CN108443134B - 一种滚动活塞压缩机径向空化观测实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及滚动活塞压缩机工作腔径向间隙空化机理研究领域。一种滚动活塞压缩机径向间隙空化观测实验装置，包括压缩机模拟观测装置、摄影装置和油路循环装置；所述压缩机模拟观测装置包括机架、等效装置和驱动装置；所述机架上部安装有所述等效装置；所述等效装置与所述驱动装置连接；所述油路循环装置用于进油、出油以及泄漏润滑油的处理；所述摄影装置用于拍摄得到径向间隙处清晰的空化图像并保存。本发明通过模拟滚动活塞压缩机，在工作腔充满油，并且无压差的工作环境下，使用高速摄影，拍下在活塞运转下，其径向间隙所生成的气泡的情况，以此来研究滚动活塞压缩机径向间隙处所产生的空化的情况。

Description

一种滚动活塞压缩机径向空化观测实验装置

技术领域

本发明涉及滚动活塞压缩机工作腔径向间隙空化机理研究领域，具体涉及一种滚动活塞压缩机径向空化观测实验装置。

背景技术

在流体机械中，空化是一种常见的、并且多为有害的现象。在滚动活塞压缩机中，存在有许多的相对运动，在这些相对运动中，滚动活塞压缩机径向间隙、转速、温度和压力都在实时变化，而在这变化的过程中，压缩机的工作腔中便容易产生影响机器正常工作的空化现象。空化一旦产生，在流体和空泡的相互作用下，会改变流体结构或部件中的速度和压力分布，使压缩机不能稳定运行，进而导致一些严重后果出现。例如，滚动活塞压缩机的工作性能降低，材料表面被破坏，机组产生振动和噪声，使用寿命缩短等。为保证压缩机安全、稳定、高效地运行，对其存在的空化现象进行研究，具有重要意义。而直接在压缩机上进行空化的研究，是极其困难的，因而急需设计一种滚动活塞压缩机空化的观测实验装置，以便进行观测研究。

发明内容

鉴于上述内容，本发明提供一种滚动活塞压缩机径向间隙空化观测实验装置，该装置通过模拟滚动活塞压缩机，在工作腔充满油，并且无压差的工作环境下，使用高速摄影，拍下在活塞运转下，其径向间隙所生成的气泡的情况，以此来研究滚动活塞压缩机径向间隙处所产生的空化的情况。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种滚动活塞压缩机径向间隙空化观测实验装置，包括压缩机模拟观测装置、摄影装置和油路循环装置；

所述压缩机模拟观测装置包括机架、等效装置和驱动装置；所述机架上部安装有所述等效装置；所述等效装置包括轴承座、法兰端盖、透明外壳、自润滑铜套、偏心轴、转子和角接触球轴承；所述轴承座固定在所述机架内表面顶部；所述法兰端盖固定在所述机架外表面顶端，所述法兰端盖上密封连接有透明外壳，所述透明外壳的内部密封连接有自润滑铜套；所述法兰端盖的圆心处开设有盖孔；所述偏心轴的轴心依次穿过所述法兰端盖上的盖孔和轴承座后与所述驱动装置连接，所述偏心轴与透明外壳之间的空间形成模拟滚动活塞压缩机的工作腔；所述偏心轴的活塞端表面安装有转子，所述偏心轴的轴心上具有圆环状台阶，所述轴承座内设有角接触球轴承，所述偏心轴的台阶与所述角接触球轴承滑动连接，使所述角接触球轴承与偏心轴间隙配合；

所述摄影装置包括环形照明灯、高速摄影机以及与所述高速摄影机电性相连的计算机，所述环形照明灯位于所述透明外壳的上方；所述高速摄影机位于所述机架的侧面，且高速摄影机的镜头对准所述工作腔；

