便携式无油润滑空压机冷却系统布局探讨

便携式无油润滑空压机冷却系统布局探讨                       
耿爱农¹，李辛沫¹，陈君立²，阮勤江²
（1.五邑大学，广东 江门 529020；2.浙江鸿友压缩机制造有限公司，浙江 温岭，317523）

摘 要：对某便携式曲轴箱进气无油润滑空压机冷却系统的布局进行了探索，针对该机曲轴箱轴承座温度较高的弱点，采用让部分冷却风横渡扫掠曲轴箱的冷却方案，使轴承座的温度较之采用传统冷却方式时的温度下降了大约4℃，由此提高了压缩机主轴承的工作可靠性。

关键词：空压机；无油润滑；冷却系统；横渡扫掠

*江门市科技计划项目（江财工[2009]217号）

 

      便携式小型空压机常常采用电机直联驱动的结构型式，亦即将曲轴与电机转子轴直接相连，电机及缸头的冷却主要依赖强制风冷来进行。一般情况下，该类压缩机冷却系统的布局有两种形式：一种方案是将冷却风扇布置在电机转子轴的尾端，其产生的风用罩壳等覆盖件引导，在经过并吹拂电机定子的外表面后接着吹向压缩机的缸头；另一种方案是将冷却风扇布置在曲轴箱内并与曲柄销相连，风扇所产生的冷却风直接吹向活塞、气缸和缸头，该方案仅适用于无油润滑空压机。上述冷却系统的布局已成经典，在目前的小型空压机尤其是便携式无油润滑压缩机中得到了广泛的应用。

       图1给出的是目前最具代表性的小型无油润滑空压机的布局图。其曲轴箱为开放布局结构，冷却风扇被布置在曲轴前端，它偏心连接在曲柄销上以确保风扇的旋转轴线与电机转子轴线同轴。由于冷却风扇靠近活塞、气缸和缸头，因此上述部件的冷却效果非常良好，对连杆轴承及密封皮碗的工作可

靠性大有裨益。另外，开放式的曲轴箱结构也使得安装在其上的主轴承温升不高。

       为了迎合市场需求，作者研制了一款低噪声无油润滑空气压缩机（参见图2），其特色在于将曲轴箱封围起来构成压缩机的进气消声室，利用曲轴箱的巨大空间对进气噪声予以大幅削减^[1-3]。此时外界的大气首先进入曲轴箱，尔后再经由设在活塞上的进气单向阀进入压缩机的工作腔内。但在开发过程中发现，安装在曲轴箱上的主轴承温度较传统结构压缩机的主轴承温度明显偏高，并成为制约压缩机工作可靠性的一个因素。经讨论分析，确认这是因热量特别是电机传过来的热量在该处发生聚集所致，其缘由是压缩机曲轴箱封闭起来后，一来轴承座及其箱体壁成为内墙结构而无法与外界大气直接接触散热，二来冷却风扇只能布置在电机轴的尾端部而难以顾及主轴承座的散热，虽然机壳上也开设有若干散热孔，但属于自然对流方式，换热效果并不理想。上述因素造成了曲轴箱轴承座的冷却不够充分。

      基于上述认识，必须设法让冷却风能够吹拂到主轴承座孔处。为此，对原有传统冷却系统进行重新布局设计^[4]。如图2和图3所示（序号说明详见图2）。经改进后的冷却系统的构成为：1）用塑料覆盖件构成主风道，将设置在电机尾端处的冷却风扇所产生的风引向压缩机的缸头处，是为冷却系统的主体，此部分继承传统冷却系统布局；2）在曲轴箱面对电机的一侧开设进风口和出风口，其中进风口与主风道相连，这样使部分冷却风进入、横渡和扫掠电机与曲轴箱之间，从而对轴承座孔及其周边箱体壁面实施冷却，此乃本文对传统冷却系统的改良和扩充。

     图4是作者研制的低噪声无油润滑空气压缩机曲轴箱的实物照片，可清晰看出其上的进风口和出风口以及环布在曲轴箱上的消声膨胀腔。经试验证实，新型压缩机与同规格的传统无油空压机相比噪声可降低5-6dB（A）；与不设横渡冷却风的方案相比，曲轴箱轴承座孔处的温度可降低大约4℃，主轴承的工作温度低于80℃，由此保证了轴承的工作可靠性。

       温度对便携式无油润滑空压缩机轴承的工作可靠性有较大的影响，尤其对于采用曲轴箱进气方式的无油润滑空压机来说，安装在曲轴箱上的主轴承工作温度较高，对其进行冷却和散热非常必要。实践证明，强制性地分流一股冷却风进入并横渡扫掠过电机与曲轴箱壁之间，可以降低轴承座孔处的温度，对于改善主轴承的工作环境十分有利，由此可提高压缩机的运行可靠性。

参考文献：

[1] 耿爱农，耿葵花，李辛沫. 新型摇摆活塞式无油润滑空气压缩机的研究[J].中国机械工程，2011（18）：2186-2190，2202

[2] 浙江鸿友压缩机制造有限公司. 低噪声往复活塞式空气压缩机[P]. ZL200920241426.0，2010.

[3] 浙江鸿友压缩机制造有限公司. 低噪声结构无油空气压缩机[P]. ZL201020061332.8，2010.

[4] 浙江鸿友压缩机制造有限公司.直联式空气压缩机曲轴箱冷却结构[P]. CN201010106897.8，2010.

耿爱农左一