制冷壓縮機工作原理熱力學基礎及工作方式分類稻香書屋

1、第二章 制冷壓縮機-熱力學基礎鄭藝華生物系統(tǒng)熱科學與技術(shù)研究所1高等課堂制冷壓縮機分類單螺桿單螺桿雙螺桿雙螺桿2高等課堂n容積型壓縮機是蒸氣壓縮式制冷機中應用領域最廣泛、使用數(shù)量最多的壓縮機。n容積型壓縮機的單機功率可以從幾十瓦到幾千千瓦的范圍。盡管結(jié)構(gòu)型式眾多，但究其熱力學基礎還有許多部分是相同的。n在容積型壓縮機中，往復式壓縮機是最常用的一種，其壓縮理論最易于理解接受，對往復式壓縮機基礎理倫的剖析大多數(shù)都適用其它容積型壓縮機。因此，且以它作為典型來討論其理倫循環(huán)。3高等課堂2-1 單級往復式制冷壓縮機的理論循環(huán)4高等課堂n忽略容積損失、質(zhì)量損失和其他不可逆損失。n壓縮機沒有余隙容積n吸氣與

2、排氣過程中沒有壓力損失n吸氣與排氣過程中無熱量傳遞n無漏氣損失n無摩擦損失 理想工作過程：理想工作過程： 4-14-1：吸氣過程（下止點）：吸氣過程（下止點） 1-21-2：壓縮過程：壓縮過程 2-32-3：排氣過程（上止點）：排氣過程（上止點） 完成一個循環(huán)。完成一個循環(huán)。 5高等課堂n關注兩個性能指標：n輸氣量n理論功率6高等課堂一、往復式壓縮機的理論輸氣量n氣缸的工作容積n理論容積輸氣量（m3/h）n理論質(zhì)量輸氣量（kg/h）7高等課堂二、壓縮機消耗的理論功率8高等課堂n技術(shù)功n則，所消耗的理論功率為9高等課堂理想氣體，作為等熵壓縮過程10高等課堂對理想氣體或?qū)嶋H氣體11高等課堂2-2

3、容積型壓縮機的實際性能n現(xiàn)實中，理論循環(huán)始終是不可能實現(xiàn)的。n許多不可避免的損失使壓縮機的實際性能偏離了理想的情況，其結(jié)果是輸氣量的減少和功率消耗的增加。具體情況如下：n壓縮機中的壓力降。n制冷劑的受熱。n氣閥運動規(guī)律不完善帶來的效率下降。n制冷劑泄漏的影響。n再膨脹的影響。n壓縮過程偏離等熵過程。n壓縮過程的過壓縮和欠壓縮。n潤滑油循環(huán)量的影響。n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。12高等課堂2-3 內(nèi)容積比固定的壓縮機的內(nèi)容積比效率n內(nèi)容積比內(nèi)容積比vi 是指這類壓縮機中吸氣終了，壓縮剛要開始時的工作容積 vcys與壓縮終了，剛要開始打開排氣口時的工作容積vcy

4、c間的幾何比例關系，即n對應的內(nèi)壓力比內(nèi)壓力比13高等課堂14高等課堂15高等課堂n假定壓縮過程是多變過程，則上述循環(huán)所消耗的指示功為n不存在過壓縮和欠壓縮的情況，則所耗指示功為16高等課堂n內(nèi)容積比效率內(nèi)容積比效率是用以衡量具有固定內(nèi)容積比故壓縮機，在其內(nèi)壓力比不等于系統(tǒng)的壓力比的情況下工作時，額外功耗損失的程度。n則內(nèi)容積比效率17高等課堂18高等課堂2-4 制冷壓縮機的基本性能參數(shù)n制冷壓縮機的實際性能與按理論循環(huán)所得的理想性能必然存存著差距。n為了能表征壓縮機的實際性能，列舉一些常用的主要性能參數(shù)。19高等課堂一、實際輸氣量n一定工況下，單位時間內(nèi)由吸氣端輸送到排氣端的氣體質(zhì)量稱為在該

