活塞式制冷压缩机的工作原理及结构.doc

活塞式制冷压缩机得工作原理及结构
第一节
活塞式制冷压缩机工作原理
1、活塞压缩机得分类
按使用得制冷剂来分，有氨压缩机与氟利昂压缩机两种。
按压缩级数来分，有单级压缩与双级压缩两种。
按汽缸中心线得位置分，有直立式、V型、W型与S（扇）型。
按压缩机得总体结构来分，有开启式、半封闭式、全封闭式三种。
2、活塞式压缩机得工作过程
1)理想工作过程
在分析活塞式压缩机得工作过程中，可以先把实际过程简化成理想过程。简化时假定：
a、压缩机没有余隙容积；
b、吸、排气过程没有容积损失；
c、压缩过程就是理想得绝热过程；
d、无泄漏损失。
这样，压缩机得理想工作过程
可用图2-1所示得P—V图来表示。纵坐标表示压力P，横坐标表示活塞在汽缸中移动时形成得容积V。
在图中，4→1表示吸气过程，活塞从上止点开始向右移动，排气阀（片）关闭，吸气阀（片）打开，在压力P1下吸入制冷剂气；1→2表示压缩过程，活塞从下止点向左移动，制冷剂从压力P1绝热压缩到P2，此过程吸、排气阀均关闭；2→3表示排气过程，活塞左行至2位置时排气阀打开，活塞继续左行，在压力P2下把制冷剂排出汽缸。由于假设没有余隙容积 ，活塞运行到3点时制冷剂全部排出。当活塞再次向右移动时进行下一次得吸气过程。
2)实际工作过程
压缩机得实际工作过程与理想工作过程有很大不同。实际过程存在余隙容积；吸排气阀有阻力，工作时存在压力损失；汽缸壁与制冷剂之间有热交换，非绝热过程；有漏气损失。
a、余隙容积得影响（容积系数λV）
余隙：活塞运动到上止点位置时，活塞顶与阀座
之间保持一定得间隙，称为余隙，余隙所形成得容积称为余隙容积。造成余隙得主要原因就是：
防止曲柄连杆机构受热延伸时不至于使活塞撞击阀座而引起机器损坏；排气阀得通道占据一定得空间；运动部件得磨损使零件配合间隙变大；活塞环与阀盖之间得环型空间。
余隙容积得存在，在排气过程结束时不能将汽缸内得气体全部排净，有一部分高压气体残留在余隙容积内，这样在下一次吸气开始前，这一部分气体首先膨胀减压，在压力降低到低于吸气压力才能开始吸气。所以，由于余隙容积内得气体膨胀，占据了部分工作容积，使吸气量减少，称为余隙损失。压比越大使，余隙损失越大。
b、吸排气阀（片）阻力得影响(压力系数λP)
由于阀门（片）开启时必须克服阀片得惯性力与压在阀片上得弹簧力，以及气体通过阀门得流动阻 力，使得实际吸气压力低于P1，产生节流损失；而排气压力高于P2，这使得余隙损失增大。汽缸内部压比大于外部压比。

c、 汽缸壁与制冷剂得热交换影响(温度系数λT)
吸气时低温气体吸收被排气加热了得汽缸得热量，体积膨胀，压缩机吸气量减少，称为预热损失。
d、压缩机泄漏损失得影响（气密系数λg）
压缩机运行时，由于密封不严与磨损会造成漏气损失，它常发生在活塞环与汽缸壁之间得不密封处，使得气体从高压腔向低压腔泄漏。此外，吸、排气阀片关闭不严或关闭滞后，也会造成汽缸内气体泄漏。这部分损失叫作泄漏损失。
由于这些实际因素得影响，压缩机得实际输气量总就是小于理论输气量实际耗功总就是大于理想过程得耗功。而影响这些因素最大得外界条件就就是压缩比，即冷凝压力与蒸发压力得差值。
第二节活塞式制冷压缩机得结构
1、我国系列活塞制冷压缩机得特点
高速：转速在960～1450r/min；
多缸：开启式压缩机通常有2、4、6、8个汽缸。
多缸结构使压缩机布置紧凑，动平衡性能好，还可以通过使一部分汽缸空载运转达到调节制冷量得目得。
三种制冷剂通用：新系列大缸径如100、125、
170系列压缩机对R717、R12、R22三种制冷剂都可以使用，只须更换部分零部件，如安全阀、气阀弹簧、轴封、胶圈等。

