高速动车组技术421空调系统的制冷原理79课件

《高速动车组技术》课程武汉铁路职业技术学院王静4-2-1空调系统的制冷原理目录CONTENTS01制冷原理02制冷剂03制冷压缩机制冷原理为了更好地了解动车组空调系统的工作原理及控制方法，首先应该了解空调系统的制冷原理和空气压缩机的工作原理。空调系统的制冷原理。

用一定的方法使物体或空间的温度低于周围环境介质的温度,并且使其维持在某一范围内，这个过程称为制冷。制冷原理为了维持车厢内的温度比环境温度低，就必须把进入车内的余热不断地转移到周围环境中去。一般情况下，这些热量包括:1）车内外温差通过车内传入的热量、2）太阳辐射热传人车内的热量、3）旅客散发的热量以及机电设备的散热、4）车内换气带入热量等部分。制冷装置就能起转移热量的作用,因此制冷装置是空调客车不可缺少设备。制冷原理许多物质在发生相变时，都有放热或吸热的现象发生。在一定压力下,当液态制冷剂的温度达到沸点（又称饱和温度）时，液体就会沸腾并吸收汽化热。在制冷技术中，习惯把液体的沸腾称为蒸发，因此液体的沸点（或饱和温度）也就被称为蒸发温度，液体沸腾吸热的容器被称为蒸发器。在相同压力下，不同的制冷剂有不同的蒸发温度和汽化热;对同一种制冷剂，压力不同时其对应的蒸发温度也不同，压力越高，蒸发温度也越高。制冷原理

与吸热汽化相反，制冷剂蒸气的温度降低到饱和温度时，气体会放出热量而冷凝成液体，这时的饱和温度称为冷凝温度。如果用环境介质（如水或空气）来吸收制冷剂冷凝时放出的热量，那么制冷剂蒸气的冷凝温度必须高于环境介质的温度。人们知道制冷剂蒸气的冷凝温度随压力升高而升高，因此只要用压缩机将制冷剂蒸气压缩到所需冷凝温度相对应的饱和压力以上，就能用环境介质来冷却，使制冷剂蒸气冷凝成液体。

发生冷凝过程的容器称为冷凝器。制冷原理

从冷凝器流出的液体制冷剂，仍是种高温高压的液体，它不能直接流人蒸发器进行沸腾吸热，而必须先使它的温度压力降下来，实现降温降压的装置是膨胀阀或毛细管。制冷剂在通过膨胀阀的节流小孔或通过一定长度的毛细管时，由于阻力造成压力降低，随着压力的降低，其饱和温度也随之降低，部分制冷剂吸收其他制冷剂的热量而迅速汽化成饱和蒸气，使其他制冷剂的温度也同时降低，因此从膨胀阀或毛细管流出的是低温低压的液态制冷剂和少量气态制冷剂的混合物。制冷原理低温低压的制冷剂重新进人蒸发器沸腾吸热，最终使客室温度降下来，这就是蒸气压缩制冷机的工作原理，如图所示。蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀（或毛细管）四个部件用管路连成一个封闭的循环系统，制冷剂在蒸发器中由液态变成气态，吸收流过蒸发器表面空气的热量;制冷原理低温低压的气态制冷剂被压缩机吸人并压缩成高温高压的气体，送入冷凝器;在冷凝器中的制冷剂蒸气被环境空气所冷却，放出热膨胀阀量而冷凝成液体;从冷凝器流出的高温高压液态制冷剂经过膨胀阀的小孔时，发生节流降压（或者流经毛细管时，因毛细管的阻力而发生降压）,在降压的同时部分制冷剂汽化，在膨胀阀或毛细管的出口获得了低温低压状态的制冷剂。制冷原理该制冷剂又进人蒸发器蒸发吸热，如此周而复始地循环。制冷剂在封闭的制冷系统中经历压缩、冷凝、节流和蒸发这四个过程就完成一次制冷循环，压缩机不断消耗功（电能）,而蒸发器则不断吸收空气中的热量，并将这部分热量连同压缩机消耗的功一起通过冷凝器排向大气，从而实现了热量由低温环境（客室温度一般在25°C左右）向高温环境（环境温度可高达35°C）转移，达到了制冷的目的。制冷原理在制冷系统中，将被冷却介质的热量转移到环境介质（空气或水）中去的工作物质称为制冷剂。如在蒸气压缩式制冷装置中，是通过制冷剂在蒸发器中吸收被冷却介质的热量而汽化，然后在冷凝器中向环境介质放出热量而冷凝的相态变化过程来实现制冷的。制冷剂的性能直接影响到制冷装置能否安全、有效和经济地工作。制冷剂

