《活塞式制冷压缩机》PPT课件.ppt

第三章活塞式制冷压缩机 第一节活塞式压缩机概述 一 压缩机分类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 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 按压缩机的密封方式分类分为开启式和封闭式两大类 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70 170mm的压缩机为中型活塞式制冷压缩机 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 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按GB10871 1989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600 1500r min 半封闭式压缩机基本参数规定 气缸直径为30mm 40mm 50mm 60mm 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 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 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2 1小型活塞式单级制冷压缩机的基本参数 表2 2中型活塞式单级制冷压缩机的基本参数 第二节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1 基本结构2 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 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 3 活塞行程 外止点与内止点之间的距离 通常用S表示 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 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 二 压缩机的工作过程1 理想工作过程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 第三节活塞式压缩机的热力性能一 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qVt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 v 压力系数 p 温度系数 t和泄漏系数 l乘积形式 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 pC对 V的影响较小 可以略去不计 则上式可以简化为 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 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 对于封闭式制冷压缩机为 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 1 当转速大于720r min c 3 4 时 2 对双级压缩机的低压级 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 制冷量 一台压缩机在不同的运行工况下 每小时产生的冷量是不相同的 一台压缩机在已知工况A和B时的制冷量分别为Q0A和Q0B 即有 功率和效率 1 指示功率和指示效率压缩机的指示效率 开启式压缩机中的 i的经验计算公式 小型氟利昂压缩机为0 65 0 80 家用全封闭式压缩机为0 60 0 85 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 开启式压缩机可用下列经验公式计算 i T bte压缩机的指示效率也可由图查取 2 轴功率 摩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 制冷压缩机的机械效率一般在0 75 0 9之间 图示出机械效率 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 2 轴功率 摩擦功率和机械效率 两者之比值称为机械效率 用 m表示 由原动机传到曲轴上的功率称为轴功率Pe 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 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 6 0 7之间 