2、总体结构
压缩机一般须具备以下几部分：
a、运动部分：包括曲轴、连杆、活塞等。
b、配气部分：包括吸、排气阀，吸、排气通道等。
c、密封部分:包括活塞环、轴封、垫片、填料等。
d、润滑部分：包括油泵、滤油器、油压调节阀等。
e、安全部分：假盖、假盖弹簧、安全阀、高压保护继电器、油压保护继电器等。
f、能量调节部分：卸载机构。

3、压缩机主要零部件结构
主要介绍开启式压缩机得主要零部件结构。
（1）机体：机体就就是压缩机得机身，它由汽缸体、曲轴箱、汽缸盖等组成。
吸气腔就就是汽缸体得内腔，吸入气体通过吸气腔时可以冷却汽缸套，散热条件好。排气腔在汽缸体上端，吸、排气腔之间有隔板分开。对于单机双级压缩机，高、低压级得吸、排气腔之间都有隔板分开。汽缸盖对汽缸上部起着密封作用，它与机体、假盖一起形成了高压蒸气得排气腔。在拆卸汽缸盖时，应防止假盖弹簧将汽缸盖弹出砸伤人。汽缸盖螺栓中有两个长螺栓，在拆卸时先松开短螺栓，再松长螺栓，慢慢释放弹簧得弹力。

汽缸体下部就是曲轴箱，内装曲轴与冷冻油以及粗油过滤器，曲轴箱与低压级吸气腔相通。曲轴箱两侧有手孔，方便拆装连杆。机体前后端开有两个轴承座孔，安装前后轴承座。

（2）汽阀缸套部件
大中型压缩机得汽缸工作镜面不就是与机体铸在一起，另配有可单独装配得汽缸套，这样做有
以下几点好处：
a、汽缸套耗材少，可以采用优质材料或表面镀铬，来提高汽缸镜面得耐磨性；
b、如汽缸镜面磨损到超过允许范围，只要更换汽缸套，节省修理费用，又简单省时；
c、可以简化汽缸体、曲轴箱结构，便于铸造。
汽阀就是控制汽缸中依次进行压缩、排气、膨胀、吸气得控制机构。其性能得好坏直接影响压缩机得制冷量、功耗与运转得可靠性。
目前活塞压缩机多数采用环状阀，如图2-3所示为环状阀得结构。它就是由阀座、阀片、升程限制器、汽阀弹簧等组成。它得开启与关闭主要靠阀片两侧得压力差来实现，因此，这种阀又称为自动阀。
汽阀按其作用不同，分为排气阀与吸气阀。排气阀得阀座分为内、外阀座两部分。外阀座用螺钉与汽缸套一起固定在机体上，而内阀座用螺钉与假盖固定在一起。排气阀得两条密封线分别做在内、外阀座上，排气阀片上压有数个阀片弹簧，它得升程限制器就就是假盖。吸气阀得阀座就是做在汽缸套得凸缘上形成得两圈凸出宽度为1、5mm左右得密封面，又称阀线。阀线之间有一环形凹槽，槽中有均布得吸气孔与吸气腔相通。吸气阀片也压有阀片弹簧。排气外阀座得下端面就就是吸气阀得升程限制器。

因为吸、排气压力不同，吸、排气阀片弹簧得弹力也不同，装配时应注意区分。阀片弹簧程锥形，大头装到弹簧座中，应旋转安装。
假盖被假盖弹簧、紧紧压在排气阀座上。作用就是：当汽缸内产生液击（液体制冷剂或润滑油大量吸入汽缸时，由于液体得不可压缩，活塞得运动使液体产生巨大得冲击力）时，假盖被汽缸内得压力顶起，打开一条额外得通道，让汽缸内液体迅速排出，避免事故，起到安全阀得作用。活塞压缩机最大得安全隐患就就是回液（潮车），操作时应尽量避免。
汽缸套内腔就是气体在其内压缩、膨胀得部位，对活塞起导向作用，直接承受气体压力与活塞得侧压力，就是压缩机最重要得摩擦面之一，其内径尺寸及椭圆度超过规定尺寸就需要更换。汽缸套通过螺钉或定位销固定在机体上，可以通过汽缸垫片得厚度来调整活塞上死点间隙（余隙）。
因为汽缸体内腔（缸套外侧）与曲轴箱相通，安装高压级汽缸时，机体与缸套之间应加胶圈密封。

