第七節(jié) 壓縮機

制冷原理與設備

第七節(jié)制冷壓縮機第7節(jié)制冷壓縮機7.1

制冷壓縮機的分類1.壓縮機按壓縮原理有兩大類：容積型速度型容積型壓縮機:通過對運動機構作功，以減少壓縮式容積，提高蒸氣壓力來完成壓縮功能。速度型壓縮機:由旋轉(zhuǎn)部件連續(xù)將角動量轉(zhuǎn)換給蒸氣，再將該動量轉(zhuǎn)為壓力。第7節(jié)制冷壓縮機制冷壓縮機分類和結構示意簡圖第7節(jié)制冷壓縮機各類制冷壓縮機的應用范圍及其制冷量大小

第7節(jié)制冷壓縮機2.按工作的蒸發(fā)溫度范圍分類單級制冷壓縮機

高溫制冷壓縮機：

10～10℃中溫制冷壓縮機：

20～10℃低溫制冷壓縮機：

45～20℃

第7節(jié)制冷壓縮機3.按密封結構形式分類（1）開啟式壓縮機：開啟式壓縮機與原動機分為兩體。（2）封閉式壓縮機：采用封閉式的結構，把電動機和壓縮機連成一整體

（冰箱、空調(diào)器）

（3）半封閉式壓縮機壓縮機和電機裝在一個機體內(nèi)，但可以看到壓縮機的缸頭。（冷庫、中央空調(diào)）

第7節(jié)制冷壓縮機7.2

活塞式制冷壓縮機第7節(jié)制冷壓縮機第7節(jié)制冷壓縮機第7節(jié)制冷壓縮機1.壓縮過程通過壓縮過程將制冷劑的壓力提高。當活塞處于最下端位置1-l（稱為內(nèi)止點或下止點）時，活塞移動到2-2位置時，開始排氣。制冷劑在氣缸內(nèi)從吸氣時的低壓升高到排氣壓力的過程稱為壓縮過程。4.吸氣過程通過吸氣過程，從蒸發(fā)器吸入制冷劑。活塞從位置4-4向下運動時，吸氣閥開啟，低壓氣體被吸人氣缸中，直到活塞到達下止點1-1的位置。此過程稱為吸氣過程。3.膨脹過程通過膨脹過程將制冷劑的壓力降低。直至氣缸內(nèi)氣體的壓力降至稍低于吸氣腔內(nèi)氣體的壓力，即將開始吸氣過程時為止，此時活塞處于位置4-4?；钊麖?-3移動到4-4的過程稱為膨脹過程。2.排氣過程通過排氣過程，制冷劑進入冷凝器。直到活塞運動到最高位置3-3（稱為外止點或上止點）時排氣過程結束。制冷劑從氣缸向排氣管輸出的過程稱為排氣過程。7.2.1活塞式制冷壓縮機工作過程第7節(jié)制冷壓縮機7.2.2

活塞式制冷壓縮機的優(yōu)缺點優(yōu)點①能適應較廣闊的壓力范圍和制冷量要求；②熱效率較高，單位耗電量相對較少，特別是偏離設計工況運行時更為明顯；③對材料要求低，多用普通鋼鐵材料，加工比較容易，造價較低廉；④技術上較為成熟，生產(chǎn)使用上積累有豐富的經(jīng)驗；⑤裝置系統(tǒng)比較簡單。缺點①因受到活塞往復慣性力的影響，轉(zhuǎn)速受到限制，不能過高，因此單機輸氣量大時，機器顯得很笨重；②結構復雜，易損件多，維修工作量大；③由于受到各種力、力矩的作用，運轉(zhuǎn)時振動較大；④輸氣不連續(xù)，氣體壓力有波動。第7節(jié)制冷壓縮機(1)按制冷量的大小分：小型活塞式、中型活塞式。1

