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制冷压缩机电子教案 第 1 页 共 121 页 绪绪 论论 1.制冷机制冷机 一种将热量从低于环境介质温度的物体中转移到环境介质中去，这种机器称为制冷机。 2.制冷机分类制冷机分类 压缩式制冷机(包括蒸汽和空气压缩机两种)、吸收式制冷机和蒸汽喷射式制冷机三种类型，其中尤以蒸汽压 缩式制冷机应用最为普遍。 3.制冷压缩机的作用制冷压缩机的作用 为了能连续不断地制冷，需用压缩机将已汽化的低压蒸汽从蒸发器中吸出，并对其做功，压缩成为高压的过 热蒸汽， 再排入冷凝器中(提高压力是为了使制冷剂蒸汽容易在常温下放出热量而冷凝成液体)。 在冷凝器中利用冷 却水或空气将高压的过热蒸汽冷凝成为液体并带走热量，制冷剂液体又从冷凝器底部排出。如此周而复始，实现连 续制冷。 概括地说，这种制冷方法是使制冷剂在低温低压的条件下汽化而吸取周围介质的热量，并在常温高压的条件 下冷凝液化而放出热量由冷却水(或空气)带走。 欲使制冷剂实现这样的热量转移， 必须提供与蒸发温度和液化温度 相对应的低压和高压条件，而这一条件正是由压缩机创造的。因此，在蒸汽压缩式制冷循环中，只能有了压缩机，只能有了压缩机， 制冷机才能将低温物体的热量不断地转移给常温介质，从而达到制冷的目的。制冷机才能将低温物体的热量不断地转移给常温介质，从而达到制冷的目的。 一、制冷压缩机的种类与分类一、制冷压缩机的种类与分类 制冷压缩机根据其工作原理可以分为容积型和速度型两大类。见图 1 1、压缩机的种类、压缩机的种类 1)容积型压缩机 用机械的方法使密闭容器的容积变小，使汽体压缩而增加其压力的机器，称为容积型压缩机。它有两种结构 型式：往复活塞式(简称活塞式)和回转式。 2)速度型压缩机速度型压缩机 用机械的方法使流动的汽体获得很高的流速，然后在扩张的通道内使汽体流速减小，使汽体的动能转化为压 力能，从而达到提高汽体压力的目的，这种机器称为速度型压缩机，属于这一类的有离心式制冷压缩机。 综上所述，制冷压缩机的分类可概括如下：综上所述，制冷压缩机的分类可概括如下： 2、压缩机的分类、压缩机的分类 1)按工作的蒸发温度范围分类 PDF 文件使用 pdfFactory 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 2 页 共 121 页 对于单级制冷压缩机，一般可按其工作蒸发温度的范围分为高温、中温和低温压缩机三种。 2)按密封结构形式分类 A .开启式压缩机 B. 半封闭式压缩机 C. 全封闭式压缩机 二、制冷压缩机的当前发展概况二、制冷压缩机的当前发展概况 图 2 表示了目前各类压缩机的大致应用范围及其制冷量大小。下面分别介绍各类压缩机的发展概况。 1、活塞式制冷压缩机 2、螺杆式制冷压缩机 3、转子式制冷压缩机 4、涡旋式制冷压缩机 5、离心式制冷压缩机 三、环境保护对压缩机提出的要求三、环境保护对压缩机提出的要求 随着工业的发展伴之产生的对地球的污染越来越严重，环境保护已成为全球关注的重要问题。 而在制冷与空调领域中 CFCS和 HCFCS对大气臭氧层的破坏以及能源消耗造成的全球变暖，都是压缩机在设计 时应高度重视的问题。 制冷剂的选用是影响压缩机设计的诸多因素中应予高度重视的一个问题制冷剂的选用是影响压缩机设计的诸多因素中应予高度重视的一个问题 其一：压缩机必须把其工作容积的尺寸重新划定，以适应不同流量的压力的要求； 其二：压缩机中与制冷剂接触的各种材料之间的相容性，如合成橡胶和润滑油，必须给予解决。 图 3 表示了欧洲原来常用的 CFC-11、CFC-12、HCFC-22 和 R502 的应用领域及其可能采用的替代剂（箭头横 线之下）。 PDF 文件使用 pdfFactory 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 3 页 共 121 页 第一章第一章 容积型制冷压缩机的热力学基础容积型制冷压缩机的热力学基础 容积型压缩机是蒸气压缩式制冷机中应用领域最广泛、使用数量最多的压缩机，它们的功率可以从几十瓦到 几千千瓦的宽广范围。尽管容积型压缩机的结构形式众多，但究其热力学基础还有许多部分是相同的。 第一节第一节 单级活塞式压缩机的理论循环单级活塞式压缩机的理论循环 单级活塞式压缩机的理论循环的假设条件：单级活塞式压缩机的理论循环的假设条件： 1、压缩机没有余隙容积 2、吸汽与排汽过程中没有压力损失 3、吸汽与排汽过程中无热量传递 4、无漏汽损失 5、无摩擦损失 一、活塞式压缩机的理论输汽量一、活塞式压缩机的理论输汽量 1.气缸工作容积 Vp，单位为 m 3 2.理论容积输气量 qvt(或称理论排量)，单位为 m 3/h 是指压缩机按理论循环工作时，在单位时间内所能供给、按进口处吸气状态换算的气体容积。 (1-2) 3.压缩机的理论质量输气量 qm t，单位为 kg/h (1-3) 二、压缩机消耗的理论功率二、压缩机消耗的理论功率 1.理论循环所消耗的理论功 Wts，单位为 J， W ts =1 2 Vd p (1-4 ) 2.即单位绝热理论功 Wt s为，单位为 J， W ts = h 2 - h 1 (1-4a ) 3.