5、工況下的壓縮機質(zhì)量輸氣量質(zhì)量輸氣量，單位為kg/h。n若按吸氣狀態(tài)的容積計算，則容積輸氣量容積輸氣量，單位為m3/h。20高等課堂二、容積效率n壓縮機的容積效率容積效率是實際輸氣量與理論輸氣量之比值。n用以衡量容積型壓縮機的氣缸工作容積的有效利用程度。21高等課堂三、制冷量n制冷壓縮機是作為制冷機中一重要組成部分而與系統(tǒng)中其它部件配合工作而獲得制冷的效果。n其工作能力有必要直觀地用單位時間內(nèi)所產(chǎn)生的冷量制冷量來表示，單位為kw，它是制冷壓縮機的重要性能指標之一。22高等課堂23高等課堂四、排熱量24高等課堂25高等課堂26高等課堂五、指示功率和指示效率n單位時間內(nèi)實際循環(huán)所消耗的指示功就是壓縮

6、機的指示指示功率功率，單位為kwn制冷壓縮機的指示效率指示效率是指壓縮1kg工質(zhì)所需的等熵循環(huán)理論功與實際循環(huán)指示功之比27高等課堂六、軸功率、軸效率和機械效率n由原動機傳到壓縮機主軸上的功率稱為軸功率。n軸效率軸效率是等熵壓縮理論功率與軸功率之比，用它可以評完主軸輸入功率的利用完善程度，較適用于開啟式壓縮機。n機械效率機械效率是指示功率和軸功率之比，用它可以評定壓縮機摩擦損耗的大小程度。28高等課堂七、電功率和電效率n 輸入電動機的功率就是壓縮機所消耗的電功率電功率。n電效率電效率是等熵壓縮理論功率與電功率之比，它是用以評定利用電動機輸入功率的完善程度。n對于封閉式制冷壓縮機：29高等課堂八

7、、性能系數(shù)n為了最終衡量制冷壓縮機的動力經(jīng)濟性，采用性能系數(shù)cop，它是在一定工況下制冷壓縮機的制冷量與所消耗功率之比。n對于開啟式壓縮機，其性能系數(shù)為n對于封閉式壓縮機，其性能系數(shù)為n另稱為：單位輸入功率制冷量；能效比eer30高等課堂第3章 制冷壓縮機31高等課堂壓縮式制冷系統(tǒng)的心臟壓縮式制冷系統(tǒng)的心臟主機主機有用能的輸入有用能的輸入制冷劑在系統(tǒng)中的循環(huán)流動制冷劑在系統(tǒng)中的循環(huán)流動整機性能整機性能可靠性可靠性壽命壽命噪聲噪聲壓縮機壓縮機稱為稱為概述32高等課堂壓縮機的分類（一）、按工作原理分類容積式壓縮機動力式壓縮機（二）、按密封方式分類開啟式封閉式半封閉式全封閉式（三）、按使用的制冷劑分

8、類氨壓縮機氟利昂壓縮機其他：二氧化碳壓縮機和碳氫化合物壓縮機（四）、按排氣壓力分類風 機 通風機 100mpa（五）、按壓縮級數(shù)分類單級壓縮機兩級壓縮機多級壓縮機（六）、按容積流量分類微型壓縮機 1(m3min)小型壓縮機 110(m3min)中型壓縮機 10100(m3min)大型壓縮機 100(m3min)33高等課堂容積型容積型速度型速度型容積型壓縮機容積型壓縮機速度型壓縮機速度型壓縮機 通過對運動機構(gòu)作功，以減少壓縮式容積，通過對運動機構(gòu)作功，以減少壓縮式容積，提高蒸氣壓力來完成壓縮功能。提高蒸氣壓力來完成壓縮功能。 由旋轉(zhuǎn)部件連續(xù)將角動量轉(zhuǎn)換給蒸氣，再將由旋轉(zhuǎn)部件連續(xù)將角動量轉(zhuǎn)換給蒸

