油空氣調(diào)節(jié)用制冷技術(shù)7

1、第三節(jié)第三節(jié) 回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機主講人：張姝建筑環(huán)境與設(shè)備工程教研室第三節(jié)第三節(jié) 回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機u回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機的分類回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機的分類螺桿式螺桿式：容量在1001200kW之間(主要用于空調(diào)及熱泵空調(diào)及熱泵機組)；渦旋式：渦旋式：容量在440kW之間；轉(zhuǎn)子式：轉(zhuǎn)子式：容量在5kW以下(亦稱之為滾動活塞式壓縮機滾動活塞式壓縮機)。u回轉(zhuǎn)式的特點回轉(zhuǎn)式的特點回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機亦屬于容積式壓縮機容積式壓縮機，與活塞式壓縮機相比，容積效率高容積效率高，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，可實現(xiàn)高速化高速化及小型化小型化；回轉(zhuǎn)式壓縮機為滑動密封，對運動部件加工精度較高；采用回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機已

2、成為壓縮機的發(fā)展潮流發(fā)展潮流。 第三節(jié)第三節(jié) 回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機一、螺桿式壓縮機一、螺桿式壓縮機雙螺桿壓縮機；單螺桿壓縮機。1、雙螺桿壓縮機的構(gòu)造、雙螺桿壓縮機的構(gòu)造 主要由兩個相嚙合的螺桿轉(zhuǎn)子組成；與活塞式壓縮機相比，無吸、排氣閥無吸、排氣閥，輸氣量調(diào)節(jié)通過卸載活塞推動卸載滑閥卸載滑閥實現(xiàn)。油缸油缸 輸氣量調(diào)節(jié)輸氣量調(diào)節(jié)指示器指示器 第三節(jié)第三節(jié) 回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機雙雙螺桿壓縮機的結(jié)構(gòu)螺桿壓縮機的結(jié)構(gòu) 陽轉(zhuǎn)子陽轉(zhuǎn)子陰轉(zhuǎn)子陰轉(zhuǎn)子吸氣端吸氣端蓋蓋第三節(jié)第三節(jié) 回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機2、雙螺桿壓縮機的工作過程、雙螺桿壓縮機的工作過程 分為吸氣、壓縮、排氣3個過

3、程，輸氣是周期性的周期性的(不連續(xù)壓縮)。(1)吸氣過程：吸氣過程：如圖(a)所示，陽轉(zhuǎn)子帶動陰轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)至A點，由陰陽轉(zhuǎn)子凸凹齒槽凸凹齒槽、嚙合密封線嚙合密封線、氣缸和端蓋構(gòu)成的V型密封空間型密封空間與吸氣口相通，其體積由最小值向最大值變化。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)至B點位置時， 此V型密封空間開始不與吸氣口相通，該空間容積到達最大值空間容積到達最大值V1，吸氣過程制冷劑壓力為壓力為P1。日本神戶日本神戶齒型齒型吸氣吸氣陽轉(zhuǎn)子陽轉(zhuǎn)子陰轉(zhuǎn)子陰轉(zhuǎn)子(2)壓縮過程：壓縮過程： 如圖(b)所示，從B點起,陰陽轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，兩轉(zhuǎn)子形成的密封密封嚙合線嚙合線向排氣側(cè)移動，V型密封空間體積逐漸減小體積逐漸減小，此空間中的

4、制冷劑被壓縮，此過程進行到位置C，V型密封空間開始與排氣口相通，此時V型密封空間體積為密封空間體積為V2，壓力增至增至P2。 比值V1/V2稱之為螺桿壓縮機的內(nèi)容積比內(nèi)容積比。第三節(jié)第三節(jié) 回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機壓縮壓縮第三節(jié)第三節(jié) 回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機(3)排氣過程：排氣過程： 如圖(c)所示，從C點起，陰陽轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，V型密封空間中的制冷劑被壓入排氣管壓入排氣管，直至轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)至D點，V型密封空間中的氣體被完全排出，排氣過程結(jié)束。(flash3-5)吸氣吸氣陰轉(zhuǎn)子陰轉(zhuǎn)子陽轉(zhuǎn)子陽轉(zhuǎn)子雙螺桿壓縮機的工作過程雙螺桿壓縮機的工作過程仰視圖仰視圖仰視圖仰視圖仰視圖仰視圖俯視圖俯

