制冷压缩机-往复式上

第三章 往复式制冷压缩机郑艺华生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所3-1 概述按 使 用 的 工 质 分 类 氨 压 缩 机 、 氟 利 昂 压 缩 机 、 异 丁 烷 压 缩 机 等 。按 气 缸 布 置 方 式 分 类 卧 式 、 直 立 式 和 角 度 式 三 种 类 型 。按 压 缩 机 的 密 封 方 式 分 类 开 启 式 和 封 闭 式 两 大 类 。按 制 冷 量 的 大 小 分 类配 用 电 动 机 功 率 不 小 于 0.37kW、 气 缸 直 径 小 于 70mm的 压 缩 机 为小 型 活 塞 式 制 冷 压 缩 机 ； 气 缸 直 径 为 70170mm的 压 缩 机 为 中 型活 塞 式 制 冷 压 缩 机 。按 气 体 压 缩 的 级 数 分 类 分 为 单 级 压 缩 和 多 级 (一 般 为 两 级 )压 缩 制 冷 压 缩 机 。 如 果 有 一 台 压缩 机 来 实 现 两 级 压 缩 ， 则 又 称 为 单 机 双 级 制 冷 压 缩 机 。按 活 塞 行 程 分 类 分 为 短 行 程 和 长 行 程 两 种 。 生物系统热科学与技术研究所压缩机的型号及基本参数 按 GB10871 1989规 定 ， 小 型 活 塞 式 单 级 制 冷 压 缩 机 的 型 号 表 示如 下 ：25F44表 示 2缸 ， 50mm缸 径 ， 氟 利 昂 ， 44mm行 程开 启 式 压 缩 机 的 基 本 参 数 规 定 ： 气 缸 直 径 为 60mm、 转 速 范 围 为6001500r/min。 半 封 闭 式 压 缩 机 基 本 参 数 规 定 ： 气 缸 直 径 为30mm40mm50mm60mm， 名 义 转 速 为 1440r/min。 行 程 ： 用 阿 拉 伯 数 字 表 示 ， 单 位 为 mm制 冷 剂 ： 用 F表 示缸 数 和 缸 径 ： 用 阿 拉 伯 数 字 表 示 ， 缸 径 单 位 cm 生物系统热科学与技术研究所类 别 缸 径 /mm 行 程 /mm 转 速 范 围 /（ r/min）开 启 式 50， 60 44 6001500 半 封 闭 式 30， 40， 50，60 44 1440表 2-1 小 型 活 塞 式 单 级 制 冷 压 缩 机 的 基 本 参 数 生物系统热科学与技术研究所中 型 活 塞 式 单 级 制 冷 压 缩 机 的 型 号 表 示 ：冷 凝 压 力 ： 高 冷 凝 压 力 用 G表 示 ， 低 冷 凝 压 力 不 表 示行 程 ： 长 行 程 用 C表 示 ， 短 行 程 不 表 示缸 数 和 缸 径 ： 用 阿 拉 伯 数 表 示 ， 缸 径 单 位 为 cm制 冷 剂 ： 氟 利 昂 用 F、 氨 用 A表 示812.5ACG 表 示 8缸 ， 缸 径 12.5cm， 氨 制 冷 剂 ， 110mm行 程 ， 高 冷 凝 压 力 生物系统热科学与技术研究所表 2-2 中 型 活 塞 式 单 级 制 冷 压 缩 机 的 基 本 参 数类 别 缸径/mm 行程/mm 转 速 范围/(r/min) 缸 数 容 积 排 量 (8缸 )最 高 转速 (r/min) 排 量/(m3/h) 最 高 转速/(r/min) 排 量/(m3/h)半封闭式 70 70 18001000 2， 3， 4，6， 8 1800 232.6 1000 129.255 182.6 101.5 开启式 100 100 1500750 706.5 1500 565.2 750 282.680 452.2 226.1125 110 1200600 1200 777.2 600 388.6100 353.3170 140 1000500 1000 1524.5 500 762.8 生物系统热科学与技术研究所压 缩 机 组 型 号 表 示 ：配 用 电 动 机 功 率 ： 用 阿 拉 伯 数 字 表 示 ， 单 位 为 kW压 缩 机 型 号使 用 温 度 范 围 ： 高 温 用 G， 中 温 用 Z， 低 温 用 D表 示压 缩 机 类 别 ： 半 封 闭 式 用 B表 示 ， 开 启 式 不 表 示 生物系统热科学与技术研究所目 前 国 内 生 产 厂 家 在 样 本 等 资 料 上 ， 仍 习 惯 于沿 用 老 的 压 缩 机 型 号 表 示 方 法 ， 即压 缩 机 型 式 ： 半 封 闭 式 用 B表 示 ， 全 封 闭 式 用 Q表 示 ， 开 启 式 不 表 示配 用 电 动 机 功 率 ： 用 阿 拉 伯 数 字 表 示 ， 单 位 为 kW制 冷 剂 类 型 ： 氟 利 昂 用 F表 示 ， 氨 用 A表 示气 缸 排 列 方 式 ： 如 V、 W、 S形 等压 缩 机 气 缸 数 ： 用 阿 拉 伯 数 字 表 示 生物系统热科学与技术研究所气 缸 中 心 线 夹 角 ： V型 90 ； W型 60 ； Y型 120 ； S型 45 。 