蒸汽壓縮式制冷技術的適應溫度范圍廣、清潔無污染、安裝操作簡便、效率高,在制冷空調領域中占主導地位。制冷壓縮機是制冷機組的關鍵核心部件,對系統的運行性能、噪聲震動和使用壽命有著決定性的作用。下面將從制冷壓縮機的分類,應用范圍,回油措施,內置保護等方面作以介紹。
1.離心壓縮機
離心壓縮機是產生壓力的機械,是透平壓縮機的一種。透平是英譯音“TURBINE”,即旋轉的葉輪。在全低壓空分裝置中,離心壓縮機得到廣泛應用,逐漸出現了離心壓縮機取代活塞壓縮機的趨勢。
工作原理:是具有葉片的工作輪在壓縮機的軸上旋轉,進入工作輪的氣體被葉片帶著旋轉,增加了動能(速度)和靜壓頭(壓力),然后出工作輪進入擴壓器內,在擴壓器中氣體的速度轉變為壓力,進一步提高壓力,經過壓縮的氣體再經彎道和回流器進入下一級葉輪進一步壓縮至所需的壓力。打個比方說:一般是由一臺原動機(電機)帶動一根軸,軸上裝有有4個葉輪,就好象一根軸帶了4個電扇,一個電扇的風傳給了第二個電扇,又傳給了另一個電扇,最后你感覺到風的力量很大一樣。離心壓縮機就是這樣通過葉輪把氣體的壓力提高的。氣體在葉輪中提高壓力的原因有兩個:一是氣體在葉輪葉片的作用下,跟著葉輪作高速的旋轉,而氣體由于受旋轉所產生的離心力的作用使氣體的壓力升高,其次是葉輪是從里到外逐漸擴大的,氣體在葉輪里擴壓流動,使氣體通過葉輪后壓力得到提高。
特點:離心壓縮機是一種速度式壓縮機,與其它壓縮機相比較: 優點:⑴排氣量大,排氣均勻,氣流無脈沖。⑵轉速高。⑶機內不需要潤滑。 ⑷密封效果好,泄露現象少。⑸有平坦的性能曲線,操作范圍較廣。⑹易于實現自動化和大型化。⑺易損件少、維修量少、運轉周期長。缺點:⑴操作的適應性差,氣體的性質對操作性能有較大影響。在機組開車、停車、運行中,負荷變化大。⑵氣流速度大,流道內的零部件有較大的摩擦損失。⑶有喘振現象,對機器的危害極大。適用范圍:大中流量、中低壓力的場合。
2.活塞式壓縮機
工作原理:當活塞式壓縮機的曲軸旋轉時,通過連桿的傳動,活塞便做往復運動,由氣缸內壁、氣缸蓋和活塞頂面所構成的工作容積則會發生周期性變化?;钊綁嚎s機的活塞從氣缸蓋處開始運動時,氣缸內的工作容積逐漸增大,這時,氣體即沿著進氣管,推開進氣閥而進入氣缸,直到工作容積變到最大時為止,進氣閥關閉;活塞式壓縮機的活塞反向運動時,氣缸內工作容積縮小,氣體壓力升高,當氣缸內壓力達到并略高于排氣壓力時,排氣閥打開,氣體排出氣缸,直到活塞運動到極限位置為止,排氣閥關閉。當活塞式壓縮機的活塞再次反向運動時,上述過程重復出現。總之,活塞式壓縮機的曲軸旋轉一周,活塞往復一次,氣缸內相繼實現進氣、壓縮、排氣的過程,即完成一個工作循環。
優點:1、活塞壓縮機的適用壓力范圍廣,不論流量大小,均能達到所需壓力;2、活塞壓縮機的熱效率高,單位耗電量少;3、適應性強,即排氣范圍較廣,且不受壓力高低影響,能適應較廣闊的壓力范圍和制冷量要求;4、活塞壓縮機對材料要求低,多用普通鋼鐵材料,加工較容易,造價也較低廉;5、活塞壓縮機技術上較為成熟,生產使用上積累了豐富的經驗;6 、活塞壓縮機的裝置系統比較簡單。
缺點:1、轉速不高,機器大而重;2、結構復雜,易損件多,維修量大;3、排氣不連續,造成氣流脈動;4、運轉時有較大的震動。活塞式壓縮機在各種場合,特別是在中小制冷范圍內,成為制冷機中應用最廣、生產批量最大的一種機型。
3.螺桿式制冷壓縮機
