第三章制冷壓縮機(jī)

第三章制冷壓縮機(jī)3-1活塞式制冷壓縮機(jī)的性能

3-2活塞式制冷壓縮機(jī)的構(gòu)造

3-3回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機(jī)

1、滾動轉(zhuǎn)子式制冷壓縮機(jī)

2、渦旋式制冷壓縮機(jī)

3、螺桿式制冷壓縮機(jī)

3-4離心式制冷壓縮機(jī)速度型：機(jī)械能工質(zhì)動能工質(zhì)壓力能

離心式

容積型：利用工作容積變化吸入和壓縮工質(zhì)

往復(fù)活塞式

回轉(zhuǎn)式概述1、制冷壓縮機(jī)的作用2、制冷壓縮機(jī)的分類按工作原理制冷和空調(diào)用壓縮機(jī)的分類及結(jié)構(gòu)示意圖§3-1活塞式制冷壓縮機(jī)的構(gòu)造一、活塞式制冷壓縮機(jī)的分類按氣缸布置方式臥式直立式角度式W型角度式V型角度式Y(jié)型角度式S型臥式直立式角度式開啟式封閉式原動機(jī)和壓縮機(jī)分開設(shè)置。需設(shè)軸封裝置，以防制冷劑泄漏和空氣滲入。半封閉式全封閉式根據(jù)構(gòu)造：開啟式半封閉式：壓縮機(jī)與電機(jī)共機(jī)體和主軸。無需軸封裝置。機(jī)體可拆卸。電動機(jī)與制冷劑和潤滑油相接觸。全封閉式：

壓縮機(jī)與電動機(jī)共機(jī)體和主軸，封裝在機(jī)殼中。無需軸封裝置。不易拆卸。電動機(jī)與制冷劑和潤滑油相接觸。主要用于大批量生產(chǎn)的小制冷量壓縮機(jī)。優(yōu)點：密封性好、噪聲小、體積小。缺點：不易維修(設(shè)計壽命10-15年)二、開啟式活塞制冷壓縮機(jī)的構(gòu)造1、機(jī)體

2、活塞及曲軸連桿機(jī)構(gòu)

3、氣缸套及進(jìn)排氣閥組

4、能量調(diào)節(jié)裝置

5、潤滑系統(tǒng)以8AS-12.5型開啟式活塞制冷壓縮機(jī)為例8缸氨氣缸扇形布置氣缸直徑為125mm1、機(jī)體氣缸體曲軸箱8AS-12.5型活塞式制冷壓縮機(jī)的總體結(jié)構(gòu)2、活塞及曲軸連桿機(jī)構(gòu)

氣環(huán)：保證氣缸與活塞間的密封油環(huán)：活塞向上運動時，布油；向下運動時，刮油活塞環(huán)活塞頂部形狀與氣缸頂部閥座形狀相適應(yīng)，以減小余隙容積。通過活塞銷與連桿相連。連桿種類：剖分式、整體式將曲軸的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊耐鶑?fù)運動小頭通過活塞銷與活塞連接大頭通過曲柄銷與曲軸連接曲軸壓縮機(jī)全部功率通過曲軸輸入。常見：曲拐軸、偏心軸多用于小型全封閉或半封閉式壓縮機(jī)中。3、氣缸套及進(jìn)排氣閥組

氣缸套用于大、中型壓縮機(jī)。氣缸套磨損后可更換。氣缸套及進(jìn)排氣閥組

4、能量調(diào)節(jié)裝置

旁通法

將吸、排氣腔連通，使部分排氣直接返回吸氣腔

卸載法使吸氣閥保持開啟狀態(tài)，從而使氣缸排氣量為零

調(diào)速法改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)多缸活塞式制冷壓縮機(jī)多用此法頂桿啟閥機(jī)構(gòu)油壓推桿機(jī)構(gòu)至卸載機(jī)構(gòu)至卸載機(jī)構(gòu)

活塞式制冷壓縮機(jī)潤滑系統(tǒng)示例5、潤滑系統(tǒng)

作用：減少摩擦帶走摩擦熱量向能量調(diào)節(jié)裝置供油二、封閉式活塞制冷壓縮機(jī)半封閉式活塞制冷壓縮機(jī)

全封閉式活塞制冷壓縮機(jī)

§3-2活塞式制冷壓縮機(jī)的性能41:吸氣過程一、工作過程理

想

工

作

過

程p1234V12:壓縮過程23:排氣過程氣缸工作容積：理論輸氣量（活塞排量）：理想過程中，壓縮機(jī)單位時間吸入的低壓氣體體積LVh與制冷劑種類和壓縮機(jī)運行工況無關(guān)容積效率(輸氣系數(shù)):實際輸氣量與理論輸氣量之比影響因素:余隙系數(shù)余隙容積余隙容積吸排氣閥阻力吸氣預(yù)熱內(nèi)部滲漏節(jié)流系數(shù)預(yù)熱系數(shù)氣密系數(shù)1234pVVcVgV1DV1p2p11234pV1、余隙系數(shù)lvVcVgV1DV1p2p1相對余隙容積(壓縮比、制冷劑、壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)…）lv

