变频空调毕业设计VIP

2011届毕业（设计）论文题 目 2HP变频空调器设计 专业班级 热能与动力工程1班 学 号 0709010127 学生姓名 学 院 理学院 指导教师 指导教师职称 讲 师 工程师 完成日期：2011年5月31日2HP变频空调器设计The Design of A 2HP Inverter Air-conditioner 学生姓名 指导教师 摘 要在当前世界范围内节能降耗的大趋势下，变频空调器以其节能、舒适性好等特点引起了世界各国的重视，也符合了消费者在生活水平提高后对生活空间舒适性的要求。变频空调器是通过变频压缩机和节流装置对制冷系统进行能量调节的。它通过制冷剂流量变化来调整系统制冷量从而达到节能的目的。本文设计的是2HP变频空调系统，它适用于2234m2的空间，适合家庭居室的使用。本文首先阐述变频空调的原理及优点，介绍变频空调的性能特性。然后通过方案论证确定空调各部件的形式，为系统设计打下基础。随后通过热力计算进行压缩机的设计；并在此基础上，设计与压缩机相适配的冷凝器和蒸发器，并选取合适的风机。节流机构直接选用市场成品，不再另行设计。最后，对装置的整体布局进行优化，使装置整体结构布局合理，紧凑。关键词：空调器；变频；分体式；涡旋压缩机AbstractEnergy crisis becomes an urgent problem for every country all over the world and energy saving request is getting more and more attention of every government. The air-conditioner with inverter control meets the demands of people in terms of living in a comfortable space，and it also has great advantage of energy saving and lower electricity consumption. Inverter Air-conditioner achieves energy saving purpose by the use of inverter compressor and orifice set which carry out energy adjustment on refrigerant system.This thesis designs a 2HP Inverter Air-conditioner. It is suitable for a room which it is 22 34m2. Firstly, the thesis explains the principle and the advantages of Inverter Air-conditioner, so that we can understand the properties of the Inverter Air-conditioner. After that, through the scheme introduction, difference forms of each part of refrigerant system are chosen which is prepare for the design of the project. Then, an appropriate compressor is designed through the thermodynamic calculation. On this basis, the condenser and evaporator are calculated and designed which adapts to the compressor, and suitable fans are selected. The throttle mechanism is chosen from market products directly. At last, the overall system is designed to be reasonable and compact.Key-words: Air-conditioner ; Inverter ; Split ; Scroll compressor目 录摘 要IAbstractII目 录III第一章 