第三章 制冷压缩机幻灯片.ppt

第三章制冷压缩机 3 1活塞式制冷压缩机的性能3 2活塞式制冷压缩机的构造3 3回转式制冷压缩机1 滚动转子式制冷压缩机2 涡旋式制冷压缩机3 螺杆式制冷压缩机3 4离心式制冷压缩机 速度型 机械能工质动能工质压力能离心式 容积型 利用工作容积变化吸入和压缩工质往复活塞式回转式 概述 1 制冷压缩机的作用 2 制冷压缩机的分类 按工作原理 制冷和空调用压缩机的分类及结构示意图 3 1活塞式制冷压缩机的构造 一 活塞式制冷压缩机的分类 按气缸布置方式 卧式 直立式 角度式W型 角度式V型 角度式Y型 角度式S型 卧式直立式角度式 开启式封闭式 原动机和压缩机分开设置 需设轴封装置 以防制冷剂泄漏和空气渗入 半封闭式全封闭式 根据构造 开启式 半封闭式 压缩机与电机共机体和主轴 无需轴封装置 机体可拆卸 电动机与制冷剂和润滑油相接触 全封闭式 压缩机与电动机共机体和主轴 封装在机壳中 无需轴封装置 不易拆卸 电动机与制冷剂和润滑油相接触 主要用于大批量生产的小制冷量压缩机 优点 密封性好 噪声小 体积小 缺点 不易维修 设计寿命10 15年 二 开启式活塞制冷压缩机的构造 1 机体2 活塞及曲轴连杆机构3 气缸套及进排气阀组4 能量调节装置5 润滑系统 以8AS 12 5型开启式活塞制冷压缩机为例 8缸 氨 气缸扇形布置 气缸直径为125mm 1 机体 气缸体 曲轴箱 8AS 12 5型活塞式制冷压缩机的总体结构 2 活塞及曲轴连杆机构 气环 保证气缸与活塞间的密封油环 活塞向上运动时 布油 向下运动时 刮油 活塞环 活塞 顶部形状与气缸顶部阀座形状相适应 以减小余隙容积 通过活塞销与连杆相连 连杆 种类 剖分式 整体式 将曲轴的旋转运动转变为活塞的往复运动 小头通过活塞销与活塞连接大头通过曲柄销与曲轴连接 曲轴 压缩机全部功率通过曲轴输入 常见 曲拐轴 偏心轴 多用于小型全封闭或半封闭式压缩机中 3 气缸套及进排气阀组 气缸套 用于大 中型压缩机 气缸套磨损后可更换 气缸套及进排气阀组 4 能量调节装置 旁通法将吸 排气腔连通 使部分排气直接返回吸气腔 卸载法使吸气阀保持开启状态 从而使气缸排气量为零 调速法改变压缩机转数 多缸活塞式制冷压缩机多用此法 顶杆启阀机构油压推杆机构 至卸载机构 至卸载机构 活塞式制冷压缩机润滑系统示例 5 润滑系统 作用 减少摩擦带走摩擦热量向能量调节装置供油 二 封闭式活塞制冷压缩机 半封闭式活塞制冷压缩机 全封闭式活塞制冷压缩机 3 2活塞式制冷压缩机的性能 41 吸气过程 一 工作过程 理想工作过程 p 1 2 3 4 V 12 压缩过程 23 排气过程 气缸工作容积 理论输气量 活塞排量 理想过程中 压缩机单位时间吸入的低压气体体积 L Vh与制冷剂种类和压缩机运行工况无关 容积效率 输气系数 实际输气量与理论输气量之比 影响因素 余隙系数 余隙容积 余隙容积 吸排气阀阻力 吸气预热 内部渗漏 节流系数 预热系数 气密系数 1 2 3 4 p V 1 余隙系数lv Vc Vg V1 DV1 p2 p1 相对余隙容积 压缩比 制冷剂 压缩机结构 lv f 压缩比 相对余隙容积 余隙系数 2 节流系数lp 