制冷压缩机的分类 第13讲 压缩机 容积型 往复(活塞)式 往复( 活塞) 制冷压缩机 速度型(离心式) 回转式 涡 旋 式 滚 动 转 子 式 旋 片 式 螺杆式 单螺杆 双螺杆 清华大学建筑技术科学系 曲 柄 连 杆 式 曲 柄 导 管 式 斜 盘 板 式 ( ) 1 2008-11-26 2 2008-11-26 活塞式压缩机概述 一,活塞式压缩机 应用广泛 排气量小,一般用于中(60～600kW),小 排气量小,一般用于中(60～600kW),小 (<60kW)型制冷机 (<60kW)型制冷机 有单气缸和多气缸之分 Reciprocating Compressors 多缸压缩机可采用卸缸方法调节负荷 有开启式(open-type) 和封闭式(hermetic)之 有开启式(open和封闭式(hermetic)之 分 3 2008-11-26 4 2008-11-26 高速多缸逆流型压缩机(开启式) 高速多缸逆流型压缩机( 开启式) 根据气缸在空间的排列方式分为 – V型 – W型 – S型(扇型) 扇型) 开启式压缩机的特点 – 电动机在大气中运转 – 需要轴封 – 制冷量较大或氨压缩机 5 2008-11-26 开启式多缸压缩机的内部结构 卸载装置 6 2008-11-26 1
封闭式压缩机 均采用氟利昂 压缩机与电动机密封在一起 分类: – – 半封闭式与全封闭压缩机的结构 全封闭压缩机 压缩机和电动机封闭在同 一个壳体中,如果需要维 修,则必须锯开壳体 半封闭式 全封闭式 请思考: 半封闭压缩机 请思考: 为何封闭式压缩机不能采 为何封闭式压缩机不能采 压缩机壳体可以适当开 用氨制冷剂? 用氨制冷剂? 启(通过螺栓连接), – 可进行适当的维修 开发封闭式氨制冷压缩机 – 开发封闭式氨制冷压缩机 必须考虑哪些因素? 必须考虑哪些因
素? – – 2008-11-26 7 2008-11-26 8 影响活塞式压缩机性能的参数 活塞排量(理论输气量):Vh 活塞排量(理论输气量):V 容积效率(输气系数): ηv=λv λp λt λl – 活塞式压缩机的示功图 P P2 吸气腔 排气腔 3' 3 P2 2' 2 余隙(容积)系数λv:汽缸内必须留有余隙容 余隙( 容积) 系数λ 积 节流(压力)系数λp:吸,排气节流的影响 节流( 压力) 系数λ 预热(温度)系数λt:吸气受热容积增大 预热( 温度) 系数λ 气密系数λl:高低压间泄漏 气密系数λ 2008-11-26 λv =V1/Vh λp=V2/V1 λt =T0/Tk λl=0.95~0.98 =0.95~ V2 1" V2 – – – P1 0 Vc 4 V1 4' P1 V1 Vh 1 1' V 9 10 2008-11-26 活塞式压缩机的制冷量 活塞压缩机的实际输 气量 lg p 3' 3 2' 2 活塞式压缩机的耗功率 电机损失 传动损失 压缩机摩擦损失,油泵耗功 制冷剂泄漏,漏热 1 q0 wc VR = ηvVh 制冷量 单位(质量) 单位(质量) 制冷量 制冷量 4' 4 电机效率ηe h 传动效率ηd 摩擦效率ηm 指示效率ηi 等熵压缩功率Pi φ0 = ηvVhqv = ηvVh 11 单位容积制冷量 单位容积制冷量 2008-11-26 q0 h h = ηvVh 1 4 v1 v1 输入功率Pin 输出功率Pout 轴功率Pe 指示功率Pi mr 12 2008-11-26 2
活塞式压缩机的耗功率 理论耗功率Pth 理论耗功率P – 影响活塞压缩机性能的主要因素 影响压缩机性能的主要因素 – 3′ 2′ 3 k 4′ 1 m 2s 2 Pth = mr wc = mr (h2 s h1 ) 绝热压缩k 绝热压缩k 指示效率ηi 多变指数m 多变指数m 四个效率 – ηi = P P th i ηm = P P i e lgp – – – h
