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压缩机工作原理分类及优缺点综述

2019-06-03 10人读过

压缩机工作原理、分类及优缺点【综述】

压缩机是空调器制冷系统的动力核心,它可将吸入的低温、低压制冷剂蒸气通过压缩提高温度和压力,让里面的冷媒动起来,并通过热功转换达到制冷的目的。如果把制冷系统比作人的身体系统,制冷压缩机是制冷系统中最主要的部件之一,是蒸气式制冷系统的核心和心脏。从蒸发器中吸取制冷剂蒸气,以保证蒸发器内一定的蒸发压力。今天就要来与您讲讲关于压缩机的相关知识,包括:压缩机工作原理、分类及优缺点、更换方法、安装需遵循的规则、新旧鉴别方法、常见故障、选型原则。

压缩机工作原理

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气体,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。

压缩机的分类及优缺点

一、活塞式压缩机

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。

1、优点:

①不论流量大小,都能得到所需要的压力,排气压力范围广,最高压力可达320MPa(工业应用),甚至700MPa,(实验室中);

②单机能力为在500m3/min以下的任意流量;

③在一般的压力范围内,对材料的要求低,多采用普通的钢铁材料,加工较容易,造价也较低廉;

④热效率较高,一般大、中型机组绝热效率可达0.7~0.85左右;

⑤气量调节时,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;

⑥气体的重度和特性对压缩机的工作性能影响不大,同一台压缩机可以用于不同的气体;

⑦驱动机比较简单,大都采用电动机,一般不调速,可维修性强;

⑧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。

2、缺点:

①结构复杂笨重,易损件多,占地面积大,投资较高,维修工作量大,使用周期较短,但经过努力可以达到8000小时以上;

②转速不高,机器体积大而重,单机排气量一般小于500m3/min;

③机器运转中有振动;

④排气不连续,气流有脉动,容易引起管道振动,严重时往往因气流脉动、共振而造成管或机件的损坏;

⑤流量调节采用补助容积或旁路阀,虽然简单、方便、可靠,但功率损失大,在部分载荷操作时效率降低;

⑥用油润滑的压缩机,气体中带油需要脱除;

⑦大型工厂采用多台压缩机组时,操作人员多或工作强度较大。

二、滚动转子式压缩机

滚动转子式压缩机是一种容积型回转式压缩机,气缸工作容积的变化,是依靠一个偏心装置的圆筒形转子在气缸内的滚动来实现的。转子回转一周,将完成上一工作循环的压缩和排气过程及下一工作循环的吸气过程。由于不设进汽阀,吸气开始的时机和汽缸上吸气孔口位置有严格的对应关系,不随工况的变化而变动。由于设置了排汽阀,压缩终了的时机将随排气管中压力的变化而变动。

1、优点:

这类压缩机如今在家用电冰箱和空调器中应用也很普遍,它的优点为:

①结构简单,体积小,重量轻,同活塞式压缩机比较,体积可减小40%~50%,重量也可减轻40%~50%;

②零部件少,特别是易损件少,同时相对运动部件之间的摩擦损失少,因而可靠性较高;

③仅滑片有较小的往复惯性力,旋转惯性力可完全平衡,转速可以较高,并且振动小,运转平稳;

④没有吸气阀,吸气时间长,余隙容积小,并且直接吸气,减小了吸气有害过热,所以其效率高。但其加工及装配精度要求高,由于没有气阀,可以用于输送污浊和带液滴、含粉尘的工艺用气体。

2、缺点:

①回转式压缩机的主要缺点是滑片与气缸壁面之间的泄漏、摩擦和磨损较大,限制了它的工作寿命及效率的提高;并且这种压缩机加工精度要求较高。如果采用双层滑片,运行时两块滑片的端部都与气缸内壁保持接触,形成两道密封线,并在两道密封线之间形成油封,大大降低了滑片端部的泄漏损失,减少摩擦力及摩擦损失,使机器的工作寿命及效率均有所提高。

②这种压缩机一旦在其轴承、主轴、滚轮或是滑片处发生磨损,间隙增大,马上会对其性能产生较明显的不良影响,因而它通常是用在工厂中整体装配的冰箱、空调器中,系统内也要求具有较高的清洁度。

