活塞式壓縮機的原理

活塞式制冷壓縮機的工作原理及結(jié)構(gòu)該帖被瀏覽了674次|回復(fù)了1次第一節(jié)活塞式制冷壓縮機工作原理1、 活塞壓縮機的分類按使用的制冷劑來分，有氨壓縮機和氟利昂壓縮機兩種。按壓縮級數(shù)來分，有單級壓縮和雙級壓縮兩種。按汽缸中心線的位置分，有直立式、V型、W型和S（扇）型。按壓縮機的總體結(jié)構(gòu)來分，有開啟式、半封閉式、全封閉式三種。2、 活塞式壓縮機的工作過程1）理想工作過程在分析活塞式壓縮機的工作過程中，可以先把實際過程簡化成理想過程。簡化時假定：壓縮機沒有余隙容積；吸、排氣過程沒有容積損失；壓縮過程是理想的絕熱過程；無泄漏損失。這樣，壓縮機的理想工作過程可用圖2-1所示的P-V圖來表示?？v坐標(biāo)表示壓力P,橫坐標(biāo)表示活塞在汽缸中移動時形成的容積V。在圖中,4-1表示吸氣過程，活塞從上止點開始向右移動,排氣閥（片）關(guān)閉，吸氣閥（片）打開,在壓力P1下吸入制冷劑氣；1-2表示壓縮過程，活塞從下止點向左移動,制冷劑從壓力P1絕熱壓縮到P2,此過程吸、排氣閥均關(guān)閉;2-3表示排氣過程,活塞左行至2位置時排氣閥打開，活塞繼續(xù)左行,在壓力P2下把制冷劑排出汽缸。由于假設(shè)沒有余隙容積，活塞運行到3點時制冷劑全部排出。當(dāng)活塞再次向右移動時進(jìn)行下一次的吸氣過程。2）實際工作過程壓縮機的實際工作過程與理想工作過程有很大不同。實際過程存在余隙容積；吸排氣閥有阻力,工作時存在壓力損失;汽缸壁與制冷劑之間有熱交換,非絕熱過程；有漏氣損失。余隙容積的影響（容積系數(shù)入V）余隙:活塞運動到上止點位置時,活塞頂與閥座之間保持一定的間隙，稱為余隙，余隙所形成的容積稱為余隙容積。造成余隙的主要原因是:防止曲柄連桿機構(gòu)受熱延伸時不至于使活塞撞擊閥座而引起機器損壞；排氣閥的通道占據(jù)一定的空間；運動部件的磨損使零件配合間隙變大;活塞環(huán)與閥蓋之間的環(huán)型空間。余隙容積的存在,在排氣過程結(jié)束時不能將汽缸內(nèi)的氣體全部排凈，有一部分高壓氣體殘留在余隙容積內(nèi)，這樣在下一次吸氣開始前，這一部分氣體首先膨脹減壓,在壓力降低到低于吸氣壓力才能開始吸氣。所以，由于余隙容積內(nèi)的氣體膨脹，占據(jù)了部分工作容積，使吸氣量減少,稱為余隙損失。壓比越大使，余隙損失越大。吸排氣閥（片）阻力的影響（壓力系數(shù)入P）由于閥門（片）開啟時必須克服閥片的慣性力和壓在閥片上的彈簧力，以及氣體通過閥門的流動阻力，使得實際吸氣壓力低于P1,產(chǎn)生節(jié)流損失;而排氣壓力高于P2,這使得余隙損失增大。汽缸內(nèi)部壓比大于外部壓比。汽缸壁與制冷劑的熱交換影響（溫度系數(shù)入T）吸氣時低溫氣體吸收被排氣加熱了的汽缸的熱量，體積膨脹，壓縮機吸氣量減少，稱為預(yù)熱損失。壓縮機泄漏損失的影響（氣密系數(shù)入g）壓縮機運行時，由于密封不嚴(yán)和磨損會造成漏氣損失，它常發(fā)生在活塞環(huán)和汽缸壁之間的不密封處，使得氣體從高壓腔向低壓腔泄漏。此外，吸、排氣閥片關(guān)閉不嚴(yán)或關(guān)閉滯后，也會造成汽缸內(nèi)氣體泄漏。這部分損失叫作泄漏損失。由于這些實際因素的影響，壓縮機的實際輸氣量總是小于理論輸氣量實際耗功總是大于理想過程的耗功。而影響這些因素最大的外界條件就是壓縮比，即冷凝壓力和蒸發(fā)壓力的差值。第二節(jié)活塞式制冷壓縮機的結(jié)構(gòu)1、 我國系列活塞制冷壓縮機的特點高速:轉(zhuǎn)速在960~1450r/min;多缸:開啟式壓縮機通常有2、 4、6、8個汽缸。