生物系统热科学与技术研究所3-2 基本结构和工作原理 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所3-3 热力性能容 积 型 压 缩 机 的 单 机 功 率 可 以 从 几 十 瓦 到 几 千 千 瓦 的范 围 。 尽 管 结 构 型 式 众 多 ， 但 究 其 热 力 学 基 础 还 有 许多 部 分 是 相 同 的 。 生物系统热科学与技术研究所忽 略 容 积 损 失 、 质 量 损 失 和 其 他 不 可 逆 损 失 。压 缩 机 没 有 余 隙 容 积吸 气 与 排 气 过 程 中 没 有 压 力 损 失吸 气 与 排 气 过 程 中 无 热 量 传 递无 漏 气 损 失无 摩 擦 损 失 理 想 工 作 过 程 ： 4-1： 吸 气 过 程 （ 下 止 点 ） 1-2： 压 缩 过 程 2-3： 排 气 过 程 （ 上 止 点 ） 完 成 一 个 循 环 。 生物系统热科学与技术研究所容积型压缩机的实际性能现 实 中 ， 理 论 循 环 始 终 是 不 可 能 实 现 的 。许 多 不 可 避 免 的 损 失 使 压 缩 机 的 实 际 性 能 偏 离 了 理 想 的 情 况 ， 其结 果 是 输 气 量 的 减 少 和 功 率 消 耗 的 增 加 。 具 体 情 况 如 下 ：压 缩 机 中 的 压 力 降 。制 冷 剂 的 受 热 。气 阀 运 动 规 律 不 完 善 带 来 的 效 率 下 降 。制 冷 剂 泄 漏 的 影 响 。再 膨 胀 的 影 响 。压 缩 过 程 偏 离 等 熵 过 程 。压 缩 过 程 的 过 压 缩 和 欠 压 缩 。 润 滑 油 循 环 量 的 影 响 。压 缩 机 的 机 械 摩 擦 损 失 和 内 置 电 动 机 (封 闭 式 压 缩 机 )的 电 动 机 损 失 。 生物系统热科学与技术研究所内 容 积 比 Vi 是 指 这 类 压 缩 机 中 吸 气 终 了 ， 压 缩 刚 要 开始 时 的 工 作 容 积 Vcys与 压 缩 终 了 ， 刚 要 开 始 打 开 排 气口 时 的 工 作 容 积 Vcyc间 的 几 何 比 例 关 系 ， 即对 应 的 内 压 力 比假 定 压 缩 过 程 是 多 变 过 程 ， 则 上 述 循 环 所 消 耗 的 指 示功 为不 存 在 过 压 缩 和 欠 压 缩 的 情 况 ， 则 所 耗 指 示 功 为 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所一、往复式压缩机的实际循环实 际 过 程 相 当 复 杂 。利 用 示 功 器 记 录 不 同 或 时 气 缸 内 部气 体 压 力 的 变 化 。 得 到 生物系统热科学与技术研究所实际循环和理论循环比较 生物系统热科学与技术研究所具 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 示 功 图 与 理 论 循 环 指 示 图 以 及 相 应 的温 熵 图 对 照 比 较 ， 可 发 现 有 以 下 几 方 面 的 区 别 ： 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 ， 与 理 想 的 等 熵 过 程 不 同 。 余 隙 容 积 Vc的 影 响 。 由 于 吸 气 阀 的 弹 簧 力 ， 使 余 隙 容 积 中 的 气体 一 直 膨 胀 。 在 压 缩 过 程 中 ， 缸 内 气 体 与 所 接 触 壁 而 进 行 热 交 换 。 在 排 气 过 程 中 ， 气 体 需 克 服 流 动 阻 力 引 起 的 差 异 。 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 ； 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 人 的 制 冷 剂 为湿 蒸 气 这 些 均 影 响 压 缩 机 的 输 气 能 力 和 能 耗 。 生物系统热科学与技术研究所二、影响性能参数的因素容 积 效 率指 示 功 率 和 指 示 效 率机 械 效 率 和 轴 效 率电 动 机 效 率 和 电 效 率 生物系统热科学与技术研究所容积效率压 缩 机 的 容 积 效 率 是 压 缩 机 实 际 输 气 量 与 理 论 输 气 量之 比 值 。衡 量 气 缸 空 间 利 用 程 度 的 指 标 。影 响 压 缩 机 的 制 冷 量 、 尺 寸 及 能 耗 。一 定 工 况 下 ， 单 位 时 间 内 由 吸 气 端 输 送 到 排 气 端 的 气体 质 量 称 为 在 该 工 况 下 的 压 缩 机 质 量 输 气 量 ， 单 位 为kg/h。若 按 吸 气 状 态 的 容 积 计 算 ， 则 容 积 输 气 量 ， 单 位 为m3/h。 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所各种影响因素容 积 系 数 ： 反 映 余 隙 容 积 对 容 积 效 率 影 响 的 大 小 。压 力 系 数 ： 反 映 吸 气 终 了 压 力 降 对 容 积 效 率 的 影 响 程 度 。