压缩机所消耗的理论功率 Pts，单位为 kw PDF 文件使用 pdfFactory 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 4 页 共 121 页 第二节第二节 容积型压缩机的实际性能容积型压缩机的实际性能 1、压缩机中的压力降 2、制冷剂的受热 3、气阀运动规律不完善带来的效率下降。 4、制冷剂泄漏的影响。 5、再膨胀的影响 6、压缩过程偏离等熵过程 7、压缩过程的过压缩和欠压缩。 8、润滑油循环量的影响。 9、压缩机的机械摩擦损失和内置电动机(封闭式压缩机)的电动机损失。 第三节第三节 内容积比固定的压缩机的附加功损失内容积比固定的压缩机的附加功损失 在那些具有固定内容积比的容积型压缩机中，在工作中会发生过压缩和欠压缩的压缩过程。 一、内容积比一、内容积比 1.内容积比V 是指这类压缩机吸汽终了的最大容积 V1与压缩终了的容积 V2的比值，即 ( 1-6 ) 2.内压力比 工作容积内压缩终了压力 P 2与吸汽压力 P1的比值，称为内压力比 PDF 文件使用 pdfFactory 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 5 页 共 121 页 二、附加功损失二、附加功损失 内压力比与外压力比不相等时，会产生附加功损失。 讨论三种情况： PdP2 Pd = P2。 PdP2 。 由此，当压缩机内压缩终了压力与排汽管内气体的压力不相等，即内压力比与外压力比不等时，将产生附加 功损失，从而降低压缩机的指示效率。所以，应力求压缩机的实际运行工况与设计工况相等或接近，以使压缩机获 得运行的高效率。 第四节第四节 制冷压缩机的基本性能参数制冷压缩机的基本性能参数 一、实际输气量一、实际输气量 在一定工况下，单位时间内由吸气端输送到排气端的气体质量称为在该工况下的压缩机质量输气量 qma，单位 为 kg/h。 (1-8 ) 二、输汽系数二、输汽系数 压缩机的实际输汽量与理论输汽量之比称为输汽系数。 (1-9 ) 它用于衡量容积型压缩机气缸工作容积的有效利用程度。 三、制冷量三、制冷量 所谓压缩机的制冷量，就是压缩机在一定的运行工况下，在单位时间内被它抽吸和压缩输送的制冷工质在蒸 发制冷过程中从低温热源（被冷却的物体）中所吸取的热量。 在给定工况下压缩机的制冷量 Q0可用下式计算。即： Q0 = qmaq 0 = qvtqv kW (1-10) PDF 文件使用 pdfFactory 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 6 页 共 121 页 为了便于比较和选用，有必要根据其不同的使用条件规定统一的工况来表示压缩机的制冷量，表 1-1 和表 1-2 列出了我国有关国家标准所规定的不同形式的单级小型活塞式制冷压缩机的名义工况及工作温度。 表表 1-1 有机制冷剂压缩机名义工况有机制冷剂压缩机名义工况 (单位：单位：) 类型 吸入压力饱和温度 排出压力饱和温度 吸入温度 环境温度 7.2 54.1(1) 18.3 35 高温 7.2 18.9(2) 18.3 35 中温 -6.7 48.9 18.3 35 低温 -31.7 10.6 18.3 35 (1)为高冷凝压力工况 (2)为低冷凝压力工况 表中工况制冷剂液体的过冷度为 0 表表 1-2 无机制冷剂压缩机名义工况无机制冷剂压缩机名义工况 (单位：单位：) 类型 吸入压力饱和温 度 排出压力饱和 温度 吸入温度 制冷剂液体温 度 环境温度 低温 -13 30 -10 25 32 四、制四、制(排排)热量热量 制(排)热量是压缩机的制冷量和部分压缩机输入功率的当量热量之和， 从图 1-3a 上所示的实际制冷循环或热泵循环 Ph 图可见，在一定工况下的排热量 Qh为 Qh = qm a（h2h3）= qm a (h1h4) + (h2h1) = qmaq0 + qma(h2h1) = QO + qma(h2h1) 从图 1-3b 的压缩机的能量平衡关系图上不难发现 qma（h2h1）PelQr 于是可得 Qh = Q0 + PelQr = Q0 + f Pel (1-11) 五、指示功率和指示效率五、指示功率和指示效率 单位时间内实际循环所消耗的指示功就是压缩机的指示功率 Pi，单位为 kW，它等于 (1-12) PDF 文件使用 pdfFactory 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 7 页 共 121 页 制冷压缩机的指示效率 i是指压缩 1kg 工质所需的等熵循环理论功 与实际循环指示功 i（单位为 J/kg）之 比。 （1-13） i是用以评价压缩机气缸或工作容积内部热力过程完成的完善程度。 六、轴功率、摩擦功率和轴效率、机械效率六、轴功率、摩擦功率和轴效率、机械效率 由原动机传到压缩机主轴上的功率称为轴功率 P e，它的一部分，即指示功率 Pi直接用于完成压缩机的工作 循环，另一部分，即摩擦功率 Pm用于克服压缩机中各运动部件的摩擦阻力和驱动附属的设备。 (1-14) 轴效率 e是等熵压缩理论功率与轴功率之比，用它可以评定主轴输入功率的利用完善程度，较适用于开启 式压缩机。 (1-15) 机械效率 m是指示功率和轴功率之比，用它可以评定压缩机摩擦损耗的大小程度。 (1-16) (1-17) 七、电功率和电效率七、电功率和电效率 输入电动机的功率就是压缩机所消耗的电功率 Pel， 电效率el是等熵压缩理论功率与电功率之比， 它是用以评 定利用电动机输入功率的完善程度。 (1-18) 对于封闭式制冷压缩机，其电动机转子直接装在压缩机的主轴上，所以电效率对它较为适用 (1-19) 八、性能系数八、性能系数 为了最终衡量制冷压缩机的动力经济性，采用性能系数 COP(Coefficient of performance)，它是在一定工况 下制冷压缩机的制冷量与所消耗功率之比。对于开启式压缩机，其性能系数 COPe，(单位为 w/w)为 (1-20) 对于封闭式压缩机，其性能系数为 (1-21) 性能系数也有另一种名称单位输入功率制冷量，其定义相同。 对于封闭式制冷压缩机，性能系数还有另一种表达形式能效比 EER(Energy Efficiency Ratio)，其单位 为 W/W 或 Btu/(w-h)，使用时要注意其单位。 第二章第二章 活塞式制冷压缩机活塞式制冷压缩机 第一节第一节 活塞式压缩机概述活塞式压缩机概述 一、压缩机分类一、压缩机分类 1、 1、 按使用的工质分类 分为氨压缩机、氟利昂压缩机、异丁烷压缩机等。 2、 2、 按气缸布置方式分类 分为卧式、直立式和角度式三种类型。如图 2-1 所示。 3、 3、 按压缩机的密封方式分类 分为开启式和封闭式两大类。 PDF 文件使用 pdfFactory 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 8 页 共 121 页 4、 4、 按制冷量的大小分类 配用电动机功率不小于 0.37kW、气缸直径小于 70mm 的压缩机为小型活塞式制冷压缩机；气缸直径为 70170mm 的压缩机为中型活塞式制冷压缩机。 5、 5、 按气体压缩的级数分类 分为单级压缩和多级(一般为两级)压缩制冷压缩机。如果有一台压缩机来实现两级压缩，则又称为单机 双级制冷压缩机。 6、 6、 按活塞行程分类 分为短行程和长行程两种。 二、压缩机的型号及基本参数二、压缩机的型号及基本参数 按 GB108711989 规定，小型活塞式单级制冷压缩机的型号表示如下： 开启式压缩机的基本参数规定：气缸直径为 60mm、转速范围为 6001500r/min。半封闭式压缩机基本参数规 定：气缸直径为 30mm40mm50mm60mm，名义转速为 1440r/min。 中型活塞式单级制冷压缩机的型号表示： 压缩机组型号表示： PDF 文件使用 pdfFactory 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 9 页 共 121 页 小型、中型活塞式单级制冷压缩机的基本参数见表 2-1 和表 2-2。 表表 2-1 小型活塞式单级制冷压缩机的基本参数小型活塞式单级制冷压缩机的基本参数 类 别 缸径/mm 行程/mm 转速范围/ （r/min） 开启式 50，60 44 6001500 半封闭式 30， 40， 50， 60 44 1440 表表 2-2 中型活塞式单级制冷压缩机的基本参数中型活塞式单级制冷压缩机的基本参数 容积排量(8 缸) 类别 缸 径 /mm 行程 /mm 转速范围 /(r/min) 缸数 最高转速 (r/min) 排量 /(m3/h) 最高转速 /(r/min) 排量 /(m3/h) 70 232.6 129.2 半封 闭式 70 55 18001000 2，3，4，6， 8 1800 182.6 1000 101.5 100 565.2 282.6 100 80 1500750 1500 452.2 750 226.1 110 777.2 388.6 125 100 1200600 1200 706.5 600 353.3 开启 式 170 140 1000500 2，4，6，8 1000 1524.5 500 762.8 目前国内生产厂家在样本等资料上，仍习惯于沿用老的压缩机型号表示方法，即 PDF 文件使用 pdfFactory 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 10 页 共 121 页 第二节第二节 第二节第二节 活塞式压缩机的基本结构和工作过程活塞式压缩机的基本结构和工作过程 一、基本结构和名词术语一、基本结构和名词术语 1、基本结构 各种活塞式制冷压缩机的制冷量、外形、制冷剂、用途等不尽相同，但其基本结构和组成的主要零部件都大 体相同，即包括机体、曲轴、连杆组件、活塞组件、吸排汽组件、汽缸套组件等。图 2-2 即为一台立式两缸活塞曲 柄连杆式制冷压缩机的结构轴测图。 PDF 文件使用 pdfFactory 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 11 页 共 121 页 2、名词术语 下面利用图 2-3 介绍压缩机的有关名词术语。 