,第二章 往复式制冷压缩机 2.1 基本结构和工作原理 2.2 热力性能 2.3 驱动机构和机体部件 2.4 气阀 2.5 封闭式制冷压缩机的内置电动机 2.6 总体结构 2.7 润滑系统和润滑油 2.8 往复式制冷压缩机的振动和噪声 2.9 安全保护,机体：压缩机的机身，用来安装和支承其他零部件及容纳润滑油。 传动机构：用于传递动力，包括曲柄、连扦和活塞等部件。 配气机构：保证压缩机实现吸气、压缩、排气过程的配气部件，包括吸、排气阀片，阀板和气阀弹簧等。 润滑油系统：对压缩机各传动摩擦耦合件进行润滑的输油系统，包括油泵，油过滤器，油压调节部件。 卸载机构：它是对压缩机汽缸进行卸载、调节冷量、便于启动的机构，包括卸载油缸、油活塞、推杆、顶针和转环等部件。 轴封装置：密封曲轴穿出机体处的间隙，防止泄漏，包括拖板、弹簧、橡胶圈和石墨环。,2.1 基本结构和工作原理,2.1.1 基本结构,2.1.2 工作原理,压缩过程 排气过程 膨胀过程 吸气过程,膨胀过程：活塞运动到上止点时， 由于压缩机结构及制造工艺等原因， 汽缸中仍有一些空间，该空间的容积 称余隙容积。排气过程结束时，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汽缸，此时 余隙容积内的高压气体因容积增加而 压力下降，直至汽缸内气体压力降至 稍低于吸气腔内气体压力，即将开始 吸气过程时为止。,实际循环与理论循环的差异 余隙容积 气阀弹簧力 气体与缸壁及活塞间的热交换和摩擦 气体泄漏损失 润滑油和吸入湿蒸汽的影响,2.2 热力性能,实,际 循 环 和 理 论 循 环 的 比 较,实际循环：1-2-3-4-1 理论循环：a-b-c-d-a 压缩机具有相同吸、排气压力，吸气温度和汽缸工作容积； 与理论循环相比，实际循环多一个膨胀过程； 在吸、排气时存在压力损失和压力波动，在整个工作过程中气体同气缸、活塞间有 热量交换和摩擦，在气缸与活塞间隙及吸、排气阀之间还有气体泄漏。,.,1、容积效率 2、指示功率和指示效率 3、机械效率和轴效率 4、电动机效率和电效率 5、压缩机热力性能计算举例 6、压缩机的排气温度,二,影 响 性 能 参 数 的 因 素,容积效率又称输气系数，为压缩机实际输气量 与理论输气量之比，是衡量汽缸空间利用程度的 指标。,qva qvt,v =,= v p T l,效 率,（1）单级压缩机的容积效率,1、 容 积,其中，容积系数v、压力系数p、温度系数T、泄漏系数l,活塞式制冷压缩机的实际工作中，吸入的制冷 剂蒸气容积并不等于活塞排量。原因是：,容 积 效 率,压缩机结构上不可避免存在余隙容积； 吸、排气阀阻力；气阀部分及活塞环与气缸壁之间的 气体内部泄漏； 吸气过程中气体与气缸壁之间的热交换等。 因此，实际输气量永远小于理论输气量 (活塞排量)，两 者之间的比值称为压缩机的容积效率（输气系数），其大 小反映了实际工作过程中存在的诸多因素对压缩机输气量 的影响，也表示了压缩机气缸工作容积的有效利用程度， 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 。,容积系数v,压力系数p,温度系数T,泄漏系数l,可直接从P-V示功图求得,不能从P-V示功图直接求得,它们都与压缩机的运行工况有关,D,V p =,汽缸工作容积Vp 上、下止点之间汽缸工作室的容积,即活塞移动一个行程扫,相 关 术 语,过的容积。 2 S （2-1） 4 余隙容积Vc 活塞在排气过程结束时与阀板及排气孔之间形成的空隙容 积。主要由活塞处于上止点时，活塞顶面与阀板底面间容积 、第一道活塞环以上环形空间、气阀通道三部分容积组成。 相对余隙容积c 余隙容积与气缸工作容积之比。 