变频空调的概述11.1 变频技术21.1.1 变频简介21.1.2 变频器的应用领域31.2 变频空调的原理31.3 变频空调的分类及其工作原理31.3.1 交流变频空调的基本原理41.3.2 直流变频空调的基本原理51.4 变频空调的性能特点51.5变频空调的发展概况61.6变频空调在我国的前景市场7第二章 2HP变频空调的结构方案说明92.1 空调形式的方案说明92.2 制冷剂的方案说明102.3 冷凝器的方案说明122.4 蒸发器的方案说明132.5 两器风机的选择说明142.6 压缩机的方案说明142.6.1 压缩机在制冷系统中的作用142.6.2 压缩机的分类142.6.3 空调常用的压缩机152.6.4 本次设计选择的压缩机16第三章 空调压缩机设计173.1 制冷剂的计算及选择173.1.1 制冷剂参数173.1.2 制冷剂热力计算183.1.3 制冷剂的选择193.2 热力计算及压缩机的设计203.2.1 热力计算9203.2.2 压缩机的设计22第四章 空调系统的设计274.1 冷凝器的设计274.1.1 冷凝器的结构参数的选择274.1.2 冷凝器的设计计算284.1.3 冷凝风机计算及选择324.2 蒸发器的设计344.2.1 蒸发器的设计参数344.2.2 蒸发器的设计计算344.2.3 蒸发器风机的计算及选择414.3 制冷装置的节流机构424.3.1 制冷剂液体的膨胀节流过程424.3.2 空调器常用的节流装置434.3.3本次设计节流机构的选型444.3.5 电子膨胀阀的压力校核454.4 制冷装置的连接管道484.5 制冷系统的其它辅助设备选型484.5.1 干燥过滤器484.5.2 四通换向阀504.5.3 截止阀514.5.4 分流器52第五章 变频空调的控制系统54致 谢56参考文献57第一章 变频空调的概述节能是我国经济和社会发展的一项长远战略方针，也是当前极为紧迫的一项任务。为推动全社会开展节能降耗，缓解能源瓶颈制约，建设节能型社会，促进经济社会可持续发展，实现全面建设小康社会的宏伟目标，国家发展和改革委员会提出了如下目标1：表1-1 国家发改委提出目标表“十二五”期间重点推广高效节能电动机、稀土永磁电动机；在煤炭、电力、有色、石化等行业实施高效节能风机、水泵、压缩机系统优化改造，推广变频调速、自动化系统控制技术，使运行效率提高2%，年节电200亿KWh照明用电，约占全国用电量的13%，高效节能荧光灯与普通白炽灯之比为1：2.6，用高效节能荧光灯替代白炽灯可节电70%80%，用电子镇流器替代传统电感镇流器可节电20%30%，交通信号灯由发光二极管（LED）替代白炽灯，可节电90%。“十二五”期间节能重点是在公用设施、宾馆、商厦、写字楼、体育场馆、民用建筑中推广高效节电。从上面我们可以看出，各行各业都把节能降耗放在首要的地位，节能环保俨然已经成为当今世界的主题，而变频空调则是在这个大的世界背景下应运而生的。空调作为家庭用电的主要设备,传统空调器由于其运行效率低下、耗电量大正在逐渐退出市场。新一代的变频空调器以其高效、节能和舒适性好等优点成为今后的发展趋势。本次设计本着以节能减排、绿色环保的主题，采用变频压缩机实现2HP空调的变频设计，对换热器、节流阀、制冷剂管道等进行优化设计选择，对制冷剂、润滑油等进行比较选择，实现空调的高效节能的目的。1.1 变频技术1.1.1 变频简介变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的，主要是在电机增加电子原元件变频器，以达到改变电源频率，从而对电机转速进行调节的目的。从20世纪60年代后半期开始，电力电子器件从SCR(晶闸管)、MCT(MOS控制品闸管)发展到今天的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、HVIGBT(耐高压绝缘栅双极型晶闸管)，器件的更新促使电力变换技术的不断发展。20世纪70年代开始，脉宽调制变压变频(PWMVVVF)调速研究引起了人们的高度重视。20世纪80年代，作为变频技术核心的PWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣，并得出诸多优化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。20世纪80年代后半期开始，美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器已投入市场并广泛应用2。