制冷压缩机系列讲座

制冷压缩机系列讲座（－）信息来源：中国制冷空调技术网技术讲座关键词：制冷压缩机，容积型和速度型，开启式压缩机，半封闭式压缩机，全封闭式压缩机更新日期：2007-11-16―制冷压缩机功能及分类在蒸气压缩式制冷和热泵系统中，各种类型的制冷剂压缩机是决定系统能力大小的关键部件，对系统的运行性能、噪声、振动、维护和使用寿命等有着直接的影响。一、压缩机的功能制冷压缩机相是制冷热泵系统中的“心脏”，无论是在制冷系统还是热泵系统中，它的功能没有任何差别，但是，却有一个最根本的不同，那就是各自工作温度范围的不同。压缩机在系统中的功能在于：抽吸来自蒸发器的制冷剂蒸气，并提高其温度和压力后，将它排向冷凝器。在冷凝器中，高压制冷剂过热蒸气在冷凝温度下放热冷凝。而后通过节流元件，降压后的气液混合物流向蒸发器，在那里制冷剂液体在蒸发温度下吸热沸腾，变为蒸气后进入压缩机，从而实现了制冷系统中制冷剂的不断循环流动。由此可见，如制冷系统是从被冷却介质吸热而向环境介质排热，其压缩机运行工况中的蒸发温度要低于被冷却介质温度，冷凝温度要高于环境介质温度。对热泵系统，以空气源热泵为例，是从大气吸热，并向温度较高的温度区域供热，于是，其压缩机运行工况中的蒸发温度要低于大气温度，冷凝温度高于供热区域的温度。正是基于这一根本点的不同，决定了热泵用和制冷用压缩机的各自特点。尽管如此，从原理上看，各类制冷剂压缩机都可用于制冷机和热泵中。下面根据制冷压缩机的工作原理、结构和工作的蒸发温度划分其种类，并进行分类。二、制冷压缩机的种类制冷压缩机根据其对制冷剂蒸气的压缩热力学原理可以分为容积型和速度型两大类。1.容积型压缩机在容积型压缩机中，一定容积的气体先被吸入到气缸里，继而在气缸中容积被强制缩小，压力升高，当达到一定压力时气体便强制地从气缸排出。可见，容积型压缩机的吸排气过程是间歇进行，其流动并非连续稳定的。容积型压缩机按其压缩部件的运动特点可分为两种形式：往复活塞式（简称往复式）和回转式。而后者又可根据其压缩机的结构特点分为滚动转子式（简称转子式）、滑片式、螺杆式（又称双螺杆式）、单螺杆式、涡旋式等。2.动力（速度）型压缩机在动力（速度）型压缩机中，气体压力的增长是由气体的速度转化而来，即先使吸入的气流获得一定的高速，然后再使之缓慢下来，让其动量转化为气体的压力升高，而后排出。可见，速度型压缩机中的压缩流程可以连续地进行，其流动是稳定的。再制冷和热泵系统中应用的速度型压缩机几乎都是离心式压缩机。图1-1所示为制冷压缩机分类示意简图。各类压缩机原理结构特点和工作性能将在以后各章中分别阐述。图1-1制冷压缩机分类示意简图三、制冷压缩机的分类1.按工作的蒸发温度范围分类：对于单级制冷压缩机，一般可按其工作蒸发温度的范围分为高温中温和低温压缩机三种，但再具体蒸发温度区域的划分上并不统一。下面列举一种某些著名压缩机产品沿用的大致工作蒸发温度的分类范围。高温制冷压缩机（-10～0）℃中温制冷压缩机（-15～0）℃低温制冷压缩机（-40～-15）℃2.按密封结构形式分类：制冷系统中的制冷剂应是不容许泄漏的，这意味着系统中凡与制冷剂接触的每个部件是对外界是密封的。根据制冷压缩机所采取的防泄漏方式和结构，可有三种不同的基本压缩机形式。（1）开启式压缩机图1-2是往复式为例的开启式压缩机结构图。压缩机的曲轴3的功率输入端伸出压缩机机体之外，再通过传动装置与原动机相连接。在伸出部位要用轴封装置8防止轴段和机体间的泄漏。利用这种轴封装置的隔离作用使原动机独立于制冷剂系统之外的压缩机形式称为开启式压缩机（通常，这种压缩机的制冷量较大）。若原动机是电动机，因它与制冷剂和润滑油不接触而无需具备耐制冷剂和耐油的要求。因此，开启式压缩机可用于以氨为工质的制冷系统中。（2）半封闭压缩机采用封闭式的结构，把电动机和压缩机连成一体，装在同一机体共用一根主轴，因而可以取消开启式压缩机中的轴封装置，避免了由此产生或多或少泄漏的可能性。