第五章 螺杆式式制冷压缩机(2).ppt

collegeofpowerengineering chongqinguniversity 第三节热力性能 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 1 理论输气量 概念 单位时间内排出的气体量折算为吸入状态下的气体容积值 同往复式 一 输气量 转子每分钟所转过的齿间容积总和的理论输气量 5 21 z1 z2 阳阴转子的齿数 vp01 vp02 阳阴转子的一个齿间容积 m3 n1 n2 阳阴转子的转速 r min collegeofpowerengineering chongqinguniversity 其中cn为面积利用系数 c 为扭角系数 上式表明 螺杆式压缩机理论上可以充气的最大容积 在转子直径 长度与转速相同条件下 影响qvt的重要因素是cn c 尤其是cn 它是评价转子齿数比和齿形及其组成的型线优劣的重要指标 将式5 22 转子长度为l时两转子的齿间容积 式5 23 啮合原理 代入式 5 21 5 24 collegeofpowerengineering chongqinguniversity qva qvt v 同往复式 螺杆式压缩机没有余隙容积 几乎不存在再膨胀的容积损失 容积效率随压力比增大无很大下降 这对制冷用尤其是热泵用压缩机十分有利 2 实际输气量和容积效率 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 螺杆式压缩机的容积效率 容积效率 输气系数 表示压缩机转子齿间容积利用程度 对螺杆式制冷压缩机 工况不同时 容积效率不同 大致为0 7 0 92 小输气量高压比时取下限 大输气量低压比时取上限 由于无进 排气阀和余隙容积 新齿形的应用和喷油使密封和冷却效果大大改善 故其输气系数比活塞式及其它类型回转式压缩机都高 且变化平坦 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 影响容积效率的主要因素 吸入损失气体经吸入管道和孔口产生的动力损失 使吸入压力降低 减少了吸入气体的密度 相应地减少了压缩机吸入的气体量 加热损失转子和机体受到被压缩后高温气体的加热 具有比吸入气体高得多的温度 在吸气过程中 低温气体受到吸气管 转子 机体以及喷入油的加热而膨胀 相应减少了压缩机吸入的气体量 封闭容积及气体随转子旋转受到的离心力也会影响气体吸入量 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 影响容积效率的主要因素 泄漏 影响容积效率的最主要因素泄漏位置 转子间啮合间隙 转子与气缸内壁 端盖间隙处等 泄漏大小 与工况 喷油状态 圆周速度 齿形 间隙大小及制造精度等有关 即与两转子接触线长度 间隙面积 螺杆喷油温度 喷油量等有关 喷油温度低 油粘度加大 则密封效果好 接触线长度短 间隙值小 油温低和增加一定喷油量 有利于容积效率的提高泄漏类型 外泄漏和内泄漏 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 转子与气缸内壁 转子间啮合间隙 端盖间隙 泄漏途径 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 外泄漏基元容积中压力升高的气体向吸气通道或正在吸气的基元容积中泄漏 对螺杆压缩机而言为高压气体向吸气管道或正在吸气的齿腔的泄漏 直接影响容积效率 内泄漏具有较高压力基元容积中气体向较低压力的并正在压缩的基元容积中泄漏 对螺杆压缩机而言为与吸气管隔离的基元容积间的泄漏 只影响压缩机功耗 对容积效率几乎没有影响 气体泄漏的种类 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 螺杆式压缩机是无气阀的容积型回转式压缩机 吸排气孔口启闭完全为几何结构所决定 以达到控制吸气 压缩 排气和所需要的内压缩压力 故其为具有固定内容积比的压缩机 活塞式压缩机具有自动吸排气阀 气缸中一旦达到排气背压 即自动顶开排气阀排气 两者在吸排气控制上有很大差别 二 内压缩过程 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 螺杆式压缩机基元容积的缩小分两个阶段进行 第一阶段 为基元容积内气体的压缩过程 随基元容积逐渐缩小而进行气体压缩 第二阶段 为排气过程 此时基元容积与排出孔口连通 尽管基元容积仍在缩小 但已不能使气体压力增高 只是排出气体 内压缩过程 第一阶段终了后 基元容积与排出孔口连通 当排出孔口压力大于或小于第一阶段终了时基元容积中的气体压力时 则在第二阶段开始前的瞬时产生等容膨胀或等容压缩过程 使压力等于背压再继续排气过程 