表1-2 变频器的发展过程1.1.2 变频器的应用领域随着控制理论、调速理论和电子技术的发展，变频器技术也得到了充分地重视和发展。由于变频器具有很多优点，因而在各种领域中得到了广泛的应用，下表给出了变频器在工业生产中的主要应用。表1-2 变频器在工业生产中的主要应用1.2 变频空调的原理变频空调是在普通空调的基础上选用了变频专用压缩机，增加了变频控制系统。它的基本结构和制冷原理和普通空调完全相同。变频空调的主机是自动进行无级变速的，它可以根据房间情况自动提供所需的冷（热）量；当室内温度达到期望值后，空凋主机则以能够准确保持这一温度的恒定速度运转，实现“不停机运转”，从而保证控制空间环境温度的稳定。1.3 变频空调的分类及其工作原理变频空调跟住压缩机采用的是交流电机还是直流电机可分为交流变频空调和直流变频空调。1.3.1 交流变频空调的基本原理交流变频空调使用交流变频压缩机，其本质上是采用三相交流异步电动机，通过定子、转子间磁场的相互作用使转子旋转。交流变频压缩机转子采用交流感应电机转子结构，转子在定子旋转磁场作用下感应电流产生感应磁场，定子磁场与转子磁场相互作用使转子旋转。通过变频器改变电源的频率从而控制压缩机转速。三相异步电动机的工作原理如下：交流异步电动机的变频调速的原理，可从异步电动机的转速方程得出。转速方程如下所示： （1-1）式（1-1）中：n电动机的实际转速 f1电动机定子绕组的供电频率 p旋转磁场的极对数 s转差率，表示定子旋转磁场的同步转速n1与n的关系：n=n1(1-s)。从（1-1）式中可见，改变异步电动机的供电电源频率 f1，就可改变电动机的转速 n1 和 n，达到调速目的。电源频率的改变是通过交流变频器的控制来实现的，其原理图如下：图1-1 交流变频器原理图交流变频空调就是压缩机电机采用异步电动机，在交流变频器的控制下，改变输入电机的供电频率，从而实现压缩机的转速变化，实现变频目的。1.3.2 直流变频空调的基本原理直流变频空调是指采用直流变频控制系统以及相应的直流变频压缩机的空调器。直流变频空调器的工作原理是把50Hz工频交流电源转换为直流电源，并送至功率模块主电路，功率模块也同样受微电脑控制，所不同的是模块所输出的是电压可变的直流电源，压缩机使用的是直流电机，所以直流变频空调器也可以称为全直流变速空调器。直流变频空调器没有逆变环节，在这方面比交流变频更加省电。无刷直流电动机与普通的交流电动机的最大区别在于其转子是由稀土材料制成的永久磁钢；定子与交流压缩机电机相同，采用漆包线整距集中绕制而成。简单而言，就是把普通直流电动机由永久磁铁组成的定子变成转子，把普通直流电动机需要换向器和电刷提供电源的线圈绕组转子变成定子。这样，就可以省掉普通直流电动机所必须的电刷，而且其调速性能与普通的直流电动机相似，所以把这种电动机称之为无刷直流电动机。无刷直流电动机既克服了传统的直流电动机的一些缺陷，如电磁干扰大、噪声大、火花、可靠性差、寿命短，又具有交流电动机所不具有的一些优点，如运行效率高、调速性能好、无涡流损失。所以直流变频空调相对于交流变频空调而言，具有更大的节能优势。3直流变频压缩机基本工作原理如下图所示：图1-2直流变频原理图1.4 变频空调的性能特点变频式空调器与常规普通空调器相比，具有节能、高效、舒适的优势，而且控制简单、能效比高，其优势具体体现见表1-3。今后变频式空调器尤其是在现代电力电子技术和微电控制技术结合方面有广阔地发展前景4。表1-3 变频空调与常规空调的比较序号项目常规空调变频空调1适应负荷的能力不能自动适应负荷变化自动适应负荷的变化2温控精度开/关控制,温度波动范围达2降频控制,温度波动范围13启动性能启动电流大于额定电流软启动，启动电流很小4节能性开/关控制，不省电自动以低频维持，省电30%5低电压运转性能180V以下很难运转低至150V也可正常运转6制冷、制热速度慢快7热冷比小于120%大于140%8低温制热效果0C以下效果差-10C时效果仍好9化霜性能差准确而快速，只需常规空调一半的间10除湿性能定时开/关控制，除湿时有冷感低频运转，只除湿不降温，健康除湿11满负荷运转无此功能自动以高频强劲运转12保护功能简单全面13自动控制性能简单真正模糊化、神经网络化1.5变频空调的发展概况空调制冷技术最开始诞生在西方，但从六十年代开始，无论在家用空调器的生产制造技术还是控制技术方面，日本都一直处于世界最前沿。其在日本的发展大致可分为摇篮期（40年代中期开始）、品种扩大期（50年代中期70年代初）、电子进展期（40年代初期80年代初期）、高度电子成熟期（80年代初期80年代末）和后发展期（80年代末以后）这样五个阶段。