第4-5讲 往复式制冷压缩机(2课时)

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理论输气量和等熵比功计算
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2.4 往复式制冷压缩机的实际循环


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。 由于吸气阀的弹簧力，气体被延迟吸入气缸。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体进行热交换，使吸气终止时 缸内气体压力降低而温度则上升。 在压缩过程中，缸内气体与所接触壁面进行热交换：气体 放热→吸热，非等熵压缩。 排气过程中，气体需克服流动阻力，实际排气压力偏大。 气缸内部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。 实际进入压缩机为润滑油和制冷剂，并非纯粹的干蒸气。
2.2 工作原理
往复式制冷压缩机的工作循环分为 四个过程（图2-2）。
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2.3 单级往复式制冷压缩机的理论循环
排除了在实际循环过程中不可避免的容积损失 、质量损失和其他各类不可逆损失。 衡量压缩机最主要性能的两个指标：输气量和 功耗，总是要求以最小的功率输入获取更多的输气 量。一定工况下的输气量大小与其制冷量大小直接 相关。 理论输气量和压缩机等熵比功的计算： 见书P15 式（2-3），（2-5）
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2.9.1 往复式制冷压缩机的噪声
噪声源 大体分为三类：机械噪声、流体噪声和电磁噪声。 机械噪声：⑴ 相对运动零件之间的间隙产生的撞击； ⑵ 机体、管路、支承件振动发出的声音； ⑶ 阀片撞击升程限制器和阀座时产生的噪声。 流体噪声： 起因于吸排气时气体的压力脉动、气体流经电动机 时产生的噪声以及气体在壳体内振荡引起的共鸣声。


电磁噪声：内置电动机运转时发出的电磁声。 上述噪声通过机壳向外传布。
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2.10 安全保护
对压缩机采取的保护措施可分为四类： 防止液击：假盖；油加热器；气液分离器。 压力保护：吸排气压力的控制，安全阀，安全膜； 润滑油压差控制器。 内置电动机的保护：过热保护（继电器）；缺相保 护（缺相时无法起动或过载，设过载继电器）；相 间不平衡（设置过载继电器）。 温度保护：排气温度过高保护（温控器感应，过高 时切断电路，若为热气旁通引起，则不宜停机，应 采用喷液冷却）；机壳温度过热保护（机壳上安装 温度保护器，过高时压缩机停机）。
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2.7 封闭式制冷压缩机的内置电动机
封闭式压缩机的电动机在机壳内，取消 了开启式压缩机的轴封装置，故为内置电动 机。全封闭式压缩机的电动机转子直接压入 曲轴，定子铁芯用螺栓固定在机体上，半封 闭式压缩机的定子压入机体内固定。 封闭式压缩机的内置电动机的工作条件 与一般电动机不同，因而须满足以下要求： 电动机材料应有良好的耐制冷剂性、耐油性 和耐热性。 对压缩机负荷变化应有良好的适应性。 耐振动冲击。 防止绕组温度过高，设置过载保护器。
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（1） 滑管式驱动机构

常见于小型全封闭式制冷压缩机。无连杆，曲轴为 曲柄轴。图2-43，2-44.
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（2） 滑槽式驱动机构
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也是一种无连杆的往复式压缩 机驱动机构，图2-46. 当曲轴转动时，曲柄销带 动滑块运动，因为止转框架与 活塞刚性连接，只能在活塞中 心线的方向运动，从而限制滑 块只能作垂直方向和水平方向 的运动而不是转动，曲轴旋转 使活塞往复运动，完成压缩机 的工作循环。
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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、指示功率、轴功率和电功率。 对应的效率有指示效率、 机械效率、轴效率（开启式） 、电动机效率和电效率（封闭式）。
性能系数COP为制冷量和输入功率之比。 对开启式，COP为制冷量和轴功率之比。 对封闭式，COP为制冷量和电功率之比。封闭式 压缩机的性能系数COP也可称为能效比EER。
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连杆小头用活塞销与活塞联接
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（3） 曲轴
三种基本形式：曲柄轴（a）、 偏心轴（b，c）和曲拐轴（d） ，如图2-40. 曲柄轴只适于功率小的压缩机。 偏心轴用于小型压缩机。 曲拐轴用于较大行程的压缩机。 曲轴因承受大的脉动载荷，要求 有良好的抗疲劳载荷能力。
2.8 润滑系统和润滑油
润滑油在制冷压缩机中的作用：⑴ 减少摩擦；
⑵ 带走摩擦产生的热量和磨屑；⑶ 密封。
制冷压缩机的润滑方式分两大类：
飞溅润滑和压力润滑；后者按供油方式有油泵供 油和离心供油两种，视所需油压和油量而定。 ⑴ 飞溅润滑：通过连杆大头（或连杆大头上的 溅油杆）与曲轴箱中的润滑油周期接触，使油飞溅并 沾在各零件表面，再进入摩擦副进行润滑。润滑系统 结构简单，容易加工。但其供油量难以控制，对摩擦 表面的冷却效果差，只能用于小型压缩机。

