压缩式冷冻机压缩式冷冻机的工作原理

1.制冷系统的组成部分

在获得低温的众多方法中，压缩式冷冻机是应用最广泛的人工制冷方法之一。压缩式制冷所需的机器设备紧凑，操作管理方便，应用范围广泛，具有较高的循环效率。冷冻操作需从外界补充能量，用于补充能量的机器称为压缩机或冷冻机、冰机。

①机体。机体就是压缩机的机身，用来安装和支承各运动件和固定件及润滑装置，主要有气缸体、安装曲轴的曲轴箱等，新型的产品将气缸体和曲轴箱铸成整体以增强机体的刚性、减少密封面的数量。箱体铸成一体，气缸体上部有8个安装气缸套的孔座，吸气腔就在缸体内部，排气腔在缸体上部，吸、排气腔间有隔板分开。在下半部分的曲轴箱两侧开有窗孔供装、拆零部件用，并用盖板密封。

②气缸套。气缸套是圆柱形上部有凸缘的构件，装入气缸体内利用上凸缘进行紧固。凸缘上有圆孔作为进气通道，其中有6 个圆孔装有顶开吸气阀片的顶杆。一般利用冷冻剂气体在进气通道的流动对气缸套进行冷却。

③活塞。活塞一般也是圆筒形，由顶部、承环部、裙部和销座等4 部分组成。顶部承受冷冻剂蒸汽的压力；承环部开有环槽供安装气环和油环用；裙部在气缸中起导向作用但与气缸内壁有足够大的间隙；销座安装活塞销并与连杆的小头相连接。新一些的产品选用铝合金作为活塞材料，它与合金铸铁气缸配合，减轻了重量并提高了耐磨性。

④活塞环。活塞环是一种具有切口和弹性的开口环，它分为气环和油环。气环又称密封环，截面为矩形，自由状态下环的外径比气缸直径略大，装在活塞的承环部上的环槽内要有一定的间隙，在装入气缸后与气缸壁紧密贴合而起到密封作用。油环又称刮油环，它的外侧面有3/4 的高度制作成圆锥面，安装时锥面朝上，圆柱面向下。油环的作用是将随气环上下运动沿缸壁逐步上升的润滑油刮回至气缸的下部。

⑤连杆。8FSIO型冷冻压缩机连杆组件，连杆小头连接活塞而连杆大头与曲柄相连。连杆大头内有薄壁轴瓦抗磨，此轴瓦是采用锡基巴氏合金或高锡铝合金，覆盖在低碳钢薄壁轴瓦的内表面上。

⑥曲轴。曲轴是输入并分配轴功率至各气缸的重要运动机构，一般有1个或多个曲拐。每个曲拐由主轴颈、曲柄和曲柄销构成。每个曲柄上连接有4个连杆，一共可带动8个气缸内的活塞作往复运动。前主轴颈用以带动润滑油泵，后主轴颈则与压缩机的动力和传动部分相连。

⑦吸、排气阀。它们的主要作用是及时、迅速、准确地将定量的制冷剂输入气缸，经压缩后又从气缸把制冷剂输送出来。

2.运行原理

冷冻机中所采用的润滑泵通常有外啮合齿轮式油泵、内啮合齿轮式油泵（俗称月牙泵）和摆线转子式油泵（俗称梅花泵）等3种。对于外啮合齿轮泵吸压油口的位置确定后，泵的旋转方向是一定的，不可逆转，对全封闭和半封闭式冷冻机，因冷冻机机壳与电动机机壳连成一体，从外部难以辨别泵的转向，容易造成齿轮泵转向的错误而使润滑失灵，故外啮合齿轮泵在冷冻机中较少应用。对内啮合齿轮泵而言，月牙体（分开吸、压油腔，保证内外齿轮顶密封的构件） 可做成具有自动定位的结构，不论齿轮的旋转方向如何都不改变吸、压油口的位置，故对油泵的转向无限制，因此，在新系列封闭和半封闭式冷冻机中广为应用。摆线转子泵与内啮合齿轮泵类似，也可做到对泵的旋转方向无限制，此外，摆线转子泵齿形简单，加工容易，结构紧凑，在冷冻机中有着广阔的应用前景 。

