制冷壓縮機(jī)能量調(diào)節(jié)課件

第三章制冷壓縮機(jī)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)能有著打算性的作用。依據(jù)蒸氣壓縮的原理，壓縮機(jī)可分為容積型和速度型兩種根本類型。容積型壓縮機(jī)：通過對運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)作功，削減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，到達(dá)壓縮氣體的目的。圖3—1制冷和空調(diào)中常用壓縮機(jī)的分類及構(gòu)造示意圖二、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。

依據(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)進(jìn)展很快，特殊在高效化、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。從壓縮機(jī)構(gòu)造分開啟式

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進(jìn)展。全封閉式具有構(gòu)造緊湊、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、本錢低，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。三、速度型壓縮機(jī)離心式壓縮機(jī)

軸流式壓縮機(jī)

其次節(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〕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——軸功率一局部用于抑制曲柄連桿等運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦阻力，這局部功率稱為摩擦功率——軸功率的一局部直接用于壓縮氣體，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局部，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)的構(gòu)造有關(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。

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。

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)消失，在一百多年的使用過程中，得到了廣泛進(jìn)展和深入爭論，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)量仍舊在各類壓縮機(jī)中占主要地位。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(jí)數(shù)分類：可分為單機(jī)單級(jí)和單機(jī)雙級(jí)壓縮機(jī)。二、活塞式制冷壓縮機(jī)的總體構(gòu)造和主要零部件機(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)展?jié)櫥妮斢拖到y(tǒng)，它包括油泵、油過濾器和油壓調(diào)整部件等。卸載裝置。它是對壓縮機(jī)氣缸進(jìn)展卸裁、調(diào)整冷量、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。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)的總體構(gòu)造圖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)整閥19—底蓋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)庖悍謩e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)進(jìn)展很快，特殊在高效化、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。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)的構(gòu)造特點(diǎn)，確定了它的很多優(yōu)點(diǎn)，如：零件數(shù)僅為活塞式的1／10，壓縮機(jī)運(yùn)行牢靠、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；構(gòu)造緊湊、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)整特性；維護(hù)便利等特點(diǎn)，是制冷和空調(diào)工程的抱負(fù)主機(jī)。螺桿式制冷壓縮機(jī)的構(gòu)造和工作原理圖3—16螺桿式壓縮機(jī)的構(gòu)造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—吸氣開頭b—吸氣過程c—吸氣完畢d—壓縮過程e—壓縮完畢f(xié)—排氣過程二、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)雖然消失較早，但由于材質(zhì)和加工精度的限制，長期來在制冷領(lǐng)域始終未被承受。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)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頭廣泛使用，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)。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)構(gòu)造示意圖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w

4—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％，構(gòu)造簡潔〔僅需5個(gè)零件〕，運(yùn)行平穩(wěn)、牢靠，噪聲可降低2～3dB〔A〕，具有較高的EER值。

第五節(jié)離心式制冷壓縮機(jī)離心式制冷壓縮機(jī)的進(jìn)展已有六十多年歷史，20世紀(jì)30年月鹵代烴制冷劑的消失以及后來冶金工業(yè)和其他科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展，為離心式制冷壓縮機(jī)的制造和應(yīng)用奠定了良好根底。目前，單機(jī)冷量在1200kW以上的制冷壓縮機(jī)，幾乎全部承受離心式。