1外止点（上止点）：活塞在汽缸中作反复运动时，离曲轴旋转中心最远的位置，如图 2-3（a）所示。 2内止点（下止点）：活塞在汽缸中作反复运动时，离曲轴旋转中心最近的位置，如图 2-3（b）所示。 3活塞行程：外止点与内止点之间的距离，通常用 S 表示，等于曲柄半径 R 的两倍，即 S=2R，单位为米（或 毫米）。 4余隙容积：活塞位于外止点时，活塞顶面与汽缸端面之间的容积，汽阀通道（与汽缸一直相通的）及第一 道活塞环以上的环形容积的总和（图 2-3（a），以 Vc 表示。 5相对余隙容积：余隙容积与汽缸工作容积之比，以 C 表示， 即 式中：Vc 余隙容积； Vp 汽缸工作容积。 二、压缩机的工作过程二、压缩机的工作过程 1、 1、 理想工作过程 2、 2、 实际工作过程 压缩机的实际工作过程与理想工作过程存在着较大的区别。实际工作过程如图 2- 5 所示。 PDF 文件使用 pdfFactory 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 12 页 共 121 页 第三节第三节 活塞式压缩机的热力性能活塞式压缩机的热力性能 一、输汽系数及其影响因素一、输汽系数及其影响因素 由于余隙容积，吸汽和排汽压力损失，汽体与汽缸壁之间的热量交换以及泄漏等因素的影响。压缩机的实际 输汽量总是小于它的理论排汽量。 压缩机的实际输汽量 qVa与理论输汽量 qV t的比值，称为压缩机的输汽系数，即 输汽系数综合了影响压缩机实际排汽量的各种因素，是评价压缩机性能的一个重要指标，输汽系数越小，表 示压缩机的实际排汽量与理论排汽量相差越大。显然，压缩机的输汽系数 值总是小于 1 的。 输汽系数可以写成容积系数 输汽系数可以写成容积系数 v、压力系数 、压力系数 p、温度系数 、温度系数 t 和泄漏系数 和泄漏系数 l 乘积形式，乘积形式， 即： （2-1） 1、影响压缩机输汽系数的各种因素： 1）容积系数 V、 它反映了压缩机中余隙容积的存在对压缩机输气量的影响。 由理论分析和推导可知，容积系数 V、可由下式进行计算： (2-2) pC对 V的影响较小，可以略去不计，则式(2-2 可以简化为 (2-3) 2）压力系数 它反映了吸气压力损失对压缩机输气量的影响。经推导和分析可知，可用下式表示： (2- 4) PDF 文件使用 pdfFactory 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 13 页 共 121 页 3）温度系数 T 它反映在吸气过程中，因气体的预热对输气量的影响。 吸入气体与壁面的热交换是一个复杂的过程，与制冷剂的种类、压缩比、气缸尺寸、压缩机转速、气缸 冷却情况等因素有关。T的数值通常用经验公式计算。对于开启式压缩机为 (2-5) 对于封闭式制冷压缩机为 (2-6) 4）泄漏系数 它反映压缩机工作过程中由于泄漏而引起的对输气量的影响。 泄漏是的大小与压缩机的制造质量、磨损程度、气阀设计、压力差大小等因素有关。 对于高速多缸压缩机的输气系数，可由上述四个系数的乘积求出，也可由试验结果整理出来的经验公式求出。 例如日本的木村亥之助推荐的经验公式(简称木村公式)如下 1)当转速大于 720r/min，c = 3% 4%时 (2-7) 2)对双级压缩机的低压级 (2-8) 2、输气系数的特性曲线 压缩机的输汽系数可通过分析或计算求得，也可通过压缩机在不同工况下进行试验，测得的制冷剂质量流量 qma，按公式求得，并将求得的值做成输汽系数特性曲线，供设计或运行时查找。图 2-6 是开启式压缩机随 工况变化关系。 PDF 文件使用 pdfFactory 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 14 页 共 121 页 二、压缩机的功率和效率二、压缩机的功率和效率 1、指示功率与指示效率 单位时间内所消耗的指示功，称为压缩机的指示功率。理想循环中压缩 1kg 制冷剂所消耗的功 Wts，与实际循 环中所消耗的功 Wi的比值，称为压缩机的指示效率，用i表示。 (2-9) 开启式压缩机中的 可用下列经验公式计算： i = T+bte (2-10) 压缩机的指示效率也可由图 2-7 查取。 PDF 文件使用 pdfFactory 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 15 页 共 121 页 影响指示功率和指示效率的因素有压缩比，吸、排气过程的压力损失，相对余隙容积，吸气预热程度及制冷 剂泄漏等。 2、轴功率、磨擦功率与机械效率 由原动机传到曲轴上的功率称为轴功率，用 Pe表示。轴功率的一部分直接用于压缩气体，称为指示功率，用 Pi表示；另一部分用于克服曲柄连杆机构等的摩擦阻力，称为摩擦功率，用 Pm表示。两者之比值称为机械效率，用 m表示。即 （2-11） 制冷压缩机的机械效率一般在 0.750.9 之间。 图 2-8 示出机械效率m与压缩比之间的关系曲线。由图可见，m随的增加而下降。这是因为增大，指 示功率减少而摩擦功率几乎保持不变，从而导致m下降的缘故。 指示效率i与机械效率m的乘积，称为压缩机的轴效率，用e表示。 