第二章 往复式制冷压缩机.ppt
College of Power Engineering,Chongqing University,第三节驱动机构和机体部件,College of Power Engineering,Chongqing University,曲柄连杆机构活塞组（筒形活塞、活塞销、活塞环）连杆曲轴曲柄滑块机构滑管式滑槽式斜盘式驱动机构,一、往复式压缩机的驱动结构型式和结构,College of Power Engineering,Chongqing University,作用：将曲轴的旋转运动转变为活塞的往复运动，实现压缩机的工作循环。,1.曲柄连杆机构,College of Power Engineering,Chongqing University,活塞组(Piston group),活塞组是活塞、活塞销、活塞环等的总称。活塞组在连杆的带动下，在气缸内作往复运动，在气阀部件的配合下完成吸入、压缩和输送气体的作用。典型的筒形活塞组部件由活塞、气环、油环、活塞销、弹簧挡圈组成。,1.曲柄连杆机构,College of Power Engineering,Chongqing University,活塞组,活塞顶部,环部,裙部,活塞销座,要求：重量轻；强度、刚度好；耐磨性佳；导热高；热膨胀小,1.曲柄连杆机构,College of Power Engineering,Chongqing University,斜面活塞,凸顶活塞,凹顶活塞,平顶活塞,1.曲柄连杆机构,College of Power Engineering,Chongqing University,活塞(Piston),筒形活塞 分顶部、环部、裙部和活塞销座四部分。活塞上面封闭圆筒部分称顶部。顶部与气缸、气阀座构成封闭的工作容积。环部是安放气环和油环的部位。环部以下称裙部，裙部有活塞销座。活塞材料 一般采用灰铸铁或铜硅铝合金。铸铁活塞因为密度大、运行时惯性大、导热性差，所以近来被铜硅铝合金所取代。铜硅铝合金不仅质量轻，导热性好，且便于硬模铸造，并具有良好的抗摩性。但由于膨胀系数较大，气缸与活塞之间的间隙也应适当放大。,College of Power Engineering,Chongqing University,活塞销(Piston pin),活塞销用来连接活塞和连杆小头，它承受交变载荷，因此应有足够强度，并要求耐磨、抗疲劳和抗冲击。连杆通过活塞销带动活塞作往复运动。制造活塞销材料有20钢，20铬钢和45钢等。,College of Power Engineering,Chongqing University,活塞环(Piston rings),气环(Sealing ring)作用是密封气缸工作容积，防止压缩气体通过气缸壁间隙泄漏到曲轴箱。制冷压缩机由于压力较低，压差较小，且转速较高，一般采用12道气环即能满足密封要求。）油环(Scrape ring)作用是刮下附着于气缸壁上多余的润滑油，并使壁面上油膜分布均匀。一般气环下面装有一道油环。材料 灰铸铁或含钼、铬、铜合金铸铁，含填充剂的聚四氟乙烯。,College of Power Engineering,Chongqing University,活塞环,气环,油环,1.曲柄连杆机构,College of Power Engineering,Chongqing University,1.曲柄连杆机构,College of Power Engineering,Chongqing University,活塞环的间隙1-气缸；2-活塞环；3-活塞；1-开口间隙；2-侧隙；3-背隙,活塞环的间隙（1）端隙1：又称开口间隙，是活塞环装入气缸后开口处的间隙。一般为0.25mm0.50mm；（2）侧隙2：又称边隙，是环高方向上与环槽之间的间隙。第一道环因温度高，一般为0.04mm0.10mm；其它气环一般为0.03mm0.07mm。油环一般侧隙较小，一般为0.025mm0.07mm；（3）背隙3：是活塞环装入气缸后，活塞环背面与环槽底部的间隙。一般为0.5mm1mm。,1.