=f壓縮比相對余隙容積余隙系數(shù)2、節(jié)流系數(shù)lp3、預(yù)熱系數(shù)lt吸氣閥阻力吸氣過程壓力排氣過程壓力吸氣過程，氣缸壁氣體熱量排氣閥阻力△P1

lpP1(p1、p2、壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)、制冷劑…）lt

=fP2

ltP1全封閉式：開啟式：λt

=T0/Tk經(jīng)驗公式機(jī)器和工質(zhì)確定后，主要影響因素：4氣密系數(shù)ll活塞、氣缸間隙氣閥關(guān)閉不嚴(yán)或關(guān)閉滯后氣體從高壓部分向低壓部分泄漏=f（壓縮比，氣閥性能，制造精度…）P2

llP1影響hv因素：

壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)，制冷劑，吸氣壓力,排氣壓力，吸、排氣閥阻力…蒸發(fā)壓力/蒸發(fā)溫度冷凝壓力/冷凝溫度Pk

hvP0立式和V型氨壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)適用高速多缸,n>720rpm,C=3~4%氨:m=1.28;氟利昂:m=1.18經(jīng)驗公式二、活塞式制冷壓縮機(jī)的性能1、活塞式制冷壓縮機(jī)的制冷量實際輸氣量：制冷量：制冷量、耗功率、性能系數(shù)f(tk

,to)或

f(pk

,po)3ph21pkp042、活塞式制冷壓縮機(jī)的耗功率理論功率Pth

—可逆絕熱壓縮過程的耗功率

指示功率Pi－壓縮工質(zhì)實際消耗的功率Pi

>

Pth指示功率Pi理論功率Pth

指示效率hi=理論功率Pth

指示效率hi指示功率Pi=圖表或經(jīng)驗公式壓縮比增大，指示效率降低立式和V型氨壓縮機(jī)的指示效率摩擦功率Pm－克服機(jī)械摩擦消耗的功率(通常計入油泵功率)指示功率機(jī)械功率軸功率軸功率Pe—電動機(jī)傳到壓縮機(jī)主軸上的功率軸功率Pe指示功率Pi

摩擦效率hm

=摩擦效率hm指示功率Pi

軸功率Pe

=摩擦效率hm理論功率Pth

=指示效率hi?軸效率he=hihm壓縮機(jī)的總效率0.65~0.72用于評價壓縮機(jī)主軸輸入功率的利用程度壓縮比↑，機(jī)械效率↓hd電動機(jī)輸出功率P=余量附加系數(shù)Pe

電動機(jī)輸入功率heP

電動機(jī)效率hi

hm

hd

hePth

=傳動效率：直聯(lián)為1三角皮帶聯(lián)接為0.90~0.95Pin=選用電動機(jī)時，電動機(jī)額定功率hdPe

P

=(1.1~1.15)3、活塞式制冷壓縮機(jī)的性能系數(shù)性能系數(shù):

COP＝Q0

／Pe封閉式壓縮機(jī)的能效比:

EER＝Q0

／Pin三、影響活塞式制冷壓縮機(jī)性能的主要因素制冷量：軸功率：Pth

hihmPe

=性能系數(shù):

COP＝Q0

／Pef(tk

,to)或

f(pk

,po)以理論循環(huán)為例，分析t0和tk對壓縮機(jī)性能的影響。hv=1,hi=hm=1制冷量：軸功率：Pth

hihmPe

==Vh

w0/v11.冷凝溫度的影響342ph2'14'3'冷凝溫度升高，則q0v1=Q0w0v1=PeCOP有極值2.蒸發(fā)溫度的影響蒸發(fā)溫度降低，則q0v1？Q0w0v1PeCOP4'1'1hp432'2q0w0Pe

=Vh

w0/v1活塞式制冷壓縮機(jī)性能曲線四、活塞式制冷壓縮機(jī)的工況名義工況（銘牌工況）：

用以比較/標(biāo)示不同活塞式制冷壓縮機(jī)的性能。中型活塞式單級制冷壓縮機(jī)名義工況（GB10874-89）例：某單級蒸氣壓縮氨制冷系統(tǒng)，制冷量200kW，為某生產(chǎn)工藝提供低溫鹽水，鹽水溫度為-5oC，冷凝器所用冷卻水溫度為32oC。（取蒸發(fā)溫度比鹽水溫度低5oC，冷凝溫度比冷卻水溫高8oC，冷凝器出口液體有10oC的過冷度，壓縮機(jī)吸氣無過熱，壓縮機(jī)指示效率為0.8）。

