制冷压缩机2第二章-往复式制冷压缩机课件.pptx

1、第二章往复式制冷压缩机第二章往复式制冷压缩机基本结构和工作原理第一节热力性能第二节驱动机构和机体部件第三节气阀第四节封闭式制冷压缩机的内置电动机第五节总体结构第六节润滑系统和润滑油第七节往复式制冷压缩机的振动和噪声第八节安全保护第九节基本结构和工作原理 往复式压缩机广泛应用于中、小型制冷装置,其结构如图2-1所示。当曲轴被原动机带动旋转时,通过连杆的传动,活塞在气缸内做上、下往复运动,并在吸、排气阀的配合下,完成对制冷剂的吸入、压缩和输送。图2-1单缸压缩机示意图1曲轴2气缸体3曲轴箱4连杆5活塞6排气管7排气腔8排气阀9吸气阀10吸气腔11吸气管12气缸盖基本结构和工作原理基本结构和工作原理

2、2.1.2工作原理往复式制冷压缩机的工作循环分为四个过程,如图2-2所示。图2-2压缩机的工作过程基本结构和工作原理基本结构和工作原理 1.压缩过程 通过压缩过程,将制冷剂的压力提高。当活塞处于最下端位置11(称为内止点或下止点)时,气缸内充满了从蒸发器吸入的低压蒸气,吸气过程结束;活塞在曲轴-连杆机构的带动下开始向上移动,此时吸气阀关闭,气缸工作容积逐渐减小,处于缸内的制冷剂受压缩,温度和压力逐渐升高。活塞移动到22位置时,气缸内的蒸气压力升高到略高于排气腔中的制冷剂压力时,排气阀开启,开始排气。制冷剂在气缸内从吸气时的低压升高到排气压力的过程称为压缩过程。基本结构和工作原理基本结构和工作原

3、理 2.排气过程 通过排气过程,制冷剂进入冷凝器。活塞继续向上运动,气缸2内制冷剂的压力不再升高,制冷剂不断地通过排气管流出,直到活塞运动到最高位置33(称为外止点或上止点)时排气过程结束。制冷剂从气缸向排气管输出的过程称为排气过程。基本结构和工作原理基本结构和工作原理 3.膨胀过程 通过膨胀过程,将制冷剂的压力降低。活塞运动到上止点时,由于压缩机的结构及制造工艺等原因,气缸中仍有一些空间,该空间的容积称为余隙容积。排气过程结束时,在余隙容积中的气体为高压气体。活塞开始向下移动时,排气阀关闭。吸气腔内的低压气体不能立即进入气缸,此时余隙容积内的高压气体因容积增加而压力下降,直至气缸内气体的压力

4、降至稍低于吸气腔内气体的压力,即将开始吸气过程时为止。此时活塞处于位置44。活塞从33移动到44的过程称为膨胀过程。基本结构和工作原理基本结构和工作原理 4.吸气过程 通过吸气过程,从蒸发器吸入制冷剂。活塞从位置44向下运动时,吸气阀开启,低压气体被吸入气缸中,直到活塞到达下止点11的位置。该过程称为吸气过程。完成吸气过程后,活塞又从下止点向上止点运动,重新开始压缩过程,如此周而复始,循环不已。压缩机经过压缩、排气、膨胀和吸气四个过程,将蒸发器内的低压蒸气吸入,使其压力升高后排入冷凝器,完成制冷剂的吸入、压缩和输送。热力性能热力性能 2.2.1单级往复式制冷压缩机的理论循环 1.往复式压缩机的

5、理论输气量 图2-3所示为单级往复式压缩机理论循环,其中过程da和bc均为可逆绝热的流动过程,因而d点和a点上的气体状态相同,b点和c点的气体状态相同。过程ab是可逆绝热的压缩过程,即等熵压缩过程;过程cd是压力降过程,因为此时压缩机的余隙容积为零,故c-d是一条垂直线。热力性能热力性能 图2-3单级往复式压缩机理论循环 按图2-3,每一循环从一个直径为D、活塞行程为S的气缸中排出的气体容积,按压缩机进口处吸气状态(ps0、Ts0)计算,等于活塞移动一个行程所扫过的气缸工作容积Vp,单位为m3,即 Vp=式中D气缸直径,单位为m;S活塞行程,单位为m。2(2 1)4D S热力性能热力性能 压缩

6、机的输气量有容积输气量和质量输气量之分。理论容积输气量qVt(或称理论排量)单位为m3/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,即 qVt=60inVp=47.12inSD2 (2-2)式中i压缩机的气缸数;n压缩机的转速,单位为r/min。压缩机按理论循环工作时,单位时间由吸气端送到排气端的气体质量称为理论质量输气量。于是,压缩机的理论质量输气量qmt(单位为kg/h)为 qmt=(2-3)式中vs0进气口处吸气状态下气体的比体积,单位为m3/kg。ts0Vqv热力性能热力性能2.压缩机的等熵比功压缩机完成理论循环时,吸入1kg气体所消耗的功w