所述油路循环装置包括储油池、进油管、蠕动泵、出油管和过滤器；所述透明外壳的上部开设有进油口；所述储油池的输出端通过进油管与所述进油口连接；所述进油管上设有所述蠕动泵；所述法兰端盖上设有储油腔，所述储油腔位于所述自润滑铜套与偏心轴的下方；所述法兰端盖的底部以及轴承座的侧面开设有连通所述储油腔的出油口，所述出油管的一端穿入所述出油口后与所述储油腔连接；所述出油管的另一端通过所述过滤器与所述储油池的输入端连接；所述过滤器设置在所述机架上。

作为进一步的改进方式，所述驱动装置包括电机控制器以及与所述电机控制器电性连接的伺服电机。

作为进一步的改进方式，所述机架包括底板和分别设置在所述底板两侧的侧板，两所述侧板之间设有顶板和横板，所述侧板的内侧分别设有凸台；所述横板的两侧分别设有与所述凸台相匹配的凹槽；并且所述侧板与所述横板之间通过螺栓固定连接；所述等效装置设置在所述顶板的上端；所述伺服电机的下部固定安装在所述机架的底板上，所述伺服电机的上部与所述横板通过螺栓固定连接；所述横板的中心处开设有通孔；所述伺服电机的电机轴穿过所述通孔后通过联轴器与所述偏心轴的轴心连接。

作为进一步的改进方式，所述驱动装置还包括调速器，所述调速器与所述电机控制器电性连接。

作为进一步的改进方式，所述偏心轴的活塞端一侧开设有一个开口朝上的动平衡空腔，所述动平衡空腔的开口处通过密封盖过盈配合密封。

作为进一步的改进方式，所述透明外壳为有机玻璃透明外壳。

作为进一步的改进方式，所述偏心轴的活塞端表面能够更换不同外径大小的转子。

作为进一步的改进方式，所述轴承座通过六角螺栓固定在所述机架内表面顶部。

作为进一步的改进方式，所述工作腔为充满油液的状态。

作为进一步的改进方式，所述工作腔内为无压差的工作环境。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的一种滚动活塞压缩机径向间隙空化观测实验装置，通过用于同步等效的压缩机模拟观测装置模拟了滚动活塞压缩机的工作腔，在无压差、纯油工作腔的工作情况下，通过摄影装置记录下工作腔径向间隙下的空化情况，对研究滚动活塞压缩机的空化情况具有相近的效果。

2、本发明的一种滚动活塞压缩机径向间隙空化观测实验装置具有方便更改径向间隙、润滑油粘度、活塞转速的优点，能够更好地探究这些因素对于压缩机径向间隙空化的影响大小。

3、本发明的一种滚动活塞压缩机径向间隙空化观测实验装置的实验工作过程中由高速摄影拍下径向间隙的气泡情况，方便进行进一步的处理分析和研究。

附图说明

图1是本发明一种滚动活塞压缩机径向间隙空化观测实验装置的结构示意图；

图2是本发明等效装置的纵向剖视图；

图3是本发明压缩机模拟观测装置的结构示意图；

图4是图3中A处的剖视图；

图5是本发明偏心轴的结构示意图。

其中，附图中标记为：1-机架；2-等效装置；3-轴承座；4-法兰端盖；5-透明外壳；6-自润滑铜套；7-偏心轴；8-转子；9-角接触球轴承；10-工作腔；11-环形照明灯；12-高速摄影机；13-计算机；14-储油池；15-进油管；16-蠕动泵；17-出油管；18-过滤器；19-进油口；20-储油腔；21-出油口；22-电机控制器；23-伺服电机；24-底板；25-侧板；26-顶板；27-横板；28-动平衡空腔；29-密封盖；30-平键；31-联轴器。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。需要说明的是，本发明的具体实施例只是为了能更清楚的描述技术方案，而不能作为本发明保护范围的一种限制。

