往复式压缩机原理及结构

绪论绪论总论第一章第二章第三章第四章第五章实验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。教学大纲发展历程总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，。压缩机分类压缩机空气压缩机及化工流程压缩机容机型速度型往复式回转式离心式轴流式往复式压缩机的优缺点优点：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：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实际循环的压缩机的性能指标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活塞平均速度活塞行程缸径比曲柄转速气缸数气缸中心距曲轴半径连杆长度的比制冷压缩机的基本要求动力经济性方面的要求质量和外形尺寸方面的要求可靠性和耐久性方面的要求结构工艺性方面的要求压缩机噪声方面的要求内置电动机方面的要求制冷压缩机的主要结构图制冷压缩机的总体结构开启式压缩机半封闭式压缩机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5．内置电动机要求－－－－答案6．开启式、半封闭和全封闭压缩机特点－－－－答案7．对活塞要求－－－－答案8．曲轴结构形式－－－－答案9．气阀要求－－－－答案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ūp(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动零件的高速性。活塞平均速度的表达式为:ūp=sn/30式中s--活塞行程，单位为m;n--压缩机转速，单位为r/min;按此把压缩机的理论排量改写为qvt=1.414i*D*D*ūp*1000这个表达式说明，在qvt和i确定的情况下，ūp愈大，则压缩机的气缸直径愈小。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ūp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ūp的值，压缩机的机械摩擦和零件的磨损均增加，机械效率和机器的寿命下降。ūp也决定着工质在压缩机流通截面处的流动速度。ūp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λp，增加了功率消耗。此外，ūp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ūp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ф=S/D是一个对压缩机摩擦功率、零件磨损、尺寸重量、强度刚度、热力过程等很多方面都有影响的结构参数。对活塞平均速度的影响ūp=0.009228(qvt/i)**1/3*(фn)**2/3由此可见，在Vth、i和n不变的条件下，减小ф的值，则可以把ūp值降低下来。这对于在提高压缩机转速的同时又要限制ūp值，是有效的措施。对压缩机重量和外形尺寸的影响由Vth的表达式经变换后可得D=0.227(qvt/iфn)**1/3S=фD=0.227(qvtф*ф/in)**1/3当qvt、i和n一定的情况下，D反比于ф的1/3次方，S正比于ф的2/3次方。减小ф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。压缩机的重量亦由此有所减轻。对气阀流动阻力的影响ф值的降低导致ūp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。对曲轴设计的影响采用较小的ф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，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若是气缸中的直线余隙数值受到限制而维持不变，则由于ф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。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ф值是合适的。现代的中小型多缸高速制冷压缩机的ф值一般在0.7--0.8的范围内。但是，对数气系数不良影响，为改进压缩机的性能，近来出现ф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ūp还是要上升。若为了限制ūp的增长而降低ф，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。转速提高后对气阀的工作寿命带来不利影响。转速愈高，阀片对升程限制器和阀座的冲击次数愈多，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。压缩机因转速的提高而缩小了尺寸，减小了热交换面积，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。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......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对于给定理论排量qvt的制冷压缩机，如果维持ф和ūp为定值，不同的气缸数将对应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，缸径小，转速高。下面就分析气缸数多少的利弊。（1）从压缩机重量大小方面看，缸数多由于缸数少。且以下标l和m分别表示缸数少和气缸数多。设两种压缩机均几何相似，则压缩机的理论排量相等。qvt=60ilVplnl=60imVpmnm活塞平均速度相等。ūp=Slnl/30=Smnm/30由此可推出il/im=Vpmnm/Vplnl=(nm/nl)*(Dm/Dl)**3=(Dm/Dl)**2设相似压缩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这就是说，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轻，可以节约材料。如果考虑到多缸机的可以采取角度式布置方式，则将显得更轻，更紧凑。（2）气缸数多，压缩机的总切向力矩变化较小，可以采用小尺寸飞轮，压缩机的平衡性较好。（3）气缸数多，则压缩机的结构比较复杂，需要维修的零部件也多，运转的可靠性降低。现代中小型高速多缸单级压缩机的气缸数一般2--8缸，最多的达16缸。全封闭式压缩机的缸数1--4缸。更多......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=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连杆的长度直接影响压缩机高度。在求得行程S之后，只要选定λ值便可求出连杆的长度，所以，在选定λ大小时，应予仔细考虑。λ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λ值的增大而上升来看，则增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λ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绪论总论第一章第二章第三章第四章第五章实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、容许排气温度的热力参数以及润滑油温度、电机绕组温度和容许电压偏差的使用条件。此外，压缩机的重量和外形尺寸，可靠性和耐久性，结构工艺性也是压缩机设计时需要明确的重要方面。压缩机的振动和噪声直接关系到环境公害问题，日益引起人们的重视，已经成为评定机器性能的重要因素。活塞式压缩机作为一种量大面广的通用机械，为了有效而合理地保证其设计制造质量，使用可靠，国家根据我国的具体情况制定了相应的标准，规定了一般活塞式制冷压缩机的设计和使用条件。一.动力经济性方面的要求能效比EERe或EERel值来衡量制冷压缩机的动力经济性的指标，较大的值不仅表明在相同制冷量条件下，制冷机消耗较少的功率，而且也意味着机器因能量损失少而使机器具有较低的工作温度，因而在其它条件相同的情况下，压缩机可靠性和耐久性也就得到了提高。开启式压缩机的能效比一般较封闭式压缩机的能效比大。在同一机型中，单机制冷量大的相对损失少，能效比亦较大。能效比还与运转工况有关，高温工况下的值要高于低温工况下的值。一般开启式压缩机在标准工况下的能