制冷壓縮機(jī)能量調(diào)節(jié)

章制冷壓縮機(jī)

2020/12/181第一節(jié)制冷壓縮機(jī)的分類

在蒸氣壓縮式制冷裝置中，選用了各種類型的制冷壓縮機(jī)。它們是裝置中的關(guān)鍵核心設(shè)備，對系統(tǒng)的運(yùn)行性能、噪聲、振動(dòng)、使用壽命和節(jié)能有著決定性的作用。2020/12/182

根據(jù)蒸氣壓縮的原理，壓縮機(jī)可分為容積型和速度型兩種基本類型。容積型壓縮機(jī)：通過對運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)作功，減少壓縮空間容積來提高蒸氣壓力，以完成壓縮功能。速度型壓縮機(jī)：則由旋轉(zhuǎn)部件連續(xù)將角動(dòng)量轉(zhuǎn)換給蒸氣，再將該動(dòng)量轉(zhuǎn)為壓力，提高蒸氣壓力，達(dá)到壓縮氣體的目的。圖3—1制冷和空調(diào)中常用壓縮機(jī)的分類及結(jié)構(gòu)示意圖2020/12/1832020/12/184二、容積型壓縮機(jī)

容積型壓縮機(jī)通過可變的工作容積來完成氣體的壓縮和輸送過程。

根據(jù)壓縮方式分活塞式（往復(fù)式）

回轉(zhuǎn)式

活塞式壓縮機(jī)是最常用的一種容積式壓縮機(jī)，但近年來回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)發(fā)展很快，特別在高效化、小型化、輕量化方面，滾動(dòng)活塞式（滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式）、渦旋式和螺桿式等占有很大的優(yōu)勢。2020/12/185從壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)分開啟式

半封閉式

全封閉式

目前，開啟式壓縮機(jī)除了在氨制冷機(jī)、汽車空調(diào)器和發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)等場合使用外，在其他的制冷和空調(diào)工程中，正逐步向半封閉式和全封閉式發(fā)展。全封閉式具有結(jié)構(gòu)緊湊、密封性好、噪音低、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)，而且由于生產(chǎn)規(guī)模大、成本低，正越來越廣泛地應(yīng)用于制冷和空調(diào)的各個(gè)領(lǐng)域中。2020/12/186三、速度型壓縮機(jī)離心式壓縮機(jī)

軸流式壓縮機(jī)

2020/12/187第二節(jié)壓縮機(jī)的功率和效率壓縮機(jī)的指示功率和指示效率：由于壓縮機(jī)的實(shí)際過程和理論過程之間有偏差，實(shí)際壓縮過程中氣缸內(nèi)所消耗的功率Pi（稱為指示功率）比絕熱壓縮所需之功率Pa要大，兩者之間的關(guān)系可用指示效率ηi（又稱絕熱效率）來表示，即：（3－1）2020/12/188二、軸功率、摩擦功率與機(jī)械效率——由原動(dòng)機(jī)傳到壓縮機(jī)曲軸上的功率稱為軸功率——軸功率一部分用于克服曲柄連桿等運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦阻力，這部分功率稱為摩擦功率

——軸功率的一部分直接用于壓縮氣體，稱為指示功率

機(jī)械效率：

（3－2）

壓縮機(jī)的摩擦功率可分為兩部分，即往復(fù)運(yùn)動(dòng)摩擦功率(活塞、活塞環(huán)與氣缸間)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)摩擦功率，前者約占70～80％，后者約占20～30％。摩擦功率與壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)有關(guān)，也與潤滑油溫度及轉(zhuǎn)速有關(guān)。制冷壓縮機(jī)的指示效率與機(jī)械效率的乘積稱為壓縮機(jī)的總效率，即制冷壓縮機(jī)的總效率約等于0.65～0.72。2020/12/189三、壓縮機(jī)所需電動(dòng)機(jī)的功率當(dāng)壓縮機(jī)用皮帶與電動(dòng)機(jī)相聯(lián)接時(shí)，這時(shí)電動(dòng)機(jī)軸上的功率要比壓縮機(jī)的軸功率大，兩者之間的關(guān)系可用傳動(dòng)效率表示，即：（3—11）或

