活塞式冷水机组的构成与特点

以活塞式制冷压缩机为主机的冷水机组称为活塞式冷水机组。活塞式冷水机组由活塞式制冷压缩机与冷凝器、蒸发器、热力膨胀阀及其他附件(干燥过滤器、储液器、电磁阀、自动能量调节和自动保护装置等)等构成,并安装于同一个机座上。大多数厂家将电控柜安装在机组上,部分厂家则将电控柜安装在机组以外。活塞式冷水机组的特点如下:

  1. 机组设有高低压保护、油压保护、电动机过载保护、冷媒水冻结保护和断水保护,确保机组运行安全可靠。
  2. 机组可配置多台压缩机,通过启动一台或几台来调节制冷量,适应外界负荷的波动。
  3. 随着机电一体化程度的提高,机组可实现压力、温度、制冷量、功耗及负荷匹配等参数全部微计算机智能型控制。
  4. 用户只需在现场对机组进行电气线路和水管(包括冷却水系统和冷媒水系统)的连接与隔热施工,即可投入试运行。

活塞式单机头冷水机组

活塞式单机头冷水机组大多采用70、100、125系列制冷压缩机组装。其中,70系列为半封闭活塞式制冷压缩机,100和125系列为开启活塞式制冷压缩机。如图1-20所示为开启活塞式单机头冷水机组的外形结构,下图所示为半封闭活塞式单机头冷水机组的外形结构。

开启活塞式单机头冷水机组的外形结构

半封闭活塞式单机头冷水机组的外形结构如下图:

半封闭活塞式单机头冷水机组

活塞式单机头冷水机组在结构上的主要特点是冷凝器和蒸发器均为壳管式换热器,它们或上下叠置或左右并置。由于活塞式制冷压缩机运转时的往复运动会产生较大的往复惯性力,从而限制了压缩机的转速不能太高。故其单位制冷量的质量指标和体积指标较大,因此,单机制冷量不能过大,否则机器显得笨重,振动也大。活塞式单机头冷水机组的制冷量一般在700kW以下。

制冷系统流程:以下图所示的FJZ-40A型活塞式冷水机组为例,分析活塞式单机头冷水机组工作流程。FJZ-40A型活塞式冷水机组主机为812.5F100型开启活塞式制冷压缩机,以R22为工质,采用了滚轧螺纹管制成的壳管式冷凝器和内肋管干式蒸发器,大大提高了传热效率,使体积和重量有了显著的减小,设备充注的制冷剂R22也只有一般满液式机组的1/3,并且没有蒸发器冻裂的危险。机组上装有自动能量调节装置,当蒸发器水温因外界负荷变化而有升降时,制冷机的制冷量也可相应地自动调节,此外,机组上还备有自动保护装置可以防止设备因意外原因而引起的事故。

FJZ-40A型活塞式冷水机组的制冷系统流程

制冷剂在干式蒸发器内蒸发后,由吸气管进入压缩机吸气腔,经压缩机压缩后进入冷凝器,高温、高压蒸气经冷凝后进入热交换器管程,被经过热交换器壳程回到压缩机的蒸气进一步冷却,冷却后的液体流经干燥过滤器及电磁阀,并在热力膨胀阀内节流降压到蒸发压力而进入蒸发器,蒸发吸收热量,冷却冷媒水,蒸发后的蒸气又重新进入压缩机,如此循环。

上图中的压力表1指示冷凝器的冷凝压力,压力表2指示蒸气出口处的蒸发压力,冷凝器上的 DN 15mm安全阀是为保证安全设置的,当发生断水故障而冷凝压力过高时,排放冷凝器内的气体使压力降低到规定值以下,保证机器的安全运转。在热交换器到干燥过滤的供液管路上,装置有一个 DN40mm直通阀,它可人为切断对蒸发器的供液。干燥过滤器的DN6mm阀门是供系统充灌制冷剂液体用的。

蒸发器供液量的调节是通过热力膨胀阀的工作来实现的。该阀的感温包置于蒸发器回气管上,它根据回气管内蒸气的过热度高低来改变膨胀阀的开度,从而起到调节流量的作用。蒸发器的出口安装了一个温度范围0~50℃、精度1/10刻度的温度计,以方便观察回气管内蒸气的过热度。

制冷系统的主要部件

活塞式制冷压缩机的形式和种类较多,而且有多种不同的分类方法,目前常见的分类方法有以下几种。

一、按密封结构形式分类

为了防止制冷工质向外泄漏或外界空气渗入制冷系统内,制冷压缩机有着相应的密封结构。从采用的密封结构方式来看,制冷压缩机可分为开启式和封闭式两大类。而封闭式又可分为半封闭式和全封闭式。这三种压缩机的结构如下图所示:

制冷压缩机的密封形式

开启式压缩机的曲轴功率输入端伸出机体之外,通过传动装置(联轴器或皮带轮)与原动机相连接。压缩机曲轴外伸端设置轴封装置,以防泄漏。

封闭式压缩机采用封闭式的结构,把电动机和压缩机连成一整体,装在同一机壳内共用一根主轴,因而可以取消开启式压缩机中的轴封装置,避免了由此产生或多或少泄漏的可能性。半封闭式与全封闭式的区别是前者的机壳是用可拆式法兰连接,以便维修时拆卸;后者的机壳分为两部分,压缩机与电动机装入后,壳体两部分用焊接法焊死。

二、按压缩级数分类

分为单级和单机双级压缩机。单级压缩机是指制冷剂蒸气由低压至高压状态只经过一次压缩;单机双级压缩机是指制冷剂蒸气在一台压缩机的不同汽缸内由低压至高压状态经过两次压缩。

三、按压缩机转速分类

分为高、中、低速三种。转速高于1000r/min为高速,低于300r/min为低速,在两者之间为中速。现代中小型多缸压缩机多属于高速范围,它能以较小的外形尺寸获得较大的制冷量,而且便于和电动机直联。但是,随着转速的提高,对压缩机在减振、结构、材料及制造精度等各方面则提出了更高的要求。

四、按气缸布置方式分类

活塞式制冷压缩机按汽缸布置方式通常分为卧式、直立式和角度式三种类型,如下图所示。卧式压缩机的汽缸轴线呈水平布置,其管道布置和内部结构的拆装维修比较方便,多属大型低速压缩机。直立式压缩机的汽缸轴线与水平面垂直,用符号Z表示。这类压缩机占地面积小,活塞重力不作用在汽缸壁面上,因而汽缸和活塞的磨损较小;机体主要承受垂直的拉压载荷,受力情况较好,因而形状可以简单些,基础尺寸也可以小些。但大型直立式压缩机的高度大,必须设置操作平台,安装、拆卸和维护管理均不方便,因而极少采用此种布置方式;即使是中小型压缩机,除单、双缸外,也很少采用直立式的。角度式压缩机的汽缸轴线,在垂直于曲轴轴线的平面内具有一定的夹角。其排列形式有V形、W形、Y形、S形(扇形)、X形等。角度式压缩机具有结构紧凑、重量轻、动力平衡性好、便于拆装和维修等优点,因而在现代中、小型高速多缸压缩机中得到广泛应用。

活塞式制冷压缩机汽缸布置形式

我国国家标准GB/T 10079—2001《活塞式单级制冷压缩机》规定的活塞式压缩机汽缸布置形式见表1,基本参数见表2,名义工况见表3和表4,使用范围见表5和表6。名义工况是用来标明制冷机工作能力的温度条件,即铭牌制冷量和轴功率的工况。

