压缩机的历史、分类及原理构造

第一代开启式活塞压缩机

第一代压缩机由电动机通过联轴器或皮带驱动的活塞压缩机组成因有许多接头和轴封泄漏制冷剂，制冷糸统需定期充装制冷剂，所以与第二代的全封闭活塞压缩机相比称之为开启式活塞压缩机

第二代全封闭式活塞压缩机

第二代全封闭活塞压缩机解决了开启式活塞压缩机工作过程中制冷剂的泄漏，并通过整个制冷糸统接口的全部焊接解决了整个制冷糸统工作过程中制冷剂的泄漏，大大地提高了整个制冷糸统工作的可靠性。但活塞压缩机固有的进排气伐片故障丶曲轴连杆活塞这些将电机旋转运动转换为往复直线运动对效率的影响丶转动部分的抱轴卡涩丶活塞余隙对效率的影响等问题并没有解决。

第三代旋转（滑片）压缩机

旋转式压缩机的活塞象一个在扁平圆盒子内旋转的转子一样，活塞装在扁心轴上沿汽缸侧壁面做平面滚动，作用于汽缸内的制冷剂。为了隔断吸气区与排气区，在气缸侧壁上开有一个垂直的槽，槽内装有一个与转子配合很好，可以被压进转子侧壁槽内的滑片。与活塞压缩机相比消除了进气伐片故障丶曲轴连杆这些将电机旋转运动转换为往复直线运动对效率的影响丶曲轴连杆部分的抱轴卡涩丶活塞余隙对效率的影响等问题。小型制冷压缩机技术有了很大进步，效率有了很大的提高。但其滑片的密封及排气伐片的故障等问题并没有彻底解决

第四代涡旋式压缩机

它的原理是由偏心轴带动运动滑盘绕固定滑盘的轴线摆动而完成进气和压缩的功能。与旋转式相比，涡旋式压缩机不仅同样没有曲轴连杆进排气阀等，而且无旋转式所必须有的滑片丶排气阀而极大地提高了工作的可靠性，使工作更加可靠。涡旋式压缩机的活塞就是那个绕固定滑盘的轴线摆动的运动滑盘。但涡旋式压缩机的制造加工要求非常高，加工成本直接影响了成本及应用

活塞式压缩机的分类

活塞式压缩机的分类

1、按所采用的工质分类，一般有氨压缩机和氟利昂压缩机两种。

按压缩级数分类，有单级压缩和两级压缩。单级压缩机是指压缩过程中制冷剂蒸气由低压至高压只经过一次压缩。而所谓的两级压缩机，压缩过程中制冷剂蒸气由低压至高压要连续经过两次压缩。

2、按作用方式分类，有单作用压缩机和双作用压缩机。单作用式如图5-2a 所示，

其制冷剂蒸气仅在活塞的一侧进行压缩，活塞往返一个行程，吸气排气各一次。而双作用压缩机如图5－2b所示，制冷剂蒸气轮流在活塞两侧的气缸内进行压缩，活塞往返一个行程，吸、排气各两次。所以同样大小的气缸，双作用压缩机的吸气量较单作用的大。但是由于双作用压缩机的结构较复杂，因而目前大都是采用单作用压缩机。

3、按制冷剂蒸气在气缸中的运动分类，有直流式和逆流式，如图5－3所示。所谓直流式是指制冷剂蒸气的运动从吸气到排气都沿同一个方向进行，而逆流式，吸气与排气时制冷剂蒸气的运动方向是相反的。从理论分析来看，直流式与逆流式相比，由于蒸气在气缸中温度及比容的变化较少，故直流式性能较好。但是由于直流式压缩机的进汽阀需装在活塞上，这样便相对增加了活塞的长度和重量，因而功的消耗就增加、检修也麻烦，所以目前生产的压缩机大都采用逆流式。

4、按气缸中心线的位置分类，有立式压缩机、卧式压缩机、Ｖ型、Ｗ型和Ｓ型压缩机等。立式压缩机如图5－2a及图5－3所示，卧式压缩机如图5－

2b所示，前者气缸中心线呈垂直位置而后者气缸中心线是水平的。Ｖ型、Ｗ型和Ｓ型是高速、多缸、现代型压缩机，其速度一般为960～1440转／分，气缸数目多为２、4、6、8 四种，其中，字母表示气缸的排列形式。