工作原理:螺桿式壓縮機汽缸內裝有一對互相嚙合的螺旋形陰陽轉子,兩轉子都有幾個凹形齒,兩者互相反向旋轉。轉子之間和機殼與轉子之間的間隙僅為5~10絲,主轉子(又稱陽轉子或凸轉子),通過由發動機或電動機驅動(多數為電動機驅動),另一轉子(又稱陰轉子或凹轉子)是由主轉子通過噴油形成的油膜進行驅動,或由主轉子端和凹轉子端的同步齒輪驅動。所以驅動中沒有金屬接觸(理論上)。轉子的長度和直徑決定壓縮機排氣量(流量)和排氣壓力,轉子越長,壓力越高;轉子直徑越大,流量越大。螺旋轉子凹槽經過吸氣口時充滿氣體。當轉子旋轉時,轉子凹槽被機殼壁封閉,形成壓縮腔室,當轉子凹槽封閉后,潤滑油被噴入壓縮腔室,起密封。冷卻和潤滑作用。當轉子旋轉壓縮潤滑劑+氣體(簡稱油氣混合物)時,壓縮腔室容積減小,向排氣口壓縮油氣混合物。當壓縮腔室經過排氣口時,油氣混合物從壓縮機排出,完成一個吸氣——壓縮——排氣過程。螺桿機的每個轉子由減摩軸承所支承,軸承由靠近轉軸端部的端蓋固定。進氣端由滾柱軸承支承,排氣端由一以對靠的賀錐滾柱支承通常是排氣端的軸承使轉子定位,也就是止推軸承,抵抗軸向推力,承受徑向載荷,并提供必須的軸向運行最小間隙。工作循環可分為吸氣、壓縮和排氣三個過程。隨著轉子旋轉,每對相互嚙合的齒相繼完成相同的工作循環。
優點:1,螺桿壓縮機與活塞壓縮機相同,都屬于容積式壓縮機。就使用效果來看螺桿空壓機有如下優點。2,可靠性高。螺桿壓縮機零部件少,沒有易損件,因而它運轉可靠,壽命長,大修間隔期可達4-8萬小時。3,操作維護方便。螺桿壓縮機自動化程度高,操作人員不必經過長時間的專業培訓,可實現無人值守運轉。4,動力平衡好。螺桿壓縮機沒有不平衡慣性力,機器可平穩地高速工作,可實現無基礎運轉,特別適合作移動式壓縮機,體積小、重量輕、占地面積少。5,適應性強。螺桿壓縮機具有強制輸氣的特點,容積流量幾乎不受排氣壓力的影響,在寬闊的范圍內能保持較高效率,在壓縮機結構不作任何改變的情況下,適用于多種工況。
缺點:噪聲較大,以及需要設置一套潤滑油分離、冷卻、過濾和加壓的輔助設備,造成機組體積過大。
4.滑片式壓縮機
工作原理:片式壓縮機的主要機件由三部分組成:機體1(又稱氣缸)、轉子2及滑片3。滑片式壓縮機的轉子偏心配置在氣缸內,轉子上開有若干縱向凹槽,在凹槽中裝有能沿徑向自由滑動的滑片。由于轉子在氣缸內偏心配置,氣缸內壁與轉 子外表面間構成一個月牙形空間。轉子旋轉時,滑片受離心力的作用從槽中甩出,其端部緊貼在 機體內圓壁面上,月牙形的空間被滑片分隔成若 干扇形的小室——基元容積。在轉子旋轉一周之內,每一基元容積將由最 小值逐漸變大,直到最大值,再由最大值逐漸變 小,變到最小值。隨著轉子的連續旋轉,基元容積遵循上述規律周而復始變化。
基元容積逐漸增大時,在左面與吸氣孔口相遇。開始吸入氣體,直到基元容積達到最大,組成該基元容積的后一滑片(相對于旋轉方向)越過吸氣孔口的上邊緣時吸氣終止。以后,基元容積開始縮小,氣體在其內被壓縮。當組成該基元容積的前一滑片達到排氣孔口的上邊緣時,基元容積開始和排氣孔口相通,則壓縮過程結束,排氣開始。而在基元容積的后一滑片越過排氣孔口的下邊緣時,排氣終止。之后,基元容積達最小值。轉子繼續旋轉,基元容積又開始增大。由此,余留在該最小容積中的壓縮氣體進行膨脹。當基元容積的前一滑片達到吸氣孔口的下邊緣后,該正在擴大的基元容積又和吸氣孔口相通,重新開始吸入氣體。如果滑片數為 z,則在轉子每旋轉一周之中,依次有z個基元容積分別進行吸氣-壓縮-排氣-膨脹過程。分類:第一類:滴油滑片式壓縮機第二類:噴油滑片式壓縮機第三類:無油滑片式壓縮機。