7、ts,称为等熵比功,它由吸、排气过程的流动功和压缩过程的压缩功综合而成。令活塞对气体所做的功为正值,则吸入气体的体积为V时,输入压缩机的Wt为 Wt=baVdp (2-4)对于等熵比功 wts=hdk-hs0 (2-5)式中wts等熵比功,单位为J/kg;hdk制冷剂在吸气状态下的比焓,单位为J/kg;hs0制冷剂在排气状态下的比焓,单位为J/kg。热力性能热力性能图2-4压缩机的p-V图和p-图a)p-V图b)p-图热力性能热力性能 把具有相同吸、排气压力,吸气温度和气缸工作容积的压缩机实际循环p-V示功图12341与理论循环指示图abcda(图2-5a)以及相应的T-s图(图2-5b)对照

8、比较,可发现有以下几方面的区别:图2-5单级往复式压缩实际循环和理论循环的比较a)p-V图b)T-s图热力性能热力性能 1)余隙容积Vc中的气体在膨胀过程中与所接触的壁面发生热交换,其强烈程度和热流方向随时间而变。所以,过程的多变过程指数是一个随时间而变化的数值,而理论循环因无余隙容积,故过程cd是一条直线。当余隙容积内的气体膨胀到压力ps0时,处于图2-5a的点是5(状态为ps0,T5),而不是理论循环的点d(状态为ps0,Ts0)。2)由于吸气阀的弹簧力,使余隙容积中的气体一直膨胀至点4,气体才被吸入气缸。气体进入气缸后,一方面因流动阻力而降低压力,另一方面与所接触的壁面以及余隙容积中的气

9、体进行热交换,使吸气终止时缸内气体压力变为p1=ps0-ps1,温度变为T1(图2-5a的点1),T1Ts0,而理论循环的吸入过程为d-a,吸入过程中气体的状态不变,压力为ps0,温度为Ts0。热力性能热力性能 3)在压缩过程中,缸内气体与所接触壁面进行热交换:压缩过程的前期,因气体温度低于壁面温度,故壁面向气体放热;压缩过程后期,气体温度高于壁面温度,气体向壁面放热。气体压缩至压力pdk时,受气阀弹簧力的影响,排气阀并不开启,直至点2时才打开排气阀,进行排气。由于这些因素的存在,压缩过程已不是理论循环的等熵压缩过程ab,而是实际循环的12。热力性能 4)在排气过程中,气体需克服流动阻力,因而

10、排气终止时,p3pdk,或写成p3=pdk+pd3,而理论循环的排气过程为bc,排气过程中气体的状态不变,压力为pdk,温度为Tdk。5)气缸内部的不严密性和可能发生的吸、排气阀延迟关闭都会引起气体的泄漏损失。6)就进入压缩机的制冷剂成分和状态而言,在理论循环中假设制冷剂为纯粹的干蒸气,但在实际运转时,往往有一定数量的润滑油随同制冷剂在制冷系统中循环;此外,有时被吸入的制冷剂为湿蒸气,这均影响压缩机的输气能力和功耗。热力性能热力性能 2.2.3压缩机的实际输气量 比较实际循环和理论循环可以看出,实际循环输气量小于理论循环输气量。实际循环输气量与理论循环输气量的比值称为容积效率,用V表示,即 V

11、=(2-6)VV实际理论热力性能热力性能 1.影响单级压缩机容积效率的因素 (1)容积系数V容积系数反映余隙容积对容积效率的影响。当余隙内的气体(状态点3)膨胀到压力ps0(状态点5)时,可吸入的气体体积V比理论吸入体积Vp减少V,如图2-6a所示。定义V为 V=1-(2-7)pVVpp VVVp 1VV热力性能热力性能图2-6压缩机的理论和实际吸、排气过程a)吸、排气管内压力不变b)吸、排气管内压力波动热力性能热力性能 (2)压力系数p压力系数反映吸气终了时气缸压力降ps1对容积效率的影响。一般情况下,吸入气体由于流动阻力的缘故,p1低于ps0(图2-6a),导致吸气容积损失V。只有吸气管内

12、发生较强烈的压力脉动时,才有可能出现p1大于ps0的情况,那时V是负值(图2-6b上的点6,它是压缩过程线1-2的延长线与ps0等压线的交点),吸气容积增大。定义压力系数p为 p=(2-8)VV1VV热力性能热力性能 (3)温度系数T温度系数用于衡量气体在吸气过程中的温升对容积效率的影响程度。实际吸入气体的容积V虽然已经把压力折算到吸气压力ps0的状态,但是如前所述,这部分气体的温度从吸入压缩机,进入气缸,直到开始压缩这一过程中,已由Ts0上升至T1(T1TbTs0),若完全按吸气状态的温度计算,则其折算容积Vx要小于V。定义温度系数T为 T=(2-9)xVV热力性能热力性能 (4)泄漏系数l

13、泄漏系数反映气体泄漏对容积效率的影响。泄漏的存在使得最后从气缸输出的气体容积Vy(换算到吸气状态的ps0、Ts0)要小于Vx。定义泄漏系数l为 l=(2-10)按容积效率V的定义,得出容积效率与上述四个系数的关系为V=VpTl (2-11)yxVVp6060ynVnVpxyxVVVVVVVV热力性能热力性能 (1)容积系数V余隙容积中的气体从点3开始膨胀,到达点5时其压力降低至吸气压力ps0(图2-6a)。设过程的多变膨胀指数m为定值,则 V=Vc (2-12)把式(2-12)代入式(2-7),则V的表达式为 V=1-c (2-13)c=Vc/Vp 式中c相对余隙容积。从式(2-13)可见排气

