第六章 容积式制冷压缩机的容量调节.ppt

collegeofpowerengineering chongqinguniversity 第六章容积式制冷压缩机的容量调节 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 第一节概述 1 容量调节的目的 保证用户处的目标温度可以始终稳定在预期的范围内一般来讲 为了在最恶劣的情况下能满足用户的需求 制冷空调设备的能力都大于用户处的负荷 如果缺乏调节能力 用户处的温度会一直下降 直至在低于目标温度的某个温度下达到制冷量和负荷的平衡 为了减少能量消耗 提高能量利用率 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 2 容量调节的要求 基本要求压缩机的制冷量随着调节参数的变化而变化 最好是连续变化 即无级调节 压缩机制冷量随调节参数的变化有适当的灵敏度 调节过程能量损失小 制冷机和制冷设备的能效不因调节而降低 调节系统和调节过程本身消耗能量小 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 调节机构简单可靠附带影响小最好只有一个调节参数 即不需要同时改变几个参数才能改变压缩机的制冷量 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 2 容量调节的要求 3 容积调节的基本原理 压缩机制冷量 h受制冷循环设计的制约 一般不随意改变 一般改变质量流量的大小 vs为压缩机吸气口处制冷机的比体积 vp压缩机一转的工作容积 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 第二节吸气节流调节 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 吸气节流调节 根据用户处的负荷不断改变吸气比体积 可使制冷量随负荷变化而变化 从而达到制冷调节的目的 在实际应用中往往是通过节流的方式改变压缩机的吸气压力来间接改变压缩机的吸气比体积 这也是称其为吸气节流调节的原因所在 吸气节流属于压缩机外部控制调节 压缩机自身结构与设计不需做任何变化 collegeofpowerengineering chongqinguniversity collegeofpowerengineering chongqinguniversity 第三节变速调节 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 1 压缩机的间歇运行 原理 当室温降到规定温度的下限时 通过温度继电器或低压压力继电器 使压缩机停止运行 室内温度开始回升 当温度升高到超过规定温度的上限值时 上述控制器件又将压缩机的电路接通 压缩机重新启动运行 双位控制 实质 将压缩机在运行时产生的制冷量与被冷却空间在全部时间内所需制冷量平衡 即压缩机在一个开 停周期内的平均输气量 制冷量 和室内负荷相适应 适用范围 功率小于10kw的小型制冷设备 如冰箱 房间空调器等 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 1 压缩机的间歇运行 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 2 变频调节 具有节能 舒适 启动快速 温控精度高和易于实现自动化等优点 启动时压缩机高速运转 快速接近暖房设定温度 当室内温度趋向适合温度时 压缩机低速运转 可减少开停次数 并使室温变化很小 达到既节能又舒适的目的 包括交流变频器调速和直流变频器调速 采用变频调节的热泵空调机运行特性 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 变频器是使交流电频率发生连续变化的装置 它首先通过整流器将交流电转换为直流电 然后再通过逆变器将直流电经控制电路转换成频率可变的交流电 变频器有电流源型和电压源型 又根据控制电路调制方式分为脉宽调制方式 pwm方式 和脉幅调制方式 pam方式 当前空调器用制冷压缩机的电动机变频器多采用电压源型pwm方式 3 交流变频器调速 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 交流变频器的工作过程 温度传感器测出房间温度及换热器温度送入微机 经运算后将信息送入数字信号控制电路进行波形成型处理 然后送入逆变器 将由整流器送来的直流电转换为频率可变的交流电 去驱动感应电动机 当传感器测出的冷房温度大于设定温度 则经微机运算再通过数控电路 使逆变器输出的交流电频率升高 电动机转速增加 制冷量增大 冷房温度降低至设定值 完成能量调节 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 交流变频器调速 感应电动机的转速n与交流电输入频率的关系为 假定s为常量 改变交流电的频率就可以改变电动机转速 压缩机的输气量与电动机的转速成正比 若交流电频率连续变化 则转速连续变化 从而实现了输气量的连续调节 达到了制冷量连续调节的目的 该方法空调工作功率的变化呈阶梯性变化 一般只分为几档 式中f为交流电输入频率 s为电动机转差率 p为电动机极对数 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 4 直流变频器调速 采用直流变频器将50hz或60hz固定频率的交流电转变成直流电 对直流电动机进行调速 省却了交流变频器又将直流变成交流的麻烦 使电器元件减少 直流变频呈线性平滑的变化 空调工作时可在功率范围内任意递增或递减 空调功率可随温度出现精确变化 故更省电 直流变频压缩机的电动机转子采用稀土永磁材料制成 永磁无刷直流电动机 定子产生旋转磁场与转子永磁磁场直接作用 实现压缩机运转 