表1:活塞式压缩机汽缸布置形式

活塞式压缩机汽缸布置形式

表2:压缩机基本参数

压缩机基本参数

表3:有机制冷剂压缩机名义工况(注:表中工况制冷剂液体的过冷度为0℃。)

有机制冷剂压缩机名义工况

表4:无机制冷剂压缩机名义工况

无机制冷剂压缩机名义工况

表5:有机制冷剂压缩机使用范围

有机制冷剂压缩机使用范围

表6:无机制冷剂压缩机使用范围

无机制冷剂压缩机使用范围

活塞式制冷压缩机的总体结构

开启活塞式制冷压缩机 开启活塞式制冷压缩机的曲轴功率输入端伸出机体,通过联轴器或带轮和电动机连接。它的特点是容易拆卸、维修,但密封性较差,工质易泄漏,因此曲轴外伸端有轴封装置。开启活塞式制冷压缩机在我国有着广泛的应用。我国自行设计、制造的系列产品,如125系列和100系列等,它们有特点如下:

  • 普遍采用多汽缸的角度式布置方式,配合以逆流式结构,缩短活塞的高度,采用铝合金活塞。
  • 普遍采用把汽缸体和曲轴箱连成一体的汽缸体曲轴箱机体结构形式,从而可提高机体的刚度和气密性,减少机加工量。在机体的曲轴箱两侧,开有装拆连杆大头盖的操作窗口,平时用侧盖予以密封。
  • 普遍采用可更换缸套,便于采用顶开吸气阀片输气量调节方法。而吸气腔位于缸套周围,汽缸冷却效果好,减少湿冲程的可能性。
  • 普遍利用汽缸套上部法兰安设吸气阀通道,配置组合式的环片阀结构,使其有充分的空间安装吸、排气阀,并尽量减少汽缸的余隙容积,整个吸、排气阀的组合件由一个圆柱形螺旋弹簧紧压在汽缸套上,这不仅便于装拆,而且由此而形成安全盖机构,减轻发生湿冲程时的机械冲击。
  • 四缸以上压缩机设置能量调节装置,可根据制冷系统负荷变化改变工作缸数及空载启动,既节省能耗,又保护原动机。
  • 普遍采用压力润滑的方式,以保证各高速摩擦表面获得可靠的润滑和轴封具有良好的密封性能,并向输气量调节机构提供液压动力。

如下图所示为812.5F100型开启活塞式制冷压缩机的总体结构。该机以R22为制冷剂,结构形式为8缸,扇形,单作用,逆流式。相邻汽缸中心线夹角为45°,汽缸直径为125mm,活塞行程为100mm。812.5F100型压缩机结构紧凑,外形体积小,动力平衡性能良好,振动小,运转平稳。

812.5F100型开启活塞式制冷压缩机的总体结构

压缩机的机体为整体铸造结构,上部为汽缸体,下部为曲轴箱。汽缸体上有8个安装汽缸套的座孔,各放置一个汽缸套。排气腔顶部端面用汽缸盖封闭,汽缸盖上设有冷却水套,用冷却水冷却。机体的两端安装有吸、排气管。曲轴箱两侧的窗孔用侧盖封闭,侧盖上装有油面指示器和油冷却器,分别用来检测油量及冷却润滑油。

压缩机采用两个曲拐错角为180°、用球墨铸铁铸造的曲轴,由两个主轴承(滑动轴承)支承。平衡块与曲柄铸成一体,每个曲柄销上装配四个工字形连杆。各个连杆小头部位通过活塞销带动一个铜硅铝合金的筒形活塞,使其在汽缸内做往复运动。活塞上装有两道气环和一道刮油环,其顶部呈凹陷形,与排气阀的形状相适应,以减少余隙容积。汽缸套上部凸缘作为吸气阀阀座。吸、排气阀为组合式,均采用单片环状阀。内阀座与阀盖用气阀螺栓连接,阀盖与外阀座用螺栓连接,使整个排气阀连成一体。阀盖上部设有安全弹簧,排气阀座兼作安全盖用,以防止液击时损坏机器。低压蒸气从吸气管9经过滤网进入吸气腔2,再从汽缸上部凸缘处的吸气阀进入汽缸,经压缩的气体通过排气阀进入排气腔再经排气管4排出。吸、排气腔之间设有安全阀,排气压力过高时,高压气体顶开安全阀后回流至吸气腔,保护机器零件不致损坏。汽缸套的中部周围设有顶开吸气阀阀片的顶杆和转动环,转动环由油缸拉杆机构控制,用以调节压缩机的排气量和启动卸载之用。

轴封采用摩擦环式机械密封装置,设置在前轴承座里,运转时轴封室内充满润滑油,用以润滑摩擦面并起油封和带走热量的作用。

压缩机采用压力润滑,由曲轴自由端带动转子式内啮合齿轮油泵10供油,润滑油从曲轴箱底部经金属网式粗滤器进入油泵,然后经过金属片式细滤器清除杂质后,从曲轴两端进入润滑油道,润滑两端主轴承、轴封、各连杆大头轴承和活塞销等。控制能量调节机构的动力油也由油泵供给。汽缸壁以连杆大头飞溅起的润滑油润滑。曲轴下部装有充放润滑油用的三通阀。曲轴箱内装有润滑油冷却器,润滑油冷却器浸入曲轴箱底部的润滑油中,冷却器中通入冷却水时,可使曲轴箱内的润滑油得到冷却。压缩机采用直接传动方式,用联轴器由电动机直接驱动。

一、半封闭活塞式制冷压缩机

半封闭活塞式制冷压缩机的电动机和压缩机装在同一机体内并共用同一根主轴,因而不需要轴封装置,避免了轴封处的制冷剂泄漏。半封闭活塞式制冷压缩机的机体在维修时仍可拆卸,其密封面以法兰连接,用垫片或垫圈密封,这些密封面虽属静密封面,但难免会产生泄漏。

半封闭活塞式制冷压缩均采用高速多缸机型,其特点如下:

  • 电动机和压缩机共用一根主轴,取消了轴封装置和联轴器,结构紧凑、重量轻、密封性能好、噪声小。
  • 机体多采用整体式结构,其电动机外壳往往是机体的延伸部分,以减少连接面积并保证了压缩机和电动机的同轴度。曲轴箱和电动机室有孔相通,保证了压力平衡以利于润滑油的回流。
  • 压缩机的汽缸与开启式压缩机一样仍暴露在外,便于冷却,容易拆卸和维修。
  • 主轴可采用曲拐轴或偏心轴的结构形式,它横卧在一对滑动或滚动主轴承上。主轴的一端总是悬臂支承着电动机转子,后者同时也起着飞轮的匀速作用。
  • 内置电动机的冷却方式有空气冷却、水冷和低压制冷剂冷却。空气冷却绝大多数用于风冷式冷凝机组中,这时,电动机外壳周围设有足够的散热片,靠冷凝风机吹过的风冷却电动机定子;当采用水冷式冷凝器时,可向电动机外壳的水套中引入冷却水对电动机定子进行冷却;用低压制冷剂冷却的方式是用从蒸发器来的低温制冷剂蒸气冷却电动机定子,可使内置电动机具有较大的过载能力,普遍用于功率大于1.5kW以上的半封闭制冷压缩机。
  • 对于功率小于5kW的半封闭活塞式制冷压缩机,其润滑系统往往采用飞溅润滑方式,但对功率较大的压缩机就显得供油不充分,应采用压力供油方式。所用的液压泵应是可以逆转工作的,因为半封闭式压缩机不能从外观判断转向

