第三章-制冷压缩机课件

第三章第三章制冷压缩机制冷压缩机第一节第一节 概述概述第二节活塞式制冷压缩机第二节活塞式制冷压缩机第三节螺杆式制冷压缩机第三节螺杆式制冷压缩机第四节其它类型制冷压缩机第四节其它类型制冷压缩机 制 冷 原 理 与 技 术第一节第一节 概述概述一、制冷压缩机类型一、制冷压缩机类型 压缩机容积型速度型回转式活塞式离心式滑片式螺杆式通过改变工作容积来完成气体的压缩和输送过程通过提高气流速度并将动能转变为压力能来完成气体的压缩和输送过程往复式斜盘式涡旋式转子式 制 冷 原 理 与 技 术类型气密特征容 量 范 围（KW）主要用途特点容积式往复式活塞连杆式开启0.4120冷冻、空调、热泵机型多，易生产，价廉，容量中等半封闭0.7545冷冻、空调全封闭0.115冷藏库、车辆活塞斜盘式开启0.752.2轿车空调专用高速，小容量旋转式转子式开启0.752.2车辆空调高速，小容量全封闭0.15.5冷藏库、冰箱、车辆涡旋式开启0.752.2车辆空调、热泵高速，小容量全封闭2.27.5空调螺杆式单螺杆开启1001100热泵压比大，可替代小容量往复式压缩机，价昂半封闭2290热泵、车辆双螺杆开启301600车辆空调半封闭55300热泵速 度式离心式单级901000冷冻、空调适用于大容量多级 制 冷 原 理 与 技 术一、分类一、分类 第二节第二节 活塞式压缩机活塞式压缩机顺流式活塞空心，活塞内腔与吸气管相通，活塞下移，气体自下进入气缸；活塞上移，气体从上部排出。w按制冷剂来分：氨压缩机和氟里昂压缩机；w按制冷剂蒸汽在气缸内的运动方向来分：顺流式（吸排气流向相同）和逆流式（吸排气流向相反）；制 冷 原 理 与 技 术w按气缸排列来分：直立型（L型）、V型、W型、扇型（S型）；制 冷 原 理 与 技 术w按活塞作用方式分：单作用压缩、双作用压缩；制 冷 原 理 与 技 术w按气密方式分：开启式、封闭式，封闭按气密方式分：开启式、封闭式，封闭式又有半封闭和全封闭之分。式又有半封闭和全封闭之分。w开启式：压缩机和电动机分别为两个设备，需设轴封开启式：压缩机和电动机分别为两个设备，需设轴封装置；装置；w半封闭式：压缩机机体和电动机外壳是铸在一起的，半封闭式：压缩机机体和电动机外壳是铸在一起的，取消了轴封装置；取消了轴封装置；w全封闭式：压缩机和电动机通过弹簧吊装在一个密闭全封闭式：压缩机和电动机通过弹簧吊装在一个密闭钢制外壳内。钢制外壳内。开启式半封闭式全封闭式 制 冷 原 理 与 技 术全封闭型压缩机全封闭型压缩机电机定子电机定子电机转子电机转子定位弹簧定位弹簧吸入消音器吸入消音器吸气阀吸气阀排气阀排气阀活塞活塞定位弹簧定位弹簧 制 冷 原 理 与 技 术w开启式：开启式：电动机独立于制冷系统之外，无耐制冷剂、润滑油的电动机独立于制冷系统之外，无耐制冷剂、润滑油的要求；要求；电动机的冷却与制冷剂无关，压缩机吸入制冷剂蒸汽电动机的冷却与制冷剂无关，压缩机吸入制冷剂蒸汽的过热度减小；的过热度减小；压缩机容易拆卸维修。压缩机容易拆卸维修。w半封闭式：半封闭式：压缩机电动机共用一根主轴，取消了轴封，避免了轴压缩机电动机共用一根主轴，取消了轴封，避免了轴封泄露的可能性；封泄露的可能性；结构紧凑、噪声低，同时也保持了开启式易于拆卸维结构紧凑、噪声低，同时也保持了开启式易于拆卸维修的优点；修的优点；电动机为内置电动机，电动机的绕组一定要耐制冷剂电动机为内置电动机，电动机的绕组一定要耐制冷剂和润滑油。