3 预热系数lt 吸气阀阻力 吸气过程压力 排气过程压力 吸气过程 气缸壁 气体 热量 排气阀阻力 P1 lp P1 p1 p2 压缩机结构 制冷剂 lt f P2 lt P1 全封闭式 开启式 t T0 Tk 经验公式 机器和工质确定后 主要影响因素 4气密系数ll 活塞 气缸间隙气阀关闭不严或关闭滞后 气体从高压部分向低压部分泄漏 f 压缩比 气阀性能 制造精度 P2 ll P1 影响hv因素 压缩机结构 制冷剂 吸气压力 排气压力 吸 排气阀阻力 蒸发压力 蒸发温度冷凝压力 冷凝温度 Pk hv P0 立式和V型氨压缩机的输气系数 适用高速多缸 n 720rpm C 3 4 氨 m 1 28 氟利昂 m 1 18 经验公式 二 活塞式制冷压缩机的性能 1 活塞式制冷压缩机的制冷量 实际输气量 制冷量 制冷量 耗功率 性能系数 f tk to 或 f pk po 2 活塞式制冷压缩机的耗功率 理论功率Pth 可逆绝热压缩过程的耗功率 指示功率Pi 压缩工质实际消耗的功率 Pi Pth 指示功率Pi 理论功率Pth 指示效率hi 理论功率Pth 指示效率hi 指示功率Pi 图表或经验公式 压缩比增大 指示效率降低 立式和V型氨压缩机的指示效率 摩擦功率Pm 克服机械摩擦消耗的功率 通常计入油泵功率 指示功率 机械功率 轴功率 轴功率Pe 电动机传到压缩机主轴上的功率 轴功率Pe 指示功率Pi 摩擦效率hm 摩擦效率hm 指示功率Pi 轴功率Pe 摩擦效率hm 理论功率Pth 指示效率hi 轴效率he hihm 压缩机的总效率0 65 0 72 用于评价压缩机主轴输入功率的利用程度 压缩比 机械效率 hd 电动机输出功率P 余量附加系数 Pe 电动机输入功率 he P 电动机效率 hihmhdhe Pth 传动效率 直联为1三角皮带联接为0 90 0 95 Pin 选用电动机时 电动机额定功率 hd Pe P 1 1 1 15 3 活塞式制冷压缩机的性能系数 性能系数 COP Q0 Pe 封闭式压缩机的能效比 EER Q0 Pin 三 影响活塞式制冷压缩机性能的主要因素 制冷量 轴功率 Pth hihm Pe 性能系数 COP Q0 Pe f tk to 或 f pk po 以理论循环为例 分析t0和tk对压缩机性能的影响 hv 1 hi hm 1 制冷量 轴功率 Pth hihm Pe Vhw0 v1 1 冷凝温度的影响 冷凝温度升高 则 q0 v1 Q0 w0 v1 Pe COP 有极值 2 蒸发温度的影响 蒸发温度降低 则 q0 v1 Q0 w0 v1 Pe COP q0 w0 Pe Vhw0 v1 活塞式制冷压缩机性能曲线 四 活塞式制冷压缩机的工况 名义工况 铭牌工况 用以比较 标示不同活塞式制冷压缩机的性能 中型活塞式单级制冷压缩机名义工况 GB10874 89 例 某单级蒸气压缩氨制冷系统 制冷量200kW 为某生产工艺提供低温盐水 盐水温度为 5 C 冷凝器所用冷却水温度为32 C 取蒸发温度比盐水温度低5 C 冷凝温度比冷却水温高8 C 冷凝器出口液体有10 C的过冷度 压缩机吸气无过热 压缩机指示效率为0 8 1 画出循环的压焓图 2 