14、压力损失pd3会使V减少。但是,略去此值所带来的误差很小,因此V的表达式可简化为 V=1-c (2-14)=式中压缩比。130mdkdsVVcVcppp 1301mdkdsppp 1301mdkdsppp 11)m（0dkspp热力性能热力性能 (2)压力系数p设吸气阀在活塞到达内止点时完全关闭,气缸压力p1小于吸气压力ps0(图2-6a)。V是由点1压缩至压力ps0时(点6)引起的容积损失,可由多变压缩过程方程式求取,由于p1与ps0之比与1接近,令其压缩过程指数等于1的计算误差很小,因此可得 p1(Vc+Vp)=ps0(Vc+Vp-V)V=(Vc+Vp)=(Vc+Vp)ps1/ps0 以此

15、式代入式(2-8),则p=1-(2-16)在p的近似计算中,为简便起见,甚至可令c=0,则其近似公式便成为 p=1-(2-17)上式表明,p主要受吸气终了相对压力损失ps1/ps0的影响,相对余隙容积c的影响是次要的。随着ps1/ps0和c的增大,p下降。10()sosppp11ssocpvp1ssopp热力性能热力性能 (3)温度系数T 在等压条件下,制冷剂蒸气的密度与温度成反比。T6高于Ts0,则吸入终了时制冷剂的密度小于在压缩机进口状态下的密度,这就降低了压缩机的质量输气量。若忽略T5与T6的差异,在等压条件下,将按状态6计算的实际气体吸入气体容积V换算为吸气状态下的容积Vx,得到 Vx

16、=VTs0/T6 和计算p时一样,近似地取过程1-6的多变压缩过程指数为1,则T1=T6。用此关系和上式,从式(2-9)可得 T=Vx/V=Ts0/T1 (2-18)热力性能热力性能 T不同于V和p,它的数值不能从示功图上直接求出。利用试验所得的V、V和p值,根据式(2-11)可以求得温度系数和泄漏系数的乘积lT。对于顺流立式压缩机,有经验公式 Tl=T0/Tk(2-19)式中T0蒸发温度,单位为K;Tk冷凝温度,单位为K。综合各种试验数据,得到全封闭式高、中温压缩机吸气终了时温度T1的计算式为 T1=a1Tk+b1 式中吸气过热度,单位为K。将上式代入式(2-18)中,并考虑到吸气过热度是制

17、冷剂吸入压缩机时的温度Ts0与蒸发温度T0之差,得到 2-20 式中a1、b1两个系数。热力性能热力性能 (4)泄漏系数l,在单级制冷压缩机中,影响输气量的泄漏发生在活塞、活塞环和气缸壁面间以及吸排气阀密封面的不严密处。此外,气阀延迟关闭也会造成蒸气倒流的泄漏损失。l还与压缩机的转速、活塞环结构、气阀密封面的精度、磨损程度以及润滑状态等有关。一般推荐l=0.970.99。热力性能热力性能 (5)压缩机转速与容积效率的关系压缩机转速n对V的影响如图2-7所示。图2-7压缩机转速n对V的影响热力性能热力性能 余隙容积造成的V减量1受转速的影响较小。吸气阀的压力损失和由此转化的热量对制冷剂加热,这两

18、者造成的V减量2和3随转速的上升而增大。另外,制冷剂受热和泄漏引起的V减量4和5随转速的增加而减小。综合起来,在额定转速nn时容积效率最大,比这个转速大或小时,V值都要下降。热力性能热力性能3.双级压缩机的容积效率(1)双机双级压缩的容积效率其容积效率的定义与单级压缩机相同。用双机完成双级压缩时,中间压力最佳值可近似地用下式确定,即 式中pint中间压力,单位为MPa。用中间温度计算中间压力时,采用的计算公式为式中Tint、T0和Tk中间温度、蒸发温度和冷凝温度,单位为K。按Tint确定的饱和压力即为中间压力。对于双级压缩的每一级,其容积效率的计算方法与前述单级压缩机的容积效率计算方法相同,也

19、可用经验公式计算。例如对于高压级,容积效率Vh为 Vh=0.94-0.085(pdk/pint-1 (2-22)对于低压级,容积效率V l为ints0dkpp pint0kTT T1intn1s00.940.085()11VpP热力性能热力性能 (2)单机双级压缩的容积效率该效率采用可比的容积效率。双级压缩机的中间压力数值与压缩机的结构有关。常见的双级压缩制冷压缩机,其高压级气缸与低压级气缸在同一台压缩机上 式中qma实际输气量;qmt按全部气缸求得的理论输气量。atmVmqq热力性能热力性能 2.2.4压缩机的功率、效率、性能系数和能效比 功率可分为等熵功率Pts、指示功率Pi、轴功率Pe和

