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节能知识
空调的工作原理

 

从压缩机出来的高温高压制冷蒸汽通过高压软管进入冷凝器;由于室外温度低于进入冷凝器的制冷剂温度,借助于冷凝风扇的作用,在冷凝器中流动的制冷剂的大部分热量被室外空气带走,从而高温高压气体被冷凝成高温高压的液体。这种高温高压液体流过节流膨胀阀时,由于节流作用,体积突然变大而降压,变成低压低温的雾状液体进入蒸发器,并在定压下汽化,由于制冷剂在管内汽化时的温度低于蒸发器管外的室内循环风,故它能吸收管外空气中的热量,从而使流经蒸发器的空气温度降低,从而产生制冷降温效果,汽化了的制冷蒸汽被压缩机抽吸压缩,变成高温高压气体,完成一个制冷系统的循环。
制冷剂工质以液态在蒸发器中吸热制冷,低温液体吸收汽化潜热变成制冷剂气体被压缩机吸入并压缩,被压缩的气体压力和温度都增高,之后流进冷凝器,冷凝器以风冷?穴汽车空调均为风冷?雪对制冷剂气体进行冷凝,冷凝后的高温高压液体储存在冷凝器底部及储液器中,冷凝时放出的热量由风机带出并散到车外,当高温高压的液体流经膨胀阀后,以低温低压的液体状态再进入蒸发器吸收汽化潜热而制冷,如此完成制冷循环。
    空调压缩机是空调系统的核心部件。随着人们对汽车舒适性的要求越来越高,各种新式空调系统不断出现,这也推动了空调压缩机制造技术的不断进步。从目前空调压缩机的发展趋势来看,结构紧凑、高效节能以及微振低噪等特点是空调压缩机制造技术不断追求的目标。

 功能

    
空调压缩机的功能是借助外力(例如发动机动力)维持制冷剂在制冷系统内的循环,吸入来自蒸发器的低温、低压的制冷剂蒸气,压缩制冷剂蒸气使其温度和压力升高,并将制冷剂蒸气送往冷凝器,在热量吸收和释放的过程中,就实现了热交换。

    
分类和特点

    
根据工作原理的不同,空调压缩机可以分为定排量压缩机和变排量压缩机。

   
(1)定排量压缩机定排量压缩机的排气量是随着发动机的转速的提高而成比例的提高,它不能根据制冷的需求而自动改变功率输出,而且对发动机油耗的影响比较大。它的控制一般通过采集蒸发器出风口的温度信号,当温度达到设定的温度,压缩机电磁离合器松开,压缩机停止工作。当温度升高后,电磁离合器结合,压缩机开始工作。定排量压缩机也受空调系统压力的控制,当管路内压力过高时,压缩机停止工作。

   
(2)变排量空调压缩机变排量压缩机可以根据设定的温度自动调节功率输出。空调控制系统不采集蒸发器出风口的温度信号,而是根据空调管路内压力的变化信号控制压缩机的压缩比来自动调节出风口温度。在制冷的全过程中,压缩机始终是工作的,制冷强度的调节完全依赖装在压缩机内部的压力调节阀来控制。当空调管路内高压端的压力过高时,压力调节阀缩短压缩机内活塞行程以减小压缩比,这样就会降低制冷强度。当高压端压力下降到一定程度,低压端压力上升到一定程度时,压力调节阀则增大活塞行程以提高制冷强度。

   
根据工作方式的不同,压缩机一般可以分为往复式和旋转式,常见的往复式压缩机有曲轴连杆式和轴向活塞式,常见的旋转式压缩机有旋转叶片式和涡旋式。

   
1 曲轴连杆式压缩机

   
(1)曲轴连杆式压缩机(图1)这种压缩机的工作过程可以分为4个,即压缩、排气、膨胀、吸气。曲轴旋转时,通过连杆带动活塞往复运动,由气缸内壁、气缸盖和活塞顶面构成的工作容积便会发生周期性变化,从而在制冷系统中起到压缩和输送制冷剂的作用。

   
曲轴连杆式压缩机是第1代压缩机,它应用比较广泛,制造技术成熟,结构简单,而且对加工材料和加工工艺要求较低,造价比较低。适应性强,能适应广阔的压力范围和制冷量要求,可维修性强。

   
但是曲轴连杆式压缩机也有一些明显的缺点,例如无法实现较高转速,机器大而重,不容易实现轻量化。排气不连续,气流容易出现波动,而且工作时有较大的振动。

   
由于曲轴连杆式压缩机的上述特点,已经很少有小排量压缩机采用这种结构形式,曲轴连杆式压缩机目前大多应用在客车和卡车的大排量空调系统中。

   
(2)轴向活塞压缩机轴向活塞式压缩机可以称为第2代压缩机,常见的有摇板式或斜板式压缩机(图2),这是汽车空调压缩机中的主流产品。

   
2 斜板式压缩机

   
斜板式压缩机的主要部件是主轴和斜板。各气缸以压缩机主轴为中心圆周布置,活塞运动方向与压缩机的主轴平行。大多数斜板式压缩机的活塞被制成双头活塞,例如轴向6缸压缩机,则3缸在压缩机前部,另外3缸在压缩机后部。双头活塞在相对的气缸中一前一后的滑动,一端活塞在前缸中压缩制冷剂蒸气时,另一端活塞就在后缸中吸入制冷剂蒸气。各缸均配有高低压气阀,另有一根高压管,用于连接前后高压腔。斜板与压缩机主轴固定在一起,斜板的边缘装合在活塞中部的槽中,活塞槽与斜板边缘通过钢球轴承支承。当主轴旋转时,斜板也随着旋转,斜板边缘推动活塞作轴向往复运动。如果斜板转动一周,前后2个活塞各完成压缩、排气、膨胀、吸气一个循环,相当于2个气缸工作。如果是轴向6缸压缩机,缸体截面上均匀分布3个气缸和3个双头活塞,当主轴旋转一周,相当于6个气缸的作用。