请参阅图1-5，一种滚动活塞压缩机径向间隙空化观测实验装置，包括压缩机模拟观测装置、摄影装置和油路循环装置；

压缩机模拟观测装置包括机架1、等效装置2和驱动装置；机架1上部安装有等效装置2；等效装置2包括轴承座3、法兰端盖4、透明外壳5、自润滑铜套6、偏心轴7、转子8和角接触球轴承9；轴承座3通过六角螺栓固定在机架1内表面顶部；法兰端盖4固定在机架1外表面顶端，法兰端盖4上密封连接有透明外壳5，透明外壳5为有机玻璃透明外壳5；有机玻璃透明外壳5的内部密封连接有自润滑铜套6；法兰端盖4的圆心处开设有盖孔；偏心轴7的轴心依次穿过法兰端盖4上的盖孔和轴承座3后与驱动装置连接，偏心轴7与有机玻璃透明外壳5之间的空间形成模拟滚动活塞压缩机的工作腔10；偏心轴7的活塞端表面安装有转子8，并且偏心轴7的活塞端表面能够更换不同外径大小的转子8，偏心轴7的轴心上具有圆环状台阶，轴承座3内设有角接触球轴承9，偏心轴7的台阶与角接触球轴承9滑动连接，使角接触球轴承9与偏心轴7间隙配合；

摄影装置包括环形照明灯11、高速摄影机12以及与高速摄影机12电性相连的计算机13，将环形照明灯11位于有机玻璃透明外壳5的上方，增加照明；高速摄影机12位于机架1的侧面，且高速摄影机12的镜头对准工作腔10，通过调焦对准工作腔10，找到最合适的距离，以便得到径向间隙处清晰的空化图像。当装置运行平稳后开始拍摄，并通过计算机13保存图像，方便日后的图像处理和对空化的研究；

油路循环装置包括储油池14、进油管15、蠕动泵16、出油管17和过滤器18；有机玻璃透明外壳5的上部开设有进油口19；储油池14的输出端通过进油管15与进油口19连接；进油管15上设有蠕动泵16；为了承接少量泄露的润滑油，法兰端盖4内凹形成有储油腔20，储油腔位于自润滑铜套6与偏心轴7的下方；为了方便接入出油管17使泄漏到法兰端盖4储油腔内的泄漏润滑油排出，法兰端盖4的底部以及轴承座3的侧面开设有连通储油腔的出油口21，出油管17的一端穿入出油口21后与储油腔连接；出油管17的另一端通过过滤器18与储油池14的输入端连接；过滤器18设置在机架1上。

本发明通过模拟滚动活塞压缩机，在工作腔10充满油，并且无压差的工作环境下，使用高速摄影机12，拍下偏心轴7的活塞端运转下，其径向间隙所生成的气泡的情况，以此来研究滚动活塞压缩机径向间隙处所产生的空化的情况。

驱动装置包括电机控制器22、调速器和伺服电机23，调速器和伺服电机23分别与电机控制器22电性连接。

如图3所示，机架1包括底板24和分别设置在底板24两侧的侧板25，两侧板25之间设有顶板26和横板27，侧板25的内侧分别设有凸台；横板27的两侧分别设有与凸台相匹配的凹槽；并且侧板25与横板27之间通过螺栓固定连接；等效装置2设置在顶板26的上端；伺服电机23的下部固定安装在机架1的底板24上，伺服电机23的上部与横板27通过螺栓固定连接；横板27的中心处开设有通孔；伺服电机23的电机轴穿过通孔后通过联轴器31与偏心轴7的轴心连接。

振动是运行常见机械装置中常见的现象，偏心轴7的活塞端工作部分活塞圆心偏离轴心，为了使偏心轴7旋转平稳，本发明实施例中，通过仿真计算后改造偏心轴7的结构，即在偏心轴7的活塞端一侧开设有一个开口朝上的动平衡空腔28，并在动平衡空腔28的开口处使用一块与偏心轴7同样材质的密封盖29以过盈配合形式密封，以免油液进入空孔，使整段的偏心轴7的重心都与偏心轴7轴心重合，有效地降低了机器运行过程中的振动。并且机架1的尺寸设计也是尽可能地大，进一步有效地降低振动，使整体在运行过程中保持平稳。本实施例中，伺服电机23固定安装在机架1内底板24处，伺服电机23的另外一端则由横板27固定，根据伺服电机23的高度，在机架1内两侧加工时，两侧各留有一个凸台，横板27的两侧设计正好嵌入机架1的台阶，再每边以4个M16的六角头螺栓固定横板27，以此固定伺服电机23的位置。