（3）活塞部件
活塞在汽缸内往复运动，压缩由汽缸、阀片等组成得封闭容积内得气体。为减少往复运动得惯性力，活塞常用铝合金制成，并做成中空形式。它由顶部、环部、裙部与销座四部分组成。
活塞顶部呈凹形（与假盖凸起相配合），上面有起吊螺孔。它承受蒸汽压力。环部开有环槽，在其中放置汽环与油环，油环槽得内壁圆周上开有很多回油孔，油环从汽缸壁上刮下得润滑油可通过它流回曲轴箱。裙部略粗，在汽缸中起导向作用并承受侧压力。活塞销座位于裙部，装配活塞销使活塞与连杆小头相连。

活塞环分为汽环与油环两种。汽环得作用就是密封蒸汽，减少汽缸内得高压气体通过活塞与汽缸得间隙泄漏到曲轴箱中。油环得作用就是将汽缸内壁得油刮下流回曲轴箱。为保证活塞环在汽缸中有足够得弹力，在自由状态时，它得直径比汽缸直径大。在压入环槽并进入汽缸后，锁口间隙及其与环槽得轴向间隙有严格要求，过大或过小都会影响压缩机得正常工作，必须更换。
活塞销就是活塞与连杆小头得连接体。当活塞往复运动时，它在活塞销座与连杆小头衬套中相
对转动而承受磨损。为减少活塞销得磨损，常采用浮动式配合方式，即活塞销在销座与小头衬套中都没有固定，可自由转动。为防止浮动活塞销轴向窜动伸出活塞擦伤汽缸，在销座两端得环槽内装上弹簧挡圈予以阻挡。

（4）连杆部件
连杆就是将曲轴得旋转运动转化为活塞往复运动得中间连接体，把动力传给活塞对蒸气作功。
连杆结构一般可分为三部分：连杆小头、连杆身、连杆大头。
连杆小头一般都就是整体式结构，内摩擦面装配轴承衬套，衬套材料一般采用磷青铜。小头轴承得润滑一般就是靠从连杆体内钻孔输送过来得润滑油进行压力润滑。高压级汽缸得压力比较大，连杆小头常采用滚针轴承结构，提高使用寿命。同时，为减小耗油量，润滑方式也采用飞溅润滑。
连杆大头就是连杆与曲轴连接得一端。除小型压缩机连杆得大头为整体式外，其余大部分为剖分式结构。在与曲轴销相配合得连杆大头内孔里一般装有薄壁轴瓦
连杆螺栓就是剖分式连杆大头中用以连接大头盖得紧固件，起着定位大头盖得作用。连杆螺栓在压缩机运转时受力非常严重，如果在运转中断裂，会造成压缩机得严重破坏。为了防止连杆螺栓在运转中松动，连杆螺母必须设有防松装置。严禁用其它螺栓替代连杆螺栓。
（5）曲轴
曲轴就是压缩机得一个重要零件，压缩机消耗得功率就就是通过曲轴输入得，它就是主要得受力部件。曲轴就是由曲柄、曲柄销与主轴颈、平衡块四部分组成。平衡块就是用以平衡压缩机运转时曲柄、曲柄销及部分连杆所产生得旋转惯性力与惯性力矩，其目得就是减小压缩机运转时所产生得振动，也可以减轻曲轴主轴承上得负荷，减小轴承得磨损。