而在80年代中期前后，日本将已经发展比较成熟的变频技术和现代控制理论应用于房间空调器，这种具有划时代意义的应用一方面促进了房间空调器的技术飞跃，另一方面也为这种高耗能家电产品开辟了高效节能的新途径。所以，在能源极度紧缺的日本，自从变频空调出现以后，便在市场中得到大力推广并快速普及，而在这一产品市场化的过程中，变频空调本身也在不断升级换代。我国变频空调的发展概况：第一阶段（20世纪90年代前期2000年以前），技术产品导入期。一些有能力的空调生产企业，引进变频技术并推出相关产品，市场也开始认识此类概念以及产品。 1995年，海信开始变频技术的积累，并于1997年4月推出国内第一台变频空调。在相关配件的国产化没有解决之前，价格上昂贵，所以很少能形成规模化销售。第二阶段（2000年2006年），市场导入期。以2000年3月1日海信推出“工薪变频”为标志，变频空调器开始逐步在国内市场进行推广，这一方面促使市场机会扩大，另一方面也使不少企业迅速跟进，变频产品也成为企业形象产品。2006年6月1日，国内首部变频空调能效强制性地方标准变频空调能效上海地方标准正式实施。第三阶段（2007年现在），蓬勃发展期。2007年4月16日，国内第一台变频空调上市10周年的新闻发布会在全国50多个城市同步举行，中国家用电器院的领导参加了会议，号召国内空调企业为建设节约型社会共推变频。2007年4万19日，海信、日立、三菱电机、东芝、松下五大空调巨头齐聚上海，宣告成立“变频空调推广联盟”，发动定速空调淘汰竞赛，加速变频空调的普及和定速空调的淘汰，推动中国空调产业升级换代。2008年9月1日起，我国实施第一项变频空调强制性能效标准，格力、美的等空调企业均大举进军变频市场，空调市场迎来变频时代。1.6变频空调在我国的前景市场在中国，变频空调由于种种原因，还没有发展成熟，但据权威数据调查，目前在日本和欧美等国变频空调已经成为空调行业的技术平台，98%左右的空调均为变频空调。 以目前的国家宏观调控以及空调厂商等方面看来，今后中国的变频空调必然成为一种趋势5。为了推动变频节能技术开发和产业化推广，此前国家标准化委员会成立了变频控制器分委会，制定变频控制器国家标准。随着2010年6月定速空调新能效标准的正式实施，具有显著节能省电优势的变频空调成为主流的趋势更为明显。据了解，按照6月1日实施的定速空调新国标，定速空调能效等级由之前的五个等级调整为三个级别，原来的一、二级能效标准分别将成为新标准中的二、三级能效产品，能效指标提高了20以上。而对应新国标的出台，国家财政部于2010年5月初公布了关于调整高效节能空调推广财政补贴政策的通知，将高效节能空调补贴标准从原来的300850元调整为150250元，补贴减少的最大幅度超过七成。对于能效标准和补贴政策的调整，专家认为，定速空调能效新国标的执行，必然会推动定速空调价格上升，在定速空调价格普遍上涨导致它与变频空调价格相差不是太大的情况下，必须会给变频空调、特别是具有显著节能省电优势的双模变频空调创造市场机会。能效标准升级后高能效空调压缩机产能不足，以及原材料价格上涨等，也成为推动空调价格上涨不可忽视的因素。”另外值得注意的是，财政部在通知中首次表示“研究适时推广变频空调”，这表明国家认为推广变频空调的时机已经成熟，具有显著节能省电优势的变频产品将在国内市场将迎来一轮新的发展良机。而且，在2010年5月“变频技术暨空调产业发展趋势研讨会”上公布的数据显示，目前在重点城市，91.5%的消费者认同变频空调技术含量高、耗电量低、舒适程度高的优点，并表示在购买时会优先选择； 82.6%认为“双模变频”技术更先进，节能效果更好，在价格相近时更倾向于购买双模变频空调。图（1-3） 中国空调零售市场变频技术渗透率变动综上所述，变频空调在我国拥有美好的发展前途，目前市场占有率还相对较少，相信在未来的几年内，变频空调是空调行业的主流，市场占有率将达到甚至超过欧美和日本等发达国家的90%以上，真正达到节能减排的美好愿景。第二章 2HP变频空调的结构方案说明2.1 空调形式的方案说明根据空调类型，我们将空调分为窗式空调、分体式空调、家庭中央空调三大类，分体式空调有分为分体壁挂式和分体立柜式两种。窗式空调一般安装于窗口，外形单一，噪音较大，一般不适合家庭使用，现已基本被分体式空调替代。分体式空调就是冷凝器和散热器分别在室内室外的空气调节器，它是一个内机对应一台外机,有壁挂的也有柜机。