多缸結(jié)構(gòu)使壓縮機布置緊湊，動平衡性能好，還可以通過使一部分汽缸空載運轉(zhuǎn)達(dá)到調(diào)節(jié)制冷量的目的。三種制冷劑通用:新系列大缸徑如100、125、170系列壓縮機對R717、R12、R22三種制冷劑都可以使用，只須更換部分零部件，如安全閥、氣閥彈簧、軸封、膠圈等。2、總體結(jié)構(gòu)壓縮機一般須具備以下幾部分:a.運動部分:包括曲軸、連桿、活塞等°b.配氣部分:包括吸、排氣閥，吸、排氣通道等。c.密封部分:包括活塞環(huán)、軸封、墊片、填料等。d.潤滑部分:包括油泵、濾油器、油壓調(diào)節(jié)閥等。e.安全部分:假蓋、假蓋彈簧、安全閥、高壓保護(hù)繼電器、油壓保護(hù)繼電器等。f.能量調(diào)節(jié)部分:卸載機構(gòu)。3、壓縮機主要零部件結(jié)構(gòu)主要介紹開啟式壓縮機的主要零部件結(jié)構(gòu)。(1)機體:機體就是壓縮機的機身，它由汽缸體、曲軸箱、汽缸蓋等組成。吸氣腔就是汽缸體的內(nèi)腔，吸入氣體通過吸氣腔時可以冷卻汽缸套，散熱條件好。排氣腔在汽缸體上端，吸、排氣腔之間有隔板分開。對于單機雙級壓縮機，高、低壓級的吸、排氣腔之間都有隔板分開。汽缸蓋對汽缸上部起著密封作用，它和機體、假蓋一起形成了高壓蒸氣的排氣腔。在拆卸汽缸蓋時，應(yīng)防止假蓋彈簧將汽缸蓋彈出砸傷人。汽缸蓋螺栓中有兩個長螺栓，在拆卸時先松開短螺栓，再松長螺栓，慢慢釋放彈簧的彈力。汽缸體下部是曲軸箱，內(nèi)裝曲軸和冷凍油以及粗油過濾器，曲軸箱與低壓級吸氣腔相通。曲軸箱兩側(cè)有手孔,方便拆裝連桿。機體前后端開有兩個軸承座孔，安裝前后軸承座。(2)汽閥缸套部件大中型壓縮機的汽缸工作鏡面不是和機體鑄在一起,另配有可單獨裝配的汽缸套，這樣做有以下幾點好處:a、汽缸套耗材少，可以采用優(yōu)質(zhì)材料或表面鍍銘，來提高汽缸鏡面的耐磨性;b、如汽缸鏡面磨損到超過允許范圍，只要更換汽缸套,節(jié)省修理費用，又簡單省時;c、可以簡化汽缸體、曲軸箱結(jié)構(gòu)，便于鑄造。汽閥是控制汽缸中依次進(jìn)行壓縮、排氣、膨脹、吸氣的控制機構(gòu)。其性能的好壞直接影響壓縮機的制冷量、功耗和運轉(zhuǎn)的可靠性。目前活塞壓縮機多數(shù)采用環(huán)狀閥，如圖2-3所示為環(huán)狀閥的結(jié)構(gòu)。它是由閥座、閥片、升程限制器、汽閥彈簧等組成。它的開啟和關(guān)閉主要靠閥片兩側(cè)的壓力差來實現(xiàn)，因此，這種閥又稱為自動閥。汽閥按其作用不同，分為排氣閥和吸氣閥。排氣閥的閥座分為內(nèi)、外閥座兩部分。外閥座用螺釘與汽缸套一起固定在機體上,而內(nèi)閥座用螺釘和假蓋固定在一起。排氣閥的兩條密封線分別做在內(nèi)、外閥座上，排氣閥片上壓有數(shù)個閥片彈簧，它的升程限制器就是假蓋。吸氣閥的閥座是做在汽缸套的凸緣上形成的兩圈凸出寬度為1.5mm左右的密封面，又稱閥線。閥線之間有一環(huán)形凹槽，槽中有均布的吸氣孔與吸氣腔相通。吸氣閥片也壓有閥片彈簧。排氣外閥座的下端面就是吸氣閥的升程限制器。因為吸、排氣壓力不同，吸、排氣閥片彈簧的彈力也不同，裝配時應(yīng)注意區(qū)分。閥片彈簧程錐形，大頭裝到彈簧座中，應(yīng)旋轉(zhuǎn)安裝。假蓋被假蓋彈簧.緊緊壓在排氣閥座上。作用是:當(dāng)汽缸內(nèi)產(chǎn)生液擊（液體制冷劑或潤滑油大量吸入汽缸時，由于液體的不可壓縮，活塞的運動使液體產(chǎn)生巨大的沖擊力）時，假蓋被汽缸內(nèi)的壓力頂起，打開一條額外的通道，讓汽缸內(nèi)液體迅速排出，避免事故，起到安全閥的作用?；钊麎嚎s機最大的安全隱患就是回液（潮車），操作時應(yīng)盡量避免。