提高 m可以从以下几方面着手 选用合适的气缸间隙 适当减少活塞环数 选用合适的润滑油 加强曲轴 曲轴箱等零件刚度 降低摩擦表面的粗糙度 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 6 0 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 压缩机的排气温度 1 排气温度过高的危害性 1 排气温度过高 将使输气系数降低和轴功率增加 润滑油粘度降低 使轴承和气缸 活塞环产生异常磨损 甚至会引起烧毁轴瓦和气缸拉毛的事故 2 过高的压缩机排气温度促使制冷剂和润滑油在金属的催化下出现热分解 生成对压缩机有害的游离碳 酸类和水分 酸类物质会腐蚀制冷系统的各组成部分和电气绝缘材料 水分会堵住毛细管 积炭沉聚在排气阀上 既破坏了其密封性 又增加了流动阻力 积碳使活塞环卡死在环槽里 失去密封作用 剥落下来的碳渣若被带出压缩机 会堵塞毛细管 干燥器等 3 压缩机的过热甚至会导致活塞的过分膨胀而卡死在气缸内 以及封闭式压缩机内置电动机的烧毁 4 排气温度过高也会影响压缩机的寿命 因为化学反应速度随温度的升高而加剧 一般认为 电气绝缘材料的温度上升10 其寿命要减少一半 这一点对全封闭式压缩机显得特别重要 2 排气温度的计算公式 压缩机的排气温度取决于压力比 吸排气阻力损失 吸气终了温度和多变压缩过程指数 T2 压缩机的排气温度 K T1 压缩机吸气终了温度 K 压力比 pk为冷凝压力 p0为蒸发压力 0 吸 排气相对压力损失n 多变压缩过程指数 近似取制冷剂的等熵指数 3 降低排气温度的主要措施1 设计时首先要限制压缩机单级的压力比 高压力比应采用多级压缩中间冷却的办法来实现 在运行中要防止冷凝压力过高 蒸发压力过低等故障 降低吸排气阻力实际上也起到了减小气缸中实际压力比的作用 2 加强对压缩机的冷却 削弱对吸入制冷剂的加热 以降低吸气终了制冷剂的温度和多变压缩过程指数是降低排气温度的有效途径 如 缩小排气腔与吸气腔之间的分割面 气缸盖上设置冷却水套 吸气管外包以隔热层等 3 在封闭式压缩机中 提高内置电动机的效率 减少电动机的发热量对降低排气温度具有重要作用 4 在低温制冷压缩机中 为了降低排气湿度 还可采用直接向排气管喷入液态制冷剂的方法 5 在同样的蒸发温度和冷凝温度时 不同的制冷剂有不同的排气温度 例如R134a的排气温度低于R22的排气温度 因而合理地选用制冷剂是控制排气温度的重要方法 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 如图是47FG 4FV7K 型压缩机的性能曲线 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指标 在相同工况下 COPe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 名义工况 nominalcondition 压缩机的制冷量和轴功率等参数随工况条件变化 为了衡量 比较压缩机性能 制定公认的温度条件 名义工况 作为压缩机制冷量选用和比较的标准 名义工况 新 高温工况 中温工况 低温工况 考核工况 是考核压缩机和压缩机组性能指标的工况 在此工况下 压缩机和压缩机组按规定条件进行试验 并作为性能比较的基准性能工况 目前 许多生产厂家仍按原定的标准工况 standardcondition 和空调工况 air conditioningcondition 来标示压缩机的各项性能指标 在压缩机的铭牌上分别标出其标准 工况 制冷量或空调 工况 制冷量 下表分别示出标准工况和空调工况的温度条件 最大压差工况 用来考核压缩机零件强度 排气温度 油温 电机绕组温度 最大轴功率工况 用来考核压缩机噪声 振动 并依此选配电动机 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th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 最大轴功率工况 最大压差工况 等 表2 4小型压缩机名义工况 单位 表2 7中型压缩机考核工况 单位 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 GB10872 1989 GB10875 1989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 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2 9小型压缩机设计和使用条件 第四节活塞式压缩机的主要零部件与结构一 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 二 零部件结构 1 活塞组 pistongroup 活塞 活塞销 活塞环活塞 斜面活塞凸顶活塞 凹顶活塞平顶活塞 