三、涡旋式压缩机

涡旋压缩机中的主要部件是两个形状相同但角相位置相对错开180°的渐开线涡旋盘,其一是固定涡旋盘,而另一个是由偏心轴带动,其轴线绕着固定涡旋盘轴线做公转的绕行涡旋盘。工作中两个涡旋盘在多处相切形成密封线,加上两个涡旋盘端面处的适当密封,从而形成好几个月牙形气腔。两个涡旋盘间公共切点处的密封线随着绕行涡旋盘的公转而沿着涡旋曲线不断转移,使这些月牙形气腔的形状大小一直在变化。压缩机的吸气口开在固定涡旋盘外壳的上部。当偏心轴顺时针旋转时,气体从吸气口进入吸气腔,相继被摄入到外围的与吸气腔相通的月牙形气腔里。随着这些外围月牙形气腔的闭合而不再与吸气腔相通,其密闭容积便逐渐被转移向固定涡旋盘的中心且不断缩小,气体被不断压缩而压力升高。

1、优点:

从具体结构上看,涡旋压缩机没有吸、排气阀,这大大提高了高速运转的可靠性。综合起来看,涡旋压缩机有以下几个主要特点:

①属于第三代压缩机,多个压缩腔同时工作,相邻压缩腔之间的气体压差小,气体泄漏量少,容积效率高,可达98%,比第二代压缩机转子压缩机效率高5%左右;

②驱动动涡盘运动的偏心轴可以高速旋转,因此,涡旋式压缩机体积小重量轻;

③动涡盘与主轴等运动部件的受力变化小,整机振动小;

④没有吸、排气阀,涡旋压缩机运转可靠,且特别适应于变转速运动和变频调速技术;

⑤涡旋压缩机的压缩腔是由涡旋型线构成的,为多室压缩机构,当动涡盘中心绕静涡盘中心作圆周运动时,各压缩腔容积随主轴转角发生变化,将相应地减小或扩大,由此实现气体的吸入、压缩和排气过程,由于吸排气过程几乎连续进行,整机噪声很低;

⑥轴向和径向柔性结构提高了涡旋压缩机的生产效率,而且保证轴向间隙和径向间隙的密封效果,不因摩擦和磨损而降低,即涡旋压缩机有可靠和有效的密封性,所以其制冷系数不是随运行时间的增加而减小,而是略有提高;

⑦涡旋压缩机有着良好的工作特性,性能主要受自身压缩比和吸气压力的影响,排气压力范围广,适用各种室内、外环境,确保压缩机一直在高能效比下运行,从而保证空调机组的能效比,在热泵式空调系统中,特别表现在制热性能高、稳定性好、安全性高;

⑧涡旋式压缩机无余隙容积,在结构上属于多室压缩,相邻的腔室内压力差别不是很大(近似连续变化),同时,动、静涡盘端面接触部的密封条靠轴向背压被压紧而使得动、静涡盘紧密接触,并在冷冻油的帮助下实现良好的密封效果,从而使得内泄漏几乎不存在;当密封条端平面被磨损后,可以沿轴向方向自动补偿,以保证动涡盘端面和静涡盘底面始终贴紧,而且压缩机工作时间越长,这些贴紧的相对运动面的配合越好,密封效果也越好,这些优点使得涡旋压缩机不存在二次压缩制冷剂气体的问题,是保持高容积效率运行的重要保障因素之一;

⑨力矩变化小,平衡性高,振动小,运转平稳,从而操作简便,易于实现自动化;

⑩因其自身运动部件少、没有往复运动机构,所以结构简单、体积小、重量轻、零件少(特别是易损件少),可靠性高,寿命在20年以上。

2、缺点:

①其运动机件表面多是呈曲面形状,这些曲面的加工及其检验均较复杂,制造需高精度的加工设备及精确的调心装配技术,因此制造成本较高;

②其运动机件之间或运动机件与固定机件之间,常以保持一定的运动间隙来达到密封,气体通过间隙势必引起泄漏,这就限制了回转式压缩机难以达到较大的压缩比,因此,大多数回转式压缩机多在空调工况下使用。

四、螺杆式压缩机

螺杆压缩机是通过由5个凸齿组成的阳转子(以下简称为M转子)与由6个凹齿组成的阴转子(以下简称为F转子)的啮合形成齿形空间吸入冷媒,通过减小齿形空间来压缩冷媒至所定压力。

1、优点:

①零部件少,易损件少,可靠性高;

②操作维护方便;

③没有不平衡惯性力.运转平稳安全,振动小;

④具有强制输气的特点,排气量几乎不受排气压力的影响,工况适应性强;

⑤螺杆压缩机的转子齿面实际上是有间隙的,因此对湿行程不敏感,能耐液击;

⑥排气温度低,可在较高压比的工况下运行;

⑦可实现制冷情无级调节,采用滑阀机构,使制冷量可从 15%~100%进行无级调节,节省运行费用;

⑧容易实现自动化,可实现远程通信。

2、缺点:

