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制冷系统压缩机专题

作者:rongxing 日期:2020-11-15 10:33:47 点击数:

蒸汽压缩式制冷技术的适应温度范围广、清洁无污染、安装操作简便、效率高,在制冷空调领域中占主导地位。制冷压缩机是制冷机组的关键核心部件,对系统的运行性能、噪声震动和使用寿命有着决定性的作用。下面将从制冷压缩机的分类,应用范围,回油措施,内置保护等方面作以介绍。


制冷系统压缩机专题(图1)
常用压缩机的分类
制冷系统压缩机专题(图2)
各类压缩机在制冷空调工程中的制冷量范围


1.离心压缩机

离心压缩机是产生压力的机械,是透平压缩机的一种。透平是英译音“TURBINE”,即旋转的叶轮。在全低压空分装置中,离心压缩机得到广泛应用,逐渐出现了离心压缩机取代活塞压缩机的趋势。

工作原理:是具有叶片的工作轮在压缩机的轴上旋转,进入工作轮的气体被叶片带着旋转,增加了动能(速度)和静压头(压力),然后出工作轮进入扩压器内,在扩压器中气体的速度转变为压力,进一步提高压力,经过压缩的气体再经弯道和回流器进入下一级叶轮进一步压缩至所需的压力。打个比方说:一般是由一台原动机(电机)带动一根轴,轴上装有有4个叶轮,就好象一根轴带了4个电扇,一个电扇的风传给了第二个电扇,又传给了另一个电扇,最后你感觉到风的力量很大一样。离心压缩机就是这样通过叶轮把气体的压力提高的。气体在叶轮中提高压力的原因有两个:一是气体在叶轮叶片的作用下,跟着叶轮作高速的旋转,而气体由于受旋转所产生的离心力的作用使气体的压力升高,其次是叶轮是从里到外逐渐扩大的,气体在叶轮里扩压流动,使气体通过叶轮后压力得到提高。

特点:离心压缩机是一种速度式压缩机,与其它压缩机相比较: 优点:⑴排气量大,排气均匀,气流无脉冲。⑵转速高。⑶机内不需要润滑。 ⑷密封效果好,泄露现象少。⑸有平坦的性能曲线,操作范围较广。⑹易于实现自动化和大型化。⑺易损件少、维修量少、运转周期长。缺点:⑴操作的适应性差,气体的性质对操作性能有较大影响。在机组开车、停车、运行中,负荷变化大。⑵气流速度大,流道内的零部件有较大的摩擦损失。⑶有喘振现象,对机器的危害极大。适用范围:大中流量、中低压力的场合。


制冷系统压缩机专题(图3)
离心式压缩机结构视图


2.活塞式压缩机


制冷系统压缩机专题(图4)
活塞式压缩机简图


工作原理:当活塞式压缩机的曲轴旋转时,通过连杆的传动,活塞便做往复运动,由气缸内壁、气缸盖和活塞顶面所构成的工作容积则会发生周期性变化。活塞式压缩机的活塞从气缸盖处开始运动时,气缸内的工作容积逐渐增大,这时,气体即沿着进气管,推开进气阀而进入气缸,直到工作容积变到最大时为止,进气阀关闭;活塞式压缩机的活塞反向运动时,气缸内工作容积缩小,气体压力升高,当气缸内压力达到并略高于排气压力时,排气阀打开,气体排出气缸,直到活塞运动到极限位置为止,排气阀关闭。当活塞式压缩机的活塞再次反向运动时,上述过程重复出现。总之,活塞式压缩机的曲轴旋转一周,活塞往复一次,气缸内相继实现进气、压缩、排气的过程,即完成一个工作循环。

优点:1、活塞压缩机的适用压力范围广,不论流量大小,均能达到所需压力;2、活塞压缩机的热效率高,单位耗电量少;3、适应性强,即排气范围较广,且不受压力高低影响,能适应较广阔的压力范围和制冷量要求;4、活塞压缩机对材料要求低,多用普通钢铁材料,加工较容易,造价也较低廉;5、活塞压缩机技术上较为成熟,生产使用上积累了丰富的经验;6 、活塞压缩机的装置系统比较简单。

缺点:1、转速不高,机器大而重;2、结构复杂,易损件多,维修量大;3、排气不连续,造成气流脉动;4、运转时有较大的震动。活塞式压缩机在各种场合,特别是在中小制冷范围内,成为制冷机中应用最广、生产批量最大的一种机型。