活塞 活塞销 用来连接活塞和连杆小头 它承受交变载荷 因此应有足够强度 并要求耐磨 抗疲劳和抗冲击 活塞销 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 活塞环 二 连杆组连杆组部件如图所示 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 2 连杆组 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 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 连杆体的截面形状有工字形 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 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 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 3 曲轴 压缩机的全部功率都通过曲轴输入 它承受所有各气缸的阻力负荷 曲轴又是提供润滑系统的动力 轴身油道兼供输油用 曲轴 四 轴封装置 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 常见的如图所示 轴端密封轴承密封 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 如图所示 阀片 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 均采用如图型式 图柔性环片阀 2 簧片阀又称舌簧阀或翼状阀 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 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 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 气缸盖 第五节活塞式压缩机的润滑系统润滑的作用如下 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 如图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 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 如图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 大多数采用如图所示的齿轮油泵式压力润滑系统 规定 氟利昂压缩机曲轴箱滑油温度 76 C 奔油 压缩机启动时 曲轴箱内压力迅速降低 氟里昂从油中以气体形式逸出 如逸气量较大 则油产生大量泡沫而涌起的现象 危害 油泵无油压 润滑油进入气缸产生液击 预防 压缩机需长时间停车 先关吸气阀 压缩机运转一段时间 抽空冷剂 然后停车 停车后关排出阀 发生奔油 关吸入阀多次瞬时启动 使氟里昂逐渐逸出 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 2 月牙形齿轮油泵 3 内啮合转子油泵又称转子泵 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 精过滤器大多采用金属片缝隙式 精过滤器也可使用羊毛毡作为过滤材料 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 如图所示 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 冷冻机油是制冷式压缩机的专用润滑油 是制冷系统中决定和影响制冷装置功能和效果的至关重要的组成部分 高质量的冷冻机油不仅必须具备与制冷剂共存时的优良的热化学安定性和相溶性 优良的低温流动性 润滑性 抗泡性 而且必须易于生产 原料来源可靠 对环境没有污染 最初的冷冻机油主要是环烷基油 随着各种制冷设备和装置日益趋向节电化 旋转化 小型轻量化 全封闭化和高效化 环烷基油已经不符合要求 为了满足高质量冷冻机油性能的和要求和弥补环烷基油的不足 发展了深冷脱蜡石蜡基油 烷基苯 聚烯烃合成冷冻机油 特别是由于大气臭氧层遭到破坏 不破坏臭氧层的新型制冷剂的开发和扩大使用 使合成冷冻机油在所有冷冻机油中占据了主导地位 冷冻机油的工作原理冷冻机是制冷压缩机的专用润滑油 和一般润滑油一样 在制冷压缩机中起润滑 密封 防锈和带走热量的作用 冷冻机油在压缩机内分3路循环 分别对轴承 压缩机主体和控制系统进行润滑后回到曲轴箱内 与制冷剂相混合 由压缩机排出的制冷剂 油混合物在油分离器中被分出大部分油 分出的油经冷却器冷却 再流回压缩机 少量分不出的油则与制冷剂一起进入制冷剂管线 