活塞式制冷压缩机

第三章活塞式制冷压缩机第一节活塞式压缩机概述一、压缩机分类1、按使用的工质分类分为氨压缩机、氟利昂压缩机、异丁烷压缩机等。2、按气缸布置方式分类分为卧式、直立式和角度式三种类型。如图2-1所示。3、按压缩机的密封方式分类分为开启式和封闭式两大类。4、按制冷量的大小分类配用电动机功率不小于0.37kW、气缸直径小于70mm的压缩机为小型活塞式制冷压缩机；气缸直径为70~170mm的压缩机为中型活塞式制冷压缩机。5、按气体压缩的级数分类分为单级压缩和多级(一般为两级)压缩制冷压缩机。如果有一台压缩机来实现两级压缩，则又称为单机双级制冷压缩机。6、按活塞行程分类分为短行程和长行程两种。二、压缩机的型号及基本参数按GB10871－1989规定，小型活塞式单级制冷压缩机的型号表示如下：行程：用阿拉伯数字表示，单位为mm制冷剂：用F表示缸数和缸径：用阿拉伯数字表示，缸径单位cm开启式压缩机的基本参数规定：气缸直径为60mm、转速范围为600~1500r/min。半封闭式压缩机基本参数规定：气缸直径为30mm\40mm\50mm\60mm，名义转速为1440r/min。中型活塞式单级制冷压缩机的型号表示：冷凝压力：高冷凝压力用G表示，低冷凝压力不表示行程：长行程用C表示，短行程不表示缸数和缸径：用阿拉伯数表示，缸径单位为cm制冷剂：氟利昂用F、氨用A表示压缩机组型号表示：配用电动机功率：用阿拉伯数字表示，单位为kW压缩机型号使用温度范围：高温用G，中温用Z，低温用D表示压缩机类别：半封闭式用B表示，开启式不表示目前国内生产厂家在样本等资料上，仍习惯于沿用老的压缩机型号表示方法，即小型、中型活塞式单级制冷压缩机的基本参数见表2-1和表2-2。表2-1小型活塞式单级制冷压缩机的基本参数类别缸径/mm行程/mm转速范围/（r/min）开启式50，6044600~1500半封闭式30，40，50，60441440类别缸径/mm行程/mm转速范围/(r/min)缸数容积排量(8缸)最高转速(r/min)排量/(m3/h)最高转速/(r/min)排量/(m3/h)半封闭式70701800~10002，3，4，6，81800232.61000129.255182.6101.5开启式1001001500~7502，4，6，81500565.2750282.680452.2226.11251101200~6001200777.2600388.6100706.5353.31701401000~50010001524.5500762.8表2-2中型活塞式单级制冷压缩机的基本参数第二节活塞式压缩机的基本结构和工作过程一、基本结构和名词术语1、基本结构2、名词术语[1]．外止点（上止点）：活塞在汽缸中作反复运动时，离曲轴旋转中心最远的位置。[2]．内止点（下止点）：活塞在汽缸中作反复运动时，离曲轴旋转中心最近的位置。[3]．活塞行程：外止点与内止点之间的距离，通常用S表示。[4]．余隙容积：活塞位于外止点时，活塞顶面与汽缸端面之间的容积，汽阀通道（与汽缸一直相通的）及第一道活塞环以上的环形容积的总和,以Vc表示。[5]．相对余隙容积：余隙容积与汽缸工作容积之比，以C表示，二、压缩机的工作过程1、理想工作过程2、实际工作过程压缩机的实际工作过程与理想工作过程存在着较大的区别。第三节活塞式压缩机的热力性能一、输汽系数及其影响因素由于余隙容积，吸汽和排汽压力损失，汽体与汽缸壁之间的热量交换以及泄漏等因素的影响。压缩机的实际输汽量总是小于它的理论排汽量。压缩机的实际输汽量qVa与理论输汽量qVt的比值，称为压缩机的输汽系数，即输汽系数综合了影响压缩机实际排汽量的各种因素，是评价压缩机性能的一个重要指标，输汽系数越小，表示压缩机的实际排汽量与理论排汽量相差越大。显然，压缩机的输汽系数λ值总是小于1的。