5、視圖仰視圖仰視圖俯視圖俯視圖第三節(jié)第三節(jié) 回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機3、單螺桿壓縮機的構(gòu)造、單螺桿壓縮機的構(gòu)造 主要由一個螺桿轉(zhuǎn)子螺桿轉(zhuǎn)子和兩個星輪星輪組成，如下圖所示。第三節(jié)第三節(jié) 回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機 因此： 螺桿的每一個個螺槽與一對星輪螺槽與一對星輪可構(gòu)成一個類似于雙作用雙作用的活塞式制冷壓縮機。 星輪星輪螺桿螺桿(6(6個螺槽個螺槽) )排氣孔排氣孔吸氣孔吸氣孔 單螺桿壓縮機與雙螺桿壓縮機不同，在螺桿兩側(cè)對稱配置對稱配置的星輪分別構(gòu)成雙工作腔雙工作腔，各自完成吸氣、排氣、壓縮過程。4、單螺桿壓縮機的工作過程、單螺桿壓縮機的工作過程 第三節(jié)第三節(jié) 回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機回轉(zhuǎn)式

6、制冷壓縮機 壓縮機螺桿有通常有6個螺槽個螺槽，由兩個星輪將其分成上下兩個空間上下兩個空間，各自實現(xiàn)吸氣、壓縮、排氣過程，相當(dāng)于一臺6缸雙作用活塞式壓縮機缸雙作用活塞式壓縮機，其工作過程如下：(1)吸氣過程：吸氣過程： 如圖(a)所示，螺桿的螺槽螺槽在星輪輪齒星輪輪齒尚未嚙與前與吸氣腔相通，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)到一定位置時，星輪輪齒將螺槽封閉，吸氣過程結(jié)束。吸氣吸氣4、單螺桿壓縮機的工作過程、單螺桿壓縮機的工作過程 第三節(jié)第三節(jié) 回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機(2) 壓縮過程：壓縮過程： 如圖(b)所示，吸氣過程結(jié)束后，螺桿繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，星輪輪齒沿螺槽推進星輪輪齒沿螺槽推進，封閉的齒間容積逐漸減小齒間容積逐漸

7、減小，實現(xiàn)氣體的壓縮過程。當(dāng)齒間容積與與排氣孔相通時，壓縮過程結(jié)束。 可見，星輪星輪的作用與活塞式壓縮機中活塞相類似活塞相類似。壓縮壓縮4、單螺桿壓縮機的工作過程、單螺桿壓縮機的工作過程 (3) 排氣過程：排氣過程： 如圖(c)所示，當(dāng)齒間容積與排氣孔連通后，由于螺桿繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，被壓縮氣體通過輸氣孔送至排氣管，直至該星輪輪齒脫離螺槽星輪輪齒脫離螺槽，排氣過程結(jié)束。第三節(jié)第三節(jié) 回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機排氣排氣5、螺桿壓縮機的三種壓縮工況、螺桿壓縮機的三種壓縮工況 與活塞式壓縮機不同，螺桿壓縮機由于無吸、排氣閥，壓縮結(jié)束時封閉空間的壓力僅由旋轉(zhuǎn)體的形狀旋轉(zhuǎn)體的形狀、排氣口的位置排氣口的位置

8、、吸氣壓力吸氣壓力及制冷劑性質(zhì)制冷劑性質(zhì)決定，與排氣管內(nèi)壓力(冷凝壓冷凝壓力力)無關(guān)。因而可能存在三種工況：壓縮終了時封閉空間壓力P2等于排氣排氣管壓力Pk；壓縮終了時封閉空間壓力P2低于排氣排氣管壓力Pk；(欠壓縮欠壓縮)壓縮終了時封閉空間壓力P2高于排氣排氣管壓力Pk。(過壓縮過壓縮)第三節(jié)第三節(jié) 回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機第三節(jié)第三節(jié) 回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機 單位質(zhì)量制冷劑的壓縮功壓縮功為： 吸氣吸氣壓縮壓縮排氣排氣Pdvwc5、螺桿壓縮機的三種壓縮工況、螺桿壓縮機的三種壓縮工況壓縮終了時封閉空間壓力P2等于排氣排氣管壓力Pk；第三節(jié)第三節(jié) 回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機回轉(zhuǎn)式制冷壓縮

9、機5、螺桿壓縮機的三種壓縮工況、螺桿壓縮機的三種壓縮工況壓縮終了時封閉空間壓力P2低于排氣排氣管壓力Pk；(欠壓縮欠壓縮)壓縮壓縮排氣排氣吸氣吸氣第三節(jié)第三節(jié) 回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機5、螺桿壓縮機的三種壓縮工況、螺桿壓縮機的三種壓縮工況壓縮終了時封閉空間壓力P2高于排氣排氣管壓力Pk；(過壓縮過壓縮)壓縮壓縮吸氣吸氣排氣排氣第三節(jié)第三節(jié) 回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機 可見：可見： 在欠壓縮及過壓縮的情況下，壓縮機的功耗均增加。為實現(xiàn)變工況條件下壓縮終了時封閉空間與排氣管壓力的一支，可在壓縮機中增設(shè)內(nèi)容積比調(diào)內(nèi)容積比調(diào)節(jié)裝置節(jié)裝置，自動調(diào)節(jié)內(nèi)容積比。以實現(xiàn)變工況下系統(tǒng)的高效運行。