分体式空调器就是把空调器分成室内机组和室外机组两部分，把噪声比较大的轴流风扇、压缩机以及冷凝器等安装在室外机组内。把蒸发器、毛细管、控制电器和风机等室内不可缺少的部分安装在室内机组中。我们称这种由室内机组和室外机组构成的空调器为分体式空调器。分体式空调器具有如下几个优点： （1）外形美观、式样多、占地小、噪声低、使用灵活。（2）由于分成室内机组和室外机组，室内机组安装位置灵活，可以由多个室内机组和一个室外机组配套使用。室外机组的外形尺寸不受限制。（3）噪声很低，可以低于4050dB，窗式空调器的噪声在60dB左右。（4）分体式空调器不影响室内采光，不会产生窗户随空调器振动的现象。（5）安装检修方便。分体壁挂式空调（如图）安装位置局限性小，易与室内装饰搭配，具备超宁静工作特性，噪音低，具有多重净化功能，操作方便，美观大方，适合一般家庭使用；分体柜式空调制冷制热功率大，风力强，适合大面积房间、如在客厅中使用较为常见。对于本次设计的2HP变频空调，制冷制热功率相对较大，使用房间面积为22-34m2，适用于客厅中使用，综合以上所述各中空调形式的优缺点，我采用分体立柜式设计。立柜摆放在客厅中美观，可以充当装饰品，压缩机在室外，噪音相对较小。图2-2 立柜式空调2.2 制冷剂的方案说明制冷剂又称制冷工质，是制冷循环中的工作介质，制冷剂在制冷机中循环流动，通过自身热力状态的变化与外界发生能量交换，从而实现制冷的目的。当前，能用作制冷剂的物质有80多种，最常用的是氨、氟里昂类、水和少数碳氢化合物等6。制冷剂性质要求：（1）临界温度要高，凝固温度要低。这是对制冷剂性质的基本要求。临界温度高，便于用一般的冷却水或空气进行冷凝；凝固温度低，以免其蒸发温度下凝固，便于满足较低温度的制冷要求。 （2）在大气压力下的蒸发温度要低。这是低温制冷的一个必要条件。 （3）压力要适中。蒸发压力最好与大气压相近并稍高于大气压力，以防空气渗入制冷系统中，从而降低制冷能力。冷凝压力不宜过高（一般大于1215绝对大气压），以减少制冷设备承受的压力，以免压缩功耗过大并可降低高压系统渗漏的可能性。 （4）单位容积制冷量qv要大。这样在制冷量一定时，可以减少制冷剂的循环量，缩小压缩机的尺寸。 （5）导热系数要高，粘度和密度要小。以提高各换热器的传热系数，降低其在系统中的流动阻力损失。 （6）绝热指数要小。由绝热过程中参数间关系式可知，在初温和压缩比相同的情况下，KT2。可见，小可降低排气温度。 （7）具有化学稳定性。（8）价格便宜，易于购得。且应具有一定的吸水性，以免当制冷系统中渗进极少量的水分时，产生“冰塞”而影响正常运行。对于本次设计所使用制冷剂，蒸发温度7.2，冷凝温度54.4，根据设计要求应该选用R22、R407C或者R410A。（1） R22R22的标准蒸发温度为-40.8，凝固温度为-160。饱和压力特性与氨相近，单位容积制冷量也与氨差不多,但压缩终温没有氨高，而且R22无色、无味、无毒、不燃烧不爆炸、使用安全。R22因为其优良的热力性质、传热性质和理化性质，被广泛应用于家用空调器以及中型冷水机组中。但R22属于HCFC类物质，ODP不为零，GWP值较高，属于温室气体，它只是过渡性替代物，根据蒙特利尔议定书，我国应在2020年全面禁止使用。（2） R407CR407C是一种三元非共沸混合制冷剂，它是作为R22替代物而提出的。在标准压力下，其饱和温度为-43.4，露点温度为-36.1，与R22的沸点较接近。（3） R410AR410A由 HFC32和 HFC-125混合而成，分子式：HFC32/HFC-125,分子量 72.58,沸点-51.6,临界温度72.5,临界压4.95 Mpa在常温下为无色气体，在自身压力下为无色透明液体，是R22的替代品，主要应用于家用空调和小型单元式空调中。在本课题中，至于选择哪一种制冷剂，无法从制冷剂的性质上直接的进行取舍，还需要结合本课题给定的工况温度，进行必要的计算比较，才能决定选择更加适合本课题设计的制冷系统的制冷剂。2.3 冷凝器的方案说明冷凝器是制冷设备中主要的热交换设备之一，它的作用是使压缩机排出的制冷剂过热蒸汽凝结成饱和液体或过冷液体。冷凝器是制冷设备向制冷系统外放热量的换热装置。从压缩机出来的高压过热蒸气进入冷凝器后，将热量传递给周围的空气，或将热量先传递给水，再由水把热量传递到周围的空气中去。制冷剂在冷凝器中放出的热量包括两部分：一是在蒸发器中吸收的被冷却物体的热量；二是制冷剂蒸气在制冷压缩机中被压缩时，由压缩机消耗的机械功转化的能量。由以上选择的立柜式家用空调形式，所以选择空气式冷凝器。