曲柄连杆机构,College of Power Engineering,Chongqing University,气环的密封原理1-第一密封面；2-第二密封面；PA-第一密封面的压紧力；PB-第二密封面的压紧力；P-气缸内气体压力；P1-环侧气体压力；P2-背压力；P0-环的弹力；Pj-环的惯性力；F-环与缸壁的摩擦力,气环的密封原理（1）第一密封面的建立：环在自由状态下，环外径缸径，装缸后在其弹力P0作用下与缸壁压紧，形成第一密封面。（2）第二密封面的建立：活塞环在运动时产生惯性力Pj，与缸壁间产生摩擦力F，以及侧隙有气体压力P1，在这三个力的共同作用下，使环靠在环槽的上侧或下侧，形成第二密封面。（3）气环的第二次密封：窜入背隙和侧隙的气体，使环对缸壁和环槽进一步压紧，加强了第一、二密封面的密封。,1.曲柄连杆机构,College of Power Engineering,Chongqing University,活塞环的泵油作用原因：（1）存在侧隙和背隙；（2）环运动时在环槽中靠上靠下。现象：当活塞带着环下行（进气行程）时，环靠在环槽的上方，环从缸壁上刮下的润滑油充入环槽下方；当活塞又带着环上行（压缩行程）时，环又靠在环槽的下方，同时将油挤压到环槽上，如此反复，就将润滑油泵到活塞顶。,1.曲柄连杆机构,College of Power Engineering,Chongqing University,College of Power Engineering,Chongqing University,油环的作用是刮下附着于气缸壁上多余的润滑油，并使壁面上油膜分布均匀。油环的刮油作用是依靠环的结构及其与环槽的配合来实现。,1.曲柄连杆机构,College of Power Engineering,Chongqing University,油环有两种结构形式：斜面式油环，它的工作表面有四分之三高度是做成带有斜度1015的圆锥面。安装时，务必将圆锥面置向活塞顶的一面；槽式油环结构，在它的工作表面上车有一条槽，以形成上下两个狭窄的工作面，在槽底铣有1012个均布的排油槽。在安置油环的相应活塞槽底部应钻有一定数量的泄油孔，以配合油环一起工作。,1.曲柄连杆机构,College of Power Engineering,Chongqing University,连杆(Connecting rod),组成：由小头衬套、连杆体、大头轴瓦、连杆螺栓、大头盖、螺母及开口销等组成；作用：将活塞与曲轴连接起来，将曲轴的旋转运动变为活塞的往复运动；连杆与曲轴相连的一端称连杆大头，作旋转运动；另一端通过活塞销与活塞相连的部分，称连杆小头，作往复运动；大头与小头之间称为连杆体，作往复与摆动的复合运动；连杆大头有剖分式和整体式两种。整体式仅用于曲柄轴或偏心轴结构的压缩机中，为小型封闭式压缩机广泛采用。剖分式连杆大头又分直削式和斜削式两种。连杆大头孔内一般都装有轴瓦。,College of Power Engineering,Chongqing University,连杆(Connecting rod),College of Power Engineering,Chongqing University,连杆衬套（俗称小瓦）1.作用：保护连杆轴颈及连杆大头孔。2.组成：由钢背和减磨层组成。钢背由1mm 3mm的低碳钢制成。减磨层为0.3mm0.7mm的减磨合金，层质较软能保护轴颈。,连杆衬套,连杆(Connecting rod),College of Power Engineering,Chongqing University,材料：连杆的材料一般采用35、40、45号优质碳素钢或可锻铸铁KTH350-12、KTH370-12（过渡牌号）、球墨铸铁QT450-10等。为了减小连杆惯性力，低密度的铝合金连杆在小型制冷压缩机中也得到了广泛的应用。,连杆的安装1.不能破坏连杆杆身与盖的配对及装合方向，在二在者的同一侧打有配对标记。2.不能装反，也不能乱缸，在杆身上有方向标记，大头侧面有缸号标记。