特點:滑片式壓縮機結構簡單、制造容易,操作和維修保養方便。它幾乎完全平衡,無振動,所以要求的基礎小。此外,在旋轉一周之中有多個基元容積與吸排氣管接通,因此吸排氣壓力脈動較小,不需安裝很大的貯氣器?;綁嚎s機的主要缺點是滑片與轉子氣缸之間有很大的機械摩擦,產生較大的能量損失,因此效率較低。以排氣量10m3/min, 排氣壓力 6.86×105N/ m2的移動式空壓機為例,其效率要比同參數的螺桿式壓縮機約低10%, 比同參數的往復式壓縮機約低20%。此外,雖然滑片的壽命現在已能突破8000小時,但取決于材質、加工精度及運行條件,故它仍是影響滑片式壓縮機運轉周期的一個重要因素。
用途:滑片式壓縮機廣泛運用于各種中、小型壓縮空氣裝置和小型空調制冷裝置中。在化學工業和食品工業中,無油機器可用來輸送或加壓各種氣體?;綑C械還可作為真空泵使用,單級可獲5000-4000N/m2 (真空度95-96%), 雙級可獲1500-1OOON/m2(真空度98.5-99%)?;綁嚎s機多為單級或雙級的,三級以上的很少見到。滴油潤滑的機器,單級壓力比為3-4;噴油機器單級壓力比可達8;無油潤滑機器的單級壓力比很少超過2.5 。常見的排氣量范圍是1-20m3/min。壓縮機一般與電功機直聯,轉數范圍一般是500-30OOrpm。
5.滾動轉子式壓縮機
滾動轉子式壓縮機如今廣泛應用于家電冰箱和空調器中,其中大中型滾動轉子式壓縮機也運用于冷庫。
特點:(1)零部件少,結構簡單。(2)易損零件少,運行可靠。(3)沒有吸氣閥片,余隙容積小,輸氣系數較高。(4)在相同制冷量情況下,壓縮機體積小,重量輕,運轉平衡。(5)加工精度要求較高。(6)密封線較長,密封性能較差,泄露損失較大。(7)滑片與汽缸壁面之間的泄露、摩擦和磨損較大,限制了它的工作壽命和效率的提高。
6.渦旋式壓縮機
渦旋式壓縮機是20世紀80年代才發展起來的新型壓縮機,它以效率高、體積小、質量輕、噪聲低、結構簡單且運轉平衡等特點被廣泛應用于空調和制冷機組中。
特點:(1)相鄰兩室的壓差小,氣體的泄露量小。(2)由于吸氣、壓縮、排氣過程是同時連續進行的,壓力上升較慢,因此轉矩變化幅度小,震動小。(3)沒有余隙容積,故不存在引起輸氣系數下降的膨脹過程。(4)沒有吸、排氣閥,效率高,可靠性強,噪聲低。(5)由于采用氣體支撐機構,故允許帶液壓縮,一旦壓縮腔內壓力過高,可使動盤和靜盤端面脫離,壓力立即得以釋放。(6)機殼內腔為排氣室,減少了吸氣預熱,提高了壓縮機的輸氣系數。(7)渦線體型線加工精度非常高,必須采用專用的精密加工設備,而且密封要求高,密封結構復雜。
7.滾動活塞式壓縮機
工作原理:滾動活塞式壓縮機,將低壓氣體提升為高壓的一種從動的流體機械。是制冷系統的心臟,它從吸氣管吸入低溫低壓的制冷劑氣體,通過電機運轉帶動活塞對其進行壓縮后,向排氣管排出高溫高壓的制冷劑液體,為制冷循環提供動力,從而實現壓縮→冷凝→膨脹→蒸發 ( 吸熱 ) 的制冷循環。依靠偏心安設在汽缸內的旋轉活塞在圓柱形汽缸內作滾動運動和一個與滾動活塞相接觸的滑板的往復運動實現氣體壓縮的壓縮機。
分類:滾動活塞式壓縮機按其原理可分為容積型滾動活塞式壓縮機與速度型滾動活塞式壓縮機。容積型又分為 往復式滾動活塞式壓縮機、回轉式滾動活塞式壓縮機;速度型滾動活塞式壓縮機又分為:軸流式滾動活塞式壓縮機、離心式滾動活塞式壓縮機。目前家用冰箱和空調器滾動活塞式壓縮機都是容積式,其中又可分為往復式和旋轉式。往復式滾動活塞式壓縮機使用的是活塞、曲柄、連桿機構或活塞、曲柄、滑管機構,旋轉式使用的目前多是滾動轉子滾動活塞式壓縮機。在商用空調上,又多是離心式、渦旋式、螺桿式。
