制冷压缩机 教学课件 ppt 作者 吴业正 第二章 往复式制冷压缩机

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1、,第二章 往复式制冷压缩机 2.1 基本结构和工作原理 2.2 热力性能 2.3 驱动机构和机体部件 2.4 气阀 2.5 封闭式制冷压缩机的内置电动机 2.6 总体结构 2.7 润滑系统和润滑油 2.8 往复式制冷压缩机的振动和噪声 2.9 安全保护,机体：压缩机的机身，用来安装和支承其他零部件及容纳润滑油。 传动机构：用于传递动力，包括曲柄、连扦和活塞等部件。 配气机构：保证压缩机实现吸气、压缩、排气过程的配气部件，包括吸、排气阀片，阀板和气阀弹簧等。 润滑油系统：对压缩机各传动摩擦耦合件进行润滑的输油系统，包括油泵，油过滤器，油压调节部件。 卸载机构：它是对压缩机汽缸进行卸载、调节冷量、

2、便于启动的机构，包括卸载油缸、油活塞、推杆、顶针和转环等部件。 轴封装置：密封曲轴穿出机体处的间隙，防止泄漏，包括拖板、弹簧、橡胶圈和石墨环。,2.1 基本结构和工作原理,2.1.1 基本结构,2.1.2 工作原理,压缩过程 排气过程 膨胀过程 吸气过程,膨胀过程：活塞运动到上止点时， 由于压缩机结构及制造工艺等原因， 汽缸中仍有一些空间，该空间的容积 称余隙容积。排气过程结束时，余隙 容积中的气体为高压气体。活塞开始 向下移动时，排气阀关闭，吸气腔内 的低压气体不能立即进入汽缸，此时 余隙容积内的高压气体因容积增加而 压力下降，直至汽缸内气体压力降至 稍低于吸气腔内气体压力，即将开始 吸气过

3、程时为止。,实际循环与理论循环的差异 余隙容积 气阀弹簧力 气体与缸壁及活塞间的热交换和摩擦 气体泄漏损失 润滑油和吸入湿蒸汽的影响,2.2 热力性能,实,际 循 环 和 理 论 循 环 的 比 较,实际循环：1-2-3-4-1 理论循环：a-b-c-d-a 压缩机具有相同吸、排气压力，吸气温度和汽缸工作容积； 与理论循环相比，实际循环多一个膨胀过程； 在吸、排气时存在压力损失和压力波动，在整个工作过程中气体同气缸、活塞间有 热量交换和摩擦，在气缸与活塞间隙及吸、排气阀之间还有气体泄漏。,.,1、容积效率 2、指示功率和指示效率 3、机械效率和轴效率 4、电动机效率和电效率 5、压缩机热力性能

4、计算举例 6、压缩机的排气温度,二,影 响 性 能 参 数 的 因 素,容积效率又称输气系数，为压缩机实际输气量 与理论输气量之比，是衡量汽缸空间利用程度的 指标。,qva qvt,v =,= v p T l,效 率,（1）单级压缩机的容积效率,1、 容 积,其中，容积系数v、压力系数p、温度系数T、泄漏系数l,活塞式制冷压缩机的实际工作中，吸入的制冷 剂蒸气容积并不等于活塞排量。原因是：,容 积 效 率,压缩机结构上不可避免存在余隙容积； 吸、排气阀阻力；气阀部分及活塞环与气缸壁之间的 气体内部泄漏； 吸气过程中气体与气缸壁之间的热交换等。 因此，实际输气量永远小于理论输气量 (活塞排量)，

5、两 者之间的比值称为压缩机的容积效率（输气系数），其大 小反映了实际工作过程中存在的诸多因素对压缩机输气量 的影响，也表示了压缩机气缸工作容积的有效利用程度， 通常可用容积系数v、压力系数p、温度系数T、泄漏 系数l 的乘积来表示 。,容积系数v,压力系数p,温度系数T,泄漏系数l,可直接从P-V示功图求得,不能从P-V示功图直接求得,它们都与压缩机的运行工况有关,D,V p =,汽缸工作容积Vp 上、下止点之间汽缸工作室的容积,即活塞移动一个行程扫,相 关 术 语,过的容积。 2 S （2-1） 4 余隙容积Vc 活塞在排气过程结束时与阀板及排气孔之间形成的空隙容 积。主要由活塞处于上止点时

