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压缩机工作原理
发表于:2022-01-26 11:08 分享至:

  首先我们从制冷谈起,制冷技术是为了人们对低温条件的需要而产生和发展的。在短短的几十年里,制冷行业有了突飞猛进的发展,如今它已成为一种迅速扩展着的产业。在科学技术高度发展的今天,人类社会对于制冷业的依赖程度是不可估量的。制冷技术的应用范围非常广,如家庭制冷,食品加工,储存

  ,运输,商业制冷,工业制冷,空调等,每一个人都离不开“制冷”,工业﹑国防﹑科研﹑各个领域都离不开“制冷”。

  蒸气压缩式制冷原理由于制冷原理的不同,制冷装置有不同的型式,凡是利用压缩机使制冷剂在循环系统中循环流动而制冷的装置叫蒸气压缩式制冷系统,这里以我们最熟悉的制冷系统——家用电冰箱为例来说明该制冷系统的工作原理。

  家用电冰箱是一种小型的家用制冷设备,主要用于食品的储藏,它的心脏部件就是全封闭式冰箱压缩机,图

  可看出,整个循环系统由五部分组成:压缩机、冷凝器、干燥过滤器、毛细管和蒸发器。当压缩机运行时,压缩机从蒸发器吸入低温、低压制冷剂蒸气,经压缩排出高温、高压制冷剂蒸气,在冷凝器中冷凝为液态的制冷剂,通过干燥过滤器,毛细管节流后在蒸发器中膨胀吸热蒸发,此时制冷剂由液态变为低温、低压的气体,然后回到压缩机的吸气端。这样周而复始的制冷作用就是靠“心脏”压缩机来完成的。

  压缩机的分类及工作原理制冷压缩机按照密封方式可分为开启式、半封闭式和全封闭式三类。按制冷压缩机的工作原理可分为容积型和速度型两大类,容积型又分很多种。

  这里我们只讲往复活塞式全封闭压缩机。目前冰箱压缩机已全部采用全封闭式压缩机,所谓全封闭式压缩机,就是将压缩机本体与电机组合成的机芯,用吊簧或座簧将机芯支承在下壳体内,上盖和下壳体接合处用电焊焊接封死,因此全封闭式压缩机从根本上解决了开启式压缩机存在的泄漏问题。同时噪声和振动都很低。

  往复活塞式压缩机的工作过程由:吸气——压缩——排气——膨胀四个过程组成一次循环。

  压缩过程当吸气终了时,气缸内充满低压气体,活塞从下止点开始往上运动,气缸容积逐渐变小,气缸内的气体被压缩,此时气体的压力与温度随之升高。吸气阀因受到较高气体压力而关闭,而排气阀则因此时气体压力还未达到排气压力,所以保持关闭状态,气体的压缩过程将持续到活塞向上运动到气缸内气体压力等于排气腔压力时为止。

  排气过程随着活塞继续向上运动,当气体压力稍高于排气腔压力时,排气阀被打开(此时气体力要克服阀片质量和弹簧力)。气缸内高温、高压气体被活塞推出,进入排气腔,直到活塞运动到上止点时,排气过程才结束。

  膨胀过程:活塞从上止点开始向下运动时,气缸容积逐渐变大。由于余隙容积的存在(主要是指死点间隙和排气阀片以下的排气孔容积),残留在余隙容积中的高温、高压气体也逐渐膨胀,此时气体的温度、压力也随之下降,直至气缸内压力达到吸气腔压力时,膨胀过程才结束。在膨胀过程期间,吸排气阀均处于关闭状态。

  吸气过程:当活塞继续向下运动,气缸内气体压力低于吸气腔压力时,其压力差足以打开吸气阀时,吸气过程开始,直至活塞到达下止点,吸气过程才结束。

  综上所述,活塞在气缸内每往复运动一次,即曲轴旋转一周,就要依次进行一次吸气、压缩、排气、膨胀过程。压缩机在电动机的驱动下连续运转,活塞便不停地在气缸内做往复运动,于是压缩机周而复始的进行上述四个过程,完成气体的压缩和输送工作。

