往复式制冷压缩机

往复式制冷压缩机CollegeofPowerEngineering第1页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering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第2页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering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—连杆机构第3页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering活塞组(Pistongroup)

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—连杆机构第4页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering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—连杆机构第5页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering斜面活塞凸顶活塞凹顶活塞平顶活塞1.曲柄—连杆机构第6页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering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。第7页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering活塞销(Pistonpin)

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。第8页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering活塞环

(Pistonrings)

气环(Sealingring)

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1~2道气环即能满足密封要求。）

油环(Scrapering)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。第9页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering活塞环气环油环1.曲柄—连杆机构第10页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering1.曲柄—连杆机构第11页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering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Δ1：又称开口间隙，是活塞环装入气缸后开口处的间隙。一般为0.25mm～0.50mm；

（2）侧隙Δ2：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0.04mm～0.10mm；其它气环一般为0.03mm～0.07mm。油环一般侧隙较小，一般为0.025mm～0.07mm；

（3）背隙Δ3：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0.5mm～1mm。

1.曲柄—连杆机构第12页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering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—连杆机构第13页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering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—连杆机构第14页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering第15页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering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—连杆机构第16页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering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10～15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10～12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—连杆机构第17页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering连杆

(Connectingrod)

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。第18页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering连杆

(Connectingrod)第19页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering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0.3mm～0.7mm的减磨合金，层质较软能保护轴颈。

连杆衬套连杆(Connectingrod)第20页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering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

(Connectingrod)第21页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering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)第22页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering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—连杆机构第23页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering

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—连杆机构第24页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering2.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。F1F2el第25页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering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－滑块机构第26页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineeringF1F1FhFhhhFhFh0360Fh滑管式和滑槽式驱动机构区别第27页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering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.斜盘式驱动机构第28页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering3.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。第29页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering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第30页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering1、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、气缸套和机壳第31页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering机体结构第32页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering2、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、气缸套和机壳第33页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering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、气缸套和机壳第34页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineeringShaftsealinginstrument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、轴封装置第35页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering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。第36页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering第四节气阀第37页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering气阀组成阀座(Valveseat)阀片(Valvedisc)气阀弹簧(Valvespring)阀盖(升程限制器)(Valvecage)一、气阀的作用及其布置方式第38页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering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+弹簧力第39页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering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第40页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering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）

顺流式逆流式第41页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering刚性环片阀(Ringplatevalve)簧片阀（舌形阀或翼形阀）(Reedvalve)柔性环片阀塞状阀(Plugvalve)条状阀(Beamvalve)网状阀(Meshvalve)二、气阀的主要结构形式和结构特点第42页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering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。第43页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering柔性环片阀常用于全封闭式压缩机带臂柔性阀第44页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering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。

第45页，共51页，2023年，2月20日，星期四CollegeofPowerEngineering吸气孔与吸气腔相连排气阀片吸气阀片BB向C向C排气孔与气缸相连簧片阀工作过程

第46页，共51页，2023年，2月