空气冷却式冷凝器，这种冷凝器以空气为介质，制冷剂在管内冷凝，空气在管外流动，吸收管内制冷剂放出的热量。由于空气的换热系数较小，管外常常设置肋片，以强化管外换热。按空气流动方式不同，这类冷凝器分为空气自由运动和空气强制运动两种型式。（1）空气自由运动的空冷冷凝器：该冷凝器利用空气在管外流动时吸收制冷剂排放的热量后，密度发生变化引起空气的自由流动而不断带走制冷剂蒸汽的冷凝热。它不需要风机，没有噪声，多用于小型制冷装置。目前应用最广泛的式丝管式结构的空气自由运动式冷凝器。（2）空气强制流动的空冷冷凝器；它由一组或几组带有肋片的蛇管组成。制冷剂蒸汽从上部集管进入蛇管，其管外肋片用以强化空气测换热，补偿空气表面传热系数过低的缺陷。这种冷凝器的传热系数较空气自由流动型冷凝器高。适用于中小型氟利昂制冷装置中。它具有结构紧凑，换热效果好，制造简单等优点。通过对本装置的实际设计要求，以及设备的安装条件，选用强制风冷冷凝器。1-下封板 2-出液集管 3-弯头 4-左挡板 5-进气集管6-上封板 7-翘片 8-传热管 9-装配螺钉 10-进风口面板图2-3 空气强制流动冷凝器结构图2.4 蒸发器的方案说明蒸发器是依靠制冷剂液体的蒸发来吸收被冷却介质热量的换热设备。它在制冷系统中的功能是吸收热量。为了保证蒸发过程能稳定持久的进行，必须不断的用制冷压缩机将蒸发的气体抽走，以保证一定的蒸发压力。根据被冷却介质的种类不同，蒸发器可以分为两大类，冷却液体的蒸发器和冷却空气的蒸发器。对于本次设计，采用冷却空气的干式蒸发器。这类蒸发器按空气的运动状态分有冷却自由空气的蒸发器和冷却强制流动空气的蒸发器两种形式。它的基本原理和上述的冷凝器的基本相同，为了获得更好的换热效果，使用肋片管簇，相同的我们采用冷却强制流动空气的蒸发器，使空气流过肋片管簇时获得较大的传热系数，从而增强换热效率，减小蒸发器的体积。 图2-4 蒸发器内部结构2.5 两器风机的选择说明在空调器中常用的风机，根据作用原理可分为离心式、轴流式和贯流式三种。离心式风机工作原理：风机在工作中，气流由风机轴向进入叶片空间，然后在叶轮的驱动下一方面随叶轮旋转；另一方面在惯性力的作用下提高能量，沿半径方向离开叶轮，靠产生的离心力来做功。离心式风机特点：噪声低，产生的压头较高，适用于通风系统（如蒸发器中使用的风机）。轴流式风机效率较高，风量大，噪声大，风压较低，适用于配用空冷式冷凝器。贯流式风机转子较长，出风均匀，风压低，噪声小，适用于分体式空调机组中的室内机组。在设计中，从风量和实际设计因素考虑，在设计的分体式空调中室内立柜式蒸发器中采用外转子离心式风机，室外冷凝器中采用轴流式风机。2.6 压缩机的方案说明2.6.1 压缩机在制冷系统中的作用压缩机是制冷系统的核心，也是系统动力的源泉。它在系统中的作用在于：抽取来自蒸发器的制冷剂蒸汽，并在提高其温度和压力之后，将它排向冷凝器。整个制冷系统的动力，全部由压缩机来提供，压缩机就相当于把一个实物由低势位搬到高势位地方去，在制冷系统中它的目的就是把低温的气体通过压缩机压缩成高温的气体，最后气体在换热器中和其它的介质进行换热。所以说压缩机的好坏会直接影响到整个空调的效果。2.6.2 压缩机的分类压缩机溶剂型速度型溶剂型溶剂型活塞式压缩机滚转式压缩机滑片式压缩机涡旋式压缩机双螺杆式压缩机单螺杆式压缩机离心式压缩机2.6.3 空调常用的压缩机空调器中的全封闭式压缩机目前多采用往滚动转子式或涡旋式压缩机。（1）滚动转子式压缩机这类压缩机广泛用于家用电冰箱和空调器中。它在结构上看主要使因为不需要吸气阀而显得可靠性更高。同样的原因亦使它适用于变速运行，在家用空调中其变速比可达10：1（从1015Hz 到100150Hz）.机器的零部件少，尺寸紧凑，重量轻也是它的明显优点。其主要缺点是：至利用了气缸的月牙形空间，空间的利用率较低；因单缸的转矩峰值较大，故需要较大的飞轮转矩；滑片做旺夫运动，易损坏，影响压缩机的寿命；存在不平衡的转矩质量，需要较大的平衡块。（2）涡旋式压缩机涡旋式压缩机是由一个固定的渐开线涡旋盘和一个呈偏心回旋平动的渐开线运动涡旋盘组成可压缩容积的压缩机。涡旋压缩机的独特设计，使其成为当今世界节能压缩机。涡旋压缩机主要运行件涡盘只有龊合没有磨损，因而寿命更长，被誉为免维修压缩机。现多用于新型的家用空调中，在变频方面，能适应任何频率变频器的变频。在相同条件下，涡旋式压缩机与滚动转子式压缩机相比具有更大的优点：1） 效率高。2） 气缸的利用度较高，多月牙形空间的利用，利用到气缸的80%90%。3） 力矩变化小，振动小，噪声小。