5、活塞式制冷压缩机，根据其结构特征，还可分为开启式、半封闭式和全封闭式三种。虽然构造各异，但它们之间也有许多共同之处，只是其结构特征不同。

开启式制冷压缩机的结构特征在于：压缩机的动力输入轴伸出机体外，通过联轴器或皮带轮与电动机联结，并在伸出处用轴封装置密封。目前，氨压缩机和容量较大的氟利昂压缩机都采用这种结构形式。

半封闭式制冷压缩机的结构特点是：压缩机与电动机共用一主轴，并共同组装于同一机壳内，但机壳为可拆式，其上开有各种工作孔用盖板密封。

全封闭式制冷压缩机的结构特点在于：压缩机与其驱动电动机共用一个主轴，二者组装在一个焊接成型的密封罩壳中。这种压缩机结构紧凑，密封性好，使用方便，振动小、噪音小，广泛使用在小型自动化制冷和空调装置中。

二、活塞式制冷压缩机的工作原理

图5—4 理想压缩机的工作过程

排气三个过程，如图5－4所示。

吸气过程4-1：活塞由上止点

向下运动时，气缸容积增大压力降

低，当气缸内压力低于吸气管路中

的压力时，在压力差作用下使吸气

阀门打开，制冷剂蒸气便被吸入活

塞上部的气缸内，当活塞移到下止

点位置时停止吸气，吸气阀在弹簧

力和阀片本身的重力作用下关闭，完成吸气过程。吸气过程一般被看

作是等压过程。

活塞式压缩机的工作是靠气缸、气阀和在气缸中作往复运动的活塞所构成的工作容积不断变化来完成。如果不考虑活塞式压缩机实际工作中的容积损失和能量损失（即理想工作过程），则活塞式压缩机曲轴每旋转一周所完成的工作，可分为吸气、压缩和

压缩过程1-2：活塞从下止点向上运动，吸、排汽阀处于关闭状态，气体在密闭的气缸中被压缩，由于气缸容积逐渐缩小，则压力、温度逐渐升高直至气缸内气体压力与排气压力相等。压缩过程一般被看作是等熵过程。

排气过程2-3：活塞继续向上移动，致使气缸内的气体压力大于排气压力，则排气阀开启，气缸内的气体在活塞的推动下等压排出气缸进入排气管道，直至

活塞运动到上止点。此时由于排气阀弹簧力和阀片本身重力的作用，排气阀关闭排气结束。

至此，压缩机完成了一个由吸气、压缩和排气三个过程组成的工作循环。此后，活塞又向下运动，重复上述三个过程，如此周而复始地进行循环。这就是活塞式制冷压缩机的理想工作过程与原理。

三、活塞式制冷压缩机产品型号的表示方法

每一台压缩机的基本型式都用一定的符号表示。这些符号亦称为型号，单级产品型号主要由气缸数目、所用制冷剂的种类、气缸布置形式与气缸直径四个方面的内容组成，如下表所示。

表5—1 压缩机型号举例

活塞式制冷压缩机主要由机体、曲轴、连杆、活塞组、阀门、轴封、油泵、能量调节装置、油循环系统等部件组成。

１、机体：包括汽缸体和曲轴箱两部分，一般采用高强度灰铸铁（HT20-40）铸成一个整体。它是支承汽缸套、曲轴连杆机构及其它所有零部件重量并保证各零部件之间具有正确的相对位置的本体。汽缸采用汽缸套结构，安装在汽缸体上的缸套座孔中，便于当汽缸套磨损时维修或更换。因而结构简单，检修方便。

2、曲轴：曲轴是活塞式制冷压缩机的主要部件之一，传递着压缩机的全部功率。其主要作用是将电动机的旋转运动通过连杆改变为活塞的往复直线运动。曲轴在运动时，承受拉、压、剪切、弯曲和扭转的交变复合负载，工作条件恶劣，要求具有足够的强度和刚度以及主轴颈与曲轴销的耐磨性。故曲轴一般采用40、

45或50号优质碳素钢锻造，但现在已广泛采用球墨铸铁（如QT50－1.5与QT60－2等）铸造。

３、连杆：连杆是曲轴与活塞间的连接件，它将曲轴的回转运动转化为活塞的往复运动，并把动力传递给活塞对汽体做功。连杆包括连杆体、连杆小头衬套、连杆大头轴瓦和连杆螺栓。