计算单位质量制冷量 理论比功 指示比功 单位冷凝热 3 计算指示功率 指示制冷系数和热力完善度 2 查表得各状态点的焓 1 压焓图 解 单位质量制冷量 理论比功 指示比功 压缩机出口气体的焓 单位质量冷凝负荷 3 制冷剂流量 指示功率 指示制冷系数 逆卡诺循环制冷系数 热力完善度 1 根据工作原理 制冷压缩机可以分为哪两类 它们的工作原理有何不同 2 总结开启式和封闭式活塞制冷压缩机主要不同之处 3 活塞式制冷压缩机概括起来可分为哪五部分 4 活塞式压缩机的理论排气量和什么因素有关 5 容积效率是哪四个系数的乘积 分别表示什么因素对容积效率的影响 6 何为往复式活塞制冷压缩机的理论功率 指示功率 摩擦功率 轴功率 它们之间有何关系 何为指示效率 机械效率 轴效率 作业F 3 3回转式制冷压缩机 容积型 螺杆式 往复活塞式 通过活塞的往复运动改变工作容积 回转式 通过回转体的旋转运动改变工作容积 滚动转子式 滚动活塞式 涡旋式 一 滚动转子式制冷压缩机 利用偏心轴上圆筒形转子在气缸内的转动来改变工作容积 实现气体的吸入 压缩和排出 工作原理 滚动活塞式 工作容积 滚动活塞外表面 气缸内表面 端盖构成 滑板与滚动活塞外表面紧密接触 将工作腔分为吸气腔和排气腔 转子回转一周 平均完成一个工作循环 工作过程 余隙容积小 有排气阀 无吸气阀 滑片与滚动转子间为滑动密封 仅滑片作往复运动 滚动转子式制冷压缩机的特点 余隙容积小 吸排气压损小 容积效率高 易损件少 运行可靠 零部件少 结构简单 体积小 重量轻 振动小 运转平稳 仅滑片有较小的往复惯性力 加工精度要求较高 密封线较长 密封性能较差 泄漏损失较大 立式 多用于空调器 开启式 全封闭式 卧式 多用于冰箱 二 涡旋式制冷压缩机 工作原理 工作容积 静涡盘 动涡盘和机体构成 通过动涡盘绕静涡盘中心作公转 动涡盘不自传 来改变工作容积 实现气体的吸入 压缩和排出 涡旋式制冷压缩机的工作过程 无余隙容积吸气有害过热度小无吸气阀 压损小泄漏小 曲轴矩变化小吸 排气压力脉动小 运动速度低 摩擦损失小 涡旋式制冷压缩机特点 容积效率高 无余隙容积吸气有害过热度小吸排气压损小泄漏小 可达0 95以上 压缩机总效率高 无进排气阀组 流阻小 运动速度低 摩擦损失小 振动小 噪声低 结构简单 可靠性高 零件数目与滚动转子及往复式之比为1 3 7 体积比往复式小40 质量轻15 易损件少 加工和装配精度要求高 曲轴矩变化小 吸 排气压力脉动小 应用场合 目前以小容量为主 制冷量1 15kW范围内 三 螺杆式制冷压缩机 双螺杆式制冷压缩机 阳转子 主动转子 有凸齿的转子 两个相互啮合 旋向相反的螺杆转子 阴转子 从动转子 有凹齿槽的转子 双螺杆单螺杆 阳转子 阴转子 工作容积 由凸凹齿面 机体内壁面 端盖构成的空间 吸气 排气 工作原理 随着转子在机体内的旋转运动 使工作容积由于齿的侵入或脱开而不断发生变化 从而达到吸气 压缩和排气的目的 工作过程 吸气过程 V形空间与吸气口连通 不断增大压缩过程 V形空间与吸气口断开 不断减小排气过程 V形空间与排气口连通 减小至零 单螺杆式制冷压缩机 一个螺杆转子两个星轮 排气孔 工作原理 通过螺杆带动星轮旋转来改变工作容积 