– 摩擦效率ηm 指示功率/轴功率 指示功率/ 运动部件,油泵 – ηd = P P e out 传动效率ηd 轴功率/电机输出功率 轴功率/ ηe = P P 电机效率ηe out in 电机输出功率/输入功率 电机输出功率/ 2008-11-26 冷凝温度 蒸发温度 过热度 过冷度 lg p 3' 3 2' 2 4' 4 q0 1 wc h 评价指标 – – – Pth = ηi η m η d η e Pin 配用电机P=(1.11.15)Pin 配用电机P=(1.11.15)Pin 电机输入功率Pin 电机输入功率P 性能系数COP= ф0/Pout ,用于开启式压缩机 性能系数COP= 能效比EER=ф0/Pin,多用于全封闭压缩机 能效比EER= 2008-11-26 13 14 影响活塞压缩机性能的主要因素 冷凝温度 q 0 w c EER lgp 影响活塞压缩机性能的主要因素 蒸发温度 qv ,Q0 wc ,Pin?! EER k 1 w lgp th,v = 冷凝温度 q 0 w c EER 15 2008-11-26 q0 wc 蒸发温度 h mwmax wth k = p0 (m k 1) v1 k 1 k p = ( k ) wmax = k k 1 P0 qv wc EER 16 q0' wc' 对于任何工质均在压缩比m=3附近 q0 wc 存在最大功率工况! 一般空调工况,m>3 h 2008-11-26 滚动转子式压缩机的结构 二,回转式压缩机 滚动转子式,涡旋式, 螺杆式(具有固定内容 积比特征) 17 2008-11-26 18 2008-11-26 3
1.滚动转子式压缩机工作原理 1.滚动转子式压缩机工作原理 滚动转子式压缩机的工作原理 19 2008-11-26 20 2008-11-26 滚动转子式压缩机的特点 滚动转子式回转压缩机作为房间空调器一种常 用的压缩机 它与往复式活塞压缩机相比,具有以下特点: – – – – – – 滚动转子
式压缩机的现状 单转子压缩机 双转子压缩机 变频空调中广泛应用 如何提高变频范围内压缩机的性能,是当前的 主要研究课题 – – – – 容积效率高 往复运动部件少 振动较小 不需要内部悬挂支撑弹簧 零部件少等优点 体积小,重量轻:相对于往复式压缩机,转子式压 缩机体积减少40-50%,重量轻40-50% 缩机体积减少40-50%,重量轻402008-11-26 电机设计 轴承设计,自润滑等 轴的受力 热工性能改善 2008-11-26 21 22 旋叶压缩机 旋叶式压缩机启动性能较好,压缩过程力矩变 化亦不大,高速下的动力特性是这种压缩机的 主要技术研究方向 2.涡旋式压缩机 2.涡旋式压缩机 目前主要用于微型车,面包 车,工具车的空调系统 在跨临界制冷循环及军事装 备的空调系统将有较大发展 内部结构 24 2008-11-26 23 2008-11-26 4
涡旋式压缩机工作原理 涡旋式压缩机的型线 线段渐开线 正四边形渐开线 圆渐开线 AAL型线(双圆 AAL型线(双圆 弧+直线单元) 2008-11-26 组合型线 25 2008-11-26 26 其它形式的涡旋式压缩机 涡旋式压缩机特点 容积效率高:90～98%(为什么?请思考!) 容积效率高:90～98% 低噪声,振动小 结构简单,可靠性高 – 零件数目:涡旋式:滚动转子式:活塞式=1:3:7 零件数目:涡旋式:滚动转子式:活塞式=1:3:7 变频调节:调节转速 数码涡旋:调节吸排气之间旁通电磁阀开关占空比 负荷调节方法 – – 汽车空调用涡旋压缩机 卧式涡旋压缩机 27 2008-11-26 28 制冷量范围:3～50kW(功率在1～15kW ) 制冷量范围:3 50kW(功率在1 "高压锅","低压锅"结构
高压锅" 低压锅" 2008-11-26 3.螺杆式压缩机 3.螺杆式压缩机 双螺杆式压缩机(压缩原理) 29 类型:双螺杆和单螺杆式 2008-11-26 30 2008-11-26 5
汽车空调压缩机
单螺杆式制冷压缩机的结构 螺杆 供油机件 排气口 排气端座 轴承 电动机 进气口 单螺杆压缩机的工作原理 滑阀 星轮(门转子) 31 2008-11-26 高效油分离器 32 2008-11-26 螺杆式压缩机的特点 转速高,零部件少;易损零件少,维护容易 运转平稳,振动小,但噪声大 可调节内容积比,容积效率高 可承受少量的回液(对液压缩不太敏感) 电动机的冷却方式:喷润滑油,喷冷凝液,可 降低排气温度 制冷量范围:70～4600kW 制冷量范围:70～ 负荷调节能力强:10～100% 负荷调节能力强:10～100% 33 – 回转式压缩机的耗功率 固定内容积比压缩机 – – p pk p pk pi d 额外功耗 p pi pk p0 d 额外功耗 回转式压缩机 内压缩效率ηε 电机损失 p0 V (a) 正常压缩 p0 V (b) 欠压缩 V (c) 过压缩 传动损失 压缩机摩擦损失,油泵耗功 制冷剂泄漏,漏热 电机效率ηe 输入功率Pin 传动效率ηd 摩擦效率ηm 指示效率ηi 内压缩效率ηε 过/欠压缩损失 输出功率Pout 轴功率Pe 指示功率Pi 有效压缩功率Pε 等熵压缩功率Pth 等熵压缩功率Pi 滑阀调节,目前已开发出变速调节螺杆压缩机 2008-11-26 34 2008-11-26 螺杆式压缩机性能 100 制冷剂:R22 90 ηv 螺杆式压缩机的技术进展概况 一方面,螺杆型线,结构设计有了长足进步, 另一方面,螺杆转子专用铣床特别是磨床的引 进,使之产业化 螺杆压缩机主要作为空气压缩机和制
冷压缩机 使用 在中等制冷量范围内已逐渐替代往复式压缩机 并占据了离心式压缩机的大部分市场 目前已诞生三螺杆压缩机 – 效率/% 80 2.2 2.6 70 3.5 V21/V12=4.9 V /V =4.9 60 固定内容积比 变化内容积比 50 2 4 6 8 10 12 14 ηi 压缩比 p2/p1 压缩比是指系统的外压比 V1/V2是指压缩机的内容积比 35 当内压比=外压比时,内压缩效率=1 当内压比= 外压比时,内压缩效率=1 2008-11-26 力平衡,噪声减小 2008-11-26 36 6
离心式压缩机的内部结构 回流器 无叶片扩压器 排气腔 三,离心式压缩机 入口导叶 叶轮 大型冷水机组使用的压 缩机,其容量正在向小 型化发展 进气腔 封闭式 电动机 轴封 平衡活塞 37 2008-11-26 38 轴颈轴承 2008-11-26 离心式压缩机的工作原理 流 程 F B A D E p p,v 吸气口 叶轮 v C 离心式压缩机的性能曲线 喘振点 Δp 最高效率点 稳定工作区 阻塞点 39 蜗室 2008-11-26 扩压器 40 2008-11-26 离心式制冷压缩机的容量调节方法 叶轮进口导叶阀 开度调节 – 变速箱 二级叶轮 一级叶轮 压缩机 变频器 电动机 入口导叶 离心式制冷压缩机的特点 单机制冷量大,580～28,000kW,能效比高 单机制冷量大,580～28,000kW,能效比高 尺寸小,占地面积为活塞机一半 没有易损部件,维护费用为活塞机的1/5 没有易损部件,维护费用为活塞机的1/5 转动平稳,噪声低 可由蒸气轮机或燃气轮机直接驱动 易于实现多级压缩 加工要求高 42 普遍采用 叶轮出口扩压器 宽度调节 – 目前应用较少 逐渐增多 冷却水入口 压缩机转速调
节 – 经济器 热气旁通阀 冷凝器 冷却水出口 冷水入口 压缩机进排气管 之间的热气旁通 – 蒸发器 冷水出口 防喘振控制 2008-11-26 膨胀阀1 膨胀阀1 膨胀阀2 膨胀阀2 41 联合调节 典型离心式冷水机组的工作原理 2008-11-26 7
离心式冷水机组中的新技术 双级,多级压缩 – 总结:主要需解决的问题 蒸气压缩式制冷压缩机种类,适用范围?近期 诞生了哪些新技术 各类压缩机的结构,工作原理? – 诸多公司的产品采用 三菱重工等 丹佛斯特有技术 用膨胀机代替膨胀阀 压缩机变频调速 – 磁悬浮轴承(无油润滑) – – 膨胀功回收 – 容积式(容积是如何减小的?),离心式(如何增 压?) 电机容量是否够用?是否跨越最大功率工况?实际运 行过程中如何解决? 压缩机容积效率ηv的意义,它与哪些因素有关? 的意义, 利用压焓图分析制冷循环时需注意哪些问题? 44 2008-11-26 43 2008-11-26 思考题 1. 对于单级压缩制冷循环,经常可以看到有文 献讲"当蒸发温度升高时,压缩机输入功率增 献讲" 加" .这句话严密吗?为什么? 2. 冷冻用压缩机与空调用压缩机能否互换?为 什么? 3. 根据往复式压缩机和回转式压缩机的结构特 点,分析两类压缩机的性能特点和可能采取的 能量调节方式有哪些? 45 2008-11-26 作业 某采用R22为制冷剂,理论输气量为1m3/h的螺杆式压缩 某采用R22为制冷剂,理论输气量为1m /h的螺杆式压缩 机,设制冷循环的再冷度SL=8.3℃,压缩机的吸气温度 机,设制冷循环的再冷度SL=8.3℃ 为35 ℃,摩擦效率与电机效率
的乘积为0.8, 容积效率 ,摩擦效率与电机效率的乘积为0.8, (按变内容积比选取)和指示效率采用教材图3-34数据. (按变内容积比选取)和指示效率采用教材图3 34数据. 试计算绘制压缩机的性能曲线,并分析其结果: –