阀气旋设置在气阀的气体受力端面。

5.如权利要求1所述的平衡衬高压空压机，其特征在于所述散热降噪机构包括多个平行设置的降噪散热翅片（10），所述降噪散热翅片（10）上均设置有上下对应的降噪散热孔（11），同一纵向位置的降噪散热孔（11）形成一降噪散热孔组，相邻的降噪散热孔组之间的降噪散热翅片（10）上设置有上下对应的散热衬（12），同一纵向位置的散热衬（12）形成一散热衬组。

6.如权利要求5所述的平衡衬高压空压机，其特征在于所述降噪散热孔组和散热衬组各设置有四组，且呈均布设置。

7.如权利要求5所述的平衡衬高压空压机，其特征在于所述降噪散热孔（11）的孔径为0.8cm以下。

8.如权利要求1或5所述的平衡衬高压空压机，其特征在于所述散热降噪机构设置在缸体组件的缸体外壁上及设置在进气总成和排气总成的排气接管的外壁上。

9.如权利要求1所述的平衡衬高压空压机，其特征在于所述缸体组采用以下步骤进行装配：

1）前处理：在缸体（6）的排气孔处钻一个工艺小孔，该工艺小孔位于后续加工中产品气阀位置处，并做去毛刺处理，方便组衬时排气；

2）缸体预热：缸体（6）在恒温箱内加热到200-220度，保持60分钟；

3）衬套冷却：缸体衬套在液氮中浸放8-10分钟；

4）助衬剂涂覆： 缸体（6）温度处于200-210℃的条件下，往其内壁均匀涂覆助衬剂，然后将缸体衬套装配到缸体内，用机动或手动压机加压一定压力1分钟；

5）冷却：将装配好的缸体自然冷却，即完成装配。

10.如权利要求9所述的平衡衬高压空压机，其特征在于缸体（6）与缸体衬套之间的配合为过盈配合，过盈量在0.1mm，所述助衬剂为Ergo4460。