10、對于內(nèi)容積比固定內(nèi)容積比固定的螺桿壓縮機，一般選用的內(nèi)壓力比內(nèi)壓力比略低于制冷或熱泵機組的額定運行壓力比。第三節(jié)第三節(jié) 回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機6、螺桿壓縮機的優(yōu)點、螺桿壓縮機的優(yōu)點由于無吸、排氣閥，幾乎沒有相對余隙容積沒有相對余隙容積，因而具有較高的容積效率及指示效率。單螺桿壓縮機的工作性能第三節(jié)第三節(jié) 回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機6、螺桿壓縮機的優(yōu)點、螺桿壓縮機的優(yōu)點以螺桿轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運動旋轉(zhuǎn)運動代替活塞式壓縮機活塞的往復(fù)運動往復(fù)運動，不僅其轉(zhuǎn)速可增高，而且振動小。因而同容量條件下，設(shè)備體積較小，并且設(shè)備對地基的要求不高地基的要求不高。通過輸氣量調(diào)節(jié)機構(gòu)可實現(xiàn)無級能量調(diào)節(jié)無級能量

11、調(diào)節(jié)。對濕壓縮不敏感濕壓縮不敏感。 (一方面轉(zhuǎn)速高，壓縮時間短；另一方面氣體與氣缸壁接觸的面積?。灰蚨鼰崃啃?，濕蒸氣不能完全氣化不能完全氣化。)可實現(xiàn)變工況下的高效運行，因而特別適用于工況變化很大的熱泵空調(diào)機組熱泵空調(diào)機組。第四節(jié)第四節(jié) 離心式制冷壓縮機離心式制冷壓縮機 制冷能力大，大型離心式制冷壓縮機的效率接近現(xiàn)代大型立式活塞式制冷壓縮機；(適用于大型中央空調(diào)大型中央空調(diào)系統(tǒng)及石化工業(yè)石化工業(yè)使用)結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕，比同等制冷能力的活塞式制冷壓縮機輕8090，占地面積減少占地面積減少一半一半；沒有磨損部件，工作可靠，維護費用低；運行平穩(wěn)，噪聲低。并且運行時制冷劑不與潤滑油混合不與潤滑油混合

12、。 (因而在蒸發(fā)器及冷凝器的換熱表面不形成油膜，換熱性能好換熱性能好)u 離心式制冷壓縮機的優(yōu)點： u 離心式制冷壓縮機的優(yōu)點： 能夠合理的利用能源。 大型制冷壓縮機的耗電量巨大。為減少發(fā)電設(shè)備、電動機及能量轉(zhuǎn)換過程中的各種各種損失損失，對大型離心式制冷壓縮機可用蒸氣輪機或燃?xì)廨啓C蒸氣輪機或燃?xì)廨啓C直接驅(qū)動，還可再配以吸收式吸收式制冷機制冷機，實現(xiàn)能量的梯級利用或冷、熱、電聯(lián)產(chǎn)冷、熱、電聯(lián)產(chǎn)。 離心式制冷壓縮機的局限：對于材料強度、加工精度及制造質(zhì)量均要求較高；更適合大型或特殊用途大型或特殊用途的場合，小型機效率較低小型機效率較低。第四節(jié)第四節(jié) 離心式制冷壓縮機離心式制冷壓縮機第四節(jié)第四節(jié) 離

13、心式制冷壓縮機離心式制冷壓縮機 一、離心式壓縮機的構(gòu)造一、離心式壓縮機的構(gòu)造 1 1、離心式制冷壓縮機的分類、離心式制冷壓縮機的分類單級離心式壓縮機；(主軸上設(shè)一個葉輪)多級離心式壓縮機。(主軸上設(shè)多個葉輪) 2、單級離心式壓縮機的構(gòu)造、單級離心式壓縮機的構(gòu)造 (多級見flash3-17) 第四節(jié)第四節(jié) 離心式制冷壓縮機離心式制冷壓縮機正視圖正視圖 側(cè)視圖側(cè)視圖 渦室渦室擴壓器擴壓器第四節(jié)第四節(jié) 離心式制冷壓縮機離心式制冷壓縮機 二、離心式壓縮機的工作原理二、離心式壓縮機的工作原理 (1) 葉輪的壓氣作用葉輪的壓氣作用 離心式壓縮機依靠葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用離心力作用，將吸入的低壓氣體壓縮成