3.螺杆式制冷压缩机


制冷系统压缩机专题(图5)
单螺杆压缩机简图


工作原理:螺杆式压缩机汽缸内装有一对互相啮合的螺旋形阴阳转子,两转子都有几个凹形齿,两者互相反向旋转。转子之间和机壳与转子之间的间隙仅为5~10丝,主转子(又称阳转子或凸转子),通过由发动机或电动机驱动(多数为电动机驱动),另一转子(又称阴转子或凹转子)是由主转子通过喷油形成的油膜进行驱动,或由主转子端和凹转子端的同步齿轮驱动。所以驱动中没有金属接触(理论上)。转子的长度和直径决定压缩机排气量(流量)和排气压力,转子越长,压力越高;转子直径越大,流量越大。螺旋转子凹槽经过吸气口时充满气体。当转子旋转时,转子凹槽被机壳壁封闭,形成压缩腔室,当转子凹槽封闭后,润滑油被喷入压缩腔室,起密封。冷却和润滑作用。当转子旋转压缩润滑剂+气体(简称油气混合物)时,压缩腔室容积减小,向排气口压缩油气混合物。当压缩腔室经过排气口时,油气混合物从压缩机排出,完成一个吸气——压缩——排气过程。螺杆机的每个转子由减摩轴承所支承,轴承由靠近转轴端部的端盖固定。进气端由滚柱轴承支承,排气端由一以对靠的贺锥滚柱支承通常是排气端的轴承使转子定位,也就是止推轴承,抵抗轴向推力,承受径向载荷,并提供必须的轴向运行最小间隙。工作循环可分为吸气、压缩和排气三个过程。随着转子旋转,每对相互啮合的齿相继完成相同的工作循环。

优点:1,螺杆压缩机与活塞压缩机相同,都属于容积式压缩机。就使用效果来看螺杆空压机有如下优点。2,可靠性高。螺杆压缩机零部件少,没有易损件,因而它运转可靠,寿命长,大修间隔期可达4-8万小时。3,操作维护方便。螺杆压缩机自动化程度高,操作人员不必经过长时间的专业培训,可实现无人值守运转。4,动力平衡好。螺杆压缩机没有不平衡惯性力,机器可平稳地高速工作,可实现无基础运转,特别适合作移动式压缩机,体积小、重量轻、占地面积少。5,适应性强。螺杆压缩机具有强制输气的特点,容积流量几乎不受排气压力的影响,在宽阔的范围内能保持较高效率,在压缩机结构不作任何改变的情况下,适用于多种工况。

缺点:噪声较大,以及需要设置一套润滑油分离、冷却、过滤和加压的辅助设备,造成机组体积过大。

4.滑片式压缩机


制冷系统压缩机专题(图6)


工作原理:片式压缩机的主要机件由三部分组成:机体1(又称气缸)、转子2及滑片3。滑片式压缩机的转子偏心配置在气缸内,转子上开有若干纵向凹槽,在凹槽中装有能沿径向自由滑动的滑片。由于转子在气缸内偏心配置,气缸内壁与转 子外表面间构成一个月牙形空间。转子旋转时,滑片受离心力的作用从槽中甩出,其端部紧贴在 机体内圆壁面上,月牙形的空间被滑片分隔成若 干扇形的小室——基元容积。在转子旋转一周之内,每一基元容积将由最 小值逐渐变大,直到最大值,再由最大值逐渐变 小,变到最小值。随着转子的连续旋转,基元容积遵循上述规律周而复始变化。


制冷系统压缩机专题(图7)
在机体上开设有吸气孔口(左侧) 和排气孔口(右侧) 。


基元容积逐渐增大时,在左面与吸气孔口相遇。开始吸入气体,直到基元容积达到最大,组成该基元容积的后一滑片(相对于旋转方向)越过吸气孔口的上边缘时吸气终止。以后,基元容积开始缩小,气体在其内被压缩。当组成该基元容积的前一滑片达到排气孔口的上边缘时,基元容积开始和排气孔口相通,则压缩过程结束,排气开始。而在基元容积的后一滑片越过排气孔口的下边缘时,排气终止。之后,基元容积达最小值。转子继续旋转,基元容积又开始增大。由此,余留在该最小容积中的压缩气体进行膨胀。当基元容积的前一滑片达到吸气孔口的下边缘后,该正在扩大的基元容积又和吸气孔口相通,重新开始吸入气体。如果滑片数为 z,则在转子每旋转一周之中,依次有z个基元容积分别进行吸气-压缩-排气-膨胀过程。分类:第一类:滴油滑片式压缩机第二类:喷油滑片式压缩机第三类:无油滑片式压缩机。

