压缩机

2020/5/251第三章压缩机制冷系统的心脏2020/5/252主要解决的问题1、蒸气压缩式制冷压缩机种类、适用范围？2、各种压缩机的结构、工作原理？–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？3、压缩机的容积效率hv的意义，它与哪些因素有关？4、利用压焓图分析制冷循环是需注意哪些问题？2020/5/253制冷压缩机的分类制冷压缩机速度型（离心式）容积型往复(活塞)式回转式斜盘(板)式曲柄连杆式曲柄导管式涡旋式滚动转子式旋片式螺杆式单螺杆双螺杆2020/5/254一、活塞式压缩机ReciprocatingCompressors2020/5/255活塞式压缩机概述应用广泛排气量小，一般用于中(60～600kW)、小(60kW)型制冷机有单气缸和多气缸之分多缸压缩机可采用卸缸方法调节负荷有封闭式(hermetic)和开启式(open-type)之分2020/5/256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)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2020/5/257开启式多缸压缩机的内部结构卸载装置2020/5/258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：压缩机壳体可以适当开启（通过螺栓连接），可进行适当的维修–全封闭式：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2020/5/259封闭式活塞压缩的结构半封闭压缩机全封闭压缩机2020/5/2510全封闭活塞压缩机的结构卧式立式2020/5/2511影响活塞式压缩机性能的参数活塞排量(理论输气量)Vh容积效率(输气系数)hv＝lvlpltll–余隙(容积)系数lv：汽缸内必须留有余隙容积–节流(压力)系数lp：吸、排气节流的影响–预热(温度)系数lt：吸气受热容积增大–气密系数ll：高低压间泄漏2020/5/2512活塞式压缩机的示功图1234VP1'12'3'04'VcVhV2V1rV1rP2rP1P2P1rV2lv＝V1/Vhlp=V2/V1lt=T0/Tkll=0.95~0.982020/5/2513活塞式压缩机的制冷量活塞压缩机的实际输气量制冷量hvRVVh141100viiVvqVqVhvhvvhvhhhlgph122'34q0wc3'4'单位（质量）制冷量单位容积制冷量2020/5/2514活塞式压缩机的耗功率理论耗功率Pth–绝热压缩k四个效率–指示效率ηi多变指数m–摩擦效率ηm指示功率/轴功率运动部件、油泵–传动效率ηd轴功率/电机输出功率–电机效率ηe电机输出功率/输入功率电机输入功率PinoutedPPh)(12hhmwmPsrcrthinedmithPPhhhhlgph33′4′12s2′2ithiPPheimPPhkminoutePPh配用电机P=(1.1~1.15)Pin2020/5/2515活塞式压缩机的耗功率电机损失制冷剂泄漏、漏热压缩机摩擦损失、油泵耗功输入功率Pin轴功率Pe指示功率Pi电机效率ηe摩擦效率ηm指示效率ηi传动损失输出功率Pout传动效率ηd等熵压缩功率Pi2020/5/2516影响活塞压缩机性能的主要因素冷凝温度蒸发温度评价指标–性能系数COP=ф0/P–能效比EER＝ф0/Pin,多用于全封闭压缩机2020/5/2517影响活塞压缩机性能的主要因素q0wchlgp冷凝温度•q0•wc•EER冷凝温度•q0•wc•EER2020/5/2518影响活塞压缩机性能的主要因素q0wcq0’wc’hlgp蒸发温度•qv,Q0•wc,Pin?!•EER蒸发温度•qv•wc•EER对于任何工质均在压缩比m＝3附近存在最大功率工况！一般空调工况，m310maxmax)(kkwwkPpmk)1(1101,kkthvthmpkkvww2020/5/2519二、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）2020/5/2520滚动转子式压缩机的结构2020/5/25211.滚动转子式压缩机工作原理2020/5/2522滚动转子式压缩机的工作原理2020/5/2523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–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%2020/5/2524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–电机设计–轴承设计、自润滑等–轴的受力–热工性能改善2020/5/2525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目前主要用于微型车,面包车,工具车的空调系统.在高压冷媒能量回收和跨临界制冷循环及军事装备的空调系统将有较大发展.2020/5/25262.涡旋式压缩机内部结构2020/5/2527涡旋式压缩机工作原理2020/5/2528涡旋盘2020/5/2529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组合型线AAL型线（双圆弧＋直线单元）2020/5/2530其它形式的涡旋式压缩机2020/5/2531涡旋式压缩机特点容积效率高：90～98％，（为什么？思考！）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负荷调节方法–变频调节：调节转速–数码涡旋：调节吸排气之间旁通电磁阀的开关占空比制冷量范围：3～50kW（功率在1～15kW）“高压锅”、“低压锅”结构2020/5/25323.