20、电功率Pel。(1)等熵功率Pts等熵功率是压缩机作理论循环时所需的功率。对1kg制冷剂,其等熵比功为 wts=hdk-hs0 式中hdk、hs0理论循环时蒸气在压缩机出口和进口处的比焓,单位为J/kg。等熵功率(单位为kW)为adks06()X 103.6mtsqhhP热力性能热力性能 (2)指示功率Pi按实际循环示功图确定的压缩机功率为 Pi=Pts+Pi 式中Pi指示功率Pi与等熵功率Pts之差,可比较两种循环的示功图确定。(3)轴功率Pe轴功率是输入压缩机曲轴的功率,等于用于克服摩擦的功率Pm与指示功率Pi之和,即 Pe=Pi+Pm(2-25)式中Pm摩擦功率。(4)电功率Pel电功率

21、是驱动压缩机电动机所需的输入功率。它等于电动机的损耗Pmo、机械摩擦的损耗Pm和指示功率Pi之和,即 Pel=Pi+Pm+Pmo(2-26)热力性能热力性能 2.效率 (1)指示效率ii为等熵功率Pts与指示功率Pi之比,用于考虑实际循环与理论循环的输入功率的差别,即 (2)机械效率m机械效率用于考虑摩擦功率的影响,计算式为 式中Pe轴功率;Pm摩擦功率。tsiippmiimeiPPPPP热力性能 (3)轴效率衡量压缩机轴功率有效利用程度的指标为轴效率e,即 (4)电效率elel是等熵功率Pts与电功率Pel的比值,即 式中mo电动机效率。tstsieimeiePP PPP P111tstse

22、eemoeeePPPPP p 热力性能热力性能3.性能系数COP和能效比EER性能系数COP是制冷量和输入功率之比。对于开启式压缩机COP=0/Pe对于封闭式压缩机COP=0/Pel封闭式压缩机的0/Pel也可称为EER,它的单位为W/W,使用时要注意。热力性能热力性能 2.2.6往复式制冷压缩机的运行特性曲线和运行界限 1.运行特性曲线 制冷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。从制冷循环分析可知:制冷量0随蒸发温度的降低而降低,随冷凝温度的升高而降低。压缩机的等熵比功为 ps0、vs0吸气状态下蒸气的压力和比体积;等熵指数;pdk排气压力。10

23、0()11dktssssopwp vp热力性能热力性能 等熵功率Pts为 qVa压缩机的容积输气量。对于理论循环,余隙容积为0,因而qVa为定值。又因只讨论蒸发温度对等熵功率的影响,所以取冷凝压力pdk为定值。此时,上式中的自变量为ps0。将Pts对ps0求导并令导数等于0,即 就得到在给定冷凝压力时,对应于最大等熵功率Pts的蒸发压力或蒸发温度100(/)()11dktsvasvassopPqvwq pp00dkpPtsps热力性能热力性能 2.运行界限 运行界限是压缩机运行时蒸发温度和冷凝温度的界限。图2-8所示为运行界限的通常表示方法。其中线条12、56受限于最低和最高蒸发温度;23受限

24、于最高排气温度;34受限于最大压力差;45受限于最高冷凝温度。图2-8运行界限的通常表示方法热力性能热力性能 2.3.1往复式压缩机的驱动机构形式和结构 1.曲柄-连杆机构 曲柄-连杆机构的作用是将曲轴的旋转运动转变成活塞的往复运动,实现压缩机的工作循环。曲柄-连杆机构包含的部件为:活塞组、连杆和曲轴。(1)活塞组活塞组的结构与压缩机的结构有密切的关系。活塞组在工作过程中受到气体力、往复惯性力、侧压力和摩擦力的作用。与此同时又受到制冷剂的加热,润滑条件较差,为此,要求活塞组在尽量减小其自身重量的同时具有足够的强度、刚度、耐磨性以及较好的导热性和较小的热膨胀系数,以维持与气缸之间的合理间隙。活塞

25、组与气阀、气缸壁围成的余隙容积尽可能地小。热力性能图2-9筒形活塞组1活塞2气环3油环4活塞销5弹簧挡圈热力性能热力性能 1)筒形活塞。筒形活塞由顶部、环部、裙部与活塞销座四个部分组成。活塞压缩气体的工作面称为活塞顶部。设置活塞环的圆柱部分称为环部,环部下面为裙部。活塞销座设置在裙部.活塞顶部承受气体压力。为了保证顶部的承压能力而又减轻活塞重量,往往在其内侧设有加强肋(图2-9)。活塞顶部与高温制冷剂接触,其温度很高,因而对于直径较大的铝合金活塞,活塞顶部与气缸之间的间隙要大于裙部与气缸间的间隙。热力性能热力性能 活塞上安装活塞环的圆柱形部分称为环部,其上开设容纳活塞环的环槽。环槽应能使环在其

26、中自由转动,其间的端面间隙一般取0.050.1mm。间隙过大会产生较大的冲击和噪声,间隙过小则易使环在环槽中卡住。环槽径向深度应大于活塞环的径向宽度,以保证活塞在气缸中的径向移动。油环槽开设在气环槽的下面,在油环槽的槽底及环槽下的区域四周设有多个回油孔,与活塞内腔沟通,以利于回流(图2-26)。热力性能热力性能 2)活塞销。活塞销与连杆小头和活塞销座配合,传递来自气体的作用力及曲轴的动力。它与连杆小头和活塞销座之间的配合方式有两种:活塞销与连杆小头和活塞销座之间均有相对运动,因而减少了每一对摩擦表面的相对运动速度,降低磨损,且易于安装;活塞销固定在活塞销座上,这样销座可短些,连杆小头中的衬套可

