往复式压缩机原理及结构.pdf

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1、绪 论 绪绪 论论 本课程将系统地介绍往复式压缩机 的工作原理 结构 受力分析等各 方面的知识 使同学们充分了解往 复式压缩机的特点 在教材的基础 之上进一步加深同学们对压缩机的 认识和了解 对将来走向工作岗位 打下比较坚实的基础 当然 实践 对于认识压缩机结构 设计优化的 帮助是不能否认的 同学们只有将 所学理论与实践结合起来才能收到 良好的效果 教学大纲 总总 论论 第一章第一章 第二章第二章 第三章第三章 第四章第四章 第五章第五章 实实 验验 发展历程 总总 论论 压缩机的发展历程 从世界范围内看压缩机的发展历程和概况 压缩机的发展 历史悠久 具有丰富的设计 研究 制造和运行的经验 至

2、今 在各个领域中依然被广泛采用 发展着 在其种类的多样性方 面 活塞式以外的各类压缩机机型 如离心式 螺杆式 滚动 转子式和涡旋式等均被有效地开发和利用 并各具特色 压缩机分类 压缩机 容机型 速度型 空气压缩机及 化工流程压缩机 往复式回转式离心式 轴流式 往复式压缩机的优缺点 优点 优点 适应较广泛的压力范围 热效率高 单位耗电量少 加工方便 对材料要求低 造价低廉 生产 使用 设计 制造技术成熟 装置系统较简单 缺点 缺点 转速受到限制 结构复杂 易损件多 维修工作量大 运转时有震动 输气不连续 气体压力有波动 第一章 热力过程 理论循环与实际循环之间的差别差别 实际循环的压缩机的性能指

3、标 制冷压缩机指标 空气压缩机指标 一些重要概念 输气系数 压缩机功率 效率 运行特性曲线 排气温度 练习题 练习园地 第二章第二章 活塞式制冷压缩机动力学活塞式制冷压缩机动力学 曲柄连杆机构的受力分析曲柄连杆机构的受力分析 曲柄连杆机构的惯性力 连杆惯性力的质量代替系统 往复惯性力 旋转惯性力 气体压力的作用力 气体力 摩擦力 往复式压缩机的动力平衡往复式压缩机的动力平衡 曲柄连杆结构的受力分析 单缸制冷压缩机的平衡 多缸制冷压缩机的平衡 第二章 练习园地 1 连杆惯性力代替系统应满足条件 答案 2 平衡块安装方法 答案 3 多缸压缩机平衡方法 答案 4 曲柄连杆机构受哪些力 答案 第三章

4、活塞式制冷压缩机 的总体结构 第三章 活塞式制冷压缩机 的总体结构 制冷压缩机的主要结构参数制冷压缩机的主要结构参数 活塞平均速度活塞平均速度 活塞行程缸径比活塞行程缸径比 曲柄转速曲柄转速 气缸数气缸数 气缸中心距气缸中心距 曲轴半径连杆长度的比曲轴半径连杆长度的比 制冷压缩机的基本要求制冷压缩机的基本要求 动力经济性方面的要求动力经济性方面的要求 质量和外形尺寸方面的要求质量和外形尺寸方面的要求 可靠性和耐久性方面的要求可靠性和耐久性方面的要求 结构工艺性方面的要求结构工艺性方面的要求 压缩机噪声方面的要求压缩机噪声方面的要求 内置电动机方面的要求内置电动机方面的要求 制冷压缩机的主要结构

5、图制冷压缩机的主要结构图 制冷压缩机的总体结构制冷压缩机的总体结构 开启式压缩机开启式压缩机 半封闭式压缩机半封闭式压缩机 全封闭式压缩机全封闭式压缩机 第三章 总体结构 练习园地 1 影响活塞平均速度因素 答 案 2 影响活塞行程缸径比因素 答 案 3 影响曲轴转速因素 答案 4 发生噪声声源有哪些 答案 求 答案5 内置电动机要 机特点 答案 6 开启式 半封闭和全封闭压缩 7 对活塞要求 答案 8 曲轴结构形式 答案 求 答案9 气阀要 10 轴封结构 答案 一台制冷压缩机在其理论排气量已确定而要进 行结构设计时 必须确定一些影响压缩机结构和 性能的重要综合参数 活塞平均速度活塞平均速度