14、高壓狀態(tài)。氣體通過葉輪時的速度和壓力變化壓力變化壓力變化速度變化速度變化第四節(jié)第四節(jié) 離心式制冷壓縮機離心式制冷壓縮機 氣流在葉輪中的復(fù)合運動(速度為速度為c)，由兩個分運動合成：氣體沿葉片所形成的流道流過葉輪，其速度稱為相對速度相對速度v。氣體隨葉輪一起旋轉(zhuǎn)，其速度稱之為圓周速度圓周速度u。葉輪中進出口速度三角形11ru22ru葉輪出口處葉輪出口處葉輪入口處葉輪入口處vuc根據(jù)速度三角形21,uucc分別計算進出口氣體的速度，再計算它們在切線方切線方向的分量向的分量：第四節(jié)第四節(jié) 離心式制冷壓縮機離心式制冷壓縮機 假設(shè)通過葉輪的制冷劑流量為Mr kg/s，則進出口氣流對葉輪的動量矩動量矩分別

15、為： 根據(jù)動量矩原理動量矩原理，外力矩外力矩M應(yīng)等于單位時間內(nèi)葉輪進出口動量矩之差，即：11221122rcrcMrcMrcMMuururur2211,rcMrcMurur 則每秒葉輪傳給氣態(tài)制冷劑的功為功為M，每千克氣體所獲得的功量為： c,th稱之為葉輪的理論能量頭理論能量頭。11221122,ucucrcrcMMuuuurthc第四節(jié)第四節(jié) 離心式制冷壓縮機離心式制冷壓縮機 一般離心式制冷壓縮機氣流均沿軸向進入葉輪沿軸向進入葉輪，即在葉輪進口處氣體流速在圓周切線方向的投影為0，因此：222222222,uuucucwuuuthc u2葉輪出口處氣流切線分速度系數(shù)氣流切線分速度系數(shù)。 可見

16、，離心式壓縮機產(chǎn)生的理論能量頭理論能量頭只與葉輪外緣圓周速度外緣圓周速度及流動情況流動情況有關(guān)，而與制冷劑性質(zhì)制冷劑性質(zhì)無關(guān)。 (2) 離心式制冷壓縮機氣體被壓縮所需要的能量頭 在理想條件下，需要的能量頭等于壓縮機的理論功耗理論功耗，即： wc,thh2h1第四節(jié)第四節(jié) 離心式制冷壓縮機離心式制冷壓縮機 在實際的壓縮過程中，由于摩擦摩擦及氣體的吸熱吸熱，氣體壓縮所需要的能量頭大于壓縮機的理論耗功量，即：adthcww, 式中：離心式制冷壓縮機的絕熱效率絕熱效率，一般為0.70.8。 可見，氣體被壓縮時實際所需要的能量頭與運行工況運行工況及制冷劑的性質(zhì)制冷劑的性質(zhì)有關(guān)。即使在同一工況下，不同制冷

17、劑所需的能量頭也不同。 一般說來，氣體分子量越大分子量越大，所需能量頭反而小能量頭反而小。(見課本P72)第四節(jié)第四節(jié) 離心式制冷壓縮機離心式制冷壓縮機(3)葉輪外緣圓周速度和最小制冷量葉輪外緣圓周速度和最小制冷量 由于各種能量損失，氣態(tài)制冷劑所獲得的能量頭恒小于理論能量頭，即： 式中 h水力效率；壓力系數(shù)。 可見， 葉輪外緣圓周速度越大圓周速度越大，氣體獲得的能量頭越大能量頭越大。但受葉輪材料強度的限制，u2不宜大于275m/s。受流動阻力的制約，馬赫數(shù)馬赫數(shù)Mu2也不宜太大，一般取1.31.5。22222,uuwwuhthch第四節(jié)第四節(jié) 離心式制冷壓縮機離心式制冷壓縮機 離心式制冷壓縮機