活塞式壓縮機分類：(2)按氣體壓縮的級數(shù)分：單級壓縮、多級(一般為兩級)。(3)按壓縮機轉(zhuǎn)速分類分為高、中、低速三種。(5)按氣缸布置方式分：臥式、直立式、角度式。(4)按氣閥布置方式分類順流式和逆流式兩種。第7節(jié)制冷壓縮機第7節(jié)制冷壓縮機（1）開啟活塞式制冷壓縮機的特點是：1）原動機獨立，無需采用耐油和耐制冷劑的措施。2）在無電力供應的場合，可由內(nèi)燃機驅(qū)動。3）壓縮機的缸蓋和氣缸體充分暴露在外。4）可用作氨制冷壓縮機。5）可通過改變皮帶傳動比改變壓縮機的轉(zhuǎn)速。第7節(jié)制冷壓縮機（2）半封閉式制冷壓縮機低溫吸氣冷卻電機特點:

①機體結構:

壓縮機與電機共機體和共主軸,但氣缸體與電機室設有結合面,易于修理又減少了泄漏.②電機和氣缸體的冷卻方式:低溫吸氣冷卻。適用于制冷量和輸氣量大的空調(diào)和中溫壓縮機第7節(jié)制冷壓縮機16

半封閉式壓縮機實物圖片第7節(jié)制冷壓縮機另一種半封閉式壓縮機

特點:

①機體結構:

壓縮機與電機共機體和主軸(偏心軸),整體式連桿大頭,平頂活塞,無輸氣量調(diào)節(jié)裝置。②電機的冷卻方式:

機體外表面的散熱肋片,不適用于較大功率的壓縮機。第7節(jié)制冷壓縮機18

（3）全封閉式制冷壓縮機

特點：是將壓縮機與電動機一起組裝在一個密閉的罩殼內(nèi)，形成一個整體，從外表上看只有壓縮機進、排氣管和電動機引線。第7節(jié)制冷壓縮機全封閉式制冷壓縮機第7節(jié)制冷壓縮機第7節(jié)制冷壓縮機1.活塞式壓縮機的理論循環(huán)的假設條件：（1）、壓縮機沒有余隙容積（2）、吸汽與排汽過程中沒有壓力損失（3）、吸汽與排汽過程中無熱量傳遞（4）、無漏汽損失（5）、無摩擦損失7.2.3

活塞式制冷壓縮機的熱力性能第7節(jié)制冷壓縮機2.實際工作循環(huán)

1、壓縮機中的壓力降2、制冷劑的受熱3、氣閥運動規(guī)律不完善帶來的效率下降。4、制冷劑泄漏的影響。5、再膨脹的影響6、壓縮過程偏離等熵過程7、壓縮過程的過壓縮和欠壓縮。8、潤滑油循環(huán)量的影響。9、壓縮機的機械摩擦損失和內(nèi)置電動機(封閉式壓縮機)的電動機損失。第7節(jié)制冷壓縮機第7節(jié)制冷壓縮機7.2.4

性能參數(shù)及計算1.輸氣量及輸氣系數(shù)

（1）理論輸氣量假定壓縮機有i個氣缸，轉(zhuǎn)速為n，則壓縮機的理論輸氣量為：

（2）實際輸氣量：第7節(jié)制冷壓縮機（3）輸氣系數(shù)：也稱壓縮機的容積效率。通?？捎糜嘞断禂?shù)

v、節(jié)流系數(shù)p、預熱系數(shù)t、氣密系數(shù)l的乘積來表示，即

=

v

p

t

l

1）余隙系數(shù)

v容積效率總小于1，它的大小反映了壓縮機氣缸容積的有效利用程度。影響它的主要因素有四個：（1）氣缸余隙容積的大?。?）吸、排氣壓力以及吸、排氣閥片阻力（3）吸入氣缸的低溫制冷劑蒸汽遇到熱的氣缸壁所引起的熱膨脹（4）氣缸內(nèi)部的泄漏第7節(jié)制冷壓縮機2）節(jié)流系數(shù)

p

p0

吸氣壓力損失，通常，氨壓縮機的

p0=(0.03～0.05)p0，氟利昂壓縮機的p0=(0.05～0.10)p0。

3）預熱系數(shù)

t4）泄漏系數(shù)