压缩式冷冻机常用的工质是氨和氟利昂，从结构及工作原理可分为往复活塞式、离心式和螺杆式3大类。往复活塞式制冷压缩机仍广泛应用，它的使用温度范围广、效率高、且成熟可靠，在医药行业、空调工程仍属常见 。

1.定期维修保养

冷冻工每周对冷冻机进行维修保养，主要内容如下：①检查冷冻油量，将储油箱内液面在视管上做记录，在每月停机时，检查液面高低，如需添加应及时记录加入量和日期，使用的冷冻油必须符合机组使用规范。②检查油加热器，使油温维持在规定的范围内且指示灯亮起。③在导叶油杯中加润滑油以润滑“O”型杯。④检查视窗中是否有水分，如抽气系统动作过于频繁，说明系统漏气，应找出漏气的地方，予以修补；如有水分，应及时排出，如不断有水排出，必须找出漏水处并加以修复，同时，记录每次排出水量。

每月对控制系统做一次测试。对冷冻机进行季度维修保养，主要内容如下：①更换放气装置的干燥过滤器。②清洗放气气体管、过滤器。③化验冷冻油，发现颜色发黑或有杂质时，须立即更换，同时查找原因。

对冷冻机进行年度维修保养，主要内容如下：①检查或更换油滤网、滤油器，检查喷嘴是否堵塞，如在平时检查中，发现油压减至机油压30%时即换滤网，滤网换新后，须开动油泵将油路中可能混入的空气排除，待油压稳定后，将油泵开关回复到自动档；②换冷冻油过滤器并进行系统探漏和洗压；③检查冷凝器和蒸发器，必要时进行水管过滤网及端板和铜管清洗；④检查马达绝缘；⑤检查抽气系统的所有操作阀开关是否正确，清洗放气筒和排气喷口；⑥检查安全保护元件，控制电路元件及起动框；⑦检查水泵的联轴器、轴封和电机绝缘，加油润滑；⑧检查冷却塔；⑨检查电机风叶转动是否正常，布水器是否正常布水，漂球阀启闭是否正常。

2.长期停用的维修保养

①在系统压力升至大气压力以上时，冷冻工应对所有接头进行探漏，若有漏气，及时修复才可作长期停机，停机期间应按时探漏。

②若停机期间有结冰可能时，须将冷凝器、蒸发器及所有水泵中的水完全排除。

③如果冷媒留在机内，而水管中的水没有排尽，则每周需检查冷媒液面调度，如有升高表示可能漏水，应立即查出漏水部位并加以修复。

④将抽气装置与系统隔绝。

⑤切断所有电源开关 。

总之，利用冷冻机进行冷处理时，是将工件直接放在冷冻机的冷却室中进行冷却，常用的冷冻机为压缩机，利用氟利昂作为冷冻剂，在压力作用下使气体压缩液化放热后再使其膨胀激化，从环境吸收热量，如此反复循环，使温度降低。本文在对活塞式冷冻机的工作过程进行分析的基础上重点阐述了冷冻机维修保养流程与规范 。2100433B

氨冷冻机按冷冻剂散热方式分类

按冷冻剂散热方式分可分为：风冷式冷水机及水冷式冷水机。风冷式冷水机，将常温的水通过冷水机的压缩机制冷到一定的温度以强化冷却工件或机器，作为单机使用，散热装置为内置之风扇，而水冷式冷冻机的冷冻剂的散热方式为循环冷却水。

氨冷冻机按压缩机结构形式分类

氨冷冻机按压缩机形式分可分为活塞式冷冻机、螺杆式冷冻机、离心式冷冻机。

氨冷冻机按其结构特征分类

根据其结构特征，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。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。

复叠式冷冻机压缩式制冷循环虽然比单级压缩式制冷循环达到的蒸发温度更低，但受制冷剂自身物性及压缩机工作的特性的限制，当蒸发温度更低时，采用多级压缩式制冷循环往往满足不了要求，此时，需要采用复叠式冷水机制冷循环，其主要原因是：