温 度 系 数 ： 衡 量 气 体 在 吸 气 过 程 中 的 温 升 对 容 积 效 率 的 影 响 程 度 。泄 漏 系 数 ：容 积 效 率 ： 生物系统热科学与技术研究所容积系数 生物系统热科学与技术研究所主 要 与 压 力 比 、 相 对 余 隙 容 积 和 多 变 膨 胀 指 数 有 关 。保 持 c和 m不 变 ， 压 力 比 愈 大 ， 容 积 系 数 因 膨 胀 容 积 的 增 大 而 愈来 愈 小 。 Pdk不 变 时 ， 压 力 比 随 Ps0的 减 少 而 增 大 。 当 压 力 比 达 到一 定 的 数 值 时 ， 压 缩 机 停 止 向 外 输 气 。 因 此 单 级 往 复 式 压 缩 机的 最 大 压 力 比 ， 无 论 从 输 气 效 率 还 是 从 能 耗 和 排 气 温 度 来 看 ，都 应 当 受 限 制 ， 一 般 不 超 过 10。 对 于 低 温 制 冷 系 统 应 采 用 多组 压 缩 机 来 实 现 其 高 压 力 比 。相 对 余 隙 容 积 c愈 小 ， 在 相 同 的 c和 m值 条 件 下 容 积 效 率 愈 大 。相 对 余 隙 容 积 主 要 由 活 塞 处 于 外 止 点 时 ， 活 塞 顶 而 和 阀 板 底 面间 的 容 积 、 第 一 道 活 塞 环 以 上 的 环 形 空 间 以 及 气 阀 通 道 (与 气 缸一 直 相 通 的 通 道 )的 容 积 三 部 分 组 成 。 缩 小 c会 受 到 结 构 、 工 艺和 气 阀 通 流 能 力 的 限 制 。 c值 的 确 定 还 和 压 缩 机 的 结 构 参 数 SD(行 程 缸 径 )有 关 。 S D大 的 压 缩 机 易 获 得 较 小 的 c值 。多 变 膨 胀 指 数 m的 数 值 取 决 于 制 冷 剂 的 种 类 和 膨 胀 过 程 中 气 体与 接 触 壁 面 的 热 交 换 情 况 。 随 着 热 交 换 的 方 向 和 强 度 而 不 断 变化 。 在 新 设 计 氨 压 缩 机 的 热 力 计 算 中 ， m 1.10-1.15， 对 于 氛 利 昂 压 缩 机 ， m 0.95-1.05。 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所压力系数是 由 点 1压 缩 至 压 力 点 6时 引 起 的 容 积 损 失 ， 可 由 多 变 压 缩 过 程 方程 式 求 取 。 由 于 接 近 ， 令 其 压 缩 过 程 指 数 等 于 1的 计 算 误 差 很 小 ，因 此 可 得 生物系统热科学与技术研究所吸 气 过 程 中 ， 吸 气 压 力 损 失 是 变 化 的 (产 为 气 缸 中 制 冷 剂 的 瞬 时 压力 )。 当 吸 气 接 近 结 束 时 ， 由 于 活 塞 速 度 降 低 ， 流 经 吸 气 管 和 吸 气阀 的 气 体 流 速 变 小 ， 其 随 之 减 小 。 吸 气 阀 在 等 于 或 略 小 于 吸 气 阀的 弹 簧 力 时 开 始 关 闭 。 弹 簧 力 过 强 ， 吸 气 阀 提 前 关 闭 ， 使 压 力 损失 增 加 ， 降 低 了 压 力 系 数 ； 反 之 ， 弹 簧 力 过 弱 会 产 生 吸 气 阀 延 迟关 闭 的 有 害 现 象 。使 吸 气 阀 及 时 关 闭 的 弹 簧 力 与 这 时 要 克 服 的 气 阀 两 例 的 压 力 差 有直 接 关 系 ， 而 后 者 与 吸 气 流 道 中 制 冷 剂 的 密 度 成 正 比 、 与 流 速 的平 方 成 比 例 。 这 就 是 说 ， 吸 气 压 力 损 失 也 与 这 些 因 素 有 关 。 制 冷剂 的 密 度 愈 大 、 流 动 的 速 度 愈 高 ， 引 起 压 力 系 数 的 下 降 。 对 于 低温 制 冷 机 ， 因 其 蒸 发 压 力 很 低 ， 故 弹 簧 力 的 选 取 对 压 力 系 数 的 影响 较 大 ， 此 时 应 适 当 降 低 其 吸 气 阀 弹 簧 力 。当 吸 气 管 道 中 出 现 较 大 的 压 力 波 动 时 ， 压 力 系 数 的 数 值 会 受 到 影响 ， 影 响 的 程 度 取 决 于 吸 气 终 了 时 压 力 波 的 相 位 和 振 幅 。 如 果 吸气 阀 前 的 压 力 处 于 压 力 波 的 波 峰 则 气 缸 中 的 吸 气 终 了 压 力 接 近甚 至 高 于 吸 气 压 力 ， 出 现 压 力 系 数 1的 情 况 。 反 之 ， 若 处 于 压 力 波 的 波 谷 ， 压 力 系 数 具 有 更 低 值 。 生物系统热科学与技术研究所温度系数制 冷 剂 从 进 入 压 缩 机 起 (在 全 封 闭 压 缩 机 中 ， 从 进 入 机壳 起 )， 至 气 缸 中 压 缩 开 始 前 ， 一 方 面 不 断 受 到 所 接 触的 各 种 壁 面 的 加 热 ， 另 一 方 面 与 具 有 较 高 温 度 的 余 隙容 积 中 的 气 体 相 混 合 。 此 外 又 加 入 了 由 于 流 动 不 可 逆损 失 转 化 成 的 热 量 。