6、 动零件 的高速性 活塞平均速度的表达式为 p sn 30 式中 s 活塞行程 单位为 m 转速 单位为 r min 写为 qvt 1 414i D D p 1000 i 确定的情况下 p 愈大 则压缩机的气缸直 压缩机的机械摩擦和零件的磨损均增加 机械效率和 活塞平均速度 p 单位为 m s 是压缩机的最重 要的结构参数之一 它直接反映了往复运 n 压缩机 按此把压缩机的理论排量改 这个表达式说明 在 qvt和 径愈小 因此 在保证压缩机运转可靠性 耐久性和合理的 动力经济指标前提下 提高 p值对缩小压缩机的尺寸具有重 要意义 这是设计人员努力追求的目的 但是 提高 p的值 机器的寿命下降

7、p也决定着工质在压缩机流通截面处的流 动速度 p大时 吸排气阀处的流动阻力损失增大 这样 降低了压力系数 p 增加了功率消耗 此外 p值也决定 着压缩机的往复惯性力载荷和由此而引起的零件应力和应变 的大小 在几何尺寸和材料相同的情况下 它们是和 p的平 方成正比的 因而 影响到压缩机的强度和刚度 也影响到 压缩机的动力平衡性 活塞行程缸径比活塞行程缸径比 度刚度 热力过程等很多方面都有影响 的结构参数 活塞行程缸径比 S D 是一个对压缩机摩擦功率 零件磨 损 尺寸重量 强 对活塞平均速度的影响对活塞平均速度的影响 i 1 3 提高压缩机转速的 同时又要限制 p值 是有效的措施 p 0 009

8、228 qvt n 2 3 由此可见 在Vth i和n不变的条件下 减小 的 值 则可以把 p值降低下来 这对于在 对压缩机重量和外形尺寸的影响对压缩机重量和外形尺寸的影响 由Vth的表达 当qvt i和n一定的情况下 D 反比于 的 1 3 次方 S 正比于 的 2 3 次方 减小 值可使 S 值有较大的缩小 而 D 值则有较小的增长 这样 对于立式压缩机则可使整 机高度得到压缩 而纵向和横向尺寸有不大的扩展 对于 角度式压缩机 压缩机的纵向长度一般取决于曲轴的设计 故而 D 值的增大 对其纵向长度实际上是没有多大的影响 但 S 值的减小 却使其高度降低和横向尺寸减小 压缩机 的 式经变换后

9、可得 D 0 227 qvt i n 1 3 S D 0 227 qvt in 1 3 重量亦由此有所减轻 对气阀流动阻力的影响对气阀流动阻力的影响 值的降低导致 p值的下降 气阀流通面积因 D 增大而相 应增大 这样 有利于工质在气阀中流速的降低 减少了 流动阻力 对曲轴设计的影响对曲轴设计的影响 采用较小的 值 有利于缩短活塞行程和增大气缸直径导 致曲柄半径的缩短和曲柄销直径的增大 因而 在曲拐轴 中便有可能增加主轴颈和曲柄销的重合度 大大提高了曲 柄的强度和刚度 在偏心轴中 缩小偏心距离就可以减小 偏心轮的直径 降低了偏心轮上的圆周速度 有利于改善 轴承摩损 提高机械效率 减轻不平衡质量

10、 缩小连杆大 头直径 使机器尺寸紧凑 在全封闭式压缩机设计中有十 分重要的意义 对相对余隙容积的影响对相对余隙容积的影响 值的减小而引起 S 的缩短将会引起气缸相对余隙容积的 增大 降低压缩机的输气系数 这在低温工况下尤为明显 缩机的性能 近来 出现 值增大至 1 的产品 如丹麦 SABROE 公司的 SMC108L 型和我国上海制冷机厂的 ES10 型 曲柄转速曲柄转速 若是气缸中的直线余隙数值受到限制而维持不变 则由于 通过以上分析 可见随着气缸采用角度式布置和压缩机转 速提高的需要 选用较小的 值是合适的 现代的中小型 多缸高速制冷压缩机的 值一般在 0 7 0 8 的范围内 但是 对数

11、气系数不良影响 为改进压 当压缩机qvt i和n不变时 提高转速可以减小整机的 重量和尺寸但 p还是要上升 若为了限制 p的增长而降低 则 S 的缩小程度要比 D 的缩小大得多 这样 机器高 度得到压缩 此外 高转速机器可配用转速较高的电动机 其价格较便宜 重量也轻 座的冲击次数愈多 冲击力也愈大 故不论从气阀疲劳损坏和磨损来看 都会缩短气阀 特别 是阀片的使用寿命 热交换面积 不利于热量散发 容易使机器工作温度升高 如果没有相 应的冷却措施 甚至会引起压缩机过热 压缩机中 国外已经开 始采用变频装置来提高电源效率 以达到扩大压缩机的转 速范围和进行能量调剂的目的 更多 转速提高后对气阀的工作