此现象实质是内外压力比不相等 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 内压缩过程 基元容积的缩小是在与吸入孔口和排出孔口隔绝的状态下进行时 压缩机有内压缩 反之 在与吸入孔口或排出孔口连通的状态下进行时 压缩机无内压缩 ab与cd为曲线段 表明基元容积的减少并不随转子的转角变化成正比 该段变化主要与转子的齿的侵入和脱开的多少有关 bc段为直线段 造成此段的原因是因为齿全部侵入后 接触线的推移造成的 因此基元容积与转角成正比关系 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 轴效率 e机械效率 m指示效率 i i受到气体流动所造成的动力损失和压缩机内泄漏影响 三 功率和效率 螺杆式压缩机功率与效率的定义与计算同第二章相关内容 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 动力损失气体流动所产生的动力损失与螺杆转子外圆周线速度平方成正比 随着圆周速度的提高 动力损失显著增加 i下降 泄漏损失转速提高 泄漏面积减小 接触线长度减小或间隙尺寸减少 均会使相对泄漏量减少 i提高 内 外压力比不等时的附加损失压缩机排出压力pd与内压缩终了压力pi不等时 产生附加损失 使 i降低 指示效率的影响因素 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 第四节吸排气孔口和输气量调节机构 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 一 吸排气孔口设计 两个吸气孔口轴向吸气孔口设置在吸气端盖上 径向吸气孔口开设在机体上 两个排气孔口轴向排气孔口设置在排气端盖上 径向排气孔口开设在滑阀上 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 二 输气量调节 滑阀调节 螺杆制冷压缩机常用滑阀调节能量 即在两个转子高压侧 装上一个能够轴向移动的滑阀 来调节能量和卸载启动 原理 利用滑阀在螺杆轴向移动 改变螺杆转子的有效工作长度 使能量在100 和l0 之间连续无级调节 达到输气量调节的目的 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 转子 吸气 满负荷 滑阀关 排气 滑阀工作原理 滑阀未移动时 基元容积100 地吸入制冷剂气体 并经压缩后排出 称为全负荷工作状态 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 转子 吸气 滑阀工作原理 只要滑阀稍微向轴向排气端移动一下 就出现旁通口开启 只排出了基元容积vp的制冷剂气体 其余气体未经压缩就通过旁通口流入压缩机吸气侧 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 转子 吸气 部分负荷 滑阀开 排气 滑阀工作原理 此时转子在滑阀固定端部分长度失去了有效工作能力 螺杆转子有效工作长度减少 其值为滑阀固定端长度加上滑阀轴向移动的距离 起到调节输气量作用 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 滑阀调节的过程 当滑阀向排出端移动 制冷量随排量的减少而连续降低 能量可进行无级调节 当旁通口接近排气孔口时 螺杆工作长度接近于零 可实现卸载启动 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 旁通口一开启 理论输气量有突降 实线 它包括固定端在内的转子有效长度缩短 但在实际运行中输气量是平稳减少的 虚线 滑阀调节输气量几乎可在10 100 范围内连续进行 调节过程中 功率与输气量在50 以上负荷运行时几乎成正比关系 但在50 以下 性能系数会大幅下降 经济性较差 滑阀调节的特点 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 滑阀调节的控制 滑阀轴向移动的动作是根据吸气压力和温度 通过液压传动机构完成的 滑阀同液压缸的活塞连成一体 由液压泵供油推动液压活塞带动滑阀沿轴向左右移动 供油过程控制元件是四通电磁阀 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 滑阀照片 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 塞柱阀调节当制冷量减少的 塞柱阀下落 基元容积内一部分制冷剂气体就旁通到吸气口 输气量继续减少 塞柱阀2再下落 塞柱阀升降是通过电磁阀控制液压泵中油的进出来实现的 