6、，活塞顶面与阀板底面间容积 、第一道活塞环以上环形空间、气阀通道三部分容积组成。 相对余隙容积c 余隙容积与气缸工作容积之比。 c = Vc / Vp,压 缩 机 的 吸 排 气 过 程,实际循环：1-2-3-4-1,理论循环：a-b-c-d-a,v = 1 c( 1),1）容积系数：反映余隙容积对压缩机输气量影响 由于余隙容积的存在，工作过程中出现了膨胀过程，占据了一定的气缸工作容积， 使部分活塞行程失去吸气作用，导致压缩机吸气量减少，即压缩机实际输气量减少。,V V p,V V p,= 1 ,V p V V p,=,v =,定义式：,计算式：,1 m,（根据多变膨胀过程方程计算，由3-6式

7、简化而来。）,（3-1）,（3-7）,（吸气容积损失V是由余隙容积内高压气体的膨胀引起。）,V = Vc (,) 1,) 1),膨胀过程：35 设过程的多变膨胀指数m为定值（常数），则,（3-6）,1 m,Pdk + Pd 3 Ps 0,v = 1 c(,1 m,),Pdk + Pd 3 Ps 0,= (,V +Vc Vc,1 m,Pdk + Pd 3 Ps 0,将上式代入式（3-1）：,v = 1 c 1) = f (c, , m),略去排气压力损失Pd3,则式（3-6）可简化为式（3-7）：,（3-7）,1 m,Pdk Ps 0, =,式中，压力比,可见，v 主要与压力比、相对余隙容积c和

8、多变膨胀指数m有关。 缩小c会受压缩机结构、工艺和气阀通流能力限制； c值还和压缩机结构参数S、D有关， S、D 大的压缩机易获得较小的c值。现代中小型压缩机c值约为1.56%，低温机取小值。,= 0，故有10，对低温制冷系统采用多级压缩实现高压比。,当达到一定数值时，v,m值取决于制冷剂种类和膨胀过程中气体与接触壁面的热交换情况，随热交换的方向和强 度而不断变化。计算 v时m假定为常数。,同种制冷剂的m和n 在同一循环中不相等， 。对氨压缩机，m=1.101.15，nm ,多变膨胀和压缩过程指数m和n 的取值 对膨胀过程，m应根据示功图，取等端点膨胀过 程的多变膨胀指数值： （3-8） 对压

9、缩过程，其多变过程指数n 亦应取等端点过 程指数值。 按等端点多变过程指数画出的示功图，其面积略 小于实际示功图。计算实际循环指示功时，可按 等功法求取压缩或膨胀过程的不变的等功过程指 数，称等功多变过程指数。 n =1.201.30；对氟利昂压缩机，m=0.951.05， n =1.051.18。增强对汽缸臂面 的冷却，多变膨胀线斜率变陡， m增大，对提高v 有利。,3-5：出现排气阀 延迟关闭，高压侧 气体从排气腔向汽 缸倒流，等端点膨 胀过程指数变小， 容积效率下降。,2）压力系数：反映吸气阻力造成的吸气量损失,压缩机吸气过程中，吸气阀开启时要克服气阀弹簧力，且气体流过气阀时，通道截面较

10、小， 流速较高产生一定的流动阻力，使吸气过程中气缸内压力P1恒低于吸入管中的压力Ps0 。要使气 缸内的压力升高到Ps0 ，则要损失一部分活塞行程，使压缩机实际吸气量减少。,V “ V ,V “ V ,= 1 , p =,s,1 + c Ps1 v P 0, p = 1 ,定义式：,计算式：,（3-2）,（3-9）,根据多变压缩过程方程计算，令压缩过程指数等于1。令c=0，得到近似式（3-10） : 吸气终了相对压力损失； Ps 0 p主要受 Ps1 Ps 0 的影响，c的影响是次要的 。随 Ps1 Ps 0 和c的增大，p下降； 对氨压缩机，Ps1 Ps 0 =0.030.05; 对 氟里昂