12、寿命带来不利影响 转速愈高 阀片对升程限制器和阀 压缩机因转速的提高而缩小了尺寸 减小了 提高转速是促进压缩机小型化的一种有效措施 为此 即 使在已使用二级电动机的全封闭式 一 开启式压缩机一 开启式压缩机 压缩机的曲轴的一端伸出机体 在伸出处用封闭件使轴端和 机体间保持封闭 这种结构形式的压缩机称为开启式压缩 机 开启式压缩机制冷压缩机的一般特点在于 原动机独立于制冷系统之外 与制冷系统中的制冷剂和润 滑剂脱离接触 这样原动机的损坏 维修 更换对制冷系统 没有任何影响 对驱动氟里昂制冷压缩机的电动机不需耐氟 的要求 驱动电动机的冷却剂与制冷系统无关 压缩机缸盖和气缸 体充分暴露在外 使吸入制

13、冷剂蒸气的过热度减少 在无电力供应的场合 可由发动机来驱动运转 如冷藏车 客车空调 可用于燃气机驱动的热泵系统中 达到节能的目 的 在以氨为制冷工质的制冷系统中 可用作氨压缩机 容易拆卸维修 可以采用改变皮带传动比的简单方法改压缩机的转速 调 节制冷量 活塞环结构 活塞 活塞组结构 曲轴结构 活塞销结构 机体 机壳结构 阀片原理图 环片结构 给定理论排量qvt的制冷压缩机 如果维持 和 p为定值 不同的气 不同的气缸尺寸和不同的转速 气缸数少则气缸径大 转速低 反之 转速高 下面就分析气缸数多少的利弊 缩机重量大小方面看 缸数多由于缸数少 且以下标 l 和 m 分别表示缸 数多 设两种压缩机均

14、几何相似 则压缩机的理论排量相等 qvt 60ilVplnl 60imVpmnm 度相等 p Slnl 30 Smnm 30 il im Vpmnm Vplnl nm nl Dm Dl 3 Dm Dl 2 机的每缸重量与缸径的三次方成正比 则 Gl Gm il im Dm Dl 3 im il 1 2 压缩机的重量大小是与气缸数的平方根成反比 气缸多的压缩机的较 约材料 如果考虑到多缸机的可以采取角度式布置方式 则将显得更 数多 压缩机的总切向力矩变化较小 可以采用小尺寸飞轮 压缩机 好 数多 则压缩机的结构比较复杂 需要维修的零部件也多 运转的可 中小型高速多缸单级压缩机的气缸数一般 2 8

15、 缸 最多的达 16 缸 全 机的缸数 1 4 缸 更多 气缸中心距气缸中心距 在多缸压缩机中 同列相邻两气缸的中心距离Lo决定了压 缩机的纵向紧凑 性 在进行压缩机总体设计时 Lo的选定可以从以下两个方面着手考虑 1 从曲拐元件的必要尺寸考虑 务使主轴颈 曲柄销和曲 柄臂都要有足 够的纵向长度 2 从同列相邻气缸的布置要求考虑 根据气缸体上的气缸 结构尺寸 是 否采用镶入缸套 有无水套夹层 气道安排等 气阀的结构尺寸 吸 气阀是否 在缸套四周 是否有卸载机构等 和缸盖螺栓的布置等的需要 决定其 气缸中心 距尺寸 对于单列式压缩机 其气缸中心距主要是由气缸的结构布置 尺寸来决定一 般其Lo D

16、 1 1 1 2 半封闭式 2FL5B44A 型压缩机Lo D 1 16 角度式压缩机 则其Lo往往是决 定于曲拐元件的结构尺寸 大抵Lo D 在 1 5 1 6 左右 如我国 17 系 列 Lo D 1 56 12 5 系列 1 6 等 曲轴半径连杆长度的比曲轴半径连杆长度的比 连杆的长度直接影响压缩机高度 在求得行程之后 只要 选定 值便可求出连杆的长度 所以 在选定 大小时 应予仔细考虑 值愈大 则连杆长度愈短 压缩机的总 高度愈低 从气缸侧压力随 值的增大而上升来看 则增 S 加活塞与气缸的磨损 在决定连杆长度时 还有必要在设计 草图上校核曲柄连杆机构和机体之间的装配和运动关系 防 止产生相碰和安装困难等问题 在制冷压缩机中 一般 值的范围是 1 3 5 1 6 在角度 式压缩机中取近上限 制冷压缩机的性能要求制冷压缩机的性能要求 论论 论论 章章 章章 章章 章章 章章 验验 制冷压缩机的基本要求主要是指压缩机的规定使用条件和该使用条件所必 须达到的性能指标 具体有 压缩机的名义制冷量 名义功率消耗 使用的环境 温度和蒸发温度的变化范围 最大容许承压能力和容许压力差 容许排气