l第7節(jié)制冷壓縮機2.壓縮機的排氣溫度

（1）排氣溫度過高的危害性：1）排氣溫度過高，將使輸氣系數(shù)降低和軸功率增加；潤滑油粘度降低，使軸承和氣缸、活塞環(huán)產(chǎn)生異常磨損，甚至會引起燒毀軸瓦和氣缸拉毛的事故。2）過高的壓縮機排氣溫度促使制冷劑和潤滑油在金屬的催化下出現(xiàn)熱分解，生成對壓縮機有害的游離碳、酸類和水分。酸類物質(zhì)會腐蝕制冷系統(tǒng)的各組成部分和電氣絕緣材料。水分會堵住毛細管。積炭沉聚在排氣閥上，既破壞了其密封性，又增加了流動阻力。積碳使活塞環(huán)卡死在環(huán)槽里，失去密封作用。剝落下來的碳渣若被帶出壓縮機，會堵塞毛細管、干燥器等。第7節(jié)制冷壓縮機3）壓縮機的過熱甚至會導致活塞的過分膨脹而卡死在氣缸內(nèi)，以及封閉式壓縮機內(nèi)置電動機的燒毀。4）排氣溫度過高也會影響壓縮機的壽命，因為化學反應速度隨溫度的升高而加劇。一般認為，電氣絕緣材料的溫度上升10℃，其壽命要減少一半。這一點對全封閉式壓縮機顯得特別重要。第7節(jié)制冷壓縮機（2）降低排氣溫度的主要措施1）設計時首先要限制壓縮機單級的壓力比，高壓力比應采用多級壓縮中間冷卻的辦法來實現(xiàn)。在運行中要防止冷凝壓力過高，蒸發(fā)壓力過低等故障。降低吸排氣阻力實際上也起到了減小氣缸中實際壓力比的作用。2）加強對壓縮機的冷卻，削弱對吸入制冷劑的加熱，以降低吸氣終了制冷劑的溫度和多變壓縮過程指數(shù)是降低排氣溫度的有效途徑，如：縮小排氣腔與吸氣腔之間的分割面；氣缸蓋上設置冷卻水套；吸氣管外包以隔熱層等。3）在封閉式壓縮機中，提高內(nèi)置電動機的效率，減少電動機的發(fā)熱量對降低排氣溫度具有重要作用。第7節(jié)制冷壓縮機4）在同樣的蒸發(fā)溫度T0和冷凝溫度Tk時，不同的制冷劑有不同的排氣溫度，例如的排氣溫度低于R22的排氣溫度，因而合理地選用制冷劑是控制排氣溫度的重要方法。第7節(jié)制冷壓縮機31

7.2.5

活塞式壓縮機的潤滑系統(tǒng)

作用：1）潤滑2）冷卻3）密封摩擦副部位：各軸承、連桿大頭與曲軸銷、潤滑方式：飛濺潤滑和壓力潤滑（液壓泵供油潤滑油的作用及潤滑部位和離心供油）連桿小頭與活塞銷、活塞與氣缸。第7節(jié)制冷壓縮機7.2.6

壓縮機的冷卻1.氣缸和氣缸蓋的冷卻空氣冷卻水冷卻低壓制冷工質(zhì)進氣冷卻2.潤滑油的冷卻當環(huán)境溫高度達43℃或冷卻水溫度33℃時，半封閉壓縮機曲軸箱中潤滑油的溫度不得高于80℃，開啟式壓縮機不得高于70℃第7節(jié)制冷壓縮機33

7.2.7

壓縮機的安全保護１.防止液擊措施：①氣閥假蓋；②油加熱器；③氣液分離器氣閥假蓋氣液分離器第7節(jié)制冷壓縮機2.內(nèi)置電動機的保護（1）過熱：（2）缺相：（3）相間不平衡：3.溫度保護指排氣溫度和殼體溫度。（1）排氣溫度保護若排氣溫度過高由熱氣旁通引起，則不應采用停機的方法，應采用噴液冷卻。（2）機殼溫度保護第7節(jié)制冷壓縮機7.3螺桿式制冷壓縮機7.3.1螺桿式制冷壓縮機的工作過程1.基本構造螺桿式制冷壓縮機主要由轉(zhuǎn)子、機殼（包括中部的氣缸體和兩端的吸、排氣端座等）、軸承、軸封、平衡活塞及輸氣量調(diào)節(jié)裝置組成。圖是典型開啟螺桿式壓縮機的一對轉(zhuǎn)子、氣缸和兩端端座的外形圖。第7節(jié)制冷壓縮機第7節(jié)制冷壓縮機第7節(jié)制冷壓縮機2工作原理螺桿式壓縮機的工作是依靠嚙合運動著的一個陽轉(zhuǎn)子與一個陰轉(zhuǎn)子，并借助于包圍這一對轉(zhuǎn)子四周的機殼內(nèi)壁的空間完成的。第7節(jié)制冷壓縮機吸入壓縮排出工作原理第7節(jié)制冷壓縮機

