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1、5.5 活塞式制冷压缩机的运行5.5.1 能量的调节1.设置能量调节装置的目的制冷系统中设置能量调节装置的目的有二：1）制冷系统的制冷量，是根据其工作时可能遇到的最大冷负荷选定的。但制冷机运行时，受使用条件（如冷负荷）的变化以及工况变化（如冷凝压力的变化）的影响，需要的制冷量随之变化，因而压缩机配有能量调节装置，以适应上述变化。2）采用毛细管作节流元件的制冷机，停机时高压侧和低压侧的压力自动平衡，压缩机再次启动时不必克服排气压力和吸气压力之差，而在采用膨胀阀作为节流元件的制冷机中，停机时高压侧和低压侧的压力并不自动平衡，此时应设卸载装置，使压缩机在启动过程中，能把输气量调到零或尽量小的数值，以
2、便使电动机能在最小的负荷状态下启动。卸载启动有许多优点，如可以给压缩机选配一般鼠笼式电动机，而不必选择其它价格昂贵、机构复杂的高启动转矩电动机；可以减小启动电流，缩短启动时间，减轻电网电压的波动和节约电能；可以避免因高低压侧压差太大以致启动困难，甚至启动不起来而烧毁启动装置甚至电动机的事故。2.常用的能量调节方式（1）压缩机间歇运行：压缩机间歇运行是最简单的能量调节方法，在小型制冷装置中被广泛采用。它是通过温度控制器或低压压力控制器双位自动控制压缩机的停车或运行，以适应被冷却空间制冷负荷和冷却温度变化的要求。当被冷却空间温度或与之对应的蒸发压力达到下限值时，压缩机停止运行，直到温度或与之相对应
3、的蒸发压力回升到上限值时，压缩机重新启动投入运行。压缩机间歇运行方式，实质上是将一台压缩机在运行时产生的制冷量与被冷却空间在全部时间内所需制冷量平衡。间歇运行使压缩机的开、停比较频繁，对于制冷量较大的压缩机，频繁的开、停还会导致电网中电流较大的波动，此时可将一台制冷量较大的压缩机改为若干台制冷量较小的压缩机并联运行，需要的冷量变化时，停止一台或几台压缩机的运转，从而使每台压缩机的开停次数减少，对电网的不利影响降低，这种多机并联间歇运行的方法已获广泛的应用。（2）吸气节流：通过改变压缩机吸气截止阀的通道面积来实现能量调节。当通道面积减小时，吸入蒸气的流动阻力增加，使蒸气受到节流，从而吸气腔压力相
4、应降低，蒸气比容增大，压缩机的质量流量减小，达到能量调节的目的。吸气节流压力的自动调节可用专门的主阀和导阀来实现。这种调节方法不够经济，在大中型制冷设备中有所应用，但目前国内应用较少。（3）全顶开吸气阀片：是指采用专门的调节机构将压缩机的吸气阀阀片强制顶离阀座，使吸气阀在压缩机工作全过程中始终处于开启状态。在多缸压缩机运行中，如果通过一些顶开机构，使其中某几个气缸的吸气阀一直处于开启状态，那末，这几个气缸在进行压缩时，由于吸气阀不能关闭，气缸中压力建立不起来，排气阀始打不开，被吸入的气体没有得到压缩就经过开启着的吸气阀，又重新排回到吸气腔中去。这样，压缩机尽管依然运转着，但是，那些吸气阀被打开
5、了的气缸不再向外排气，真正在有效地进行工作的气缸数目减少了，结果达到改变压缩机制冷量的目的。这种调节方法是在压缩机不停车的情况下进行能量调节的，通过它可以灵活地实现上载或卸载，使压缩机的制冷量增加或减少。另外，全顶开吸气阀片的调节机构还能使压缩机在卸载状态下启动，这样对压缩机是非常有利的。它在我国四缸以上的、缸径70mm以上的系列产品中已被广泛采用。全顶开吸气阀片调节法，通过控制被顶开吸气阀的缸数，能实现从无负荷到全负荷之间的的分段调节。如对八缸压缩机，可实现0、25%、50%、75%、100%五种负荷。对六缸压缩机，可实现0、1/3、2/3和全负荷四种负荷。压缩机气缸吸气阀片被顶开后，它所消