9、氣，再將該動量轉(zhuǎn)為壓力。該動量轉(zhuǎn)為壓力。壓縮機的分類（按原理）34高等課堂按結(jié)構(gòu)特征和工作特征分類按結(jié)構(gòu)特征和工作特征分類35高等課堂各種形式的壓縮機往復式活塞連桿式回轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子式回轉(zhuǎn)式滑片式36高等課堂各種形式的壓縮機回轉(zhuǎn)式渦旋式37高等課堂各種形式的壓縮機回轉(zhuǎn)式雙螺桿回轉(zhuǎn)式單螺桿38高等課堂幾種特殊的壓縮機claw compressorsscrewradial blowers rotary vane regenerative blowers (also called side channel blowers or ring compressors)rotary lobe blowers pu

10、mp combinations39高等課堂 各類壓縮機在制冷和空調(diào)工程中的應用范圍各類壓縮機在制冷和空調(diào)工程中的應用范圍40高等課堂3.1 活塞式壓縮機41高等課堂概述n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，單位耗電量較少，特別是在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，造價也較低廉4)技術(shù)上較為成熟，生產(chǎn)使用上積累了豐富的經(jīng)驗5)裝置系統(tǒng)比較簡單n缺點1)轉(zhuǎn)速受到限制。單機輸氣量大時，機器顯得笨重，電動機體積也相應增大2)結(jié)構(gòu)復雜，易損件多，維修工作量大3)運轉(zhuǎn)時有振動4)輸氣不連續(xù)，氣體壓力有波動等42高等課堂機體（曲軸箱）機體（曲軸

11、箱）氣缸氣缸活塞活塞吸、排氣閥吸、排氣閥曲軸連桿機構(gòu)曲軸連桿機構(gòu)組成組成活塞式壓縮機主要組成部件43高等課堂活塞式壓縮機結(jié)構(gòu)44高等課堂活塞式壓縮機有以下特點：活塞式壓縮機有以下特點：因為是往復運動，轉(zhuǎn)速不宜太高因為是往復運動，轉(zhuǎn)速不宜太高氣缸工作腔有余隙容積氣缸工作腔有余隙容積氣缸工作腔必須設置吸、排氣閥，氣缸工作腔必須設置吸、排氣閥，使吸、排氣過程產(chǎn)生阻力損失使吸、排氣過程產(chǎn)生阻力損失結(jié)構(gòu)復雜，零部件多結(jié)構(gòu)復雜，零部件多。往復式壓縮機不允許吸氣帶液往復式壓縮機不允許吸氣帶液45高等課堂活塞式壓縮機的分類按制冷量的大小分類大型單機中溫考核工況制冷量在550kw以上中型單機中溫考核工況制冷量在

12、25550kw之間小型單機中溫考核工況制冷量在25kw以下按蒸發(fā)溫度范圍分類高溫壓縮機10+10中溫壓縮機2010低溫壓縮機4520按壓縮機的轉(zhuǎn)速分類低速轉(zhuǎn)速在300rmin以下中速3001000rmin之間高速1000rmin以上按壓縮機的級數(shù)分類單級壓縮制冷劑蒸氣由蒸發(fā)壓力至冷凝壓力只經(jīng)過一次壓縮多級(一般為兩級)壓縮制冷劑蒸氣由蒸發(fā)壓力至冷凝壓力需經(jīng)過兩次壓縮來完成按壓縮機的氣缸布置方式分類臥式氣缸軸線呈水平布置直立式氣缸軸線呈直立布置角度式氣缸軸線呈一定的夾角布置，有v型、w型和s型(扇形)等之分46高等課堂活塞式壓縮機的分類開啟式半封閉式全封閉式47高等課堂活塞式壓縮機的工作過程理想

13、工作過程（1）無余隙容積（2）吸、排氣無阻力損失（3）吸、排氣無熱量交換（4）無制冷劑的泄漏32vba01p4理想壓縮機的工作過程48高等課堂壓縮機實際工作過程49高等課堂活塞式壓縮機的性能（1）輸氣系數(shù) 輸氣系數(shù)的大小反映了實際工作過程中諸多因素對壓縮機輸氣量的影響，也表示了壓縮機氣缸工作容積的有效程度，故也稱為壓縮機的容積效率。 輸氣系數(shù)綜合了余隙容積、吸排氣阻力、吸氣過熱和泄漏對輸氣量的影響。 容積系數(shù)、壓力系數(shù)、溫度系數(shù)、泄漏系數(shù) 當壓縮機結(jié)構(gòu)類型和制冷劑確定后，運行參數(shù)壓縮比pk/p0則是主要的影響因素理論輸氣量實際輸氣量hsvvltpv50高等課堂輸氣系數(shù)51高等課堂輸氣系數(shù)52高