输汽系数可以写成容积系数λv、压力系数λp、温度系数λt和泄漏系数λl乘积形式.1、影响压缩机输汽系数的各种因素：1）容积系数λV、它反映了压缩机中余隙容积的存在对压缩机输气量的影响。由理论分析和推导可知，容积系数λV、可由下式进行计算：△pC对λV的影响较小，可以略去不计，则上式可以简化为2）压力系数它反映了吸气压力损失对压缩机输气量的影响。经推导和分析可知，可用下式表示：3）温度系数λT它反映在吸气过程中，因气体的预热对输气量的影响。吸入气体与壁面的热交换是一个复杂的过程，与制冷剂的种类、压缩比、气缸尺寸、压缩机转速、气缸冷却情况等因素有关。λT的数值通常用经验公式计算。对于开启式压缩机为对于封闭式制冷压缩机为4）泄漏系数它反映压缩机工作过程中由于泄漏而引起的对输气量的影响。1)当转速大于720r/min，c=3%~4%时2)对双级压缩机的低压级2、输气系数的特性曲线压缩机的输汽系数可通过分析或计算求得，也可通过压缩机在不同工况下进行试验，测得的制冷剂质量流量qma，按公式求得λ，并将求得的λ值做成输汽系数特性曲线，供设计或运行时查找。制冷量36003600vvt0m0qqqqQ一台压缩机在不同的运行工况下，每小时产生的冷量是不相同的3600vAvtA0AqqQ3600vBvtB0BqqQ一台压缩机在已知工况A和B时的制冷量分别为Q0A和Q0B，即有：vAAvBB0A0BqqQQ功率和效率1）指示功率和指示效率压缩机的指示效率开启式压缩机中的i的经验计算公式小型氟利昂压缩机为0.65～0.80；家用全封闭式压缩机为0.60～0.85i0im0mi0iPPwqwqww2730k0iTbTT二、压缩机的功率和效率1、指示功率与指示效率单位时间内所消耗的指示功，称为压缩机的指示功率。理想循环中压缩1kg制冷剂所消耗的功Wts，与实际循环中所消耗的功Wi的比值，称为压缩机的指示效率，用ηi表示。开启式压缩机可用下列经验公式计算：ηi=λT+bte压缩机的指示效率也可由图查取。2、轴功率、摩擦功率与机械效率由原动机传到曲轴上的功率称为轴功率，用Pe表示。轴功率的一部分直接用于压缩气体，称为指示功率，用Pi表示；另一部分用于克服曲柄连杆机构等的摩擦阻力，称为摩擦功率，用Pm表示。两者之比值称为机械效率，用ηm表示。即制冷压缩机的机械效率一般在0.75~0.9之间。图示出机械效率ηm与压缩比ε之间的关系曲线。由图可见，ηm随ε的增加而下降。这是因为ε增大，指示功率减少而摩擦功率几乎保持不变，从而导致ηm下降的缘故。（2）轴功率、摩擦功率和机械效率两者之比值称为机械效率，用ηm表示由原动机传到曲轴上的功率称为轴功率Pe一部分直接用于压缩气体称为指示功率用Pi表示另一部分用于克服曲柄连杆机构等的摩擦阻力，称为摩擦功率，用Pm表示miieimPPPPP指示效率ηi与机械效率ηm的乘积，称为压缩机的轴效率，用ηe表示。一般在0.6~0.7之间提高m可以从以下几方面着手①选用合适的气缸间隙，适当减少活塞环数②选用合适的润滑油③加强曲轴、曲轴箱等零件刚度,降低摩擦表面的粗糙度指示效率ηi与机械效率ηm的乘积，称为压缩机的轴效率，用ηe表示。一般在0.6~0.7之间。3、配用电动机功率制冷压缩机所需要的轴功率，是随工况的变化而变化的，选配电动机功率时，应考虑到这一因素。如果压缩机本身带有卸载装置，可以空载起动，则电动机的轴功率可按运行工况下的轴功率，再考虑适当裕量(10%~15%)选配。压缩机的排气温度（1）排气温度过高的危害性：1）排气温度过高，将使输气系数降低和轴功率增加；润滑油粘度降低，使轴承和气缸、活塞环产生异常磨损，甚至会引起烧毁轴瓦和气缸拉毛的事故。2）过高的压缩机排气温度促使制冷剂和润滑油在金属的催化下出现热分解，生成对压缩机有害的游离碳、酸类和水分。酸类物质会腐蚀制冷系统的各组成部分和电气绝缘材料。水分会堵住毛细管。积炭沉聚在排气阀上，既破坏了其密封性，又增加了流动阻力。积碳使活塞环卡死在环槽里，失去密封作用。