  压缩机的结构:恩布拉科雪花压缩机有限公司生产的压缩机采用曲轴连杆式传动机构(图

  2),气缸体(机座)上设有连成一体的主轴承,在曲轴上部另设一个辅助轴承——上轴承。曲轴由于采用了双支承,因此受力情况较单支承好得多。

  活塞通过活塞销、连杆与曲轴相连接。电动机在壳内下部,电机定子用螺栓与汽缸体紧固在一起,转子直接与曲轴长轴热套在一起,整个机芯用四只座簧支承,因此具有良好的减振性。当接通电源后,电机转子旋转,同时带动曲轴、连杆大头转动,而连杆小头带动活塞在汽缸中作往复运动。当活塞从上止点向曲轴方向移动时,吸气阀打开,制冷剂蒸汽从吸气管通过吸气消声器进入汽缸。当活塞从曲轴侧(下止点)向上止点方向移动时,进气阀关闭,汽缸中的制冷剂蒸汽被压缩,当达到某一压力后,排气阀打开,高压制冷剂蒸汽通过排气阀排出汽缸,并通过排气消声器和内排气管排出压缩机进入冰箱系统的冷凝器(见图

  1)。压缩机壳体内注有一定量的冷冻机油,曲轴末端装有吸油器,吸油器插入油面以下,当曲轴旋转时,润滑油在离心力的作用下通过吸油管沿曲轴油孔上升,润滑主轴颈、曲柄销、连杆大头、小头、活塞和汽缸、上轴承等部位。

  PTC)和过载保护器(图3)。当压缩机负载过大或温度过高时,过载保护器会自动断开电源、压缩机停止工作。图3是压缩机电气接线图,图中“C”是运行电容器,它可提高压缩机电机的效率,一般在高效压缩机电机中使用。

  气缸体(机座)气缸体是压缩机机芯的骨架,几乎所有的零部件都要安装在它上面,因此全封闭压缩机气缸体是非常重要的零件。气缸体形状复杂,尺寸多,对加工精度和粗糙度要求高,尤其对各加工尺寸的形位公差要求很严。因此,必须重视提高气缸体的铸造工艺性(一般用优质灰铸铁制造)和加工工艺性,以提高生产率和降低成本。气缸体的作用是:

  在其上安装各种辅助部件,如吸油器、内排气管等,使它们之间有着密切的联系,形成完整的压缩机机芯。

  曲轴是活塞式压缩机最重要的运动件之一,它从电机转子输入全部有效功率,并将其旋转变为活塞的往复运动,从而达到压缩气体的目的。一般来说曲轴应满足下述要求:

  具有足够的疲劳强度,以承受作用于其上的周期性弯曲和扭转载荷,因此必须选择合理的结构和工艺来提高其疲劳强度。2.

  选择适当的主轴颈和曲柄销(曲拐)直径,使所承受的比压、滑动磨擦速度较低,并保证其可靠的润滑。

  另外,曲轴具有较高的尺寸加工精度和粗糙度。轴颈的园柱度、主轴颈与曲拐的平行度都要求很严格,这些要求都是为了保证压缩机能正常运转,以避免产生非正常的磨损,并减少机械噪声。冰箱压缩机曲轴常用高强度灰铸铁或球墨铸铁制造。(三)

  压缩机活塞在高速下作往复运动,它的线速度在不断的变化,因此,设计时要求活塞重量轻,以减少往复惯性力,从而减小振动。2.

  由于活塞与高温气体接触时会受热膨胀,因而活塞与气缸间的配合间隙会发生变化,这就要求活塞应具有较好的导热性。同时材料应具有较小的热膨胀系数,以保证合理的配合间隙,一般冰箱压缩机的活塞用铁基粉末冶金制造。3.

  耐磨性要好。为了保证活塞与气缸之间有良好的气密性,对活塞的尺寸精度、圆度、园柱度要求十分严格。活塞销孔与外园的垂直度要求也很高,一般在

  连杆在曲柄连杆机构中,曲轴的旋转运动是通过连杆使活塞在气缸中作往复运动的。连杆根据大头的结构可分为整体式和剖分式两种,我公司目前生产的

  ECN系列压缩机均为整体式连杆,正在研制中的ECQ特高效压缩机的连杆为剖分式。对连杆的要求:

  连杆大小孔的尺寸精度、园柱度、平行度、粗糙度要求很高,这些要求都是为了满足压缩机运转的可靠性及不至产生较大的机械噪声。连杆一般采用粉末治金或含硅量较高的铝合金压铸工艺来制造。

  气阀是活塞式压缩机非常重要的部件之一,它控制着压缩机的吸气、压缩、排气和膨胀四个过程。目前,气阀都是受阀片两侧压力差而自动打开、关闭的自动阀。它主要由阀板(阀座)、阀片和限位器等主要零件组成,有的气阀在阀片上面还加有缓冲片,甚至有的气阀由“三片”组成,即阀片、弹簧片、缓冲片。

  气阀的好坏直接关系到压缩机运转的经济性和可靠性,因此必须对气阀提出下述要求:1.

