直線電機活塞式壓縮機的技術(shù)剖析

　　1概述

　　傳統(tǒng)的活塞式空氣壓縮機主要有旋轉(zhuǎn)電機驅(qū)動和電磁振動式兩種，目前國內(nèi)外生產(chǎn)，使用的絕大部分活塞式壓縮機是旋轉(zhuǎn)電機驅(qū)動的。這類壓縮機主要優(yōu)點是技術(shù)成熟，性能可靠，壽命長。不好的地方是活塞行程較短，活塞往復(fù)頻率高，結(jié)構(gòu)(復(fù)雜，能量傳遞環(huán)節(jié)多，機械效率低（整機效率一般為0.30～0.40），運行噪聲大。電磁振動式壓縮機是利用電磁力及機械共振原理驅(qū)動，直接推動活塞往復(fù)振動進行工作的。優(yōu)點是：體積小，重量(weight)輕，機械效率高，具有超壓保護(bǎo hù )功能，易實現(xiàn)無油潤(Oily)滑。缺點是：整機效率低（主要是電磁系統(tǒng)效率低），行程短，頻率高，排氣(Exhaust)壓力低，難以實現(xiàn)較大功率（指物體在單位時間內(nèi)所做的功的多少）(High-power)。
　　直線電機驅(qū)動的活塞式壓縮機，電機次級直接帶動壓縮機活塞作往復(fù)直線運動，不需要曲柄連桿機構(gòu)和機械傳動系統(tǒng)(system)具有以下特點：（1）用直線感應(yīng)電機代替電磁式壓縮機的電磁彈簧（huáng）共振動力系統(tǒng)，使活塞壓縮機在性能和機構(gòu)上產(chǎn)生了很大進步。昆山空壓機保養(yǎng)冷卻水通過管道進入空壓機中間冷卻器對一級壓縮排出的氣體進行冷卻降溫，再進入后冷器對排氣進行冷卻，另一路冷卻水進水管道經(jīng)過主電機上部的兩組換熱器冷卻電機繞組，還有一路對油冷卻器進行冷卻。
　?。?）圓筒型復(fù)合次級直線電機效率(efficiency)略低于旋轉(zhuǎn)(Rotating)異步電動(electric)機，但壓縮機整機效率比電磁振動式壓縮機和旋轉(zhuǎn)電動機驅(qū)動的活塞壓縮機效率高
　?。?）活塞行程長。昆山空壓機維修是更換全部磨損的零件，空壓機轉(zhuǎn)1000個小時或一年后，要更換濾芯，在多灰塵地區(qū)，則更換時間間隔要縮短。濾清器維修時必須停機，檢查壓縮機所有部件，排除壓縮機所有故障。直線電機次級行程不受限制，所以壓縮機可選取較長的活塞行程（為目前同缸徑壓縮機行程的2～3倍以上）。這也就降低了對活塞往復(fù)頻率的要求（活塞頻率可降低2～3倍），從而增加了機械壽命(lifetime)，且大大降低了運行噪聲。
　　（4）活塞速度可按要求設(shè)計
　　2基本結(jié)構(gòu)
　　組合式直線電動(electric)活塞式壓縮機結(jié)構(gòu)中次級和活塞做成一個整體。這類壓縮機的結(jié)構(gòu)特點：兩個氣缸對稱安裝在直線電機次級的兩端，活塞往復(fù)一次，兩個氣缸各完成一次壓縮循環(huán)（continue)。電機為長次級結(jié)構(gòu)，無傳動系統(tǒng)，機械(machinery)損失僅為活塞與氣缸壁間的摩擦阻力損耗。具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小，成本低，噪聲(noise)低，效率高等特點。
　　分體式直線電動活塞式空氣壓縮機結(jié)構(gòu)(原理圖。結(jié)構(gòu)上與組合式基本相同。只是電機初級與氣缸(壓縮空氣)分離。這樣次級在氣缸外的部分直徑不受氣缸內(nèi)徑的限制（limit），可優(yōu)化（optimalize）電機的結(jié)構(gòu)，使電機的性能(property)更好。同時次級，活塞，氣缸的散熱效果也較好。缺點是直線電機與氣缸的安裝精度（精確度）要求高。
　　3供電及控制（control)系統(tǒng)