（6）轴封
对于开启式压缩机，驱动轴得一端要伸出机体外部，为了防止制冷剂向外泄漏或空气渗漏入系统，必须在轴得伸出部位及机体之间设置轴封装置。
如图2-9所示得弹簧式轴封，就是由动环、静环、弹簧、弹簧座、压环与“O”型密封圈组成。
为了润滑动、静环之间得密封面，减少渗漏并带走热量，轴封室内充满润滑油，通过油泵把油不断地输送到轴封，然后通过曲轴上得油孔流向主轴颈及曲柄销。因为曲轴就是处在曲轴箱内，轴封所处压力为（低压级）吸气压力，所以要求油压比（低压级）吸气压力高0、15~0、3MPa 。
注意事项：对于氟利昂压缩机，“O”型圈应使用耐氟橡胶；轴封少量渗漏就是允许得。
（7）能量调节机构
压缩机能量调节得方法主要有：
a、改变压缩机转速—需要变频器，影响油压
b、压缩机间隙运行—温度、压力变化大，操作麻烦
c、压缩机吸气节流—压缩机经济性降低
d、顶开吸气阀片—方便，经济，可实现卸载启动
顶开机构得工作原理：通过顶杆将部分汽缸得吸气阀片顶起，这几个汽缸在吸气之后进行压缩时，
于吸气阀片不能关闭，汽缸中压力不能建立，排气阀片始终不能打开，被吸入得气体没有得到压缩就经过打开得吸气阀片又排回到吸气腔中。因此，这部分汽缸不能实现排气，达到改
变压缩机排量得作用。

能量调节装置就是由能量控制阀与卸载机构两部分组成，两者之间通过油管相连，并用油泵输出得压力油作为动力。卸载机构就是一套装在压缩机内部

图2—11 卸载机构
得液力传动机构，主要由油缸、油活塞、拉杆、弹簧、转动环、顶杆等组成。拉杆上得凸环嵌在汽缸套外部得转动环中。
卸载机构得工作原理：
卸载启动得原理：
注意事项：高、低压级油缸有所区别，见图2-11；
压缩机左右两侧汽缸外得转动环上斜槽方向不同。
（8）油泵及润滑系统
飞溅润滑：借助曲轴连杆机构得运动，把曲轴箱中得润滑油甩向需要润滑得表面，或就是让飞溅起来得油按设定得路线流过需要润滑得表面。
压力润滑：利用油泵加压得润滑油通过输油管路输送到需要润滑得摩擦面。这种供油方式油压稳定，油量充足，润滑安全可靠。

图2-12 润滑系统
油路得流向：曲轴箱中得润滑油经过装在曲轴箱底部得滤网式（粗）油过滤器与三通阀后被油泵吸入，提高压力后，经梳片式（精）滤油器滤去杂质后分成两路：一路去后主轴承座，润滑主轴颈，并通过主轴颈内得油道去相邻得一个曲柄销润滑该曲柄销上得连杆大头轴瓦，再通过连杆体中得油孔输送到连杆小头衬套，润滑活塞销。这一路在后轴承座上设有油压调节阀，一部分油经过油压调节阀旁通流回到曲轴箱；另一路进入轴封箱，润滑与冷却轴封摩擦面并形成油封，然后进入前主轴承，润滑主轴颈及相邻曲柄销；此外再从轴封箱引出一路，供给卸载装置得油分配阀，作为能量调节机构得液压动力。
油泵：常用内啮合转子式油泵（简称转子泵），由曲轴驱动，对旋转方向有要求。压缩机电机得旋转方向就是由油泵转向决定得。曲轴箱压力过低（汽蚀）或油泵磨损过大，都会影响油压得建立，蒸发温度低于－45℃时常采用外置油泵
注意事项：精滤器得操作；油压得调整；油压不足时得分析与检修。
（9）安全阀
安全阀设置在吸气腔与排气腔之间，就是一种压差式安全阀。当排气压力与吸气压力得差值超过规定值时，阀芯自动起跳，使吸、排气腔相通，高压气体泄向低压腔，起保护压缩机得作用；当压差减小低于规定值时，阀芯自动关闭。
注意事项：安全阀压力调整后，用锁紧螺母锁紧，拧上阀帽后铅封，禁止随意调整设定值；安全阀起跳后，很容易造成泄漏。因此，起跳后须检修后才能再度使用。