由于冷冻机油是在制冷剂的特殊环境下工作 因此具有下属特性 1 冷冻机油与制冷剂在制冷压缩系统内直接接触2 有少量冷冻机油被携入制冷剂管线参与冷冻循环3 冷冻机油处于压缩机排气阀的高温和膨胀阀 蒸发器的低温这样极端的温度条件下 冷冻机油的性能要求 表1制冷循环系统对冷冻机油性能的要求 1 粘度和粘度温度特性粘度是指油品的粘稠程度 是冷冻机油的重要特性之一 也是冷冻机油分类的基础之一 冷冻机油常用的粘度为运动粘度 适宜的冷冻机油是确保制冷压缩机处于流体动力润滑状态 减少磨损 降低能耗的重要因素 粘度过低 不能形成适宜的油膜厚度 会导致冷冻机系统部件的机械磨损以及拉缸 抱轴等机械故障 同时也会影响系统的密封性 粘度过高 会造成压缩机的动力消耗过大 因此 不同的制冷设备 使用不同粘度级别的油 一般情况下 冷冻偏向于使用低粘度冷冻机油 空调偏向于使用高粘度冷冻机油 此外 由于冷冻机油在制冷循环系统中的使用温度很宽 在某些压缩机的气缸内有时可接触150 的高温 而在蒸发系统内则可能接触 40 或更低的温度 所以要求油的粘度随温度的变化要小 以保证冷冻机油在各种不同温度下都具有良好的润滑性和流动性 表2几种冷冻机油的粘度和粘温特性 2 热化学安定性冷冻机油与制冷剂共存时的热化学安定性决定了它的使用寿命 在高温和金属的催化下 冷冻机油可与制冷剂 氟里昂 氯甲烷等 发生化学反应 生成腐蚀性的酸 油泥等产物 导致制冷系统堵塞 影响制冷效率 腐蚀金属 破坏绝缘材料致使电机烧坏 冷冻机油的化学安定性一般用密封管试验 SealTubeTest 和菲利浦试验 DIN51593 来评价 冷冻机油与制冷剂及氨的化学反应性很小 但是系统中的氨易与油中的酸性物质发生反应生成酸的铵盐 酰胺 油泥等沉淀物 3 热稳定性冷冻机油在制冷压缩机内会遇到很高的温度 特别是在压缩机阀片的排气口附近 温度有时高达160 热稳定性差的油会在此处发生分解产生积炭及其他分解物 从而阻碍阀片的运动并使制冷效果降低 冷冻机油的热稳定性与油的类型 装置的结构等因素有关 一般来说 石蜡基和烷基苯冷冻机油的热稳定性高 环烷基冷冻机油的热稳定性较差 表3所示的是冷冻机油的类型和热稳定性的关系 表3冷冻机油的热稳定性 积炭的产生还与油品的闪点和挥发性有关 挥发性高 闪点低的油易在高温阀片处挥发 变粘而生成积炭 一般来说 冷冻机油的闪点应比制冷压缩机的最高排气温度高20 30 左右 闪点 润滑油在开口容器内被加热时 所形成的油气与火焰接触 能发生闪火的最低温度 4 低温性能不同的制冷剂在冷冻机油中有着不同的溶解特性 表4冷冻机油与制冷剂的互溶性 由于不同制冷剂与油的溶解性不同 在制冷循环系统的低温区发生的情形不同 因此对冷冻机油低温性能的要求就会随着冷冻机所采用的制冷剂的变化而有所不同 现分述如下 1 低温流动性 难溶于油的制冷剂从制冷循环系统的蒸发器出口到压缩机的入口 很容易发生因油的低温流动性差而发生的一系列的问题 特别是对含有难以在冷冻机油中溶解的R502 R503 R13和氨的制冷系统来说 如果油的凝点过高 当其随制冷剂进入制冷系统后 就会在蒸发器盘管等低温部位滞留或凝固 严重时甚至会堵塞管道使设备不能正常运转 因此 品质优良的冷冻机油要有较低的凝点和良好的低温流动性 一般用凝点 倾点和U型管流动性来评价和衡量冷冻机油的低温流动性 2 溶解性 与油部分溶解的制冷剂与油只能部分相溶的氟里昂制冷剂会随着系统温度的降低发生制冷剂与油的分离 由于油的密度较小而浮在制冷剂之上 此时如启动压缩机 因底部制冷剂层的粘度过小 将造成滑动部件烧结或机体的异常振动 另外 由于油与制冷剂相分离 还会在蒸发器和冷凝器等低温区造成回流困难和影响传热效率等问题 因此 油与制冷剂一定要有较好的相溶性 油 制冷剂相分离的温度尽可能地低 以保证制冷压缩机的正常运转 油与制冷剂的相溶性受制冷剂的类型和冷冻机油的组分 结构及粘度的影响 一般来说 烷基苯型合成油与制冷剂的相溶性最好 环烷基油次之 石蜡基冷冻机油的相溶性最差 3 絮凝点表4中的R12 R11等氟里昂制冷剂与冷冻机油是完全溶解的 降低温度也不会发生剂油相分离的情况 但是油中的石蜡基组分在此类氟里昂中的溶解性差 常在温度到达冷冻机油的倾点以前从油 制冷剂的均一溶液中絮凝出来 造成毛细管和膨胀阀堵塞 使制冷剂的循环中断 因此 用于R12一类制冷剂系统中的冷冻机油必须尽可能地不含石蜡组分 以保证油品具有较低的絮凝点 表5为不同类型的冷冻机油的低温特性 表5冷冻机油的类型和它们的低温特性 能适应各种制冷剂的 性能优良的冷冻机油必须兼备上述3种特性 即既要有优良的低温流动性 又要有较低的絮凝点以及与各种制冷剂有较好的相溶性 5 水分冷冻机油对水分的要求十分严格 尤其是用氟里昂做制冷剂的全封闭和半封闭制冷压缩机油 其含水量一般不得超过35 10 6 含水量超过100 10 6就要做报废处理 制冷循环系统中即使只有少量水分存在 也会在节流装置中产生冰塞现象和导致冷冻机油过早的产生絮凝物 表6 表6含水量对SR 32A合成冷冻机油絮凝点的影响 