和润滑油。w全封闭式：全封闭式：结构紧凑、密封好、噪声低；结构紧凑、密封好、噪声低；压缩机绕组依靠吸入的制冷剂蒸汽进行冷却，因此压压缩机绕组依靠吸入的制冷剂蒸汽进行冷却，因此压缩机吸气过热度大；缩机吸气过热度大；很难拆卸维修，对加工装配要求较高。很难拆卸维修，对加工装配要求较高。制 冷 原 理 与 技 术二、活塞式压缩机型号气缸数制冷剂种：类A、F气缸排列方式：L、V、W、S气缸直径（cm）半封闭或全封闭符号：B、Q举例：举例：8FS10、8FS7B 制 冷 原 理 与 技 术三、活塞压缩机构造（开启式为例）制 冷 原 理 与 技 术 制 冷 原 理 与 技 术w活塞式制冷压缩机可以概括为机体、活塞及曲轴连杆机构、气缸套及进气阀组、卸载装置及润滑系统五个部分。1、机体：由气缸体、曲轴箱、缸盖等部件组成，材料一般为灰铸铁。小型压缩机的机体一般把气缸体和曲轴箱铸成一体。气缸盖气缸体 制 冷 原 理 与 技 术2、活塞及曲轴连杆机构w活塞多采用镁铝合金铸造；活塞多采用镁铝合金铸造；w活塞设有密封环（两道气环和一道油环）活塞环一般活塞设有密封环（两道气环和一道油环）活塞环一般为合金铸铁为合金铸铁w高速全封闭压缩机活塞一般不装活塞环高速全封闭压缩机活塞一般不装活塞环。活塞 制 冷 原 理 与 技 术 制 冷 原 理 与 技 术w曲轴一般采用球墨铸铁铸成，每个曲拐上装连杆及活塞；w开启式曲轴一端装油泵，另一端通到曲轴箱外。制 冷 原 理 与 技 术w连杆材料一般为可锻铸铁；w连杆大头多为剖分式，带有可拆卸的薄壁轴瓦，轴瓦设油孔；w连杆小头均为不剖分式，内镶磷青铜衬套，靠活塞销与活塞相连。制 冷 原 理 与 技 术四、活塞式压缩机的性能1 1、工作过程工作过程 w 1）理想工作过程理想工作过程：4-1：吸气过程（下止点）；：吸气过程（下止点）；1-2：压缩过程：压缩过程2-3：排气过程（上止点）：排气过程（上止点）完成一个循环，压缩机对完成一个循环，压缩机对制冷剂所做的功可用面制冷剂所做的功可用面积积41234表示。表示。制 冷 原 理 与 技 术1 1、工作过程、工作过程 2 2）实际工作过程：）实际工作过程：压压缩缩机机的的结结构构上上，不不可可避避免免地地会会有有余余隙容积；隙容积；吸、排气阀门有阻力；吸、排气阀门有阻力；压压缩缩过过程程中中，气气缸缸壁壁与与气气体体之之间间有有热热量交换；量交换；气气阀阀部部分分及及活活塞塞与与气气缸缸壁壁之之间间有有气气体体的内部泄漏的内部泄漏。制 冷 原 理 与 技 术3、余隙容积w何为余隙：何为余隙：活塞式压缩机中，活塞在气缸中运动到活塞式压缩机中，活塞在气缸中运动到上止点时，活塞顶与气缸盖之间保持一上止点时，活塞顶与气缸盖之间保持一定的间隙，称为定的间隙，称为余隙。余隙。w为何存在余隙：为何存在余隙：考虑到曲柄连杆机构受热延伸时不至考虑到曲柄连杆机构受热延伸时不至于使活塞撞击气缸盖而引起机器损坏；于使活塞撞击气缸盖而引起机器损坏；排气阀门的通道占据一定的容积；排气阀门的通道占据一定的容积；运动部件的磨损使得间隙变大；运动部件的磨损使得间隙变大；第一道活塞环到气缸盖之间有一个小第一道活塞环到气缸盖之间有一个小的环形空间。