一般在 0.60.7 之间。 3、配用电动机功率 制冷压缩机所需要的轴功率，是随工况的变化而变化的，选配电动机功率时，应考虑到这一因素。如果压缩 机本身带有卸载装置，可以空载起动，则电动机的轴功率可按运行工况下的轴功率，再考虑适当裕量(10%15%)选 配。 三、压缩机的排汽温度三、压缩机的排汽温度 制冷压缩机的排汽温度虽不是主要性能指标，但它对压缩机能否良好运行却是一个很重要的因素。 1.影响因素 2.降低排温的措施 四、压缩机的运行特性曲线和工况四、压缩机的运行特性曲线和工况 1、运行特性曲线 压缩机的运行特性是指在规定的工作范围内运行时，压缩机的制冷量和功率随工况变化的关系。 图 2-9 是 47FG(4FV7K)型压缩机的性能曲线。 PDF 文件使用 pdfFactory 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 16 页 共 121 页 由性能曲线可见：当蒸发温度一定时，随着冷凝温度的上升，制冷量减少，而轴功率增大；当冷凝温度一定 时，随着蒸发温度的下降，制冷量减少。通过性能曲线，可以较方便地求出制冷压缩机在不同工况下的性能系数 COPe，它的数值也是随冷凝温度和蒸发温度而变化的。COPe 值是说明制冷压缩机性能的一个不可缺少的主要经济值是说明制冷压缩机性能的一个不可缺少的主要经济 指标。在相同工况下，指标。在相同工况下，COPe 值越大说明压缩机性能越好。值越大说明压缩机性能越好。 应注意到：对于半封闭和全封闭压缩机，性能曲线一般是反映蒸发温度与同轴电动机输入电功率之间的关系， 这样能比较直观地反映总耗电量，对用户有较实用的参考价值。 2、压缩机的工况 由以上分析可知，同一台压缩机的制冷量，是随 t h和 to的改变而改变的，因此不指出压缩机的工作条件而比 较它的制冷量的大小是没有意义的。为了对压缩机的性能加以对比，根据我国的具体情况，规定了“名义工况”、 “考核工况”、“最大功率工况”、“低吸气压力工况”等。表 2-3 列出全封闭式活塞制冷压缩机的名义工况。表 2-4 和表 2-5 列出 GB108711989 规定的小型活塞式单级制冷压缩机名义工况和考核工况。表 2-6 和表 2-7 列出 GB108741989 规定的中型活塞式单级制冷压缩机名义工况和考核工况。 表表 2-3 全封闭活塞式制冷压缩机名义工况全封闭活塞式制冷压缩机名义工况 (单位：单位：) 工况 制冷剂 冷凝温 度 蒸发温度 过冷温 度 吸气温度 环境温度 备注 高温工况 R22 54.4 7.2 46.1 35 353 GB10079-1988 低温工况 R12、 R22、 R502 30 -15 25 15 353 冰箱工况 R12 54.4 -23.3 32.2 32.2 353 GB9098-1988 表表 2-4 小型压缩机名义工况小型压缩机名义工况 (单位：单位：) 使用温度范围 制冷剂 吸入压力饱和温 度 吸入温度 排出压力饱和温 度 制冷剂液体温 度 高 温 R12 7 8 49 44 PDF 文件使用 pdfFactory 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 17 页 共 121 页 R22 R12 中 温 R22 -7 R12 R22 低 温 R502 -23 5 43 38 表表 2-5 小型压缩机考核工况小型压缩机考核工况 (单位：单位：) 使用温度范 围 制冷剂 吸入压力饱和温度 吸入温度 排出压力饱和温 度 制冷剂液体温 度 R12 高 温 R22 5 40 35 R12 中 温 R22 R12 R22 低 温 R502 -15 15 30 25 表表 2-6 中型压缩机名义工况中型压缩机名义工况 (单位：单位：) 排出压力饱和温度 制冷剂液体温度 使用温 度 制冷 剂 吸入压力 饱和温度 吸入 温度 低冷凝压力时 高冷凝压力时 低冷凝压力时 高冷凝压力时 R12 高 温 R22 7 43 38 R12 R22 18 55 50 中 温 R717 -7 1 - - R12 R22 R502 5 55 50 低 温 R717 -23 -15 35 - 30 - 表表 2-7 中型压缩机考核工况中型压缩机考核工况 (单位：单位：) 使用温制冷吸入压力吸入排出压力饱和温度 制冷剂液体温度 PDF 文件使用 pdfFactory 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 18 页 共 121 页 度 剂 饱和温度 温度 低冷凝压力时 高冷凝压力时 低冷凝压力时 高冷凝压力时 R12 高 温 R22 5 40 35 R12 R22 R502 15 50 45 中、低 温 R717 -15 -10 30 - 25 - 制冷压缩机的工况虽然可以根据需要加以改变，但仍有一定的经济、安全的工作范围。超出这个范围，压缩 机的运行可靠性降低，效率和作用寿命下降，甚至会发生危险。全封闭式活塞制冷压缩机的设计和使用条件见表 2-8。GB108721989、GB108751989 分别规定了小、中型活塞式单级制冷压缩机的设计和使用条件，见表 2-9 和 表 2-10。