在高温时 水分还会降低油的稳定性 在金属的催化下促使氟里昂分解 另一方面 油中的水还会降低冷冻机油的绝缘性能 表7 表7含水量对RS 32A合成冷冻机油绝缘强度的影响 合格的冷冻机油必须有尽可能少的含水量 一般采用卡尔费休 微库仑仪 法测定冷冻机油的微量水分 氨制冷系统对水分的要求也很严格 溶有水分的氨能使油发生乳化 并在油箱内产生大量泡沫 这不仅降低油的润滑性 而且使润滑系统不能正常供油 导致压缩系统磨损和发生故障 另外 水溶解于氨后 生成化学活性较强的氢氧化铵 这种碱性化合物不仅腐蚀金属部件 而且促使油品变质 冷冻机油品的分类国际标准化组织在ISO6743 3B分类标准中 表1 根据冷冻机油的组成特性 蒸发器的操作温度和所用制冷剂的类型 把冷冻机油分为DRA DRB DRC和DRD共4种 前3个品种可以是深度精制的矿物油或合成烃油 并适用于蒸发器操作温度分别高于 40 DRA 低于 40 DRB 和高于0 DRC 的各种制冷压缩机 DRD为非烃合成油 适用于所有蒸发温度和润滑油与制冷剂不互溶的开启式压缩机 关于润滑油 冷冻机油 的标准英国 德国 前苏联 美国 日本以及一些大公司如意大利的IRE ZAMUSSI 日本的三菱电机 大金 松下等均制订有自己的冷冻机油规格 我国在1959年开始制订了冷冻机油部标准 SY1213 59 经1975年和1979年二次修订后 于1986年调整为专业标准 ZBE34003 86 在1992年又经清理整顿直接转为行业标准 SH0349 92 由于该标准主要参照前苏联5546 66制订 质量指标较低 未达到DIN51503 88中的KC油水平 仅属DRA A级油 为此 中国石化总公司提出推荐性标准 建议各单位积极采用 考虑到不同的制冷 冷冻 压缩机类型 档次和使用条件对冷冻机油的质量指标要求各有不同 所以允许冷冻机油的供需双方参照本标准增减和修改一些技术指标并另订协议 中国石化总公司提出的这个标准所属产品中L DRA A和L DRA B冷冻机油等效采用德国标准DIN51503 1988第1部分 冷冻机油最低要求 制订 L DRB A及L DRB B冷冻机油系根据国内外全封闭压缩机对冷冻机油较高质量要求制订 该标准起点较高 较好地反映了我国制冷压缩机行业对冷冻机油的质量要求 我国自80年代开始对L DRB级冷冻机油进行研制 目前已有4种牌号的冷冻机油达到了L DRB的质量水准 并已大量生产 满足了全封闭制冷压缩机生产厂家的使用要求 冷冻机油的选择制冷压缩机的种类很多 对冷冻机油的性能要求不尽相同 例如 制冷压缩机的密封程度就较大地影响着对冷冻机油质量水准的选择 开启式制冷压缩机所用的冷冻机油的工作条件较为缓和 加之可以经常换油 所以一般使用水准较低的L DRA A级冷冻机油 半封闭制冷压缩机一般使用L DRA B级冷冻机油 在全封闭制冷压缩机系统内工作的冷冻机油 其使用条件比较苛刻 而且使用过程中不能换油 加一次油要连续使用10 15年以上 因此一定要选用质量等级较高的L DRB级冷冻机油 就是同一种制冷压缩机由于所用的制冷剂不同 工作状态不同 对冷冻机油的性能要求存在着很大差异 例如氨 二氧化碳制冷压缩机 一般使用流动点低的冷冻机油即能满足使用要求 而氟里昂制冷压缩机则须选用不含蜡 低温流动性好 与制冷剂共存时的热化学安定性优良的L DRB级冷冻机油 因此 只有根据制冷压缩机的种类和工作状况以及制冷剂的类型正确选择冷冻机油 才能保证制冷设备安全 可靠地运转 确保制冷压缩机的长寿命 提高制冷系统的效率和降低设备的电力消耗 选择冷冻机油要考虑的因素很多 可参考下表进行选择 表1各种制冷压缩机用冷冻机油的粘度选择 压缩机的缺油和回油 缺油压缩机缺油时曲轴箱中油量很少甚至没有润滑油 大量制冷剂气体在被排出的同时也夹带走一小部分润滑油 称为奔油或跑油 压缩机奔油是无法避免的 只是奔油速度有所不同 半封活塞式压缩机排气中大约有2 3 的润滑油 而涡旋压缩机为0 5 1 但缺油是系统问题 其根源在于系统回油不好 与奔油关系不大 回油压缩机回油有两种方式 一种是油分离器回油 另一种是回气管回油 油分离器安装在压缩机排气管路上 一般能分离出50 95 的奔油 回油效果好 速度快 大大减少进入系统管路的油量 安装高效油分离器很有必要 蒸发管路设计和回气管路设计和施工必须有利于回油 常见的做法是采用下降式管路设计 并保证较大的气流速度 对于温度特别低的制冷系统 如 85 C和 150 C医用低温箱 除选用高效油分离器外 通常还添加特殊溶剂 防止润滑油堵毛细管和膨胀阀 并帮助回油 压缩机频繁启动不利于回油 由于连续运转时间很短压缩机就停了 回气管内来不及形成稳定的高速气流 润滑油就只能留在管路内 回油少于奔油 压缩机就会缺油 运转时间越短 管线越长 系统越复杂 回油问题就越突出 对于没有油压安全开关的全封闭压缩机 包括涡旋压缩机和转子压缩机 和部分半封闭压缩机 频繁启动引起的损坏是比较多的 注意 注意 第六节活塞式压缩机的能量调节方法 一 压缩机的间歇运行 on off调节 