①转子齿面是一空间曲面,需利用特制的刀具,在价格昂贵的设备上加工,机体零部件加工精度也有较高的要求,必须采用高精度设备;

②由于齿间容积周期性地与吸、排气口连通,故压缩机噪声高;

③由于受到转子刚度和轴承寿命等限制,压缩机内部只能依靠间隙密封,所以螺杆压缩机只能适用于中、低压范围,不能用于高压场合;

④由于喷油量大,油处理系统复杂,故机组附属设备多;

⑤螺杆压缩机依靠间隙密封气体,在小容积范围内不具有优越的性能。

五、离心式压缩机

离心式制冷压缩机的构造和工作原理与离心式鼓风机极为相似。但它的工作原理与活塞式压缩机有根本的区别,它不是利用汽缸容积减小的方式来提高气体的压力,而是依靠动能的变化来提高气体压力。离心式压缩机具有带叶片的工作轮,当工作轮转动时,叶片就带动气体运动或者使气体得到动能,然后使部分动能转化为压力能从而提高气体的压力。这种压缩机由于它工作时不断地将制冷剂蒸汽吸入,又不断地沿半径方向被甩出去,所以称这种型式的压缩机为离心式压缩机。

1、优点:

①离心式压缩机的气量大,结构简单紧凑,重量轻,机组尺寸小,占地面积小,相对于活塞式压缩机,在制冷量相同时,重量较活塞式轻5~8倍;

②由于它没有汽阀活塞环等易损部件,又没有曲柄连杆机构,运转平衡,操作可靠,运转率高,摩擦件少,因之备件需用量少,维护费用及人员少;

③工作轮和机壳之间没有摩擦,无需润滑,在化工流程中,离心式压缩机对化工介质可以做到绝对无油的压缩过程;

④离心式压缩机为一种回转运动的机器,它适宜于工业汽轮机或燃汽轮机直接拖动。对一般大型化工厂,常用副产蒸汽驱动工业汽轮机作动力,为热能综合利用提供了可能。

2、缺点

①离心式压缩机目前还不适用于气量太小及压比过高的场合,并且由于适宜采用分子量比较大的制冷剂,故只适用于大制冷量,一般都在25~30万大卡/时以上;

②离心式压缩机的稳定工况区较窄,其气量调节虽较方便,但经济性较差;

③目前离心式压缩机效率一般比活塞式压缩机低;

④一般要用增速齿轮传动,转速较高,对轴端密封要求高,这些均增加了制造上的困难和结构上的复杂性。

压缩机更换方法

一、断开电源

由于更换压缩机过程中需要拆除接线端子上的连接线,在更换前应断开空调器电源,使用电源插头供电的空调器应拔下电源插头,使用断路器供电的空调器应向下拉推钮使之断开。

二、放制冷剂

1、更换压缩机时需要使用焊炬焊接吸气管和排气管口,而系统内制冷剂 (R22或R410A)遇到高温明火会产生有毒气体,因此应将系统内制冷剂放空。

2、操作时可使用活扳手松开室外机细管螺母;系统内的制冷剂由螺母处向外冒出。待放至一定时间感觉气体变弱时,再取下细管的螺母, 使室外机二通阀和连接管道均于外界的大气相通,这样可使系统内制冷剂完全放空。

三、取下外壳和压缩机引线

1、使用十字螺钉旋具取下室外机上顶盖和前侧盖的固定螺钉后,依次取下室外机上顶盖和前侧盖;

2、此时可以看到压缩机外面设有保温棉(俗秒毛毡),找到固定线 后取下保温棉。

3、由于压缩机底脚螺钉位于后侧盖内,因此还应当取下后侧盖,用8mm固定扳手或尖嘴钳子松开压缩机接线盖的固定螺母后,依次取下螺母和接线 盖。

4、使用摄像功能拍照或用笔记录接线端子的引线作用,以便在安装新压缩机后正确安装引线,然后使用尖嘴钳子取下接线端子上的3根引线,再取下顶部接线盖的垫片。

四、取下压缩机

1、动火,取下排气管和吸气管

①用于摸室外机二通阀口,感觉无气体排出时,说明室外机系统内制冷剂已完全放出;

