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1、第三章 制冷压缩机,第一节 制冷压缩机的分类,在蒸气压缩式制冷装置中，选用了各种类型的制冷压缩机。它们是装置中的关键核心设备，对系统的运行性能、噪声、振动、使用寿命和节能有着决定性的作用。,根据蒸气压缩的原理，压缩机可分为容积型和速度型两种基本类型。容积型压缩机：通过对运动机构作功，减少压缩空间容积来提高蒸气压力，以完成压缩功能。速度型压缩机：则由旋转部件连续将角动量转换给蒸气，再将该动量转为压力，提高蒸气压力，达到压缩气体的目的。,图31 制冷和空调中常用压缩机的分类及结构示意图,二、容积型压缩机,容积型压缩机通过可变的工作容积来完成气体的压缩和输送过程。,根据压缩方式分,活塞式（往复式）,
2、回转式,活塞式压缩机是最常用的一种容积式压缩机，但近年来回转式压缩机发展很快，特别在高效化、小型化、轻量化方面，滚动活塞式（滚动转子式）、涡旋式和螺杆式等占有很大的优势。,从压缩机结构分,开启式,半封闭式,全封闭式,目前，开启式压缩机除了在氨制冷机、汽车空调器和发动机驱动等场合使用外，在其他的制冷和空调工程中，正逐步向半封闭式和全封闭式发展。全封闭式具有结构紧凑、密封性好、噪音低、运转平稳的优点，而且由于生产规模大、成本低，正越来越广泛地应用于制冷和空调的各个领域中。,三、速度型压缩机,离心式压缩机,轴流式压缩机,第二节 压缩机的功率和效率,压缩机的指示功率和指示效率：由于压缩机的实际过程和理
3、论过程之间有偏差，实际压缩过程中气缸内所消耗的功率Pi（称为指示功率）比绝热压缩所需之功率Pa要大，两者之间的关系可用指示效率i（又称绝热效率）来表示，即：,（31）,二、轴功率、摩擦功率与机械效率,由原动机传到压缩机曲轴上的功率称为轴功率,轴功率一部分用于克服曲柄连杆等运动机构摩擦阻力，这部分功率称为摩擦功率,轴功率的一部分直接用于压缩气体，称为指示功率,机械效率：,（32）,压缩机的摩擦功率可分为两部分，即往复运动摩擦功率(活塞、活塞环与气缸间)和回转运动摩擦功率，前者约占7080，后者约占2030。,摩擦功率与压缩机的结构有关，也与润滑油温度及转速有关。,制冷压缩机的指示效率与机械效率的
4、乘积称为压缩机的总效率，即,制冷压缩机的总效率,约等于0.650.72。,三、压缩机所需电动机的功率,当压缩机用皮带与电动机相联接时，这时电动机轴上的功率,要比压缩机的轴功率,大，两者之间的关系可用传动效率,表示，即：,（311）,或,（312）,值一般为：三角皮带传动,=0.970.98，,平皮带传动,=0.96。,第三节 活塞式制冷压缩机,活塞式制冷压缩机是研制最早的压缩机，几乎和机械制冷方法同时出现，在一百多年的使用过程中，得到了广泛发展和深入研究，直到目前为止，虽然其地位受到其它类型压缩机的挑战，但其产量仍然在各类压缩机中占主要地位。,一、活塞式制冷压缩机的分类,按压缩机气缸分布形式分
5、类：可分为直立式、V型、W型、S型（扇形）、Y型（星型）等。按使用的制冷剂种类分类：可分为氨用、卤代烃用制冷压缩机。按压缩机与电动机的组合形式分类：可分为开启式和封闭式，其中封闭式又可分为全封闭式和半封闭式两种。按压缩机的级数分类：可分为单机单级和单机双级压缩机。,二、活塞式制冷压缩机的总体结构和主要零部件,机体。它是压缩机的机身，用来安装和支承其他零部件以及容纳润滑油。传动机构。压缩机借助该机构传递动作，对气体作功，它包括曲轴、连杆、活塞等。配气机构。它是保证压缩机实现吸气、压缩、排气过程的配气部件，它包括吸、排气阀片，阀板和气阀弹簧等。润滑油系统。它是对压缩机各传动摩擦偶合件进行润滑的输油