剥落下来的碳渣若被带出压缩机，会堵塞毛细管、干燥器等。3）压缩机的过热甚至会导致活塞的过分膨胀而卡死在气缸内，以及封闭式压缩机内置电动机的烧毁。4）排气温度过高也会影响压缩机的寿命，因为化学反应速度随温度的升高而加剧。一般认为，电气绝缘材料的温度上升10℃，其寿命要减少一半。这一点对全封闭式压缩机显得特别重要。（2）排气温度的计算公式：压缩机的排气温度取决于压力比、吸排气阻力损失、吸气终了温度和多变压缩过程指数nnTT1T2压缩机的排气温度（K）；T1压缩机吸气终了温度（K）；压力比，，pk为冷凝压力，p0为蒸发压力；0吸、排气相对压力损失n多变压缩过程指数，近似取制冷剂的等熵指数（3）降低排气温度的主要措施1）设计时首先要限制压缩机单级的压力比，高压力比应采用多级压缩中间冷却的办法来实现。在运行中要防止冷凝压力过高，蒸发压力过低等故障。降低吸排气阻力实际上也起到了减小气缸中实际压力比的作用。2）加强对压缩机的冷却，削弱对吸入制冷剂的加热，以降低吸气终了制冷剂的温度和多变压缩过程指数是降低排气温度的有效途径，如：缩小排气腔与吸气腔之间的分割面；气缸盖上设置冷却水套；吸气管外包以隔热层等。3）在封闭式压缩机中，提高内置电动机的效率，减少电动机的发热量对降低排气温度具有重要作用。4）在低温制冷压缩机中，为了降低排气湿度，还可采用直接向排气管喷入液态制冷剂的方法。5）在同样的蒸发温度和冷凝温度时，不同的制冷剂有不同的排气温度，例如R134a的排气温度低于R22的排气温度，因而合理地选用制冷剂是控制排气温度的重要方法。四、压缩机的运行特性曲线和工况1、运行特性曲线压缩机的运行特性是指在规定的工作范围内运行时，压缩机的制冷量和功率随工况变化的关系。如图是47FG(4FV7K)型压缩机的性能曲线。由性能曲线可见：当蒸发温度一定时，随着冷凝温度的上升，制冷量减少，而轴功率增大；当冷凝温度一定时，随着蒸发温度的下降，制冷量减少。通过性能曲线，可以较方便地求出制冷压缩机在不同工况下的性能系数COPe，它的数值也是随冷凝温度和蒸发温度而变化的。COPe值是说明制冷压缩机性能的一个不可缺少的主要经济指标。在相同工况下，COPe值越大说明压缩机性能越好。应注意到：对于半封闭和全封闭压缩机，性能曲线一般是反映蒸发温度与同轴电动机输入电功率之间的关系，这样能比较直观地反映总耗电量，对用户有较实用的参考价值。名义工况(nominalcondition)压缩机的制冷量和轴功率等参数随工况条件变化，为了衡量、比较压缩机性能，制定公认的温度条件(名义工况)，作为压缩机制冷量选用和比较的标准。名义工况(旧)标准工况空调工况名义工况(新)高温工况中温工况低温工况考核工况(是考核压缩机和压缩机组性能指标的工况。在此工况下，压缩机和压缩机组按规定条件进行试验，并作为性能比较的基准性能工况。目前，许多生产厂家仍按原定的标准工况(standardcondition)和空调工况(air-conditioningcondition)来标示压缩机的各项性能指标，在压缩机的铭牌上分别标出其标准(工况)制冷量或空调(工况)制冷量。下表分别示出标准工况和空调工况的温度条件。最大压差工况：用来考核压缩机零件强度、排气温度、油温、电机绕组温度。最大轴功率工况：用来考核压缩机噪声、振动，并依此选配电动机。表2-5标准工况表2-6空调工况2、压缩机的工况由以上分析可知，同一台压缩机的制冷量，是随th和to的改变而改变的，因此不指出压缩机的工作条件而比较它的制冷量的大小是没有意义的。为了对压缩机的性能加以对比，根据我国的具体情况，规定了“名义工况”、“考核工况”、“最大轴功率工况”、“最大压差工况”等。表2-4小型压缩机名义工况(单位：℃)使用温度范围制冷剂吸入压力饱和温度吸入温度排出压力饱和温度制冷剂液体温度高温R12784944R22中温R12-74338R22低温R12-235R22R502表2-7中型压缩机