柱塞阀调节输气量只能实现有级调节 图中调节负荷仅有75 和50 两档 此调节方法常用于中小型螺杆式压缩机 输气量调节 采用滑阀或塞柱阀除可调节输气量外 还具有卸载启动功能 使压缩机在空载或低负荷时启动 改善了启动条件 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 调节原因螺杆压缩机压缩终了压力pcyd往往不等于排气管道压力pdk 带来等容压缩和等容膨胀的额外功耗 有必要进行内容积比调节来实现pcyd等于pdk 以适应螺杆式压缩机在不同工况下运行 调节方法早期 根据常用工况要求 提供不同内压缩比的机器 即更换不同径向排气孔口的滑阀 或同时更换排气端座 对工况变化范围大的机组 如热泵机组 实现内容积比随工况变化进行无级自动调节或两档调节 三 内容积比调节 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 1 滑阀内容积比调节 无级调节 输气量调节滑阀1和内容积比调节滑阀3都能左右独立移动 滑阀1的移动可以无级调节输气量和卸载启动 而滑阀1和3联动可以进行无级内容积比调节 在进行内容积比调节时 设有径向排气孔口的输气量调节滑阀1向左边移动 则排气孔口缩小 此时 内容积比调节滑阀3也必须向左移动 紧靠滑阀1 在进行输气量调节时 滑阀1向左移动 滑阀3则通过油孔5放油 脱离滑阀1 造成两滑阀有一定间距 制冷剂气体在两滑阀之间旁通 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 2 滑阀内容积比调节 两档调节 调节系统将内容积比分高低两档 与滑阀连续调节相比 理论效率有所降低 但由于系统简单可靠 不受输气量调节影响 两档调节实际运行总效率比滑阀连续调节高 调节装置由一个控制活塞机构1 油活塞2和内容积比调节滑阀3组成 控制活塞机构有通道与压缩机高 低压腔分别相连 根据工况参数所对应的压力变化 打开或关闭控制油活塞位置的液压油路 当需要在高容积比工作时 高压油路作用 使内容积比调节滑阀推上 缩小了排气道口 使压缩气体推迟了与排气通道沟通的位置 内容积比提高 反之 高压油排出 使内容积比调节滑阀退下 压缩气体与排气通道沟通位置提前 实现低内容积比运行 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 第六节开启式和封闭式螺杆压缩机 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 一 开启式螺杆压缩机 opentype 1 开启式压缩机的优点 压缩机与电动机相分离 使压缩机的适用工况范围更广 同一台压缩机 可以适应不同制冷剂 除了采用卤代烃制冷剂外 通过更改部分零件的材质 还可采用氨作制冷剂 可根据不同的制冷剂和使用工况条件 配用不同容量的电动机 易损件少 无吸排气阀 无膨胀过程 单级压力比大 对液击不敏感 2 缺点 噪声大 制冷剂容易泄漏 油路系统复杂 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 3 发展趋势和研究成果 普遍采用内容积比调节机构 采用单机双级压缩 开启式螺杆压缩机的小型化 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 二 半封闭式螺杆压缩机 semi hermetic 1 特点 压缩机的阴阳转子都采用6 5或7 5齿数 油分离器与主机做成一体 内置电动机靠制冷剂气体冷却 压差供油 无油冷却系统 collegeofpowerengineering chongqinguniversity collegeofpowerengineering chongqinguniversity 喷射液体制冷剂以降低排气温度 采用原因 当风冷及热泵机组使用工况较恶劣 在高的冷凝压力和低的蒸发压力时 排气和润滑油温度或内置电动机温度会过高 造成保护装置动作 压缩机停机 为了保证压缩机能在工作界限范围内运行 可采用喷射液体制冷剂进行冷却降温 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 三 全封闭式螺杆压缩机 semi hermetic 1 特点 制冷量较小 内置电动机靠制冷剂气体冷却 压差供油 无专门的油分离器 2 主要制造商 dunham bush usa bitzer germany collegeofpowerengineering chongqinguniversity hermeticverticalscrewcompressor 1 hermeticverticalscrewcompressor2 floodedevaporator3 