（3—12）值一般為：三角皮帶傳動(dòng)=0.97～0.98，平皮帶傳動(dòng)=0.96。2020/12/1810第三節(jié)活塞式制冷壓縮機(jī)

活塞式制冷壓縮機(jī)是研制最早的壓縮機(jī)，幾乎和機(jī)械制冷方法同時(shí)出現(xiàn)，在一百多年的使用過程中，得到了廣泛發(fā)展和深入研究，直到目前為止，雖然其地位受到其它類型壓縮機(jī)的挑戰(zhàn)，但其產(chǎn)量仍然在各類壓縮機(jī)中占主要地位。2020/12/1811一、活塞式制冷壓縮機(jī)的分類按壓縮機(jī)氣缸分布形式分類：可分為直立式、V型、W型、S型（扇形）、Y型（星型）等。按使用的制冷劑種類分類：可分為氨用、鹵代烴用制冷壓縮機(jī)。按壓縮機(jī)與電動(dòng)機(jī)的組合形式分類：可分為開啟式和封閉式，其中封閉式又可分為全封閉式和半封閉式兩種。按壓縮機(jī)的級數(shù)分類：可分為單機(jī)單級和單機(jī)雙級壓縮機(jī)。2020/12/18122020/12/1813二、活塞式制冷壓縮機(jī)的總體結(jié)構(gòu)和主要零部件機(jī)體。它是壓縮機(jī)的機(jī)身，用來安裝和支承其他零部件以及容納潤滑油。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。壓縮機(jī)借助該機(jī)構(gòu)傳遞動(dòng)作，對氣體作功，它包括曲軸、連桿、活塞等。配氣機(jī)構(gòu)。它是保證壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)吸氣、壓縮、排氣過程的配氣部件，它包括吸、排氣閥片，閥板和氣閥彈簧等。潤滑油系統(tǒng)。它是對壓縮機(jī)各傳動(dòng)摩擦偶合件進(jìn)行潤滑的輸油系統(tǒng)，它包括油泵、油過濾器和油壓調(diào)節(jié)部件等。卸載裝置。它是對壓縮機(jī)氣缸進(jìn)行卸裁、調(diào)節(jié)冷量、便于啟動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它包括卸載油缸、油括塞、推桿和頂針、轉(zhuǎn)環(huán)等零件。軸封裝置。在開啟式壓縮機(jī)中，軸封裝置用來密封曲軸穿出機(jī)體處的間隙，防止泄漏，它包括托板、彈簧、橡膠圈和石墨環(huán)等。2020/12/1814開啟式制冷壓縮機(jī)圖3—58FS10型開啟式制冷壓縮機(jī)機(jī)體2020/12/1815半封閉式制冷壓縮機(jī)圖3—14R22半封閉式制冷壓縮機(jī)的總體結(jié)構(gòu)圖1—濾油器2—吸油管3—端軸承蓋4—油泵軸承5—油泵6—曲軸7—活塞連桿組8—排氣截止閥9—?dú)飧咨w10—曲軸箱11—電動(dòng)機(jī)室12—主軸承13—電動(dòng)機(jī)室端蓋14—吸氣過濾器15—吸氣截止閥16—內(nèi)置電動(dòng)機(jī)17—油孔18—油壓調(diào)節(jié)閥19—底蓋2020/12/1816全封閉式制冷壓縮機(jī)圖3—15全封閉式制冷壓縮機(jī)1—排氣管2—?dú)飧?—連桿4—吸排氣閥5—活塞6—主軸承7—電動(dòng)機(jī)定子8—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子9—?dú)んw10—?dú)庖悍蛛x器11—端子12—內(nèi)部支撐13—排氣消聲器14—排氣腔15—吸氣腔16—離心油泵17—曲軸18—副軸承2020/12/1817第四節(jié)回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機(jī)

近年來回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)發(fā)展很快，特別在高效化、小型化、輕量化方面。常用的回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)有螺桿式、滾動(dòng)活塞式（滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式）、滑片式和渦旋式四種。2020/12/1818一、螺桿式制冷壓縮機(jī)