的环形空间。制 冷 原 理 与 技 术w相对余隙容积相对余隙容积余隙容积和气缸工余隙容积和气缸工作容积之比。作容积之比。w余隙容积的影响：余隙容积的影响：使得输气量减小；使得输气量减小；能适当防止压缩机在湿冲程时遭受液击；能适当防止压缩机在湿冲程时遭受液击；可免除排气和吸气过程之间的压力突然可免除排气和吸气过程之间的压力突然变化，使得压缩机运转比较平稳。变化，使得压缩机运转比较平稳。制 冷 原 理 与 技 术2 2、工作参数、工作参数 气气缸缸工工作作容容积积V Vg g：理理想想工工作作过过程程下下，曲曲轴轴每每旋旋转转一一圈圈，压压缩缩机机一一个个气气缸缸所所吸吸入入的的低低压压气气体的体积。体的体积。（D D为气缸直径，为气缸直径，S S为活塞行程）为活塞行程）理理论论输输气气量量：在在理理想想条条件件下下，压压缩缩机机在在单单位位时间内由气缸输送的气体体积。时间内由气缸输送的气体体积。（n为气缸数，为气缸数，z为转数）为转数）制 冷 原 理 与 技 术2 2、工作参数、工作参数 实实际际输输气气量量V VR R ：在在实实际际运运行行中中，压压缩缩机机在在单位时间内由气缸输送的气体体积。单位时间内由气缸输送的气体体积。容容积积效效率率（输输气气系系数数）：制制冷冷压压缩缩机机的的实实际际输气量输气量V VR R与理论输气量与理论输气量V Vh h的比值。的比值。制 冷 原 理 与 技 术容积效率的影响因素容积效率的影响因素余隙容积的存在吸排气阀门阻力的存在制冷剂与气缸壁热交换的存在泄漏损失的存在余隙系数节流系数预热系数气密系数 制 冷 原 理 与 技 术再论容积效率（输气系数）w压缩机实际工作过程中的四项损失都会使得压缩机容积效率降低。w但是影响容积效率的主要因素是压比，或者说容积效率的值主要取决于实际运行时的冷凝温度和蒸发温度。w同一台压缩机在不同工作条件下，或者使用不同制冷剂时，其容积效率是不同的。w不同类型的压缩机即便工作条件相同，其容积效率也是有差别的。制 冷 原 理 与 技 术活活塞塞式式压压缩缩机机因因为为结结构构原原因因，其其容容积积效效率率比比其其他他形形式式的的压压缩缩机机要要低低，因因此此，其其单单级级压压比比不不能能高于高于810；活活塞塞式式压压缩缩机机采采用用普普通通金金属属材材料料加加工工制制造造，加加工工容容易易、成成本本低低廉廉，但但单单位位制制冷冷量量的的质质量量指指标标较大；较大；活活塞塞式式压压缩缩机机往往复复运运动动的的惯惯性性力力大大，转转速速不不能能太高，振动较大，限制了单机制冷量的提高；太高，振动较大，限制了单机制冷量的提高；活活塞塞式式压压缩缩机机在在定定转转速速下下工工作作时时，只只能能通通过过改改变变工工作作气气缸缸个个数数来来实实现现跳跳跃跃式式的的能能量量调调节节，部部分负荷下的调节特性较差。分负荷下的调节特性较差。3 3、活塞式压缩机特点、活塞式压缩机特点 制 冷 原 理 与 技 术第三节第三节 螺杆式压缩机螺杆式压缩机w螺杆式压缩机的螺杆式压缩机的工作是依靠啮合运工作是依靠啮合运动着的一个阳转子动着的一个阳转子与一个阴转子，并与一个阴转子，并借助于包围这一对借助于包围这一对转子四周的机壳内转子四周的机壳内壁来完成的。壁来完成的。