8.壓縮機的四大保護
壓縮機運行時,可能出現一些異常的情況,如:排氣壓力過高,吸氣壓力太低,油壓不足,電動機過熱,過量液體進入氣缸等。出現異常情況時,若沒有保護措施,壓縮機將會損壞。對壓縮機采取的保護措施可分為四類:1、防止液擊;2、壓力保護;3、內置電動機的保護;4、溫度保護。
8.1.防止液擊
當進入氣缸的液體太多,來不及從排氣閥排出時,氣缸內將出現液擊,液擊時產生的很高的壓力使氣缸、活塞、連桿…….等零件損壞,因此需采取一系列保護措施。
8.1.1 假蓋
將氣閥組件用一彈簧緊壓在氣缸端部,形成假蓋。缸內壓力過高時,將排氣閥頂起,液體泄出,缸內壓力迅速降低。
8.1.2 油加熱器
曲軸箱的潤滑油溶有制冷劑,環境溫度低時溶入量增加。壓縮機起動時,曲軸箱內壓力突然降低,大量制冷劑氣化,潤滑油呈泡沫狀并被吸入氣缸,引起液擊。用油加熱器在起動前對潤滑油加熱,降低溶在潤滑油中的制冷劑量是避免液擊的有效措施。
8.1.3 氣液分離器
所示的氣液分離器又稱儲液器。來自蒸發器的氣液混合物在氣液分離器內分離,氣體從出口管的上部進入,從下部流出。分離出來的液體積存于分離器底部,其中的液體制冷劑受熱氣化進入出口管上部,不能氣化的潤滑油從回流孔流入出口管再進入壓縮機。
8.2.壓力保護
8.2.1 吸、排氣壓力的控制
壓縮機運行時,因系統的原因或壓縮機本身的原因,可能出現排氣壓力過高或吸氣壓力過低的情況,為此需控制吸、排氣壓力。常見的控制器未高、低壓壓力控制器,它由高壓控制部分和低壓控制部分組成。當排氣壓力超過給定值時,高壓控制部分動作,切斷壓縮機電源,使其停機;吸氣壓力低于給定值時,低壓控制部分動作,切斷壓縮機電源使其停機。壓縮機停機;還會同時發出聲光報警訊號。
8.2.2 安全閥
為防止制冷劑泄漏至大氣,采取閉式安全閥。閥盤的上側承受排氣壓力,下側承受到吸氣壓力和彈簧的彈力。排氣壓力過高時,閥盤向下運動,打開閥座下部的側向孔,高壓氣體經此側孔及閥體上的側向孔流入吸氣腔。排氣壓力低于規定值時,閥盤在吸氣壓力和彈簧的彈力作用下向上,關閉排氣管。安全閥的開啟壓力用螺栓調節。
8.2.3 安全膜
在吸排氣腔之間安裝安全膜片。吸排氣壓力差超過規定值時,膜片破裂,排氣壓力降低。濾網用于捕捉破碎膜片,以保護壓縮機。
8.2.4 潤滑油壓差控制器
潤滑油壓差系統油泵出口處油壓與曲軸箱內油壓之差。為保護壓縮機運動部件的良好潤滑,并保證有些壓縮機輸氣量控制機構(如:液壓-拉桿控制機構)的正常動作,必須控制器上的低壓入口和高壓出口接通。當液壓泵出入口之間的壓力差過高或過低時,控制器動作,切斷壓縮機電源,電動機停止轉動。
8.3.內置電動機的保護
8.3.1 過熱
設計良好并在規定條件下運轉的電動機,內部溫度不會超過允許值,但電動機在過高或過低的電壓下運轉,或在高溫環境下運轉時,電動機內部溫度超過允許值,在頻繁起動時,更會因起動電流過大使溫度過高。為了電動機不過熱,除了正確使用,注意維修外,還可安裝過熱繼電器。過熱繼電器可裝在繞組內部,稱為內置溫度繼電器,或裝在電動機外部,稱為外置溫度-電流繼電器。電動機內部溫度超過規定值時,內置溫度繼電器的雙金屬片因變形而使觸點跳開,電動機停止運轉。電動機內的溫度降到規定值以下時,觸點復位,電路重新接通。