螺桿式制冷壓縮機(jī)與活塞式制冷壓縮機(jī)、離心式制冷壓縮機(jī)相比是較晚的一種機(jī)型。螺桿式制冷壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定了它的許多優(yōu)點(diǎn)，如：零件數(shù)僅為活塞式的1／10，壓縮機(jī)運(yùn)行可靠、安全、振幅小；適應(yīng)性強(qiáng)，在高、低溫制冷范圍內(nèi)以及熱泵應(yīng)用中均有良好性能；結(jié)構(gòu)緊湊、能適用于大壓比的工況；對濕壓縮不敏感；有良好的輸氣量調(diào)節(jié)特性；維護(hù)方便等特點(diǎn)，是制冷和空調(diào)工程的理想主機(jī)。2020/12/1819螺桿式制冷壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理圖3—16螺桿式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)1—吸氣口2—機(jī)殼3—陰轉(zhuǎn)子

4—陽轉(zhuǎn)子5—排氣口圖3—17螺桿式制冷壓縮機(jī)的工作過程a—吸氣開始b—吸氣過程c—吸氣結(jié)束d—壓縮過程e—壓縮結(jié)束f—排氣過程2020/12/1820二、滾動(dòng)活塞式（滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式、刮片式）制冷壓縮機(jī)

轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)雖然出現(xiàn)較早，但由于材質(zhì)和加工精度的限制，長期來在制冷領(lǐng)域一直未被采用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，原有的難題已經(jīng)或者逐步得到了解決，偏心滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式制冷壓縮機(jī)在1kW左右以下的小型窗式空調(diào)器和食品冷藏箱中已開始廣泛使用，在該冷量范圍內(nèi)所顯示的優(yōu)點(diǎn)足以取代活塞式制冷壓縮機(jī)。2020/12/1821圖3—23滾動(dòng)活塞式（滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式、刮片式）制冷壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1—排氣管2—?dú)飧?—圓柱形轉(zhuǎn)子4—偏心輪5—潤滑油6—吸氣管7—滑片8—彈簧9—排氣閥圖3—24滾動(dòng)活塞式（滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式）制冷壓縮機(jī)的工作過程2020/12/1822三、渦旋（渦線）式制冷壓縮機(jī)圖3—25渦旋式制冷壓縮機(jī)的構(gòu)造1—固定螺旋槽板2—旋回螺旋槽板3—?dú)んw4—偏心軸5—防自轉(zhuǎn)環(huán)6—進(jìn)氣口7—排氣口

目前，渦旋式制冷壓縮機(jī)的使用功率大約在1～15kW之間。與活塞式制冷壓縮機(jī)相比較，它的體積可縮小40％，重量減輕15％，結(jié)構(gòu)簡單（僅需5個(gè)零件），運(yùn)行平穩(wěn)、可靠，噪聲可降低2～3dB（A），具有較高的EER值。2020/12/18232020/12/1824

第五節(jié)離心式制冷壓縮機(jī)

離心式制冷壓縮機(jī)的發(fā)展已有六十多年歷史，20世紀(jì)30年代鹵代烴制冷劑的出現(xiàn)以及后來冶金工業(yè)和其他科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為離心式制冷壓縮機(jī)的制造和應(yīng)用奠定了良好基礎(chǔ)。目前，單機(jī)冷量在1200kW以上的制冷壓縮機(jī)，幾乎全部采用離心式。2020/12/1825

一、離心式制冷壓縮機(jī)的構(gòu)造和工作原理圖3—26單級離心式制冷壓縮機(jī)的簡圖1—吸氣腔2—進(jìn)口導(dǎo)葉3—葉輪4—擴(kuò)壓器5—蝸殼6—增速齒輪7—電動(dòng)機(jī)8—油箱9—齒輪油箱2020/12/1826所有制冷壓縮機(jī)，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理，均有其最佳冷量使用范圍，因此，當(dāng)使用的冷量和條件不同時(shí)，應(yīng)選用不同形式的壓縮機(jī)，以獲得最佳運(yùn)行效果。應(yīng)該指出，活塞式制冷壓縮機(jī)在結(jié)構(gòu)和運(yùn)行性能方面雖有許多不足，但其制造技術(shù)要求相對較低，而且使用年代已久，目前在200kW冷量以下的制冷壓縮機(jī)中仍在廣泛使用。2020/12/1827第六節(jié)制冷壓縮機(jī)的熱力分析和節(jié)能措施2020/12/1828一、制冷壓縮機(jī)的選型計(jì)算（單、雙級壓縮機(jī)）