如下图所示为B47F55型半封闭塞式制冷压缩机的总体结构。压缩机的四个汽缸为扇形布置,相邻汽缸中心线夹角为45°,汽缸直径为70mm,活塞行程为55mm。机体为整体铸造结构,电动机外壳是机体的延伸部分,压缩机主轴悬伸段就是电动机转子轴。电动机借助吸入的制冷剂蒸气冷却,当采用R22作制冷剂时,配有冷却水套的汽缸盖使排气得到冷却,以避免排气温度过高。曲轴箱和电动机室有孔相通,以保证压力的平衡。机体上设有回油阀,从油分离器分离出来的润滑油通过浮球阀自动流回曲轴箱。单拐曲轴由球墨铸铁制造,曲柄销上安装有4个工字形截面的连杆,连杆大头为垂直剖分式,大头轴瓦为薄壁轴瓦,小头衬套用铁基粉末冶金制成。铝合金制造的筒形活塞顶部呈凹形,有两道气环,一道油环。吸、排气阀结构与812.5F100型压缩机基本相同。汽缸套外壁安装有顶开吸气阀片的能量调节装置,依靠油压传动顶开吸气阀片。润滑油泵采用月牙形内啮合齿轮油泵,正、反转均能正常供油。曲轴箱底部装有油过滤网。电动机用高强度漆包线绕制,为E级或F级绝缘。

B47F55型半封闭塞式制冷压缩机的总体结构

二、曲柄连杆驱动机构

曲轴、连杆和活塞组构成了曲柄-连杆机构,其作用是通过连杆将曲轴的旋转运动转变成活塞的往复运动,实现压缩机的工作循环。活塞式制冷压缩机的曲柄连杆机构如下图所示:

活塞式制冷压缩机的曲柄连杆机构

 

曲轴

曲轴是制冷压缩机的重要运动部件之一,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。活塞式制冷压缩机曲轴的基本结构形式有曲柄轴、偏心轴和曲拐轴三种,在活塞式冷水机组中使用较多的为曲拐轴。

活塞式制冷压缩机的曲柄连杆机构如下图所示。曲拐轴简称曲轴,其由一个或几个以一定错角排列的曲拐所组成,每个曲拐由主轴颈、曲柄和曲柄销三部分组成,简称曲轴。这类曲轴的连杆大头必须是剖分式,每个曲柄销上可并列安装1~4个连杆。活塞行程较大时常用这类轴。曲轴的一端(轴颈较长端)称为功率输入端,通过联轴器或带轮与电动机连接;另一端称为自由端,用来带动油泵。曲轴除传递动力作用外,通常还起输送润滑油的作用。如图1-28所示,曲轴内部钻有油道,从油泵出来的润滑油,经油道5输送到主轴颈和连杆轴颈等部位,润滑各摩擦表面。为了消除或减轻压缩机的振动,在曲柄上装(铸)有平衡块,起到全部或部分平衡旋转重量、往复重量惯性力及其力矩的作用。

曲拐轴

 

连杆组件

连杆组件包括连杆小头衬套、连杆体、连杆大头轴瓦及连杆螺栓等。连杆的作用是将活塞和曲轴连接起来,传递活塞和曲轴之间的作用力,将曲轴的旋转运动转变为活塞的往复运动。如图1-29所示为典型的与曲拐轴相配的剖分式连杆组件结构。

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连杆可分为连杆小头、连杆大头和连杆体三部分。连杆小头及衬套通过活塞销与活塞连接,工作时做往复运动。连杆大头及大头轴瓦与曲柄销连接,工作时做旋转运动。而连杆大小头之间的杆身(连杆体),工作时做垂直于活塞销平面的往复与摆动的复合运动。

连杆小头一般均做成整体式。现代高速压缩机中,连杆小头广泛采用简单的薄壁圆筒形结构。小头与活塞销相配合的支承表面,除了小型压缩机的铝合金连杆外,通常都压有衬套。衬套材料采用耐磨合金,通常为铜合金。

剖分式连杆的大头可剖分开,便于和曲拐轴连接时装拆。剖分式连杆大头又分为直剖式和斜剖式两种。直剖式其剖分面垂直于连杆中心线,连杆大头刚性好,易于加工,且连杆螺栓不受剪切力的作用,但是它的大头横向尺寸大,为了能使活塞连杆通过汽缸装卸,这种结构形式限制了曲柄销直径的增大。斜剖式连杆大头如下图所示,在拆除大头盖后连杆大头横向尺寸将大大减小,有可能增大曲轴的曲柄销直径,以提高曲轴的刚度,既方便装拆,又便于活塞连杆组件直接从汽缸中取出。但由于斜剖式连杆大头加工复杂,故不如直剖式应用广泛。剖分式连杆大头内孔与大头盖是单配加工的,不具备互换性,靠固定搭配由定位装置方向记号来确保大头内圆的正确形状。

斜剖式

为改善连杆大头与曲柄销之间的摩擦性能,大头孔内装有耐磨轴套或轴瓦。整体式连杆大头搪孔中要压入轴套,只有连杆材料为铝合金时可以用本身材料作为轴承材料。现代高速活塞式制冷压缩机的剖分式连杆大头中一般均镶有薄壁轴瓦。

活塞组

活塞组由活塞体、活塞环及活塞销组成。典型的活塞组如下图所示。

典型的活塞组结构图

活塞体简称活塞,我国系列压缩机的活塞一般采用筒形活塞。筒形活塞通常由顶部、环部和裙部三部分组成。活塞上面封闭圆筒部分称为顶部,顶部与汽缸及气阀构成可变的工作容积。设置活塞环的圆柱部分称为环部。环部下面为裙部,裙部上有销座孔供安装活塞销用。活塞的材料一般采用灰铸铁和铝合金,目前高速多缸制冷压缩机均采用铝合金活塞。

活塞环可分为气环和油环两种。气环的作用是保持汽缸与活塞之间的密封性,防止在压缩时,高压气体向低压部分泄漏;油环的作用是刮去附着于汽缸壁上多余的润滑油,并使壁面上的油膜分布均匀。为使活塞环本身具有弹性,环中必须开有切口,在安装同一活塞上的几个活塞环时,应使切口相互错开,以减少漏气量。

活塞销用来连接活塞和连杆小头,一般制成中空的圆柱结构以减少惯性力。现代制冷压缩机中,普遍采用浮式活塞销的连接方法,也即活塞销相对销座和连杆小头衬套都能自由转动,这样可以减小摩擦面间的相对滑动速度,使磨损减小且均匀。为防止活塞销产生轴向窜动而伸出活塞擦伤汽缸,通常在销座两端的环槽内装上弹簧挡圈。

机体及汽缸套

机体是支承压缩机全部重量并保持各部件之间有准确的相对位置的部件。机体包括汽缸体和曲轴箱两个部分。机体的外形主要取决于压缩机的汽缸数和汽缸的布置形式。根据汽缸体上是否装有汽缸套,机体可分为无汽缸套和有汽缸套两种。在汽缸尺寸较大(内径 D ≥70mm)的高速多缸压缩机系列中常采用汽缸体和汽缸套分开的结构形式,这样可以简化机体的结构,便于铸造,汽缸镜面磨损时,只更换汽缸套即可。

