高速動(dòng)車組技術(shù)421空調(diào)系統(tǒng)的制冷原理79課件

《高速動(dòng)車組技術(shù)》課程武漢鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院王靜4-2-1空調(diào)系統(tǒng)的制冷原理目錄CONTENTS01制冷原理02制冷劑03制冷壓縮機(jī)制冷原理為了更好地了解動(dòng)車組空調(diào)系統(tǒng)的工作原理及控制方法，首先應(yīng)該了解空調(diào)系統(tǒng)的制冷原理和空氣壓縮機(jī)的工作原理。空調(diào)系統(tǒng)的制冷原理。

用一定的方法使物體或空間的溫度低于周圍環(huán)境介質(zhì)的溫度,并且使其維持在某一范圍內(nèi)，這個(gè)過程稱為制冷。制冷原理為了維持車廂內(nèi)的溫度比環(huán)境溫度低，就必須把進(jìn)入車內(nèi)的余熱不斷地轉(zhuǎn)移到周圍環(huán)境中去。一般情況下，這些熱量包括:1）車內(nèi)外溫差通過車內(nèi)傳入的熱量、2）太陽輻射熱傳人車內(nèi)的熱量、3）旅客散發(fā)的熱量以及機(jī)電設(shè)備的散熱、4）車內(nèi)換氣帶入熱量等部分。制冷裝置就能起轉(zhuǎn)移熱量的作用,因此制冷裝置是空調(diào)客車不可缺少設(shè)備。制冷原理許多物質(zhì)在發(fā)生相變時(shí)，都有放熱或吸熱的現(xiàn)象發(fā)生。在一定壓力下,當(dāng)液態(tài)制冷劑的溫度達(dá)到沸點(diǎn)（又稱飽和溫度）時(shí)，液體就會(huì)沸騰并吸收汽化熱。在制冷技術(shù)中，習(xí)慣把液體的沸騰稱為蒸發(fā)，因此液體的沸點(diǎn)（或飽和溫度）也就被稱為蒸發(fā)溫度，液體沸騰吸熱的容器被稱為蒸發(fā)器。在相同壓力下，不同的制冷劑有不同的蒸發(fā)溫度和汽化熱;對(duì)同一種制冷劑，壓力不同時(shí)其對(duì)應(yīng)的蒸發(fā)溫度也不同，壓力越高，蒸發(fā)溫度也越高。制冷原理

與吸熱汽化相反，制冷劑蒸氣的溫度降低到飽和溫度時(shí)，氣體會(huì)放出熱量而冷凝成液體，這時(shí)的飽和溫度稱為冷凝溫度。如果用環(huán)境介質(zhì)（如水或空氣）來吸收制冷劑冷凝時(shí)放出的熱量，那么制冷劑蒸氣的冷凝溫度必須高于環(huán)境介質(zhì)的溫度。人們知道制冷劑蒸氣的冷凝溫度隨壓力升高而升高，因此只要用壓縮機(jī)將制冷劑蒸氣壓縮到所需冷凝溫度相對(duì)應(yīng)的飽和壓力以上，就能用環(huán)境介質(zhì)來冷卻，使制冷劑蒸氣冷凝成液體。