可通过改变供给电机的直流电压来改变电机转速 调整电枢电压法 为得到可调整的直流电源 广泛采用脉宽调制系统 pwm系统 直流变频压缩机不存在定子旋转磁场对转子的电磁感应作用 克服了交流变频压缩机的电磁噪音与转子损耗 具有比交流变频压缩机效率高与噪音低特点 直流变频压缩机效率比交流变频压缩机高10 30 噪音低5 10db collegeofpowerengineering chongqinguniversity 无刷直流电动机由直流电源供电 在结构上没有电刷和换向器 其绕组里的电流变化 通 断和方向 是通过电子换向器 控制器 实现的 电流以方波形式变化 永磁无刷直流电动机的电动机转子采用稀土永磁材料制成 其结构形式与无刷直流电动机一样 但其绕组电流按正弦规律变化 无刷直流电动机 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 无刷直流电动机的工作原理 电枢静止 磁极旋转 且磁极为永久磁铁 电枢绕组中电流的换向是借助于转子位置传感器和电子开关线路来实现的 因此 无刷直流电动机一般都是由电动机 位置传感器和电子开关线路三部分组成 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 5 变频调节给压缩机带来的问题 压缩机高速运转时 运动部件的磨损增加 气体流经排气阀的流动损失增加 并导致排气阀片产生延迟关闭 阀片寿命降低 润滑油循环率随转速增加而增加 各种杂质随润滑油进入运动部件间隙中 引起部件损伤 噪声增加 压缩机低速运转时 导致泄漏量增加压缩机振动随转速变化加剧 第四节改变工作容积调节 collegeofpowerengineering chongqinguniversity collegeofpowerengineering chongqinguniversity 多机并联调节原理当需要的制冷量 或制热量 变化范围较大时 采用多台压缩机并联进行制冷量调节是比较高效 经济的调节方式 并且可以减少单台压缩机的停机次数 延长压缩机的寿命 多机并联运行按制冷量大小的需要 可以只运行一台 也可以多台全部同时运行 1 多机并联调节 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 1 多机并联调节 压缩机的润滑油控制压缩机系统回油影响因素 系统设计 即系统布置与管路设计 化学因素 即润滑油和制冷剂的混合物性质 并联压缩机系统回油方式 在两台压缩机壳体间连接均油管和均压管 在压缩机排气管上设置油分离器 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 1 多机并联调节 2 内部并联压缩机 调节形式 两台并联运行的涡旋式压缩机共用一个机壳 一个机壳中装两台输气量不同的立式涡旋压缩机 其中一台为变频压缩机 由变频器驱动 另一台为普通压缩机 直接由电网供电 它们可彼此独立运行 也可并联运行 课本图6 11 collegeofpowerengineering chongqinguniversity collegeofpowerengineering chongqinguniversity 原理使吸 排气腔连通 压缩机排气直接返回吸气腔 实现输气量调节 方式内部旁通外部旁通 3 旁通调节 正常运转 电磁阀关闭止回阀打开 活塞向右 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 旁通调节输气量时 电磁阀开启止回阀关闭 活塞左移 collegeofpowerengineering chongqinguniversity collegeofpowerengineering chongqinguniversity 滑阀调节 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 而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 柱塞调节 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 内容积比调节 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 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 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 原理调节机构将压缩机吸气阀片强制顶离阀座 使吸气阀始终处于开启状态 压缩机吸气时 低压蒸气从吸气阀吸入压缩过程中 因压力无法升高 排气阀始终处于关闭状态 低压蒸气通过吸气阀重新回到吸气腔 使该气缸输气量为零 达到输气量调节目的 可实现压缩机空载起动及调节制冷能力 目前我国缸径在70mm以上的高速多缸制冷压缩机广泛采用 方式a 高压直接顶开b 油缸 拉杆顶开机构 顶开吸气阀调节 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 油缸 拉杆顶开机构的控制 手动控制 采用压力油分配阀 将手柄置于不同位置 使分配阀中的隔板处于不同状态 改变通往调节机构的油路系统 自动控制 采用自动能量控制阀 以蒸发压力 即吸气压力 的变化为感应讯号自动控制卸载机构动作 当外界负荷小于制冷机产冷量时 室温降低 蒸发压力减小 压力讯号接受器感受此变化 发出指令使能量控制阀朝压缩机制冷量减少的方向动作 即部分卸载 直到压缩机提供的冷量与外界热负荷基本相适应为止 反之 如外界负荷增大 蒸发压力增加 自动控制阀将控制卸载机构朝气缸投入正常工作的方向动作 关闭吸气通道调节 电磁阀断电 铁芯落下 卸载活塞上部充满来自吸气腔的低压气体 卸载活塞被弹簧顶起 吸气通道开通 正常工作 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 