如下图所示为采用汽缸套的8缸角度式压缩机机体。机体上部为汽缸体,下部为曲轴箱。汽缸体上有8个安装汽缸套的座孔,分成两列,呈扇形配置。吸气腔设在汽缸套座孔的外侧,流过的制冷剂可对汽缸壁进行冷却。吸气腔与曲轴箱之间由隔板隔开,以防润滑油溅入吸气腔。隔板最低处钻有均压回油孔,以便由制冷剂从系统中带来的润滑油流回曲轴箱,并使曲轴箱内的气体压力与吸气腔压力保持一致。排气腔在汽缸体上部,吸、排气腔之间由隔板隔开。曲轴箱主要用于安装曲轴、储存润滑油以及安放油冷却器、油过滤器和润滑油三通阀。曲轴箱的前、后端有安装主轴承的座孔,两侧有检修用的窗孔。曲轴箱内壁设有多个加强肋,用以提高强度和刚度。这种机体外形平整,结构紧凑。汽缸冷却主要靠水冷却,冷却效果较好。国内外高速多缸的活塞式制冷压缩机的机体多采用这种形式。

汽缸套的8缸角度式压缩机

汽缸套呈圆筒形,如下图所示的汽缸套在我国高速多缸制冷压缩机系列中被广泛采用。汽缸套采用优质耐磨铸铁铸造,也可对工作表面进行多孔性镀铬和离子氮化处理,以提高使用寿命。

汽缸套

气阀

气阀是活塞式制冷压缩机中的重要部件之一,它的作用是控制气体及时地吸入与排出汽缸。气阀性能的好坏,直接影响到压缩机的制冷量和功率消耗。阀片的寿命更是关系到压缩机连续运转期限的重要因素。

气阀的结构形式多种多样,我国缸径在70mm以上的中、小型活塞式制冷压缩机系列均采用刚性环片阀。刚性环片阀采用顶开吸气阀阀片调节输气量,并利用排气阀盖兼作安全盖。如下图所示为汽缸套和吸、排气阀组合件。吸气阀座与汽缸套25顶部的法兰是一个整体,法兰端面上加工出两圈凸起的阀座密封线。环状吸气阀片17在吸气阀关闭时贴合在这两圈阀线上。两圈阀线之间有一个环状凹槽,槽中开设若干均匀分布的与吸气腔相通的吸气孔1。吸气阀的阀盖(升程限制器)与排气阀的外阀座13做成一体,底部开若干沉孔,设置若干个吸气阀弹簧16。吸气阀布置在汽缸套外围,不仅有较大的气体流通面积,而且便于设置顶开吸气阀片式的输气量调节装置。排气阀的阀座由内阀座14和外阀座13两部分组成。环状排气阀片4与内、外阀座上两圈密封线相贴合,形成密封。阀盖5底部开若干沉孔,设置若干个排气阀弹簧12。内、外阀座之间的通道形状与活塞顶部形状吻合,当活塞运动到上止点位置时,内阀座刚好嵌入活塞顶部凹坑内,因而使压缩机的余隙容积减小。外阀座安装在汽缸套的法兰面上,内阀座与阀盖(升程限制器)5用中心螺栓11连接,阀盖又通过四根螺栓3与外阀座连成一体,这个阀组也被称为安全盖(又称假盖)。安全盖的阀盖5上装有安全弹簧8(又称假盖弹簧),弹簧上部再用汽缸盖压紧。安全弹簧装上后产生预紧力。当汽缸内进入过量液体,在汽缸内受到压缩而产生高压时,安全盖在缸内高压的作用下,克服安全弹簧力而升起,使液体从阀座打开的周围通道迅速泄入排气腔,使汽缸内的压力迅速下降,从而保护了压缩机。当活塞到达止点位置后往回运动时,安全盖在安全弹簧力作用下,回复原位而正常工作。

汽缸套和吸、排气阀组合件

轴封

对于开启式制冷压缩机,曲轴均需伸出机体(曲轴箱)与原动机连接。由于曲轴箱内充满了制冷剂蒸气,因此在曲轴伸出机体的部位应安装轴封。它的作用是防止曲轴箱内的制冷剂蒸气经曲轴外伸端间隙漏出,或者因曲轴箱内气体压力过低而使外界空气漏入。对轴封要求结构简单,密封可靠,使用寿命长,维修方便。目前使用较多的轴封形式为摩擦环式。

摩擦环式轴封又称端面摩擦式轴封。如下图所示是一种较为常用的摩擦环式轴封,其结构简单,维修方便,使用寿命长。它有三个密封面:A为径向动摩擦密封面,它由转动摩擦环2和静止环3的两个相互压紧磨合面组成,压紧力是由弹簧7和曲轴箱内气体压力所产生;B为径向静密封面,它由转动摩擦环2与密封橡胶圈5之间的径向接触面所组成,靠弹簧压紧,并与轴一起转动;C为轴向密封面,它由密封橡胶圈的内表面与曲轴的外表面所组成,因密封橡胶圈的自身弹性力使其与曲轴间有一个适当的径向密封弹力。当曲轴有轴向窜动时,密封橡胶圈与轴间可以有相对滑动。

摩擦环式轴封结构

径向动摩擦密封端面A是轴封装置的主端面,主轴旋转时,该端面会产生大量摩擦热和磨损,为此必须考虑密封端面A的润滑和冷却,使其在摩擦面上形成油膜,减少摩擦和磨损,增强密封效果。因而安装轴封的空间要有润滑油的循环并设置进出油道,以保证端面润滑和冷却。通常,为延长这种端面摩擦式轴封的使用寿命,允许端面A有少量的油滴泄漏,但需要设置回收油滴的装置。

全顶开吸气阀片的能量调节机构

全顶开吸气阀片是指采用专门的调节机构将压缩机的吸气阀阀片强制顶离阀座,使吸气阀在压缩机工作全过程中始终处于开启状态。在多缸压缩机运行中,如果通过一些顶开机构,使其中某几个汽缸的吸气阀一直处于开启状态,那么,这几个汽缸在进行压缩时,由于吸气阀不能关闭,汽缸中压力建立不起来,排气阀始打不开,被吸入的气体没有得到压缩就经过开启着的吸气阀,又重新排回到吸气腔中去。这样,压缩机尽管依然运转着,但是,吸气阀被打开了的汽缸不再向外排气,真正在有效地进行工作的汽缸数目减少了,以达到改变压缩机制冷量的目的。

这种调节方法是在压缩机不停车的情况下进行能量调节的,通过它可以灵活地实现上载或卸载,使压缩机的制冷量增加或减少。另外,全顶开吸气阀片的调节机构还能使压缩机在卸载状态下启动,这样对压缩机是非常有利的。它在我国四缸以上的、缸径70mm以上的系列产品中已被广泛采用。

全顶开吸气阀片调节法,通过控制被顶开吸气阀的缸数,能实现从无负荷到全负荷之间的分段调节。如对8缸压缩机,可实现0、25%、50%、75%和100%五种负荷。对六缸压缩机,可实现0、1/3、2/3和全负荷四种负荷。