,连杆(Connecting rod),College of Power Engineering,Chongqing University,曲轴 是压缩机的重要部件之一，其作用在于将原动机传递过来的动力送至活塞。压缩机的全部功率都通过曲轴输入。曲轴受力情况复杂，要求有足够的强度、刚度和耐磨性。,（1）曲柄轴（2）偏心轴（3）曲拐轴,由主轴颈、曲柄、曲柄销即连杆轴颈三部分组成。轴颈较长端称功率输入端，通过联轴器或皮带轮与电动机连接；另一端称自由端，用来带动油泵。,多用于小型全封闭或半封闭式压缩机中，可用球墨铸铁铸造；,由主轴颈、曲柄和曲柄销三部分组成，用于功率很小的制冷压缩机,曲轴(Crankshaft),College of Power Engineering,Chongqing University,材料：大多采用优质中碳钢或中合金碳钢。有的采用球墨铸铁。构造：曲轴包括主轴颈、曲轴、连杆轴颈、平衡重、后端轴等，一个连杆轴颈和它两端的曲柄及主轴颈构成一个曲拐。,1.曲柄连杆机构,College of Power Engineering,Chongqing University,曲轴除传递动力作用外，通常还起输送润滑油的作用，通过曲轴上的油孔，将油泵供油输送到连杆大头、小头、活塞及轴承处，润滑各摩擦表面。,1.曲柄连杆机构,College of Power Engineering,Chongqing University,2.曲柄滑块机构,滑管式 无连杆，曲轴为曲柄轴；结构简单、紧凑，常用于小型全封闭制冷压缩机；活塞与滑管固结成整体（滑管式活塞），滑块将曲轴旋转运动转化为活塞往复运动。,F1,F2,e,l,College of Power Engineering,Chongqing University,滑槽式无连杆，止转框架相当于滑管，但其上的滑槽及滑块表面均为平面；止转框架与活塞刚性地联结在一起，限制滑块只能作垂直和水平方向运动而不能转动，曲轴旋转使活塞往复运动，完成压缩机工作循环。,2.曲柄滑块机构,College of Power Engineering,Chongqing University,F1,F1,Fh,Fh,h,h,Fh,Fh,滑管式和滑槽式驱动机构区别,College of Power Engineering,Chongqing University,工作原理 依靠活塞在气缸内作往复运动，改变气缸工作容积，提高气体压力；工作过程由吸气、压缩、排气、膨胀四个过程组成；活塞运动由固定在主轴上的斜盘驱动，活塞运动方向不与主轴中心线垂直，而与主轴中心线平行；同一气缸轴线上斜盘两侧对置两个气缸，当一个气缸中进行膨胀和吸气过程时，另一气缸内进行压缩和排气过程。,3.斜盘式驱动机构,College of Power Engineering,Chongqing University,3.斜盘式驱动机构,特点特别适宜于用高速转动的原动机直接驱动的往复式压缩机采用单列双作用活塞（每一列活塞两端与两个气缸配合），结构紧凑；斜盘及活塞材料采用高硅铝合金。,College of Power Engineering,Chongqing University,卧式 气缸轴线呈水平布置，在大型制冷压缩机中较多见；立式 气缸轴线呈直立布置，考虑到结构紧凑性、运转平稳性及振动大小，以双缸直立式为常见，适用于制冷量较小压缩机；角度式 气缸轴线呈一定夹角布置，结构紧凑，体积小、振动小、运转平稳，为现代中、小型高速多缸压缩机所广泛采用。V型（2缸）；W型（3缸）；S型，扇型（4缸）十字形（滑槽式）,二、压缩机的气缸布置方式,College of Power Engineering,Chongqing University,1、机体支承压缩机全部质量并保证各零部件之间有正确的相对位置；包括气缸体和曲轴箱两部分。安装气缸套的部位称气缸体，安装曲轴的部位称曲轴箱。机体上还有气缸盖、轴承座等零部件；普遍采用气缸体和曲轴箱整体结构；制冷量较大的压缩机采用多缸结构。,三、机体、气缸套和机壳,College of Power Engineering,Chongqing University,机体结构,College of Power Engineering,Chongqing University,2、气缸套目的：为了延长大、中型压缩机机体的使用寿命，缸套磨损后可更换；材料：优质耐磨铸铁；冷却：水冷却、空气冷却。