制冷第3章.ppt

第3章蒸气压缩式制冷系统的构成 压缩机热交换设备节流机构管道各种控制阀辅助部件 蒸气压缩式制冷系统的构成 第一节制冷压缩机 制冷和空调用压缩机的分类及结构示意图 压缩式制冷系统的心脏 主机 有用能的输入制冷剂在系统中的循环流动 整机性能可靠性寿命噪声 压缩机 压缩机按压缩原理有两大类 容积型速度型 容积型压缩机 速度型压缩机 通过对运动机构作功 以减少压缩式容积 提高蒸气压力来完成压缩功能 由旋转部件连续将角动量转换给蒸气 再将该动量转为压力 各类压缩机在制冷和空调工程中的应用范围 一活塞式制冷压缩机的热力性能 一 理想工作过程 热力性能 容积效率 吸气量 制冷量 耗功和能耗指标等 包括 吸气 压缩 排气三个过程 气缸工作容积 活塞排量或理论吸气量 活塞式制冷压缩机的工作原理 二 活塞式压缩机的性能 1容积效率 V 容积效率 压缩机的实际吸气量与活塞排量的比值 容积效率小于1 它的大小反映了压缩机气缸容积的有效利用程度 影响因素 1 气缸余隙容积 2 吸 排气阀片阻力 3 吸入气缸气体的热膨胀 4 气缸内部的泄漏 余隙容积 定义 作用 弊端 余隙容积的存在可以缓冲气缸中可能产生的液击 以及防止活塞和阀板 阀片之间直接碰撞 使压缩机安全可靠运行 容积效率的经验公式 式中 m为多变指数 氨m 1 28 氟利昂12m 1 13氟利昂22m 1 18 使用活塞式压缩机时 其压缩比不应太高 过高则容积效率很低 故一般压缩比不大于8 10 活塞式压缩机的实际吸气量为 容积效率 2 制冷量 耗功率及其能耗指标 1 制冷量 2 耗功率 1 理论耗功率N 2 指示功率Ni 制冷剂气体实际压缩过程的耗功率 2 制冷量 耗功率及其能耗指标 3 轴功率Nb 电机传至压缩机轴上的功率 它包括两部分 指示功率Ni和摩擦功率Nm Nb Ni Nm kw m 机械效率 i m 压缩机的总效率 它能反映压缩机在某一工况下运行时的各种损失 一般活塞式压缩机的总效率约为0 65 0 75 4 配用电机功率Ne d 传动效率 直联 d 1 其它 d 0 9 0 955 配用电机输入功率Nin正常情况下 电机输入功率应小于配用电机的额定功率 评价压缩机运行耗能 常用两个指标 1 Ke 单位轴功的制冷量 亦称COP kw kw 2 EER 电机单位输入功率的制冷量 kw kw Ke值常用评价开启式压机的运行性能 EER值常用来评价封闭式压机的运行性能 因为封闭式压机与电机组合为整体 电机性能优劣直接影响压缩机的运行特性参数 3 能耗指标 3 运行工况变化对制冷机性能的影响 对于一台特定的压缩机 1 冷凝温度的影响 2 蒸发温度的影响 压力比约等于3时制冷机理论耗功最大 综上所述 在压缩式制冷循环中 降低制冷剂的冷凝温度和提高蒸发温度对压缩机和制冷装置的运行是有利的 当然 在实际运行中 冷凝温度受冷却介质温度的限制 而蒸发温度必须满足被冷却介质所需要的低温要求 不能任意改变 但熟悉和掌握冷凝温度和蒸发温度的变化对压缩机和制冷装置的影响规律是十分重要的 4制冷工况的换算 由于制冷机的制冷量及性能随工况而变化 因此 必须在相同工况下才能正确评价活塞式制冷机的运行性能 为此 我国规定了标准和空调两个工况用来评价活塞式制冷机的制冷量以及考核它的COP值或EER值 若已知制冷机在某一工况下的制冷量 在另一工况下的制冷量通过下面公式换算 机体 曲轴箱 气缸活塞吸 排气阀曲轴连杆机构 组成 二 活塞式制冷压缩机的结构 1 活塞式压缩机的分类 按气缸分布形式分 直立式 V型 W型 S型 Y型等 按制冷剂种类分 Freon 氨等压缩机 按压缩机与电机的组合形式分 开启式 封闭式 半封闭式 按压缩机的级数分 单机单级和单机双级压缩机 活塞式压缩机的型号表示 2 总体结构和主要零部件 1 