27、加长,降低了比压。活塞销用优质碳素钢或合金钢制造,采用空心结构。热力性能热力性能 3)活塞环。可分为气环和油环两种,气环的作用是保持气缸与活塞之间的气密性;油环的作用是刮去气缸壁上多余的润滑油,避免过量的润滑油进入气缸。压缩机运转时,气环内侧受气体压力pg的作用,产生的径向压力将环推向气缸壁面,形成第一密封面(图2-10);气体压力pg还作用在环的端面,使环与环槽贴合,形成第二密封面。这两个密封面的存在,阻止气缸内高压气体向曲轴箱的泄漏。热力性能热力性能图2-10气环的密封原理热力性能热力性能 (2)连杆连杆按其大头的结构可分为剖分式连杆(图2-11)和整体式连杆两种(图2-12)。剖分式连杆

28、用于曲拐轴,其大头与曲柄销装配时用连杆螺栓紧固;整体式连杆用于偏心曲轴。由于偏心曲轴的行程是偏心轴颈偏心距的两倍,因而整体式连杆只能用于小型制冷压缩机中,否则会因偏心轴颈直径太大而导致曲轴和连杆大头尺寸太大。整体式连杆结构简单,便于安装。剖分式连杆因与曲拐轴的曲柄销配合,故可用于行程较长的制冷压缩机。热力性能热力性能 图2-11剖分式连杆 1大头盖2连杆螺母3大头轴瓦4连杆螺栓 5连杆体6连杆小头7小头衬套图2-12整体式连杆热力性能热力性能(3)曲轴原动机通过曲轴将力传送至活塞。曲轴有三种基本形式:图2-13曲轴的几种结构形式热力性能热力性能 1)曲柄轴(图2-13a)。它由主轴颈、曲柄和曲

29、柄销三部分组成。因为只有一个主轴承,因而曲轴的长度比较短,但是悬臂支承结构,只宜承受很小的载荷,用于功率很小的制冷压缩机。2)偏心轴(图2-13b、c)。图2-39b仅有一个偏心轴颈,只能驱动单缸压缩机,此时压缩机的往复惯性力无法平衡,振动较大。图2-39c有两个方位相差180的偏心轴颈,用于有两个气缸的压缩机。偏心轴曲轴用于小型压缩机,与之相配的连杆大多数是铝合金连杆。3)曲拐轴(图2-13d)。因有曲拐,故可用于较大行程的压缩机中。图中两个曲柄销共用两个支承,这样的结构虽对刚度不利,但可以缩短曲轴的长度,使压缩机的结构紧凑。热力性能热力性能 2.曲柄-滑块机构(滑管式和滑槽式)曲轴旋转时,

30、曲柄销带动滑块做垂直方向和水平方向的运动,因为受到滑管的约束,滑块不能绕曲柄销中心线转动。滑块在垂直方向的运动传递给滑管进而传递给活塞,使其做垂直方向的往复运动,完成气缸内的工作过程;滑块在水平方向的运动,通过滑块与滑管之间的相对运动使滑管仍然保持在水平方向的位置,滑管驱动机构结构简单、紧凑,对于加工和装配是十分有利的。热力性能热力性能图2-14滑管式驱动机构的结构图1滑管2滑块3曲柄销4活塞5气缸6曲柄轴热力性能热力性能 (2)滑槽式驱动机构 滑槽式驱动机构也是一种无连杆的往复式压缩机驱动机构 图2-45中的止转框架相当于滑管式驱动机构中的滑管,但止转框架上的滑槽表面为平面,因而在滑槽中滑动

31、的滑块表面也是平面,而非滑管式的圆柱表面。图中所示的滑槽式驱动机构拖动的活塞有四个。每个止转框架的两侧装两个,构成对置式。两个框架相互垂直。当曲轴转动时,曲柄销带动滑块运动,因为止转框架与活塞刚性地连接在一起,只能在活塞中心线的方向运动,从而限制滑块只能做垂直方向和水平方向的运动而不能转动,这一点与滑管式驱动机构中滑块的运动是相同的。曲轴旋转使活塞往复运动,完成压缩机的工作循环。热力性能图2-45滑槽式驱动机构示意图1曲轴2曲柄销3滑块4止转框架5活塞杆热力性能热力性能 3.斜盘式驱动机构 斜盘式驱动机构广泛地用于汽车空调。斜盘式制冷压缩机的活塞由一固定在主轴上的斜盘驱动,如图2-46所示。固