1）畫出循環(huán)的壓焓圖。

2）計算單位質(zhì)量制冷量、理論比功、指示比功、單位冷凝熱。

3）計算指示功率、指示制冷系數(shù)和熱力完善度。2）查表得各狀態(tài)點的焓狀態(tài)點h（kJ/kg）1167021920355045501）壓焓圖解：單位質(zhì)量制冷量：理論比功：指示比功：壓縮機(jī)出口氣體的焓：單位質(zhì)量冷凝負(fù)荷：3）制冷劑流量：指示功率：指示制冷系數(shù)：

逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)：熱力完善度：

1、根據(jù)工作原理，制冷壓縮機(jī)可以分為哪兩類？它們的工作原理有何不同？2、總結(jié)開啟式和封閉式活塞制冷壓縮機(jī)主要不同之處。3、活塞式制冷壓縮機(jī)概括起來可分為哪五部分？4、活塞式壓縮機(jī)的理論排氣量和什么因素有關(guān)？5、容積效率是哪四個系數(shù)的乘積？分別表示什么因素對容積效率的影響？6、何為往復(fù)式活塞制冷壓縮機(jī)的理論功率、指示功率、摩擦功率、軸功率？它們之間有何關(guān)系？何為指示效率、機(jī)械效率、軸效率？作業(yè)F§3-3回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機(jī)容積型螺桿式往復(fù)活塞式：通過活塞的往復(fù)運動改變工作容積回轉(zhuǎn)式：通過回轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)運動改變工作容積滾動轉(zhuǎn)子式(滾動活塞式）渦旋式一、滾動轉(zhuǎn)子式制冷壓縮機(jī)利用偏心軸上圓筒形轉(zhuǎn)子在氣缸內(nèi)的轉(zhuǎn)動來改變工作容積，實現(xiàn)氣體的吸入、壓縮和排出。工作原理滾動活塞式工作容積滾動活塞外表面、氣缸內(nèi)表面、端蓋構(gòu)成滑板與滾動活塞外表面緊密接觸，將工作腔分為吸氣腔和排氣腔。位置ⅠⅡⅢⅣⅣ吸氣腔吸氣吸氣吸氣吸氣吸氣結(jié)束排氣腔壓縮壓縮開始排氣排氣結(jié)束與吸氣腔連通

轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)一周，平均完成一個工作循環(huán)。工作過程

余隙容積小

有排氣閥，無吸氣閥

滑片與滾動轉(zhuǎn)子間為滑動密封

僅滑片作往復(fù)運動滾動轉(zhuǎn)子式制冷壓縮機(jī)的特點余隙容積??；吸排氣壓損小

容積效率高

易損件少，運行可靠

零部件少，結(jié)構(gòu)簡單，體積小、重量輕

振動小，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)僅滑片有較小的往復(fù)慣性力

加工精度要求較高密封線較長，密封性能較差

泄漏損失較大立式：多用于空調(diào)器開啟式全封閉式臥式：多用于冰箱二、渦旋式制冷壓縮機(jī)工作原理工作容積靜渦盤、動渦盤和機(jī)體構(gòu)成

通過動渦盤繞靜渦盤中心作公轉(zhuǎn)（動渦盤不自傳）來改變工作容積，實現(xiàn)氣體的吸入、壓縮和排出。外側(cè)中部內(nèi)側(cè)圖a吸氣完成排氣圖b吸氣壓縮排氣圖c吸氣壓縮排氣圖d吸氣壓縮結(jié)束排氣結(jié)束渦旋式制冷壓縮機(jī)的工作過程無余隙容積吸氣有害過熱度小無吸氣閥，壓損小泄漏小曲軸矩變化小吸、排氣壓力脈動小運動速度低，摩擦損失小渦旋式制冷壓縮機(jī)特點

容積效率高無余隙容積吸氣有害過熱度小吸排氣壓損小泄漏小可達(dá)0.95以上

壓縮機(jī)總效率高無進(jìn)排氣閥組，流阻小；運動速度低，摩擦損失小

振動小、噪聲低

結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高零件數(shù)目與滾動轉(zhuǎn)子及往復(fù)式之比為1:3:7，體積比往復(fù)式小40%，質(zhì)量輕15%；易損件少

