浅谈工业活塞式制冷压缩机原理及应用

姜凯凯

摘要：活塞式制冷压缩机是研究制冷压缩机运行性能以及进行状态监测的重要工具，准确的采集气缸内压力信号并对其进行统计或热力学分析。

关键词：制冷；活塞；气缸

随着科学技术的发展以及人民生活水平的不断提高，制冷和低温技术在工业、农业、国防建设、科学研究等国民经济各部门中的地位和作用越来越重要。我国的制冷工业在党的正确经济建设方针下从建国以来的零基础到现在的随处可见，获得了迅猛的发展。其中活塞式制冷压缩机更是活塞制冷机的重要组成部分，在制冷领域做出了重大贡献。

1、活塞式制冷压缩机

1.1、原理

制冷技术其实就是一种消耗外界能量使热量转移的物理方法。一般来说，温度高于-120℃的称为“普冷”，低于-120℃的称为“深冷”，其实人类很早就会使用制冷方法了，冰和深井里的凉水都是人类早期的制冷。1834年，波尔金斯制造出了世界上第一台蒸汽压缩制冷机，为后来的蒸汽制冷机奠定了基础。

随着科技的更新与发展，制冷压缩机的应用越来越广泛，从衣食住行到科学研究都少不了制冷压缩机的身影。

活塞式制冷压缩机的原理是用气缸里的活塞运动来压缩气体，通过曲柄连杆机构把旋转运动变成活塞运动。制冷压缩机的发展趋势是小、轻，所以大部分是多缸结构，而且采用的是轻合金构件，虽然提高到了压缩机的转速，但是各种运动件之间的磨损加剧，压缩机升温过快，大大的缩短了制冷压缩机的寿命。但随着计算机技术的发展与普及，又使压缩机的性能得到了提高。

制冷压缩机根据原理可分为容积型压缩机和速度型压缩机两大类。容积型压缩机的原理是把气体直接压缩，使其体积变小，压力升高。容积型压缩机又可以根据它的工作部件的运动方式分为往复式和回转式。但目前在制冷工业上更多的还是活塞式也就是往复式制冷。速度型压缩机的工作原理是叶轮对蒸汽作工，使压力升高然后输送蒸汽。速度型压缩机主要有离心式和轴流式两种类型。而离心式的应用较轴流式更为广阔。本文主要讨论活塞式制冷压缩机。

1.2、活塞式制冷压缩机的基本结构

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。

1.2.1机体：包括气缸体和曲轴箱两部分，一般采用高强度灰铸铁铸成的一个整体。它是支撑气缸套，曲轴连杆机构及其他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。

1.2.2曲轴：曲轴是活塞式制冷压缩机的主要部件之一，传递这压缩机的全部功率，其主要作用是将电动机的旋转运动通过两岸改变为活塞的往复直线运动。

1.2.3连杆：连杆是曲轴与活塞间的连接件，它将曲轴的会转运动转化为活塞的往复运动，并把动力传递给活塞对气体做功。连杆包括连杆体，连杆小头衬套和连杆大头轴瓦连体螺栓。

1.2.4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，在气缸内做往复直线运动，从而与气缸等共同组成一个可变的工作容积，以实现吸气，排气，压缩等过程。

1.2.5气阀与轴封：气阀是压缩机的一个重要部件，属于易损件，他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，气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，排气等过程。轴封的作用在与防止制冷剂蒸汽沿曲轴伸出端向外泄露，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，轴封应该具有良好的密封性和安全可靠性，且结构简单，拆装方便，并具有一定的使用寿命。

1.2.6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做必要的调整，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。

2、活塞式压缩机分类

活塞式压缩机按压缩级数可分为单级压缩和两级压缩，两级压缩又叫双作用压缩。单级压缩机是在活塞的一侧进行往复运动，活塞往返一次，吸气排气一次。而两级压缩是在活塞两侧进行往复运动，活塞往返一个行程，吸气排气两次。所以就单机压缩机和双作用压缩机如果是一样的气缸，双作用压缩机的吸气量就性对大一些。但是现在一般工业上使用的都是单机压缩机，因为双作用压缩机的结构复杂很多。

活塞式制冷压缩机具有以下优点：

1、流量大小都能达到所需要的压力。

2、热效率高，耗电少。

3、对材料要求低，造价低。

4、技术成熟，使用经验丰富。

5、气量调节时排气压力不变。

6、安装简单。

缺点：

1、机器体积大且重，转速受限制，单机排气量不会太高

2、结构复杂，受磨损的原件多，维修复杂

3、运转时声音较大且有震动

4、输气不连续，压力不稳定

这些优缺点使活塞式制冷压缩机在工业中只适合用于中小制冷但气量不大的高压范围内。

3、活塞式压缩机的应用

3.1民生

冰箱、冰柜、空调是制冷技术应用最广最大的领域。可以说现在的人们日常生活根本离不开这些东西。储存易腐坏的食物，舒适性的空气调节，以及一些车间对环境温度、湿度、洁净度的要求，处处离不开活塞式制冷压缩机。

3.2建筑工程

现在很多建筑工程都需要冻土法来保持工作面，比如挖隧道，挖矿井，如果没有活塞式制冷压缩机来制冷的话，很可能会出现坍塌事故。

3.3机械工业

机械方面：一般精密机床的油压系统利用制冷来控制油温，而大多数采用的都是活塞式制冷压缩机来稳定油膜刚度，使机床能够正常工作。

工业方面：比如炼钢时，活塞式制冷压缩机可对钢进行低温处理进而改善钢的性能，提高硬度和强度，可以延长钢的使用寿命。

3.4医疗卫生

随着科学的进步，冷冻医疗应用越来越广泛。因其安全、可靠、易行、经济、有效的特点，可用于血浆、疫苗的保存，治疗恶性肿瘤，低温麻醉，低温手术。可以说，制冷压缩机对现代医疗的进步做出了巨大贡献。

3.5国防事业

在环境恶劣比如高寒的地区使用的汽车、坦克、大炮等常规性武器的研发实验都需要模拟相应使用环境，航天事业也需要在高空条件下进行试验，而海拔越高温度也就越冷，这样的模拟环境就需要活塞式制冷压缩技术来调控温度。

总结

制冷压缩机的发展趋势依然是：高效环保，智能化，需要与科技同步发展，更好的应用于生活工业。我国的制冷技术水平与西方国家相比仍然存在差距，我们应该加快步伐，缩小与国际水平之间的差距。

参考文献：

[1]姜尔宁.制冷压缩机世界发展趋势（二）[J]制冷技术，2002，（3）.

[2]赵远扬，李连生，束鹏程.压缩机的技术现状及其发展趋势[J]通用机械，2005，（09）.

[3]任金禄，陈俊健.新型制冷压缩机[J]制冷与空调，2003，（06）.

作者简介：

姜凯凯从事工作类型：化工厂设备维护作者单位：青岛丽东化工有限公司所发杂志名称：基层建设收录网站：中国期刊网