图1-3是半封闭式压缩机（以往复式为例）的结构例子。从中可见，电动机室11内充有制冷剂和润滑油，这种于制冷剂和润滑油衔接出的电动机被称为内置电动机，其所用材料必须与制冷剂和润滑油共处。半封闭式压缩机的另一特点是在其机体上的各种端盖都是用垫片和螺栓拧牢压紧来防止泄漏，因而压缩机内零部件易于拆卸修理更换。半封闭式压缩机的制冷量一般居中等水平。（3）全封闭式压缩机全封闭式压缩机也像半封闭式一样，把电动机和压缩机连成一整体，共用一根主轴，它与半封闭式的差异在于，连接在一起的压缩机和电动机组安装在一个密封比的薄壁机壳中，机壳由两部分焊接而成，这样既取消了轴封装置，又大大减轻和缩小了整个压缩机的尺寸和重量。露在机壳外表的只焊有一些吸排气管工艺管以及其它（如喷液管）必要的管道、输入电源接线柱和压缩机支架等。图1-4表示了全封闭式压缩机（以往复式为例）的结构剖面图。由于整个压缩机电动机组是装在一不能拆开的密封机壳中，不易打开内部修理，因而要求这类压缩机的使用可靠性高，寿命长，对整个制冷剂系统的安装要求也高。这种全封闭结构形式一般用于大批量生产的小冷量制冷压缩机中。无论是半封闭式还是全封闭式的制冷压缩机，由于氨含有水分时要腐蚀铜，因而都不能用于以氨为工质的制冷系统中。但是，也该看到，基于CFCS和HCFCS的替代和扩大天然制冷剂氨的使用的需要，采用能与氨制冷剂隔离的屏蔽式电动机的半封闭式压缩机已研制成功并获得应用。主要参考文献：1.缪道平，吴业正主编，制冷压缩机。机械工业出版社，2004。2.朱立主编，制冷压缩机与设备。机械工业出版社，2005。3.郁永章主编，容积式压缩机技术手册。机械工业出版社，2005。4.高等职业技术教育教材，制冷压缩机。中国商业出版社，2004。制冷压缩机系列讲座（二）：制冷压缩机当前发展概况信息来源：本网讲座更新日期：2007-12-25关键词：制冷压缩机，往复式压缩机，转子式压缩机，涡旋式压缩机，螺杆式压缩机，离心式压缩机从新技术进步方面看，新型压缩机新材料新工艺新控制方法以及新工质的出现和计算机功能的不断提高等，都使得已有得企业要耗费巨资投入改造，而另一方面却为新生得企业带来发展得契机。在制冷空调工业面前，现在所遇到得有三个主要问题。首当其冲的是如何实现CFCS和HCFCS的替代，以免大气臭氧层继续遭受破坏。可以这样说，这个替代问题是近几十年来比以往任何时候对制冷空调工业产生最大影响和变化的大事。第二个十分重要的挑战是要求进一步提高设备和系统的效率以减少能源消耗。作为主机的制冷压缩机的节能性能提高在其中起了很关键的作用。第三个问题是许多制冷空调企业的崛起引发起全球竞争的白热化。这些企业都想捕捉住当前这个采用高新技术，新工艺已变为可行和经济的有利时机。其结果是，近年来，由于高科技的引用，制冷空调设备的制造工艺可靠性舒适性和噪声控制等方面确实取得令人瞩目的进展。制冷压缩机在面临这一系列挑战中同样出现新的突破。事实已充分说明，近30年来，压缩机工业经历着一场达革命，这主要体现在研究领域中，新型压缩机的开发中以及设计过程中工程科学的应用。最明显的是新型的传感器已经大量用于测量压缩机中的压力温度振动和应变。而最近，在整个压缩机工业的方方面面都广泛使用的电子计算机，成为不可或缺的手段，这包括计算机数据采集和整理，计算机辅助设计设计和工艺的优化等。其带来的总体效果体现在压缩机的小型化（但却拥有较大的制冷量）和高效率，此外，噪声和振动得到降低，可靠性得到提高和寿命得到延长。而在取得这些成就的过程中所消耗的开发，设计和生产制造时间都比过去短且费用亦低。一、往复式压缩机往复式压缩机迄今还是应用最广泛的一种机型，尽管它的市场份额已被其它形式压缩机占去一部分，这是因为后者具有比往复式机器更好的可靠性容积效率压力稳定等性能。因此，可以预料，除了在小冷量应用场合，往复式压缩机还会继续失去其占有的市场。虽然如此，它仍在采用新技术来力保自身市场范围，其方法是应用热力和流体力学的新成果，采取计算机辅助设计的手段使压缩机的设计气阀的改进等方面更为合理，对其整体性能的预测更加精确。