开启式压缩机 1 由机体 活塞及曲轴连杆机构 气缸套及进排气阀组合件 卸载装置及润滑系统等组成 2 卸载装置用来使压缩机在运转条件下停止部分气缸的排气 以改变该压缩机的制冷能力 卸载装置还可作为降载起动装置 空调用制冷中已不常用 特点 电机在大气中运转需要轴封制冷量较大或氨压缩机 润滑系统 作用 润滑 冷却 密封及卸载装置 2 封闭式压缩机 取消了轴封 使得结构紧凑 特别适用于中小型制冷装置 全封闭活塞式压缩机 全封闭式压缩机构造 全封闭式压机的汽缸多为水平排列 电机为立式 且电机绕组多靠吸气冷却 故吸气过热度大 排气温度高 特别是低温工况 因制冷剂流量下降 传热效果恶化 使得电机绕组温度上升 因此当吸气压力下降时 其电机绕组的温度不降反升 从而按高温工况设计的全封闭式压缩机 用于低温工况时 电机有烧毁的危险 另外 水分和杂质对全封闭式压缩机危害更大 不仅堵塞阀孔 还会危及电机的使用寿命 因电机内置于制冷系统中 因此 干燥和清洁对封闭式压缩机的制冷系统来说尤为重要 对充加的制冷剂及润滑油的含水量都有严格控制 封闭式压缩机充加的润滑油还应考虑它的击穿电压 以便润滑油具有良好的电绝缘性 活塞式压缩机有以下特点 因为是往复运动 转速不宜太高 气缸工作腔有余隙容积 气缸工作腔必须设置吸 排气阀 使吸 排气过程产生阻力损失 结构复杂 零部件多 往复式压缩机不允许吸气带液 三 回转式压缩机 回转机最普通的为固定叶片式结构 常常又称作 滚动活塞式压缩机 比往复机更可靠同等能力下尺寸小制造成本低 优点 固定叶片 叶片只滑动不转动 没有吸气阀 特点 回转机当前研究与开发的重点 回转机的局限性 压缩机中任何基本磨损 轴承 轴 转子或叶片等磨损 都使间隙变大 并明显影响压缩机性能 降低振动与噪声 改善油处理和减小摩擦 四 涡旋式压缩机 结构 工作原理 优点 1 封闭啮合线两侧压差小 气体泄漏小 2 转矩均衡 振动小 3 没有余隙容积 输气系数高 4 无吸 排气阀 可靠性高 噪声低 5 允许吸入少量湿蒸气 特别适合热泵空调器 缺点 涡旋型线加工精度非常高 必须采用专用的精密加工设备 且密封要求高 密封机构复杂 四 涡旋式压缩机 结构简单复杂的形线极高的精度要求 数控机床技术的发展 制造困难 涡旋机 涡旋机在技术上的特长 没有气阀在制冷装置中 可靠性大大提高 轴的扭矩更均匀 运转平稳 压力脉动小 振动和噪声低 在给定吸气条件下 涡旋机的容积效率几乎与压力比无关 不存在余隙容积的影响 能够用同一个电动机在很宽的工作范围内高效运转 长处 热泵的季节供热系数HSPF提高 整个系统的效率提高 即季节能效比SEER提高 双螺杆压缩机的结构 五 螺杆式压缩机 单螺杆压缩机的结构 五 螺杆式压缩机 五 螺杆式压缩机 优点 由于无吸 排气阀 几乎没有相对余隙容积 因而具有较高的容积效率及指示效率 以转子的旋转运动代替活塞的往复运动 不仅转速可增高 而且振动小 因而同容量条件下 设备体积较小 并且设备对地基的要求不高 通过输气量调节机构可实现无级能量调节 五 螺杆式压缩机 优点 对湿压缩不敏感 一方面转速高 压缩时间短 另一方面气体与气缸壁接触的面积小 因而吸热量小 湿蒸气不能完全气化 可实现变工况下的高效运行 因而特别适用于工况变化很大的热泵空调机组 单级离心式压缩机的构造 正视图 侧视图 六 离心式压缩机 六 离心式压缩机 离心式压缩机依靠气流速度变化的动力学效应 起到压缩作用 吸入气体由叶轮旋转达到很高速度 然后导入涡壳使速度能转变成压力能 级压力比受叶轮圆周速度与制冷剂性质的影响 轮周速度受制于材料强度和气体动力条件 一级叶轮可以达到的压力比 级压力比 一般为3 4 一般限制轮周速度不超过制冷剂进口处音速的1 4 1 5倍 离心机的特点是 结构简单 转速高 输气量大 故体积 重量小 