压缩机在此条件下，应能长期可靠工作，并根据此规定确定压缩机的最大压缩比和工作范围。 表表 2-8 全封闭活塞式制冷压缩机的设计和使用条件全封闭活塞式制冷压缩机的设计和使用条件 使用条件 制冷剂 R12 R22 R502 高温用 - 60 - 冷凝温度/ 低温用 60 50 50 高温用 - 2.0 - 最大压力/MPa 低温用 1.2 1.6 1.6 最高排气温度/ 130 150 150 高温用 - -1520 - 冷凝温度/ 低温用 -30-5 -30-5 -455 表表 2-9 小型压缩机设计和使用条件小型压缩机设计和使用条件 项 目 R12 R22 R502 最高排气压力饱和温度/ 60 60 49 最大压力/MPa 1.4 1.8 1.8 最高吸气压力饱和温度/ 10 10 -10 最高排气温度/ 125 145 145 使用温度范围/ 高 温 10-10 - PDF 文件使用 pdfFactory 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 19 页 共 121 页 中 温 0-20 - 低 温 -10-30 -10-35 -10-40 当使用于中温时为 55；使用于低温时为 49。 表表 2-10 中型压缩机设计和使用条件中型压缩机设计和使用条件 R12 R22 项 目 R717 高冷凝压力 低冷凝压 力 高冷凝压力 低冷凝压力 R502 最高排气压力饱和温度/ 46 60 49 60 49 最大压力/Mpa 1.6 1.4 1.8 1.6 1.8 最高吸气压力饱和温度/ 5 10 -10 最高排气温度/ 150 125 145 145 高 温 - 10-10 中 温 5 -15 0-20 - 使用温度 范围/ 低 温 -10-30 -10-35 -10 -40 中温时最高排气压力饱和温度为 55。 根据压缩机的设计和使用条件， GB108741989规定了制冷压缩机的耐压试验和气密性试验的条件， 见表2-11。 表表 2-11 压缩机的耐压和气密性试验压力压缩机的耐压和气密性试验压力 耐压试验 气密试验 制冷剂 高冷凝温度 低冷凝温度 高冷凝温度 低冷凝温度 R717 - 3.0 - 2.0 R22 3.75 3.0 2.50 2.0 R502 - 3.0 - 2.0 R12 2.40 1.80 1.60 1.20 例例 2-1 试对试对 612.5AG（6AW12.5）压缩机进行考核工况下的热力计算。）压缩机进行考核工况下的热力计算。 解： 按压缩机型式、 型号表示规则可知： 该机为 6 缸、 W 形、 缸径 D125mm、 行程 S100mm、 转速 n960r/min， 制冷剂为氨的压缩机。相对余隙容积取 c = 0.04。 按氨压缩机的考核工况，蒸发温度 te = - 15、过冷温度 t 4 =25、冷凝温度 t c =30。该工况下物质循 环的 p-h 图。 如图 2-10 所示。 PDF 文件使用 pdfFactory 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 20 页 共 121 页 由氨制冷剂的热力性质表和图，查得各点的有关参数值如下： 参数 te/ t c/ t 1/ t 4/ p c /kPa p e /kPa h 1 /(kJ/kg) h2 /(kJ/kg) h4=h5 /(kJ/kg) V1 /(kJ/kg) 数值 -15 30 -10 25 236.4 1169 1374.7 1612.7 241.3 0.52 1）单位制冷量 q0 h1 h4 = 1374.7241.31133.67 kJ/kg 2）单位理论功 ts =2 h11612.71374.7238 kJ/kg 3）理论输气量 4）容积系数 5）压力系数 6）温度系数 7）泄漏系数 取 l = 0.98 8）输气系数 = V p T l = 0.8690.9520.8520.98 = 0.69 9）实际质量输汽量 10）制冷量 Q0 = qmaq0=0.1571133.67=178 kW 11）指示效率 i = t + bte=0.8520.00115=0.837 12）指示功率 PDF 文件使用 pdfFactory 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 21 页 共 121 页 13）摩擦功率 P m = qvt p m= 0.11850=5.9kW 式中 p m平均摩擦压力（kPa），对于氨压缩机，p m = （5070）kPa 14）轴功率 Pe = P i + P m = 44.64+5.9=50.54kW 15）性能系数 第四节第四节 活塞式压缩机的主要零部件与结构活塞式压缩机的主要零部件与结构 一、活塞组一、活塞组 活塞组是活塞、活塞销、活塞环等的总称。活塞组在连杆的带动下，在气缸内作往复运动，在气阀部件的配 合下完成吸入、压缩和输送气体的作用。 1、活塞 筒形活塞分顶部、环部和裙部三部分。 2、活塞销 活塞销用来连接活塞和连杆小头。 3、 3、 活塞环 活塞环有气环和油环两种。 