發(fā)生冷凝過程的容器稱為冷凝器。制冷原理

從冷凝器流出的液體制冷劑，仍是種高溫高壓的液體，它不能直接流人蒸發(fā)器進(jìn)行沸騰吸熱，而必須先使它的溫度壓力降下來，實(shí)現(xiàn)降溫降壓的裝置是膨脹閥或毛細(xì)管。制冷劑在通過膨脹閥的節(jié)流小孔或通過一定長(zhǎng)度的毛細(xì)管時(shí)，由于阻力造成壓力降低，隨著壓力的降低，其飽和溫度也隨之降低，部分制冷劑吸收其他制冷劑的熱量而迅速汽化成飽和蒸氣，使其他制冷劑的溫度也同時(shí)降低，因此從膨脹閥或毛細(xì)管流出的是低溫低壓的液態(tài)制冷劑和少量氣態(tài)制冷劑的混合物。制冷原理低溫低壓的制冷劑重新進(jìn)人蒸發(fā)器沸騰吸熱，最終使客室溫度降下來，這就是蒸氣壓縮制冷機(jī)的工作原理，如圖所示。蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器和膨脹閥（或毛細(xì)管）四個(gè)部件用管路連成一個(gè)封閉的循環(huán)系統(tǒng)，制冷劑在蒸發(fā)器中由液態(tài)變成氣態(tài)，吸收流過蒸發(fā)器表面空氣的熱量;制冷原理低溫低壓的氣態(tài)制冷劑被壓縮機(jī)吸人并壓縮成高溫高壓的氣體，送入冷凝器;在冷凝器中的制冷劑蒸氣被環(huán)境空氣所冷卻，放出熱膨脹閥量而冷凝成液體;從冷凝器流出的高溫高壓液態(tài)制冷劑經(jīng)過膨脹閥的小孔時(shí)，發(fā)生節(jié)流降壓（或者流經(jīng)毛細(xì)管時(shí)，因毛細(xì)管的阻力而發(fā)生降壓）,在降壓的同時(shí)部分制冷劑汽化，在膨脹閥或毛細(xì)管的出口獲得了低溫低壓狀態(tài)的制冷劑。制冷原理該制冷劑又進(jìn)人蒸發(fā)器蒸發(fā)吸熱，如此周而復(fù)始地循環(huán)。制冷劑在封閉的制冷系統(tǒng)中經(jīng)歷壓縮、冷凝、節(jié)流和蒸發(fā)這四個(gè)過程就完成一次制冷循環(huán)，壓縮機(jī)不斷消耗功（電能）,而蒸發(fā)器則不斷吸收空氣中的熱量，并將這部分熱量連同壓縮機(jī)消耗的功一起通過冷凝器排向大氣，從而實(shí)現(xiàn)了熱量由低溫環(huán)境（客室溫度一般在25°C左右）向高溫環(huán)境（環(huán)境溫度可高達(dá)35°C）轉(zhuǎn)移，達(dá)到了制冷的目的。制冷原理在制冷系統(tǒng)中，將被冷卻介質(zhì)的熱量轉(zhuǎn)移到環(huán)境介質(zhì)（空氣或水）中去的工作物質(zhì)稱為制冷劑。如在蒸氣壓縮式制冷裝置中，是通過制冷劑在蒸發(fā)器中吸收被冷卻介質(zhì)的熱量而汽化，然后在冷凝器中向環(huán)境介質(zhì)放出熱量而冷凝的相態(tài)變化過程來實(shí)現(xiàn)制冷的。制冷劑的性能直接影響到制冷裝置能否安全、有效和經(jīng)濟(jì)地工作。制冷劑

按照常溫下的冷凝壓力和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的蒸發(fā)溫度的高低，制冷劑通常分成三類:低壓高溫制冷劑（如R1I、R21）、

中壓中溫制冷劑（如RI2、R22）、高壓低溫制冷劑（如R13、R23）。氟利昂制冷劑大多無毒，沒有燃燒和爆炸的危險(xiǎn);對(duì)金屬?zèng)]有腐蝕作用;絕熱指數(shù)小，壓縮機(jī)的排氣溫度低;化學(xué)穩(wěn)定性高，凝固點(diǎn)低，故被廣泛應(yīng)用。EMU動(dòng)車組空調(diào)裝置采用R22作為制冷劑。制冷劑

制冷壓縮機(jī)是蒸氣壓縮式制冷裝置的重要組成部分，起著壓縮和輸送制冷劑的作用。根據(jù)壓縮機(jī)的工作原理不同，可以分為容積型和速度型兩大類。容積型主要有活塞式、渦旋式和螺桿式壓縮機(jī)，速度型主要指離心式壓縮機(jī)。制冷壓縮機(jī)

一臺(tái)空調(diào)機(jī)，大約90%的耗電量是用于壓縮機(jī)的，因此提高壓縮機(jī)的效率可以明顯改善空調(diào)設(shè)備的能效比。同時(shí)，對(duì)于熱泵式空調(diào)器，能量可以控制并可作反向循環(huán)的壓縮機(jī)正逐步推廣使用。另外尺寸小、重量輕、噪聲振動(dòng)小的要求，使得往復(fù)活塞式壓縮機(jī)逐步被回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)替代，渦旋式壓縮機(jī)作為比較新型的回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)被推上了空調(diào)壓縮機(jī)的市場(chǎng)。在EMU動(dòng)車組采用的空調(diào)系統(tǒng)中，就選用了全封閉渦旋式制冷壓縮機(jī)。制冷壓縮機(jī)