32、定在主轴上的斜盘旋转时推动活塞,使其做往复运动。图2-46的结构共有六个气缸。斜盘式压缩机的这一布置方法,取消了传统的曲柄-连杆机构或曲柄-滑块机构,特别适宜于用高速转动的原动机直接驱动的往复式压缩机。热力性能热力性能图2-46斜盘式压缩机示意图1主轴2气缸3活塞4斜盘图2-48应用斜盘驱动机构时活塞的位移热力性能热力性能 主轴旋转时活塞的位移可通过图2-48求得,与斜盘a对应的活塞位置为活塞的外止点,通常以该活塞位置作为活塞位移的起点,即位移x=0;相应的主轴转角=0。图2-48右侧的圆是斜盘的投影,图上的点a和b分别为斜盘上点a和b的投影。因斜盘的投影为圆,斜盘本身的两个端面必定是椭圆,椭

33、圆长轴与短轴之比与斜盘倾斜角有关,越大,椭圆的长轴与短轴的比值越大。主轴转角为时,斜盘上的b点上升到位置b,投影b转到位置a。活塞位移x=aa-ab,按几何关系,有 x=aa-ab=rtan-rcostan=rtan(1-cos)(2-34)热力性能热力性能 当=180时,x=2rtan=2aa,这就是斜盘压缩机的活塞行程。越大,活塞行程越长,但活塞与斜盘上的受力状况恶化。增加r也可增加行程,但机器尺寸会增大。活塞速度为 v=rtansin(2-35)式中v活塞速度,单位为m/s;主轴旋转角速度,此处设为定值,单位为rad/s。活塞加速度为a=r2tancos(2-36)式中a加速度,单位为m

34、/s2。热力性能热力性能 2.3.3机体、气缸套和机壳 1.机体 机体是整台压缩机的支架,用以支承压缩机的主要零部件。机体由气缸体和曲轴箱两部分组成,两者可以不做成整体,用螺栓联接。2.气缸套 因小型制冷压缩机的活塞侧向力较小,活塞运动速度也较小,所以气缸壁的磨损较少。不同于小型压缩机,大、中型压缩机结构复杂,加工不易,成本高,活塞与气缸壁之间的磨损比较严重,为了延长机体的使用寿命,采用气缸套,缸套磨损后可以更换,机体仍可继续应用。若机体材料为铝合金,则必须使用缸套。热力性能热力性能 全封闭式制冷压缩机机体和内置电动机连成一个整体后,需支承或悬挂在机壳上。机壳的下部储有润滑油。位于润滑油上部的

35、空隙通常充满吸入的气体。吸入气体在此空隙中分离出所含液滴并对内置电动机适当地冷却。机壳的焊接结构确保压缩机内的制冷剂不会泄漏到大气中,全封闭式压缩机由此得名。机壳也是阻止噪声外传的重要屏障。2.4气阀气阀 1.气阀的作用 气阀是往复式压缩机的重要部件之一,它控制着压缩机的吸气、压缩、排气和膨胀四个过程。图2-65气阀组成和阀片的受力1阀座2阀片3气阀弹簧4升程限制器5阀线6阀座通道气阀气阀 气阀工作的好坏影响压缩机运转的经济性和可靠性。为此对气阀提出下述几项最基本的要求:1)气体流过气阀的阻力小。2)使用寿命长。3)气阀形成的余隙容积小。4)气阀关闭时有良好的气密性。5)结构简单,制造方便,易

36、于维修,零件的标准化、通用化程度高。气阀气阀 2.气阀的布置方式 (1)顺流式布置此时吸气阀安装在活塞顶部(图2-66a),排气阀安装在气缸顶部的阀板上。(2)逆流式布置采用逆流式布置时,吸、排气阀均安装在气缸顶部(图2-66b)。图2-66气阀的顺流式布置和逆流式布置气阀气阀 2.4.2气阀的主要结构形式和结构特点 1.刚性环片阀 刚性环片阀是往复式压缩机中应用很广的一种气阀。刚性环片阀的阀片形状简单,易于制造,工作可靠,得到广泛应用。但是这种阀片的质量较大,阀片与导向面摩擦,因而阀片不易及时、迅速地启闭,在转速提高时,此缺点更加突出。气阀气阀 图2-67制冷压缩机的刚性环片阀1吸气阀座2、

37、12螺栓3环状吸气阀片4吸气阀弹簧5导向环6排气阀弹簧7中心螺栓8排气阀内阀座9假盖10环状排气阀片11排气阀外阀座13吸气阀线14吸气阀座孔15排气阀线16小通孔17导向面气阀气阀 2.簧片阀 簧片阀又称为舌形阀或翼形阀。阀片用弹性薄钢片制成。阀片的一端固定在阀座上,另一端是自由的。因气阀启闭时,阀片像乐器中的簧片那样运动,故称簧片阀。簧片阀工作时,阀片在气体力的作用下,被推离阀座,气体从气阀中通过。当阀片两侧压力差消失时,阀片在本身弹力的作用下,回到关闭位置。阀片的开启度,在没有升程限制器的情况下,由阀片所受的作用力和阀片的刚度决定。气阀气阀 图2-68我国半封闭式制冷压缩机采用的一种吸、

