直線電機(jī)活塞式壓縮機(jī)的技術(shù)剖析

　　1概述

　　傳統(tǒng)的活塞式空氣壓縮機(jī)主要有旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和電磁振動(dòng)式兩種，目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)，使用的絕大部分活塞式壓縮機(jī)是旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的。這類壓縮機(jī)主要優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟，性能可靠，壽命長(zhǎng)。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(jī)械效率低（整機(jī)效率一般為0.30～0.40），運(yùn)行噪聲大。電磁振動(dòng)式壓縮機(jī)是利用電磁力及機(jī)械共振原理驅(qū)動(dòng)，直接推動(dòng)活塞往復(fù)振動(dòng)進(jìn)行工作的。優(yōu)點(diǎn)是：體積小，重量(weight)輕，機(jī)械效率高，具有超壓保護(hù)(bǎo hù )功能，易實(shí)現(xiàn)無(wú)油潤(rùn)(Oily)滑。缺點(diǎn)是：整機(jī)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(shí)現(xiàn)較大功率（指物體在單位時(shí)間內(nèi)所做的功的多少）(High-power)。
　　直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的活塞式壓縮機(jī)，電機(jī)次級(jí)直接帶動(dòng)壓縮機(jī)活塞作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，不需要曲柄連桿機(jī)構(gòu)和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)(system)具有以下特點(diǎn)：（1）用直線感應(yīng)電機(jī)代替電磁式壓縮機(jī)的電磁彈簧（huáng）共振動(dòng)力系統(tǒng)，使活塞壓縮機(jī)在性能和機(jī)構(gòu)上產(chǎn)生了很大進(jìn)步。昆山空壓機(jī)保養(yǎng)冷卻水通過(guò)管道進(jìn)入空壓機(jī)中間冷卻器對(duì)一級(jí)壓縮排出的氣體進(jìn)行冷卻降溫，再進(jìn)入后冷器對(duì)排氣進(jìn)行冷卻，另一路冷卻水進(jìn)水管道經(jīng)過(guò)主電機(jī)上部的兩組換熱器冷卻電機(jī)繞組，還有一路對(duì)油冷卻器進(jìn)行冷卻。
　?。?）圓筒型復(fù)合次級(jí)直線電機(jī)效率(efficiency)略低于旋轉(zhuǎn)(Rotating)異步電動(dòng)(electric)機(jī)，但壓縮機(jī)整機(jī)效率比電磁振動(dòng)式壓縮機(jī)和旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的活塞壓縮機(jī)效率高
　?。?）活塞行程長(zhǎng)。昆山空壓機(jī)維修是更換全部磨損的零件，空壓機(jī)轉(zhuǎn)1000個(gè)小時(shí)或一年后，要更換濾芯，在多灰塵地區(qū)，則更換時(shí)間間隔要縮短。濾清器維修時(shí)必須停機(jī)，檢查壓縮機(jī)所有部件，排除壓縮機(jī)所有故障。直線電機(jī)次級(jí)行程不受限制，所以壓縮機(jī)可選取較長(zhǎng)的活塞行程（為目前同缸徑壓縮機(jī)行程的2～3倍以上）。這也就降低了對(duì)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(jī)械壽命(lifetime)，且大大降低了運(yùn)行噪聲。
　?。?）活塞速度可按要求設(shè)計(jì)
　　2基本結(jié)構(gòu)
　　組合式直線電動(dòng)(electric)活塞式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)中次級(jí)和活塞做成一個(gè)整體。這類壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：兩個(gè)氣缸對(duì)稱安裝在直線電機(jī)次級(jí)的兩端，活塞往復(fù)一次，兩個(gè)氣缸各完成一次壓縮循環(huán)（continue)。電機(jī)為長(zhǎng)次級(jí)結(jié)構(gòu)，無(wú)傳動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)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(jiǎn)單，體積小，成本低，噪聲(noise)低，效率高等特點(diǎn)。