加工和裝配精度要求高曲軸矩變化??；吸、排氣壓力脈動小應(yīng)用場合：目前以小容量為主，制冷量1~15kW范圍內(nèi)。三、螺桿式制冷壓縮機(jī)雙螺桿式制冷壓縮機(jī)陽轉(zhuǎn)子(主動轉(zhuǎn)子)：有凸齒的轉(zhuǎn)子兩個相互嚙合、旋向相反的螺桿轉(zhuǎn)子陰轉(zhuǎn)子(從動轉(zhuǎn)子)：有凹齒槽的轉(zhuǎn)子雙螺桿單螺桿陽轉(zhuǎn)子陰轉(zhuǎn)子工作容積：由凸凹齒面、機(jī)體內(nèi)壁面、端蓋構(gòu)成的空間吸氣陽轉(zhuǎn)子陰轉(zhuǎn)子排氣陰轉(zhuǎn)子陽轉(zhuǎn)子工作原理：隨著轉(zhuǎn)子在機(jī)體內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運動，使工作容積由于齒的侵入或脫開而不斷發(fā)生變化，從而達(dá)到吸氣、壓縮和排氣的目的。

壓縮工作過程：吸氣過程——V形空間與吸氣口連通，不斷增大壓縮過程——V形空間與吸氣口斷開，不斷減小排氣過程——V形空間與排氣口連通，減小至零單螺桿式制冷壓縮機(jī)一個螺桿轉(zhuǎn)子兩個星輪排氣孔工作原理：通過螺桿帶動星輪旋轉(zhuǎn)來改變工作容積，完成吸氣、壓縮、排氣過程。工作容積：由螺桿螺槽、氣缸壁、星輪齒頂面構(gòu)成單螺桿式制冷壓縮機(jī)通常有6個螺槽，由兩個星輪將其分成上下兩個空間，各自完成吸氣、排氣、壓縮過程。排氣壓縮吸氣單螺桿式壓縮機(jī)的工作過程螺桿式制冷壓縮機(jī)的特點：

構(gòu)造簡單、體積小、易損件少、可靠性高基本無余隙容積吸排氣壓損小

容積效率高

無往復(fù)慣性力，平衡性好，振動小

對濕壓縮不敏感

雙螺桿式可實現(xiàn)無級能量調(diào)節(jié)

無內(nèi)容積比調(diào)節(jié)裝置時，可能出現(xiàn)欠壓縮或過壓縮

可在高壓比下工作排氣溫度低容積效率高

螺桿壓縮機(jī)中，終壓由旋轉(zhuǎn)體形狀、排氣口位置、吸氣壓力及制冷劑性質(zhì)決定。三種情況：終壓P2等于Pk；終壓P2低于Pk(欠壓縮)終壓P2高于Pk

(過壓縮)吸氣壓縮排氣壓縮吸氣排氣壓縮排氣吸氣§3-4離心式制冷壓縮機(jī)速度型

渦室擴(kuò)壓器單級離心式壓縮機(jī)：主軸上設(shè)一個葉輪多級離心式壓縮機(jī)：主軸上設(shè)多個葉輪

葉輪：隨主軸高速旋轉(zhuǎn)，提高氣體速度和壓力。一、離心式制冷壓縮機(jī)的工作原理和工作過程擴(kuò)壓器：降低高速氣流速度，提高其壓力。渦室：收集擴(kuò)壓器后氣體并引出，也起一定減速擴(kuò)壓作用吸氣室：引導(dǎo)氣體均勻進(jìn)入葉輪單級離心式壓縮機(jī)壓力變化速度變化氣體通過葉輪:壓力由A→B，速度由D→E氣體通過擴(kuò)壓器:壓力由B→C，速度由E→F離心式壓縮機(jī)中氣體壓力速度變化理論功耗wc,th：可逆絕熱壓縮過程消耗的功，亦即理想壓縮過程所需能量頭。實際功耗w：制冷劑壓縮過程實際需要的能量頭。絕熱效率一般0.7~0.8

氣體被壓縮時實際所需要的能量頭與運行工況及制冷劑的性質(zhì)有關(guān)。

葉輪外緣圓周速度越大，氣體獲得的能量頭越大

氣體分子量越大，所需能量頭反而小。二、離心式制冷壓縮機(jī)的特點

制冷能力大，適用于大型制冷系統(tǒng)轉(zhuǎn)數(shù)高，一般5000~15000r/min；受加工工藝限制，葉輪直徑一般不宜小于200～250mm；單機(jī)容量不宜小于500kW。

結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕比同等制冷能力的活塞式輕80～90％，占地面積約減少一半

無磨損部件，工作可靠，維護(hù)費用低

運行平穩(wěn)，噪聲低

蒸發(fā)器和冷凝器傳熱性能好運行時制冷劑基本不與潤滑油接觸，換熱表面不形成油膜

對材料強(qiáng)度、加工精度及制造質(zhì)量要求高

大型離心式制冷壓縮機(jī)可用蒸氣輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)直接帶動，以經(jīng)濟(jì)、合理地使用能源三、離心式壓縮機(jī)的特性離心式壓縮機(jī)的特性曲線設(shè)計點喘振點最大流量點工作范圍喘振工況：當(dāng)流量減少到S點以下時