38、排气簧片阀 1阀板2排气阀片3升程限制器4弹簧垫圈5螺栓6缓冲弹簧片7吸气阀片8销钉图2-70柔性环片阀气阀气阀 3.柔性环片阀 柔性环片阀开启时阀片变形,产生弹力,如图2-70所示。它是全封闭式制冷压缩机中采用的气阀种类之一。吸气阀片支承于左、右两侧的翼上,利用气缸上相应的导槽滑动定位。阀片本身具有弹性,因而取消了吸气阀弹簧。工作时吸气阀片受气体力的推动而弯曲,周期性地打开所覆盖的吸气阀座通道并吸气。阀片的弯曲程度受到阀片外圆上相对的两个凸舌位移的限制。气阀气阀 2.4.3阀片的运动 1.正常阀片运动 正常阀片运动是指阀片能及时启闭,在运动过程中没有“颤抖”,以及具有适当的阀片撞击速度。阀片

39、迅速开启,撞到升程限制器时产生一次轻微的反弹,然后在气体力的推动下,又重新紧贴在升程限制器上,直到活塞运动到止点位置不远处才开始回程,并在活塞到达止点位置时完全关闭或只出现一次轻微的跳跃。气阀气阀图2-73正常的阀片运动曲线图2-74阀片“颤抖”的运动曲线气阀气阀 3.阀片“延迟关闭”阀片“延迟关闭”也是一种不正常的阀片运动。阀片开启后撞击在升程限制器上,经过轻微的反跳,又复贴在升程限制器上,直到阀片开始关闭。可是,在阀片落座过程中由于弹簧力太小,阀片的关闭过程太长,落座速度很慢,以致当活塞到达止点位置时阀片尚未完全关闭,直至活塞反向运动了一段时间后才落到阀座上。图2-75阀片“延迟关闭”的运

40、动曲线气阀气阀图2-76阀片运动时的三个曲轴转角1、2和3图2-75阀片“延迟关闭”气阀气阀 4.阀片运动的合理性判据 (1)转角11是阀片假想的关闭角。即假定无气体推力F1时,阀片在弹簧力F2作用下,从全开位置降落到阀座上所需时间对应的曲轴转角。(2)转角22为阀片开始脱离升程限制器,直到活塞到达止点所持续时间对应的曲轴转角。(3)转角33是阀片到达升程限制器,直到活塞到达止点这一段时间所对应的曲轴转角。封闭式制冷压缩机的内置电动机封闭式制冷压缩机的内置电动机 采用封闭式结构,将压缩机和电动机装在机壳内(或机体内),即可取消轴封装置。因电动机装在机壳内,故称为内置电动机。封闭式压缩机用的内置

41、电动机的工作条件的一些特殊的要求:1)电动机材料应有良好的耐制冷剂性、耐油性和耐热性。2)对压缩机负荷变化应有良好的适应性。3)耐振动冲击。4)防止绕组温度过高,设置过载保护器。封闭式制冷压缩机的内置电动机封闭式制冷压缩机的内置电动机 有些内置电动机用低温吸气冷却。来自蒸发器的低温蒸气经吸气截止阀流入电动机右侧的空间,然后从右向左通过内置电动机,对其冷却后进入气缸。电动机运转时产生的热量,一部分被制冷剂吸收,另一部分通过压缩机壳体散发至大气。内置电动机用吸入蒸气冷却的封闭式压缩机,其电动机功率的配置因与普通电动机在温度特性上的显著不同而有所区别。封闭式制冷压缩机的内置电动机封闭式制冷压缩机的内

42、置电动机 2.5.2单相电动机的起动 单相异步电动机连接单相电源。此电源产生一个脉动而非旋转的磁场,为此需改造电路,使它在起动或运行阶段产生两相电流。两相电流在定子空间形成旋转磁场,带动转子转动。产生两相电流的方法有两种:增加一条由辅助绕组和电容串联而成的电路,如图2-79a所示,主、辅绕组中的电流I主、I辅,及其与电源电压U的相位角主、辅如图2-79b所示;增加一个辅助绕组,称为电阻分相(图2-80a),相应的电流及相位角如图2-80b所示。封闭式制冷压缩机的内置电动机封闭式制冷压缩机的内置电动机图2-79辅助绕组上串联电容的方法1主绕组2辅助绕组3电容器图2-80电阻分相1主绕组2辅助绕组

43、封闭式制冷压缩机的内置电动机封闭式制冷压缩机的内置电动机 在各种压缩机中,根据起动时所需起动转矩的大小,以及对起动电流的限制,采用不同的起动方式。1.电阻分相起动方式(RSIR)图2-83给出RSIR分相起动方式。其起动电路由主绕组1、辅助绕组2和电流继电器组成。电流继电器中含有线圈4和弹性臂(或重锤)5,起动时,通过线圈4的电流很大,弹性臂5闭合,辅助绕组2工作,电动机旋转。随着电动机转速的提高,主绕组1中的电流迅速下降,弹性臂5打开,辅助绕组停止工作。RSIR起动方式的起动转矩小,起动电流大,因而效率较低,只用于带毛细管的小功率制冷机中。封闭式制冷压缩机的内置电动机封闭式制冷压缩机的内置电