全顶开吸气阀片的能量调节机构主要有以下两种:

液压缸-拉杆顶开机构

用液压油控制拉杆的移动来实现能量调节,如下图所示。液压缸拉杆机构由液压缸1、液压活塞2、拉杆5、弹簧3、油管4等组成。该机构动作可以使汽缸外的转动环7旋转,将吸气阀阀片9顶起或关闭。其工作原理是:液压泵不向油管4供油时,因弹簧的作用,液压活塞及拉杆处于右端位置,吸气阀片被顶杆8顶起,汽缸处于卸载状态。若液压泵向液压缸1供油,在油压力的作用下,液压活塞2和拉杆5被推向左方,同时拉杆上凸缘6使转动环7转动,顶杆相应落至转动环上的斜槽底,吸气阀阀片关闭,汽缸处于正常工作状态。由此可见,该机构既能起调节能量的目的,也具有卸载启动的作用。因为停车时液压泵不供油,吸气阀阀片被顶开,压缩机就空载启动,压缩机启动后,液压泵正常工作,油压逐渐上升,当油压力超过弹簧3的弹簧力时,液压活塞动作,使吸气阀阀片下落,压缩机进入正常运行状态。

液压缸拉杆顶开机构工作原理

在这种液压缸拉杆能量调节机构中,液压油的供给和切断一般由油分配阀或电磁阀来控制。

油压直接顶开吸气阀片调节机构

这种调节机构由卸载机构和能量控制阀两部分组成,两者之间用油管连接。卸载机构是一套液压传动机构,它接受能量控制阀的操纵,及时地顶开或落下吸气阀片,达到能量调节的目的。

如下图所示为油压直接顶开吸气阀片的调节机构。它是利用移动环6的上下滑动,推动顶杆3,以控制吸气阀片1的位置。当润滑系统的高压油进入移动环6与上固定环4之间的环形槽9时,由于油压力大于卸载弹簧7的弹力,使移动环向下移动,顶杆和吸气阀片也随之下落,气阀进入正常工作状态。当高压油路被切断,环形槽内的油压消失时,移动环在卸载弹簧的作用下向上移动,通过顶杆将吸气阀片顶离阀座,使汽缸处于卸载状态。这种机构同样具有卸载启动的特点,结构比较简单,由于环形液压缸安装在气缸套外壁上,加工精度要求较高,所有的O形密封圈长期与制冷剂和润滑油直接接触,容易老化或变形,以致造成漏油而使调节失灵。

油压直接顶开吸气阀片的调节机构

压力润滑系统

压力润滑是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表面,润滑油压力和流量可按照给定要求实现,因而油压稳定,油量充足,还能对润滑油进行过滤和冷却处理,故润滑效果良好,大大提高了压缩机的使用寿命、可靠性和安全性。在我国的中、小型制冷压缩机系列中和一些非标准的大型制冷压缩机中均广泛采用压力润滑方式。

对于大、中型制冷压缩机,因其载荷大,需要充分的润滑油润滑各摩擦副并带走热量,故常用齿轮油泵式压力润滑系统,如图1-38所示。曲轴箱中的润滑油通过粗过滤器1被齿轮油泵2吸入,提高压力后经细过滤器3滤去杂质后分成三路:第一路进入曲轴自由端轴颈里的油道,润滑主轴承和相邻的连杆轴承,并通过连杆体中的油道输送到连杆小头轴衬和活塞销;第二路进入轴封10,润滑和冷却轴封摩擦面,然后从曲轴功率输入端主轴颈上的油孔流入曲轴内的油道,润滑主轴承和相邻的连杆轴承,并经过连杆体中的油道去润滑连杆小头轴衬和活塞销;第三路进入能量调节机构的油分配阀7和卸载液压缸8以及油压差控制器5,作为能量调节控制的液压动力。

典型的齿轮油泵压力润滑系统简图

汽缸壁面和活塞间的润滑,是利用曲拐和从连杆轴承甩上来的润滑油。活塞上虽然装有刮油环,但仍有少量的润滑油进入汽缸,被压缩机的排出气体带往排气管道。排出气体进入油分离器11,分离出的润滑油由下部经过自动回油阀或手动回油阀定期放回压缩机的曲轴箱内。为了防止润滑油的油温过高,在曲轴箱还装有油冷却器12,依靠冷却水将润滑油的热量带走。

曲轴箱(或全封闭压缩机壳)内的润滑油,在低的环境温度下溶入较多的制冷剂,压缩机启动时将发生液击,为此有的压缩机在曲轴箱内还装有油加热器,在压缩机启动前先加热一定的时间,减少溶在润滑油中的制冷剂。

蒸发器

在制冷系统中,蒸发器的作用是依靠节流后的低温低压制冷剂液体在蒸发器内的沸腾(习惯上称蒸发),吸收被冷却介质的热量,达到制冷降温的目的。中央空调冷水机组中的蒸发器有卧式壳管式蒸发器和干式蒸发器两种形式。

卧式壳管式蒸发器

卧式壳管式蒸发器的典型结构如图1-39所示。它由筒体外壳、管板、换热管束和端盖等组成。其外壳是用钢板焊成的圆筒,在圆筒的两端焊有多孔管板,换热管束用焊接法或胀管法固定在管板上,两端的端盖上设计有分水隔板。制冷剂在换热管外气化,载冷剂在管内流动,一般为4~8管程。载冷剂的进、出口设在同一个端盖上,载冷剂从端盖的下方进入,从端盖的上方流出。

卧式壳管式蒸发器的典型结构

经过节流后的低温低压液态制冷剂,从蒸发器的下部进入,制冷剂占据蒸发器壳体内的大部分空间,通常液面高度稳定在壳体直径的70%~80%。因此,又称为满液式蒸发器。在工作运行时液面上只露1~3排载冷剂管道,以便使液态制冷剂气化形成的蒸气不断上升至液面,经过顶部的集气室(又称气液分离器),分离出蒸气中可能挟带的液滴,成为干蒸气状态的制冷剂蒸气被压缩机吸回。

卧式壳管式蒸发器使用氟里昂为制冷剂时,多采用阴极铜管作为换热管,其平均传热温差为4~8℃,传热系数为465~523W/(m 2 ·℃)。载冷剂在换热管内流速一般为1~2.5m/s。

干式蒸发器

干式蒸发器的外形和结构与卧式壳管式蒸发器基本相同。主要不同点在于:干式蒸发器中制冷剂在换热管内气化吸热,制冷剂液体的充灌量很少,大约为管组内容积的35%~40%,而且制冷剂在气化过程中,不存在自由液面,所以称为“干式蒸发器”。在干式蒸发器中,液体载冷剂在管外流动,为了提高载冷剂的流速,在筒体内横跨管束装有多块折流板。

干式蒸发器按照换热管组的排列方式不同分为直管式和U形管式两种,如下图所示:

干式蒸发器的典型结构

氟里昂直管式干式蒸发器的换热管一般用铜管制造,可以用光管,也可以用内肋管。由于载冷剂侧表面传热系数较高,所以管外不设肋片。内肋铜管的传热系数较大,流程数可减少。但光管比内肋管加工制造容易,价格便宜,特别是近年来多采用小管径(例如 ф 12mm×1mm)光管密排的方法,使光管的传热系数接近内肋管的传热系数。根据国外资料介绍,当采用一般的铜光管时,传热系数为523~580W/(m 2 ·℃);如果采用小口径光管密排时,其传热系数 K 可达1000~1160W/(m 2 ·℃)。

