活塞式冷水机组及其调节功能与保护装置简介

1.活塞式冷水机组流程　以活塞式压缩机为主机的冷水机组，称为活塞式冷水机组。图9－7为活塞式冷水机组流程图。对于空调负荷比较分散的纺织企业，制冷量较小时，采用活塞式冷水机组尤为方便。一般4缸100kW以上的新系列活塞式压缩机都装有能量调节机构，所以冷水机组制冷量可以按二档至四档进行调节。冷凝器采用水冷卧式壳管式冷凝器，壳体一端的侧面为冷却水的进出管接口。冷却水温度不高于32℃，冷却水进出口温差为4～6℃。蒸发器为干式壳管式蒸发器，冷冻水流经蒸发器后温可下降5℃左右，由热力膨胀阀自动调节蒸发器的供液量，制冷剂为R22。

此外，活塞式冷水机组还设置了一系列自动保护装置。在排汽和吸汽管上装设高、低压力控制器，当排汽压力过高或吸汽压力过低时，使压缩机停机装有油压差控制器，一旦油压差低于规定值后，也会使压缩机停机。蒸发器冷冻水进口装有压力控制器作为冷冻水断水保护，冷冻水出口装有温度控制器作为防冻结保护。冷凝器的冷却水进口也装的压力控制器作为冷却水的断水保护。

图9－7　活塞式冷水机组流程图

2.活塞式制冷压缩机结构　活塞式制冷压缩机是利用气缸中活塞的往复运动来压缩气缸中的气体，通常是利用曲柄连杆机构将原动机的旋转运动变为活塞的往复直线运动，故也称为往复式压缩机。活塞式压缩机主要由机体、气缸、活塞、连杆、曲轴和气阀等组成。按压缩机的密封方式，可分开启式、半封闭式和封闭式。

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。曲轴伸出端设有轴封装置，以防制冷工质的泄漏。开启式压缩机的结构特点在于压缩机与电动机分装，容易拆修。

半封闭式压缩机和开启式压缩机在结构上最明显的区别在于电动机外壳和压缩机曲轴箱构成一个密闭空间，从而取消轴封装置，并且可以利用吸入低温制冷工质蒸气来冷却电动机绕组，改善了电动机的冷却条件。然而压缩机部分是可拆装的，这样便于压缩机的检修。空调用冷水机组中多采用半封闭式压缩机，如图9－8所示。

全封闭压缩机的结构特点在于压缩机与电动机共用同一个主轴，二者组装在一个密闭钢制壳内，故结构紧凑，噪音低、多用于冰箱、立柜式空调机和横块化冷水机组中。全封闭活塞式制冷压缩机的气缸多数为卧式排列，电动机轴垂直安装。压缩机主轴为偏心轴，下端开设偏心油道，靠主轴高速旋转离心上油，活塞为平顶，不装活塞环，仅有两道环形槽，使润滑油充满其中，起密封和润滑作用。连杆为整体式，直接套在偏心轴上。气阀结构往往采用各种形状的簧片阀（舌形、马蹄形、条形）。簧片阀结构简单、余隙容积小，阀片质量轻、启闭迅速，噪声低。但簧片阀的阀隙通流面积小，对材质和加工艺要求高。

图9－8　半封闭式制冷压缩机结构图

3.活塞式制冷压缩机工作原理　活塞式制冷压缩机实际工作过程是相当复杂的，为了便于分析讨论，先假定压缩机在没有任何损失（容积和能量损失）的状况下运行，以此作为压缩机的理想工作过程。活塞式压缩机的理想工作过程包括吸气、压缩、排气过程。在压缩机理想工作过程中，气缸中制冷工质压力（p）随容积（V）的变化如图9－9所示。

图9－9　压缩机的理想工作过程示功图

（1）吸气。活塞由上止点下行时，排气阀片关闭，气缸内压力瞬间下降，当低吸气管内压力p1时，吸气阀开启，吸气过程开始，低压气体在定压下（p1）被吸入气缸内，直至活塞行至下止点为止，如p—V图上4—1过程线。(www.xing528.com)

（2）压缩。活塞由下止点上行，当气缸内制冷工质压力等于吸气管内压力（p1）时，吸气阀关闭，气缸内形成封闭容积，缸内气体被绝热压缩，随着活塞上行到某一位置，缸内气体被压缩至压力与排气管内压力相等时（p2），压缩过程结束，如p—v图上1—2过程线。

（3）排气。当活塞左行到2点时，排气阀开启，排气过程开始。活塞继续左行，排气过程持续进行到活塞行至上止点，将气缸内高压气体在定压（p2）下全部排出为止，即图上2—3过程线。

这样，曲轴旋转一圈，活塞往返一次，压缩机完成吸气、压缩，排气过程，将一定量低压气体吸入经绝热压缩提高压力后全部排出气缸。所以，一个气缸的工作容积Vg就是一个气缸理论容积输气量。在一定的工况条件下运行的制冷压缩机，其理论制冷量主要取决于理论输气量Vh。

实际压缩机工作过程比理想过程复杂得多。为了便于比较，可把具有相同吸、排气压力，吸气温度和气缸工作容积的压缩机的实际工作循环示功图（即p—v图）1′—2′—3′—4′—1′和理论工作循环示功图1—2—3—4—1对照，发现其间有下述主要方面的区别，如图9－10所示。

图9－10　压缩机的实际示功图

①由于有余隙容积VC存在，排气结束，活塞开始反向移动时，残留在气缸中高压蒸气首先膨胀，不能立即吸气，形成膨胀过程3′—4′。

②吸排气阀片必须在两侧压差足以克服气阀弹簧力和运动零件的惯性力时才能开启。这就造成了吸气、排气的阻力损失，导致气缸内实际吸气压力低于吸气腔压力，实际排气压力高于排气腔压力。

③吸气过程中制冷工质蒸气与吸入管道、腔、气阀、气缸等零件发生热量交换。

④气缸内部的不严密处和气阀可能发生延迟关闭引起气体的泄漏损失。

⑤运动机构的摩擦，消耗一定的摩擦功。

由于以上因素影响，压缩机实际工作过程较为复杂，其实际输气量低于理论输气量，实际功耗要大于理论功耗。

输气系数实际上表示压缩机气缸工作容积的有效利用率，所以又称为容积效率，是评价压缩机性能的一个重要指标。影响压缩机的输气系数λ的主要因素是余隙容积、吸排气阻力、吸气过热及泄漏，当压缩机结构形式和制冷工质确定以后，λ值取决于运行工况的压缩比（pk/p0）。