   
斜板式压缩机比较容易实现小型化和轻量化,而且可以实现高转速工作。它的结构紧凑,效率高,性能可靠,在实现了可变排量控制之后,目前广泛应用于汽车空调。

   
(3)旋转叶片式压缩机(图3)旋转叶片式压缩机的气缸形状有圆形和椭圆形2种。在圆形气缸中,转子的主轴与气缸的圆心有一个偏心距,使转子紧贴在气缸内表面的吸、排气孔之间。在椭圆形气缸中,转子的主轴和椭圆中心重合。

   
3 旋转叶片式压缩机

   
转子上的叶片将气缸分成几个空间,当主轴带动转子旋转一周时,这些空间的容积不断发生变化,制冷剂蒸气在这些空间内也发生体积和温度上的变化。旋转叶式压缩机没有吸气阀,因为叶片能完成吸入和压缩制冷剂的任务。如果有2个叶片,则主轴旋转一周有2次排气过程。叶片越多,压缩机的排气波动就越小。

   
作为第3代压缩机,由于旋转叶片式压缩机的体积和重量可以做到很小,易于在狭小的发动机舱内进行布置,加之噪声和振动小以及容积效率高等优点,在汽车空调系统中也得到了一定的应用。但是旋转叶片式压缩机对加工精度要求很高,制造成本较高。

   
(4)涡旋式压缩机(图4)这种压缩机可以称为第4代压缩机。涡旋压缩机结构主要分为动静式和双公转式2种。目前动静式应用最为普遍,它的工作部件主要由动涡轮与静涡轮组成,动、静涡轮的结构十分相似,都是由端板和由端板上伸出的渐开线型涡旋齿组成,两者偏心配置且相差180°,静涡轮静止不动,而动涡轮在专门的防转机构的约束下,由曲柄轴带动作偏心回转平动,即无自转,只有公转。

   
4 涡旋式压缩机

   
涡旋式压缩机具有很多优点。例如压缩机体积小、重量轻,驱动动涡轮运动的偏心轴可以高速旋转。因为没有了吸气阀和排气阀,涡旋压缩机运转可靠,而且容易实现变转速运动和变排量技术。多个压缩腔同时工作,相邻压缩腔之间的气体压差小,气体泄漏量少,容积效率高。涡旋式压缩机以其结构紧凑、高效节能、微振低噪以及工作可靠性等优点,在小型制冷领域获得越来越广泛的应用,也因此成为压缩机技术发展的主要方向之一。

   
常见故障

   
空调压缩机作为高速旋转的工作部件,出现故障的几率比较高。常见的故障有异响、泄漏以及不工作等。

   
(1)异响引起压缩机异响的原因很多。例如压缩机电磁离合器损坏,或压缩机内部磨损严重等均可产生异响。

    ①
压缩机电磁离合器是出现异响的常见部位。压缩机经常在高负荷下从低速到高速变速运转,所以对电磁离合器的要求很高,而且电磁离合器的安装位置一般离地面较近,经常会接触到雨水和泥土,当电磁离合器内的轴承损坏时就会产生异响。

    ②
除了电磁离合器自身的问题,压缩机传动胶带的松紧度也直接影响着电磁离合器的寿命。传动胶带过松,电磁离合器就容易出现打滑;传动胶带过紧,电磁离合器上的负荷就会增加。传动胶带松紧度不当时,轻则会引起压缩机不工作,重则会引起压缩机的损坏。当传动胶带工作时,如果压缩机带轮以及发电机带轮不在同一个平面内,就会降低传动胶带或压缩机的寿命。

    ③
电磁离合器的反复吸合也会造成压缩机出现异响。例如发电机的发电量不足,空调系统压力过高,或者发动机负荷过大,这些都会造成电磁离合器的反复吸合。

    ④
电磁离合器与压缩机安装面之间应该有一定的间隙,如果间隙过大,那么冲击也会增大,如果间隙过小,电磁离合器工作时就会与压缩机安装面之间产生运动干涉,这也是产生异响的一个常见原因。

    ⑤
压缩机工作时需要可靠的润滑。当压缩机缺少润滑油,或者润滑油使用不当时,压缩机内部就会产生严重异响,甚至造成压缩机的磨损报废。

   
(2)泄漏制冷剂泄漏是空调系统的最常见问题。压缩机泄漏的部位通常在压缩机与高低压管的结合处,此处通常因为安装位置的原因,检查起来比较麻烦。空调系统内部压力很高,当制冷剂泄漏时,压缩机润滑油会随之损失,这会导致空调系统不工作或压缩机的润滑不良。空调压缩机上都有泄压保护阀,泄压保护阀通常是一次性使用,在系统压力过高进行泄压后,应该及时更换泄压保护阀。

   
(3)不工作空调压缩机不工作的原因有很多,通常是因为相关电路的问题。可以通过给压缩机电磁离合器直接供电的方式初步检查压缩机是否损坏。

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