14、等課堂（2）壓縮機的功率和效率軸功率ni指示功率，直接用于壓縮氣體nm摩擦功率，用于克服摩擦阻力和帶動油泵工作壓縮功率摩擦功率miennn53高等課堂指示功率n取決于壓縮機的汽缸數(shù)、轉(zhuǎn)數(shù)和單位指示功n絕熱壓縮理論功n又指示效率n則壓縮機的指示功率ni可按下式計算：n指示效率主要與運行工況、多變指數(shù)、吸排氣壓力損失等諸多因素有關?；钊?.60.8120hhwsiww0ihirsrihhvvwmwmn121054高等課堂活塞式壓縮機的指示效率指示效率55高等課堂摩擦功率和機械效率 壓縮機的摩擦功率主要與壓縮機的結(jié)構(gòu)、制造、裝配質(zhì)量、轉(zhuǎn)速和潤滑油的溫度等有關。 活塞式壓縮機機械效率0.80.9mi

15、ieimnnnnn56高等課堂活塞式壓縮機的摩擦效率機械效率57高等課堂軸功率和軸效率n軸功率n軸效率（總效率）n電效率n實際制冷系數(shù)neermiihmimiehhvvnnnn12mie0meelmiecop0058高等課堂軸效率隨壓縮比的變化59高等課堂小型開啟式壓縮機的軸功率dmihdevhhvnn112)()15. 110. 1 ()15. 110. 1 (60高等課堂活塞式壓縮機的能量調(diào)節(jié)n通過改變壓縮機工作氣缸數(shù)目的實現(xiàn)制冷量的調(diào)節(jié)。61高等課堂3.2 螺桿式壓縮機62高等課堂概述概述 1934年螺桿式壓縮機問世，近年來，隨著螺桿機可年螺桿式壓縮機問世，近年來，隨著螺桿機可靠性方面的

16、改進，它在中等容量的制冷與空調(diào)裝置靠性方面的改進，它在中等容量的制冷與空調(diào)裝置上的應用更為廣泛了。上的應用更為廣泛了。 國內(nèi)于國內(nèi)于1976年聯(lián)合設計并生產(chǎn)出第一臺噴油螺桿式年聯(lián)合設計并生產(chǎn)出第一臺噴油螺桿式制冷壓縮機。目前制冷壓縮機。目前,煙臺冰輪集團有限公司、大連冷煙臺冰輪集團有限公司、大連冷凍機股份有限公司、武漢新世界制冷工業(yè)有限公司凍機股份有限公司、武漢新世界制冷工業(yè)有限公司等多個廠家已能生產(chǎn)螺桿式制冷壓縮機等多個廠家已能生產(chǎn)螺桿式制冷壓縮機,轉(zhuǎn)子公稱直轉(zhuǎn)子公稱直徑從徑從91到到315,標準工況標準工況(-15/30)制冷量制冷量從從38到到2470,已形成開啟式、半封閉式兩大已形成開

17、啟式、半封閉式兩大系列螺桿式制冷壓縮機。系列螺桿式制冷壓縮機。 63高等課堂主要部件n陽轉(zhuǎn)子n陰轉(zhuǎn)子n機體n軸承n軸封n平衡活塞n能量調(diào)節(jié)裝置64高等課堂工作過程65高等課堂工作原理n類似于絞肉機66高等課堂工作特點n完成一個工作周期，陽轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)兩圈，陰轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)4/3圈（齒數(shù)比4:6）n內(nèi)容積比工作容積最大值壓縮終壓對應的容積21vv67高等課堂單螺桿壓縮機n結(jié)構(gòu)：行星齒輪單螺桿n工作過程與容積式壓縮機類似n滑閥調(diào)節(jié)，負荷10100n常用于冷水機組68高等課堂螺桿式制冷壓縮機能量調(diào)節(jié)機構(gòu)螺桿式制冷壓縮機能量調(diào)節(jié)機構(gòu)n螺桿式制冷壓縮機輸氣量調(diào)節(jié)的方法主要有吸入節(jié)流調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)停調(diào)節(jié)、變頻調(diào)節(jié)、滑閥調(diào)節(jié)、