特点:滑片式压缩机结构简单、制造容易,操作和维修保养方便。它几乎完全平衡,无振动,所以要求的基础小。此外,在旋转一周之中有多个基元容积与吸排气管接通,因此吸排气压力脉动较小,不需安装很大的贮气器。滑片式压缩机的主要缺点是滑片与转子气缸之间有很大的机械摩擦,产生较大的能量损失,因此效率较低。以排气量10m3/min, 排气压力 6.86×105N/ m2的移动式空压机为例,其效率要比同参数的螺杆式压缩机约低10%, 比同参数的往复式压缩机约低20%。此外,虽然滑片的寿命现在已能突破8000小时,但取决于材质、加工精度及运行条件,故它仍是影响滑片式压缩机运转周期的一个重要因素。

用途:滑片式压缩机广泛运用于各种中、小型压缩空气装置和小型空调制冷装置中。在化学工业和食品工业中,无油机器可用来输送或加压各种气体。滑片式机械还可作为真空泵使用,单级可获5000-4000N/m2 (真空度95-96%), 双级可获1500-1OOON/m2(真空度98.5-99%)。滑片式压缩机多为单级或双级的,三级以上的很少见到。滴油润滑的机器,单级压力比为3-4;喷油机器单级压力比可达8;无油润滑机器的单级压力比很少超过2.5 。常见的排气量范围是1-20m3/min。压缩机一般与电功机直联,转数范围一般是500-30OOrpm。

5.滚动转子式压缩机


制冷系统压缩机专题(图8)
滚动转子式压缩机简图


滚动转子式压缩机如今广泛应用于家电冰箱和空调器中,其中大中型滚动转子式压缩机也运用于冷库。
特点:(1)零部件少,结构简单。(2)易损零件少,运行可靠。(3)没有吸气阀片,余隙容积小,输气系数较高。(4)在相同制冷量情况下,压缩机体积小,重量轻,运转平衡。(5)加工精度要求较高。(6)密封线较长,密封性能较差,泄露损失较大。(7)滑片与汽缸壁面之间的泄露、摩擦和磨损较大,限制了它的工作寿命和效率的提高。

6.涡旋式压缩机


制冷系统压缩机专题(图9)


涡旋式压缩机是20世纪80年代才发展起来的新型压缩机,它以效率高、体积小、质量轻、噪声低、结构简单且运转平衡等特点被广泛应用于空调和制冷机组中。

特点:(1)相邻两室的压差小,气体的泄露量小。(2)由于吸气、压缩、排气过程是同时连续进行的,压力上升较慢,因此转矩变化幅度小,震动小。(3)没有余隙容积,故不存在引起输气系数下降的膨胀过程。(4)没有吸、排气阀,效率高,可靠性强,噪声低。(5)由于采用气体支撑机构,故允许带液压缩,一旦压缩腔内压力过高,可使动盘和静盘端面脱离,压力立即得以释放。(6)机壳内腔为排气室,减少了吸气预热,提高了压缩机的输气系数。(7)涡线体型线加工精度非常高,必须采用专用的精密加工设备,而且密封要求高,密封结构复杂。

7.滚动活塞式压缩机


制冷系统压缩机专题(图10)


工作原理:滚动活塞式压缩机,将低压气体提升为高压的一种从动的流体机械。是制冷系统的心脏,它从吸气管吸入低温低压的制冷剂气体,通过电机运转带动活塞对其进行压缩后,向排气管排出高温高压的制冷剂液体,为制冷循环提供动力,从而实现压缩→冷凝→膨胀→蒸发 ( 吸热 ) 的制冷循环。依靠偏心安设在汽缸内的旋转活塞在圆柱形汽缸内作滚动运动和一个与滚动活塞相接触的滑板的往复运动实现气体压缩的压缩机。