外置溫度-電流繼電器:兩個端子之間串聯碟形雙金屬片和發熱器。電動機內電流過大時,發熱器對雙金屬片的加熱使它處于圖中虛線位置,觸點跳開,電動機停止轉動。外置溫度-電流繼電器保護電動機,使它不會因電流過大而過熱。但在有些場合,電動機的過熱不是起因于電流過大,而是起因于流經電動機的低溫氣體不夠,例如:因制冷系統受堵制冷劑循環量很小,電動機冷卻極差導致內部過熱,內置溫度繼電器在此時起保護電動機的作用。
8.3.2 缺相
三相電動機缺相將導致電動機無法起動或過載。為保護電動機免遭缺相之損害,采用過載繼電器),它由機械運動部分和電磁開關部分組成。機械運動部分有四個端子,兩個在上、兩個在下。上、下端子間裝有發熱器。缺相時,其它相的繞組超載電流過發熱器,雙金屬圓盤受熱變形,推動壓板,進而使電磁開關上的過負荷繼電器接點跳開,激磁線圈中無電流,磁性接觸器不再閉合,電動機停止轉動。過載繼電器也用于正常的三相電動機,在電流過大時保護電動機。
8.3.3 相間不平衡
相間不平衡電壓導致三相不平衡電流。在電流最大的相中,溫升增加的比例約為電壓不平衡比例平方的兩倍。例如:3%的電壓不平衡產生約18%的溫升。保護電動機不出現相間不平衡的措施與缺相時采取的措施相同。
8.4.溫度保護
8.4.1 排氣溫度
排氣溫度過高導致制冷劑分解,絕緣材料的老化,潤滑油結碳,氣閥損壞,還會使毛細管和干燥過濾器堵塞。保護方法主要是用溫控器感應排氣溫度,溫控器應安放靠近排氣口處,排氣溫度過高時,溫控器動作,切斷電路。若排氣溫度過高由熱氣旁通引起,則不應采用停機的方法,應采用噴液冷卻。
8.4.2 機殼溫度
機殼溫度會影響壓縮機的壽命。機殼溫度過高可能起因于冷凝器的換熱能力不足,所以應檢查冷凝器的風景或水量,水溫是否合適,制冷系統內混入空氣或其它不凝性氣體,冷凝壓力就會上升,機殼過熱;吸氣溫度過高,機殼容易過熱,此外,電動機過熱也會機殼過熱。避免機殼過熱,保護壓縮機的根本方法是正確處理上述各種問題,同時在機殼上安裝溫度保護器。最常使用的機殼溫度保護器的外置溫度-電流保護器。將它安放在機殼上合適的地方,機殼溫度過高時,碟形雙金屬片感受溫度而變形,使電路中的觸點跳開,壓縮機停機。
9.壓縮機加油操作
冷凍油可以從以下三個地方加入:1、專用加油孔;2、吸氣截止閥旁通孔;3、曲軸箱下部的油三通閥。
9.1.從加油孔中加潤滑油
壓縮機上有加油孔時可從加油孔處加入潤滑油。其操作步驟如下:1.關閉吸氣截止閥,起動壓縮機,將曲軸箱內制冷劑排入冷凝器。如發生液擊則斷續停開幾次,使壓縮機內的壓力接近大氣壓力后停車,并關閉排氣截止閥。2.旋下加油孔的螺塞(俗稱油悶頭),將漏斗插入加油孔,并往里面加油,加油量以到達油面線為止,加油完畢取下漏斗,旋上螺塞并旋緊。3.打開吸、排氣截止閥,加油工作結束。
9.2.從吸氣截止閥旁通孔吸入冷凍機油
此法適用于添加量少的小型壓縮機,如圖所示:
9.3.從曲軸箱下部的油三通閥加油
具有三通閥裝置的F7和F10系列壓縮機,可在壓縮機連續運轉情況下加油。其操作步驟如下: 1.旋下油三通閥帽蓋,將閥桿反旋關閉油路外接頭。旋下悶頭螺塞,接上錐牙接頭及加油銅管,將油管的另-端浸入油內、盛油器應高于曲軸箱內油面。2.關小出液閥或壓縮機的吸氣截止閥,使壓縮機在吸氣壓;略高于OMPa的表壓力下運轉。3.將油三通閥桿順時針旋轉1千轉,讓曲軸箱內有壓力的平滑油流人加油管,將管內空氣排掉。然后迅速順時針旋閥桿至;閉位置,這時,機內油路被切斷;油泵的吸油腔內壓力立即低、大氣壓,潤滑油即從吸油管口吸人。4. 加至一定的液面后,迅速反旋汕三通閥桿,關閉外接口。5.拆下油管,旋上并旋緊螺塞悶頭和帽蓋,恢復輸液閥或吸氣截止閥桿至原來位置,加油完畢。