4） 结构简单，体积小，质量轻，易损件几乎没有，可靠性高。2.6.4 本次设计选择的压缩机基于本次2HP变频空调设计，从上面的比较中我们可以看出涡旋式压缩机在各方面的优势明显，所以选择涡旋式压缩机作为空调的心脏。再加上变频器，组成涡旋变频压缩机7。涡旋变频压缩机是基于涡旋定速压缩机结构而开发的，所以除具有与结构相对应的涡旋压缩机所固有的优点，如结构简单、高效、高可靠性、振动噪声小外，还具有如下优点：（1）可以软起动，起动电流小，降低对供电系统的干扰。（2）能力调节范围广，能实现空调的连续调节，提高了空调的舒适运行和温度控制精度，并达到节能运行的目的。（3）避免了经常开停压缩机，振动、噪声更小，压缩机的使用寿命更长。（4）独特的压差供油方式，使压缩机内在不同频率运行时，均能确保充足的润滑，压缩机的可靠性更高了。涡旋式压缩机在低温制热工况下的优势：工程应用中较多地采用涡旋变频压缩机设计系统弥补热泵在低温环境下制热能力的不足。有资料表明当室外气温低于5 /7时，其制热能力与标称能力相比将大大降低，制热效果难如人意。这时可通过提高涡旋变频压缩机的运行频率，增加压缩机单位时间内的排气量，从而使更多的制冷剂参与循环，使其制热能力与房间负荷相适应。采用涡旋变频压缩机结合电子膨胀阀的系统方式来提高机组的工况适应能力。涡旋压缩机在运行效率、过热损失及余隙容积损失、压缩平衡、振动、噪声及工况适应性等方面都具有先天的优势，优于活塞式、旋转式压缩机。另外，变频压缩机在能量调节、适应范围、运行效率等方优于定频压缩机，能很好的适应环境温度变化而引起的房间负荷的变化，在室外环境温度较低时，可以使变频压缩机在高频率下工作，使热泵空调器产生较大的供热量，维持室内的供暖需求。而且采用电子膨胀阀在除霜时可开大流量，从而缩短除霜时间。第三章 空调压缩机设计3.1 制冷剂的计算及选择3.1.1 制冷剂参数由制冷和空调设备名义工况一般规定（JB/T 76661995）可以查的空调在名义工况下制冷循环的参数及室内、室外空气参数如下表：表3-1 空调名义工况参数表蒸发温度7.2冷凝温度54.4膨胀阀前液体温度46.1吸气温度18.3室内干球温度27湿球温度19.5室外干球温度35湿球温度24由上表计算可得：过冷度： 过热度：制冷剂是空调的冷媒，在空调中贯穿各大部件，由于它的相变吸放热而制冷和供暖。对于制冷剂的选自要从各个不同的方面考虑，对于本次设计要求R22、R407C和R410A均符合，无法直接进行取舍，需要进行热力计算，按照其单位容积制冷量的大小和所需求压缩机的体积大小进行合理的选择，最后根据制冷剂的环保要求，对制冷剂进行最终的抉择。假设制冷循环为单级制冷循环，其流程图如图3-1所示：图3-1 单级制冷循环流程图单级制冷循环压焓图、温熵图如图3-2所示：图3-2 单级制冷循环的T-s图和p-h图3.1.2 制冷剂热力计算本次设计共选择的三种制冷剂：R22、R407C和R410A，分别对其进行热力计算，对于各制冷剂各状态点的参数采用solkane软件进行计算8。R410A各状态点的参数如表3-2：表3-2 R410A各状态点的参数pTvhs状态点barL/kgkJ/kgkJ/kg19.9818.3028.13435.281.8343233.8591.499.41480.131.86322s33.8584.808.96471.161.8384333.8591.499.41480.131.8632433.8554.301.15295.251.3083433.85461.07277.871.256959.987.138.81277.871.277369.987.226.04423.111.7958R410A热力计算：单位质量制冷量： （3-1）单位容积制冷量： （3-2）压缩机的排气量： （3-3）R22和R410A的计算过程如上，其具体计算结果见表3-3。3.1.3 制冷剂的选择由以上热力计算得结果汇总宇下表：表3-3 热力计算表单位容积制冷量（kJ/）压缩机排气量（/s）R2239561.263910-R407C37821.322110-R410A55968.92510-4对于物理性质相似且都符合设计要求的这三种制冷剂而言，我们选择的原则是比较单位制冷量的大小，按额定制冷量的要求计算压缩机的体积大小，按照压缩机体积大小进行选择。从上述计算结果可得：R410A的单位容积制冷量最大，所需的制冷压缩机理论排气量最小，即压缩机的体积最小，故选择R410A作为本次设计所使用的制冷剂。