制冷系統(tǒng)最常用的壓縮機(jī)是活塞式和螺桿式。壓縮機(jī)是制冷系統(tǒng)的“主機(jī)”，一般根據(jù)空調(diào)或冷庫制冷系統(tǒng)的使用條件、制冷劑的種類、制冷循環(huán)型式及制冷能量要求，選擇一定規(guī)格的制冷壓縮機(jī)，以滿足制冷系統(tǒng)的使用要求。2020/12/18291．活塞式壓縮機(jī)型式選擇的基本條件冷庫制冷系統(tǒng)壓縮機(jī)選擇的依據(jù)是冷卻設(shè)備負(fù)荷Q0和機(jī)械負(fù)荷Qj，同時(shí)應(yīng)考慮以下有關(guān)參數(shù)的規(guī)定：（1）蒸發(fā)溫度t0。（2）冷凝溫度tk。（3）過冷溫度tg。（4）吸氣溫度t1。（表3-4）（5）二級壓縮的中間溫度tzj與中間壓力p的經(jīng)驗(yàn)公式為：

（3—13）（3—14）

式中：tk，t0——冷凝溫度和蒸發(fā)溫度，℃；

Pk，P0——冷凝壓力和蒸發(fā)壓力，MPa。2020/12/18302020/12/18312．活塞式制冷壓縮機(jī)型式選擇確定選擇單、雙級壓縮機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)是壓縮比Pk/P0。對于氨系統(tǒng)，壓縮比≤8時(shí)采用單級，壓縮比>8時(shí)采用兩級。對鹵代烴系統(tǒng)，壓縮比≤10時(shí)采用單級，壓縮比>10時(shí)采用兩級。采用的兩級壓縮機(jī)可以是單機(jī)兩級，也可以是配組的兩級壓縮。2020/12/18323．制冷壓縮機(jī)單機(jī)容量和臺(tái)數(shù)選擇壓縮機(jī)單機(jī)容量和臺(tái)數(shù)，應(yīng)按便于能量調(diào)節(jié)和適應(yīng)制冷對象的工況變化等因素來確定。采用多臺(tái)壓縮機(jī)時(shí)，應(yīng)盡可能采用同一系列或型號的產(chǎn)品，以方便運(yùn)行和維修。2020/12/18334．制冷壓縮機(jī)的工作范圍和自動(dòng)控制壓縮機(jī)的運(yùn)行工況應(yīng)盡可能滿足前述基本條件。在必須保證運(yùn)行安全保護(hù)的前提下，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)可以補(bǔ)充其他控制內(nèi)容。在制冷自控技術(shù)不斷進(jìn)步的今日，采用設(shè)有微電腦控制的制冷壓縮機(jī)是較理想的選擇。不過這一選擇還要與整個(gè)制冷系統(tǒng)控制程序協(xié)調(diào)配合。2020/12/18345．螺桿式制冷壓縮機(jī)的選擇

螺桿式制冷壓縮機(jī)由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，它的內(nèi)容積比是隨外界溫度的變化而變化的，我國規(guī)定有2.6、3.6和5.0三種，選用3種不同的滑閥?？蛇m應(yīng)不同的工況需要。新型可移動(dòng)滑閥式螺桿壓縮機(jī)，可以進(jìn)行內(nèi)容積比的無級調(diào)節(jié)。螺桿壓縮機(jī)單級壓縮比大，有較寬的運(yùn)行條件。帶有經(jīng)濟(jì)器的單級螺桿式制冷壓縮機(jī)，可以得到更高的運(yùn)行效率。但在低溫工況下，由于t0很低，則應(yīng)選擇兩級螺桿壓縮機(jī)。2020/12/18356．壓縮機(jī)制冷量的計(jì)算壓縮機(jī)的制冷量Qo從制造廠的產(chǎn)品樣本上無法查到時(shí)，可用下式計(jì)算：kJ/h（3—15）式中：qv——單位容積制冷量，kJ／m3；