,三、机体、气缸套和机壳,College of Power Engineering,Chongqing University,机体和内置电动机连成一个整体，支撑和悬挂在机壳上；机壳采用焊接结构，用钢板冲压成型；弹簧支承装置和密封接线柱；弹簧支承装置与压缩机机体、内置电动机构成一个振动系统，需正确选择弹簧的刚度以避免剧烈振动；,3、全封闭压缩机的机壳,三、机体、气缸套和机壳,College of Power Engineering,Chongqing University,Shaft sealing instrument,开启式压缩机的曲轴穿过机体与外置电动机的转轴连接，电动机通过联轴节或带轮驱动曲轴旋转。曲轴与机体之间的间隙是制冷系统中制冷剂泄漏的最主要通道，对此间隙进行密封以阻止制冷剂泄露（或空气漏入）的结构称为轴封装置。作用 防止曲轴箱内的制冷剂通过曲轴伸出端向外泄漏；防止压缩机在真空下运行时外界空气通过曲轴伸出端向曲轴箱内泄漏。,四、轴封装置,College of Power Engineering,Chongqing University,轴封原理,两种密封材料与曲轴、机体构成3个密封面：径向动密封面径向静密封面轴向静密封面曲轴转动时，密封材料7与曲轴4之间无相对运动，密封材料7与密封材料6之间也无相对运动，其构成的密封面1，2称为静密封面；密封材料6与机体5之间有相对运动，其构成的密封面3称为动密封面。,College of Power Engineering,Chongqing University,第四节 气阀,College of Power Engineering,Chongqing University,气阀组成阀座(Valve seat)阀片(Valve disc)气阀弹簧(Valve spring)阀盖(升程限制器)(Valve cage),一、气阀的作用及其布置方式,College of Power Engineering,Chongqing University,气阀的工作原理,气阀启闭依靠阀片二侧压力差实现。当阀片下面的气体压力F1大于阀片上面的气体压力和弹簧力之和F2时，阀片离开阀座，上升到与升高限制器接触为止，气体通过气阀流出。当F1小于F2时，阀片开始向下运动，直到阀片紧贴阀座，完成一次启闭过程。,阀片,F1气体力,F2气体力+弹簧力,College of Power Engineering,Chongqing University,气阀的要求,基本要求(气阀性能影响压缩机运转经济性和可靠性)阻力损失小寿命长余隙容积小气密性好结构简单易于维修等,College of Power Engineering,Chongqing University,布置方式顺流式（吸气阀安装在活塞底部，排气阀安装在气缸顶部阀板上，气体进、出气缸时流动方向一致。图a）逆流式（吸、排气阀均安装在气缸顶部的同一或不同阀板上，气体进、出气缸时流动方向相反。图b和图c）,顺流式,逆流式,College of Power Engineering,Chongqing University,刚性环片阀(Ring plate valve)簧片阀（舌形阀或翼形阀）(Reed valve)柔性环片阀塞状阀(Plug valve)条状阀(Beam valve)网状阀(Mesh valve),二、气阀的主要结构形式和结构特点,College of Power Engineering,Chongqing University,环片阀(柔性、刚性),刚性环片阀特点:中大型往复制冷压缩机中采用,结构简单,易于制造,工作可靠,可实现顶开吸气阀片输气量调节,但余隙容积较大,损失也较大。,College of Power Engineering,Chongqing University,柔性环片阀,常用于全封闭式压缩机,带臂柔性阀,College of Power Engineering,Chongqing University,簧片阀,阀片用弹性薄钢片制成，阀片的一端固定在阀座上，另一端可以在气体压差的作用下上下运动，以达到启闭的目的。