В поршневом компрессоре вращательное движение, сообщаемое коленчатому валу 1 от электродвигателя, преобразуется в возвратно- поступательное движение поршня 6 с помощью шатуна 3. Поршень движется внутри цилиндра 4 между двумя крайними точками: верхней ВМТ и нижней НМТ, изменяя при этом объем рабочей полости цилиндра.
Рабочий цикл компрессора условно состоит из трех процессов: всасывания, сжатия и выталкивания пара холодильного агента. Схема движения пара в компрессоре может быть прямоточной, когда во время этих трех процессов пар движется по прямой линии (снизу вверх), и непрямоточной, если он движется криволинейно (сверху вниз и обратно).
Различные схемы движения пара в поршневых компрессорах представлены на рис. 3.
Отличительной особенностью этих двух схем движения пара является размещение всасывающего клапана 5. В прямоточных компрессорах он расположен внутри цилиндра (на торце поршня), а в непрямоточном компрессоре - вне цилиндра (обычно сверху).
Пар холодильного агента поступает в компрессор из испарителя через всасывающий патрубок 7, предварительно очищаясь от механических примесей в сетчатом цилиндрическом фильтре, который может быть размещен как внутри цилиндрового блока (в компрессоре АВ-100), так и вне его (в компрессоре П110). Всасывание и нагнетание пара происходит только при наличии разности давлений в цилиндре и в соответствующей полости. В компрессоре следует различать следующие области давлений:
- в картере и во всасывающей полости (давления всасывания Рвс);
- в цилиндре (давление в цилиндреРц), меняющееся в зависимости от положения поршня;
- под крышкой цилиндров и в нагнетательной полости (давление нагнетания Рн).
Рис. 3. Схемы движения пара хладагента в поршневых компрессорах: а - схема прямоточного компрессора; б - схема непрямоточного компрессора: 1 - нагнетательный клапан; 2 - нагнетательный патрубок; 3 - буферная пружина; 4 - седло нагнетательного клапана; 5 - всасывающий клапан; 6 - поршень; 7 - всасывающий патрубок
При ходе поршня вниз (от ВМТ к НМТ) происходит увеличение объема рабочей полости цилиндра и уменьшение давления газа (Рц). Как только сила от давления газа во всасывающей полости (Рвс) превысит давление газа в цилиндре (Рц) на величину, достаточную для подъема пластины всасывающего клапана 1, происходит процесс всасывания, как показано на (рис. 4,а). Подъем пластины всасывающего клапана составляет 1,5 ÷ 2 мм.
Процесс всасывания прекращается при выравнивании давлений в цилиндре и всасывающей полости (Рц = Рвс), когда поршень достигнет крайнего нижнего положения НМТ, как показано на (рис. 4,б). При ходе поршня вверх к ВМТ объем рабочей полости цилиндра будет уменьшаться, а давление газа в ней повышаться. Под действием этого давления всасывающий клапан закроется, происходит процесс сжатия, который продолжается до тех пор, пока давление газа в цилиндре не станет больше, чем в нагнетательной полости (Рц > Рн). В этот момент происходит подъем пластины нагнетательного клапана 2 и выталкивание пара в нагнетательную полость и далее в конденсатор (рис. 4,в). В крайнем верхнем положении поршень вплотную не подходит к седлу нагнетательного клапана, выполняющего роль крышки цилиндра, образуя так называемое «мертвое пространство». Зазор между торцом поршня и крышкой цилиндра называется линейным размером мертвого пространства. При обратном движении поршня вниз происходит процесс расширения газа, заключенного в этом пространстве до момента открытия всасывающего клапана. Затем процесс повторяется.
Рис. 4. Рабочие процессы в компрессоре: а - всасывание пара; б - прекращение всасывания; в - нагнетание пара в нагнетательный трубопровод; 1 - всасывающий клапан; 2 - нагнетательный клапан