活塞制冷压缩机

1、活塞制冷压缩机,授课:陈礼 余华明 使用教材:制冷流体机械,第一节 活塞压缩机的工作原理和特性,一、活塞式制冷压缩机的工作原理,二、工作特性,优点： 1)能适应较广阔的压力范围和制冷量要求 2)热效率较高，单位耗电量较少，特别是在偏离设计工况运行时更为明显 3)对材料要求低，多用普通钢铁材料，加工比较容易，造价也较低廉 4)技术上较为成熟，生产使用上积累了丰富的经验 5）装置系统比较简单,缺点： 1)转速受到限制。单机输气量大时，机器显得笨重，电动机体积也相应增大 2)结构复杂，易损件多，维修工作量大 3)运转时有振动 4)输气不连续，气体压力有波动等,三、活塞式制冷压缩机的分类,按制冷量的大

2、小分类： 大型：单机中温考核工况制冷量在550kW以上 中型：单机中温考核工况制冷量在25550kw之间 小型：单机中温考核工况制冷量在25kW以下 按压缩机工作的蒸发温度范围分类： 高温压缩机 10+10 中温压缩机2010 低温压缩机 4520,按压缩机的转速分类： 低速转速在300rmin以下 中速3001000rmin之间 高速1000rmin以上 按压缩机的级数分类 单级压缩：制冷剂蒸气由蒸发压力至冷凝压力只经过一次压缩 多级(一般为两级)压缩：制冷剂蒸气由蒸发压力至冷凝压力需经过两次压缩来完成,按压缩机的气缸布置方式分类 卧式 气缸轴线呈水平布置 直立式 气缸轴线呈直立布置 角度式

3、 气缸轴线呈一定的夹角布置，有V型、W型和S型(扇形)等之分,我国活塞式制冷压缩机的型式及基本参数,表5-1 活塞式压缩机气缸布置型式,四、活塞式制冷压缩机的型号,表5-2 压缩机基本参数,活塞式单级制冷压缩机型号表示方法如下,（1）压缩机型号表示方法：,（2）压缩机组型号表示方法：,目前国内有些生产厂家仍习惯沿用老的压缩机型号表示方法，即,2.活塞式单机双级制冷压缩机,表5-3 活塞式单机双级制冷压缩机气缸布置型式和高低压缸数配比,表5-4 活塞式单机双级制冷压缩机基本参数,活塞式单机双级制冷压缩机型号表示方法如下。 （1）压缩机型号有下述两种表示方法：,第一种：,第二种：,（2）压缩机组型

4、号表示方法：,第二节 往复式制冷压缩机结构,一、总体结构 1) 开启式制冷压缩机：,结构特点：开启式压缩机的曲轴功率输入端伸出机体，它通过联轴器或皮带轮和原动机相连接 工作特性：容易拆卸、维修，但密封性较差，工质易泄漏，因此带有轴封装置,2) 半封闭式,结构特点：半封闭式制冷压缩机的机体和电动机的外壳铸成一体。电动机的转子直接装在压缩机曲轴的悬臂部分，因而不需要轴封和联轴器 工作特性：比开启式压缩机结构更为紧凑，密封性能好，噪声低，比全封闭式压缩机易于拆卸和修理。,3)全封闭式,结构特点: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。,二

5、、零部件结构,(1)活塞组(piston group) =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处间隙泄漏到曲轴箱。油环的作用是刮下附着于气缸壁上多余的润滑油，并使壁面上油膜分部均匀,(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。,(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

6、用,(4)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不致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泄漏,轴端密封 轴承密封,(5)气阀组,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。气阀性能的好坏，直接影响到压缩机的制冷量和功率消耗,图 柔性环片阀,压缩机配件,(6)机体及缸套,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,三、制冷压缩机的输气量调节(能量调节capacity control),1) 压缩机的间歇运

7、行 当室(库)温降到规定温度的下限时，通过温度继电器或低压压力继电器，使压缩机停止运行，室(库)内温度开始回升，当温度升高到超过规定温度的上限值时，上述控制器件又将压缩机的电路接通，压缩机重新启动运行,2）顶开吸气阀片调节输气量: 调节机构将压缩机的吸气阀片强制顶离阀座，使吸气阀始终处于开启状态。压缩机吸气过程中，低压蒸气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，低压蒸气又通过吸气阀重新回到吸气腔，因而使该气缸的输气量为零，达到输气量调节的目的。,3)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,