制冷剂不与润滑油接触 避免了油对制冷剂的影响 与前述各种容积式压缩机特性一个重要的不同之处是 它的吸 排气压力差 或压力比 与吸气量有密切关系 吸气量变化还影响机器效率 在部分负荷运行时 有可能出现喘振 喘振现象就是气流在流道内来回撞击而不能正常输出 第二节热交换设备 制冷系统的热交换设备主要是冷凝器和蒸发器 它们是制冷剂与外部热源介质之间发生热交换的设备 冷凝器 用冷凝器将制冷剂从低温热源吸收的热量及压缩后增加的热焓排放到高温热源 冷凝器按冷却方式 空气冷却式冷凝器中根据管外空气流动方式 空气冷却式水冷式蒸发冷却式 自然对流空气冷却式冷凝器强制对流空气冷却式冷凝器 图2 27自然对流空气冷却式冷凝器 图2 28空气强制对流冷凝器 1 肋片2 传热管3 上封板4 左端板5 进气集管6 弯头7 出液集管8 下封板9 前封板10 通风机11 装配螺钉 图2 29氨卧式壳管式冷凝器 图2 30氟利昂套管式冷凝器 图2 31蒸发式冷凝器结构原理 1 通风机2 挡水栅3 传热管组4 水泵5 滤网6 补水阀7 喷水嘴 蒸发器 蒸发器是制冷机中的冷量输出设备 制冷剂在蒸发器中蒸发 吸收低温热源介质 水或空气 的热量 达到制冷的目的 冷却空气的蒸发器 空气自然对流时多采用光盘管结构空气强制对流时采用翅片管结构 壳管式沉没式 冷却液体 水或其它液体载冷剂 的蒸发器 图2 32卧式满液式蒸发器结构 图2 33干式壳管蒸发器 图2 34空气强制对流的蒸发器及其肋片管型式a 蒸发器b 绕片管c 套片管1 传热管2 肋片3 挡板4 通风机5 集气管6 分液器 第三节节流机构 节流机构是实现制冷循环所必须的四个基本的系统组成部件之一 位于冷凝器与蒸发器之间 对制冷剂的流动起扼制作用 使来自冷凝器的高压液态制冷剂压力降低 控制进入蒸发器的制冷剂质流率 作用 毛细管 毛细管用在小型而且不需要精确调节流量的制冷装置 家用冰箱冷柜房间空调器 简单便宜便于大批量生产 应用 长处 图2 36R22 R12毛细管初步选择曲线图 手动膨胀阀 通常与其它控制元件配合使用 一般只在短时期内使用 例如在冷冻初期辅助送液 或者在自动膨胀阀出故障时作为旁路备用阀 定压膨胀阀 从保持蒸发压力恒定为目的 自动调节蒸发器供液量 其结构原理是 由设定弹簧力和蒸发压力产生的流体压力之差提供阀打开方向的驱动力 当蒸发压力降低时 阀开大 供液量增多 以补偿蒸发压力的下降 当蒸发压力升高时 阀关小 供液量减少 抑制蒸发压力上升 浮球阀 用液位控制供液量 以浮球 杠杆机构产生阀动作的驱动力 根据制冷机的情况 又分两种 对于制冷剂液体主要在高压侧 冷凝器或高压贮液器 的制冷机 采用高压浮球阀 它的浮球感受冷凝器或高压贮液器的液位 当液位升高时 阀开大 增大蒸发器供液量 当液位降低时 阀关小 减少供液量 浮球阀 热力膨胀阀 广泛用于干式蒸发器的供液量调节 以蒸发器出口处制冷剂的过热度为控制参数 通过弹簧力设定静态过热度设定范围一般为2 8 蒸发器出口制冷剂的过热度低于静态过热度时 阀处于关闭状态 过热度高于静态过热度时 阀才打开 并按二者之偏差成比例地改变阀开度 即成比例地调节送入蒸发器的制冷剂质流率 a b c 图2 37热力膨胀阀结构原理图 阀结构示意图 阀与蒸发器连接图 过热度控制原理 目前 国际上流行的电子膨胀阀种类很多 按阀的结构型主要有三类 热动式 电磁式和电动式 双金属片式的热电膨胀阀已很少应用 6 电子膨胀阀 热动式膨胀阀 电磁式膨胀阀 电动式膨胀阀 图2 40电磁式膨胀阀结构 1 出口2 弹簧3 阀针4 阀杆5 柱塞弹簧6 柱塞7 线圈8 阀度9 入口 图2 41电动式膨胀阀 直动型 1 入口2 针阀3 阀杆4 技术5 线圈6 出口 四 管道 用管道将制冷机各组成部件连接成一个完整的制冷系统 使制冷剂在