在 等 压 条 件 下 ， 制 冷 剂 蒸 气 的 密 度 与 温 度 成 反 比 。 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 。 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所温 度 系 数 与 压 缩 机 的 运 行 工 况 有 关 。 Tk的 上 升 或 T0的 下 降 ， 即 压 力 比 c的 增 加 会 使 温 度 系 数 减 小 ， 这 是 因 为 压 缩 机 和 吸 入 蒸 气 的 温 度 差 距 增大 ， 加 强 了 蒸 气 吸 热 程 度 的 缘 故 。此 外 ， 温 度 系 数 还 与 压 缩 机 的 转 速 、 冷 却 强 度 、 热 交 换 面 积 的 大 小 、内 置 电 动 机 的 效 率 、 制 冷 剂 的 种 类 等 因 素 有 不 同 程 度 的 联 系 。 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所泄漏系数在 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 严 密 处 。 此 外 ， 气 阀 延 迟 关 闭也 会 造 成 蒸 气 倒 流 的 泄 漏 损 失 。泄 漏 系 数 不 能 从 示 功 图 直 接 求 得 。 但 会 引 起 示 功 图 中 过 程 线 的 变化 。 在 压 缩 过 程 中 ， 若 高 压 腔 蒸 气 因 排 气 阀 不 严 密 而 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 。从 气 缸 中 泄 漏 的 热 蒸 气 还 会 增 加 压 缩 机 吸 入 蒸 气 的 温 度 、 排 气 温度 和 内 置 电 动 机 定 于 绕 组 温 度 降 低 了 压 缩 机 的 性 能 、 工 作 可 靠性 和 耐 久 性 。与 压 缩 机 的 转 速 、 活 塞 环 结 构 、 气 阀 密 封 面 的 精 澄 、 磨 损 程 度 以及 润 滑 状 态 等 有 关 。 一 般 推 荐 0.97-0.99 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 。 生物系统热科学与技术研究所容积效率的特性曲线容 积 效 率 与 压 缩 机 的 运 转 工 况 和 结 构 设 计 有 关 。 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所双级压缩机的容积效率双 级 压 缩 机 的 容 积 效 率 ， 不 同 的 方 法 有 不 同 的容 积 效 率 的 定 义 。 双 机 双 级 压 缩 ； 单 机 双 级 压 缩 。 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所单机双级压缩的容积效率 生物系统热科学与技术研究所2、指示功率和指示效率单 位 时 间 内 实 际 循 环 所 消 耗 的 指 示 功 就 是 压 缩 机 的 指示 功 率 ， 单 位 为 kW制 冷 压 缩 机 的 指 示 效 率 是 指 压 缩 1kg工 质 所 需 的 等 熵 循环 理 论 功 与 实 际 循 环 指 示 功 之 比 生物系统热科学与技术研究所指示功率和指示效率指 示 功 率 取 决 于 压 缩 机 的 气 缸 数 、 转 速 和 每 一 循 环 的 指 示 功 。 指 示 功 率 可根 据 制 冷 压 缩 机 的 质 量 输 气 量 、 等 熵 压 缩 比 功 、 和 指 示 效 率 计 算 决 定 。 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所3、轴功率、轴效率和机械效率由 原 动 机 传 到 压 缩 机 主 轴 上 的 功 率 称 为 轴 功 率 。轴 效 率 是 等 熵 压 缩 理 论 功 率 与 轴 功 率 之 比 ， 用 它 可 以评 完 主 轴 输 入 功 率 的 利 用 完 善 程 度 ， 较 适 用 于 开 启 式压 缩 机 。机 械 效 率 是 指 示 功 率 和 轴 功 率 之 比 ， 用 它 可 以 评 定 压缩 机 摩 擦 损 耗 的 大 小 程 度 。 生物系统热科学与技术研究所轴效率衡 量 压 缩 机 轴 功 率 有 效 利 用 程 度 的 指 标 为 轴 效 率 ， 它等 于 机 械 效 率 和 指 示 效 率 的 乘 积 。 轴 效 率 在 低 压 力 比范 围 内 的 降 低 主 要 是 由 于 指 示 效 率 的 下 降 所 致 。 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 选 用 合 适 的 气 缸 间 隙 ， 对 主 轴 承 和 连 杆 进 行 优 化 设 计 ， 适 当 减 少活 塞 环 数 。 选 用 合 适 的 润 滑 油 ， 调 节 其 温 度 ， 使 润 滑 油 在 各 种 工 况 下 维 持 正常 的 粘 度 。 