螺杆式压缩机类型：单螺杆和双螺杆式2020/5/2533单螺杆式制冷压缩机的结构星轮(门转子)螺杆滑阀排气口进气口电动机排气端座轴承供油机件高效油分离器2020/5/2534单螺杆压缩机的工作原理2020/5/2535双螺杆式压缩机（压缩原理）2020/5/2536螺杆压缩机的能量调节24681012145060708090100压缩比p2/p1效率/%2.22.63.5V2/V1=4.9固定内容积比变化内容积比图3-34R22典型螺杆式制冷压缩机工作性能制冷剂：R22ηvηi2020/5/2537螺杆式压缩机性能2020/5/2538螺杆式压缩机一方面，螺杆型线、结构设计有了长足的进步，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2020/5/2539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，可降低排气温度单级压缩比大(20:1)制冷量范围：70～4600kW负荷调节能力强：10～100％2020/5/2540回转式压缩机的耗功率固定内容积比压缩机–回转式压缩机–内压缩效率ηε电机损失制冷剂泄漏、漏热压缩机摩擦损失、油泵耗功输入功率Pin轴功率Pe指示功率Pi电机效率ηe摩擦效率ηm指示效率ηi传动损失输出功率Pout传动效率ηd等熵压缩功率Pi等熵压缩功率Pth过/欠压缩损失有效压缩功率Pε内压缩效率ηεpVpkp0(a)正常压缩Vpkp0pid额外功耗(b)欠压缩额外功耗pVpkp0pid(c)过压缩p2020/5/2541三、离心式压缩机大型冷水机组使用的压缩机，其容量正在向小型化发展2020/5/2542离心式压缩机的内部结构叶轮入口导叶排气腔进气腔轴封封闭式电动机平衡活塞轴颈轴承回流器无叶片扩压器2020/5/2543离心式压缩机的内部结构2020/5/2544离心式压缩机的工作原理与离心式水泵很相似2020/5/2545离心式压缩机的工作原理FEBC吸气口D叶轮扩压器蜗室A流速压力p,v流程2020/5/2546离心式制冷压缩机的容量调节方法转速（变频）调节–经济性好，但转速调节范围较窄进口导叶调节–经济性较好，但容量调节范围较窄–较简便，使用最普遍调节扩压器–调节范围宽，流量为10～15％也不会喘振–已有使用(与调导叶和节流阀结合)进口节流调节–简便–经济性差2020/5/2547离心式压缩机的性能曲线2020/5/2548离心式制冷压缩机的特点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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冷凝压力偏低加工要求高2020/5/2549离心式压缩机冷水机组目前在大冷量范围内（大于1500kW）仍保持优势，相对来讲，离心式压缩机的发展有所缓慢，因为受到螺杆式压缩机和吸收式制冷机的挑战离心机的市场容量大约在700～1200台之间徘徊，近几年由于大型基建项目纷纷上马，离心式制冷与空调压缩机又成为关注的热点解决喘振现象、改善气量调节和随工况变化的适应能力、小型化技术等是离心式压缩机技术发展的主要方向2020/5/2550离心式冷水机组新技术—磁悬浮技术2003年1月，麦克维尔（丹佛斯技术）空调公司在美国正式向全球发布了世界上第一台采用磁悬浮离心式压缩机的150冷吨水冷式冷水机组WFC，已顺利通过美国ARI认证磁悬浮离心式压缩机采用了航空工业上广泛使用的磁性轴承、变速离心压缩以及数字电子控制等先进技术使机组完全消除了传统冷水机组使用油润滑轴承所带来的摩擦损失、润滑系统复杂而庞大的结构以及机组控制维护工作量大等缺点丹佛斯公司也开始在中国推广该技术！2020/5/2551离心式冷水机组新技术—双级循环三菱重工产品–压缩机变频调速–双级压缩系统–经济器–高效换热器–电子膨胀阀–额定COP6.0，季节能效比超过10.02020/5/2552离心式冷水机组新技术—膨胀功回收膨胀功回收–采用膨胀机回收其膨胀功，减小压缩机耗功，提高冷水机组的COP–目前，已有研发成功的产品离心式水源热泵–已经开发出污水源热泵空调机组（应用于奥运村集中供暖、制冷系统）2020/5/2553四、采用各种压缩机的制冷机组的性能比较（供参考）容量范围机组性能应用场合2020/5/2554各类压缩机的应用范围及其制冷量大小资料来源：李连生“制冷与空调压缩机的技术现状与发展趋势”1HP－10kW转子式离心式螺杆式涡旋式往复式1HP－200kW1.5kW－15kW5kW－70kW100kW－1500kW350kW汽车空调家用冰箱和冷藏箱窗式空调住宅空调器和热泵商用制冷空调设备大型空调2020/5/2555各种压缩机构成的制冷机组的特点吸收式涡旋式离心式螺杆式活塞式类型单机容量大，只有泵噪声，运行费用较低；特别是直燃机，热效率高，燃料损耗小，安全性高，占地面积小无排气阀损失，转动力矩小，噪声低，振动小，可靠性高，具有优良的制冷供热特性，在同等容量范围内属高性能设备性能系数高，制冷量大，单位功率机组的重量轻，体积小，易于实现多级压缩与节流，自动化程度高，宜用于580KW以上的大中型空调系统，特别适合于高层建筑空调系统和区域供冷系统结构紧凑，允许压缩比高，容积效率高，操作维护方便，在部分负荷时比离心机组少，也不会发生喘振，但噪声大；宜用于350KW以上的大中型空调系统或风冷热泵系统适用于多种制冷剂，制造容易，价格较低，宜用于单机容量小于580KW的空调系统，或小于50KW的风冷热泵系统特点2020/5/2556各种制冷机组的单机容量范围(KW/台)7674