活塞式制冷压缩机的工作原理及结构

活塞式制冷压缩机的工作原理及结构

第一节

活塞式制冷压缩机工作原理

1、活塞压缩机的分类

按使用的制冷剂来分，有氨压缩机和氟利昂压缩机两种。

按压缩级数来分，有单级压缩和双级压缩两种。

按汽缸中心线的位置分，有直立式、V型、W型和S（扇）型。

按压缩机的总体结构来分，有开启式、半封闭式、全封闭式三种。

2、活塞式压缩机的工作过程

1)理想工作过程

在分析活塞式压缩机的工作过程中，可以先把实际过程简化成理想过程。简化时假定：

a.压缩机没有余隙容积；

b.吸、排气过程没有容积损失；

c.压缩过程是理想的绝热过程；

d.无泄漏损失。

这样，压缩机的理想工作过程

可用图2-1所示的P—V图来表示。纵坐标表示压力P，横坐标表示活塞在汽缸中移动时形成的容积V。

在图中，4→1表示吸气过程，活塞从上止点开始向右移动，排气阀（片）关闭，吸气阀（片）打开，在压力P1下吸入制冷剂气；1→2表示压缩过程，活塞从下止点向左移动，制冷剂从压力P1绝热压缩到P2，此过程吸、排气阀均关闭；2→3表示排气过程，活塞左行至2位置时排气阀打开，活塞继续左行，在压力P2下把制冷剂排出汽缸。由于假设没有余隙容积，活塞运行到3点时制冷剂全部排出。当活塞再次向右移动时进行下一次的吸气过程。

2)实际工作过程

压缩机的实际工作过程与理想工作过程有很大不同。实际过程存在余隙容积；吸排气阀有阻力，工作时存在压力损失；汽缸壁与制冷剂之间有热交换，非绝热过程；有漏气损失。

a.余隙容积的影响（容积系数λV）

余隙：活塞运动到上止点位置时，活塞顶与阀座

之间保持一定的间隙，称为余隙，余隙所形成的容积称为余隙容积。造成余隙的主要原因是：防止曲柄连杆机构受热延伸时不至于使活塞撞击阀座而引起机器损坏；排气阀的通道占据一定的空间；运动部件的磨损使零件配合间隙变大；活塞环与阀盖之间的环型空间。

余隙容积的存在，在排气过程结束时不能将汽缸内的气体全部排净，有一部分高压气体残留在余隙容积内，这样在下一次吸气开始前，这一部分气体首先膨胀减压，在压力降低到低于吸气压力才能开始吸气。所以，由于余隙容积内的气体膨胀，占据了部分工作容积，使吸气量减少，称为余隙损失。压比越大使，余隙损失越大。

b.吸排气阀（片）阻力的影响(压力系数λP)

由于阀门（片）开启时必须克服阀片的惯性力和压在阀片上的弹簧力，以及气体通过阀门的流动阻力，使得实际吸气压力低于P1，产生节流损失；而排气压力高于P2，这使得余隙损失增大。汽缸内部压比大于外部压比。

c. 汽缸壁与制冷剂的热交换影响(温度系数λT)

吸气时低温气体吸收被排气加热了的汽缸的热量，体积膨胀，压缩机吸气量减少，称为预热损失。

d.压缩机泄漏损失的影响（气密系数λg）

压缩机运行时，由于密封不严和磨损会造成漏气损失，它常发生在活塞环和汽缸壁之间的不密封处，使得气体从高压腔向低压腔泄漏。此外，吸、排气阀片关闭不严或关闭滞后，也会造成汽缸内气体泄漏。这部分损失叫作泄漏损失。

由于这些实际因素的影响，压缩机的实际输气量总是小于理论输气量实际耗功总是大于理想过程的耗功。而影响这些因素最大的外界条件就是压缩比，即冷凝压力和蒸发压力的差值。

第二节活塞式制冷压缩机的结构

1、我国系列活塞制冷压缩机的特点

高速：转速在960～1450r/min；

多缸：开启式压缩机通常有2、4、6、8个汽缸。

多缸结构使压缩机布置紧凑，动平衡性能好，还可以通过使一部分汽缸空载运转达到调节制冷量的目的。

三种制冷剂通用：新系列大缸径如100、125、

170系列压缩机对R717、R12、R22三种制冷剂都可以使用，只须更换部分零部件，如安全阀、气阀弹簧、轴封、胶圈等。

2、总体结构

压缩机一般须具备以下几部分：

a.运动部分：包括曲轴、连杆、活塞等。

b.配气部分：包括吸、排气阀，吸、排气通道等。

c.密封部分:包括活塞环、轴封、垫片、填料等。

d.润滑部分：包括油泵、滤油器、油压调节阀等。

e.安全部分：假盖、假盖弹簧、安全阀、高压保护继电器、油压保护继电器等。

f.能量调节部分：卸载机构。

3、压缩机主要零部件结构

主要介绍开启式压缩机的主要零部件结构。

（1）机体：机体就是压缩机的机身，它由汽缸体、曲轴箱、汽缸盖等组成。

吸气腔就是汽缸体的内腔，吸入气体通过吸气腔时可以冷却汽缸套，散热条件好。排气腔在汽缸体上端，吸、排气腔之间有隔板分开。对于单机双级压缩机，高、低压级的吸、排气腔之间都有隔板分开。汽缸盖对汽缸上部起着密封作用，它和机体、假盖一起形成了高压蒸气的排气腔。在拆卸汽缸盖时，应防止假盖弹簧将汽缸盖弹出砸伤人。汽缸盖螺栓中有两个长螺栓，在拆卸时先松开短螺栓，再松长螺栓，慢慢释放弹簧的弹力。