c = Vc / Vp,压 缩 机 的 吸 排 气 过 程,实际循环：1-2-3-4-1,理论循环：a-b-c-d-a,v = 1 c( 1),1）容积系数：反映余隙容积对压缩机输气量影响 由于余隙容积的存在，工作过程中出现了膨胀过程，占据了一定的气缸工作容积， 使部分活塞行程失去吸气作用，导致压缩机吸气量减少，即压缩机实际输气量减少。,V V p,V V p,= 1 ,V p V V p,=,v =,定义式：,计算式：,1 m,（根据多变膨胀过程方程计算，由3-6式简化而来。）,（3-1）,（3-7）,（吸气容积损失V是由余隙容积内高压气体的膨胀引起。）,V = Vc (,) 1,) 1),膨胀过程：35 设过程的多变膨胀指数m为定值（常数），则,（3-6）,1 m,Pdk + Pd 3 Ps 0,v = 1 c(,1 m,),Pdk + Pd 3 Ps 0,= (,V +Vc Vc,1 m,Pdk + Pd 3 Ps 0,将上式代入式（3-1）：,v = 1 c 1) = f (c, , m),略去排气压力损失Pd3,则式（3-6）可简化为式（3-7）：,（3-7）,1 m,Pdk Ps 0, =,式中，压力比,可见，v 主要与压力比、相对余隙容积c和多变膨胀指数m有关。 缩小c会受压缩机结构、工艺和气阀通流能力限制； c值还和压缩机结构参数S、D有关， S、D 大的压缩机易获得较小的c值。现代中小型压缩机c值约为1.56%，低温机取小值。,= 0，故有10，对低温制冷系统采用多级压缩实现高压比。,当达到一定数值时，v,m值取决于制冷剂种类和膨胀过程中气体与接触壁面的热交换情况，随热交换的方向和强 度而不断变化。计算 v时m假定为常数。,同种制冷剂的m和n 在同一循环中不相等， 。对氨压缩机，m=1.101.15，nm ,多变膨胀和压缩过程指数m和n 的取值 对膨胀过程，m应根据示功图，取等端点膨胀过 程的多变膨胀指数值： （3-8） 对压缩过程，其多变过程指数n 亦应取等端点过 程指数值。 按等端点多变过程指数画出的示功图，其面积略 小于实际示功图。计算实际循环指示功时，可按 等功法求取压缩或膨胀过程的不变的等功过程指 数，称等功多变过程指数。 n =1.201.30；对氟利昂压缩机，m=0.951.05， n =1.051.18。增强对汽缸臂面 的冷却，多变膨胀线斜率变陡， m增大，对提高v 有利。,3-5：出现排气阀 延迟关闭，高压侧 气体从排气腔向汽 缸倒流，等端点膨 胀过程指数变小， 容积效率下降。,2）压力系数：反映吸气阻力造成的吸气量损失,压缩机吸气过程中，吸气阀开启时要克服气阀弹簧力，且气体流过气阀时，通道截面较小， 流速较高产生一定的流动阻力，使吸气过程中气缸内压力P1恒低于吸入管中的压力Ps0 。要使气 缸内的压力升高到Ps0 ，则要损失一部分活塞行程，使压缩机实际吸气量减少。,V “ V ,V “ V ,= 1 , p =,s,1 + c Ps1 v P 0, p = 1 ,定义式：,计算式：,（3-2）,（3-9）,根据多变压缩过程方程计算，令压缩过程指数等于1。令c=0，得到近似式（3-10） : 吸气终了相对压力损失； Ps 0 p主要受 Ps1 Ps 0 的影响，c的影响是次要的 。随 Ps1 Ps 0 和c的增大，p下降； 对氨压缩机，Ps1 Ps 0 =0.030.05; 对 氟里昂压缩机，Ps1 Ps 0 =0.060.08。,（吸气容积损失V”是由于吸气终了汽缸压力不等于Ps0所引起，一般 P1 Ps 0 。）,3）温度系数：反映吸气过程中因气体预热对,输气量的影响 吸气过程中，吸入气体不断地受到所接触的各种壁面加热，使气体温度升高，比容增大，从而 使吸入气体量减少。