U形管干式蒸发器的换热管为U形,从而构成制冷剂为两流程的壳管式结构。换热管安装在同一块管板上。换热管可先行安装后再装入壳体。U形管式结构可以消除由于管材热胀冷缩而引起的内应力,且可以抽出来清除管外的污垢。另外,制冷剂始终在一根管子内流动和气化,不会出现多流程时气液分层现象,因而传热效果好,但不宜使用内肋管。由于每根换热管的弯曲半径不同,制造时需采用不同的加工模具。

冷凝器

在制冷系统中,冷凝器是一个使制冷剂向外放热的换热器。冷凝器的作用是将经制冷机压缩升压后的制冷剂过热蒸气向周围常温介质(水或空气)传热,从而冷凝还原为液态制冷剂,使制冷剂能循环使用。

冷凝器按其冷却介质和冷却方式,可分为水冷冷凝器、风冷冷凝器、水和空气联合冷却式冷凝器三种类型。用于活塞式单机头冷水机组的冷凝器主要为水冷冷凝器中的卧式壳管式冷凝器。

卧式壳管式冷凝器是指换热管和壳体水平放置,在压力作用下冷却水在冷凝器换热管内多程往返流动的冷凝器。卧式壳管式冷凝器的典型结构如下图所示。它的结构与卧式壳管式蒸发器类似,也是由筒体、管板、换热管等组成。在筒体两端设有带分水槽的铸铁端盖,端盖与筒体端面间夹有橡胶密封圈,用螺栓连接固定。在一端的端盖上有冷却水的进出水管接头,在另一端的端盖顶部装有放空气旋塞,用于供水时排出存积在其中的空气。下部有放水旋塞,当冷凝器在冬季停止使用时,可放出其中的积水,以防止换热管冻裂或被腐蚀。

卧式壳管式冷凝器的典型结构

为提高冷凝器的换热能力,在管箱内和管板外的空间内,设有隔板,可以隔出几个改变水流方向的回程,冷却水从冷凝器管箱的下部进入,按照已隔成的管束回程顺序在换热管内流动,吸收制冷剂放出的热量使制冷剂冷凝,冷却水最后从管箱的上部排出;高压制冷剂蒸气则从筒体的上部进入筒体,在筒体和换热管外壁之间的壳程流动,向各换热管内的冷却水放热被冷凝为液态后汇集于筒体下部,从筒体下部的出液口排出。

卧式壳管式冷凝器的工作参数为:用氟里昂制冷剂时,冷却水流速为1.8~3.0m/s。冷却水温升一般为4~6℃,平均传热温差为7℃,传热系数为930~1593W/(m 2 ·℃)。

热力膨胀阀

热力膨胀阀普遍适用于氟里昂制冷系统中,是温度调节式节流阀,又称热力调节阀。随蒸发器出口处制冷剂的温度变化,通过感温机构的作用,自动调节阀的开启度来控制制冷剂流量。热力膨胀阀主要由阀体、感温包和毛细管组成,适用于没有自由液面的干式蒸发器。

热力膨胀阀根据膜片下部的气体压力不同可分为内平衡式热力膨胀阀和外平衡式热力膨胀阀。若膜片下部的气体压力为膨胀阀节流后的制冷剂压力,则称为内平衡式热力膨胀阀;若膜片下部的气体压力为蒸发器出口的制冷剂压力,则称为外平衡式热力膨胀阀。当制冷剂流经蒸发器的阻力较小时,最好采用内平衡式热力膨胀阀;反之,当蒸发器阻力较大时,一般为超过0.03MPa时,应采用外平衡式热力膨胀阀。

内平衡式热力膨胀阀

内平衡式热力膨胀阀由阀体、阀座、传动杆、阀芯、弹簧、调节杆、感温包、连接管、膜片等部件组成,如下图所示。在感温包、连接管和膜片之间组成了一个密闭空间,称为感应机构。感应机构内充注有制冷剂液体或其他感温剂。通常情况下,感应机构内充注的工质与制冷系统中的制冷剂相同。

内平衡式热力膨胀阀

如下图所示为内平衡式热力膨胀阀的安装位置与工作原理,膨胀阀安装在蒸发器的进液管上,感温包敷设在蒸发器出口管道的外壁上,用以感应蒸发器出口的过热温度,自动调节膨胀阀的开度。连接管的作用是将感温包内的压力传递到膜片上部空间。膜片是一块厚约0.1~0.2mm的铍青铜合金片,其截面通常冲压成波浪形。膜片在上部压力作用下产生弹性变形,把感温信号传递给传动杆,以调节阀门的开启度。

内平衡式热力膨胀阀的安装位置

热力膨胀阀的工作原理是建立在力平衡基础上的。压力 p 是感温包感受到的蒸发器出口温度对应的饱和压力,它作用在波纹膜片上,使波纹膜片产生一个向下的推力 F ,而在波纹膜片下面受到蒸发压力 p 0 产生的力 F 0 和通过阀座、传动杆传递过来的弹簧力 W 的作用。由于阀针的面积相对很小,冷凝压力 p k 作用在阀针上的力极小,可忽略。当室内温度处在某一工况下,膨胀阀处于某一开度时, FF 0 和 W 处于平衡状态,即 F = F 0 + W 。如果室内温度升高,蒸发器出口处过热度增大,则感应温度上升,相应的感应压力 p 增大,推力 F 也增大,这时 F > F 0 + W ,波纹膜片向下移动,推动传动杆使膨胀阀的阀孔开度增大,制冷剂流量增加,制冷量随之增大,蒸发器出口过热度相应地降低;反之亦然。膨胀阀进行上述自动调节,适应了外界热负荷的变化,满足了所需的室内温度条件。

内平衡式热力膨胀阀中蒸发压力是通过传递蒸发压力的通道作用到膜片下方的,对照结构图和实物不难找到此通道,应该注意到传动杆与阀体之间有间隙,此间隙正好沟通了阀的出口端与膜片下腔,把蒸发压力传递到膜片下方。

外平衡式热力膨胀阀

外平衡式热力膨胀阀如图1-44所示,其构造与内平衡式热力膨胀阀基本相似,但是其膜片下方不与供入的液体接触,而是与阀的进、出口处用一隔板隔开,在膜片与隔板之间引出一根平衡管连接到蒸发器的管路上。另外,调节杆的形式也有所不同。

外平衡式热力膨胀阀

如下图所示为外平衡式热力膨胀阀的安装位置与工作原理。压力 p 是感温包感受到的蒸发器出口温度对应的饱和压力,它作用在膜片上产生向下的推力 Fp ′为蒸发器出口蒸发压力,它作用在膜片下产生向上的推力 F ′; W 为弹簧的作用力。当室内温度处在某一工况时,膨胀阀处在一定开度, FF ′和 W 应处在平衡状态,即 F = F ′+ W 。如果室内温度升高,蒸发器出口过热度增大,则感应温度上升,相应的感应压力 p 增大,推力 F 也增大,这时 F > F ′+ W ,膜片向下移,推动阀杆使膨胀阀孔开度增大,制冷剂流量增加,制冷量也增大,蒸发器出口过热度相应地降低,反之亦然。膨胀阀进行上述自动调节,满足了蒸发器热负荷变化的需要。由于在蒸发器出口处和膨胀阀膜片下方引有一根外部平衡管,所以称此膨胀阀为外平衡式热力膨胀阀。

