蒸气压缩式制冷机与热泵中的主要设备.ppt

第三章 蒸气压缩式制冷机与 热泵中的主要设备,,logo,压缩机、冷凝器、蒸发器、节流机构是蒸气压缩式制冷机或热泵中必不可少的设备。,一、压缩机：制冷机或热泵中用于压缩和输送制冷剂的设备。,压缩机的作用：三点。 压缩机的种类：容积型和速度型压缩机。,,logo,1.压缩机的具体分类,,logo,2.往复式压缩机的结构与种类 1）开启式往复压缩机,8sf10开启式压缩机的剖面图,,logo,（1）机体组：含机体、汽缸盖、侧盖板、前后轴承盖。 （2）汽缸套与汽阀组合件 （3）活塞和曲轴连杆机构 （4）轴封 （5）能量调节装置 （6）润滑系统,,logo,2.汽缸套及汽阀组合件,3.活塞,,logo,4.摩擦环式轴封,排汽量调节方法有：汽缸卸载法； 改变压缩机转速；旁通法；吸汽节流；汽缸附加余隙。,5.顶杆机构和油压推杆机构,,logo,6.润滑油系统,6.转子式内齿轮油泵,,logo,2）封闭式往复压缩机,（1）半封闭式往复式压缩机,半封闭式的机体和电动机外壳联成一体，构成一密闭的机身，但为检修活塞和气阀方便起见，把气缸盖制成可以拆卸的。 主要特点：七点。,半封闭式压缩主要优点密封性好且具有维修的便利。,,logo,半封闭式压缩机中的阀片,簧片式吸、排汽阀片,,logo,（2）全封闭式往复式压缩机,主要特点：四点。,,logo,3）往复式压缩机的种类 按使用制冷剂分：氨压缩机，氟利昂压缩机（使用卤代烃制冷剂），多工质压缩机，二氧化碳压缩机。 按汽缸排列分： 开启式和半封闭压缩机,全封闭式压缩机,,logo,按气体在气缸内的流动情况分：,顺流式,逆流式,,logo,按气缸排列和数分：,立式,角式,气缸排数： 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 气缸总数： 4 8 12 16 3 6 9 12 2 4 6 8,卧式,,logo,,logo,3.往复式压缩机的制冷量和功率,1）往复式压缩机的工作过程,,logo,2）往复式压缩机的容积效率与制冷量,1个直径为d（m），活塞行程为s（m）的汽缸，其工作容积vcy（m3）为,z个汽缸，转速n（r/min）的压缩机，理论排汽量（活塞排量）,（m3/s）为,压缩机理论质量流量,（kg/s）为,容积效率（输汽系数）定义,式中,分别为压缩机实际质量流量和排汽量，kg/s，m3/s。,容积效率,,logo,压缩机的容积效率：压缩机的实际排气量永远小于压缩机的理论排气量，两者的比值称为压缩机的容积效率。,影响因素,气缸余隙容积,进排气阀阻力,吸气过程中气体被加热的程度,漏气,,logo,制冷量,,logo,3）往复式压缩机的能量效率与功率,传递到压缩机主轴上的功率称轴功率,（kw或w）组成。,（kw或w），,它由指示功率和摩擦功率（含油泵功率）,压缩机对制冷剂做功所耗的功率称指示功率，,它总是大于理想压缩过程的单位绝热功wad。,指示效率,机械效率,m,m,轴效率或等熵效率,s=im,s=0.650.78,c为气缸相对余隙容积,,logo,4）往复式压缩机的制热量,开启式压缩机,封闭式压缩机,系数f是考虑压缩机向环境散热的热量损失，f1；压缩机容量愈小，小型的全封闭压缩机可低至0.75；大型压缩机的f可高达0.9以上。,,logo,5）往复式压缩机的性能系数,单位轴功率的制冷量性能系数（cop）：（开启式） cop=e/we=(e/wth)im=th im,单位电机输入功率的制冷量能效比（eer）：（封闭式） eer=e/win=(e/wth)imd0=th imd0 d：传动效率（三角皮带传动值取0.9-0.95；直接传动值取1） 0：电机效率（与电机的效率、额定功率、负载功率等有关，小型单相电机一般约为0.6-0.85；三相电机一般约为0.8-0.9）,,logo,影响压缩机性能的主要因素是： te，tc； te的作用tc tc 不变，te1c， e23% we12% cop34% te 不变，tc 1c， e12% we12% cop23%,,logo,4.螺杆式压缩机 1）双螺杆压缩机,开启式螺杆式压缩机,,logo,螺杆式压缩机的工作过程,螺杆式压缩机运行时汽缸内需喷油，其作用是：（1）冷却；（2）密封；（3）润滑；（4）推动油活塞（调节排汽量）。