按照常温下的冷凝压力和标准大气压下的蒸发温度的高低，制冷剂通常分成三类:低压高温制冷剂（如R1I、R21）、

中压中温制冷剂（如RI2、R22）、高压低温制冷剂（如R13、R23）。氟利昂制冷剂大多无毒，没有燃烧和爆炸的危险;对金属没有腐蚀作用;绝热指数小，压缩机的排气温度低;化学稳定性高，凝固点低，故被广泛应用。EMU动车组空调装置采用R22作为制冷剂。制冷剂

制冷压缩机是蒸气压缩式制冷装置的重要组成部分，起着压缩和输送制冷剂的作用。根据压缩机的工作原理不同，可以分为容积型和速度型两大类。容积型主要有活塞式、涡旋式和螺杆式压缩机，速度型主要指离心式压缩机。制冷压缩机

一台空调机，大约90%的耗电量是用于压缩机的，因此提高压缩机的效率可以明显改善空调设备的能效比。同时，对于热泵式空调器，能量可以控制并可作反向循环的压缩机正逐步推广使用。另外尺寸小、重量轻、噪声振动小的要求，使得往复活塞式压缩机逐步被回转式压缩机替代，涡旋式压缩机作为比较新型的回转式压缩机被推上了空调压缩机的市场。在EMU动车组采用的空调系统中，就选用了全封闭涡旋式制冷压缩机。制冷压缩机

涡旋式压缩机压缩部分的结构如图所示，主要由静涡旋体、动涡旋体、十字环、曲轴和机架等几个主要零部件组成。动、静涡旋体按1809相位差组装在一起，两者之间有数点接触并形成数个月牙形气室的系列。静涡旋体固定在机架上，动涡旋体由短冲程曲轴驱动而绕静涡旋体的中心轴线摆动，两个渐开线形螺旋线壁面上的一对接触点沿着螺旋线移动。两个涡旋体之间的相对角度靠-一个能限制回转的耦合机构维持不变，此耦合机构位于动涡旋体底板背部与静止零件之间。制冷压缩机当曲轴旋转（顺时针方向）带动动涡旋体摆动，气体从周边进人气室并随着接触点的移动而被吸入。曲轴旋转一周时吸气过程结束，曲轴旋转第二周时，第周被吸

人的气体开始压缩，而静涡旋体最外圈又开始与动涡旋体构成新的吸气腔进行吸气。随着曲轴的不停旋转，气体逐步被压缩而驱向位于静涡旋体中心的排气口。当曲轴回转约两周半时，被压缩了的气体由排气口排出。所以曲轴每旋转-L周，就形成了一对新的气室，并在旋转两周半以后排出。如此周而复始地重复这一过程，实现制冷剂的压缩和输送排出。制冷压缩机

全封闭涡旋式压缩机结构的剖面图如图所示。动、静涡旋体位于压缩机的上部，电动机位于下部，压缩机的底壳作为油池。气体从顶部的吸气管进人到涡旋体的四周，压缩后的气体经静涡旋体顶部的排气口进人到排气腔室再经排气通道到电动机室，冷却电动机后经机体上的排气管排出。曲由安装在机架上的轴承支承，一个主轴承是滚柱轴承，在连接曲轴与动涡旋体的曲拐处则使用滑动轴承。这种轴承用种新材料制成，

可保证润滑油起沫造成黏度降低、润滑不充分时仍能正常工作。制冷压缩机润滑油借助于排气压力和排气通道的中压之间的压差供给曲轴，又通过曲轴中的油孔将润滑油送到各轴承处，而后经背压腔、背压孔进人压缩气室，最后随气体一起排出。

在排气腔室内分离出来的油润滑涡旋板的滑动摩擦面，其余的油在电动机室内与制冷剂分离并存贮在压缩机底壳。制冷压缩机涡旋式压缩机的特点：制冷压缩机1.压缩机效率较高涡旋式压缩机依靠动、静涡旋体之间有数点接触，形成数个气室，随着接触点的移动，气室所包围的容积也随之变化，从而完成吸气、压缩、排气这--系列工作过程。相邻两气室的压差小于排气压力和吸气压力之差，因而在压缩过程中气体漏泄量很少;又由于排气口与低压吸气侧分开，不存在余隙容积内气体膨胀而减少气体吸人的问题。因而涡旋式压缩机有较高的容积效率，并且在很宽的压比范围内都有较高的容积效率，这就使涡旋式压缩机特别适用于热泵型空调机。2.压缩机可靠性高没有吸排气阀装置，不存在阀片损坏故障和阀片的流量损失，提高了压缩机的可靠性。制冷压缩