渦旋式壓縮機(jī)壓縮部分的結(jié)構(gòu)如圖所示，主要由靜渦旋體、動(dòng)渦旋體、十字環(huán)、曲軸和機(jī)架等幾個(gè)主要零部件組成。動(dòng)、靜渦旋體按1809相位差組裝在一起，兩者之間有數(shù)點(diǎn)接觸并形成數(shù)個(gè)月牙形氣室的系列。靜渦旋體固定在機(jī)架上，動(dòng)渦旋體由短沖程曲軸驅(qū)動(dòng)而繞靜渦旋體的中心軸線擺動(dòng)，兩個(gè)漸開線形螺旋線壁面上的一對(duì)接觸點(diǎn)沿著螺旋線移動(dòng)。兩個(gè)渦旋體之間的相對(duì)角度靠-一個(gè)能限制回轉(zhuǎn)的耦合機(jī)構(gòu)維持不變，此耦合機(jī)構(gòu)位于動(dòng)渦旋體底板背部與靜止零件之間。制冷壓縮機(jī)當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)（順時(shí)針方向）帶動(dòng)動(dòng)渦旋體擺動(dòng)，氣體從周邊進(jìn)人氣室并隨著接觸點(diǎn)的移動(dòng)而被吸入。曲軸旋轉(zhuǎn)一周時(shí)吸氣過程結(jié)束，曲軸旋轉(zhuǎn)第二周時(shí)，第周被吸

人的氣體開始?jí)嚎s，而靜渦旋體最外圈又開始與動(dòng)渦旋體構(gòu)成新的吸氣腔進(jìn)行吸氣。隨著曲軸的不停旋轉(zhuǎn)，氣體逐步被壓縮而驅(qū)向位于靜渦旋體中心的排氣口。當(dāng)曲軸回轉(zhuǎn)約兩周半時(shí)，被壓縮了的氣體由排氣口排出。所以曲軸每旋轉(zhuǎn)-L周，就形成了一對(duì)新的氣室，并在旋轉(zhuǎn)兩周半以后排出。如此周而復(fù)始地重復(fù)這一過程，實(shí)現(xiàn)制冷劑的壓縮和輸送排出。制冷壓縮機(jī)

全封閉渦旋式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)的剖面圖如圖所示。動(dòng)、靜渦旋體位于壓縮機(jī)的上部，電動(dòng)機(jī)位于下部，壓縮機(jī)的底殼作為油池。氣體從頂部的吸氣管進(jìn)人到渦旋體的四周，壓縮后的氣體經(jīng)靜渦旋體頂部的排氣口進(jìn)人到排氣腔室再經(jīng)排氣通道到電動(dòng)機(jī)室，冷卻電動(dòng)機(jī)后經(jīng)機(jī)體上的排氣管排出。曲由安裝在機(jī)架上的軸承支承，一個(gè)主軸承是滾柱軸承，在連接曲軸與動(dòng)渦旋體的曲拐處則使用滑動(dòng)軸承。這種軸承用種新材料制成，

可保證潤(rùn)滑油起沫造成黏度降低、潤(rùn)滑不充分時(shí)仍能正常工作。制冷壓縮機(jī)潤(rùn)滑油借助于排氣壓力和排氣通道的中壓之間的壓差供給曲軸，又通過曲軸中的油孔將潤(rùn)滑油送到各軸承處，而后經(jīng)背壓腔、背壓孔進(jìn)人壓縮氣室，最后隨氣體一起排出。

在排氣腔室內(nèi)分離出來的油潤(rùn)滑渦旋板的滑動(dòng)摩擦面，其余的油在電動(dòng)機(jī)室內(nèi)與制冷劑分離并存貯在壓縮機(jī)底殼。制冷壓縮機(jī)渦旋式壓縮機(jī)的特點(diǎn)：制冷壓縮機(jī)1.壓縮機(jī)效率較高渦旋式壓縮機(jī)依靠動(dòng)、靜渦旋體之間有數(shù)點(diǎn)接觸，形成數(shù)個(gè)氣室，隨著接觸點(diǎn)的移動(dòng)，氣室所包圍的容積也隨之變化，從而完成吸氣、壓縮、排氣這--系列工作過程。相鄰兩氣室的壓差小于排氣壓力和吸氣壓力之差，因而在壓縮過程中氣體漏泄量很少;又由于排氣口與低壓吸氣側(cè)分開，不存在余隙容積內(nèi)氣體膨脹而減少氣體吸人的問題。因而渦旋式壓縮機(jī)有較高的容積效率，并且在很寬的壓比范圍內(nèi)都有較高的容積效率，這就使渦旋式壓縮機(jī)特別適用于熱泵型空調(diào)機(jī)。2.壓縮機(jī)可靠性高沒有吸排氣閥裝置，不存在閥片損壞故障和閥片的流量損失，提高了壓縮機(jī)的可靠性。制冷壓縮