Дослідження застосування аксіально-поршневих компресорів в автомобільних системах кондиціювання

Abstract

Компресори кліматичних установок – це нагнітачі витиснювального типу, для змащення яких використовується спеціальне холодильне масло, половина якого залишається в компресорі, а решта розподіляється по всьому контуру холодоагенту. На вході компресор всмоктує через випарник холодильний газоподібний холодоагент із низьким тиском і далі нагнітає його в контур високого тиску. Газоподібний стан холодоагенту "технічно необхідний" для компресора, оскільки рідкий холодоагент можна стиснути, що призвело б до руйнування компресора. У зв’язку з тим, що в сучасних автомобілях застосовуються нерегульовані компресори, які не володіють великим терміном служби, як модернізація пропонується застосування аксіально-поршневого компресора з обертовим похилим диском. Обертання його приводного валу за допомогою похилого диска перетворюється на зворотно-поступальний рух поршнів у циліндрах. Залежно від конструктивного виконання може бути від 3 до 10 поршнів, які рухаються паралельно з приводним валом. Кожному поршню відповідає впускний клапан, який відкривається відповідно до такту роботи компресора. Кліматична установка розраховується на максимальну частоту обертання компресора. Продуктивність компресора визначається швидкістю обертання колінчастого валу, що становить від 0 до 6000 об./хв. У ході дослідження аксіально-поршневого компресора був виконаний розрахунок міцності полого поршня, застосовуваного в запропонованому компресорі з похилою шайбою, за допомогою програмного середовища КОМПАС 3D V16. Як розрахункова програма застосовано систему APM FEM ("Автоматичне Проектування Машин"), яка являє собою інтегрований в КОМПАС-3D інструмент для підготовки і подальшого кінцево-елементного аналізу тривимірної твердотільної моделі. Матеріал застосований при розрахунку сталь та алюміній. Підведені підсумки за розрахунковими даними поршня зі сплаву алюмінію і сталі. Одним з переваг алюмінієвого поршня є зменшена у два рази маса, що тягне за собою зменшення інерційних мас. За міцності обидва поршня знаходяться в межах допустимих норм, але у сталі коефіцієнт запасу по міцності практично в два рази вище. У результаті ми отримуємо два різних поршня придатних для застосування в аксіально-поршневому компресорі із похилою шайбою в системі кондиціювання автомобіля.Air conditioning compressors are displacement superchargers. For their lubrication, special refrigeration oil is used, half of which remains in the compressor and the rest is distributed throughout the refrigerant circuit. At the inlet, the compressor sucks gaseous refrigerant with low pressure through the evaporator and then pushes it into the high pressure circuit. The gaseous state of the refrigerant is "technically necessary" for the compressor, as the liquid refrigerant can be compressed, which can cause the destruction of the compressor. Due to the fact that modern automobiles use unregulated compressors, which do not have a long service life, an axial piston compressor with an inclined rotating disc is used as an upgrade. The rotation of its drive shaft by means of an inclined disk is converted into reciprocating motion of the pistons of the cylinders. Depending on the design, there can be from 3 to 10 pistons that move in parallel with the drive shaft. Each piston corresponds to an inlet valve, which opens according to the compressor duty cycle. The air conditioning system is designed for the maximum speed of the compressor. The performance of the compressor is determined by the speed of rotation of the crankshaft, which is from 0 to 6000 rpm. During the study of the axial piston compressor, the strength of the hollow piston used in the proposed compressor with an angled washer has been calculated using the software environment COMPASS 3D V16. The APM FEM system ("Automated Machine Design") is used as a calculation program, which is a tool for preparation and subsequent finite element of a three-dimensional solid model integrated in KOMPAS-3D. Aluminium and steel have been used as materials in the calculation. The results according to the calculated data of the piston made of aluminium and steel alloy are summarized. One of the advantages of the aluminium piston is a halved mass, which entails a reduction in inertial masses. In terms of strength, both pistons are within acceptable limits but when using steel, the coefficient of strength is almost twice as high. As a result, we get two different pistons suitable for use in the axial piston compressor with an angled washer in the automotive air conditioning system.