uniqueeconomizercirculatingsystem4 multiplecompressorssharesinglerefrigeratingloop5 uniqueoilreturnsystem6 effectiveoilbalancingsystem7 liquid levelsensorcontrolledbymodulatingmotor ballvalveandthrottlemechanism8 wcfxhpunitadaptedforenvironmentalprotectionrefrigerantr134a9 advancedplccontrol features collegeofpowerengineering chongqinguniversity 第七节螺杆式压缩机装置系统 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 为保证螺杆式制冷压缩机的正常运转 必须配置相应的辅助机构 如润滑油分离和冷却 能量调节控制装置 安全保护装置和监控仪表等 通常生产厂多将压缩机 驱动电机及上述辅助机构组装成机组 称螺杆式制冷压缩机组 一 螺杆式压缩机机组 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 由蒸发器来的制冷剂气体 经过滤器1 吸气止逆阀2进入螺杆式压缩机3的吸入口 气体压缩过程中 油在滑阀或机体适当位置喷入 气油混合物经过压缩后 由排气口排出 通过排气止逆阀4进入一次油分离器5 气油分离后 气体通过阀6进入二次油分离器7 继续油气分离 气体排入冷凝器 一 螺杆式压缩机机组 collegeofpowerengineering chongqinguniversity collegeofpowerengineering chongqinguniversity 二 带经济器的螺杆式制冷压缩机系统 采用经济器的原因 螺杆式制冷压缩机随压力比的增大泄漏损失急速增加 低温工况下运行时效率显著降低 目的 扩大螺杆压缩机使用范围 改善低温工况性能 提高效率 增加制冷量 制热量 性能系数 在压差比较大的工况下效果显著 原理 利用螺杆制冷压缩机吸气 压缩 排气单向进行的特点 在机壳或端盖的适当位置开设补气口 使转子基元容积在压缩过程的某一转角范围 与补气口相通 使系统中增设的中间容器 经济器 内的闪发性气体通过补气口进入基元容积中 这样 单级螺杆压缩机按双级制冷循环工作 达到节能的效果 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 自冷凝器来的工质液体分为两支流 一支流经节流阀 压力降至中间压力pm 流入经济器 另一支直接流入经济器内部盘管 流经节流阀的液体流量 由pm大小来调节节流阀开启度加以控制 流过节流阀后成为低温两相制冷剂 与盘管内高温液体制冷剂进行热交换 成为过热蒸气 直接进入压缩机补气口 经过此循环 流入蒸发器液体工质的过冷度增加 在蒸发器中吸收外界的热量增加 制冷机的制冷量和热泵的制热量增加 1 经济器一级节流制冷循环 图a collegeofpowerengineering chongqinguniversity 流经节流阀的液体流量 由液位控制器lc调节节流阀开启度加以控制 流过节流阀后进入经济器闪发 并冷却流入盘管中的高压液体制冷剂 然后以中间压力为pm的闪发气体进入压缩机补气口 经过此循环 流入蒸发器液体工质的过冷度增加 在蒸发器中吸收外界的热量增加 制冷机的制冷量和热泵的制热量增加 2 经济器一级节流制冷循环 图b collegeofpowerengineering chongqinguniversity 来自冷凝器的液体工质全部经过一级节流阀进入经济器 在经济器中液体工质的液位由液位控制器lc加控制 其闪发蒸气再经过节流阀 成为中间压力pm后进入压缩机补气口此时经济器中大部分液体制冷剂过冷度增加 流入蒸发器时 吸收热量增加 同样增加制冷量和制热量 3 经济器二级节流制冷循环 图c collegeofpowerengineering chongqinguniversity 一级节流 图a b 来自贮液器的制冷剂液体分为两支 一小支流经节流阀降压 到经济器中吸热而产生闪发性气体 经中间补气口进入正处在压缩初始阶段的基元容积中 与原有气体混合继续被压缩 另一支主流流过经济器中盘管放热而过冷 然后经节流阀节流进入蒸发器中制冷 进入蒸发器的主流制冷剂液体只经一次节流 且节流前与进入补气口的气体存在温差 t 二级节流 图c 来自贮液器的制冷剂液体经节流阀至经济器中 上部产生的闪发气体通过补气口进入处在压缩阶段的基元容积中 与原有气体混合继续被压缩 部液体经节流阀二次节流后 进入蒸发器制冷 进入蒸发器的制冷剂液体经过二次节流 