44、动机图2-83RSIR分相起动方式1主绕组2辅助绕组3电动机保护器4线圈5弹性臂图2-84电容起动方式1主绕组2辅助绕组3起动电容器4起动继电器5电动机保护装置封闭式制冷压缩机的内置电动机封闭式制冷压缩机的内置电动机 2.电容起动方式(CSIR)电容起动电路如图2-84所示。起动时,辅助绕组2的电路接通,一股电流经起动继电器4顶部的触点、起动电容器3、辅助绕组2和电动机保护装置5;另一股电流经主绕组1和电动机保护装置5。起动后,继电器顶部的触点断开,辅助绕组不再工作。封闭式制冷压缩机的内置电动机封闭式制冷压缩机的内置电动机 3.电容运转方式(PSC)电容运转式电动机在起动或运转中,把同一个电容

45、器连接到辅助绕组的电路上(图2-85)。这种运转方式的电路无起动继电器,电容器主要按电动机额定工况配置。电容运转式电动机的起动转矩较小,但随着转速的增加,转矩增加。图2-85电容运转方式1主绕组2辅助绕组3电容器4电动机保护器封闭式制冷压缩机的内置电动机封闭式制冷压缩机的内置电动机 4.电容起动电容运转的方式(CSR)CSR电路有两种,即带PTC继电器和装有电压继电器。(1)带PTC继电器带PTC继电器的CSR电路如图2-86所示。起动时,一股电流经起动电容器5、PTC继电器6、辅助绕组2和电动机保护装置3(此时运行电容器4与起动电容器5并联);另一股电流经主绕组1和电动机保护装置3。起动后,

46、由于PTC继电器的作用,起动电容器不再工作。两个电容器在起动时同时起作用,增大了起动转矩。封闭式制冷压缩机的内置电动机封闭式制冷压缩机的内置电动机图2-86带PTC继电器的CSR电路1主绕组2辅助绕组3电动机保护装置4运行电容器5起动电容器6PTC继电器图2-87带电压继电器的CSR1主绕组2辅助绕组3电动机保护器4电压继电器5线圈6带触点的弹性臂7起动电容器8放电电阻9运行电容器封闭式制冷压缩机的内置电动机封闭式制冷压缩机的内置电动机 (2)带电压继电器带电压继电器的CSR,其电路如图2-87所示。起动前,电压继电器两端无电压,带触点的弹性臂6处于闭合状态。起动时,最初因转速低,辅助绕组两端

47、的电压尚未达到必要的数值,故带触点的弹性臂6仍然关闭,起动电容器7工作。随着转速的增加,辅助绕组两端的电压(即线圈5两端的电压)升高,并在转速接近额定值时,达到设定的数值,弹性臂受到相当大的吸力,触点断开,切断起动电容器。2.6总体结构总体结构 1.开启式制冷压缩机 开启式压缩机曲轴的功率输入端伸出机体外,通过传动装置与原动机连接。曲轴伸出部位装有轴封装置,防止制冷剂泄漏。开启式压缩机的原动机独立于制冷系统之外,不与制冷剂和润滑油接触,因而不需要采用耐油和耐制冷剂的措施。这一特点使开启式压缩机在汽车等移动式运载工具上得到十分广泛的应用。开启式压缩机的制冷量,可以通过改变传动机构的传动比的方法予

48、以调节,开启式压缩机除了制冷剂和润滑油比较容易泄漏这一最大的缺点外,尚有重量重、占地面积大等不足之处。总体结构总体结构总体结构总体结构 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。半封闭式制冷压缩机的机体在维修时仍可拆卸,其密封面以法兰连接,用垫片或垫圈密封,这些密封面虽是静密封面,但难免会产生泄漏,因而被称为半封闭式压缩机。总体结构总体结构图2-92一台6F型半封闭式制冷压缩机的剖视图1曲轴2油泵3回油系统4活塞5活塞环6连杆小头7阀板8气阀9电动机总体结构总体结构 3.全封闭式制冷压缩机 全封闭式制

49、冷压缩机的电动机和压缩机装配在一起后,放入机壳中,上、下机壳接合处焊封。全封闭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1015年的使用期,在此期限内不必拆修。总体结构总体结构 绝大多数的全封闭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。在立轴式压缩机中,有的电动机位于下部,有的电动机位于上部。从吸气管吸入的制冷剂穿过电动机外壳,再经过转子和定子之间的间隙进入气缸。蒸气在气缸内压缩后,经排气消声器流出机壳。由于吸气充分冷却电动机,使压缩机能在更大的运行界限内运转。部分气缸浸在润滑油中,有利于气缸的冷却。电动机上部的空间起第一吸气消声室的作用,电动

50、机下部与机体之间的空间起第二吸气消声室的作用。电动机位于上部有利于压缩机的润滑。采用吸气流经电动机的结构,其缺点是增加了吸气过热度,降低了容积效率和能效比,因而在一些压缩机中,将电动机置于下部(图2-96)。总体结构总体结构图2-95电动机位于上部的全封闭式制冷压缩机1吸气管2上壳3排气管4下壳5支承弹簧 6曲轴箱7固定座8下轴承9油冷却器10活塞11阀板12气缸盖13上轴承 14排气消声器15接线柱16定子17转子18电动机外壳19曲轴总体结构总体结构图2-96电动机置于下部的全封闭式制冷压缩机1吸气管2轴承3定子4转子5绕组6固定座 7油冷却器8排气管9排气消声器10下壳 11上壳12气缸