　　分體式直線電動(dòng)活塞式空氣壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)(原理圖。結(jié)構(gòu)上與組合式基本相同。只是電機(jī)初級(jí)與氣缸(壓縮空氣)分離。這樣次級(jí)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(jī)的結(jié)構(gòu)，使電機(jī)的性能(property)更好。同時(shí)次級(jí)，活塞，氣缸的散熱效果也較好。缺點(diǎn)是直線電機(jī)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(shí)，活塞(piston)向左邊運(yùn)行；TV1，TV2，TV3處于斷開狀態(tài)，TV4，TV5，TV6被觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，活塞向右邊運(yùn)行。晶閘管反復(fù)通斷，活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。晶閘管的通斷由信號(hào)檢測(cè)(檢查并測(cè)試)電路，觸發(fā)電路控制完成。
　　為確保電機(jī)電源的安全換相，采用"延時(shí)通電"換相方式，即一組晶體閘流管斷電后延時(shí)一定時(shí)間，另一組晶閘管再觸發(fā)導(dǎo)通。昆山空壓機(jī)保養(yǎng)冷卻水通過(guò)管道進(jìn)入空壓機(jī)中間冷卻器對(duì)一級(jí)壓縮排出的氣體進(jìn)行冷卻降溫，再進(jìn)入后冷器對(duì)排氣進(jìn)行冷卻，另一路冷卻水進(jìn)水管道經(jīng)過(guò)主電機(jī)上部的兩組換熱器冷卻電機(jī)繞組，還有一路對(duì)油冷卻器進(jìn)行冷卻。這樣既可保證安全換相，同時(shí)合理的延時(shí)時(shí)間可以大大降低換相時(shí)電機(jī)產(chǎn)生的起動(dòng)電流沖擊。
　　當(dāng)活塞(piston)向左運(yùn)行至K1所在的位置時(shí)，K1發(fā)出斷電信號(hào)(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(guò)延時(shí)后斷開。電機(jī)斷電后在經(jīng)過(guò)一段延時(shí)，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。活塞向右到達(dá)K2位置時(shí)，K2發(fā)出信號(hào)，TV4，TV5，TV6延時(shí)斷開，在經(jīng)一延時(shí)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(hù)(bǎo hù )開關(guān)，該開關(guān)動(dòng)作時(shí)，強(qiáng)行正向斷電，反向通電。
　　控制系統(tǒng)還具有缺相自動(dòng)保護(hù)，SSR保護(hù)，短路（電流不經(jīng)用電器，直接連電源兩極）和過(guò)載保護(hù)。當(dāng)活塞運(yùn)行頻率比較高時(shí)，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(jī)，即電機(jī)定子有兩套繞組，次級(jí)向一個(gè)方向(direction)運(yùn)行時(shí)一套繞組通電，次級(jí)反向運(yùn)行時(shí)，另一套定子繞組通電，這樣可較好地解決換相問(wèn)題，但電機(jī)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(jī)定子（組成：定子鐵芯、定子繞組和機(jī)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(jī)的效率。電機(jī)定子鐵心較長(zhǎng)，且利用率(availability)不高。
　　4試驗(yàn)樣機(jī)與測(cè)試結(jié)果(result)
　　試驗(yàn)(test)樣機(jī)：排氣壓力：樣機(jī)1為0.4MPa，樣機(jī)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(jī)同步速度：3.0m/s；排氣量：0.1-0.3m 3 /min；控制（control)方式：手動(dòng)調(diào)節(jié)(adjust)換相延時(shí)時(shí)間(time)；兩臺(tái)樣機(jī)中直線電機(jī)次級(jí)均為鋁鐵復(fù)合結(jié)構(gòu)。昆山空壓機(jī)是回轉(zhuǎn)容積式壓縮機(jī)，在其中兩個(gè)帶有螺旋型齒輪的轉(zhuǎn)子相互嚙合，使兩個(gè)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(jī)維修軸承跑外圈一般是因?yàn)榕浜系木炔粔蛞约巴馊Χㄎ环绞皆O(shè)計(jì)不合理造成的。并非所有機(jī)頭都按這個(gè)時(shí)間進(jìn)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(jī)活塞式壓縮機(jī)的研制在國(guó)內(nèi)(guó nèi)外尚屬首次。和傳統(tǒng)的活塞式壓縮機(jī)相比，具有突出的優(yōu)點(diǎn)。在一些合適的情況(Condition)下，將顯示(display)出獨(dú)具的優(yōu)勢(shì)（解釋:能壓倒對(duì)方的有利形勢(shì))。如：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，噪聲(noise)低，整機(jī)效率(efficiency)高，活塞行程長(zhǎng)等。