8、排气侧,止回阀,单向阀,正常运行状态高压气体,4)其他 多台压缩机的台数调节(往往在大型制冷装置中与顶开吸气阀片的调节方式联合使用)、输气量旁通调节、吸气节流调节,四、制冷压缩机的润滑系统（lubrication system）,(1)润滑的作用 1)使摩擦表面(即轴与轴承、活塞环与气缸壁等运动部件接触面)被油膜分隔，形成液体摩擦或半干摩擦，从而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)润滑油充满活塞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。 5)压缩机

9、的润滑系统还向能量调节装置供油。,(2)润滑方式及润滑系统 1）飞溅润滑 飞溅润滑是利用运动零件的机械作用，将润滑油送至需要的摩擦表面，半封闭压缩机就有很多的采用飞溅润滑。一方面在连杆大头下端装设甩油勺，将曲轴箱中的油甩向气缸镜面，润滑活塞与气缸壁之间的摩擦表面；另一方面，在电动机一端的轴上装有甩油盘，将油甩起并收集在电动机侧端盖的集油小室上，通过曲轴中的油道，润滑主轴承和连杆轴承。在某些小型立式开启式压缩机中，飞溅润滑仅依靠曲柄连杆机构的运动来实现。,(2)润滑方式及润滑系统 1）飞溅润滑 利用连杆和曲轴进行飞溅润滑的简单压缩机,压力润滑： 压力润滑是利用油泵产生一定的油压，通过输油通道将润

10、滑油送到各摩擦表面。 齿轮油泵润滑系统,离心油泵泵油原理,(3)润滑设备,1)油泵 外啮合齿轮油泵 月牙形齿轮油泵 内啮合转子油泵,外啮合齿轮油泵,内啮合转子油泵,2)滤油器 粗过滤器:粗过滤器往往做成网式，装在曲轴箱油池内，网两端封闭，防止较大杂质进入油泵 精过滤器:精过滤器大多采用金属片缝隙式,3)油冷却器 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)润滑油的性能及冷冻油规格,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机构的密封性能。 酸值:润滑油中如含有酸类物质，中和1g润滑油中的游离酸所需KOH的毫克数称

11、为酸值。 浊点:浊点是指随温度的降低，润滑油中开始析出石蜡时的温度 凝点:当润滑油完全失去流动性时的温度称为凝点 闪点:润滑油加热到所产生的油蒸气接触明火时，能发生闪火的最低温度叫闪点,化学稳定性、氧化安定性:氧化安定性和化学稳定性，一般用油氧化后生成沉淀物的多少和氧化后的酸值来表示 含水量:润滑油中应不含有水分 机械杂质和溶胶:用汽油或苯将润滑油溶解稀释后，用过滤纸将其过滤，在滤纸上所残存的物质称为机械杂质；将润滑油加热至550，使其挥发和燃烧，残留下来的固体残渣称为溶胶,五、其他往复式压缩机 1、斜盘式压缩机,斜盘式制冷压缩机也是依靠活塞在气缸内作往复运动，改变气缸工作容积，从而提高气体压

12、力的。但活塞的运动不是由曲柄连杆机构带动，而是由一个固定在主轴上的斜盘4来驱动的，而且活塞3的运动方向不是与主轴中心线垂直，而是与主轴中心线平行也是依靠活塞在气缸内作往复运动，改变气缸工作容积，从而提高气体压力的。但活塞的运动不是由曲柄连杆机构带动，而是由一个固定在主轴上的斜盘4来驱动的，而且活塞3的运动方向不是与主轴中心线垂直，而是与主轴中心线平行,斜盘式制冷压缩机通常用于汽车空调中,2、滑管式压缩机,六、压缩机的保护,一、防止液击 液击：当进入气缸的液体太多，来不及从排气阀排出时，气缸内将出现液击，液击时产生的很高的压力使气缸、活塞、连杆等零部件损坏。 1、假盖 将气阀组件用一弹簧紧压在气

13、缸端部，形成假盖。 2、油加热器 用油加热器在起动前对润滑油加热，降低溶在润滑油中的制冷剂量是避免液击的有效措施。 3、气液分离器 来自蒸发器的气液混合物在气液分离器内分离，气体从出口管的上部进入，从下部流出。,气液分离器的结构,二、压力保护 1、吸、排气压力的控制 压缩机运转时，因系统的原因或压缩机本身的原则，可能出现排气压力过高或吸气压力过低的情况，为此需控制吸、排气压力。 2、安全阀 为防止制冷剂泄漏至大气，采用闭式安全阀。 3、安全膜 在吸、排气腔之间安装安全膜片。吸排气压力差超过规定值时，膜片破裂，排气压力降低。,4、润滑油压差控制器 润滑油压差系油泵出口处油压与曲轴箱内油压之差。为