6、系统，它包括油泵、油过滤器和油压调节部件等。卸载装置。它是对压缩机气缸进行卸裁、调节冷量、便于启动的传动机构，它包括卸载油缸、油括塞、推杆和顶针、转环等零件。轴封装置。在开启式压缩机中，轴封装置用来密封曲轴穿出机体处的间隙，防止泄漏，它包括托板、弹簧、橡胶圈和石墨环等。,开启式制冷压缩机,图35 8FS10型开启式制冷压缩机机体,半封闭式制冷压缩机,图314 R22半封闭式制冷压缩机的总体结构图1滤油器 2吸油管 3端轴承盖 4油泵轴承 5油泵 6曲轴7活塞连杆组 8排气截止阀 9气缸盖 10曲轴箱 11电动机室12主轴承 13电动机室端盖 14吸气过滤器 15吸气截止阀16内置电动机 17油
7、孔 18油压调节阀 19底盖,全封闭式制冷压缩机,图315 全封闭式制冷压缩机1排气管 2气缸 3连杆 4吸排气阀 5活塞6主轴承 7电动机定子 8电动机转子 9壳体 10气液分离器11端子 12内部支撑 13排气消声器 14排气腔 15吸气腔16离心油泵 17曲轴 18副轴承,第四节 回转式制冷压缩机,近年来回转式压缩机发展很快，特别在高效化、小型化、轻量化方面。常用的回转式压缩机有螺杆式、滚动活塞式（滚动转子式）、滑片式和涡旋式四种。,一、螺杆式制冷压缩机,螺杆式制冷压缩机与活塞式制冷压缩机、离心式制冷压缩机相比是较晚的一种机型。螺杆式制冷压缩机的结构特点，确定了它的许多优点，如：零件数仅
8、为活塞式的110，压缩机运行可靠、安全、振幅小；适应性强，在高、低温制冷范围内以及热泵应用中均有良好性能；结构紧凑、能适用于大压比的工况；对湿压缩不敏感；有良好的输气量调节特性；维护方便等特点，是制冷和空调工程的理想主机。,螺杆式制冷压缩机的结构和工作原理,图316 螺杆式压缩机的结构1吸气口 2机壳 3阴转子 4阳转子 5排气口,图317 螺杆式制冷压缩机的工作过程 a吸气开始 b吸气过程 c吸气结束 d 压缩过程e压缩结束 f排气过程,二、滚动活塞式（滚动转子式、刮片式）制冷压缩机,转子式压缩机虽然出现较早，但由于材质和加工精度的限制，长期来在制冷领域一直未被采用。随着科学技术的发展，原有
9、的难题已经或者逐步得到了解决，偏心滚动转子式制冷压缩机在1kW左右以下的小型窗式空调器和食品冷藏箱中已开始广泛使用，在该冷量范围内所显示的优点足以取代活塞式制冷压缩机。,图323 滚动活塞式（滚动转子式、刮片式）制冷压缩机结构示意图1排气管 2气缸 3圆柱形转子 4偏心轮5润滑油 6吸气管 7滑片 8弹簧 9排气阀,图324 滚动活塞式（滚动转子式）制冷压缩机的工作过程,三、涡旋（涡线）式制冷压缩机,图325 涡旋式制冷压缩机的构造1固定螺旋槽板 2旋回螺旋槽板 3壳体 4偏心轴5防自转环 6进气口 7排气口,目前，涡旋式制冷压缩机的使用功率大约在115kW之间。与活塞式制冷压缩机相比较，它的