分类:滚动活塞式压缩机按其原理可分为容积型滚动活塞式压缩机与速度型滚动活塞式压缩机。容积型又分为 往复式滚动活塞式压缩机、回转式滚动活塞式压缩机;速度型滚动活塞式压缩机又分为:轴流式滚动活塞式压缩机、离心式滚动活塞式压缩机。目前家用冰箱和空调器滚动活塞式压缩机都是容积式,其中又可分为往复式和旋转式。往复式滚动活塞式压缩机使用的是活塞、曲柄、连杆机构或活塞、曲柄、滑管机构,旋转式使用的目前多是滚动转子滚动活塞式压缩机。在商用空调上,又多是离心式、涡旋式、螺杆式。

8.压缩机的四大保护

压缩机运行时,可能出现一些异常的情况,如:排气压力过高,吸气压力太低,油压不足,电动机过热,过量液体进入气缸等。出现异常情况时,若没有保护措施,压缩机将会损坏。对压缩机采取的保护措施可分为四类:1、防止液击;2、压力保护;3、内置电动机的保护;4、温度保护。

8.1.防止液击

当进入气缸的液体太多,来不及从排气阀排出时,气缸内将出现液击,液击时产生的很高的压力使气缸、活塞、连杆…….等零件损坏,因此需采取一系列保护措施。

8.1.1 假盖
将气阀组件用一弹簧紧压在气缸端部,形成假盖。缸内压力过高时,将排气阀顶起,液体泄出,缸内压力迅速降低。

8.1.2 油加热器

曲轴箱的润滑油溶有制冷剂,环境温度低时溶入量增加。压缩机起动时,曲轴箱内压力突然降低,大量制冷剂气化,润滑油呈泡沫状并被吸入气缸,引起液击。用油加热器在起动前对润滑油加热,降低溶在润滑油中的制冷剂量是避免液击的有效措施。

8.1.3 气液分离器

所示的气液分离器又称储液器。来自蒸发器的气液混合物在气液分离器内分离,气体从出口管的上部进入,从下部流出。分离出来的液体积存于分离器底部,其中的液体制冷剂受热气化进入出口管上部,不能气化的润滑油从回流孔流入出口管再进入压缩机。

8.2.压力保护

8.2.1 吸、排气压力的控制

压缩机运行时,因系统的原因或压缩机本身的原因,可能出现排气压力过高或吸气压力过低的情况,为此需控制吸、排气压力。常见的控制器未高、低压压力控制器,它由高压控制部分和低压控制部分组成。当排气压力超过给定值时,高压控制部分动作,切断压缩机电源,使其停机;吸气压力低于给定值时,低压控制部分动作,切断压缩机电源使其停机。压缩机停机;还会同时发出声光报警讯号。

8.2.2 安全阀

为防止制冷剂泄漏至大气,采取闭式安全阀。阀盘的上侧承受排气压力,下侧承受到吸气压力和弹簧的弹力。排气压力过高时,阀盘向下运动,打开阀座下部的侧向孔,高压气体经此侧孔及阀体上的侧向孔流入吸气腔。排气压力低于规定值时,阀盘在吸气压力和弹簧的弹力作用下向上,关闭排气管。安全阀的开启压力用螺栓调节。

8.2.3 安全膜

在吸排气腔之间安装安全膜片。吸排气压力差超过规定值时,膜片破裂,排气压力降低。滤网用于捕捉破碎膜片,以保护压缩机。

8.2.4 润滑油压差控制器

润滑油压差系统油泵出口处油压与曲轴箱内油压之差。为保护压缩机运动部件的良好润滑,并保证有些压缩机输气量控制机构(如:液压-拉杆控制机构)的正常动作,必须控制器上的低压入口和高压出口接通。当液压泵出入口之间的压力差过高或过低时,控制器动作,切断压缩机电源,电动机停止转动。

8.3.内置电动机的保护

8.3.1 过热

设计良好并在规定条件下运转的电动机,内部温度不会超过允许值,但电动机在过高或过低的电压下运转,或在高温环境下运转时,电动机内部温度超过允许值,在频繁起动时,更会因起动电流过大使温度过高。为了电动机不过热,除了正确使用,注意维修外,还可安装过热继电器。过热继电器可装在绕组内部,称为内置温度继电器,或装在电动机外部,称为外置温度-电流继电器。电动机内部温度超过规定值时,内置温度继电器的双金属片因变形而使触点跳开,电动机停止运转。电动机内的温度降到规定值以下时,触点复位,电路重新接通。