依靠嚙合運動著的一對陰陽轉(zhuǎn)子，借助它們的齒、齒槽與機殼內(nèi)壁所構成的呈“V”字形的一對齒間容積呈周期性大小變化，來完成制冷劑氣體吸入—壓縮—排出的工作過程。

螺桿式壓縮機的工作原理第7節(jié)制冷壓縮機3螺桿式制冷壓縮機特點就壓縮氣體的原理而言，螺桿式制冷壓縮機與往復活塞式制冷壓縮機一樣，同屬于容積式壓縮機械，就其運動形式而言，螺桿式制冷壓縮機的轉(zhuǎn)子與離心式制冷壓縮機的轉(zhuǎn)子一樣，作高速旋轉(zhuǎn)運動。所以螺桿式制冷壓縮機兼有二者的特點。1.優(yōu)點（1）轉(zhuǎn)速較高、又有質(zhì)量輕、體積小，占地面積小等一系列優(yōu)點。（2）動力平衡性能好，故基礎可以很小。（3）結構簡單緊湊，易損件少，維修簡單，使用可靠，有利于實現(xiàn)操作自動化。（4）對液擊不敏感，單級壓力比高。（5）輸氣量幾乎不受排氣壓力的影響。在較寬的工況范圍內(nèi)，仍可保持較高的效率。（1）噪聲大。（2）需要有專用設備和刀具來加工轉(zhuǎn)子。（3）輔助設備龐大。2.缺點第7節(jié)制冷壓縮機7.3.2螺桿式制冷壓縮機的總體結構第7節(jié)制冷壓縮機第7節(jié)制冷壓縮機第7節(jié)制冷壓縮機第7節(jié)制冷壓縮機陰轉(zhuǎn)子陽轉(zhuǎn)子主動轉(zhuǎn)子左旋螺紋從動轉(zhuǎn)子右旋螺紋第7節(jié)制冷壓縮機47

開啟式壓縮機的優(yōu)點

（1）壓縮機與電動機相分離，使壓縮機的適用范圍更廣。（2）同一臺壓縮機，可以適應不同制冷劑，除了采用鹵代烴制冷劑外，通過更改部分零件的材質(zhì)，還可采用氨作制冷劑。（3）可根據(jù)不同的制冷劑和使用工況條件，配用不同容量的電動機。發(fā)展趨勢和研究成果

（1）普遍采用內(nèi)容積比調(diào)節(jié)機構；（2）采用單機雙級壓縮；（3）開啟螺桿式壓縮機的小型化。第7節(jié)制冷壓縮機7.3.3

半封閉螺桿式制冷壓縮機第7節(jié)制冷壓縮機采用原因：

當風冷及熱泵機組使用工況較惡劣，在高的冷凝壓力和低的蒸發(fā)壓力時，排氣和潤滑油溫度或內(nèi)置電動機溫度會過高，造成保護裝置動作，壓縮機停機，為了保證壓縮機能在工作界限范圍內(nèi)運行，可采用噴射液體制冷劑進行冷卻降溫。

噴射液體制冷劑以降低排氣溫度

第7節(jié)制冷壓縮機全封閉螺桿式壓縮機第7節(jié)制冷壓縮機第7節(jié)制冷壓縮機7.3.4

單螺桿制冷壓縮機第7節(jié)制冷壓縮機具有內(nèi)壓縮過程，而且一個基元容積在旋轉(zhuǎn)一周內(nèi)，完成了兩次吸氣、壓縮和排氣循環(huán)過程第7節(jié)制冷壓縮機7.4