加 强 曲 轴 、 曲 轴 箱 等 零 件 的 刚 度 ， 合 理 提 高 其 加 工 和 装 配 精 度 ，降 低 摩 擦 表 面 的 粗 糙 度 等 。提高机械效率方式 生物系统热科学与技术研究所4、电功率和电效率 输 入 电 动 机 的 功 率 就 是 压 缩 机 所 消 耗 的 电 功 率 。电 效 率 是 等 熵 压 缩 理 论 功 率 与 电 功 率 之 比 ， 它 是 用 以评 定 利 用 电 动 机 输 入 功 率 的 完 善 程 度 。对 于 封 闭 式 制 冷 压 缩 机 ： 生物系统热科学与技术研究所电动机效率和电效率电 效 率 等 于 轴 效 率 和 电 动 机 效 率 之 乘 积 。单 相 和 三 相 的 内 置 电 动 机 在 名 义 工 况 下 ， 其 电 动 机 效率 范 围 一 般 在 0.600.95之 间 ， 对 大 功 率 电 动 机 取 上限 ， 小 功 率 电 动 机 取 下 限 。 单 相 与 三 相 比 较 ， 则 单 相电 动 机 的 较 差 。制 冷 压 缩 机 的 电 动 机 的 工 作 特 点 是 输 出 功 率 随 负 荷 、电 压 和 季 节 的 变 化 有 较 大 的 波 动 。 为 此 ， 要 求 压 缩 机在 最 大 和 最 小 功 率 工 况 范 围 内 运 行 时 ， 其 电 动 机 效 率变 化 不 大 ， 并 在 名 义 工 况 下 具 有 最 大 值 。 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所性能系数为 了 最 终 衡 量 制 冷 压 缩 机 的 动 力 经 济 性 ， 采 用 性 能 系数 COP， 它 是 在 一 定 工 况 下 制 冷 压 缩 机 的 制 冷 量 与 所消 耗 功 率 之 比 。对 于 开 启 式 压 缩 机 ， 其 性 能 系 数 为对 于 封 闭 式 压 缩 机 ， 其 性 能 系 数 为另 称 为 ： 单 位 输 入 功 率 制 冷 量 ； 能 效 比 EER 生物系统热科学与技术研究所5、压缩机的排气温度制 冷 压 缩 机 的 排 气 温 度 过 高 会 引 起 压 缩 机 的 过 热 ， 它对 压 缩 机 的 工 作 有 严 重 的 影 响 。压 缩 机 的 过 热 会 降 低 其 容 积 效 率 和 增 加 能 耗 。润 滑 油 粘 度 会 因 此 而 减 小 ， 使 轴 承 产 生 异 常 的 摩 擦 损 坏 ， 甚至 引 起 烧 瓦 事 故 。过 高 的 压 缩 机 排 气 温 度 促 使 制 冷 剂 和 润 滑 油 在 金 属 的 催 化 下出 现 热 分 解 ， 生 成 对 压 缩 机 有 害 的 游 离 碳 、 酸 类 和 水 分 。压 缩 机 的 过 热 还 会 招 致 活 塞 在 气 缸 里 被 卡 住 ， 以 及 内 置 电 动机 的 烧 毁 。制 冷 压 缩 机 的 温 度 水 平 在 很 大 程 度 上 是 影 响 其 使 用 寿 命 的 重 要 因 素 。 这 是 因 为 化 学 反 应 速 度 随 温 度 的 升 高 而 加 剧 。 生物系统热科学与技术研究所压 缩 机 的 排 气 温 度 取 决 于 压 力 比 、 吸 排 气 阻 力损 失 、 吸 气 终 了 温 度 和 多 变 压 缩 过 程 指 数 。在 低 温 制 冷 压 缩 机 中 ， 为 了 降 低 排 气 温 度 ， 还 可 采用 直 接 向 吸 气 管 喷 入 液 态 制 冷 剂 的 方 法 。在 同 样 的 蒸 发 温 度 和 冷 凝 温 度 时 ， 不 同 的 制 冷 剂 有不 同 的 排 气 温 度 。加 强 对 压 缩 机 的 冷 却 ， 削 弱 对 吸 入 制 冷 剂 的 加 热 ，以 降 低 吸 气 终 了 制 冷 剂 的 温 度 和 多 变 压 缩 过 程 指 数 ，如 ： 缩 小 排 气 腔 与 吸 气 腔 之 间 的 分 割 面 ； 气 缸 盖 上设 置 冷 却 水 套 ； 吸 气 管 外 包 以 隔 热 层 等 。 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所三、往复式制冷压缩机的运行特性曲线和运行界限制 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 随 蒸 发 温 度 的 降 低 而 降 低 随 冷 凝温 度 的 升 高 而 降 低 。 输 入 功 率 随 冷 凝 温 度 的 升 高 而 升 高 ， 随 蒸 发温 度 变 化 而 变 化 的 规 律 则 比 较 复 杂 。按 运 行 特 性 绘 制 的 曲 线 称 为 运 行 特 性 曲 线 。 每 张 运 行 曲 线 图 上 有两 组 曲 线 ， 一 组 为 输 入 功 率 ， 另 一 组 为 制 冷 量 ， 据 此 可 求 得 不 同工 况 下 的 制 冷 量 和 输 入 功 率 。 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所运行界限运 行 界 限 是 压 缩 机 运 行 时 蒸 发 温 度 和 冷 凝 温 度的 界 限 。 