在小型制冷机中 经常采用使压缩机间歇运行的方法来实现调节室 库 温的目的 这种能量调节方法只用于功率小于10kW设备中 对于容量较大的压缩机 机器的频繁开停不仅能量损失较大 而且影响机器的寿命和供电回路中电压的滤去 影响其它设备的正常工作 常采用多机并联技术解决 二 旁通调节和顶开吸气阀片调节1 旁通调节调节主要原理是将吸 排气腔连通 压缩机排气直接返回吸气腔 实现输气量调节 如图所示装置为在压缩机内部旁通调节输气量的装置 热气旁通法 这种方法允许压缩机的排气一部分进入冷凝器一部分返回到压缩机的吸入口 调节运行状态低压气体 去冷凝器 吸气侧 排气侧 止回阀 单向阀 正常运行状态高压气体 2 顶开吸气阀片调节工作原理是 调节机构将压缩机的吸气阀片强制顶离阀座 使吸汽阀始终处于开启状态 压缩机吸气过程中 低压蒸汽从吸气阀吸入 压缩过程中因压力无法升高 排气阀始终处于关闭状态 低压蒸气又通过吸汽阀重新回到吸气腔 因而使该气缸的输气量为零 达到输气量调节的目的 由于吸气阀片关闭时阀座密封面所在位置不同 顶开的方式也不同 A 当吸气阀片密封面在吸气阀片上面时 需将吸气阀片向下顶开 B 当吸气阀的阀座密封面在阀片下面时 需将吸气阀片向上顶开 由油缸 油活塞 弹簧 拉杆 转动环 顶杆弹簧等零件组成 其动作由润滑系统的油压控制 当油压消失时 油活塞2和拉杆4 在弹簧l的作用下向左移动 拉杆4的另一端有两个凸圆装嵌在两个转动环6的缺口内 转动环6装在气缸套上 当拉杆4移动时 带动转动环6转动 环上有6个斜面 顶杆与斜面接触 转动环转动时 顶杆5沿斜面上升 顶开吸气阀片 使压缩机的该气缸处于空载状态 当油缸内有油压时 油活塞2和拉杆4向右移动 转动环6反向转动 使顶杆5向下移动 吸气阀片关闭 使该气缸处于正常工作状态 由此可见 这种机构不仅能起到调节输气量的目的 而且具有卸载启动作用 因为压缩机在停止运行状态下 润滑系统无油压 进气阀处于开启状态 使压缩机空载启动 压缩机启动后 油泵开始工作 油压逐渐建立 当油压超过弹簧1的弹力时 油活塞2开始动作 使吸气阀片下落 压缩机投入正常运行 活塞右侧的油压来自压力油分配阀 又称为输气量控制阀 三 关闭吸汽通道的调节关闭吸气通道调节输气量的机构如图所示 传统的制冷系统采用定转速压缩机 实行开关控制 利用压缩机上附带的鼠笼式电动机驱动压缩机 从而调节蒸发温度 这种控制方式使蒸发温度波动较大 容易影响被冷却环境的温度 压缩机电机在工作过程中要不断克服转子从静止到额定转速变化过程中所产生的巨大转动惯量 尤其是带着负荷启动时 启动力矩要高出运行力矩许多倍 其结果不仅要额外耗费电能 而且会加剧压缩机运动部件的磨损 另外这种运行方式在启动过程中还会产生较大的振动 噪声以及冲击电流 引起电源电压的波动 因此应采用变频压缩机替代定转速压缩机 从而避免这种频繁的起停过程 定转速的缺点 四 变速调节可分为有级变速调节和无级变速调节两种调节方法 有级变速通过改变电动机的级对数实现 无级变速的压缩机 它的电动机转速通过改变输入电动机的电源频率而改变 变转速压缩机采用变频的方法后 其输气量的调节更适应用户的需要 变转速压缩机产生的技术问题较多 如润滑问题 气阀问题 变频器的生产和成本等 均需妥善解决 日本东芝公司在1980年开发了往复式变频压缩机往复式在频率为25 75Hz时 效率高 并且存在效率最高频率 在大于此频率时效率缓慢降低 小于此频率时 效率则下降很快 变频调速技术适应于节能降耗和舒适性的要求 目前已应用于新一代的空调器上 在90年代初进入国内空调市场 其核心部件是变频器 变频器是20世纪80年代问世的一种高新技术 它通过对电流的转换来实现电动机运转频率的自动调节 把50Hz的固定电网频率改为30 130Hz的变化频率 三菱变频调速器500系列 FR E500 功率范围 0 4 7 5KW 3相380V FR E540系列 0 1 7 5KW 3相220V FR E520系列 0 4 2 2KW 单相220V FR E520S系列 采用磁通矢量控制 实现1HZ运行150 转矩输出 PID 15段速度等多功能选择 内置RS 485通信口 柔性PWM 实现更低噪音运行 可选择FR PA02 02简易型面板或FR PU04LCD显示面板 五 起动卸载为降低起动时电动机的负荷 采用起动卸载的方法 如图表示一台半封闭式制冷压缩机的卸载装置 按密封结构形式分类 第七节活塞式压缩机的总体结构 开启式压缩机曲轴输入端伸出机壳以外 此处必须安装轴封 通过传动装置与电动机相连 一 各种典型总体结构1 开启式制冷压缩机开启式压缩机的曲轴功率输入端伸出机体 通过联轴器或带轮和原动机相连接 它的特点是容易拆卸 维修 但密封性较差 工质易泄漏 因此曲轴外伸端有轴封装置 开启活塞式制冷压缩机的特点是 1 原动机独立 不接触制冷压缩机内的制冷剂和润滑油 因而无需采用耐油和耐制冷剂的措施 如果原动机为电动机 只需使用普通的电动机 而且原动机的损坏 修理 更换对制冷系统没有任何影响 2 在无电力供应的场合 