18、柱塞閥調(diào)節(jié)等。目前使用較多的為滑閥調(diào)節(jié)?；y調(diào)節(jié)工作原理 即通過改變轉(zhuǎn)子的有效工作長度，來達到輸氣量調(diào)節(jié)的目的。69高等課堂70高等課堂71高等課堂72高等課堂滑閥調(diào)節(jié)的原理圖73高等課堂調(diào)節(jié)機構(gòu)的組成 輸氣量調(diào)節(jié)機構(gòu)由三部分組成：第一部分包括滑閥、滑閥頂桿、油活塞、液壓缸、壓縮彈簧及端座；第二部分為輸氣量調(diào)節(jié)指示器；第三部分為油路及輸氣量調(diào)節(jié)控制閥。3)調(diào)節(jié)過程 滑閥軸向移動的動作是根據(jù)吸氣壓力和溫度，通過液壓傳動機構(gòu)來完成的，圖3-20表示電磁換向閥組控制輸氣量調(diào)節(jié)滑閥的工作情況。74高等課堂螺桿齒形 對稱圓弧形、單邊不對稱的擺線圓弧、ghh（德國公司）不對稱形。 目前,世界上公認效率較高

19、的型線有公司的型線、公司的型線、日立公司的56型線等。而我國現(xiàn)有的幾大螺桿式制冷壓縮機生產(chǎn)廠家大都采用標準型線(非對稱圓弧擺線齒型)，大連冷凍機股份有限公司部分87新齒型，武漢新世界制冷工業(yè)有限公司部分機型為型線，其效率雖然比標準型線有所提高(5%10%)，但與國外的(10%20%)比較,還有一定差距。75高等課堂主要參數(shù)n公稱直徑（63、80、100、125、160、200）n長徑比l/d0:1和1.5n理論排氣量vh=60(m1n1v1+m2n2v2)n容積效率和指示效率 螺桿之間以及螺桿和機殼之間的間隙引起的泄漏。 容積效率機械效率指示效率螺桿式0.750.950.950.980.720

20、.85活塞式0.60.80.80.90.60.876高等課堂螺桿式壓縮機的優(yōu)點n轉(zhuǎn)速高（30004400r/min），相同制冷量下，體積小，質(zhì)量輕，占地小，輸氣脈動小。n無吸、排氣閥和活塞環(huán)等易損件，結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠、壽命長。n向氣缸內(nèi)噴油，故排氣溫度低（350kw汽車空調(diào)汽車空調(diào)家用冰箱家用冰箱和冷藏箱和冷藏箱窗式空調(diào)窗式空調(diào)住宅空調(diào)住宅空調(diào)器和熱泵器和熱泵商用制冷商用制冷空調(diào)設備空調(diào)設備大型中央大型中央空調(diào)設備空調(diào)設備89高等課堂壓縮機的制冷量n理論輸氣量vh（制冷系統(tǒng)中唯一不變的量）n單位時間內(nèi)最大可吸入體積流量n表達式與壓縮機形式、轉(zhuǎn)速有關n如：活塞式壓縮機n實際輸氣量vrn單位時間內(nèi)吸入吸氣狀態(tài)下制冷劑的體積流量n容積效率vn與壓縮機形式、部分負荷程度有關znsdvh6042hsvvv1085. 094. 0112mvpp90高等課堂壓縮機的制冷量和制熱量n制冷量0n取決于壓縮機vhn輸氣系數(shù)vn運行工況：t0、 tk、sl、shn制熱量hn包括從環(huán)境中取出的熱量n壓縮機的輸入功率n壓縮機和管路的保溫)(0crkrhwqmqminreinhpfqp00)(lgph334122vvhvhrqvqvvqm0100q0wcqk91高等課堂壓縮機的耗功率n理論耗功率pthn絕熱壓縮kn四個效率n指示效率i 多變指數(shù)mn摩擦效率m 指示