14、保证压缩机运动部件的良好润滑，并保证有些压缩机输气量控制机构(如：液压缸拉杆控制机构)的正常动作，必须控制润滑油压差。,三、内置电动机的保护 1、过热 为使电动机不过热，除了正确使用，注意维修外，还可安装过热继电器。过热继电器可装在绕组内部 ，称为内置温度温度继电器，或装在电动机外部 ，称为外置温度-电流继电器。 2、缺相 三相电动机缺相将导致电动机无法起动或过载。为保护电动机免遭缺相之损害，采用过载继电器。 3、相间不平衡 相间不平衡电压导致三相不平衡电流。在电流量大的相中，温升增加的比例约为电压不平衡比例平方的两倍。,四、温度保护 此处所说的温度是指排气温度和壳体温度。 1、排气温度 主要

15、是用温控器感应排气温度，温控器应安放在靠近排气口处，排气温度过高时，温控器动作，切断电路。 若排气温度过高由热气旁通引起，则不应采用停机的方法，应采用喷液冷却。 2、机壳温度 机壳温度会影响压缩机的寿命。 避免机壳过热，保护压缩机的根本方法是正确处理上述各种问题，同时在机壳上安装温度保护器。,第四节 热力性能及参数计算,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、压缩机压缩过程,2.实际工作循环 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

16、、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。,二、 性能参数及计算,1.输气量及输气系数,（1）理论输气量,假定压缩机有i个气缸，转速为n，则压缩机的理论输气量为：,（2）实际输气量：,（3）输气系数：也称压缩机的容积效率。通常可用容积系数v、压力系数p、温度系数T、泄漏系数L的乘积来表示，即,=vpTL,1）容积系数v,容积效率总小于1，它的大小反映了压缩机气缸容积的有效利用程度。影响它的主要因素有四个：,（1）气缸余隙容积的大小 （2）吸、排气压

17、力以及吸、排气阀片阻力 （3）吸入气缸的低温制冷剂蒸汽遇到热的气缸壁所引起的热膨胀 （4）气缸内部的泄漏,1）容积系数v,式中 c相对余隙容积，它等于余隙容积Vc与气缸工作容积Vp之比，即c=Vc/Vp； m膨胀过程指数； pk冷凝压力（即名义排气压力）（MPa）； pk排气压力损失（MPa）； p0蒸发压力（即名义吸气压力）（MPa）。,相对余隙容积c值越大，v越小,压力比pk/p0越大，v越小,膨胀过程指数m,一般对氨压缩机，m=6.106.15，对氟利昂压缩机，m=0.951.05。 排气压力损失pk,对氨压缩机，一般取pk =(0.050.07)pk，氟利昂压缩机取pk =(0.10.

18、15)pk。,pk对v的影响较小，可以略去不计，则式（5-5）可简化为,2）压力系数p,p0 吸气压力损失， 通常，氨压缩机的p0=(0.030.05)p0， 氟利昂压缩机的p0=(0.050.10)p0。,3）温度系数T,中小型开启式制冷压缩机为,小型封全闭式制冷压缩机为,家用制冷压缩机a6.15，商用制冷压缩机a6.10,4）泄漏系数L,对于单级高速多缸压缩机，转速n大于720r/min，相对余隙容积c=3%4%,对于单级中速立式压缩机，转速n小于720r/min，相对余隙容积c=4%6%,对于双级压缩系统中使用的高速多缸压缩机，高压级和低压级的值可分别用下列公计算,2.制冷量,一台压缩机

19、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：,3.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0.650.80；家用全封闭式压缩机为0.600.85,（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0.60.7之间,提高m可

20、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,（3）配用电动机功率 对于开启式压缩机，如用带传动，应考虑传动效率d =0.90.95。 用联轴器直接传动时，则不必考虑传动效率。对于封闭式压缩机，因电动机与压缩机共用一根轴，也不必考虑传动效率问题 电动机的功率可按运行工况下压缩机的轴功率，再考虑适当裕量（10%15%）选配。,4.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