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所运行特性曲线的测定 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所3-4 制冷系统中压缩机的运行平衡点压 缩 机 运 行 特 性 曲 线 给 出 了 不 同 冷 凝 温 度 和 不 同 蒸 发 温 度 时 压 缩机 的 制 冷 量 和 输 入 功 率 。 在 画 出 运 行 特 性 曲 线 时 ， 认 为 蒸 发 器 、冷 凝 器 以 及 节 流 元 件 能 保 证 压 缩 机 在 规 定 的 冷 凝 温 度 和 蒸 发 温 度范 围 内 ， 以 任 意 的 冷 凝 温 度 设 定 值 和 蒸 发 温 度 设 定 值 运 行 ， 但 在制 冷 装 置 中 ， 受 蒸 发 器 、 冷 凝 器 的 结 构 、 尺 寸 及 工 作 条 件 (如 风 温 、风 速 )的 制 约 ， 冷 凝 温 度 和 蒸 发 温 度 的 并 不 能 任 意 设 定 。 例 如 ： 对于 一 台 制 冷 装 置 ， 当 用 于 冷 却 冷 凝 器 中 制 冷 剂 的 流 体 入 口 温 度 及蒸 发 器 中 被 冷 却 流 体 的 入 口 温 度 已 定 时 ， 冷 凝 温 度 和 蒸 发 温 度 即被 确 定 。 此 时 制 冷 装 置 达 到 了 运 行 的 平 衡 点 ， 其 制 冷 量 和 压 缩 机输 入 功 率 可 按 该 运 行 平 衡 点 以 及 对 应 的 冷 凝 温 度 和 蒸 发 温 度 从 压缩 机 运 行 曲 线 求 得 。制 冷 装 置 的 运 行 平 衡 点 同 时 也 是 该 装 置 中 压 缩 机 的 运 行 平 衡 点 ，该 平 衡 点 需 用 描 述 压 缩 机 、 冷 凝 器 和 蒸 发 器 的 热 力 学 特 性 的 一 组 公 式 联 立 求 解 确 定 。 生物系统热科学与技术研究所3-5 驱动机构和机体部件曲 柄 连 杆 机 构 的 作 用 是 将 曲 轴 的 旋 转 运 动 变 为 活 塞的 往 复 式 运 动 ， 实 现 压 缩 机 的 工 作 循 环 。曲 柄 滑 块 机 构 生物系统热科学与技术研究所一、活塞组活 塞 组 是 活 塞 、 活 塞 销 、 活 塞 环 等 的 总 称 。 活 塞 组 在连 杆 的 带 动 下 ， 在 气 缸 内 作 往 复 运 动 ， 在 气 阀 部 件 的配 合 下 完 成 吸 入 、 压 缩 和 输 送 气 体 的 作 用 。活 塞 筒 形 活 塞 分 顶 部 、 环 部 和 裙 部 三 部 分 。活 塞 销 活 塞 销 用 来 连 接 活 塞 和 连 杆 小 头 。活 塞 环 活 塞 环 有 气 环 和 油 环 两 种 。 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所1、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 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 筋 。为 了 减 少 余 隙 容 积 ， 活 塞 顶 部 的 形 状 应 与 气 阀 机 构 的 形 状 相 配 合 。有 时 为 了 填 塞 阀 板 上 排 气 通 道 的 容 积 ， 在 活 塞 顶 上 设 置 凸 环 ， 亦有 在 活 塞 顶 部 铣 削 出 各 种 形 状 的 浅 槽 或 凹 坑 的 结 构 ， 以 配 合 吸 气阀 片 或 凸 出 物 。活 塞 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 。 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 没 有 多 个 回 油 孔 ， 与 活 塞 内 腔 沟 通 ， 以 利 回 流 。在 侧 向 力 和 气 体 力 的 作 用 下 ， 活 塞 的 裙 部 产 生 变 形 。 为 了 变 形 后的 活 塞 裙 部 仍 能 保 持 圆 形 ， 往 往 在 铝 合 金 活 塞 的 活 塞 销 座 周 围 表 面 的 部 位 铸 成 局 部 凹 陷 或 偏 心 车 削 成 椭 圆 。 小 型 全 封 闭 式 压 缩 机的 铸 铁 活 塞 因 其 尺 寸 小 、 刚 度 大 、 热 膨 胀 小 ， 无 须 采 用 类 似 措 施 。 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所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 。与 连 杆 小 头 和 活 塞 销 座 之 间 的 配 合 方 式 ：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 加 长 ， 降 低 了 比 压 。 活 塞 销 用 优 质 碳 钢 或 合 金 钢 制 造 ，采 用 空 心 的 结 构 。 