气环的作用是密封气缸的工作容积，防止压缩气体通过气缸壁与活塞表面之间的间隙泄漏到曲轴箱中。 油环的作用是刮下附着于气缸壁上多余的润滑油，并使壁面上油膜分布均匀。 汽环的密封作用如图 2-13 所示。 PDF 文件使用 pdfFactory 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 22 页 共 121 页 汽环的泵油作用如图 2-14 所示。 二、连杆组二、连杆组 连杆组部件如图 2-16 所示。它是由小头衬套、连杆体、大头轴瓦、连杆螺栓、大头盖、螺母及开口销等组成。 PDF 文件使用 pdfFactory 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 23 页 共 121 页 连杆的作用是将活塞与曲轴连接起来，将曲轴的旋转运动变为活塞的往复运动。连杆与曲轴相连的一端称连 杆大头，作旋转运动；虽一端通过活塞销与活塞相连的部分，称为连杆小头，作往复运动；大头与小头之间称为连 杆体，作往复与摆动的复合运动。 连杆大头有剖分式和整体式两种。 连杆小头一般为整体式圆环形结构，如图 2-19 所示。 连杆体的截面形状有工字形（图 2-20）、圆形等。有些连杆体中间钻有油孔，以便使润滑油能由大头通过油 孔送到小头，润滑小头轴承。 PDF 文件使用 pdfFactory 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 24 页 共 121 页 剖分式连杆大头用螺栓或螺钉连接大头盖。 三、曲轴三、曲轴 曲轴是压缩机的重要部件之一，压缩机的全部功率都通过曲轴输入。曲轴受力情况复杂，要求有足够的强度、 刚度和耐磨性。在中小型制冷压缩机中，最为常见的是曲拐轴和偏心轴两种类型。 曲拐轴简称曲轴，结构如图 2-22 所示。它由主轴颈、曲柄和曲柄销（又称连杆轴颈）三部分组成。 偏心轴结构如图 2-23 所示，多用于小型全封闭或半封闭式压缩机中。连杆大头采用整体式，装在偏心轮上， 轴的一端作为电动机的主轴，主轴承和连杆都采用滑动轴承，润滑油从轴上的油孔进入连杆轴承。 四、轴封装置四、轴封装置 PDF 文件使用 pdfFactory 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 25 页 共 121 页 轴封装置是开启式压缩机的重要部件之一。它的作用是防止曲轴箱内的制冷剂通过曲轴伸出端向外泄漏，或 者压缩机在真空下运行时，不致使外界空气通过曲轴伸出端向曲轴箱内渗透。 轴封装置主要有波纹管式和摩擦环式两种。 .摩擦环式轴封装置的结构型式也很多，常见的如图 2-24 所示 五、气阀组五、气阀组 气阀是压缩机的重要部件之一。它的正常工作才能保证压缩机实现吸气、压缩、排气、膨胀四个工作过程。 气阀实质上是一自动阀，气阀的启闭是依靠阀片二侧的压力差来实现的。 气阀主要由阀座、阀片、弹簧和阀盖（阀片的升高限制器）组成，如图 2-25 所示。 气阀的结构型式也是多种多样，最常见的有环片阀、簧片阀两种。 （1）环片阀 这是日前应用最广泛的一种。我国缸径在 70mm 以上的中小型活塞式制冷压缩机系列，均采 用如图 2-26 所示这种型式。 PDF 文件使用 pdfFactory 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 26 页 共 121 页 （2）簧片阀 又称舌簧阀或翼状阀。阀片一端固定在阀座上，另一端可以上下运动，以达到启闭的目的。阀 片由厚度为 0.10.3mm 的弹性薄钢片制成，因此质量轻、惯性小、启闭迅速，适用于小型高转速压缩机。 簧片阀阀片的形状很多，随阀座上气流通道和阀片的固定位置而异。现列举数种示于图 2-28。 PDF 文件使用 pdfFactory 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 27 页 共 121 页 PDF 文件使用 pdfFactory 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 28 页 共 121 页 六、机体和缸套六、机体和缸套 1.机体的作用与要求 机体是支承压缩机全部质量并保证各零部件之间有正确的相对位置的部件。机体包括气缸体和曲轴箱两个部 分。安装气缸套的部位称为气缸体，安装曲轴的部位称曲轴箱。装在机体上的还有气缸盖、轴承座等零部件。机体 是整个压缩机的支架，因而要求其有足够的强度和刚性。 2.机体的结构型式 机体的结构型式很多，有的带气缸套，有的气缸是直接在机体上加工而成。图 2-29 所示为一小型两缸压缩 机的机体结构。 高速多缸压缩机的机体常采用气缸体和气缸套分开的结构型式， 如图 2-30 所示。 这种结构型式的机体刚性好、 结合面少、结构简单，气缸套和机体可分别采用不同的材料，对气缸体的要求低，所以为国内外高速多缸的压缩机 广泛采用。 3.气缸套 .气缸套的形状如图 2-31 所示。 气缸套采用优质耐磨铸铁铸造，也可对工作面进行多孔性镀铬和离子氮化处理，以提高使用寿命。 