连杆体在工作时承受拉、压交变载荷，故一般用优质中碳钢锻造或用球墨铸铁（如QT40－10）铸造，杆身多采用工字形截面且中间钻一长孔作为油道。

连杆小头通过活塞销与活塞相连，销孔中加衬套以提高耐磨、耐冲击能力。连杆小头衬套常用锡磷青铜ZQSn10-1做成整体筒状，外圆面车有环槽并钻有油孔，内表面开有轴向油槽。

连杆大头与曲轴连接。连杆大头一般做成剖分式，以便于装拆和检修。为了改善连杆大头与曲柄销之间的磨损状况，大头孔内一般均装有轴承合金轴瓦即连杆大头轴瓦。连杆大头轴瓦分薄壁和厚壁两种，系列制冷压缩机都采用薄壁轴瓦。轴瓦的上瓦与连杆油孔相应的地方也开有油孔。

连杆螺栓用于连接剖分式连杆大头与大头盖。连杆螺栓是曲柄连杆机构中受力严重的零件，它不仅受反复的拉伸且受振动和冲击作用，很容易松脱和断裂，以致引起严重事故。所以对连杆螺栓的设计、加工、装配均有严格要求。连杆螺栓常用40Cr、45Cr钢等制造，且采用细牙螺纹，其安装时要求有一定的预紧力，以免在载荷变化时连杆大头上下瓦和曲柄销之间松动敲击，加速机器零件的损坏。但预紧力过大也是不利的。所以在上紧连杆螺栓时，最好用扭力扳手按说明书规定施力，若无规定可参照P121表中数值或以下式计算施力。

当８≤ｄ≤１８时，连杆螺栓上紧力：

Ｆ＝977.2-397.613ｄ+63.2ｄ2－4.91042ｄ3＋0.1875ｄ4－0.0028125

ｄ5

４、活塞组：活塞组是活塞、活塞销及活塞环的总称。活塞组在连杆带动下，在汽缸内作往复直线运动，从而与汽缸等共同组成一个可变的工作容积，以实现吸气、压缩、排气等过程。

活塞---活塞可分为筒形和盘形两大类。我国系列制冷压缩机的活塞均采用筒形结构，它由顶部、环部和裙部三部分组成。活塞顶部组成封闭汽缸的工作面。活塞环部的外圆上开有安装活塞环的环槽，环槽的深度略大于活塞环的径向厚度，使活塞环有一定的活动余地。活塞裙部在汽缸中起导向作用并承受侧压力。

活塞的材料一般为铝合金或铸铁。灰铸铁活塞过去在制冷压缩机中应用较广，但由于铸铁活塞的质量大且导热性能差，因此，近年来系列制冷压缩机的活塞都采用铝合金活塞。铝合金活塞的优点是质量轻、导热性能好，表面经阳极处理后具有良好的耐磨性。但铝合金活塞比铸铁活塞的机械强度低、耐磨性差也差。

活塞销---活塞销是用来连接活塞和连杆小头的零件，在工作时承受复杂的交变载荷。活塞销的损坏将会造成严重的事故，故要求其有足够的强度、耐磨性和抗疲劳、抗冲击的性能。因此，活塞销通常用20号钢、20Cr钢或45号钢制造。

图5－5 油环的布油及刮油作用

(a)斜面式油环(b)槽式油环

活塞环---活塞环包括汽环和油环。汽环的主要作用是使活塞和汽缸壁之间形成密封，防止被压缩蒸气从活塞和汽缸壁之间的间隙中泄漏。为了减少压缩汽体从环的锁口泄漏，多道汽环安装时锁口应相互错开。油环的作用是布油和刮去汽缸壁上多余的润滑油。汽环可装一至三道，油环通常只装一道且装在汽环的下面，常见的油环断面形状有斜面式和槽式两种，斜面式油环安装时斜面应向上。汽环的密封作用和油环的布油及刮油作用可用图5－5来说明。

图5—6汽阀图5—7 轴封

５、汽阀与轴封：汽阀是压缩机的一个重要部件，属于易损件。它的质量及工作的好坏直接影响压缩机的输汽量、功率损耗和运转的可靠性。汽阀包括吸气阀和排气阀，活塞每上下往复运动一次，吸、排气阀各启闭一次，从而控制压缩机并使其完成吸气、压缩、排气等四个工作过程。由于阀门启闭工作频繁且对压缩机的性能影响很大，因此汽阀需满足如下要求：气体流过阀门时的流动阻力要小，要有足够的通道截面，通道表面应光滑，启闭及时、关闭严密，坚韧、耐磨，工作可靠。

