第五章 制冷压缩机 第五章 制冷压缩机 5-制冷压缩机概述5-制冷压缩机概述 一、 制冷压缩机的作用： 一、 制冷压缩机的作用： 制冷压缩机是制冷装置中最主要的设备，通常称为制冷装置中的主机。制冷剂蒸气从低 压提高为高压以及气体的不断流动、输送，都是借助于压缩机的工作来完成的。 1、 蒸发器内吸取制冷剂蒸气，以保证蒸发器内一定的蒸发压力。 2、 提高压力将低温低压的制冷剂蒸气提高为高温高压的过热蒸气，以创造在较高温度(如 夏季 35左右的气温)下冷凝。 3、 输送并推动制冷剂在系统内流动，完成制冷循环。 二、 制冷压缩机的种类及工作原理： 二、 制冷压缩机的种类及工作原理： 制冷压缩机的种类和形式很多， 根据其工作原理， 可分为容积型和速度型两大类， 如图所示。 1、1、 容积型 容积型 容积型压缩机是靠工作腔容积的改变实现吸气、压缩、排气等过程。容积 型压缩机根据其工作部件的运动形式，又分为往复式和回转式，前者活塞在气缸内 作往复运动，而后者是工作部件在气缸内作回转运动，如图 5-1 所示的螺杆式、滑 片式等压缩机均为回转式。但目前制冷工业使用最广泛的为活塞式压缩机，且机型 有几十种之多。 2、2、 速度型 速度型 速度型压缩机是靠高速旋转的工作叶轮对蒸气做功，使压力升高并完成输 送蒸气的任务。这类压缩机根据蒸气的流动方向分为离心式和轴流式两种，其中应 用较广的是离心式。 5-2 活塞式压缩机5-2 活塞式压缩机 一、活塞式压缩机的分类 、活塞式压缩机的分类 1、按所采用的工质分类，一般有氨压缩机和氟利昂压缩机两种。 按压缩级数分类， 有单级压缩和两级压缩。 单级压缩机是指压缩过程中制冷剂蒸气由低 压至高压只经过一次压缩。 而所谓的两级压缩机， 压缩过程中制冷剂蒸气由低压至高压要连 续经过两次压缩。 (a) (b) 直流式 非直流式 图 52 压缩机的作用方式 图 53 压缩机中气体流动方式 2、 按作用方式分类，有单作用压缩机和双作用压缩机。 单作用式如图 5-2a 所示， 其制冷剂蒸气仅在活塞的一侧进行压缩， 活塞往返一个行程， 吸气排气各一次。而双作用压缩机如图 5-2b 所示，制冷剂蒸气轮流在活塞两侧的气缸内进 行压缩，活塞往返一个行程，吸、排气各两次。所以同样大小的气缸，双作用压缩机的吸气 量较单作用的大。 但是由于双作用压缩机的结构较复杂， 因而目前大都是采用单作用压缩机。 3、按制冷剂蒸气在气缸中的运动分类，有直流式和逆流式，如图 5-3 所示。所谓直流 式是指制冷剂蒸气的运动从吸气到排气都沿同一个方向进行， 而逆流式， 吸气与排气时制冷 剂蒸气的运动方向是相反的。从理论分析来看，直流式与逆流式相比，由于蒸气在气缸中温 度及比容的变化较少，故直流式性能较好。但是由于直流式压缩机的进汽阀需装在活塞上， 这样便相对增加了活塞的长度和重量，因而功的消耗就增加、检修也麻烦，所以目前生产的 压缩机大都采用逆流式。 4、按气缸中心线的位置分类，有立式压缩机、卧式压缩机、型、型和型压缩机 等。立式压缩机如图 5-2a 及图 5-3 所示，卧式压缩机如图 5-2b 所示，前者气缸中心线呈垂 直位置而后者气缸中心线是水平的。型、型和型是高速、多缸、现代型压缩机，其速 度一般为 9601440 转分，气缸数目多为、4、6、8 四种，其中，字母表示气缸的排列 形式。 5、活塞式制冷压缩机，根据其结构特征，还可分为开启式、半封闭式和全封闭式三种。 虽然构造各异，但它们之间也有许多共同之处，只是其结构特征不同。 开启式制冷压缩机的结构特征在于： 压缩机的动力输入轴伸出机体外， 通过联轴器或皮 带轮与电动机联结，并在伸出处用轴封装置密封。目前，氨压缩机和容量较大的氟利昂压缩 机都采用这种结构形式。 半封闭式制冷压缩机的结构特点是： 压缩机与电动机共用一主轴， 并共同组装于同一机 壳内，但机壳为可拆式，其上开有各种工作孔用盖板密封。 