,,logo,螺杆式压缩机的容积效率与轴效率,螺杆式压缩机的能量损失有：蒸气在机内高速流动，泄漏，喷油，吸汽过热，机械摩擦等引起的能量损失。除此之外，还有一项这种压缩特有的损失内压力比与系统压力比不一致引起的能量损失。 容积效率与压缩机的工况、结构、转速、制冷剂等有关。一定结构的压缩机主要与压缩比有关。,,logo,螺杆式压缩机的能量调节,滑阀能量调节原理示意图,,logo,往复式压缩机与螺杆式压缩机比较,,logo,2）单螺杆压缩机,半封闭单螺杆式压缩机结构图,半封闭单螺杆式压缩机工作过程,,logo,5.滚动转子式压缩机,结构与工作原理,利用一个偏心圆筒形转子在气缸内转动来改变工作容积，以实现气体的吸入、压缩和排出，因而也属于容积式压缩机 。,全封闭立式滚动转子式压缩机,转子在汽缸内滚动2周完成吸汽压缩排汽过程,,logo,能量调节 （1）变速调节 常采用电源变频，改变电机转速 （2）旁通调节,全封闭滚动转子式压缩机旁通调节,,logo,双缸滚动转子式压缩机旁通调节原理图,1)结构简单，体积小，重量轻，同往复式压缩机比较，体积可减小5060，重量也可减轻5060。 2)零部件少，特别是易损件少，同时相对运动部件之间的摩擦损失少，因而可靠性较高。 3)仅滑片有较小的往复惯性力，旋转惯性力可完全平衡，因此振动小，运转平稳。 4)没有吸气阀，吸气时间长，余隙容积小，并且直接吸气，减小了吸气有害过热，所以其效率高。但其加工及装配精度要求高。,特点,,logo,6.涡旋式压缩机,结构与工作原理,全封闭涡旋式压缩机结构图,,logo,涡旋式压缩机的工作过程,,logo,能量调节 （1）变速调节 （2）脉冲宽度调节,电磁阀得电开启压缩机卸载 电磁阀失电关闭压缩机正常负载运行 设控制周期20s，电信号脉冲宽度6s（卸载），则一个周期内排汽量为14/20=0.7=70%。 （3）旁通调节,涡旋式压缩机脉冲宽度调节原理图,,logo,涡旋式压缩机的特点,,logo,7.离心式压缩机（速度型）,压缩机的结构,半封闭离心式压缩机剖面图,离心式压缩机是一种速度型压缩机，它的结构与离心泵相似，靠高速转动的叶轮对气体做功，以提高气体的压力。这种压缩机由于工作时不断地将制冷剂蒸气吸入，又不断地沿半径方向将蒸气甩出去。,根据压缩机中安装的叶轮数量多少，分为单级式和多级式。只有一个叶轮的称为单级离心式压缩机；由几个叶轮串联而成的，则称为多级离心式压缩机。,,logo,压缩机需要的能量头和功率,lgp-h图上单级离心式压缩机压缩过程,内功率由两部分组成可逆的多变压缩消耗的功率和内部损失消耗的功率,,logo,影响离心式压缩机制冷量的因素,从图中可以看出，离心式压缩机在工作范围（se）运行时，排气量越小，有效能量头越高。由于冷凝温度和蒸发温度之差越大，气态制冷剂被压缩时所需要的能量头越大，所以离心式制冷压缩机与活塞式制冷压缩机一样，都是随着冷凝温度的升高和蒸发温度的降低，实际排气量减少，从而减少了压缩机的制冷量。但是，蒸发温度和冷凝温度变化对制冷量影响的程度，这两种压缩机有所区别。,,logo,（1）蒸发温度的影响 当制冷压缩机的转速和冷凝温度一定时，压缩机制冷量随蒸发温度变化的百分比从图中可以看出，离心式制冷压缩机制冷量受蒸发温度变化的影响比活塞式制冷压缩机要大，蒸发温度越低，制冷量下降越剧烈。,（2）冷凝温度的影响 当制冷压缩机的转速和蒸发温度一定时，冷凝温度对压缩机制冷量的影响。从图中可以看出，冷凝温度低于设计值时，冷凝温度对离心式制冷压缩机的制冷量影响不大，但是，当冷凝温度高于设计值时，随冷凝温度的升高，离心式制冷压缩机的制冷量将急剧下降。,,logo,（3）转速的影响 对于活塞式制冷压缩机来说，当蒸发温度和冷凝温度一定时，压缩机的制冷量与转速成正比关系，即转速变化的百分数也就是活塞式制冷压缩机制冷量变化的百分数。 离心式制冷压缩机则不同，它的能量头与叶轮外缘圆周速度（或者压缩机转速）的平方成正比。所以，随着转速的降低，离心式制冷压缩机产生的能量头急剧下降，制冷量也急剧降低。,,logo,离心式压缩机能量调节,（1）导叶调节,离心式压缩机导叶调节的特性曲线,（调节范围40%100%）,（2）转速调节,离心式压缩机转速调节的特性曲线,（调节范围60%110%）,（3）热气旁通调节 在低负荷作辅助调节。