Vh——壓縮機(jī)的理論輸氣量，m3／h；

λ——壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)。

從式3—1中可以看出，對一定的壓縮機(jī)，Vh是定值，而qv與λ值是隨壓縮機(jī)的工作溫度（主要指冷凝溫度和蒸發(fā)溫度）而變化的，因此壓縮機(jī)的制冷量也是隨工作溫度而變動(dòng)的。2020/12/1836例3—1

試計(jì)算8S—12.5型，R22制冷壓縮機(jī)在tk=30℃、t0=-15℃、t5=25℃、t1’=15℃時(shí)的制冷量Q0。該壓縮機(jī)的氣缸直徑D=125mm、活塞行程S=l00mm、轉(zhuǎn)速960RPM（r／min）、氣缸數(shù)z=8。2020/12/18377．在不同工況下壓縮機(jī)制冷量的換算

制冷壓縮機(jī)在出廠時(shí)，制造廠在機(jī)器的銘牌上標(biāo)出的制冷量一般都是指名義工況下的制冷量，在實(shí)際運(yùn)行中如工況變化，則可按產(chǎn)品樣本上提供的制冷機(jī)性能曲線查得工作工況下的制冷量，也可根據(jù)工況改變時(shí)，壓縮機(jī)的理論輸氣量總是定值這個(gè)原則來進(jìn)行換算，即

（3—16）

（3—17）式中：Qo1，Qo2——在工況l和工況2時(shí)的壓縮機(jī)制冷量，kW；

λ1，λ2——在工況1和工況2時(shí)的壓縮機(jī)輸氣系數(shù)；

Vh——壓縮機(jī)的理論輸氣量，m3／h；

qv1，qv2——在工況1和工況2時(shí)的制冷劑單位容積制冷量，kJ／m3。

（3—18）2020/12/18388．雙級壓縮制冷壓縮機(jī)制冷量的計(jì)算1）確定這套雙級制冷機(jī)的中間壓力Po1值。2）按已知的tk（或Pk），to2（或Po2）和求得的中間壓力Po1，作出雙級制冷機(jī)循環(huán)的lgp-h圖，并列出各有關(guān)點(diǎn)的熱力參數(shù)值。3）最后按下式計(jì)算雙級制冷機(jī)的制冷量Qo。（3—19）

式中：qv——制冷劑在蒸發(fā)溫度to2時(shí)的單位容積制冷量，kJ／m3；

qo2——制冷劑在t02時(shí)的單位質(zhì)量制冷量，kJ／kg；

Vh低——低壓級理論輸氣量，m3／h；

λ低——低壓級輸氣系數(shù)；

νl——低壓級吸入蒸氣的比體積，m3／kg。2020/12/1839例3—3

試計(jì)算下列配組式雙級氨制冷機(jī)的制冷量。低壓級：8S—12.5型一臺(tái)，Vh低=566m3／h；高壓級：4V—12.5型一臺(tái)，Vh高=283m3／h。2020/12/1840二、制冷壓縮機(jī)的變工況運(yùn)行特性1．制冷壓縮機(jī)的變工況。2．制冷量Qo與溫度條件的關(guān)系。3．壓縮機(jī)耗功與溫度條件的關(guān)系。4．制冷系數(shù)與溫度條件的關(guān)系。5．單位容積制冷量與溫度條件的關(guān)系。2020/12/1841三、制冷壓縮機(jī)的能量調(diào)節(jié)方法進(jìn)行能量調(diào)節(jié)有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）能使制冷裝置的制冷量始終與外界熱負(fù)荷平衡，從而提高了運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性；（2）減小蒸發(fā)溫度（蒸發(fā)壓力）的波動(dòng)，相對應(yīng)地減小了被冷卻對象的溫度波動(dòng)，對空調(diào)而言可以提高環(huán)境的舒適度，對食品冷藏可以更好地保持其品質(zhì)，這樣還可以減少壓縮機(jī)的起動(dòng)次數(shù)，