完成吸气 压缩 排气过程 工作容积 由螺杆螺槽 气缸壁 星轮齿顶面构成 单螺杆式制冷压缩机通常有6个螺槽 由两个星轮将其分成上下两个空间 各自完成吸气 排气 压缩过程 压缩 单螺杆式压缩机的工作过程 螺杆式制冷压缩机的特点 构造简单 体积小 易损件少 可靠性高 基本无余隙容积吸排气压损小 容积效率高 无往复惯性力 平衡性好 振动小 对湿压缩不敏感 双螺杆式可实现无级能量调节 无内容积比调节装置时 可能出现欠压缩或过压缩 可在高压比下工作 排气温度低容积效率高 螺杆压缩机中 终压由旋转体形状 排气口位置 吸气压力及制冷剂性质决定 三种情况 终压P2等于Pk 终压P2低于Pk 欠压缩 终压P2高于Pk 过压缩 3 4离心式制冷压缩机 速度型 单级离心式压缩机 主轴上设一个叶轮多级离心式压缩机 主轴上设多个叶轮 叶轮 随主轴高速旋转 提高气体速度和压力 一 离心式制冷压缩机的工作原理和工作过程 扩压器 降低高速气流速度 提高其压力 涡室 收集扩压器后气体并引出 也起一定减速扩压作用 吸气室 引导气体均匀进入叶轮 单级离心式压缩机 气体通过叶轮 压力由A B 速度由D E 气体通过扩压器 压力由B C 速度由E F 离心式压缩机中气体压力速度变化 理论功耗wc th 可逆绝热压缩过程消耗的功 亦即理想压缩过程所需能量头 实际功耗w 制冷剂压缩过程实际需要的能量头 绝热效率一般0 7 0 8 气体被压缩时实际所需要的能量头与运行工况及制冷剂的性质有关 叶轮外缘圆周速度越大 气体获得的能量头越大 气体分子量越大 所需能量头反而小 二 离心式制冷压缩机的特点 制冷能力大 适用于大型制冷系统 转数高 一般5000 15000r min 受加工工艺限制 叶轮直径一般不宜小于200 250mm 单机容量不宜小于500kW 结构紧凑 质量轻 比同等制冷能力的活塞式轻80 90 占地面积约减少一半 无磨损部件 工作可靠 维护费用低 运行平稳 噪声低 蒸发器和冷凝器传热性能好 运行时制冷剂基本不与润滑油接触 换热表面不形成油膜 对材料强度 加工精度及制造质量要求高 大型离心式制冷压缩机可用蒸气轮机或燃气轮机直接带动 以经济 合理地使用能源 三 离心式压缩机的特性 离心式压缩机的特性曲线 喘振工况 当流量减少到S点以下时 压缩机出现喘振现象 即排出气体出现倒流 排出 倒流 机器产生剧烈振动的现象 堵塞工况 当输气量增大到一定值 气体速度达到声速时 流量不再增加 此工作点称堵塞工况 上述两种工况都应避免 压缩机应运行于S E之间 离心式制冷压缩机发生喘振的危害造成周期性的噪声增大和振动 高温气体倒流充入压缩机将引起压缩机壳体和轴承温度升高 离心式制冷压缩机发生喘振的原因主要是冷凝压力过高或吸气压力过低 压缩机制冷能力调节过低 输气量过低 低于喘振点以下 防止离心式制冷压缩机发生喘振的措施维持压缩机运行过程中冷凝压力和蒸发压力的稳定 旁通调节法 当制冷剂流量需调节到喘振点以下时 从压缩机出口引出一部分制冷剂不经冷凝直接返回压缩机吸气管 蒸发温度对制冷量的影响 制冷量随蒸发温度下降而下降 离心式受蒸发温度的影响程度比活塞式大 蒸发温度的影响 冷凝温度对制冷量的影响 冷凝温度低于设计值时 对离心