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2.5 往复式制冷压缩机的驱动机构和机体部件
2.5.1 曲柄-连杆机构 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。包含的部件为：活塞组、连 杆和曲轴。 （1） 活塞组 要求在尽量减小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。 活塞组与气阀、气缸壁围成的余隙容积尽可能地 小。 筒形活塞由顶部、环部、裙部与活塞销座四个部 分组成。
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压缩机的实际输气量

影响单级压缩机容积效率的因素
容积效率为容积系数（反映余隙容积 的影响）、压力系数（反映吸气终了气缸 压力降的影响）、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）和 泄漏系数（气体泄漏的影响）的乘积。
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2.6.2

阀片的运动


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（对升程限制 器和阀座的撞击）。 阀片“颤抖”。它是一种不正常的阀片运动。当阀片开启 后，气缸内气体压力略降。若这时弹簧力过大，阀片会 被迫反向运动，使缸内气体压力回升，阀片再次被向上 托起。即活塞从一个止点向另一个止点运动过程中，阀 片往复多次，最后在活塞到达止点位置时才落座关闭。 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 ，直到活塞反向运动了一段时间后才落到阀座上。如果 阀片运动出现了“延迟关闭”，气体将在活塞反向运动时 从排气腔倒流入气缸，降低了输气量和能效比，并容易 导致阀片的破坏。
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⑵ 压力润滑
对于大、中型制冷压缩机，因其载荷大，需 要充分的润滑油润滑各摩擦副并带走热量，所 以采用压力润滑。 油泵供油润滑系统：广泛配置内啮合转子油 泵，加工容易，精度高，寿命长，价格低，但 油压波动较大，只宜在高转速压缩机中使用。 离心供油润滑系统：常见于封闭式压缩机 。离心供油结构简单，工作可靠，但供油量和 供油压力均较小，不宜用于负载较大的压缩机 中。
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第二节
2.1 基本结构 （见图2-1）
往复式制冷压缩机
压缩机机体由气缸体2 和曲轴箱3组成，气缸顶部 装有吸气阀9和排气阀8， 通过吸气腔10和排气腔7分 别与吸气管11和排气管6相 连。
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2.6.1 对气阀的要求
气阀工作好坏影响压缩机运转的经济性和可 靠性。为此对气阀提出最基本的要求： 气体流过气阀的阻力小。约占指示功的10～20%. 使用寿命长。阀片和弹簧为易损件。使用寿命与 转速也有关系。 气阀形成的余隙容积小。 气阀关闭时有良好的气密性。 结构简单，制造方便，易于维修，零件的标准化 、通用化程度高。
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筒形活塞组
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（2） 连杆

按其大头结构分为剖分式连杆和整体式连杆两种。连 杆大头镶有薄壁轴瓦，为了提高其耐磨性，轴瓦上有 一层耐磨合金。连杆小头用活塞销与活塞联接。
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2.5.3 斜盘式驱动机构

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斜盘式驱动机构广泛地用于汽车空调。固定在主 轴上的斜盘旋转时推动活塞，使其作往复运动。 它取消了传统的曲柄-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。
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2.5.2 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），其优点是结构简单 、尺寸紧凑，但不能承受大的载荷。
近年来，按十字形布置的滑槽式驱动
机构获得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 机的趋势。
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2.9 往复式制冷压缩机的振动和噪声
往复式制冷压缩机的振动主要起因是压缩机曲
柄-连杆机构运动时形成的惯性力。由于气流脉 动引起的管系振动，也受到关注。 往复式压缩机的噪声包括机械噪声、流体噪声 和电磁噪声，对不同的噪声源应采取不同的降 低噪声的措施。 减振措施： ⑴ 设置平衡块以平衡惯性力和惯性力矩； ⑵ 土壤减振法； ⑶ 其它减振方法，见图2-116
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2.5.4

往复式制冷压缩机的气缸布置方式
按气缸所处的位置，可将布置方式分为三类：卧式和立 式、角度式和十字形。图2-53，2-54 ，2-55
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2.6

气阀
往复式制冷压缩机的气阀是受阀片两侧气体压力差 控制而自行启闭的自动阀，它主要由阀座、阀片、 气阀弹簧和升程限制器组成。图2-66
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2.8.1 润滑油
润滑油的品质
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评价品质的因素主要有：粘度、与制 冷剂的相溶性、低温下的流动特性、酸值、 闪点、化学稳定性、与材料的相容性、含水 量、含机械杂质量，以及电击穿强度。
润滑油的品种及选用：
⑴ 矿物油或合成烃型的冷冻机油； ⑵ 酯类油和聚醚油；
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《能源与动力装置基础——往复式制冷压缩机》
开启式制冷压缩机结构
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半封闭式制冷压缩机结构
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全封闭式制冷压缩机结构
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