6、耗的功仅用于克服机械摩擦和气体流经吸气阀时的阻力。因此，这种调节方法经济性较高。图5-56表示了顶开吸气阀片时与气缸正常工作时的示功图，阴影面积是顶开吸气阀片后气缸消耗的指示功，它完全用于克服气体流经吸气阀时的阻力。图5-56 顶开吸气阀片前后的气缸示功图（4）旁通调节：一些采用簧片阀或其它气阀结构的压缩机不便用顶开吸气阀片来调节输气量，有时可采用压缩机排气旁通的办法来调节输气量。旁通调节的主要原理是将吸、排气腔连通，压缩机排气直接返回吸气腔，实现输气量调节。图5-57所示为在压缩机内部利用电磁阀控制排气腔和吸气腔旁通的方法进行输气量调节的一个实际例子，它是一安装在半封闭压缩机（采用组合阀板式
7、气阀结构）气缸盖排气腔上的受控旁通阀。在正常运转时，电磁阀6处在图上所示的关闭位置，一方面堵住管道5的下端，另一方面顶开止回阀8，高压气体通过冷凝器侧通道1、管道10流入控制气缸3，将控制活塞7向右推动，切断通向吸气腔通道4与排气腔通道9之间的流道，压缩机排气通过排气腔通道9、单向阀2、冷凝器通道1进入冷凝器。旁通调节输气量时，电磁阀6开启，止回阀8关闭，吸气经管道5与控制气缸3连通，控制活塞7在排气压力作用下推向左侧，排气腔通道9与吸气腔通道4连通，排气流回吸气腔，达到调节输气量的目的。图5-57 旁通调节装置1冷凝器侧通道 2单向阀 3控制气缸 4吸气腔通道5管道 6电磁阀 7控制活塞 8
8、止回阀 9排气腔通道 10管道（5）变速调节：改变原动机的转速从而使压缩机转速变化来调节输气量是一种比较理想的方法，汽车空调用压缩机和双速压缩机就是采用这种方法的。双速压缩机的电动机分2级或4极运转，以达到转速减半的目的，但这种电动机结构复杂、成本高，推广受到了限制。近些年来，以变频器驱动的变速小型全封闭制冷压缩机系列产品已面市，它的电动机转速通过改变输入电动机的电源频率而改变，其特点是可以连续无级调节输气量，且调节范围宽广，节能高效，虽然价格偏高，但考虑运行特性和经济性，目前仍获得较大的推广。（6）关闭吸气通道的调节：通过关闭吸气通道的方法使吸气腔处于真空状态，气缸不能吸入气体，当然也没有气
9、体排出，从而可达到气缸卸载调节的目的。这种方法没有气体的流动损失，因此比顶开吸气阀的方法效率高，但必须保证吸气通道关闭严密，一旦有泄漏存在，将会造成气缸在高压比下运行，会使压缩机过热，这是十分危险的。图5-58为关闭吸气通道的气缸卸载方法。当线圈1通电时，铁芯2被吸起，打开了高压通道3，使控制活塞7紧紧地堵住了吸气通道口，阻止了制冷剂的吸入，气缸处于卸载状态（图5-58a）。当线圈电源被切断时，高压通道被关闭，控制活塞在弹簧力的作用下向上升起，打开了吸气通道，压缩机处于工作状态（图5-58b）。图5-58 关闭吸气通道的气缸卸载方法a)气缸卸载 b)气缸工作1线圈 2铁芯 3高压通道 4排气腔
10、 5压力平衡通道 6吸气腔 7控制活塞3. 能量调节机构 主要介绍大中型多缸活塞式制冷压缩机中普遍采用的全顶开吸气阀片调节机构。（1）液压缸-拉杆顶开机构：用压力油控制拉杆的移动来实现能量调节，如图5-59所示。液压缸拉杆机构由液压缸1、油活塞2、拉杆5、弹簧3、油管4、拉杆5等组成。该机构动作可以使气缸外的动环旋转，将吸气阀阀片9顶起或关闭。其工作原理是：液压泵不向油管4供油时，因弹簧的作用，油活塞及拉杆处于右端位置，吸气阀片被顶杆8顶起，气缸处于卸载状态。若液压泵向液压缸1供油，在油压力的作用下，活塞2和拉杆5被推向左方，同时拉杆上凸缘6使转动环7转动，顶杆相应落至转动环上的斜槽底，吸气阀
11、阀片关闭，气缸处于正常工作状态。由此可见，该机构既能起调节能量的目的，也具有卸载启动的作用。因为停车时，液压泵不供油，吸气阀阀片被顶开，压缩机就空载启动，压缩机启动后，液压泵正常工作，油压逐渐上升，当油压力超过弹簧3的弹簧力时，油活塞动作，使吸气阀阀片下落，压缩机进入正常运行状态。图5-59 液压缸拉杆顶开机构工作原理图1液压缸 2油活塞 3弹簧 4油管 5拉杆 6凸缘 7转动环 8顶杆 9吸气阀片图5-60表示了转动环的转动对吸气阀片的影响。转动环9处于图5-60a所示位置时，顶杆6处于转动环上斜面的最低点，吸气阀片可自由启、闭，压缩机正常工作。当转动环在拉杆推动下处于图5-60b所示位置时