电磁阀通电 铁芯向上 卸载活塞上部充满高压气体 被压下 堵住吸气通道 吸气通道关闭 卸载时 关闭吸气通道调节 关闭吸气通道 collegeofpowerengineering chongqinguniversity collegeofpowerengineering chongqinguniversity 变速调节 有级变速调节通过改变电动机的极对数实现 变极调速 如双速压缩机 其电动机可以2极或4极运转 2 4极对应的同步转速分别是3000转 分 1500转 分 可达到转速减半目的 n 60f p其中 f为电机定子绕组中的电流频率 n为电机的转速 p为极对数 无级变速调节通过改变输入电动机的电源频率改变电动机转速 变频调速 变频技术开发需解决的技术问题 润滑系统及气阀的可靠性 变频器生产和成本等 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 起动卸载 目的 降低起动时电动机的负荷半封闭式压缩机的卸载装置刚起动时 润滑油的油压未达要求数值 液压活塞 弹簧和截止阀动作 使吸气腔与排气腔连通 实现起动卸载 电动机短时运转后 油压上升至规定数值 截止阀关闭 排气腔与吸气腔不直接连通 排气进入冷凝器 采用油泵供油润滑的开启式压缩机顶开吸气阀片法配有毛细管的小型全封闭式压缩机起动前吸 排气压力已通过毛细管自动平衡 达到起动卸载目的 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 调节方式比较 关闭吸气通道法优点明显 但关键要防止泄漏 若出现泄漏 气体进入气缸 由于这时气缸中压力比高 迅速导致压出的泄漏气体温度异常高 使压缩机排气温度和润滑油温度上升 第五节其他调节方式 collegeofpowerengineering chongqinguniversity collegeofpowerengineering chongqinguniversity 数码涡旋 数码涡旋压缩机顶部有一个pwm pulse widthmodulation 脉冲宽度调节阀 数码容量调节电磁阀 它通过压力控制压缩机动 静涡旋盘的离合来实现卸载或负载 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 可以在固定平面上做圆周运动 可以在轴向上做上下运动 可以进行开 关控制 collegeofpowerengineering chongqinguniversity pwm阀的作用 collegeofpowerengineering chongqinguniversity pwm阀的作用 活塞可以上下移动 移动距离是1毫米活塞结构可带动定涡旋盘上下移动 collegeofpowerengineering chongqinguniversity pwm阀关压缩机在负载状态 pwm阀的作用 有排气 有回气 collegeofpowerengineering chongqinguniversity pwm阀开压缩机在卸载状态 无排气 无回气 collegeofpowerengineering chongqinguniversity pwm阀关 pwm阀的作用 有排气 有回气 collegeofpowerengineering chongqinguniversity pwm阀的作用 16s 负载 卸载 例子 20 输出 4s 卸载 负载 10s 10s 例子 50 输出 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 1 容量调节广 温度调节迅速 1 变频压缩机的调节范围在50 130 数码涡旋压缩机是在10 100 2 变频压缩机的容量输出是通过变频器分级达到 而数码涡旋通过负载和卸载时间的改变获得 容量能迅速从100 转换至10 反之亦然 不需分步实现 属于连续和无级的调节 3 变频压缩机必须通过中间频率 从低频到高频或反之的转换过程中存在时间的滞后量 当系统内的负荷突然发生变化时 变频系统无法立即响应负荷的变动 使得室温的波动较大 而数码涡旋技术的无级调节和宽广的调节范围确保了室内空气温度的精确控制 2 电控系统简单 系统的可靠性好变频控制系统容量调节范围较窄 所以在变频调节的同时一般采用热气旁通和液体旁通的方法来共同响应负荷的变化 数码涡旋压缩机调节范围广 不需任何一种能量旁通手段 因而减少了该部分的控制系统 同时其容量调节方法是通过机械活动达到 亦少了变频器及变频控制中复杂的电控部分 所以其电控系统简易 增加了系统的可靠性 节省了成本 3 具有良好的回油特性和安装灵活性变频vrv系统在低频时 制冷剂流速较低 回油困难 系统一般设计有油分离器和回油循环 数码涡旋压缩机由于在卸载期间没有排出制冷剂 也就不存在回油的问题 而在负载时压缩机是满负荷运行 这时气流的速度足以令润滑油较充分地流回压缩机 所以数码涡旋系统在任一容量输出时回油均良好 是目前唯一不需油分离器或 和回油循环的系统 相应的控制系统也简洁 数码涡旋压缩机的优势 collegeofpowerengineering chongqinguniversity 4 制冷系统简单 维护方便定速空调系统和变频空调系统大多设计有热气旁通和液体旁通装置 而数码涡旋系统因能使容量最低调至10 无需旁通系统 同时由于良好的回油特性 不需油分离器或 和回油系统 这样 制冷系统 回油系统及电气控制系统的简单化 使系统部件较变频系统减少 装置结构简单 提高了运行的安全性和可靠性 并为安装和维护提供了方便 5 无电磁干涉问题 应用更广泛变频器工作时会产生高频谐波 会使供电系统的正弦电压波形发生歪变 导致诸如 降低电网的功率因素 使电容器和变压器过热 在荧光屏和示波器等上产生闪点 影响精密仪器的精度等不良后果 并会引起高电设备电容量等发热烧毁等到危险 对电源干扰要求很高的场合 变频系统受限用 而数码涡旋的负载和卸载只是一个简单的机械运