外平衡式热力膨胀阀

外平衡式热力膨胀阀的调节特性,基本上不受蒸发器中压力损失的影响,可以改善蒸发器的工作条件,但结构比较复杂,安装与调试也比较复杂,因此一般只有当膨胀阀出口至蒸发器出口的制冷剂压降相应的蒸发温度降超过2~3℃时,才应用外平衡式热力膨胀阀。目前国内一般中、小型的氟里昂制冷系统,除了使用分液器的蒸发器外,蒸发器的压力损失都比较小,所以采用内平衡式热力膨胀阀较多。使用液体分离器的蒸发器压力损失较大,故宜采用外平衡式热力膨胀阀。

活塞式多机头冷水机组

活塞式多机头冷水机组由2台以上半封闭或全封闭活塞式制冷压缩机为主机组成,目前,活塞式多机头冷水机组最多可配8台压缩机。配置多台压缩机的冷水机组具有明显的节能效果,因为这样的机组在部分负荷时仍有较高的效率。而且,机组启动时,可以实现顺序启动各台压缩机,每台压缩机的功率小,对电网的冲击小,能量损失小。此外,可以任意改变各台压缩机的启动顺序,使各台压缩机的磨损均衡,延长使用寿命。配置多台压缩机的机组的另一个特点是整个机组分设两个独立的制冷剂回路,这两个独立回路可以同时运行,也可单独运行,这样可以起到互为备用的作用,提高了机组运行的可靠性。

国内应用最多的活塞式多机头冷水机组是上海合众-开利空调设备有限公司生产的30HK、30HR系列活塞式冷水机组。它采用半封闭压缩机,由多台压缩机组合,逐台启动,在部分负荷运行时节能效果显著。压缩机底部有减振弹簧,防振性能好。机组多采用双制冷回路,当一个回路保护装置跳脱或发生故障时,另一个回路可继续运行,这样就提高了机组运行的可靠性。由于机组设有手动转换开关,可以改变机组的启停顺序,用以均衡压缩机的磨损,并延长机组使用寿命。30HK、30HR系列活塞式冷水机组的典型接线和管路布置如下图所示,机组采用卧式壳管式冷凝器、干式蒸发器、外平衡式热力膨胀阀,制冷量范围为112~680kW,主要技术数据见下表。

30HK、30HR系列活塞式

 

30HK、30HR系列活塞式冷水机组主要技术数据

30HK、30HR系列活塞式冷水机组主要技术数据

以30HR-161型机组为例,介绍该系列活塞式冷水机组。30HR-161型活塞式多机头冷水机组性能数据见下表:30HR-161型活塞式多机头冷水机组性能数据,该机组配备有四台半封闭活塞式制冷压缩机、两台冷凝器和一台具有两个并列制冷回路的蒸发器。每个制冷回路中各有一台06E6系列压缩机(有一组汽缸可以卸载)和一台06EF系列压缩机(三组汽缸均不能卸载)。冷凝器位于机架最下端,中间为4台横向排列的制冷压缩机,上部为蒸发器,电器控制箱位于蒸发器的前面。

30HR-161型活塞式多机头冷水机组性能数据:

30HR-161型活塞式多机头冷水机组性能数据

30HR-161活塞式多机头冷水机组外形结构

30HR-161活塞式多机头冷水机组外形结构

30HR-161型机组制冷系统流程

30HR-161型机组的制冷系统流程如下图所示。R22制冷剂气化后产生的蒸气经制冷压缩机排入冷凝器,向流经冷凝器的冷却水放出热量同时冷凝为液体,然后流出冷凝器,经干燥过滤器过滤后再通过电磁阀进入热力膨胀阀,节流降压至与蒸发温度相对应的饱和压力并进入蒸发器,吸收流经蒸发器的冷媒水的热量而气化成为低压、低温的制冷剂蒸气,再被吸入压缩机压缩。如此循环往复,产生制冷效应。

30HR-161型机组的制冷系统流程

每台冷凝器上都装有一个开启压力设定为3MPa的安全阀,蒸发器每条环路上也装有一个安全阀,开启压力设定为1.8MPa。

额定工况下冷凝器出口处制冷剂液体的过冷度为3~5℃,压缩机吸气过热度为4.4~5.6℃。

30HR-161型机组制冷系统的主要部件

制冷压缩机:如下图所示为06E系列半封闭活塞式制冷压缩机的基本结构。从吸气截止阀15进入压缩机的低温制冷剂蒸气,经吸气过滤器14过滤后,先流经电动机16,对电动机绕组进行降温,然后再流入吸气腔。通过吸气阀被吸入到汽缸中去。电动机转子与制冷压缩机曲轴为同一根轴,转子的转动通过曲轴6上的活塞连杆组件7转化为活塞在汽缸内的往复运动,从而实现吸气、压缩、排气和膨胀的四个过程。压缩后的高压、高温气体经排气截止阀8送入冷凝器。

制冷压缩机

06E系列半封闭活塞式制冷压缩机的油泵5通过滤油器1、吸油管2将曲轴箱10中的冷冻机油吸入,加压后通过曲轴上的油路通道,分别送往端轴承3、主轴承12和曲柄销,润滑曲轴前后轴承和连杆大头。连杆小头和汽缸与活塞之间的润滑则依靠曲轴高速旋转中飞溅出的润滑油。压缩机排气中不可避免地夹带有润滑油的雾滴和蒸气,在冷凝器中与液态制冷剂溶解在一起,最后流回压缩机,在压缩机的电动机室内分离出的润滑油聚集在电动机室下部,经油孔17流回曲轴箱。油压调节阀的作用是设定油泵的排油压力,以保证足够的润滑油量。

06E系列半封闭活塞式制冷压缩机的能量调节采用的是关闭吸气通道的调节方法。如图1-50所示为06E系列半封闭式制冷压缩机汽缸卸载时的状态。此时卸载电磁阀线圈得电,其阀芯抬起,闭合端打开,卸载器活塞组在腔内的高压气体排至吸气通道侧。在卸载阀弹簧的作用下,卸载阀体向右移动,截断吸气通道,制冷剂蒸气不能进入汽缸,活塞不能起到压缩排气的作用。

如下图所示为06E系列半封闭活塞式制冷压缩机汽缸加载时的状态。此时由于卸载电磁阀线圈失电,其阀芯压下,使闭合端闭合,卸载器活塞组左腔不再与吸气通道相通。排气通道的高压气体经透气孔进入卸载器活塞组左腔。在高压气体的作用下,卸载器活塞组克服卸载阀弹簧的作用力,推动卸载阀体右移,打开吸气通道,使活塞正常工作。

06E系列半封闭活塞式制冷压缩机

06E6系列半封闭活塞式制冷压缩机中间汽缸盖上装有一个热敏开关,当排气温度达到120℃时,热敏开关断开。

冷凝器与蒸发器

30HR-161型机组的冷凝器为卧式壳管式冷凝器,型号为09RQ070。筒体外径为325mm,总长度为1772mm,采用内外翅片高效换热管94根。一侧端盖上装有直径为70mm的进出水法兰接口,冷却水下进上出,水程为2,每个冷凝器的水流量为50m³/h,压头损失为38kPa。冷却水设计温升为5℃,另一侧的端盖上装有3/8in(1in≈2.54cm)的排气旋塞。工作时高温、高压的制冷剂蒸气由壳体的顶部进气管进入管束间的空隙,将热量传给管内流动的冷却水,冷凝成液体后由壳体下部出液管引出。壳体上装有3/8in的排气旋塞和排放制冷剂旋塞。