w当转子转动时，转子的齿、齿沟与机壳当转子转动时，转子的齿、齿沟与机壳内壁所构成的空间称为基元容积，其基内壁所构成的空间称为基元容积，其基元容积会周期性的变化，同时还会沿着元容积会周期性的变化，同时还会沿着转子的轴向由吸入口侧移向排出口侧。转子的轴向由吸入口侧移向排出口侧。制 冷 原 理 与 技 术第三节第三节 螺杆式压缩机螺杆式压缩机一、结构w螺杆式制冷压缩机主要由转子、机壳（包括中部的气缸体和两端的吸、排气端座等）、轴承、轴封、平衡活塞及输气量调节装置组成。1吸气端座、吸气端座、2阴转子、阴转子、3气缸、气缸、4滑阀、滑阀、5排气端座、排气端座、6阳转子阳转子 制 冷 原 理 与 技 术 制 冷 原 理 与 技 术 制 冷 原 理 与 技 术 制 冷 原 理 与 技 术二、工作原理 w螺杆式压缩机不设吸排气阀，当齿槽空间与吸螺杆式压缩机不设吸排气阀，当齿槽空间与吸气中接通时即开始吸气，离开吸气口时即开始气中接通时即开始吸气，离开吸气口时即开始压缩，与排气口相通时即开始排气。这几个过压缩，与排气口相通时即开始排气。这几个过程严格地与回转角保持着对应的关系。程严格地与回转角保持着对应的关系。w螺杆式压缩机在运转时，需要将压力油喷射螺杆式压缩机在运转时，需要将压力油喷射到气缸内的压缩部位，其作用有：到气缸内的压缩部位，其作用有：冷却：常温的高压油喷入汽缸后，与被压缩的蒸汽混冷却：常温的高压油喷入汽缸后，与被压缩的蒸汽混合，吸收压缩热，使压缩求和接近等温过程，从而降低合，吸收压缩热，使压缩求和接近等温过程，从而降低了压缩机的排汽温度，并可改善容积效率和指示效率；了压缩机的排汽温度，并可改善容积效率和指示效率；密封：密封：喷入的油在转子及汽缸的表面形成一层油膜，喷入的油在转子及汽缸的表面形成一层油膜，使齿顶与汽缸的密封线、转子端面密封线等部位的间隙使齿顶与汽缸的密封线、转子端面密封线等部位的间隙减小，减少泄漏；减小，减少泄漏；润滑：润滑：主动转子和从动转子是靠它们之间的啮合传主动转子和从动转子是靠它们之间的啮合传动的。喷入润滑油可以起到有效的润滑作用，降低了啮动的。喷入润滑油可以起到有效的润滑作用，降低了啮合噪声。合噪声。制 冷 原 理 与 技 术分类方式分类方式分类型式分类型式按压缩机型式开启式、半封闭式、全封闭式按制冷压缩机类型单螺杆、双螺杆按制冷剂分类R22、R134a、R123、R407三、螺杆式压缩机分类 制 冷 原 理 与 技 术对比项目对比项目双螺杆压缩机双螺杆压缩机单螺杆压缩机单螺杆压缩机运行原理运行原理靠汽缸中一对螺旋转子相互啮合旋转，造成由齿型空间组成的基本容积的变化，实现了对制冷剂气体的压缩。靠一个螺杆转子和两个星齿轮的相互啮合实现对制冷剂气体的压缩。可靠性可靠性双螺杆压缩机的两个螺杆均为金属材料，耐磨损，使用寿命长。星轮齿为高分子材料，与主转子接触部分的材料在高温时强度非常差，必须进行强制冷却，使其保持在一定温度之下，否则立即损坏。星齿轮使用寿命短，一般运行35年需要更换，而且只有生产厂家可以提供，维护成本高。应用范围应用范围可在高温、中温、低温下操作，应用范围宽。受星齿轮强度的影响，不利于高压缩比，高温下操作，应用范围较窄。