一、蒸发温度必须高于制冷剂的凝固点，否则制冷剂无法进行循环。当制冷循环的蒸发温度，低于该制冷剂凝固点时，制冷剂就会凝固而无法流动，从而失去循环流动的特性。例如：R717的凝固点是-77.7℃，R717制冷循环的极限温度是-77.7℃。

二、蒸发温度很低时，一般制冷剂蒸发压力很低，比体积很大，所以制冷剂单位容积制冷量很小，这样使压缩机尺寸过于庞大。如常用的制冷剂R22、R17，在t k =40℃，t 0 = -70℃时，它们的单位容积制冷量分别只有当t k =40℃，t 0 = -15℃时的6.9%、和5.2%。而且过低的蒸发压力还增加空气渗入制冷剂系统的可能性，同时由于级间的压力增大，使压缩机的输气系统减小，系统的运行性能下降，也对安装中系统的密封性要求很高。

三、低温制冷剂大多是有机物质，凝固点低，如R13的凝固点在 -180℃，并且低饱和温度气化时，对制冷循环的吸气性能影响较小。但低温制冷剂的临界点低，如R13的临界点为28.8℃，临界压力为3.861MPa,当t k >=28.8℃时，R13的冷凝压力不仅高而且超出临界压力，所以在一般情况下，低温制冷剂不能像高温、中温制冷剂那样用水、空气等普通冷却介质来完成冷却冷凝过程。

四、对于活塞式压缩机，由于气阀的特性，当吸气压力低于15kPa时，气阀将因气缸内外压差过小而无法开启。因此使用活塞式压缩机的循环能达到的温度只能是与15kPa相对应的饱和蒸气温度。如果要达到更低的蒸发压力，即便级数再多也无能为力。若改用沸点低的制冷剂，虽然蒸发压力可不低于15kPa，但其冷凝压力太高，接近临界压力，此时循环节流损失很大。例如：t 0 = -100℃时，R13的冷凝压力为p 0 = 0.0332MPa,但同时它的冷凝压力却太高，当t k =30℃时，R13已经达到超临界状态，因此单一的低温制冷剂的多级循环仍然不行。 为了解决上述的问题，采用了两种制冷剂的复叠式乙二醇冷冻机制冷循环。

氢气压缩机根据原理可分容积型和速度型两类，其中容积式是最为普遍的。 容积型压缩机又分为往复式活塞式和回转式两种。 1、往复活塞式是通过活塞在气缸内做往复运动改变气体工作容积；活塞式压缩机历史悠久，生产技术成熟。 2、回转式压缩机包括刮片（滑片）旋转式压缩机、螺杆式压缩机，国内生产的空调器多数采用旋转式压缩机；螺杆式压缩机主要用于大型制冷设备,一些大型商场办公楼内也有很多采用螺杆式压缩机。

和其他气体一样，氢气可以通过往复式或离心式压缩机提高压力以满足工艺操作的要求，在每一典型应用条件中，应根据氢气的流量、需提高的压力来决定采用何种形式的压缩机。对大、中型加氢裂化装置，新氢压缩机采用往复式压缩机，循环氢压缩机采用离心式压缩机。

容积式压缩机是利用容积的改变使气体受到压缩，在往复式压缩机中就是利用活塞在气缸中的运动来实现的，氢气在往复式压缩机中的压缩，一般具有以下特点：

(1)可通过多级压缩实现较大的压力比。往复式压缩机对被压缩气体的分子量不敏感，可以在每一压缩级中达到2～3的压力比，适合用于新氢的压缩。

(2)要限制每一压缩级的出口温度不超过135℃。氢气和空气相比具有较大的滑移位数，在压缩过程中，易通过活塞环泄漏，造成温度的升高，亦降低了容积效率，同时较低的气体出口温度亦有利于气阀的寿命和可靠性，还减少了氢气在材料中的渗透。