②使用焊炬加热压缩机排气管口,当看到管口烧到开始发红,焊接处焊料开始流动时,使用钳子 夹住连接铜管向上提起,使连接管道从排气管中拔出,

③使用同样方法拔出压缩机吸气管的连接管道。

④拔出压缩机排气管和吸气管的管道后,再继续使用焊炬加热管道, 使表面剩余焊料充分熔化流动直至掉下,使表面光滑,这样能顺利插入新压缩机的管口。

⑤将连接管道的管口表面处理光滑后,扳动管道使之与压缩机的吸气管口和排气管口分开,防止由于温度过高时再次勃连。

2、取下压缩机

①压缩机使用3个底脚固定在室外机底座,由3个外径14mm的螺母固定。

②使用固定扳手取下最外侧的①号螺母,再取下位于后侧盖内部的②号螺母,最后取下的是③号螺母(虚线位置),位于最内侧位置;通常需要将压缩机和室外风机之间的隔板取下或移动后,才能使用扳手松开螺母直至取下。

③在取下3个固定螺母的过程时,连接管道和压缩机管口的温度也逐渐下降至常温,此时观察室外机系统,留意压缩机的储液瓶的方向,以便确定新压缩机的安装位置。

④扳开或移动影响取下压缩机过程中的管道,双手抱住压缩机外部并向上提起,使底脚脱离室外机底座,取出压缩机。

五、安装压缩机

1、安装减震垫

取下旧压缩机底脚上的3个胶垫,并正确安装在新压缩机的底脚上面。

2、固定压缩机

取下新压缩机吸气管和排气管的塑料密封塞,回忆旧压缩机的固定方式,双手抱住外壳将压缩机3个底脚对应安装室外机底座的3个固定杆中。

3、焊接管路

整理连接管道,并将粗管插人压缩机吸气管口,将细管插入排气管口插入深度以原管道遗留的痕迹为准,插入后管道呈自然状态,不要受外力固定,否则在焊接管口时管道将向外移动。使用焊炬依次焊接压缩机排气管、吸气管的连接管道,焊接时应将管口加热至暗红色,再加入焊条,焊条流动将整个管口封闭。

4、安装固定螺母

由于此时压缩机管口温度较高,不能直接用于检漏,此时可以安装固定螺母以等待其管口温度自然下降,依次安装3个底脚螺母。在实际维修中,螺母不用使用扳手大力拧紧,通常用于紧固后再使用扳手轻轻紧固即可。

5、安装连接线

安装连接线的步骤相当重要,如果连接线插错,压缩机将不能正常起动运行,如果更换非同型号压缩机,应使用万用表电阻挡测量3个接线端子阻值来确定端子作用,然后再安装 3根连接线。

六、收尾工作

1、检漏

①使用制冷剂R22顶空,完全排出系统内的空气后,安装室外机细管螺母并使用扳手拧紧,再向系统内充入静态制冷剂约0.7MPa用于检漏。

②将洗洁精倒在毛巾上面,并揉出泡沫,涂在压缩机吸气管口和排气管口,检查焊接部位是否冒泡,以确定焊点是否存在砂眼导致泄漏制冷剂,不冒泡为正常,如冒泡说明有在漏点,应再次放空制冷剂并重新焊接,直至检漏正常。

2、安装接线盖

由于接线盖高于排气管口焊点,因此应在完成检漏工作后再安装接线盖,并拧紧顶部的固定螺母。

3、安装外壳

将保温棉安装在压缩机外部 并依次安装后侧盖、前侧盖、上顶盖,拧紧全部的固定螺钉,再次启动空调器,将制冷剂充至正常压力,待空调器制冷或制热正常后完成更换压缩机的工作。

压缩机安装需遵循的规则

1、压缩机应采用承重能力大于机组重量的起重设备进行吊运,吊运速度、加速度应限制在许可的范围之内。

2、尽量把压缩机安装在凉爽、干净、通风良好的地方,保证压缩机吸入的空气洁净及水分含量最小。

3、压缩机吸入的空气不允许含有可燃气体及腐蚀性气体,以免可能引起爆炸或内部锈蚀。

4、风冷型机器最好应有排风扇或导风管将热风导出室外,避免热|考试|大|风循环到进风口。

5、压缩机污水、废油的排放应遵守当地环保部门的规定。

6、本机器使用为三相交流电源380V、50Hz,引导压缩机的供电线必须与其功率匹配并安装空气开关、熔断丝等安全装置,为确保电器设备的可靠安全,必须可靠接地。

压缩机新旧鉴别方法

1、如果买2台一样的机器,请用表量一下绕组阻值,如果是新机必须一致。

2、如买一台机,请试压时闻一下机器高压口的异味是不是很强烈或用明火对排气口测试是不是变色(打火机的火应是黄色,变色说明已经使用,曾充过氟,哪怕机内用任何溶剂清洗也是洗不干净的)