制 冷 原 理 与 技 术二、螺杆式压缩机特点及应用1、特点：、特点：没有余隙容积，不存在剩余气体的再膨胀过程，容积没有余隙容积，不存在剩余气体的再膨胀过程，容积效率较高（当压比达到效率较高（当压比达到20时，容积效率变化也不太大）时，容积效率变化也不太大），适应工作温度范围广；，适应工作温度范围广；没有吸排气阀结构，结构简单，易损件少（零部件仅没有吸排气阀结构，结构简单，易损件少（零部件仅为活塞式的为活塞式的1/10），运行寿命长，且没有阀片损失；），运行寿命长，且没有阀片损失；螺杆式压缩机输气量调节方法是在两转子之间设置一螺杆式压缩机输气量调节方法是在两转子之间设置一个轴向可以移动的滑阀，即滑阀调节，制冷量可以在个轴向可以移动的滑阀，即滑阀调节，制冷量可以在10100范围内无级调节，低负荷运行经济性好；范围内无级调节，低负荷运行经济性好；采用喷油冷却，排气温度低，但是润滑油系统复杂，采用喷油冷却，排气温度低，但是润滑油系统复杂，油分离器体积大；油分离器体积大；转子加工精度要求高，且运行时噪声大。转子加工精度要求高，且运行时噪声大。2、应用：、应用：中等制冷量范围内（中等制冷量范围内（5802300kW）用应用较多。）用应用较多。制 冷 原 理 与 技 术一、离心式压缩机一、离心式压缩机1、原理：速度型压缩机，由叶片高速旋转产生、原理：速度型压缩机，由叶片高速旋转产生的离心力作用，使气体获得动能和压力能，的离心力作用，使气体获得动能和压力能，高速气流流经扩压器，将动能进一步转变为高速气流流经扩压器，将动能进一步转变为压力能。压力能。2、主要元件：叶轮、吸气室、扩压器、弯道和、主要元件：叶轮、吸气室、扩压器、弯道和回流器、蜗室。回流器、蜗室。3、喘振：当冷凝压力过高或蒸发压力过低时，、喘振：当冷凝压力过高或蒸发压力过低时，会发生气态制冷剂从冷凝器向压缩机的倒流会发生气态制冷剂从冷凝器向压缩机的倒流现象，这种倒流撞击现象称为喘振。现象，这种倒流撞击现象称为喘振。旁通调节法是反喘振调节的一种措施。旁通调节法是反喘振调节的一种措施。第四节其它类型制冷压缩机第四节其它类型制冷压缩机 制 冷 原 理 与 技 术 制 冷 原 理 与 技 术4、特点：、特点：制冷能力大，可达制冷能力大，可达30000kW，大型离，大型离心式效率接近于大型活塞式；心式效率接近于大型活塞式；结构紧凑，质量轻（比同等制冷能力结构紧凑，质量轻（比同等制冷能力的活塞式压缩机轻的活塞式压缩机轻80%88%），占地），占地面积小；面积小；没有磨损件，工作可靠，维护费用低；没有磨损件，工作可靠，维护费用低；运行平稳，振动小，噪声低，且运行运行平稳，振动小，噪声低，且运行中制冷剂中没有混合润滑油，蒸发器中制冷剂中没有混合润滑油，蒸发器和冷凝器传热性能好；和冷凝器传热性能好；制 冷 原 理 与 技 术离心式压缩机有三种调节方式：叶轮入口可离心式压缩机有三种调节方式：叶轮入口可旋转导流叶片调节；叶轮进口导流叶片加叶旋转导流叶片调节；叶轮进口导流叶片加叶轮出口阔压器宽度可调的双重调节；入口导轮出口阔压器宽度可调的双重调节；入口导流叶片加变频调速调节；流叶片加变频调速调节；能够合理地利用能源，因耗电量极大，可用能够合理地利用能源，因耗电量极大，可用蒸汽轮机或者燃气轮机直接驱动，余热可以蒸汽轮机或者燃气轮机直接驱动，余热可以再驱动吸收式制冷机。再驱动吸收式制冷机。离心式压缩机也有开启式和封闭式之分，也离心式压缩机也有开启式和封闭式之分，也有单级压缩和多级压缩之分。有单级压缩和多级压缩之分。