10、体积可缩小40，重量减轻15，结构简单（仅需5个零件），运行平稳、可靠，噪声可降低23dB（A），具有较高的EER值。,第五节 离心式制冷压缩机,离心式制冷压缩机的发展已有六十多年历史，20世纪30年代卤代烃制冷剂的出现以及后来冶金工业和其他科学技术的发展，为离心式制冷压缩机的制造和应用奠定了良好基础。目前，单机冷量在1200kW以上的制冷压缩机，几乎全部采用离心式。,一、离心式制冷压缩机的构造和工作原理,图326 单级离心式制冷压缩机的简图1吸气腔 2进口导叶 3叶轮 4扩压器 5蜗壳6增速齿轮 7电动机 8油箱 9齿轮油箱,所有制冷压缩机，根据其结构特点和工作原理，均有其最佳冷量使用范围，
11、因此，当使用的冷量和条件不同时，应选用不同形式的压缩机，以获得最佳运行效果。应该指出，活塞式制冷压缩机在结构和运行性能方面虽有许多不足，但其制造技术要求相对较低，而且使用年代已久，目前在200kW冷量以下的制冷压缩机中仍在广泛使用。,第六节 制冷压缩机的热力分析和节能措施,一、制冷压缩机的选型计算（单、双级压缩机）,制冷系统最常用的压缩机是活塞式和螺杆式。压缩机是制冷系统的“主机”，一般根据空调或冷库制冷系统的使用条件、制冷剂的种类、制冷循环型式及制冷能量要求，选择一定规格的制冷压缩机，以满足制冷系统的使用要求。,1活塞式压缩机型式选择的基本条件 冷库制冷系统压缩机选择的依据是冷却设备负荷Q0
12、和机械负荷Qj，同时应考虑以下有关参数的规定：（1）蒸发温度t0。（2）冷凝温度tk。（3）过冷温度tg。（4）吸气温度t1。（表3-4）（5）二级压缩的中间温度tzj与中间压力p的经 验公式为：,（313）,（314）,式中：tk，t0冷凝温度和蒸发温度，；Pk，P0冷凝压力和蒸发压力，MPa。,2活塞式制冷压缩机型式选择 确定选择单、双级压缩机的标准是压缩比Pk/P0。对于氨系统，压缩比8时采用单级，压缩比8时采用两级。对卤代烃系统，压缩比10时采用单级，压缩比10时采用两级。采用的两级压缩机可以是单机两级，也可以是配组的两级压缩。,3制冷压缩机单机容量和台数选择 压缩机单机容量和台数，应
13、按便于能量调节和适应制冷对象的工况变化等因素来确定。采用多台压缩机时，应尽可能采用同一系列或型号的产品，以方便运行和维修。,4制冷压缩机的工作范围和自动控制 压缩机的运行工况应尽可能满足前述基本条件。在必须保证运行安全保护的前提下，在系统设计时可以补充其他控制内容。在制冷自控技术不断进步的今日，采用设有微电脑控制的制冷压缩机是较理想的选择。不过这一选择还要与整个制冷系统控制程序协调配合。,5螺杆式制冷压缩机的选择 螺杆式制冷压缩机由于结构特点，它的内容积比是随外界温度的变化而变化的，我国规定有2.6、3.6和5.0三种，选用3种不同的滑阀。可适应不同的工况需要。新型可移动滑阀式螺杆压缩机，可以
14、进行内容积比的无级调节。螺杆压缩机单级压缩比大，有较宽的运行条件。带有经济器的单级螺杆式制冷压缩机，可以得到更高的运行效率。但在低温工况下，由于t0很低，则应选择两级螺杆压缩机。,6压缩机制冷量的计算,压缩机的制冷量Qo从制造厂的产品样本上无法查到时，可用下式计算：,kJ/h（315）,式中：qv 单位容积制冷量，kJm3；Vh压缩机的理论输气量，m3h；压缩机的输气系数。,从式31中可以看出，对一定的压缩机，Vh是定值，而qv与值是随压缩机的工作温度（主要指冷凝温度和蒸发温度）而变化的，因此压缩机的制冷量也是随工作温度而变动的。,例31 试计算8S12.5型，R22制冷压缩机在tk=30、t