汽缸套內(nèi)腔是氣體在其內(nèi)壓縮、膨脹的部位，對活塞起導(dǎo)向作用，直接承受氣體壓力和活塞的側(cè)壓力,是壓縮機最重要的摩擦面之一，其內(nèi)徑尺寸及橢圓度超過規(guī)定尺寸就需要更換。汽缸套通過螺釘或定位銷固定在機體上,可以通過汽缸墊片的厚度來調(diào)整活塞上死點間隙（余隙）。因為汽缸體內(nèi)腔（缸套外側(cè)）與曲軸箱相通，安裝高壓級汽缸時，機體與缸套之間應(yīng)加膠圈密封。（3）活塞部件活塞在汽缸內(nèi)往復(fù)運動，壓縮由汽缸、閥片等組成的封閉容積內(nèi)的氣體。為減少往復(fù)運動的慣性力，活塞常用鋁合金制成,并做成中空形式。它由頂部、環(huán)部、裙部和銷座四部分組成?；钊敳砍拾夹危ㄅc假蓋凸起相配合），上面有起吊螺孔。它承受蒸汽壓力。環(huán)部開有環(huán)槽，在其中放置汽環(huán)和油環(huán)，油環(huán)槽的內(nèi)壁圓周上開有很多回油孔，油環(huán)從汽缸壁上刮下的潤滑油可通過它流回曲軸箱。裙部略粗,在汽缸中起導(dǎo)向作用并承受側(cè)壓力?；钊N座位于裙部，裝配活塞銷使活塞與連桿小頭相連。活塞環(huán)分為汽環(huán)和油環(huán)兩種。汽環(huán)的作用是密封蒸汽，減少汽缸內(nèi)的高壓氣體通過活塞與汽缸的間隙泄漏到曲軸箱中。油環(huán)的作用是將汽缸內(nèi)壁的油刮下流回曲軸箱。為保證活塞環(huán)在汽缸中有足夠的彈力，在自由狀態(tài)時,它的直徑比汽缸直徑大。在壓入環(huán)槽并進(jìn)入汽缸后，鎖口間隙及其與環(huán)槽的軸向間隙有嚴(yán)格要求，過大或過小都會影響壓縮機的正常工作，必須更換?；钊N是活塞與連桿小頭的連接體。當(dāng)活塞往復(fù)運動時，它在活塞銷座和連桿小頭襯套中相對轉(zhuǎn)動而承受磨損。為減少活塞銷的磨損，常采用浮動式配合方式，即活塞銷在銷座和小頭襯套中都沒有固定，可自由轉(zhuǎn)動。為防止浮動活塞銷軸向竄動伸出活塞擦傷汽缸，在銷座兩端的環(huán)槽內(nèi)裝上彈簧擋圈予以阻擋。（4）連桿部件連桿是將曲軸的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為活塞往復(fù)運動的中間連接體，把動力傳給活塞對蒸氣作功。連桿結(jié)構(gòu)一般可分為三部分:連桿小頭、連桿身、連桿大頭。連桿小頭一般都是整體式結(jié)構(gòu)，內(nèi)摩擦面裝配軸承襯套,襯套材料一般采用磷青銅。小頭軸承的潤滑一般是靠從連桿體內(nèi)鉆孔輸送過來的潤滑油進(jìn)行壓力潤滑。高壓級汽缸的壓力比較大，連桿小頭常采用滾針軸承結(jié)構(gòu),提高使用壽命。同時,為減小耗油量，潤滑方式也采用飛濺潤滑。連桿大頭是連桿與曲軸連接的一端。除小型壓縮機連桿的大頭為整體式外，其余大部分為剖分式結(jié)構(gòu)。在與曲軸銷相配合的連桿大頭內(nèi)孔里一般裝有薄壁軸瓦連桿螺栓是剖分式連桿大頭中用以連接大頭蓋的緊固件，起著定位大頭蓋的作用。連桿螺栓在壓縮機運轉(zhuǎn)時受力非常嚴(yán)重，如果在運轉(zhuǎn)中斷裂，會造成壓縮機的嚴(yán)重破壞。為了防止連桿螺栓在運轉(zhuǎn)中松動，連桿螺母必須設(shè)有防松裝置。嚴(yán)禁用其它螺栓替代連桿螺栓。(5)曲軸曲軸是壓縮機的一個重要零件，壓縮機消耗的功率就是通過曲軸輸入的，它是主要的受力部件。曲軸是由曲柄、曲柄銷和主軸頸、平衡塊四部分組成。平衡塊是用以平衡壓縮機運轉(zhuǎn)時曲柄、曲柄銷及部分連桿所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)慣性力和慣性力矩，其目的是減小壓縮機運轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的振動，也可以減輕曲軸主軸承上的負(fù)荷，減小軸承的磨損。