  气阀的使用寿命要长。冰箱压缩机一般来说是不可维修的,一但气阀损坏,冰箱就不制冷了,必须更换压缩机。阀片的寿命不仅和所用材料有关,还与阀片的工艺过程有关。3.

  气阀形成的余隙容积要小。目前采用的凹阀板能有效的减小气阀余隙容积,进而提高了压缩机的容积效率。4.

  目前冰箱压缩机都采用交流单相两极异步电动机,一般采用电阻分相启动(RSIR)或电阻分相启动加运行电容器(RSCR)。电机由定子和转子组成。在定子铁芯上嵌有两个绕组,一个是主绕组,又称工作绕组,另一个为启动绕组,或称副绕组。两个绕组在定子内空间位置相距

  90?电角度。工作时,主绕组接入电网,副绕组一般只在启动时接入电网。只有带运行电容的单相异步电机在启动之后副绕组仍然接入电网,两个绕组共同产生旋转磁场。转子铁芯上铸入铝条后形成鼠笼式感应线圈。定子与转子之间通过气隙实现电偶合,产生电磁力矩,将电能转换为机械能。对电机的要求主要有以下几点:绝缘等级、电气强度、效率、堵转力矩、最大力矩等。

  冰箱压缩机工作在高温及充注有制冷剂和冷冻机油的封闭条件下无监控地运行10年左右,故要求运行平稳,可靠性高,效率高,制冷速度快,噪声低,起动性能好等。为此通常考核下列指标:1.

  制冷量是表征制冷压缩机制冷能力的量,单位为瓦(W)。在测定压缩机的制冷量和性能系数(COP)时,必须规定统一的标准工况,目前世界上有两种标准测试工况,即ASHRAE(美国采暖、制冷、空调工程师协会)工况和CECOMAF(欧洲制冷设备制造商协会)工况。ASHRAE

  蒸发温度:-25?C;冷凝温度:55?C;过冷温度:55?C;吸气温度:32?C;

  这两种工况的差异在于:CECOMAF工况的蒸发温度较低,液体没有过冷,因此如测同一台压缩机的制冷量,COP时得到的值是不同的。CECOMAF工况所测的值比ASHRAE工况测得的值约低20%左右。我国国家标准(GB9098)采用ASHRAE工况。测量方法目前都采用第二制冷剂量热器法。

  性能系数(cop)是压缩机接入制冷系统,在规定的工况下运行时,测得的制冷量与压缩机输入功率之比,单位w/w。Cop值是表征压缩机运行经济性的重要的指标。Cop值愈大,表明压缩机在相同的制冷条件下具有较少的功率消耗,也就是说该压缩机效率较高。

  起动性能起动性能是压缩机在接入制冷系统后,在规定的平衡压力下(即吸气侧和排气侧压力相等)的最低起动电压。按国家标准规定额定电压是

  220V,最低起动电压不得高于187V,由于各地电网质量不尽相同,甚至有客户要求最低起动电压为165V。

  可靠性为了保证压缩机的工作寿命,一般用加速寿命试验的方法来评定,常用的有

  168h快速磨损试验,1000h、2000h乃至更长时间的寿命试验,2000小时寿命试验还能考核各种材料的相容性。另外,还要进行模仿冰箱开、停的

  综上所述,这几项性能指标都是非常重要的,比如制冷量低,就有可能使冰箱达不到设计温度,

  cop值低将增加能源消耗,特别是2003年11月1日,开始强制性实行GB12021.2-2003《家用电冰箱耗电量限定值及能源效率等级》标准。今后,各冰箱企业对压缩机的cop值要求将更加严格,并追求更高效率的压缩机。噪声往往是最终用户投诉最多的项,经常发生换货或退货。因此我们必须要严把产品质量,向客房提供优质的产品。

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