12、，顶杆位于斜面的顶部，吸气阀片被顶开，压缩机卸载。图5-60 顶杆启阀机构工作原理图a)正常工作状态 b)吸气阀片顶开状态1阀盖 2排气阀片 3排气阀座 4吸气阀片 5气缸套 6顶杆 7弹簧 8活塞 9转动环这种液压缸拉杆能量调节机构中，压力油的供给和切断一般由油分配阀或电磁阀来控制。图5-61为一八缸压缩机压力润滑系统中的油分配阀（手动）。阀体上有四个配油管1、一个进油管3、一个回油管4和一个压力表接管2。四个配油管分别与四对气缸的四个卸载液压缸相连，回油管与曲轴箱相连。阀芯6将阀体内腔分隔为回油腔V1和进油腔V2，通过手柄7转动阀芯，可使配油管与回油腔或进油腔接通。当与回油腔接通时，图5-
13、59中的油活塞2被弹簧3推向右侧，气缸处于卸载状态；当与进油腔接通时，图5-59中的油活塞2被从液压泵来的压力油推向左侧，气缸处于正常工作状态。油分配阀刻度盘上有0、1/4、1/2、3/4、1五个数字，表示输气量的五个档次，将操作手柄分别搬到对应位置即表示气缸投入工作的对数。图5-61 油分配阀1配油管 2压力表接管 3进油管 4回油管 5刻度盘 6阀芯 7手柄电磁阀控制是利用不同的低压压力继电器操作电磁阀以控制卸载液压缸的供油油路的通断。如图5-62所示，液压泵供应的压力油经节流调节装置后分别接通卸载液压缸和电磁阀。如电磁阀关闭，压力油进入卸载液压缸，使油活塞左移，带动气缸套上的转动环转动，
14、气阀顶杆下降，吸气阀片投入正常工作。否则，若电磁阀开启，油路与回路相通后阻力很小，压力油必经此通路回至曲轴箱，而卸载液压缸中的油活塞在弹簧力的作用下处于右端位置，这组气阀处于卸载状态。图5-62 电磁阀控制的能量调节装置1卸载液压缸 2油压节流孔 3电磁阀 4指示灯 5自动开关 6自动、手动转换开关（2）油压直接顶开吸气阀片调节机构：这种调节机构由卸载机构和能量控制阀两部分组成，两者之间用油管连接。卸载机构是一套液压传动机构，它接受能量控制阀的操纵，及时地顶开或落下吸气阀片，达到能量调节的目的。图5-63所示为油压直接顶开吸气阀片的调节机构。它是利用移动环6的上下滑动，推动顶杆3，以控制吸气阀
15、片1的位置。当润滑系统的高压油进入移动环6与上固定环4之间的环形槽9时，由于油压力大于卸载弹簧7的弹力，使移动环向下移动，顶杆和吸气阀片也随之下落，气阀进入正常工作状态。当高压油路被切断，环形槽内的油压消失时，移动环受卸载弹簧的作用向上移动，通过顶杆将吸气阀片顶离阀座，使气缸处于卸载状态。这种机构同样具有卸载启动的特点，结构比较简单，由于环形液压缸安装在气缸套外壁上，加工精度要求较高，所有的O形密封圈长期与制冷剂和润滑油直接接触，容易老化或变形，以致造成漏油而使调节失灵。图5-63 油压直接顶开吸气阀片机构1吸气阀片 2顶杆弹簧 3顶杆 4上固定环 5O形密封圈6移动环 7卸载弹簧 8下固定环 9环形槽压力油的供给和切断，可通过自动能量控制阀来实现的。5.5.2 压缩机的润滑制冷压缩机运转时，各运动摩擦副表面之间存在一定的摩擦和磨损。除了零件本身采用自润滑材料之外，在摩擦副之间加入合适的润滑剂，可以减小摩擦、降低磨损。润滑对压缩机的性能指标，工作可靠性和耐久性有着重大的影响。润滑不良除了会使压缩机过热，零件磨损加剧外，严重时可引起轴瓦烧毁，活塞在气缸里咬死，也可能引起窜油、液击等事故。因此，润滑系统是压缩机正常运转必不可少的部分。压缩机中需要润滑的摩擦面主要有气缸镜面活塞（包括活塞环）、活塞销