5、应用：、应用：大型制冷或者特殊用途场合。近年来大型制冷或者特殊用途场合。近年来R22、R123、R134a等制冷剂在离心式压缩机中大等制冷剂在离心式压缩机中大量的成功应用使得离心式压缩机的应用有增量的成功应用使得离心式压缩机的应用有增加之势。加之势。制 冷 原 理 与 技 术二、转子式压缩机1、结构：主要由气缸、滚动转子、偏心轴和滑片组成。制 冷 原 理 与 技 术 制 冷 原 理 与 技 术3、特点：、特点：易损件少、结构简单、体积小、重量轻；振易损件少、结构简单、体积小、重量轻；振动小、运转平稳、噪声小、可靠性高。动小、运转平稳、噪声小、可靠性高。在转子回转在转子回转720内完成一次吸气、压缩、排内完成一次吸气、压缩、排气、膨胀过程循环，因此气流流动较为缓慢，气、膨胀过程循环，因此气流流动较为缓慢，从而减小了气体流动损失；从而减小了气体流动损失；由于结构原因，其滑板与进排气口之间存在由于结构原因，其滑板与进排气口之间存在空档角，排气口侧的空档角使得气缸具有余空档角，排气口侧的空档角使得气缸具有余隙容积，但一般比活塞式容积效率高；隙容积，但一般比活塞式容积效率高；自身无容量调节机构，故常与变频技术相结自身无容量调节机构，故常与变频技术相结合。合。4、应用：、应用：3.5kW以下的小型制冷。以下的小型制冷。制 冷 原 理 与 技 术三、涡旋式制冷压缩机涡旋式制冷压缩机 1、结构组成：由静涡盘和动涡盘组成。制 冷 原 理 与 技 术涡旋式压缩过程是通过一个固涡旋式压缩过程是通过一个固定不变的涡旋体和一个固定平定不变的涡旋体和一个固定平移的涡旋转子相互作用完成的。移的涡旋转子相互作用完成的。气体通过每个涡旋体的端处进气体通过每个涡旋体的端处进入涡旋外圈小室。入涡旋外圈小室。随着涡旋体旋转，转子与定子的随着涡旋体旋转，转子与定子的最外圈在端点处啮合，气体被密最外圈在端点处啮合，气体被密封在最外圈的两个对称小室，完封在最外圈的两个对称小室，完成了吸气过程。成了吸气过程。涡旋体继续平移转涡旋体继续平移转动，使气体的容积动，使气体的容积不断收缩，压力逐不断收缩，压力逐渐升高。渐升高。当两压缩室的气体在中心合当两压缩室的气体在中心合并时，达到了排气压力。并时，达到了排气压力。在实际压缩过程中，同一时刻在在实际压缩过程中，同一时刻在6个小室中有不同压力段的气体，使个小室中有不同压力段的气体，使吸气与排气能够连续进行。吸气与排气能够连续进行。制 冷 原 理 与 技 术2、工作原理：、工作原理：气态制冷剂从静涡盘的外部吸入，在静涡盘气态制冷剂从静涡盘的外部吸入，在静涡盘与动涡盘所形成的空间中压缩，被压缩后的高与动涡盘所形成的空间中压缩，被压缩后的高压制冷剂从静涡盘中心排出。压制冷剂从静涡盘中心排出。3、特点：、特点：吸气、压缩和排气是同时连续单向进行，因此吸气、压缩和排气是同时连续单向进行，因此吸入气体有害过热小；相邻两室间气体泄露小；吸入气体有害过热小；相邻两室间气体泄露小；动涡盘回转半径小，运动速度低，摩擦损失小；动涡盘回转半径小，运动速度低，摩擦损失小；没有吸、排气阀，不存在余隙容积，气体流动没有吸、排气阀，不存在余隙容积，气体流动损失小；损失小；对涡线加工精度要求高；对涡线加工精度要求高；密封要求高，密封机构复杂。密封要求高，密封机构复杂。4、应用：中小制冷领域。、应用：中小制冷领域。