⑹軸封對于開啟式壓縮機，驅(qū)動軸的一端要伸出機體外部，為了防止制冷劑向外泄漏或空氣滲漏入系統(tǒng),必須在軸的伸出部位及機體之間設(shè)置軸封裝置。如圖2-9所示的彈簧式軸封，是由動環(huán)、靜環(huán)、彈簧、彈簧座、壓環(huán)和“O”型密封圈組成。為了潤滑動、靜環(huán)之間的密封面，減少滲漏并帶走熱量，軸封室內(nèi)充滿潤滑油，通過油泵把油不斷地輸送到軸封，然后通過曲軸上的油孔流向主軸頸及曲柄銷。因為曲軸是處在曲軸箱內(nèi)，軸封所處壓力為（低壓級）吸氣壓力,所以要求油壓比（低壓級）吸氣壓力高0.15~0.3MPa。注意事項:對于氟利昂壓縮機，“O”型圈應(yīng)使用耐氟橡膠;軸封少量滲漏是允許的。（7）能量調(diào)節(jié)機構(gòu)壓縮機能量調(diào)節(jié)的方法主要有：改變壓縮機轉(zhuǎn)速一需要變頻器，影響油壓壓縮機間隙運行一溫度、壓力變化大，操作麻煩壓縮機吸氣節(jié)流一壓縮機經(jīng)濟(jì)性降低頂開吸氣閥片一方便，經(jīng)濟(jì)，可實現(xiàn)卸載啟動頂開機構(gòu)的工作原理:通過頂桿將部分汽缸的吸氣閥片頂起，這幾個汽缸在吸氣之后進(jìn)行壓縮時，于吸氣閥片不能關(guān)閉，汽缸中壓力不能建立，排氣閥片始終不能打開，被吸入的氣體沒有得到壓縮就經(jīng)過打開的吸氣閥片又排回到吸氣腔中。因此，這部分汽缸不能實現(xiàn)排氣，達(dá)到改變壓縮機排量的作用。能量調(diào)節(jié)裝置是由能量控制閥和卸載機構(gòu)兩部分組成，兩者之間通過油管相連,并用油泵輸出的壓力油作為動力。卸載機構(gòu)是一套裝在壓縮機內(nèi)部圖2-11卸載機構(gòu)的液力傳動機構(gòu)，主要由油缸、油活塞、拉桿、彈簧、轉(zhuǎn)動環(huán)、頂桿等組成。拉桿上的凸環(huán)嵌在汽缸套外部的轉(zhuǎn)動環(huán)中。卸載機構(gòu)的工作原理：卸載啟動的原理：注意事項:高、低壓級油缸有所區(qū)別，見圖2-11;壓縮機左右兩側(cè)汽缸外的轉(zhuǎn)動環(huán)上斜槽方向不同。（8）油泵及潤滑系統(tǒng)飛濺潤滑:借助曲軸連桿機構(gòu)的運動，把曲軸箱中的潤滑油甩向需要潤滑的表面，或是讓飛濺起來的油按設(shè)定的路線流過需要潤滑的表面。壓力潤滑:利用油泵加壓的潤滑油通過輸油管路輸送到需要潤滑的摩擦面。這種供油方式油壓穩(wěn)定，油量充足，潤滑安全可靠。圖2-12潤滑系統(tǒng)油路的流向：曲軸箱中的潤滑油經(jīng)過裝在曲軸箱底部的濾網(wǎng)式（粗）油過濾器和三通閥后被油泵吸入，提高壓力后，經(jīng)梳片式（精）濾油器濾去雜質(zhì)后分成兩路:一路去后主軸承座，潤滑主軸頸，并通過主軸頸內(nèi)的油道去相鄰的一個曲柄銷潤滑該曲柄銷上的連桿大頭軸瓦，再通過連桿體中的油孔輸送到連桿小頭襯套，潤滑活塞銷。這一路在后軸承座上設(shè)有油壓調(diào)節(jié)閥，一部分油經(jīng)過油壓調(diào)節(jié)閥旁通流回到曲軸箱;另一路進(jìn)入軸封箱，潤滑和冷卻軸封摩擦面并形成油封，然后進(jìn)入前主軸承，潤滑主軸頸及相鄰曲柄銷;此外再從軸封箱引出一路，供給卸載裝置的油分配閥，作為能量調(diào)節(jié)機構(gòu)的液壓動力。油泵:常用內(nèi)嚙合轉(zhuǎn)子式油泵（簡稱轉(zhuǎn)子泵），由曲軸驅(qū)動,對旋轉(zhuǎn)方向有要求。壓縮機電機的旋轉(zhuǎn)