目前，其性能系数约为2～2.5W/W（制冷）和2.9～3.4W/W（空调）。二、转子式制冷压缩机这类压缩机如今广泛应用于家用电冰箱和空调器中。它从结构上看主要是因为不需要用吸气阀而显得可靠性更高。同样的原因亦使它适用于变速运行，在家用空调器中其变速比可达10：1（从10～15HZ）。2机器的零部件少，尺寸紧凑，重量轻也是它的明显优点。但是也有其受限制的一面，即这种压缩机一旦在其轴承主轴滚动或是滑片处发生磨损，间隙增大，马上会对其性能产生较明显的不良影响，因而它通常是用在工厂中整体装配的冰箱空调器中，因为这样，系统内具有较高的清洁度。而对于在现场总装的制冷空调系统而言，如中央空调或大多数商用制冷机，则因在其系统中往往会有大量导致压缩机零件磨损的杂质，致使机器性能迅速恶化。单缸的转子式压缩机在很低转速时的转速不均匀度慧增大，因而开发了双缸机来克服这个缺点。但是，有迹象表明已逐渐用涡旋式压缩机来替换转子式的现象，以取得较好的低转速运行特性。转子式压缩机的研究集中在降低能耗，采用替代工质（如HFC-134a），采用新的润滑油，电动机变速控制和降低噪声等方面。其性能系数可达2.9W/W（制冷）和3.4W/W（制热）。三、涡旋式压缩机数控加工工艺的发展使涡旋式压缩机得以制成并进入市场。随着这种加工工艺的生产率提高，这类压缩机的价格更具有竞争力。尽管它需要有一平动传动机构而使其结构有所复杂化，但它却具有许多潜在的技术优势。机器中没有吸气阀，也可以不带排气阀，从而提高了其可靠性，转速变化范围可增大；还有动力平衡性较好，轴的扭矩较均匀，压力波动小以及较小的振动和噪声。进一步看其特点,涡旋式压缩机的余隙容积损失的缘故.这种特性使它在制冷,空调和热泵应用场合中比往复式更具有优势。在制冷应用中,涡旋式压缩机可以用较小的压缩机工作容积在很低的蒸发温度和较高的压力比下提供足够的制冷量,这样,压缩机用同一电动机可在更宽广的工况下高效率地工作.同理,在热泵应用中,在环境气温低及压力比高的情况下,压缩机具有较高的供热能力.在空调应用中,亦会在宽广的环境气温下,减轻电动机的负荷,提高了柔性传动机构后可使其忍受液体压缩和杂质侵入的能力有所加强,不致产生过大的性能损失或失效.轴承和其它部件的磨损几乎对压缩机的性能影响很小,工作可靠性提高。涡旋式压缩机的发展在于扩大其制冷量范围，特别是做成小制冷量的机型，提高效率，使用替代工质和降低制造成本等方面。四、螺杆式压缩机随着近年来螺杆式压缩机工作可靠性的不断改进，使之在中等制冷量范围内的制冷空调应用中，尽管其价格较高，还是得到较普遍的应用，并可望取得更广泛的推广；它已开始取代一些较大的往复式压缩机（小至50KW，甚至更小些），同时取代了一些中等冷量的离心式压缩机（大致1500KW）。它之所以能挤入原来一直由离心式压缩机主宰的领域（350~1500KW）是由于其部分负荷时的良好性能，其效率一般可高出8%~10%；并且没有离心式压缩机所特有的喘振问题。在原来往复式压缩机所主宰的较小冷量范围内（750KW以下），螺杆式压缩机是以其较高的可靠性和效率才成功地跻身其中，这是因为其装配零部件少，螺杆型线的最新发展以及加工精度的提高。另外，它还有尺寸小，重量轻和易于维护保养的优点。螺杆式压缩机的两种基本形式中，双螺杆式显得较多地受到青睐。但在欧洲，使用较多的却是螺杆式压缩机。五、离心式压缩机离心式压缩机目前在大冷量范围内（大于1500KW）仍保持优势，这主要是收益于在这个冷量范围内，它具有无可比拟的系统总效率。离心式压缩机的运动零件少而简单，且其制造精度要比螺杆式压缩机低得多，这些都带来制造费用相对低且可靠的特点。此外，大型离心式压缩机如应用在工作压力变化范围狭小的场合中，可以避开由喘振所带来的问题。可是，在不久的将来，总会部分负荷值（IntegratedPartloadvalue）将愈来愈被重视，从而要求离心式压缩机要在教宽广的