汽缸体下部是曲轴箱，内装曲轴和冷冻油以及粗油过滤器，曲轴箱与低压级吸气腔相通。曲轴箱两侧有手孔，方便拆装连杆。机体前后端开有两个轴承座孔，安装前后轴承座。

（2）汽阀缸套部件

大中型压缩机的汽缸工作镜面不是和机体铸在一起，另配有可单独装配的汽缸套，这样做有

以下几点好处：

a、汽缸套耗材少，可以采用优质材料或表面镀铬，来提高汽缸镜面的耐磨性；

b、如汽缸镜面磨损到超过允许范围，只要更换汽缸套，节省修理费用，又简单省时；

c、可以简化汽缸体、曲轴箱结构，便于铸造。

汽阀是控制汽缸中依次进行压缩、排气、膨胀、吸气的控制机构。其性能的好坏直接影响压缩机的制冷量、功耗和运转的可靠性。

目前活塞压缩机多数采用环状阀，如图2-3所示为环状阀的结构。它是由阀座、阀片、升程限制器、汽阀弹簧等组成。它的开启和关闭主要靠阀片两侧的压力差来实现，因此，这种阀又称为自动阀。

汽阀按其作用不同，分为排气阀和吸气阀。排气阀的阀座分为内、外阀座两部分。外阀座用螺钉与汽缸套一起固定在机体上，而内阀座用螺钉和假盖固定在一起。排气阀的两条密封线分别做在内、外阀座上，排气阀片上压有数个阀片弹簧，它的升程限制器就是假盖。吸气阀的阀座是做在汽缸套的凸缘上形成的两圈凸出宽度为1.5mm左右的密封面，又称阀线。阀线之间有一环形凹槽，槽中有均布的吸气孔与吸气腔相通。吸气阀片也压有阀片弹簧。排气外阀座的下端面就是吸气阀的升程限制器。

因为吸、排气压力不同，吸、排气阀片弹簧的弹力也不同，装配时应注意区分。阀片弹簧程锥形，大头装到弹簧座中，应旋转安装。

假盖被假盖弹簧.紧紧压在排气阀座上。作用是：当汽缸内产生液击（液体制冷剂或润滑油大量吸入汽缸时，由于液体的不可压缩，活塞的运动使液体产生巨大的冲击力）时，假盖被汽缸内的压力顶起，打开一条额外的通道，让汽缸内液体迅速排出，避免事故，起到安全阀的作用。活塞压缩机最大的安全隐患就是回液（潮车），操作时应尽量避免。

汽缸套内腔是气体在其内压缩、膨胀的部位，对活塞起导向作用，直接承受气体压力和活塞的侧压力，是压缩机最重要的摩擦面之一，其内径尺寸及椭圆度超过规定尺寸就需要更换。汽缸套通过螺钉或定位销固定在机体上，可以通过汽缸垫片的厚度来调整活塞上死点间隙（余隙）。

因为汽缸体内腔（缸套外侧）与曲轴箱相通，安装高压级汽缸时，机体与缸套之间应加胶圈密封。

（3）活塞部件

活塞在汽缸内往复运动，压缩由汽缸、阀片等组成的封闭容积内的气体。为减少往复运动的惯性力，活塞常用铝合金制成，并做成中空形式。它由顶部、环部、裙部和销座四部分组成。活塞顶部呈凹形（与假盖凸起相配合），上面有起吊螺孔。它承受蒸汽压力。环部开有环槽，在其中放置汽环和油环，油环槽的内壁圆周上开有很多回油孔，油环从汽缸壁上刮下的润滑油可通过它流回曲轴箱。裙部略粗，在汽缸中起导向作用并承受侧压力。活塞销座位于裙部，装配活塞销使活塞与连杆小头相连。

活塞环分为汽环和油环两种。汽环的作用是密封蒸汽，减少汽缸内的高压气体通过活塞与汽缸的间隙泄漏到曲轴箱中。油环的作用是将汽缸内壁的油刮下流回曲轴箱。为保证活塞环在汽缸中有足够的弹力，在自由状态时，它的直径比汽缸直径大。在压入环槽并进入汽缸后，锁口间隙及其与环槽的轴向间隙有严格要求，过大或过小都会影响压缩机的正常工作，必须更换。

活塞销是活塞与连杆小头的连接体。当活塞往复运动时，它在活塞销座和连杆小头衬套中相