離心式制冷壓縮機

7.4.1

離心式制冷壓縮機的工作原理與結構離心式制冷壓縮機屬于速度型壓縮機，是一種葉輪旋轉(zhuǎn)式的機械。離心式制冷壓縮機有單級、雙級和多級等多種結構型式單級壓縮機主要由吸氣室、葉輪、擴壓器、蝸殼等組成第7節(jié)制冷壓縮機離心式制冷壓縮機的工作原理與結構第7節(jié)制冷壓縮機離心式制冷壓縮機的工作原理與結構第7節(jié)制冷壓縮機離心式制冷壓縮機的工作原理與結構第7節(jié)制冷壓縮機離心式制冷壓縮機第7節(jié)制冷壓縮機離心式壓縮機特點離心式壓縮機第7節(jié)制冷壓縮機7.4.2離心式制冷壓縮機分類（1）按用途分類：可分為冷水機組和低溫機組第7節(jié)制冷壓縮機（2）按壓縮機的密封結構形式分1）全封閉式第7節(jié)制冷壓縮機2）半封閉式第7節(jié)制冷壓縮機3）開啟式空調(diào)用開啟式第7節(jié)制冷壓縮機7.5

滾動活塞式制冷壓縮機7.5.1

基本結構

轉(zhuǎn)子的主軸在原動機拖動下旋轉(zhuǎn)時，偏心轉(zhuǎn)子緊貼著汽缸內(nèi)壁面回轉(zhuǎn)，成月牙狀空間容積周期性的變化，完成吸排氣和壓縮過程。

滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機是一種容積型回轉(zhuǎn)式壓縮機，氣缸工作容積的變化，是依靠一個偏心裝置的圓筒形轉(zhuǎn)子在氣缸內(nèi)的滾動來實現(xiàn)的第7節(jié)制冷壓縮機7.5.2

工作過程第7節(jié)制冷壓縮機（1）立式全封閉滾動活塞式制冷壓縮機7.5.3

主要結構形式與特點第7節(jié)制冷壓縮機第7節(jié)制冷壓縮機第7節(jié)制冷壓縮機2）臥式全封閉滾動活塞式制冷壓縮機第7節(jié)制冷壓縮機（3）開啟滾動活塞式制冷壓縮機

小型滾動活塞式制冷壓縮機優(yōu)點：①結構簡單，②體積小、質(zhì)量輕③易損件少、運轉(zhuǎn)可靠；④效率高2.特點滾動活塞式制冷壓縮機缺點:氣缸容積利用率低轉(zhuǎn)子和氣缸的加工精度要求高；相對運動部位必須有油潤滑；第7節(jié)制冷壓縮機7.6

渦旋式制冷壓縮機7.6.1

基本結構圖7-29渦旋式制冷壓縮機結構簡圖1—吸氣口2—排氣口3—靜渦旋盤4—動渦旋盤5—機座6—背壓腔7—十字滑環(huán)8—曲軸第7節(jié)制冷壓縮機7.6.2

工作過程第7節(jié)制冷壓縮機7.6.3

主要結構形式與特點1.主要結構形式（1）立式全封閉渦旋式制冷壓縮機第7節(jié)制冷壓縮機（2）臥式全封閉渦旋式制冷壓縮機

第7節(jié)制冷壓縮機（3）開啟渦旋式制冷壓縮機

第7節(jié)制冷壓縮機渦旋式制冷壓縮機有如下特點：1、相鄰兩室的壓差小，氣體的泄漏量少。2、轉(zhuǎn)矩變化幅度小、振動小。3、沒有余隙容積，故不存在引起輸氣系數(shù)下降的膨脹過程。4、無吸、排氣閥，效率高，可靠性高，噪聲低。5、由于采用氣體支承機構，故允許帶液壓縮。6、機殼內(nèi)腔為排氣室，減少了吸氣預熱，提高了壓縮機的輸氣系數(shù)。7、渦線體型線加工精度非常高，必須采用專用的精密加工設備。8、密封要求高，密封機構復雜。第7節(jié)制冷壓縮機（4）數(shù)碼渦旋式制冷壓縮機

