冷库制冷系统中活塞式制冷压缩机螺杆式制冷压缩机的选型方法分析.doc
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1、黄冈职业技术学院毕业论文毕业论文课题名称 冷库制冷系统中活塞式制冷压缩机,螺杆式制冷压缩机的选型方法分析 系 别 机电工程系 专 业 制冷与冷藏技术 班 级 = 姓 名 、 学 号 2、 指导教师 、 原创性声明本人郑重声明:本人所呈交的论文是在指导教师的指导下独立进行研究所取得的成果。本论文中凡是引用他人已经发表或未经发表的成果、数据、观点等均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外,不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名: 年 月 日 目录摘要.4关键词.4Abstract.4Key words.41.活塞式制冷压缩机的结构及工作原理
2、.51.1活塞式压缩机的分类.51.2活塞式制冷压缩机工作原理与过程.61.3活塞式制冷压缩机主要部件.61.4活塞式制冷压缩机润滑环系统.81.5活塞式制冷压缩机常见故障.92.螺杆式制冷压缩机的结构及工作原理.102.1螺杆式制冷压缩机主要部件.102.2螺杆式制冷压缩机工作原理.112.3螺杆压缩机的润滑系统.112.4螺杆压缩机常见故障.133.活塞式压缩机与螺杆式压缩机性能比较.133.1活塞式压缩机实际输气量与能量调节.133.2螺杆式压缩机实际输气量与能量调节.173.3带经济器的螺杆压缩机系统.194.冷库的分类与发展前景.194.1冷库分类与要求.194.2冷库压缩机性能比较
3、.214.3 压缩机的选型计算.24参考文献.26致谢.27冷库制冷系统中活塞式制冷压缩机,螺杆式制冷压缩机的选型方法分析摘要 随着经济的发展冷链的扩张各地冷库需求不断的增加,冷库的建设迫在眉睫,冷库的设备选型与日常生产运行直接关系着经济效益。本文通过对不同类型的压缩机进行工作原理、工作过程、主要零部件、常见故障以及输气量、能量调节的方法的描述与概论,然后对不同压缩机性能分析与综合比较,为冷库压缩机提供了关键性数据。关键词 活塞压缩机 螺杆压缩机 能量调节 性能Abstract With the development of economy of cold chain expansion ar
4、ound the storage demand unceasing increase, the construction of cold storage imminent, cold storage equipment and daily operation is directly related to the economic benefit. Based on the different types of compressors, working principle, working process, main components, common failures and transmi
5、ssion capacity, energy regulating method is described with the introduction, and then on compressor performance analysis and comprehensive comparison, for refrigerator compressor provided critical data.Key word Piston compressor Screw compressor Energy regulation Performance 1.活塞式制冷压缩机的结构及工作原理1.1活塞式
6、压缩机分类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。按作用方式分类,有单作用压缩机和双作用压缩机。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。 图1-1 压缩机气缸布置形式(a)卧
7、式;( b)直立式;( C)V型;(d)W型;(e)扇形(s)型;(f)星形按制冷剂蒸气在气缸中的运动分类,有直流式和逆流式。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型压缩机等。立式压缩机气缸中心线呈垂直位置而卧式压缩机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
8、般为9601440转/分,气缸数目多为2、4、6、8 四种,其中如图1-1,字母表示气缸的排列形式。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
9、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。1.2活塞式制冷压缩机工作原理与过程当曲轴旋转时,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。当活塞再次反向运动时,
10、上述过程重复出现。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、排气过程,即完成一个工作循环。1.2.1吸气过程通过活塞的移动,气缸内容积增大,压力降低,于是吸气管内制冷剂蒸汽顶开吸气阀而进入气缸内直到活塞最大行程另一端。1.2.2压缩过程 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。1.2.3排气过程 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
11、,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。1.3活塞式制冷压缩机主要部件活塞式制冷压缩机主要由机体、缸盖、侧盖、曲轴、连杆组件、活塞组件、气阀、轴封、油泵、能量调节装置、油循环系统等部件组成。1.3.1机体机体: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
12、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。1.3.2缸盖、侧盖缸盖:制冷压缩机的缸盖起着对气缸上部进行密封的作用,它和机体排气阀一起形成压缩机的排气腔。侧盖:用以密封曲轴箱两侧的窗孔。两侧盖上一般分别装有油面指示器和油冷却器,用来检测曲轴箱油面是否在正常高度及冷却润滑油。1.34曲轴曲轴: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
13、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QT501.5与QT602等)铸造。1.3.5连杆组件连杆: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QT4010)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
14、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
15、下瓦和曲柄销之间松动敲击,加速机器零件的损坏。1.3.6活塞组件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
16、差也差。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。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。1.3.7气阀、轴封汽阀是压缩机的一个重要部件,属于
17、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*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。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*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。
18、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。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。1.4活塞式制冷压缩机
19、润滑环系统1.4.1润滑的作用润滑是压缩机中的重要问题之一,它不仅影响到压缩机的性能指标,而且跟压缩机的寿命、可靠性、安全性也直接相关。润滑的作用如下:1)使摩擦表面(即轴与轴承、活塞环与气缸壁等运动部件接触面)被油膜分隔,形成液体摩擦或半干摩擦,从而降低压缩机的摩擦功、摩擦热和零件的磨损,提高压缩机的机械效率,增加压缩机的可靠性和耐久性。2)对摩擦表面起冷却和清洁作用。带走摩擦热,使摩擦表面温度不致过高,带走磨屑,改善摩擦表面的工作情况。3)润滑油充满活塞与气缸的间隙和轴封的摩擦表面,增强密封作用。4) 利用压力润滑系统中的压力油,可以作为操纵能量调节机构的动力。1.4.2润滑方式压缩机的润
20、滑方式可分为飞溅润滑和压力润滑两种类型。飞溅润滑是利用运动零件的机械作用,将润滑油送至需要的摩擦表面,半封闭压缩机就有很多的采用飞溅润滑。一方面在连杆大头下端装设甩油勺,将曲轴箱中的油甩向气缸镜面,润滑活塞与气缸壁之间的摩擦表面;另一方面,在电动机一端的轴上装有甩油盘,将油甩起并收集在电动机侧端盖的集油小室上,通过曲轴中的油道,润滑主轴承和连杆轴承。在某些小型立式开启式压缩机中,飞溅润滑仅依靠曲柄连杆机构的运动来实现。压力润滑系统式利用油泵产生的油压,将润滑油通过输油管道输送到需要润滑的各摩擦面,润滑油压力和流量可以按照给定要求实现,因而油压稳定,油压充足,还能对润滑油进行滤清和冷却处理,故润
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