30HR-161型机组采用的是如下图所示的双制冷回路的干式蒸发器。蒸发器一侧的端盖上装有左右并列的两路制冷剂进出口接管,另一侧端盖与管板之间有分隔板,形成隔离室。蒸发器型号为10HA160,筒体外径为410mm,共有258根长度为2784mm的内肋管。冷媒水进出口都位于壳体侧面上方,接口为 DN 150mm的法兰。壳体内的折流板数量为9块。冷媒水额定流量为80m 3 /h,压头损失为30kPa,进出口温差为5℃,壳体上的排水旋塞口径为3/4in的锥管螺纹。

双制冷回路的干式蒸发器

活塞式风冷热泵型冷热水机组

采用风冷式的活塞式冷热水机组,是以冷凝器的冷却风机取代水冷式活塞冷水机组中的冷却水系统的设备(冷却水泵、冷却塔、水处理装置、水过滤器和冷却水系统管路等),使庞大的冷水机组变得简单且紧凑。风冷机组可以安装于室外空地,也可安装在屋顶,无需建造机房。典型的活塞式风冷热泵型冷热水机组的外形结构如下图所示:

典型的活塞式风冷热泵型冷热水机组

 

活塞式风冷热泵原理图:

活塞式风冷热泵原理图

活塞式风冷热泵型冷热水机组水管接管示意图:

活塞式风冷热泵型冷热水机组水管接管示意图

热泵型机组与单冷型机组相比,增加了一个四通换向阀,从而使制冷剂的流向可以进行冬夏转换,达到夏季制冷和冬季制热的功能。

夏季运行时,制冷剂流程为:活塞式制冷压缩机1→四通换向阀2→风冷冷凝器3→单向阀10(A)→高压储液器7→气液热交换器6→干燥过滤器5→电磁阀8→热力膨胀阀9→单向阀10(D)→蒸发器4→四通换向阀2→气液热交换器6→活塞式制冷压缩机1。

冬季运行时,制冷剂流程为:活塞式制冷压缩机1→四通换向阀2→冷凝器4→单向阀10(C)→高压储液器7→气液热交换器6→干燥过滤器5→电磁阀8→膨胀阀9→单向阀10(B)→风冷式蒸发器3→四通换向阀2→气液热交换器6→活塞式制冷压缩机1。

风冷热泵型冷热水机组的冷凝器(制热时蒸发器)为风冷冷凝器;蒸发器(制热时冷凝器)一般采用干式蒸发器,小容量常用板式换热器。

用于中央空调冷热水机组的风冷冷凝器主要用于制冷量小于60kW的中小型氟里昂机组,这种冷凝器的典型结构如下图所示。

风冷冷凝器的典型结构

风冷冷凝器一般用直径 ф 10mm(厚0.7mm)~ ф 16mm(厚1.0mm)的阴极铜管弯制成蛇形盘管,在盘管上用钢球胀接或液压胀接上铝质翅片,采用集管并联的方式将盘管的进出口并连起来,使制冷剂蒸气从冷凝器上部的蒸气分配集管进入每根蛇形管,冷凝成液体后沿蛇形盘管流下,经液体集管排出。

风冷冷凝器的迎面风速控制在2~3m/s的范围,冷凝温度与进口空气温度之间的温差约为15℃左右,空气进出冷凝器温差为8~10℃;当迎面速度为2~3m/s时,风冷冷凝器的传热系数(以外表面积为准)为25~40W/(m 2 ·℃)。

风冷冷凝器最大优点是不用冷却水,因此特别适用于供水困难的地区。目前,风冷冷凝器已广泛应用于中、小型氟里昂空调机组中,而且大型冷、热水机组也已采用。

风冷热泵型冷热水机组的供冷和供热量与环境温度有着密切的关系。当室外环境温度越低时,主机能率比EER值下降,供热量也越小,而此时空调房间所需的热负荷反而加大,这时机组就无法满足要求。室外环境过低,也会导致主机开机困难,降低主机的使用寿命。为了克服这个缺点,不少生产厂家配备了辅助电加热器设备,即将电加热器串接于水路系统中,如下图所示,从而使机组在高效率下运行,延长了主机使用寿命。对于用于冬季室外环境温度低于0℃地区的机组,均应配置辅助电加热器。电加热器容量应依室外空调计算温度下建筑物需要的热负荷和此温度下机组的制热量的差值来计算,这是最大值。为了便于调节,一般把电加热器分成几挡,以适应室外温度变化所需不同的加热负荷。

风冷机组串接辅助电加热器水路系统

活塞式模块化冷水机组

模块化冷水机组由多台小型冷水机组单元并联组合而成,如下图所示。每个冷水机组单元叫做一个模块,每个模块包括一个或几个完全独立的制冷系统。该机组可提供5~8℃建筑物空调或工业用的低温水。模块化冷水机组的特点如下:

  1. 由计算机控制,自动化和智能化程度高。机组内的计算机检测和控制系统按外界负荷量大小,适时启停机组各模块,全面协调和控制整个冷水机组的动态运行,并能记录机组的运行情况,因此不必设专人值守机组的运行。
  2. 可以使冷水机组制冷量与外界负荷同步增减和最佳匹配,机组运行效率高、节约能源。
  3. 模块化机组在运行中,如果外界负荷发生突变或某一制冷系统出现故障,通过计算机控制可自动地使各个制冷系统按步进方式顺序运行,启用后备的制冷系统,提高整个机组的可靠性。
  4. 机组中各模块单元体积小,结构紧凑,可以灵活组装,有效地利用空间,节省占地面积和安装费用。
  5. 该机组采用组合模块单元化设计,用不等量的模块单元可以组成制冷量不同的机组,可选择的制冷量范围宽。
  6. 模块化冷水机组设计简单,维修不需要经过专门的技术训练,可以减少最初维修费用投资。另外,用微处理机发挥其智能特长,使各个单元轮换运行的时间差不多相等,从而延长了机组寿命,降低运行维护费用。

RC130模块化冷水机组

 

当前我国生产的活塞式模块化冷水机组主要有以下的型号:RC130水冷模块化冷水机组、RCA115C和RCA280C风冷模块化冷水机组、RCA115H和RCA280H风冷热泵冷(热)水机组、MH/MV水源热泵空调机以及精密恒温恒湿机。RC130型模块化冷水机组的每个模单元由两台压缩机及相应的两个独立制冷系统、计算机控制器、V形管接头、仪表盘、单元外壳构成。各单元之间的连接只有冷冻水管与冷却水管。将多个单元相连时,只要连接四根管道,接上电源,插上控制件即可。制冷剂选用R22。制冷系统中选用H2NG244DRE高转速全封闭活塞式制冷压缩机,蒸发器和冷凝器均采用结构紧凑、传热效率高、用不锈钢材料制造、耐腐蚀的板式热交换器。每个单元模块的制冷量为110kW,在一组多模块的冷水机组中,可使13个单元模块连接在一起,总制冷量为1690kW。