R410A是一种两元混合制冷剂，它的泡露点温差仅0.2，它也是作为R22的替代物提出来的，虽然在一定的温度下它的饱和蒸气压比R22和R407C的均要高一些，但它的其他性能比R407C要优越。它的容积制冷量在低温工况是比R22还要搞60%，在空调工况时，容积制冷量和制冷系数和R22差不多。与R407C比较，使用R410A的制冷系统具有更小的体积，更高的能量利用率。结论：本次设计所选择制冷剂为R410A。3.2 热力计算及压缩机的设计3.2.1 热力计算9R410A热力计算时实际工况下各状态点的参数值如下： T0=7.2 ; P0=0.998 MPa tk=54.4 ; Pk=3.385 MPa t1=18.3 ; h1=435.28 kJ/kg; v1=28.1310-3 m3/kg t2=91.49 ; h2=480.13 kJ/kg t2s=84.80 ; h2s=471.16 kJ/kg t4=46.1 ; h4=277.87 kJ/kg单位制冷量q0、单位容积制冷量qv及单位理论功w0。 （3-4） （3-5） （3-6）2）单位冷凝热及qk冷凝器的热负荷Qk （3-7） （3-8）3）制冷剂的循环流量qm （3-9）5） 压缩机的理论功率P0和指示功 （3-10）压缩机的指示功率取值范围为0.600.85，对于本次设计去指示功率i=0.8 （3-11）5）机械效率m及轴功率Pe制冷压缩机中m 一般在0.80.9之间，本次设计取值m=0.85 。 （3-12） （3-13）6）轴效率e （3-14）7）电效率el及电功率Pel对于单相和三相内置电动机在名义工况下，在el 的取值范围一般在0.600.95之间，对于大功率的电动机取上限，小功率的取下限。本次实验采用单相的内置电动机，可取el=0.90。 （3-15） （3-16）8）性能系数COP为了最终衡量制冷压缩机的动力经济性，常采用性能系数COP来表示，它是在一定的工况下制冷压缩机的制冷量与所消耗功率只比。对于封闭式压缩机而言： （3-17）9）实际制冷系数s （3-18）10）卡诺循环制冷系数s （3-19）11）热力完善度 （3-20）12）压缩比 （3-21）3.2.2 压缩机的设计压缩机是空调的心脏，是整个装置的核心部件，对于本次设计我们采用直流变频电机驱动的压缩机。由于变频空调通过内装变频器，随时调节空调机心脏压缩机的运转速度，从而做到合理使用能源；由于它的压缩机不会频繁开启，会使压缩机保持稳定的工作状态，这可以使空调整体达到节能30%以上的效果。同时，这对噪音的减少和延长空调使用寿命，有相当明显的作用。下面对涡旋压缩机进行设计10：涡旋体的设计（见图纸）涡旋体的主要几何参数有基圆半径、渐开线发生角、排气开始角、吸气结束角、涡旋体高度、涡旋体厚度及渐开线圈数等。这些参数由以下公式确定。 （3-21）式中 s 吸气结束角（）； * 排气开始角（）； N 渐开线的圈数，可以是非整数； h 涡旋体高度（mm） t 涡旋体厚度（mm）式中的Vs为吸气容积，压力比。P 涡旋体节距（mm）因为 （3-23）式中 a 基圆半径（mm） 渐开线发生角（）由以上公式可知，涡旋型线的几何参数选择没有唯一的结果。因排气压力Pd为压焓图上2点的压力，即Pd = P2 = 33.85bar，吸气压力Ps为压焓图上1点的压力，即Ps = P1 = 9.98bar。 （3-24）取涡旋线，为整数，所以吸气结束角将数据带入式 （3-25） 排气开始角*和渐开线初始角存在函数关系，满足方程： （3-26）式中0是干涉点处渐开线的展角,满足下述超越方程 （3-27）式中 带入数据解 = 53涡旋型线采用圆的渐开线考虑到涡旋盘的整体结构，厚度不宜太薄或太厚，取涡旋体厚度t = 4mm。 （3-28） 则基圆半径 （3-29）涡旋体节距 （3-30）容积比（内压比） （3-31）等熵指数 取1.4由得： （3-32）本次设计采用的是变频压缩机，首先按正常频率50Hz的电机进行计算，其转速为2880r/min。压缩机的容积输气量： （3-33） （3-34）所以 （3-35）设计该压缩机的输入功率为1410W，能效比为3.75则该压缩机的额定制冷量为：涡旋体渐开线计算：涡旋体内壁渐开线方程：涡旋体外壁渐开线方程：电机选择电机采用当今最先进的无刷直流电机无刷直流电动机与普通的交流电动机的最大区别在于其转子是由稀土材料制成的永久磁钢；定子与交流压缩机电机相同，采用漆包线整距集中绕制而成。简单而言，就是把普通直流电动机由永久磁铁组成的定子变成转子，把普通直流电动机需要换向器和电刷提供电源的线圈绕组转子变成定子。图3-3 无刷直流电机的定转