　　當(dāng)雙向晶閘管TV4，TV5，TV6處于開斷狀態(tài)，TV1，TV2，TV3被觸發(fā)導(dǎo)通時，活塞(piston)向左邊運行；TV1，TV2，TV3處于斷開狀態(tài)，TV4，TV5，TV6被觸發(fā)導(dǎo)通時，活塞向右邊運行。晶閘管反復(fù)通斷，活塞作往復(fù)運動。晶閘管的通斷由信號檢測(檢查并測試)電路，觸發(fā)電路控制完成。
　　為確保電機電源的安全換相，采用"延時通電"換相方式，即一組晶體閘流管斷電后延時一定時間，另一組晶閘管再觸發(fā)導(dǎo)通。昆山空壓機保養(yǎng)冷卻水通過管道進入空壓機中間冷卻器對一級壓縮排出的氣體進行冷卻降溫，再進入后冷器對排氣進行冷卻，另一路冷卻水進水管道經(jīng)過主電機上部的兩組換熱器冷卻電機繞組，還有一路對油冷卻器進行冷卻。這樣既可保證安全換相，同時合理的延時時間可以大大降低換相時電機產(chǎn)生的起動電流沖擊。
　　當(dāng)活塞(piston)向左運行至K1所在的位置時，K1發(fā)出斷電信號(signal)，TV1，TV2，TV3得不到觸發(fā)脈沖，由于馬達(dá)為電阻電感性負(fù)載，TV1，TV2，TV3經(jīng)過延時后斷開。電機斷電后在經(jīng)過一段延時，確保TV1，TV2，TV3已完全斷開，TV4，TV5，TV6再觸發(fā)導(dǎo)通，活塞受到向右方向的電磁力(magnetic force)作用?；钊蛴业竭_(dá)K2位置時，K2發(fā)出信號，TV4，TV5，TV6延時斷開，在經(jīng)一延時TV1，TV2，TV3被觸發(fā)導(dǎo)通，活塞受到向左的電磁力作用。
　　位置傳感器K3，K4為安全保護(bǎo hù )開關(guān)，該開關(guān)動作時，強行正向斷電，反向通電。
　　控制系統(tǒng)還具有缺相自動保護，SSR保護，短路（電流不經(jīng)用電器，直接連電源兩極）和過載保護。當(dāng)活塞運行頻率比較高時，采用單套繞組馬達(dá)易發(fā)生換相失敗故障，可采用雙繞組電機，即電機定子有兩套繞組，次級向一個方向(direction)運行時一套繞組通電，次級反向運行時，另一套定子繞組通電，這樣可較好地解決換相問題，但電機的體積變大，成本增加。
　　兩套繞組的布置有兩種形式一種結(jié)構(gòu)的電機定子（組成：定子鐵芯、定子繞組和機座）直徑較大，需用較多的電磁線。兩套繞組之間互感太大，影響換相。槽較深，影響電機的效率。電機定子鐵心較長，且利用率(availability)不高。
　　4試驗樣機與測試結(jié)果(result)
　　試驗(test)樣機：排氣壓力：樣機1為0.4MPa，樣機2為0.1MPa；活塞頻率：5Hz左右；電源：三相交流電，額定電壓220/380V，頻率50Hz；電機同步速度：3.0m/s；排氣量：0.1-0.3m 3 /min；控制（control)方式：手動調(diào)節(jié)(adjust)換相延時時間(time)；兩臺樣機中直線電機次級均為鋁鐵復(fù)合結(jié)構(gòu)。昆山空壓機是回轉(zhuǎn)容積式壓縮機，在其中兩個帶有螺旋型齒輪的轉(zhuǎn)子相互嚙合，使兩個轉(zhuǎn)子嚙合處體積由大變小，從而將氣體壓縮并排出。昆山空壓機維修軸承跑外圈一般是因為配合的精度不夠以及外圈定位方式設(shè)計不合理造成的。并非所有機頭都按這個時間進行，如果保養(yǎng)好的可以延后，保養(yǎng)差的則需要提前。 
　　5結(jié)論
　　直線電機活塞式壓縮機的研制在國內(nèi)(guó nèi)外尚屬首次。和傳統(tǒng)的活塞式壓縮機相比，具有突出的優(yōu)點。在一些合適的情況(Condition)下，將顯示(display)出獨具的優(yōu)勢（解釋:能壓倒對方的有利形勢)。如：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，噪聲(noise)低，整機效率(efficiency)高，活塞行程長等。