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活塞式制冷压缩机的工作原理

来源:8455新葡萄app | 发布时间:2020/4/27

 

活塞式制冷压缩机的工作原理  活塞式制冷压缩机由机体、曲轴、连杆、气缸、活塞、吸、排气阀等零件构成,其结构工作原理如图3—1所示。当曲轴被电动机带动运转时,通过连杆的作用,使3活塞在气缸内作上下往复运动,并在吸、排气阀的配合下,完成对制冷工质的吸入、压缩和排出任务。

 

3—1  活塞式压缩机结构原理

1.气缸  2.曲轴  3.曲轴箱  4.连杆  5.活塞  6.排气管

7.排气腔  8.排气阀  9.吸气阀  10.吸气腔  11.吸气管

1.基本原理  制冷压缩机工作时,制冷工质在压缩机中从吸入到排出有以下四个过程:

1)压缩过程  气体在气缸内从进气时的低压升高到排气的高压的过程称为压缩过程。当活塞在下至点(下死点)时,气缸内充满了低压气体,活塞开始向上移动,吸气活门关闭,气缸内的工作容积逐渐减少,密闭在气缸内的气体受到压缩,压力和温度相应地逐渐升高,当气缸内气体的压力压缩到排气压力时,排气活门自动开启,开始排气。

2)排气过程  气体从气缸经排气阀排出的过程称为排气过程。气缸内的气体在压缩过程结束时,气体开始从排气活门排出,此时活塞继续上行,气缸内的气体压力不再升高,而是不断排气,直至活塞到达上至点(上死点)时,排气过程结束。

3)膨胀过程  活塞到达上至点后,开始向下移动,排气活门自动关闭,此时,残剩于余隙容积内的少量高压气体,压力下降,体积增大,称为膨胀过程。

4)吸气过程  活塞自上至点往下移动到一定位置,气缸内残剩气体的压力达到吸气压力,膨胀过程结束,活塞继续下行,气缸内气体压力低于吸气压力时,吸气活门自动打出,低压气体进入气缸,一直到活塞下行到下至点时为止,吸气过程结束。

压缩机工作时四个过程不断循环,不仅使制冷工质气体的压力增高,还将气体从蒸发输送到冷凝器中,完成对制冷工质气体的压缩和输送任务。

2.工作过程  为了了解压缩机的工作过程,先从理想的情况,即理论工作过程谈起。

在理论工作过程中,排除了各种能量损失和容积损失等因素,其过程如图3—2所示。

 

3—2  压缩机的理论工作过程

图上,把气缸工作容积作为横坐标,气缸内的气体压力作为纵坐标,在图上,画出了气缸内气体压力随气缸容积而变化的曲线,图上所包围的面积1—2—3—4—1即为曲轴运转一转时,气缸内压缩气体所消耗的功。

在图上,1—2为吸气过程,2—3为压缩过程,3—4为排气过程,4—1为降压过程。因为在理论工作过程中,假设没有余隙,气缸内的气体全部排出,因此排出过程结束后,马上转为进气过程,气缸内压力突然由Pk降为Po,在1—2吸气过程和3—4排气过程,气缸内的气体压力为P0和Pk保持不变,2—3压缩过程气体压力随气缸工作容积的减小而增加。

压缩机的实际工作过程与理论工作过程有很大不同,这是因为实际压缩机气缸内有余隙容积,吸、排气时活门起闭有阻力,造成压力损失,气体和气缸壁等机器零件有热交换,运动部件不严密,气体有漏泄,工作时有摩擦,消耗摩擦功。由于这些实际因素的影响,压缩机的实际输气量总是小于理论输气量,实际消耗的功率总是大于理论功率。

压缩机的实际工作过程如图3—3所示。

 

3—3  压缩机的实际工作过程

在图中,2—3为压缩过程,3—4为排气过程,4—1为膨胀过程,1—2为吸气过程,△P0为进气过程的压力损失,△Pk为排气过程的压力损失。

1)输气系数  实际工作过程的输气量Vs与理论工作过程的输气量Vp的比值称为输气系数,也称供给系数,容积效率,以λ表示,即

λ=Vp(Vs)

压缩机的输气系数总是小于1,它表示实际工作过程中,实际因素对输气量影响的程度,也表示气缸工作容积的利用程度,所以也称为容积效率。

影响输气系数的因素很多,主要有以下一些。

2)余隙容积  在活塞式制冷压缩机中,活塞在上至点位置时,活塞顶和气缸盖之间必须有一定的间隙,以免工作时互相碰撞(工作中,活塞还会因受热膨胀的延伸),排气活门的通道也占据一定的容积,吸气活门的升高限制器也有一些不大的空间,第一道活塞环上面还有一个小的环形空间,所有这些容积便构成了压缩机的余隙容积。

由于余隙容积的存在,在排气过程结束时不可能将气缸内的气体全部排净,不然有一部分压缩气体残留在余隙容积内,这部分气体在进气过程开始之前膨胀减压,容积增大,占据了部分工作容积促使进气量减少,当气缸容积和吸、排气压力变时,余隙容积越大,吸气量越少得越多。

余隙容积的存在,虽然使输气量减少,但能适当防止制冷压缩机湿冲程时遭受液击,也可免除排气过程和吸气过程之间的压力突然变化,使压缩机的运转比较平稳。

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