,,logo,（1）气体做高速流动，流量可以很大，单机制冷量大，因此同样制冷量情况下，体积小、占地面积少、质量轻。 （2）工作时靠叶轮旋转运动，气体连续压送，没有气阀、活塞环等易损部件，也没有曲柄连杆机构。因此结构简单、零部件少，且工作可靠、运转平稳、噪音小、操作简单、维护费用低。 （3）叶轮和机壳之间没有摩擦，无需润滑，故制冷剂蒸气与润滑油不接触，蒸发器和冷凝器的传热性能比较高。 （4）能经济进行制冷量的无级调节，且调节的范围较大。 （5）多级离心式制冷压缩机可根据需要设计成具有中间抽气的，适应多种蒸发温度的机器，因此可方便得到多种蒸发温度。,离心式压缩机特点,,logo,8.冷凝器,冷凝器condenser的种类,冷凝器,立式壳管式,卧式壳管式,套管式,水冷冷凝器,风冷冷凝器,蒸发式冷凝器,淋激式冷凝器,传热系数高，占地面积小，清洗方便；耗水量大，体型笨重,传热系数高，耗水量小，占空间小；水质要求高，清洗不易，留出拔管空间,传热系数高，机组占地面积小，结构简单；金属耗量大，清洗困难，水阻力大,不需水，安装简单，可置于屋面；传热系数小，受环境温度影响大，恶化环境，除尘困难,省水，造价低，结构简单，水垢易清除，体积小,省水，造价低，结构简单，可现场制作，水垢易清除；金属耗量大，占地面积大,焊接板式,具有体积小、重量轻、传热效率高、可靠性好、加工过程简单等优点,,logo,立式壳管式冷凝器,,logo,卧式壳管式冷凝器,,logo,套管式冷凝器,,logo,焊接板式冷凝器,,logo,自然对流和强迫对流,建筑冷热源中常用的是强迫对流式风冷冷凝器,风冷冷凝器,,logo,蒸发式冷凝器结构示意图,,logo,蒸发式冷凝器,,logo,不同冷凝器的传热性能比较,冷凝器比较,,logo,建筑用冷水机组（提供冷却水）4种冷凝器方案： a水冷式冷凝器+冷却塔 b水冷式冷凝器，用江、河、湖水 c蒸发式冷凝器，与压缩机分开设置 d风冷式冷凝器，与压缩机等组成一体机,,logo,冷凝器选择计算 冷凝器选择计算是选择合适的冷凝器类型和确定传热面积a（m2）。 对于水冷式和风冷式冷凝器，还需确定冷却介质的流量。,水冷式、风冷式冷凝器制冷剂和冷却介质的温度沿传热面变化,平均温差,,logo,传热过程,制冷剂侧的放热,金属壁和垢层的导热,冷却介质侧的吸热,传热系数k,水冷冷凝器(以传热管外表面计算):,风冷冷凝器(以传热管外表面计算，制冷剂管内流动):,冷却介质侧污垢热阻,冷却介质侧放热热阻,金属壁内侧油膜的导热,,logo,(2)冷却水温的影响,tw1升高为tw1,qk ,(3)吸入压力的影响,水的比容：cw 水的质量流量：gw 冷凝温度：tk,qk ,qk ,,logo,9.蒸发器,蒸发器,满液式,非满液式,循环式,喷淋式,盘管中全为制冷剂。沸腾放热系数高；工质充灌量大，对于f系统，回油困难。,盘管内为气、液共存状态。工质充灌量少，易于回油；传热效果较满液式差。,泵强制工质循环。沸腾放热系数高，回油较易；系统投资高，运行费高。,用泵将工质喷淋在传热面上。沸腾放热系数高，工质充灌量小，能消除静液高度对蒸发温度的影响；设备费用高,蒸发器evaporator的种类,,logo,,logo,蒸发器,冷却液体的蒸发器,冷却空气的蒸发器,水箱式蒸发器,卧式壳管蒸发器,干式壳管蒸发器,冷却盘管,冷风机,直接蒸发式空气冷却器,满液式,非满液式,非满液式,满液式,,logo,水箱式蒸发器,1）冷却液体的蒸发器,,logo,壳管式蒸发器,90-7000kw,7-3500kw,,logo,2）冷却空气的蒸发器,直接蒸发式空气冷却器,空调用空气冷却器的结构：铜管串整张铝肋片；排数3-8排；片距2-3mm。 迎面风速2-3m/s。,,logo,3种典型分液器结构示意图,分液器保证每一路的质量流量相等，汽液比例相同。,,logo,蒸发器选择计算 蒸发器选择计算是选择合适的蒸发器类型和确定传热面积a（m2）。,平均温差,,logo,传热过程,制冷剂侧的吸热,金属壁和垢层的导热,冷却介质侧的放热,传热系数k,金属壁内侧油膜的导热,蒸发器的传热系数k的计算与冷凝器基本相同，但制冷剂侧的放热为沸腾放热，故放热系数与冷凝器不同，值也不同。,蒸发器传热过程与冷凝器相同：,,logo,制冷剂供液不足,a,k,结霜严重,风速下降,蒸发面积太小,单机多库部分库停用,压缩机性能(减缸)下降,t0 ,库温降低tr ,制冷量