11、压缩机，Ps1 Ps 0 =0.060.08。,（吸气容积损失V”是由于吸气终了汽缸压力不等于Ps0所引起，一般 P1 Ps 0 。）,3）温度系数：反映吸气过程中因气体预热对,输气量的影响 吸气过程中，吸入气体不断地受到所接触的各种壁面加热，使气体温度升高，比容增大，从而 使吸入气体量减少。折算到吸气状态，小于实际吸入气体的容积。吸入气体与壁面的热交换是一个 复杂过程，与制冷剂种类、压比、汽缸尺寸、压缩机转速、汽缸冷却情况等因素有关。T大小还 与压缩机运行工况有关，其数值不能从示功图上直接求得，通常用经验公式计算。,Vx V “,t =,对全封闭压缩机,对顺流立式压缩机,定义式： 经验公式：

12、,T0蒸发温度，K ； Tk冷凝温度，K ； T1吸气终了温度，K ； 吸气过热度，K； a：反映T1随Tk变化的系数，a=1.01.15,随压缩机尺寸减小， a值趋近1.15； b：反映压缩机向周围空气散热对T1的影响。b=0.250.8。当压缩机尺寸较大，向外界散热强度较弱 （机壳自由空气冷却）时，b取较大值。,=,T =,T0 + aTk + b,Ts 0 T1,（3-3）,Vx折算容积； V”实际吸入气体容积。,T l = T 0 / Tk,（3-12）,（3-13）,温 度 系 数 随 工 况 的 变 化 关 系,4）泄漏系数：反映压缩机工作过程中由泄漏引起 的对输气量的影响 压缩机

13、泄漏主要是由于活塞环与气缸壁面之间的不密封，吸、排气阀关 闭不及时或不严密，造成制冷剂蒸气从高压侧泄漏到低压侧，从而引起输气 量下降。泄漏量大小与压缩机制造质量、磨损程度、气阀设计、压差大小等 因素有关。,Vy Vx,l =,定义式：,推荐值：,l = 0.97 0.99,l的数值不能从示功图上直接求得，但气缸内制冷剂泄漏会引起示功图中过程线的变化。 压缩过程中，若高压腔蒸气因排气阀不严密漏入气缸，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。 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。,（3-4）,容积效率

14、与压缩机的运转工况和结构设计有关。即其不仅与压缩机本身结构及所用制冷剂性质有关， 且与运行工况有关。不同类型压缩机，使用不同的制冷剂，及在不同工作条件下，容积效率数值不同 。,容 积 效 率 特 性 曲 线 的 影 响 ,（Vp：单缸理论排量） a）在不同的余隙容积c时，小型封闭式压缩机的容积效率随压力比的变化关系，它 随 c和的增大而减小； b) 在不同的单缸理论排量Vp时，开启式压缩机的容积效率随压力比的变化关系。,n,的,容 积 效 率 特 性 曲 线 ,1：余隙容积造成的v减量； 2， 3 ：吸气阀压力损失和由此转化 的热量对制冷剂加热造成的v减量； 4 ， 5：制冷剂受热和泄漏造成的

15、 v减量。 转速增加， 1基本不变； 2， 3 随转速的上升急剧增大； 4 ， 5随转 速的增加而减小。总合起来，在额定转速nn时容积系数最大，比这个转速大或小时，v值都要 下降。由此可见，气阀通流能力是压缩机转速提高过程中影响容积效率的主要因素。,n 影 响 ,双,双机双级压缩 其容积效率定义与单机压缩机相同。对双级压缩的 每一级，容积效率计算方法与单机压缩机相同，亦可 用经验公式计算。 单机双级压缩 高压级与低压级汽缸在同一台压缩机上，在确定容 积效率时，采用可比的容积效率（总容积效率）。即 压缩机行程容积按总缸数计算，以便与同样缸数、尺 寸和转速的单级压缩机具有可比性。,（2） 级 压 缩 机 的 容 积 效 率,单 机 双 级 压 缩 的 容 积 效 率,定义式： v = qma qmt （3-16） qma：实际输气量； qmt：按全部汽缸求得的理论输气量。 试验表明：单机双级压缩机的可比容积效率在压比上升 时，起初几乎不变，压比达到相当高数值后，才开始较 明显降低。而单级压缩机的容积效率随压比增加，约成 直线下降。,压缩机实际工作过程与理想工作过程的区别， 也影响到它的耗功。如吸、排