且二次节流前与进入补气口的气体温度相同 4 经济器一级节流与二级节流制冷循环对比 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 5 带经济器的螺杆式制冷压缩机 配经济器的系统中 从冷凝器或贮液器出来的液体 并不直接送节流阀节流 而是首先进入经济器冷却器中进一步冷却 出来后的液体工质的温度可下降数十度 制冷量将得到提高 经济器冷却器中液体的冷却 是依靠经辅助节流阀节流后进入经济器中的中压液体工质 它吸收高压液体工质的热量而蒸发 蒸发出来的中压气体被螺杆压缩机的中间补气口吸走 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 无论一次节流还是二次节流 都是使进入蒸发器的制冷剂过冷 因而制冷量增加 同时补气后使基元容积中气体质量增加 压缩功增大 但增大速率比制冷量增加得慢 所以制冷系数提高 具有节能效果 节能效益大小与工质性质及工况有关 低温工况下节能效果十分显著 当冷凝温度不变 蒸发温度越低时 其循环的制冷系数提高越多 据有关文献介绍 对于蒸发温度在 15 40 范围内的低温工况 制冷量增大19 44 制冷系数提高7 30 带经济器的螺杆制冷机能适应较宽的运行条件 单级压力比大 是热泵机组最理想的主机 且容易控制 同双级压缩机比较 系统简单占地少 6 几点说明 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 令不带经济器螺杆式压缩机制冷量和功耗为1 100 蒸发温度越低 带经济器螺杆机效果更好 即冷量增加多 功耗增加相应较少 制冷系数得到较大提高 7 带经济器的螺杆式压缩机的性能 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 三 喷液螺杆式压缩机系统 螺杆式压缩机喷液或喷油 是利用了它对湿行程不敏感 即不怕带液运行的优点而实施的 由于油的降温密封作用 在螺杆式压缩机运行中喷入大量的润滑油 提高了压缩机的性能 然而 对于油的处理上 却增加了油分离器和油冷却器等设备 使得机组笨重庞大 与螺杆式压缩机主机结构简单 体积小 质量轻极不相称 尤其是中小型封闭式压缩机 在压缩机压缩过程中用喷射制冷剂液体代替喷油 借此省去油冷却器 缩小油分离器 并且喷液冷却能使排气温度下降 防止封闭式压缩机电动机因排气温度过高引起保护装置动作而停机 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 1 压缩机2 油分离器3 冷凝器4 储液器5 调节阀6 节流阀7 蒸发器 在螺杆式压缩机气缸中间开设孔口 将制冷剂液体与润滑油混合后一起喷入压缩机转子中 液体制冷剂吸收压缩热并冷却润滑油 喷液不影响螺杆式压缩机在蒸发压力下吸入气体量 虽然有极小部分制冷剂未参与制冷 但对制冷量降低却很小 轴功率增加也甚微 喷液系统原理图 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 四 多台主机并联运转系统 在同一系统中采用多台螺杆式压缩机并联来代替单台机运行 在调节工况时 可以节省功率 特别是在较大输气量的系统中尤为有利 近几年多台主机并联运转系统取得很大发展 其适用冷量范围为240 1500kw 优点 可以用较少的机型来满足不同输气量的需要 便于制造厂生产 降低成本 使用时可以逐台启动主机 对电网冲击小 启动装置的要求低 运转效率可以提高 当其中某一台主机出现故障时 可以单独维修而系统仍可以维持运转 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 第八节单螺杆式压缩机 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 一 工作原理 容积型回转式压缩机 由一根螺杆和两个星轮组成 由螺杆转子齿间凹槽 星轮和气缸内壁组成独立的基元容积 随着转子和星轮不断移动 基元容积大小发生周期性变化 没有吸 排气阀 工作过程包括吸气 压缩 排气过程 单螺杆压缩机由螺杆槽 气缸内壁 星轮形成一独立的基元容积 相当于往复式压缩机的气缸容积 随着转子和星轮不断移动 基元容积的大小发生周期性变化 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 相同 产生内压缩不足或过剩 消耗额外功 不同 其两侧对称配置星轮分别构成双工作腔 各自完成吸气 压缩和排气过程 因此 单螺杆式压缩机一个基元容积在转子旋转一周内完成了两个吸气 压缩和排气工作过程 与双螺杆式压缩机的异同 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 工作过程 在螺杆的转