其质量轻、惯性小、启闭迅速，适用于小型高转速压缩机。,College of Power Engineering,Chongqing University,簧片阀工作过程,College of Power Engineering,Chongqing University,簧片阀结构,College of Power Engineering,Chongqing University,作为排气通道，并减小阀片刚度,簧片阀的形状,College of Power Engineering,Chongqing University,College of Power Engineering,Chongqing University,气阀、缸套材料及技术要求,气阀材料及技术要求 阀片在工作中承受反复冲击和交变弯曲负荷，故其材料应具有强度高、韧性好、耐磨和耐腐蚀等性能。,气缸套材料及技术要求 气缸套常采用含少量硼或铌的合金铸铁离心铸造，硬度200235HBS左右，也有采用高磷铸铁和球墨铸铁的。,College of Power Engineering,Chongqing University,压缩机运转时，阀片在气体推力F1,（由阀片两侧气体的压力差造成）和弹簧力F2的作用下，在升程限制器和阀座之间作往复运动，它的运动规律影响压缩机的输气量、能效比和寿命。将阀片在压缩机一个工作循环中完成的启、闭过程，用l-t（阀片位移时间）或l-（阀片位移曲轴转角）坐标表示，所得曲线称阀片运动曲线。曲线下的面积称气阀开启的时间截面（Sm2)或转角截面（radm2)。设计压缩机时，可应用描写阀片运动曲线的微分方程组，求出阀片运动曲线，若发现阀片“颤抖”或“延迟关闭”，应调整气阀的各项结构参数，使阀片有正常的运动曲线；压缩机生产出来后，可通过试验测定气阀运动曲线，作为判断气阀性能或改进气阀的依据。,三、阀片的运动,College of Power Engineering,Chongqing University,典型的阀片运动曲线,阀片能及时启闭，在运动过程中没有“颤抖”，以及具有适当的阀片撞击速度。（对升程限制器和阀座的撞击）。在这种情况下，阀片迅速开启，撞到升程限制器时产生一次轻微的反弹，然后在气体力的推动下，又重新紧贴在升程限制器上，直到活塞运动到止点位置不远处才开始回行，并在活塞到达止点位置时完全关闭，或只出现一次轻微的跳跃。正常的阀片运动使气阀具有充分的时间截面，气体流经阀隙通道的流速比较低，流动阻力也相应较小，压缩机输气量和能效比得到提高。同时，因为撞击速度适当，气阀寿命高，噪声小。,College of Power Engineering,Chongqing University,阀片“颤抖”的运动曲线,属不正常的阀片运动。以排气阀为例，当阀片开启后，气缸内气体压力略有下降。若这时弹簧力过大，阀片会被迫反向运动，使缸内的气体压力又复增高，阀片再次被向上托起。图中，在活塞从一个止点向另一个止点运动的过程中，阀片共往复三次，最后在活塞到达止点位置时才落座关闭，这种阀片运动称为“颤抖”。阀片产生“颤抖”，一方面会引起气阀弹簧的频繁伸缩，易使弹簧和阀片损坏；另一方面缩小了运动曲线下的转角截面，使气体流经气阀时的流动阻力上升。,College of Power Engineering,Chongqing University,阀片“延迟关闭”的运动曲线,属不正常的阀片运动。阀片开启后撞击在升程限制器上，经过轻微的反跳，又复贴在升程限制器上。直到阀片开始关闭。但在阀片落座过程中，由于弹簧力太小，阀片的关闭过程太长，落座速度很慢，以致当活塞到达止点位置时阀片尚未完全关闭，直至活塞反向运动了一段时间后才落到阀座上。如果阀片的运动出现了“延迟关闭”，气体将在活塞反向运动时从排气腔倒流入气缸，降低了输气量和能效比。气体“倒流”时在阀片上作用的气体力和弹簧力的方向相同，这将增加阀片对阀座的撞击速度，容易招致阀片的破坏。,