18、對制冷劑制冷劑的要求 為減少葉輪級數(shù)，簡化離心式壓縮機構(gòu)造，要求氣體的能量頭較小。因此，離心式壓縮機較多采用分子量大分子量大的制冷劑，如R125、R134a等。離心式壓縮機對轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速的要求 為獲得足夠的葉輪外緣圓周速度，要求葉輪轉(zhuǎn)速較高；并且直徑越小，轉(zhuǎn)速要求越高，一般在500015000r/min。離心式制冷壓縮機對最小制冷量最小制冷量的要求 受加工工藝的限制，葉輪直徑一般不宜小于200250mm)。此外，離心式壓縮機轉(zhuǎn)速很高。因此，其排氣量很大，即使采用單位容積制冷能力小的制冷劑，單級容量也不宜小于500kW。 (適用于大型制冷裝置，如中央空調(diào)中央空調(diào)、大型冷庫大型冷庫、石化工業(yè)石化工業(yè)等

19、) 第四節(jié)第四節(jié) 離心式制冷壓縮機離心式制冷壓縮機三、離心式壓縮機的特性 (1) 離心式壓縮機的特性曲線 離心式壓縮機的特性離心式壓縮機的特性喘振點喘振點效率最高點效率最高點(設(shè)計點設(shè)計點)設(shè)計轉(zhuǎn)速特性曲線 在設(shè)計點轉(zhuǎn)速下設(shè)計點轉(zhuǎn)速下離心式壓縮機的特性曲線。 依次遞增依次遞增第四節(jié)第四節(jié) 離心式制冷壓縮機離心式制冷壓縮機(2) 離心式壓縮機的設(shè)計轉(zhuǎn)速特性離心式壓縮機的設(shè)計轉(zhuǎn)速特性 離心式壓縮機的設(shè)計轉(zhuǎn)速特性 設(shè)計點設(shè)計點喘振點喘振點最大流量點最大流量點設(shè)計點D： 在該工況點壓縮機效率最高效率最高，偏離此點越遠(yuǎn)，效率下降越多。喘振點S： 在該工況點氣體獲得的能量頭能量頭最大最大。喘振喘振：由于冷

20、凝壓力升高導(dǎo)致離心式壓縮機排氣口氣體來回倒流撞擊現(xiàn)象來回倒流撞擊現(xiàn)象稱之為喘振。工作范圍工作范圍第四節(jié)第四節(jié) 離心式制冷壓縮機離心式制冷壓縮機 離心式壓縮機發(fā)生喘振的危害危害造成周期性的噪聲增大和振動；高溫氣體倒流充入壓縮機將引起壓縮機殼體和軸承溫度升高殼體和軸承溫度升高。如不及時采取措施，將損壞壓縮機。 離心式壓縮機發(fā)生喘振的原因原因主要是冷凝壓力過高冷凝壓力過高或吸氣壓力過低吸氣壓力過低；壓縮機制冷能力調(diào)節(jié)過低制冷能力調(diào)節(jié)過低(輸氣量過低，低于喘振點以下)。 防止離心式壓縮機發(fā)生喘振的措施措施維持壓縮機運行過程中冷凝壓力運行過程中冷凝壓力和蒸發(fā)壓力的穩(wěn)定蒸發(fā)壓力的穩(wěn)定；旁通調(diào)節(jié)法：當(dāng)制冷劑

21、流量需調(diào)節(jié)到喘振點以下時，從壓縮機出口引出一部分制冷劑不經(jīng)冷凝直接返回壓縮機吸氣管不經(jīng)冷凝直接返回壓縮機吸氣管。 離心式壓縮機的設(shè)計轉(zhuǎn)速特性 第四節(jié)第四節(jié) 離心式制冷壓縮機離心式制冷壓縮機(3) 影響離心式壓縮機制冷量的因素影響離心式壓縮機制冷量的因素工作范圍工作范圍一方面，冷凝壓力越高冷凝壓力越高、蒸發(fā)壓力越低蒸發(fā)壓力越低，氣態(tài)制冷劑被壓縮所需的能量頭越大。另一方面，在離心式壓縮機工作范圍，氣體獲得的能量頭越大能量頭越大，制冷劑排氣量越排氣量越小小。 可見，離心式壓縮機的排氣量排氣量隨冷凝冷凝壓力的升高壓力的升高和蒸發(fā)壓力的降低蒸發(fā)壓力的降低而減小減小。因而制冷量制冷量也相應(yīng)減少。 蒸發(fā)溫度對離心式壓縮機制冷量的影響蒸發(fā)溫度對離心式壓縮機制冷量的影響 第四節(jié)第四節(jié) 離心式制冷壓縮機離心式制冷壓縮機蒸發(fā)溫度對制冷量的影響 可見：離心式壓縮機制冷量制冷量的隨蒸發(fā)溫度的下蒸發(fā)溫度的下降降而下降下降；離心式壓縮機受蒸發(fā)溫度的影響程度比活塞式壓縮機大。轉(zhuǎn)速和冷凝溫度一定轉(zhuǎn)