轴封---轴封的作用在于防止制冷剂蒸汽沿曲轴伸出端向外泄漏，或者是当曲轴箱内压力低于大气压时，防止外界空气漏入。因此，轴封应具有良好的密封性和安全可靠性、且结构简单、装拆方便、并具有一定的使用寿命。

轴封装置主要有机械式和填料式两种。目前常用的机械式轴封主要有摩擦环式和波纹管式。其中，国产系列活塞式制冷压缩机大都采用摩擦环式轴封，这种轴封由活动环(摩擦环）、固定环、弹簧及弹簧座、压圈和两个“０”形耐油橡胶圈所组成，如图5—7所示。活动环槽内嵌一橡胶密封圈并与活动环一同套装在轴上，在弹簧力和压圈的作用下，活动环与橡胶圈一同被压紧在轴上且使活动环紧贴在固定环上。工作时弹簧座与弹簧、轴上橡胶密封圈及活动环随同曲轴一起转动，固定环及其上的橡胶圈则固定不动。故工作时活动环和固定环作相对运动，紧贴的摩擦面起防止制冷剂往外泄漏的密封作用，轴上橡胶圈用来密封轴与活动环之间的间隙，固定环上的耐油橡胶密封圈起防止轴封室内润滑油外泄的作用。图5—8 卸载机构构造原理

６、能量调节装置：在制冷系统中，随着冷间热负荷的变化，其耗冷量亦有变化，因此压缩机的制冷量亦应作必要的调整。压缩机制冷量的调节是由能量调节装置来实现的，所谓压缩机的能量调节装置实际上就是排气量调节装置。它的作用有二，一是实现压缩机的空载启动或在较小负荷状态下启动，二是调节压缩机的制冷量。压缩机排气量的调节方法有：１°顶开部分汽缸的吸气阀片；２°改变压缩机的转速；３°用旁通阀使部分缸的排气旁通回吸气腔，这种方法用于顺流式压缩机；４°改变附加余隙容积的大小。顶开汽缸吸气阀片的调节方法是一种广泛应用的调节方法，国产系列活塞式制冷压缩机，均采用顶开部分汽缸吸气阀片的输气量调节装置，如图5—8所示。

顶开部分汽缸吸气阀片的输气量调节装置的原理很简单，即用顶杆将部分汽缸的吸气阀片顶起，使之常开，使活塞在压缩过程中，压力不能升高，吸入蒸汽又通过吸气阀排回吸气侧，故该汽缸无排气量，从而达到调节输气量的目的即能量调节。

顶开吸气阀片能量调节装置可分为执行机构、传动机构和油分配机构三部分，主要由油分配阀、油缸、油活塞、拉杆、转动环、顶杆和弹簧等部件组成。拉杆上有两个凸圆，分别嵌在两个汽缸套外部的转动环中。若不向油缸中供油，由于油活塞左侧弹簧的作用，油活塞处于油缸的右端位置，汽缸套外部的顶杆都是处在转动环斜槽的最高位置，将吸汽阀片顶开，于是该汽缸卸载(图5—8a)。当压力油经油分配阀向油缸供油时，因油压的作用，克服弹簧力使油活塞及拉杆向左移动，并通过拉杆上的凸圆使转动环转动一定角度，相应地使顶杆在顶杆弹簧作用放下而下滑到斜槽的最低处(图5—8b)，这时吸汽阀片在重力和弹簧力作用下降落在阀座上并可以自由启闭，则该汽缸处于工作状态。

压缩机起动时，由于机器尚未转动，油压为零，因而全部汽缸的吸汽阀片都被顶杆顶开，汽缸不起压缩作用，从而实现了空载启动。

我国系列活塞式制冷压缩机，以两个汽缸为一组，即每一个油活塞和拉杆控制两个汽缸。8AS—12.5型压缩机的油分配阀上标有0、1/4、1/2、和1五个挡位，也就是说可以根据制冷量的需要，使制冷量按0、25％、50％、75％及100％来进行调节。

利用卸载装置来调节压缩机的制冷量，比采用温度控制器和低压继电器来控制压缩机的停、开要好得多。特别是大功率的电动机，停开过于频繁是电源所不允许的。