折算到吸气状态，小于实际吸入气体的容积。吸入气体与壁面的热交换是一个 复杂过程，与制冷剂种类、压比、汽缸尺寸、压缩机转速、汽缸冷却情况等因素有关。T大小还 与压缩机运行工况有关，其数值不能从示功图上直接求得，通常用经验公式计算。,Vx V “,t =,对全封闭压缩机,对顺流立式压缩机,定义式： 经验公式：,T0蒸发温度，K ； Tk冷凝温度，K ； T1吸气终了温度，K ； 吸气过热度，K； a：反映T1随Tk变化的系数，a=1.01.15,随压缩机尺寸减小， a值趋近1.15； b：反映压缩机向周围空气散热对T1的影响。b=0.250.8。当压缩机尺寸较大，向外界散热强度较弱 （机壳自由空气冷却）时，b取较大值。,=,T =,T0 + aTk + b,Ts 0 T1,（3-3）,Vx折算容积； V”实际吸入气体容积。,T l = T 0 / Tk,（3-12）,（3-13）,温 度 系 数 随 工 况 的 变 化 关 系,4）泄漏系数：反映压缩机工作过程中由泄漏引起 的对输气量的影响 压缩机泄漏主要是由于活塞环与气缸壁面之间的不密封，吸、排气阀关 闭不及时或不严密，造成制冷剂蒸气从高压侧泄漏到低压侧，从而引起输气 量下降。泄漏量大小与压缩机制造质量、磨损程度、气阀设计、压差大小等 因素有关。,Vy Vx,l =,定义式：,推荐值：,l = 0.97 0.99,l的数值不能从示功图上直接求得，但气缸内制冷剂泄漏会引起示功图中过程线的变化。 压缩过程中，若高压腔蒸气因排气阀不严密漏入气缸，则压缩线变陡；若蒸气通过气缸和 吸气阀的不严密处由气缸漏出，则曲线变平坦，膨胀过程相反。 要减少泄漏损失，必须注意气阀的设计、制造和安装质量，防止发生延迟关闭引起的蒸气 倒流。,（3-4）,容积效率与压缩机的运转工况和结构设计有关。即其不仅与压缩机本身结构及所用制冷剂性质有关， 且与运行工况有关。不同类型压缩机，使用不同的制冷剂，及在不同工作条件下，容积效率数值不同 。,容 积 效 率 特 性 曲 线 的 影 响 ,（Vp：单缸理论排量） a）在不同的余隙容积c时，小型封闭式压缩机的容积效率随压力比的变化关系，它 随 c和的增大而减小； b) 在不同的单缸理论排量Vp时，开启式压缩机的容积效率随压力比的变化关系。,n,的,容 积 效 率 特 性 曲 线 ,1：余隙容积造成的v减量； 2， 3 ：吸气阀压力损失和由此转化 的热量对制冷剂加热造成的v减量； 4 ， 5：制冷剂受热和泄漏造成的 v减量。 转速增加， 1基本不变； 2， 3 随转速的上升急剧增大； 4 ， 5随转 速的增加而减小。总合起来，在额定转速nn时容积系数最大，比这个转速大或小时，v值都要 下降。由此可见，气阀通流能力是压缩机转速提高过程中影响容积效率的主要因素。,n 影 响 ,双,双机双级压缩 其容积效率定义与单机压缩机相同。对双级压缩的 每一级，容积效率计算方法与单机压缩机相同，亦可 用经验公式计算。 单机双级压缩 高压级与低压级汽缸在同一台压缩机上，在确定容 积效率时，采用可比的容积效率（总容积效率）。即 压缩机行程容积按总缸数计算，以便与同样缸数、尺 寸和转速的单级压缩机具有可比性。,（2） 级 压 缩 机 的 容 积 效 率,单 机 双 级 压 缩 的 容 积 效 率,定义式： v = qma qmt （3-16） qma：实际输气量； qmt：按全部汽缸求得的理论输气量。 试验表明：单机双级压缩机的可比容积效率在压比上升 时，起初几乎不变，压比达到相当高数值后，才开始较 明显降低。而单级压缩机的容积效率随压比增加，约成 直线下降。,压缩机实际工作过程与理想工作过程的区别， 也影响到它的耗功。如吸、排