可由内燃机驱动 从而使开启式压缩机在交通工具的制冷系统中得到广泛应用 如冷藏车 汽车空调等 3 压缩机的缸盖和气缸体充分暴露在外 便于冷却 减少了吸入制冷剂蒸气的过热度 而且容易拆卸 维修方便 4 可用作氨制冷压缩机 在以氨为制冷剂的制冷系统中 因氨对铜有腐蚀性 故不能将电动机包含在制冷系统中 而只能采用开启式压缩机 5 可以通过改变皮带传动比的简单方法改变压缩机的转速 调节其制冷量 然而开启活塞式制冷压缩机除了制冷剂和润滑油比较容易泄漏这一最大缺点外 尚有质量大 占地面积及噪声大等缺点 因此 开启活塞式制冷压缩机中 除了用氨作为工质或不用电力驱动的情况下保持其独占地位外 在小型制冷压缩机中的应用已逐渐减少 而在低温冷藏库 冻结装置 远洋渔船 化学工业中 中型开启活塞式高速多缸压缩机还是得到普遍的采用 开启活塞式制冷压缩机在我国有着广泛的应用 我国自行设计 制造的系列产品 如125系列和100系列等 它们具有如下的一些特点 1 普遍采用多气缸的角度式布置方式 配合以逆流式结构 缩短活塞的高度 采用铝合金活塞 2 普遍采用把气缸体和曲轴箱连成一体的气缸体曲轴箱机体结构型式 从而可提高机体的刚度和气密性 减少机加工量 在机体的曲轴箱两侧 开有装拆连杆大头盖的操作窗口 平时用侧盖予以密封 3 普遍采用可更换缸套 便于采用顶开吸气阀片输气量调节方法 而吸气腔位于缸套周围 气缸冷却效果好 减少液击的可能性 4 普遍利用气缸套上部法兰安设吸气阀通道 配置组合式的环片阀结构 使有充分的空间安排吸排气阀 并尽量减少气缸的余隙容积 整个气阀的组合件由一圆柱形螺旋弹簧紧压在气缸套上 这不仅便于装拆 而且由此而形成安全盖机构 减轻发生液击时的机械冲击 5 四缸以上压缩机设置能量调节装置可根据制冷系统负荷变化改变工作缸数及空载启动 既节省能耗又保护原动机 6 普遍采用压力润滑的方式 以保证各高速摩擦表面获得可靠的润滑和轴封具有良好的密封性能 并向输气量调节机构提供液压动力 开启式单机双级制冷压缩机 JB T5446 1999本标准采用下述定义 3 1活塞式单机双级制冷压缩机带有高 低压气缸的单台活塞式制冷压缩机 3 2低压级两级压缩中 由低压力到中间压力的压缩端 3 3高压级两级压缩中 由中间压力到高压力的压缩端 2 半封闭式制冷压缩机半封闭式制冷压缩机的电动机和压缩机装在同一机体内并共用同一根主轴 因而不需要轴封装置 避免了轴封处的制冷剂泄漏 半封闭活塞式制冷压缩均采用高速多缸机型 其特点是 1 原动机和压缩机共用一根主轴 取消了轴封装置和联轴器 结构紧凑 质量轻 密封性能好 噪声小 2 机体多采用整体式结构 其电动机外壳往往是机体的延伸部分 以减少连接面积并保证了压缩机和电动机的同轴度 曲轴箱和电动机室有孔相通 保证了压力平衡以利润滑油的回流 3 压缩机的气缸仍暴露在外 便于冷却 容易拆卸和维修 4 主轴可以是曲拐轴或是偏心轴的结构形式 它横卧在一对滑动或滚动主轴承上 主轴的一端总是悬臂支承着电动机转子 后者同时也起着飞轮的匀速作用 5 内置电动机的冷却方式有空气冷却 水冷和低压制冷剂冷却 空气冷却绝大多数用于风冷式冷凝机组中 这时 电动机外壳周围设有足够的散热片 靠冷凝风机吹过的风冷却电动机定子 当采用水冷式冷凝器时 可向电动机外壳的水套中引入冷却水进行定子的冷却 用低压制冷剂冷却的方式是从蒸发器来的低温制冷剂蒸气冷却电动机定子 可使内置电动机具有较大的过载能力 普遍用于功率大于1 5kW以上的半封闭制冷压缩机中 6 对于功率小于5kW的半封闭活塞式制冷压缩机其润滑系统往往采用飞溅润滑方式 但对功率较大的压缩机就显得供油不充分 应采用压力供油方式 所用的液压泵应是可以逆转工作的 因为半封闭式压缩机不能从外观判断转向 带CIC系统的半封闭制冷压缩机 用于R22大制冷量低温制冷的四缸和六缸半封闭制冷压缩机 为了降低排气温度 除了使用风扇外 还使用喷注液态R22的方法进行喷液冷却 实现喷液冷却的机构称为CIC系统 它由控制模块 温度传感器 喷嘴和脉冲喷射阀组成 如图3 136 p87 所示 安装于排气腔上的温度传器测量排气温度 若排气温度超过限定值 控制模块指令喷液 液态制冷剂呈雾状喷出 排气温度降至限定值以内时 控制模块发出指令 喷液停止 配有风扇和CIC系统的半封闭制冷压缩机 运行界限得以扩充 蒸发温度可达 50 喷液冷却系统图 与开启式压缩机相同 半封闭活塞式制冷压缩机也有单机双级产品 图3 142 p89 所示的半封闭活塞式单机双级制冷压缩机有四个低压缸和两个高压缸 来自蒸发器的制冷剂经吸气管过滤器进入低压缸 压缩后与具有中间压力的低温制冷剂两相流混合 使低压缸排气温度降低 混合后的制冷剂流经电动机 对它进行冷却后进入高压缸 压缩后排入油分离器中 分离出来的润滑油从回油管返回曲轴箱 高压气体流向冷凝器 这样 保证了内置电动机得到足够的冷却 其曲轴箱处于中间压力下运行 这种压缩机可在很低的蒸发温度下工作 并在压力比达到一定数值后其可比容积效率超过单级压缩机的容积效率 一级节流中间完全冷却 