一種單螺桿壓縮機的滑閥調節機構

周本漢

摘 要：在單螺桿壓縮機中，常用的滑閥調節方式為：在機體內設置油缸或氣缸，油缸或氣缸內的活塞帶動滑閥運動，達到調節滑閥行程的目的。然而，這類調節方式的結構比較復雜，與油缸或氣缸配套的驅動件、零部件、控制閥較多，且調節響應較慢，調節不能達到很精確的程度，而且能調節的行程只有數個檔位。本文介紹一種結構簡單，且能精確、無級調節滑閥行程的機構。

關鍵詞：單螺桿壓縮機；滑閥；行程；無級調節；步進電機；蝸桿；蝸輪；旋轉密封圈；絲杠；移動螺母

中圖分類號：TB653 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）04-0079-01

在單螺桿壓縮機中，常用的滑閥調節方式為：在機體內設置油缸或氣缸，油缸或氣缸內的活塞帶動滑閥運動，達到調節滑閥行程的目的。然而，這類調節方式的結構比較復雜，與油缸或氣缸配套的驅動件、零部件、控制閥較多，且調節響應較慢，調節不能達到很精確的程度，而且能調節的行程只有數個檔位。在一種氣缸、活塞、彈簧式滑閥行程調節結構中，氣體從進氣腔引入，經過缸體、二位二通電磁閥、氣缸盤等進入活塞腔，活塞在氣體力和彈簧力的作用下，帶動滑閥移動。但是，進氣壓力有一定波動，實際彈簧力與計算值有一定差值，因此，滑閥的行程不能準確控制。而且，需在缸體、氣缸盤上加工多個直徑較小的通孔，生產成本較高。

以下介紹一種結構簡單，且能精確、無級調節滑閥行程的機構。

如圖1、圖2、圖3、圖4所示，能正反轉的步進電機置于機頂，通過皮帶、皮帶輪驅動蝸桿、蝸輪，蝸輪帶動絲杠、移動螺母運動。以上各示意圖的右側為進氣端，左側為排氣端。

蝸桿與蝸桿軸承座之間的密封件為旋轉密封圈。以前，旋轉密封圈的工作壓力很低，限制了旋轉密封圈的使用范圍。現在，已有工作壓力達數兆帕甚至數十兆帕的旋轉密封圈的國產品牌可供選用。

絲杠被絲杠軸承座和絲杠軸承座蓋限位，只能轉動，不能作軸向運動。

移動螺母用螺釘固定在滑閥拉桿連接板上，被滑閥拉桿連接板、滑閥拉桿、滑閥和滑閥槽限位，只能作軸向運動，不能轉動。移動螺母前端的圓柱部分與氣缸盤配合，以保證移動螺母在徑向的定位精度合格。

絲杠與移動螺母的配合為自鎖結構，即絲杠轉動時，能帶動移動螺母作軸向運動。而移動螺母受軸向力時，不能使絲杠轉動，亦即此時移動螺母不能作軸向運動，從而保證滑閥能準確定位。

當步進電機正轉或反轉時，滑閥向排氣端或進氣端運動，行程按步進電機的步距連續變化，而且根據傳感器檢測到的有關數據，滑閥能夠可靠地停留在其行程范圍內的預定位置，從而使排氣壓力、排氣溫度、排氣量等參數達到設定數值。

計算方法如下：

絲杠與移動螺母的嚙合選用梯形螺紋，梯形螺紋的導程為S，螺紋中徑為d2，齒形角為α2，絲杠與移動螺母的摩擦因數為f，則螺紋升角λ=arctan（S/（3.14*d2）），當量摩擦角ρ=arctan（f/cos（α2/2）），當λ<ρ時，絲杠與移動螺母能自鎖。滑閥受力面積Ahf，排氣壓力P2，軸向載荷F= P2*Ahf*2，梯形螺紋摩擦力矩Mt1=（d2/2）*F*tan（λ+ρ），絲杠軸向支撐環面的外徑Do，絲杠軸向支撐環面的內徑do，絲杠與軸承的摩擦因數fa，絲杠軸向支撐環面摩擦力矩Mt2=（1/3）*fa*F*（Do3-do3）/（Do2-do2），絲杠的驅動力矩Mt=Mt1+Mt2。絲杠與蝸輪之間采用鍵連接的結構，所以，蝸輪扭矩T2=Mt。

旋轉密封圈與蝸桿配合的許用線速度為v，蝸桿在此處的半徑為r，蝸桿的轉速n1=v/（2*3.14*r）。

選用ZN型蝸桿蝸輪嚙合副，傳動比i=z2/z1，傳動效率η=（100-3.5*（i）0.5）/100，蝸桿扭矩T1=T2/（i*η），根據蝸桿扭矩T1選用步進電機。

當蝸桿的轉角為θ1，蝸輪的轉角亦即移動螺母的轉角θ2=θ1/i，絲杠軸向位移L=（θ2/（2*3.14））*S，式中θ2的單位為弧度。根據步進電機與蝸桿的傳動比，即可計算出步進電機的步距角與移動螺母的軸向位移的關系。

從上往下看，當電機作順時針旋轉時，蝸輪作順時針旋轉（從排氣端往進氣端看），如絲杠與移動螺母為右旋螺紋，則此時移動螺母向排氣端運動。

參考文獻

[1]郁永章.容積式壓縮機技術手冊[M].北京：機械工業出版社，2005.

[2]成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2007.