生物系统热科学与技术研究所3、活塞环气 环 的 作 用 是 密 封 气 缸 的 工 作 容 积 ， 防 止 压 缩 气 体 通过 气 缸 壁 与 活 塞 表 面 之 间 的 间 隙 泄 漏 到 曲 轴 箱 中 。油 环 的 作 用 是 刮 下 附 着 于 气 缸 壁 上 多 余 的 润 滑 油 ， 并使 壁 面 上 油 膜 分 布 均 匀 。 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所二、连杆组连 杆 组 部 件 由 小 头 衬 套 、 连 杆 体 、 大 头 轴 瓦 、 连 杆 螺 栓 、 大 头 盖 、螺 母 及 开 口 销 等 组 成 。 连 杆 的 作 用 是 将 活 塞 与 曲 轴 连 接 起 来 ， 将 曲 轴 的 旋 转 运 动 变 为 活 塞的 往 复 运 动 。连 杆 与 曲 轴 相 连 的 一 端 称 连 杆 大 头 ， 作 旋 转 运 动 ； 另 一 端 通 过 活 塞销 与 活 塞 相 连 的 部 分 ， 称 为 连 杆 小 头 ， 作 往 复 运 动 ； 大 头 与 小 头 之间 称 为 连 杆 体 ， 作 往 复 与 摆 动 的 复 合 运 动 。连 杆 大 头 有 剖 分 式 和 整 体 式 两 种 。 前 者 可 用 于 行 程 较 长 的 制 冷 压缩 机 ， 有 平 切 口 和 斜 切 口 ， 平 切 口 易 于 加 工 ， 且 连 杆 不 受 剪 切 作用 ， 但 大 头 横 向 尺 寸 大 ； 后 者 结 构 简 单 ， 便 于 安 装 。连 杆 小 头 一 般 为 整 体 式 圆 环 形 结 构 。连 杆 体 的 截 面 形 状 有 工 字 形 、 圆 形 等 。 有 些 连 杆 体 中 间 钻 有 油 孔 ， 以 便 使 润 滑 油 能 由 大 头 通 过 油 孔 送 到 小 头 ， 润 滑 小 头 轴 承 。 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所三、曲轴曲 轴 是 压 缩 机 的 重 要 部 件 之 一 ， 压 缩 机 的 全 部 功 率 都通 过 曲 轴 输 入 。 曲 轴 受 力 情 况 复 杂 ， 要 求 有 足 够 的 强度 、 刚 度 和 耐 磨 性 。在 中 小 型 制 冷 压 缩 机 中 ， 最 为 常 见 的 是 曲 柄 轴 、 曲 拐轴 和 偏 心 轴 两 种 类 型 。曲 柄 轴 。 它 由 主 轴 颈 、 曲 柄 和 曲 柄 销 （ 又 称 连 杆 轴 颈 ） 三 部分 组 成 。 承 载 较 小 ， 用 于 功 率 小 的 场 合 。曲 拐 轴 简 称 曲 轴 。 具 有 曲 拐 ， 可 用 于 较 大 行 程 。偏 心 轴 结 构 多 用 于 小 型 全 封 闭 或 半 封 闭 式 压 缩 机 中 。 连 杆 大头 采 用 整 体 式 ， 装 在 偏 心 轮 上 ， 轴 的 一 端 作 为 电 动 机 的 主 轴 ，主 轴 承 和 连 杆 都 采 用 滑 动 轴 承 ， 润 滑 油 从 轴 上 的 油 孔 进 入 连 杆 轴 承 。曲 轴 除 了 起 传 递 动 力 的 作 用 外 ， 通 常 还 起 输 送 润 滑 油的 作 用 。 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所曲柄 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所曲柄滑块机构(滑管式和滑槽式）滑 管 式 压 缩 机 广 泛 用 于 各 种 家 用 制 冷 设 备 (如 冰 箱 )中 ， 其 优 点 是结 构 简 单 ， 尺 寸 紧 凑 ， 但 不 能 承 受 大 的 载 荷 。 近 年 来 ， 十 字 型 布置 的 滑 槽 式 驱 动 机 构 获 得 人 们 的 重 视 ， 且 有 扩 展 到 制 冷 压 缩 机 领域 以 外 延 伸 到 高 压 无 油 润 滑 压 缩 机 之 趋 势 。 生物系统热科学与技术研究所二、滑管式驱动机构常 见 于 小 型 全 封 闭 制 冷 压 缩 机 。 驱 动 机 构 中 无 连 杆 ， 曲 轴 为 曲 柄轴 。 其 结 构 十 分 简 单 、 紧 凑 ， 对 于 加 工 和 装 配 是 十 分 有 利 的 。曲 轴 旋 转 时 ， 曲 柄 销 带 动 滑 块 作 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 轴 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 作 垂 自 方 向 的 体 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 。 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所受力分析主 轴 颈 中 心 应 当 移 动 ， 但 移 动 距 离 应 适 当 。 生物系统热科学与技术研究所三、滑槽式驱动机构一 种 无 连 杆 的 往 复 式 压 缩 机 驱 动 机 构 。 