如图4所示，压缩机模拟观测装置设置在机架1的上表面，轴承座3按照轴承座3上的圆孔圆心与机架1顶端开设的圆孔圆心重合固定安装，并将角接触球轴承9放入轴承座3中，其内径圆心与轴承座3的圆心重合，在机架1外表面顶端固定有法兰端盖4，其中轴承座3与法兰端盖4上盖孔的圆心均与机架1上的圆孔圆心重合。在机架1外顶端，法兰端盖4按照法兰端盖4上盖孔的圆心与机架1顶端圆孔圆心重合固定安装，再将偏心轴7垂直装入法兰端盖4的盖孔，并穿过轴承内径圆孔和轴承座3圆孔，至此，角接触球轴承9一端与偏心轴7台阶定位固定，另一端与轴承座3定位固定完成。在安装偏心轴7的同时，在偏心轴7和伺服电机23的电机轴上装上相应的平键30，并使用联轴器31将偏心轴7与电机轴连接。在偏心轴7的活塞端安装上转子8，接着将内表面安装有自润滑套筒的有机玻璃外壳与法兰端盖4连接固定安装，使有机玻璃外壳内的自润滑套筒内径表面与偏心轴7有相对运动，以此使偏心轴7的活塞端与有机玻璃外壳形成一个封闭的工作腔10，自润滑铜套6的使用进一步保证了其工作腔10的密封性。

油路循环装置用于进油、出油以及泄漏润滑油的处理，有机玻璃透明外壳5的上部加工开设有一小圆孔作为进油口19，通过该进油口19连接有一根进油管15与蠕动泵16连接，储油池14的输出端通过另一个根进油管15与蠕动泵16连接；本发明使用的蠕动泵16为双向蠕动泵16，在实验开始时通过蠕动泵16向工作腔10内泵油。在完成了某个型号润滑油的试验后，通过蠕动泵16的反向泵油，将工作腔10内的润滑油排出，再换上新的型号的润滑油进行实验，如此循环，方便探究不同粘度润滑油对于空化的影响。在偏心轴7转动工作过程中，有少许油液通过自润滑铜套6与偏心轴7之间泄漏，泄漏的润滑油储存在法兰端盖4形成的储油腔内，并通过法兰端盖4底部和轴承座3侧面的出油管17，将工作腔10内泄漏的废弃油液导出，经过过滤器18的过滤再返回储油池14

本发明通过设计一种压缩机模拟观测装置，其工作腔10外壳整体透明，方便观察在无压差、纯满油的状态下工作腔10内径向间隙处的空化情况。测试开始前，通过纯油的转动测试，保证装置的稳定运行以及无大量泄漏状况，实验开始，安装指定的转子8，即确定了适当的径向间隙，通过有机玻璃外壳顶部的油孔，使用蠕动泵16向装置的工作腔10泵入指定型号润滑油并把气泡排出，当润滑蠕动泵16满并把气泡如数排出后，开始通过电机控制器22调节伺服电机23转动，从低速开始，当装置运行平稳后，使用计算机13控制高速摄影进行拍摄，每组拍摄3秒时间，完成后调节伺服电机23的电机轴停止转动，并保存相应的图像，至此，一组指定间隙、油号下的一种转速的空化情况实验完成。以此完成各个不同转速下的空化观测实验。当指定间隙、油号下的各个转速实验完成后。使用蠕动泵16反方向排油，将工作腔10内的油号排除干净，接着泵入其他型号的润滑油，继续实验。当全型号的润滑油试验完成后，拆卸有机玻璃外壳，取下活塞上的转子8，换上其他外径大小的转子8，以更改径向间隙。再将有机玻璃外壳重新安装，固定完成后继续泵入指定型号润滑油，如此重复以上的实验步骤，保存相应的空化图像，方便后期的处理与空化的研究。