全封闭式制冷压缩机的结构特点在于： 压缩机与其驱动电动机共用一个主轴， 二者组装 在一个焊接成型的密封罩壳中。这种压缩机结构紧凑，密封性好，使用方便，振动小、噪音 小，广泛使用在小型自动化制冷和空调装置中。 二、活塞式制冷压缩机的工作原理 、活塞式制冷压缩机的工作原理 排气三个过程，如图 5-4 所示。 吸气过程 4-1： 活塞由上止点理想压缩机的工作过程4 5图4P10abV23向下运动时，气缸容积增大压力降 低，当气缸内压力低于吸气管路中 的压力时，在压力差作用下使吸气 阀门打开，制冷剂蒸气便被吸入活塞上部的气缸内，当活塞移到下止 点位置时停止吸气，吸气阀在弹簧 力和阀片本身的重力作用下关闭， 完成吸气过程。吸气过程一般被看 作是等压过程。 活塞式压缩机的工作是靠气缸、 气阀和在气缸中作往复运动的活塞所构成的工作容积不 断变化来完成。 如果不考虑活塞式压缩机实际工作中的容积损失和能量损失 （即理想工作过 程），则活塞式压缩机曲轴每旋转一周所完成的工作，可分为吸气、压缩和 压缩过程 1-2： 活塞从下止点向上运动，吸、排汽阀处于关闭状态，气体在密闭的气 缸中被压缩，由于气缸容积逐渐缩小，则压力、温度逐渐升高直至气缸内气体压力与排气压 力相等。压缩过程一般被看作是等熵过程。 排气过程 2-3： 活塞继续向上移动，致使气缸内的气体压力大于排气压力，则排气阀 开启，气缸内的气体在活塞的推动下等压排出气缸进入排气管道，直至活塞运动到上止点。 此时由于排气阀弹簧力和阀片本身重力的作用，排气阀关闭排气结束。 至此，压缩机完成了一个由吸气、压缩和排气三个过程组成的工作循环。此后，活塞又 向下运动，重复上述三个过程，如此周而复始地进行循环。这就是活塞式制冷压缩机的理想 工作过程与原理。 三、活塞式制冷压缩机产品型号的表示方法 、活塞式制冷压缩机产品型号的表示方法 每一台压缩机的基本型式都用一定的符号表示。 这些符号亦称为型号， 单级产品型号主 要由气缸数目、所用制冷剂的种类、气缸布置形式与气缸直径四个方面的内容组成，如下表 所示。 表 51 压 缩 机 型 号 举 例 压缩机型号 汽 缸 数 工质种类 汽缸布置形式 汽缸直径(cm) 备 注 8AS12.5 8 氨（A） S 型 12.5 直接传动 6AW17 6 氨（A） W 型 17 直接传动 4FV10B 4 氟利昂(F) V 型 10 皮带传动 3FW5(B） 3 氟利昂(F) W 型 5 半封闭式 S812.5 8 12.5 单机双级 四、活塞式制冷压缩机的基本构造 四、活塞式制冷压缩机的基本构造 活塞式制冷压缩机主要由机体、曲轴、连杆、活塞组、阀门、轴封、油泵、能量调节装 置、油循环系统等部件组成。 、机体、机体：包括汽缸体和曲轴箱两部分，一般采用高强度灰铸铁（HT20-40）铸成一个 整体。 它是支承汽缸套、 曲轴连杆机构及其它所有零部件重量并保证各零部件之间具有正确 的相对位置的本体。汽缸采用汽缸套结构，安装在汽缸体上的缸套座孔中，便于当汽缸套磨 损时维修或更换。因而结构简单，检修方便。 2、曲轴2、曲轴：曲轴是活塞式制冷压缩机的主要部件之一，传递着压缩机的全部功率。其主 要作用是将电动机的旋转运动通过连杆改变为活塞的往复直线运动。 曲轴在运动时， 承受拉、 压、剪切、弯曲和扭转的交变复合负载，工作条件恶劣，要求具有足够的强度和刚度以及主 轴颈与曲轴销的耐磨性。故曲轴一般采用 40、45 或 50 号优质碳素钢锻造，但现在已广泛采 用球墨铸铁（如 QT50-1.5 与 QT60-2 等）铸造。 、 连杆、 连杆： 连杆是曲轴与活塞间的连接件， 它将曲轴的回转运动转化为活塞的往复运动， 并把动力传递给活塞对汽体做功。连杆包括连杆体、连杆小头衬套、连杆大头轴瓦和连杆螺 栓。 