一、離心式制冷壓縮機(jī)的構(gòu)造和工作原理圖3—26單級(jí)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—齒輪油箱全部制冷壓縮機(jī)，依據(jù)其構(gòu)造特點(diǎn)和工作原理，均有其最正確冷量使用范圍，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)，以獲得最正確運(yùn)行效果。應(yīng)當(dāng)指出，活塞式制冷壓縮機(jī)在構(gòu)造和運(yùn)行性能方面雖有很多缺乏，但其制造技術(shù)要求相對較低，而且使用年月已久，目前在200kW冷量以下的制冷壓縮機(jī)中仍在廣泛使用。第六節(jié)制冷壓縮機(jī)的熱力分析和節(jié)能措施一、制冷壓縮機(jī)的選型計(jì)算〔單、雙級(jí)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)”，一般依據(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，選擇肯定規(guī)格的制冷壓縮機(jī)，以滿足制冷系統(tǒng)的使用要求。1．活塞式壓縮機(jī)型式選擇的根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?！?〕冷凝溫度tk。〔3〕過冷溫度tg?！?〕吸氣溫度t1。〔表3-4〕〔5〕二級(jí)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。2．活塞式制冷壓縮機(jī)型式選擇確定選擇單、雙級(jí)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)承受單級(jí)，壓縮比>8時(shí)承受兩級(jí)。對鹵代烴系統(tǒng)，壓縮比≤10時(shí)承受單級(jí)，壓縮比>10時(shí)承受兩級(jí)。承受的兩級(jí)壓縮機(jī)可以是單機(jī)兩級(jí)，也可以是配組的兩級(jí)壓縮。3．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)整和適應(yīng)制冷對象的工況變化等因素來確定。承受多臺(tái)壓縮機(jī)時(shí)，應(yīng)盡可能承受同一系列或型號(hào)的產(chǎn)品，以便利運(yùn)行和修理。4．制冷壓縮機(jī)的工作范圍和自動(dòng)掌握壓縮機(jī)的運(yùn)行工況應(yīng)盡可能滿足前述根本條件。在必需保證運(yùn)行安全愛護(hù)的前提下，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)可以補(bǔ)充其他掌握內(nèi)容。在制冷自控技術(shù)不斷進(jìn)步的今日，承受設(shè)有微電腦掌握的制冷壓縮機(jī)是較抱負(fù)的選擇。不過這一選擇還要與整個(gè)制冷系統(tǒng)掌握程序協(xié)調(diào)協(xié)作。5．螺桿式制冷壓縮機(jī)的選擇

螺桿式制冷壓縮機(jī)由于構(gòu)造特點(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)展內(nèi)容積比的無級(jí)調(diào)整。螺桿壓縮機(jī)單級(jí)壓縮比大，有較寬的運(yùn)行條件。帶有經(jīng)濟(jì)器的單級(jí)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(jí)螺桿壓縮機(jī)。6．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，對肯定的壓縮機(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。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。7．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)品樣本上供給的制冷機(jī)性能曲線查得工作工況下的制冷量，也可依據(jù)工況轉(zhuǎn)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)展換算，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?！?—18〕8．雙級(jí)壓縮制冷壓縮機(jī)制冷量的計(jì)算1〕確定這套雙級(jí)制冷機(jī)的中間壓力Po1值。2〕按的tk〔或Pk〕，to2〔或Po2〕和求得的中間壓力Po1，作出雙級(jí)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〕最終按下式計(jì)算雙級(jí)制冷機(jī)的制冷量Qo?！?—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(jí)理論輸氣量，m3／h；

λ低——低壓級(jí)輸氣系數(shù)；

νl——低壓級(jí)吸入蒸氣的比體積，m3／kg。例3—3試計(jì)算以下配組式雙級(jí)氨制冷機(jī)的制冷量。低壓級(jí)：8S—12.5型一臺(tái)，Vh低=566m3／h；高壓級(jí)：4V—12.5型一臺(tái)，Vh高=283m3／h。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。三、制冷壓縮機(jī)的能量調(diào)整方法進(jìn)展能量調(diào)整有以下三個(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)，這樣還可以削減壓縮機(jī)的起動(dòng)次數(shù)，延長壓縮機(jī)的使用壽命；〔3〕保證了輕載或空載起動(dòng)，避開引起電網(wǎng)負(fù)載過大的波動(dòng)。當(dāng)壓縮機(jī)無能量調(diào)整時(shí)，壓縮機(jī)的起動(dòng)力矩較大，可達(dá)額定負(fù)載的1.8～2.25倍，易引起電動(dòng)機(jī)過載。這樣不但對電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性影響大，而且易引起電動(dòng)機(jī)因過載而損壞。假設(shè)選用大容量的電動(dòng)機(jī)來進(jìn)展工作，則降低了運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)