15、0=-15、t5=25、t1=15时的制冷量Q0。该压缩机的气缸直径D=125mm、活塞行程S=l00mm、转速960 RPM（rmin）、气缸数z=8。,7在不同工况下压缩机制冷量的换算,制冷压缩机在出厂时，制造厂在机器的铭牌上标出的制冷量一般都是指名义工况下的制冷量，在实际运行中如工况变化，则可按产品样本上提供的制冷机性能曲线查得工作工况下的制冷量，也可根据工况改变时，压缩机的理论输气量总是定值这个原则来进行换算，即,（316）,（317）,式中：Qo1，Q o2在工况l和工况2时的压缩机制冷量，kW；1，2在工况1和工况2时的压缩机输气系数；Vh压缩机的理论输气量，m3h；qv1，qv2
16、在工况1和工况2时的制冷剂单位容积制冷量，kJm3。,（318）,8双级压缩制冷压缩机制冷量的计算,1）确定这套双级制冷机的中间压力Po1值。,2）按已知的tk（或Pk），to2（或Po2）和求得的中间压力Po1，作出双级制冷机循环的lgp-h图，并列出各有关点的热力参数值。,3）最后按下式计算双级制冷机的制冷量Qo。,（319）,式中：qv制冷剂在蒸发温度to2时的单位容积制冷量，kJm3；qo2制冷剂在t02时的单位质量制冷量，kJkg；Vh低低压级理论输气量，m3h；低低压级输气系数；l低压级吸入蒸气的比体积，m3kg。,例33 试计算下列配组式双级氨制冷机的制冷量。低压级：8S12.5
17、型一台，Vh低=566 m3h；高压级：4V12.5型一台，Vh高=283 m3h。,二、制冷压缩机的变工况运行特性,1制冷压缩机的变工况。2制冷量Qo与温度条件的关系。3压缩机耗功与温度条件的关系。4制冷系数与温度条件的关系。5单位容积制冷量与温度条件的关系。,三、制冷压缩机的能量调节方法,进行能量调节有以下三个优点：（1）能使制冷装置的制冷量始终与外界热负荷平衡，从而提高了运行的经济性；（2）减小蒸发温度（蒸发压力）的波动，相对应地减小了被冷却对象的温度波动，对空调而言可以提高环境的舒适度，对食品冷藏可以更好地保持其品质，这样还可以减少压缩机的起动次数，延长压缩机的使用寿命；（3）保证了轻
18、载或空载起动，避免引起电网负载过大的波动。当压缩机无能量调节时，压缩机的起动力矩较大，可达额定负载的1.82.25倍，易引起电动机过载。这样不但对电网电压的稳定性影响大，而且易引起电动机因过载而损坏。若选用大容量的电动机来进行工作，则降低了运行的经济性。,活塞式压缩机的能量调节方式（1）顶开吸气阀片调节输气量（2）压缩机进排气侧流量旁通调节,螺杆式制冷压缩机的能量调节 螺杆制冷压缩机通常采用滑阀调节能量，即在两个转子高压侧，装上一个能够轴向移动的滑阀来调节制冷量和卸载起动。滑阀调节能量的原理，是利用滑阀在螺杆的轴向移动，以改变螺杆的有效轴向工作长度，使输气量在10100范围内连续无级调节。滑阀的移动调节分手动和自动，但控制的基本原理都是采用油压驱动调节，一般根据吸气压力或温度的变化实现能量调节。,离心式制冷压缩机的能量调节 改变转速；进口节流调节；进口导流叶片调节；冷凝器水量调节；旁通调节。,制冷压缩机的变速能量调节（1）原动机直接驱动的压缩机变速调节。（2）采用变速电动机时压缩机的变速调节。（3）采用调速装置的变速调节。1）调压调速 2）变频调速,在选择调速方案时，要充分考虑：要求的速度变化范围；压缩机或电动机的负荷大小；调速装置的技术复杂程度；调速装置的价格；可靠性及易维修性；特殊要求或其它因素。,