连杆体在工作时承受拉、压交变载荷，故一般用优质中碳钢锻造或用球墨铸铁（如 QT40-10）铸造，杆身多采用工字形截面且中间钻一长孔作为油道。 连杆小头连杆小头通过活塞销与活塞相连，销孔中加衬套以提高耐磨、耐冲击能力。连杆小头衬 套常用锡磷青铜 ZQSn10-1 做成整体筒状，外圆面车有环槽并钻有油孔，内表面开有轴向油 槽。 连杆大头连杆大头与曲轴连接。连杆大头一般做成剖分式，以便于装拆和检修。为了改善连杆大 头与曲柄销之间的磨损状况， 大头孔内一般均装有轴承合金轴瓦即连杆大头轴瓦。 连杆大头 轴瓦分薄壁和厚壁两种， 系列制冷压缩机都采用薄壁轴瓦。 轴瓦的上瓦与连杆油孔相应的地 方也开有油孔。 连杆螺栓 连杆螺栓用于连接剖分式连杆大头与大头盖。 连杆螺栓是曲柄连杆机构中受力严重的零 件，它不仅受反复的拉伸且受振动和冲击作用，很容易松脱和断裂，以致引起严重事故。所 以对连杆螺栓的设计、加工、装配均有严格要求。连杆螺栓常用 40Cr、45Cr 钢等制造，且 采用细牙螺纹， 其安装时要求有一定的预紧力， 以免在载荷变化时连杆大头上下瓦和曲柄销 之间松动敲击，加速机器零件的损坏。但预紧力过大也是不利的。所以在上紧连杆螺栓时， 最好用扭力扳手按说明书规定施力，若无规定可参照 P121 表中数值或以下式计算施力。 当时，连杆螺栓上紧力： 977.2-397.613+63.22-4.9104230.18754-0.00281255 、活塞组、活塞组：活塞组是活塞、活塞销及活塞环的总称。活塞组在连杆带动下，在汽缸内 作往复直线运动，从而与汽缸等共同组成一个可变的工作容积，以实现吸气、压缩、排气等 过程。 活塞活塞-活塞可分为筒形和盘形两大类。我国系列制冷压缩机的活塞均采用筒形结构， 它由顶部、环部和裙部三部分组成。活塞顶部组成封闭汽缸的工作面。活塞环部的外圆上开 有安装活塞环的环槽，环槽的深度略大于活塞环的径向厚度，使活塞环有一定的活动余地。 活塞裙部在汽缸中起导向作用并承受侧压力。 活塞的材料一般为铝合金或铸铁。 灰铸铁活塞过去在制冷压缩机中应用较广， 但由于铸 铁活塞的质量大且导热性能差，因此，近年来系列制冷压缩机的活塞都采用铝合金活塞。铝 合金活塞的优点是质量轻、导热性能好，表面经阳极处理后具有良好的耐磨性。但铝合金活 塞比铸铁活塞的机械强度低、耐磨性差也差。 活塞销活塞销-活塞销是用来连接活塞和连杆小头的零件，在工作时承受复杂的交变载荷。 活塞销的损坏将会造成严重的事故，故要求其有足够的强度、耐磨性和抗疲劳、抗冲击的性 能。因此，活塞销通常用 20 号钢、20Cr 钢或 45 号钢制造。 (a)斜面式油环 (b)槽式油环图 5-5 油环的布油及刮油作用活塞环活塞环-活塞环包括汽环和油环。汽环的主要作用是使活塞和汽缸壁之间形成密封， 防止被压缩蒸气从活塞和汽缸壁之间的间隙中泄漏。 为了减少压缩汽体从环的锁口泄漏， 多 道汽环安装时锁口应相互错开。 油环的作用是布油和刮去汽缸壁上多余的润滑油。 汽环可装 一至三道， 油环通常只装一道且装在汽环的下面， 常见的油环断面形状有斜面式和槽式两种，斜面式油环安装时斜面应向上。汽环的密封作用和油环的布油及刮油作用可用图 5-5 来说 明。 图 56 汽阀 图 57 轴封 、汽阀与轴封、汽阀与轴封：汽阀是压缩机的一个重要部件，属于易损件。它的质量及工作的好坏 直接影响压缩机的输汽量、功率损耗和运转的可靠性。汽阀包括吸气阀和排气阀，活塞每上 下往复运动一次，吸、排气阀各启闭一次，从而控制压缩机并使其完成吸气、压缩、排气等 四个工作过程。 由于阀门启闭工作频繁且对压缩机的性能影响很大， 因此汽阀需满足如下要 求：气体流过阀门时的流动阻力要小，要有足够的通道截面，通道表面应光滑，启闭及时、 关闭严密，坚韧、耐磨，工