第7節(jié)制冷壓縮機排氣壓力或抽氣壓力PWM電磁閥（開/關）排氣腔泄氣口吸氣口

數(shù)碼渦旋壓縮機變?nèi)菘刂圃淼?節(jié)制冷壓縮機7.7壓縮機性能測試

1.前言壓縮機性能的好壞直接影響到整機的制冷效果。而且，壓縮機與制冷系統(tǒng)的匹配是否合理，不但涉及到整個裝置的成本，而且對使用壽命和能耗均有影響，所以對壓縮機的性能及有關參數(shù)的測試是非常有必要的。對壓縮機性能的測試主要是測定壓縮機運行時相關溫度、壓力、液位、轉(zhuǎn)速、功率、振動、噪聲、制冷劑流量、制冷量，其中制冷劑流量、制冷量及規(guī)定工況下的制冷量是測試的重點。第7節(jié)制冷壓縮機2.壓縮機測試的相關規(guī)定

為保證測試的統(tǒng)一性和結果的可靠性，國家規(guī)定了壓縮機測試的相關標準，而該標準也即國際標準ISO917-1974中的《制冷壓縮機的試驗標準》。第7節(jié)制冷壓縮機2.1一般規(guī)定2.1.1排除試驗系統(tǒng)內(nèi)的不凝性氣體.確認沒有制冷劑的泄漏.2.1.2系統(tǒng)內(nèi)應有足夠的符合有關標準規(guī)定的制冷劑.壓縮機內(nèi)保持正常運轉(zhuǎn)用潤滑油量.2.1.3循環(huán)的制冷劑液體內(nèi)含油量應不超過2%(以質(zhì)量計).2.1.4壓縮機吸、排氣口的壓力一溫度在同一部位測量，該測點應在吸、排氣截止閥外（不帶閥的封閉壓縮機為距機殼體）0.3m的直管段處。2.1.5排氣管道上應設置有效的油分離器.2.1.6試驗系統(tǒng)裝置的周圍不應有異常的空氣流動。2.1.7試驗裝置環(huán)境溫度為30±5℃。2.1.8提供測量含油量而抽取制冷劑--—油混合物樣品的設備。第7節(jié)制冷壓縮機2.2試驗規(guī)定2.2.1壓縮機性能試驗包括主要試驗和校核試驗，二者應同時進行測量。2.2.2校核試驗和主要試驗的試驗結果之間的偏差應在±4%以內(nèi)，并以主要試驗的測量結果為計算依據(jù)。2.2.3壓縮機試驗時，系統(tǒng)應建立熱平衡狀態(tài)，試驗時間一般不少于1.5h。測量數(shù)據(jù)的記錄應在試驗工況穩(wěn)定半小時后，每隔20min測量一次，直至連續(xù)四次的測量數(shù)據(jù)符合規(guī)定為止。第一次測量到第四次測量記錄的時間稱為試驗周期，在該周期內(nèi)允許對壓力、溫度、流量和液面作微小的調(diào)節(jié)。第7節(jié)制冷壓縮機3.壓縮機檢測方法

壓縮機檢測方法有多種，包括：第二制冷劑量熱器法、滿液式制冷劑量熱器法、干式制冷劑量熱器法等。

第7節(jié)制冷壓縮機3.1測試原理

第二制冷劑量熱器法測試臺如圖1所示,第二制冷劑量熱器由一組直接蒸發(fā)盤管作蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器被懸置在一個隔熱壓力容器的上部，電加熱器安裝在容器底部并被容器中的第二制冷劑浸沒著。制冷劑流量由靠近量熱器安裝的膨脹閥調(diào)節(jié)。測試時，啟動測試系統(tǒng)，氣體從壓縮機出來經(jīng)快速接頭、測量塊、軟管、球閥后到油分離器，其中油從油分離器底部流出回到壓縮機。制冷劑氣體從油分離器上部流到冷凝器，再第7節(jié)制冷壓縮機從冷凝器底部流到儲液器，經(jīng)管道流到套管式冷凝器再進行充分冷卻，然后流經(jīng)干燥過