PDF 文件使用 pdfFactory 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 29 页 共 121 页 第五节第五节 第五节第五节 活塞式压缩机的润滑系统活塞式压缩机的润滑系统 润滑是压缩机中的重要问题之一，它不仅影响到压缩机的性能指标，而且与压缩机的寿命、可靠性、安全性 也直接相关。 润滑的作用如下： 1) 降低压缩机的摩擦功、摩擦热和零件的磨损，提高压缩机的机械效率，增加压缩机的可靠性和耐久性。 2)带走摩擦热，使摩擦表面温度不致过高。 3)润滑油充满与气缸的间隙和轴封的摩擦表面之间，增强了密封作用。 4)带走磨屑，改善摩擦表面的工作情况。 一、润滑方式及润滑系统一、润滑方式及润滑系统 制冷压缩机的润滑方式可分为飞溅润滑和压力润滑两种类型。 飞溅润滑是利用运动零件的击溅作用，将润滑油送至需要的摩擦表面，图 2-32 所示的立式开启式压缩机是一 个典型的采用飞溅润滑的压缩机。 PDF 文件使用 pdfFactory 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 30 页 共 121 页 压力润滑是利用油泵产生一定的油压，通过输油通道将润滑油送到各摩擦表面。压力润滑有离心油泵润滑和 齿轮油泵润滑和齿轮油泵润滑两种。 1、离心油泵润滑系统 离心油泵润滑系统广泛应用于小型全封闭式制冷压缩机中。图 2-33 示出离心油泵润滑系统。 2、齿轮油泵润滑系统 压缩机的曲轴为水平安装时，大多数采用如图 2-34 所示的齿轮油泵式压力润滑系统。 PDF 文件使用 pdfFactory 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 31 页 共 121 页 二、润滑设备二、润滑设备 压力润滑系统的主要设备有油泵、过滤器、油冷却器、油压调节阀、油压继电器及油压表等。 1、齿轮油泵 目前制冷压缩机中所采用的齿轮油泵有下列三种型式。 （1）外啮合齿轮油泵 这种齿轮油泵的结构虽简单，但只能单方面转动供油，否则将失去泵油能力。 （2）月牙形齿轮油泵 其结构如图 2-36 所示。 它具有可正反旋转的优点，但制造精度要求高，故使用不够广泛。 （3）内啮合转子油泵 又称转子泵，其结构如图 2-37 所示。 转子泵同样具有结构紧凑、可正反旋转的优点。由于外、内转子可用铁-石墨粉末模压烧结成形，因而加工简 单、节省材料、精度高、寿命长，被广泛采用。 PDF 文件使用 pdfFactory 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 32 页 共 121 页 2、油过滤器 制冷压缩机中润滑油过滤器有粗过渡器和精过滤器两种。它的作用是滤去润滑油中的金属屑、型砂、机械杂 质等，防止它们进入摩擦表面，造成磨损加剧。 粗过滤器往往做成网式，装在曲轴箱油池内。 PDF 文件使用 pdfFactory 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 33 页 共 121 页 精过滤器大多采用金属片缝隙式，其结构如图 2-39 所示。 精过滤器也可使用羊毛毡作为过滤材料，过滤效果更好，但阻力很大，且易阻塞。 3、油冷却器 曲轴箱（或机壳）内的油温不宜过高，否则会因油过稀而破坏正常的润滑。油冷却器置于曲轴箱底部，它由 带肋片的钢管弯制而成，管内通冷却水，把润滑油的热量带走。 4、油压调节阀 油压调节阀用于调节润滑系统中的油压。一般安装在压缩机的后主轴承上，如图 2-40 所示。 三、润滑油的性能三、润滑油的性能 制冷压缩机使用的润滑油，也称为冷冻（机）油。为保证压缩机的正常运行，对润滑油的性能有下列要求： 1)相容性。所选用的润滑油应与所采用的制冷剂及材料等相容。 2)粘度。粘度是润滑油的最主要特性，它不仅决定油的润滑性能，而且还直接影响到压缩机的性能、摩擦零件的冷 却和密封性能。 3)酸值。润滑油中如含有酸类物质，与金属接触会引起腐蚀。 4)浊点。所选润滑油浊点应低于蒸发温度，否则石蜡析出会阻塞节流机构。 5)凝点。冷冻油的凝点一般应低于40。 6)闪点。冷冻油的闪点必须比排气温度高 1530以上，以免引起润滑油的结焦甚至燃烧。通常要求润滑油的闪点 不低于 150。 7)化学稳定性、氧化安定性。 8)含水量、机械杂质和溶胶。润滑油中不应含有水分、机械杂质和溶胶。 9)击穿电压。这是表示冷冻油电绝缘性能的指标。 SH03491992 标准中，对于矿物油或合成烃型冷冻油，按 40时的运动粘度分 N15、N22、N32、N46、N68 五个粘度等级。对它们的技术要求见表 2-12。 表表 2-12 冷冻机油技术要求冷冻机油技术要求(SH03491992) PDF 文件使用 pdfFactory 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 34 页 共 121 页 项 目 质量指标 试验方法 粘度等级 N15 N22 N32 N46 N68 GB3141 运动粘度(40)(mm2/s) 13.516.5 19.824.2 28.835.2 41.450.6 61.274.8