3、全新原装压缩机的漆都是水溶漆或是氟碳漆,漆面很均匀,光滑。在高温环境下漆面不沾粘,没有任何油漆味,而翻新机大都是小厂家生产,是不可能做到这个水平的。

4、再就是看商标,原装机的商标字迹清晰,字体和图案比例适中,商标边缘没有毛刺,铭牌上的型号必须与机器匹配,否则就不排除是翻新机的可能性。

5、全新压缩机的高低压管口都是生产线上用高频焊焊接的,其管子都是新管,内壁没有任何焊渣。只要做到以上几点,我相信再鉴别一台原装全新压缩机不难了吧。

压缩机常见故障

1、进气滤清器的故障:积垢堵塞,使排气量减少;吸气管太长,管径太小,致使吸气阻力增大影响了气量,要定期清洗滤清器。

2、压缩机转速降低使排气量降低:空气压缩机使用不当,因空气压缩机的排气量是按一定的海拔高度、吸气温度和湿度设计的,当把它使用在超过上述标准的高原上时,吸气压力降低等,排气量必然降低。

3、气缸、活塞、活塞环磨损严重、超差、使有关间隙增大,泄漏量增大,影响到了排气量。属于正常磨损时,需及时更换易损件,如活塞环等。属于安装不正确,间隙留得不合适时,应按图纸给予纠正,如无图纸时,可取经验资料,对于活塞与气缸之间沿圆周的间隙,如为铸铁活塞时,间隙值为气缸直径的0.06/100~0.09/100;对于铝合金活塞,间隙为气径直径的0.12/100~0.18/100;钢活塞可取铝合金活塞的较小值。

4、填料函不严,产生漏气使气量降低。其原因首先是填料函本身制造时不合要求;其次可能是由于在安装时,活塞杆与填料函中心对中不好,产生磨损、拉伤等造成漏气;一般在填料函处加注润滑油,它能起到润滑、密封、冷却的作用。

5、压缩机吸、排气阀的故障对排气量的影响。气阀的阀座与阀片间掉入金属碎片或其它杂物,导致关闭不严,形成漏气。这不仅影响排气量,而且还影响间级压力和温度的变化 ;这种问题的出现可能是由于一是制造质量问题,如阀片翘曲等,第二是由于阀座与阀片磨损严重而形成漏气。

6、气阀弹簧力与气体力匹配的不好。弹力过强则使阀片开启迟缓,弹力太弱则阀片关闭不及时,这些不仅影响了气量,而且会影响到功率的增加,以及气阀阀片、弹簧的寿命。同时,也会影响到气体压力和温度的变化。

7、压紧气阀的压紧力不当。压紧力小,则要漏气,当然太紧也不行,会使阀罩变形、损坏,一般压紧力可用下式计算:p=kπ/4 D2P2,D为阀腔直径,P2为最大气体压力,K为大于1的值,一般取1.5~2.5,低压时K=1.5~2.0,高压时K=1.5~2.5.这样取K,实践证明是好的。气阀有了故障,阀盖必然发热,同时压力也不正常。

压缩机选型原则

1、压缩机容量应根据各蒸发温度系统总机械负荷乘以运转时间系数确定。除特殊要求外,一般不设备用机。

2、选用活塞往复式氟利昂压缩机时,当压缩比大于10应采用双级压缩机;小于或等于10应采用单级压缩,氟利昂双级压缩系统一般宜采用一级节流中间不完全冷却方式。

3、一般在冷库中一些的冷却器、油分离器、冷凝器、贮液器等设备均应与氟利昂制冷压缩机的制冷能力相适应。

4、选用氟利昂制冷压缩机的工作条件,不得超过深圳冷库企业规定的限定工作条件。

5、氟利昂冷藏制冷系统中,一般应采用回热循环。

6、制冷压缩机的运转时数,对于5~100t的深圳冷库,一般可采用每昼夜运转12~16h。

以上是为大家介绍的压缩机工作原理、分类及优缺点、更换方法、安装需遵循的规则、新旧鉴别方法、常见故障、选型原则。近年来,虽然在技术引进、技术改造、科研开发等方面,国家给予了一定支持,但我国压缩机产品关键功能部件生产企业与国外同行相比,产品性能不稳定、制造水平和管理水平都有差距,人才的实力和研发水平也相对较为薄弱,因此单靠一个企业来提升产业发展水平是远远不够的。不少压缩机生产企业为提高其主机的市场竞争力,往往选择进口配套,致使国产产品,特别是技术含量较低的产品,在国内市场占有率方面有所下降。虽然我国压缩机产品出口有明显优势,但主要是劳动密集型产品,数量大、价格低、技术附加值不高,不能满足市场需求,有些产品不得不依赖进口。