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 (8)

1.一种滚动活塞压缩机径向间隙空化观测实验装置，其特征在于：包括压缩机模拟观测装置、摄影装置和油路循环装置；

所述压缩机模拟观测装置包括机架、等效装置和驱动装置；所述机架上部安装有所述等效装置；所述等效装置包括轴承座、法兰端盖、透明外壳、自润滑铜套、偏心轴、转子和角接触球轴承；所述轴承座固定在所述机架内表面顶部；所述法兰端盖固定在所述机架外表面顶端，所述法兰端盖上密封连接有透明外壳，所述透明外壳的内部密封连接有自润滑铜套；所述法兰端盖的圆心处开设有盖孔；所述偏心轴的轴心依次穿过所述法兰端盖上的盖孔和轴承座后与所述驱动装置连接，所述偏心轴与透明外壳之间的空间形成模拟滚动活塞压缩机的工作腔；所述偏心轴的活塞端表面安装有转子，所述偏心轴的轴心上具有圆环状台阶，所述轴承座内设有角接触球轴承，所述偏心轴的台阶与所述角接触球轴承滑动连接；所述偏心轴的活塞端一侧开设有一个开口朝上的动平衡空腔，所述动平衡空腔的开口处通过密封盖过盈配合密封；所述驱动装置包括电机控制器以及与所述电机控制器电性连接的伺服电机；

所述摄影装置包括环形照明灯、高速摄影机以及与所述高速摄影机电性相连的计算机，所述环形照明灯位于所述透明外壳的上方；所述高速摄影机位于所述机架的侧面，且高速摄影机的镜头对准所述工作腔；

所述油路循环装置包括储油池、进油管、蠕动泵、出油管和过滤器；所述透明外壳的上部开设有进油口；所述储油池的输出端通过进油管与所述进油口连接；所述进油管上设有所述蠕动泵；所述法兰端盖上设有储油腔，所述储油腔位于所述自润滑铜套与偏心轴的下方；所述法兰端盖的底部以及轴承座的侧面开设有连通所述储油腔的出油口，所述出油管的一端穿入所述出油口后与所述储油腔连接；所述出油管的另一端通过所述过滤器与所述储油池的输入端连接；所述过滤器设置在所述机架上。

2.根据权利要求1所述的一种滚动活塞压缩机径向间隙空化观测实验装置，其特征在于：所述机架包括底板和分别设置在所述底板两侧的侧板，两所述侧板之间设有顶板和横板，所述侧板的内侧分别设有凸台；所述横板的两侧分别设有与所述凸台相匹配的凹槽；并且所述侧板与所述横板之间通过螺栓固定连接；所述等效装置设置在所述顶板的上端；所述伺服电机的下部固定安装在所述机架的底板上，所述伺服电机的上部与所述横板通过螺栓固定连接；所述横板的中心处开设有通孔；所述伺服电机的电机轴穿过所述通孔后通过联轴器与所述偏心轴的轴心连接。

3.根据权利要求1所述的一种滚动活塞压缩机径向间隙空化观测实验装置，其特征在于：所述驱动装置还包括调速器，所述调速器与所述电机控制器电性连接。

4.根据权利要求1所述的一种滚动活塞压缩机径向间隙空化观测实验装置，其特征在于：所述透明外壳为有机玻璃透明外壳。

5.根据权利要求1所述的一种滚动活塞压缩机径向间隙空化观测实验装置，其特征在于：所述偏心轴的活塞端表面能够更换不同外径大小的转子。

6.根据权利要求1所述的一种滚动活塞压缩机径向间隙空化观测实验装置，其特征在于：所述轴承座通过螺栓固定在所述机架内表面顶部。

7.根据权利要求1所述的一种滚动活塞压缩机径向间隙空化观测实验装置，其特征在于：所述工作腔为充满油液的状态。

8.根据权利要求1所述的一种滚动活塞压缩机径向间隙空化观测实验装置，其特征在于：所述工作腔内为无压差的工作环境。