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 的 滑 块 表 面 也 是 平 面 ，而 非 滑 管 式 中 的 圆 柱 表 面 。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 联 结 在 一 起 只 能 在 活 塞 中 心 线 的 力 向运 动 ， 从 而 限 止 滑 块 只 能 作 垂 直 方 向 和 水 平 方 向 的 运动 而 不 能 转 功 ， 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 。 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所四、斜盘式驱动机构斜 盘 式 制 冷 压 缩 机 的 活 塞 由 一 固 定 在 主 轴 上 的 斜 盘 驱动 ， 固 定 在 主 轴 上 的 斜 盘 旋 转 时 ， 推 动 活 塞 ， 使 其 作往 复 运 动 。斜 盘 式 压 缩 机 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 。斜 盘 式 制 冷 压 缩 机 结 构 紧 凑 ， 重 量 轻 ， 转 速 范 围 宽 ，能 适 应 于 高 环 境 温 度 下 运 行 ， 产 生 的 往 复 惯 性 力 自 动平 衡 ， 被 广 泛 用 于 汽 车 空 调 系 统 中 。 由 于 汽 车 运 行 中转 速 的 变 化 ， 使 压 缩 机 的 制 冷 剂 流 量 也 随 之 发 生 相 应的 变 化 ， 因 而 在 制 冷 系 统 中 装 有 吸 气 节 流 阀 和 电 磁 旁通 阀 ， 达 到 控 制 流 量 和 稳 定 吸 气 压 力 的 目 的 。 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所压缩机的气缸布置方式压 缩 机 的 工 作 条 件 下 同 ， 因 而 产 生 了 各 种 不 同 的 压 缩机 气 缸 布 置 方 式 。每 种 布 置 方 式 有 其 合 理 的 应 用 场 合 。 按 气 缸 所 处 的 位置 可 将 其 布 置 方 式 分 ：卧 式 和 立 式 。角 度 式 。十 字 形 。 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所机体、气缸套和机壳机 体 是 支 承 压 缩 机 全 部 质 量 并 保 证 各 零 部 件 之 间 有 正确 的 相 对 位 置 的 部 件 。机 体 包 括 气 缸 体 和 曲 轴 箱 两 个 部 分 。 安 装 气 缸 套 的 部 位 称 为气 缸 体 ， 安 装 曲 轴 的 部 位 称 曲 轴 箱 。 装 在 机 体 上 的 还 有 气 缸盖 、 轴 承 座 等 零 部 件 。 机 体 是 整 个 压 缩 机 的 支 架 ， 因 而 要 求其 有 足 够 的 强 度 和 刚 性 。机 体 的 结 构 型 式 很 多 ， 有 的 带 气 缸 套 ， 有 的 气 缸 是 直 接 在 机体 上 加 工 而 成 。高 速 多 缸 压 缩 机 的 机 体 常 采 用 气 缸 体 和 气 缸 套 分 开 的结 构 型 式 。 这 种 结 构 型 式 的 机 体 刚 性 好 、 结 合 面 少 、结 构 简 单 ， 气 缸 套 和 机 体 可 分 别 采 用 不 同 的 材 料 ， 对气 缸 体 的 要 求 低 ， 所 以 为 国 内 外 高 速 多 缸 的 压 缩 机 广泛 采 用 。 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所气缸套气 缸 套 采 用 优 质 耐 磨 铸 铁 铸 造 ， 也 可 对 工 作 面 进 行 多 孔性 镀 铬 和 离 子 氮 化 处 理 ， 以 提 高 使 用 寿 命 。 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所全封闭压缩机的机壳 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所轴封装置轴 封 装 置 是 开 启 式 压 缩 机 的 重 要 部 件 之 一 。作 用 是 防 止 曲 轴 箱 内 的 制 冷 剂 通 过 曲 轴 伸 出 端 向 外 泄 漏 ， 或者 压 缩 机 在 真 空 下 运 行 时 ， 不 致 使 外 界 空 气 通 过 曲 轴 伸 出 端向 曲 轴 箱 内 渗 透 。密 封 原 理 ： 依 靠 密 封 材 料 、 曲 轴 和 机 体 构 成 的 三 个 密 封 面 。轴 封 装 置 主 要 有 波 纹 管 式 和 摩 擦 环 式 两 种 。 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 生物系统热科学与技术研究所 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