一级节流中间不完全冷却 双机对接型半封闭制冷压缩机参见p88图3 139 3 全封闭式制冷压缩机全封闭式制冷压缩机的特点 是将压缩机与电动机一起组装在一个密闭的罩壳内 形成一个整体 从外表上看只有压缩机进 排气管和电动机引线 滑管式全封闭压缩机 在一些医用及家用冰箱中 为了进一步简化压缩机的结构 采用滑管滑块式机构来代替连杆组件 如图所示 滑管滑块式机构 其特点主要有 1 将气缸体 主轴承座和电动机座组成一紧凑轻巧的开式刚性机体 大大减轻和缩小了其质量和尺寸 2 制冷剂和润滑油密封在密闭的薄壁机壳中 不会泄漏 3 外壳简洁 只有吸 排气管 工艺管和电源接线柱 4 压缩机电动机组由内部弹簧支承 振动小 噪声低 广泛应用于家用制冷空调设备和小型商用制冷装置中 5 全封闭活塞式制冷压缩机密封性好 但维修时需剖开机壳 维修后又要重新焊接 为此要求它有10 15年使用寿命 在此期限内不必拆修 6 绝大多数的全封闭活塞式制冷压缩机采用立轴式布置 这样就可以采用简单的离心式供油 直立式压缩机有置于电动机之上 也有置于电动机之下的 全封闭活塞式制冷压缩机的驱动功率大多在7 5kW之内 目前最大的可达22kW 缸径一般不超过60mm 气缸数1 2个居多 少数有3 4个气缸的 全封闭活塞式制冷压缩机大多采用二极电动机 活塞式制冷机组 近年来 随着空调和制冷技术的不断发展 许多生产厂家制造出能直接为制冷和空调工程提供冷却介质的制冷机组 蒸气压缩式制冷系统的机组化已成为现代制冷装置的发展方向 制冷机组是指工厂设计和装配的由一台或多台制冷压缩机 换热设备 蒸发器和冷凝器 节流机构 辅助设备以及附带的连接管和附件组成的整体 配上电气控制系统和能量调节装置 为用户提供所需要的制冷 热 量和冷 热 介质的独立单元 1 压缩冷凝机组把一台或几台活塞式制冷压缩机 冷凝器 风机 油分离器 贮液器 过滤器及必要的辅助设备安装在一个公共底座或机架上 所组成的整体式机组叫活塞式压缩冷凝机组 目前我国生产的活塞式压缩冷凝机组按使用制冷剂的不同 分为氨压缩冷凝机组和氟利昂压缩冷凝机组 按采用的冷凝器的冷却方式 可分为风冷式压缩冷凝机组和水冷式压缩冷凝机组 按所配的压缩机结构型式 可分为开启式 半封闭式和全封闭式 风冷式压缩冷凝机组装有贮液器 水冷式压缩冷凝机组冷凝器通常兼贮液器的作用 少数制冷量大的机组装有专用贮液器 活塞式压缩冷凝机组的制冷量一般为350 580kW 但随着半封闭活塞式制冷压缩机质量的提高 采用多台主机组合成机组 制冷量范围正在扩大 活塞式压缩冷凝机组系统结构比较简单 维修方便 被广泛应用于冷藏库 冷藏箱 低温箱 陈列冷藏柜等制冷装置中 用户根据不同用途和制冷量选定相应型号机组后 只需配置膨胀阀 蒸发器及其它附件 即可组成完整的制冷系统 对大 中型冷藏库 大 中型集中空调系统 工业用冷水系统一般选配氨压缩冷凝机组 对中 小型冷藏装置 空调系统大多数选用氟利昂压缩冷凝机组 风冷全封闭压缩冷凝机组 2 冷水机组将一台或数台制冷压缩机 电动机 控制台 冷凝器 蒸发器 干燥过滤器 节流装置 配电柜 能量调节机构以及各种安全保护设施 全部组装在一起 可提供5 15 的低温冷水的单元设备叫冷水机组 1 活塞式冷水机组的构成与特点 活塞式冷水机组由活塞式压缩冷凝机组与蒸发器 电控柜及其它附件 干燥过滤器 贮液器 电磁阀 节流装置等 构成 并安装于同一底座上 大多数厂家将电控柜安装在机组上 部分厂家则将电控柜安装在机组以外 活塞式冷水机组的特点 1 机组设有高低压保护 油压保护 电动机过载保护 冷媒水冻结保护和断水保护 确保机组运行安全可靠 2 机组可配置多台压缩机 通过启动一台或几台来调节制冷量 适应外界负荷的波动 3 随着机电一体化程度的提高 机组可实现压力 温度 制冷量 功耗及负荷匹配等参数全部微计算机智能型控制 4 用户只需在现场对机组进行电气线路和水管的连接与隔热施工 即可投入运行 2 普通型活塞式冷水机组 冷水机组按冷凝器冷却方式不同 可分为水冷冷水机组和风冷冷水机组 普通型水冷活塞式冷水机组在结构上的主要特点是冷凝器和蒸发器均为壳管换热器 它们或上下叠置或左右并置 而压缩机或直接置于 两器 上面 或通过刚架置于 两器 之上 单机容量一般在580 700kW以下 采用风冷式的活塞冷水机组 是以冷凝器的冷却风机取代水冷式活塞冷水机组中的冷却水系统的设备 冷却水泵 冷却塔 水处理装置 水过滤器和冷却水系统管路等 使庞大的冷水机组变得简单且紧凑 风冷机组可以安装于室外空地 也可安装在屋顶 无需建造机房 3 多机组合机组和模块化机组的特点 1 多机组合机组大多数多机组合机组是冷水机组 用于空调系统 按冷凝器冷却方式不同 又可分为水冷冷水机组和风冷冷水机组 如图所示的多机组合机组 配有六台6H30型半式压缩机 换热器均采用高效传热管 机组结构紧凑 几台压缩机的吸 排气管连在一起 此时合理地布置管道是很重要的 对于吸气管道 推荐图2 55a c的连接方式 不推荐图2 55b的连接方式 因为2号压缩机吸入口容易回液 引起压缩机液击