外置温度-电流继电器:两个端子之间串联碟形双金属片和发热器。电动机内电流过大时,发热器对双金属片的加热使它处于图中虚线位置,触点跳开,电动机停止转动。外置温度-电流继电器保护电动机,使它不会因电流过大而过热。但在有些场合,电动机的过热不是起因于电流过大,而是起因于流经电动机的低温气体不够,例如:因制冷系统受堵制冷剂循环量很小,电动机冷却极差导致内部过热,内置温度继电器在此时起保护电动机的作用。

8.3.2 缺相

三相电动机缺相将导致电动机无法起动或过载。为保护电动机免遭缺相之损害,采用过载继电器),它由机械运动部分和电磁开关部分组成。机械运动部分有四个端子,两个在上、两个在下。上、下端子间装有发热器。缺相时,其它相的绕组超载电流过发热器,双金属圆盘受热变形,推动压板,进而使电磁开关上的过负荷继电器接点跳开,激磁线圈中无电流,磁性接触器不再闭合,电动机停止转动。过载继电器也用于正常的三相电动机,在电流过大时保护电动机。

8.3.3 相间不平衡

相间不平衡电压导致三相不平衡电流。在电流最大的相中,温升增加的比例约为电压不平衡比例平方的两倍。例如:3%的电压不平衡产生约18%的温升。保护电动机不出现相间不平衡的措施与缺相时采取的措施相同。

8.4.温度保护

8.4.1 排气温度

排气温度过高导致制冷剂分解,绝缘材料的老化,润滑油结碳,气阀损坏,还会使毛细管和干燥过滤器堵塞。保护方法主要是用温控器感应排气温度,温控器应安放靠近排气口处,排气温度过高时,温控器动作,切断电路。若排气温度过高由热气旁通引起,则不应采用停机的方法,应采用喷液冷却。

8.4.2 机壳温度

机壳温度会影响压缩机的寿命。机壳温度过高可能起因于冷凝器的换热能力不足,所以应检查冷凝器的风景或水量,水温是否合适,制冷系统内混入空气或其它不凝性气体,冷凝压力就会上升,机壳过热;吸气温度过高,机壳容易过热,此外,电动机过热也会机壳过热。避免机壳过热,保护压缩机的根本方法是正确处理上述各种问题,同时在机壳上安装温度保护器。最常使用的机壳温度保护器的外置温度-电流保护器。将它安放在机壳上合适的地方,机壳温度过高时,碟形双金属片感受温度而变形,使电路中的触点跳开,压缩机停机。

9.压缩机加油操作

冷冻油可以从以下三个地方加入:1、专用加油孔;2、吸气截止阀旁通孔;3、曲轴箱下部的油三通阀。

9.1.从加油孔中加润滑油

压缩机上有加油孔时可从加油孔处加入润滑油。其操作步骤如下:1.关闭吸气截止阀,起动压缩机,将曲轴箱内制冷剂排入冷凝器。如发生液击则断续停开几次,使压缩机内的压力接近大气压力后停车,并关闭排气截止阀。2.旋下加油孔的螺塞(俗称油闷头),将漏斗插入加油孔,并往里面加油,加油量以到达油面线为止,加油完毕取下漏斗,旋上螺塞并旋紧。3.打开吸、排气截止阀,加油工作结束。

9.2.从吸气截止阀旁通孔吸入冷冻机油

此法适用于添加量少的小型压缩机,如图所示:


制冷系统压缩机专题(图11)


9.3.从曲轴箱下部的油三通阀加油

具有三通阀装置的F7和F10系列压缩机,可在压缩机连续运转情况下加油。其操作步骤如下: 1.旋下油三通阀帽盖,将阀杆反旋关闭油路外接头。旋下闷头螺塞,接上锥牙接头及加油铜管,将油管的另-端浸入油内、盛油器应高于曲轴箱内油面。2.关小出液阀或压缩机的吸气截止阀,使压缩机在吸气压;略高于OMPa的表压力下运转。3.将油三通阀杆顺时针旋转1千转,让曲轴箱内有压力的平滑油流人加油管,将管内空气排掉。然后迅速顺时针旋阀杆至;闭位置,这时,机内油路被切断;油泵的吸油腔内压力立即低、大气压,润滑油即从吸油管口吸人。4. 加至一定的液面后,迅速反旋汕三通阀杆,关闭外接口。5.拆下油管,旋上并旋紧螺塞闷头和帽盖,恢复输液阀或吸气截止阀杆至原来位置,加油完毕。



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