KF-25分体壁挂空调器的设计及三维模拟

KF-25分体壁挂空调器的设计及三维模拟 KF-25 分体壁挂空调器的设计及三维模拟 摘要 我国是家用空调生产和使用大国作为家用空调的主体分体壁挂式空调有其 明显的优势使得它在未来不算短的时间内依然是家用空调的主体分体壁挂式空调 以其独特的结构特点和优越的性能而被广泛应用它采用的是压缩制冷的方式主 要分为两部分即室内机组和室外机组其室外机组主要由制冷压缩机冷凝器和 轴流风机组成室内部分主要由蒸发器和贯流式风机组成两者之间用连接管道相 连构成一个完整的空调机组本文对分体壁挂式空调器进行概述并设计一个采 用R22制冷剂的KF-25型空调主要对制冷系统进行了设计计算包括压缩机的选型 蒸发器及冷凝器的设计计算并对其室外机进行三维模拟最后对空调器的整体结 构进行设计得到室内机尺寸为900mm 200mm 270mm 室外机的尺寸为 840mm 320mm 420mm 该空调器的COP值为255 关键词分体壁挂式空调设计三维模拟 - I KF-25 分体壁挂空调器的设计及三维模拟 Abstract In China domestic air-conditioner was far-range used Being the main part of the home air-condition the split room air-condition has obvious advantage to make it still the main part of the home air-condition in future not for a short timeWall-mount split type air conditioner is applied widespread for special structure and superior function The wall-mount split type air conditioner is compression refrigeration it is made up of two parts the indoor unit and the outdoor unit Outdoor unit is made of a refrigeration compressor a condenser and an axial flow fan the indoor unit is made up of evaporator and cross flow fan The piping links the indoor unit and the outdoor unit which became an integrated air condition machine set The wall-mount split type air conditioner is summarized in the whole structure and an air conditioner KF-25 of using R22 as refrigerant is designed in this paper Including choose the type of compressor the design calculation of evaporator and condenserAnd the outdoor unit to its 3-D Modeling In the end when designing the whole structure of air conditioner air conditioners indoor machine size is 900mm200mm270mm and its outdoor machines size is 840mm320mm460mmThe COP about this air conditioner is 255 Key words wall-mount split type air conditioner design 3-D Modeling - II KF-25 分体壁挂空调器的设计及三维模拟 目 录 第一章 前言 1 11选题背景 1 12 研究意义 1 13 文献综述 2 3 com 三维模拟软件UG NX 40 的介绍 2 com 分体壁挂式空调器气流设计3 com 健康空调器的现状 4 com 健康空调器面临的挑战5 com 两种健康型空调器 6 14 研究的基本内容拟解决的主要问题 7 15 研究步骤方法 8 第二章 分体壁挂式空调器的概述 9 21 制冷方式9 22 分体壁挂空调器的结构及工作原理9 com 分体壁挂空调器的结构9 com 分体壁挂空调器的工作原理10 com 目前分体式空调器的主要优缺点11 23 分体壁挂空调器的主要元件 11 com 制冷压缩机 12 com 热交换器 13 com 节流装置 15 com 其它部件 16 24 分体壁挂空调器的通风系统及其主要元件 17 com 风扇 17 com 风道与风门 17 com 空气过滤器 17 25 房间空调器设计技术的新趋势 17 com 节能设计技术 18 com 降噪设计技术 18 com 健康舒适性设计技术19 第三章 设计计算 21 31 制冷循环热力计算 21 com 循环参数及压焓图 21 com 各点参数值 21 com 热力计算 22 32 压缩机的选择及制冷剂流量校核 25 33 冷凝器的设计 26 34 蒸发器的设计 33 - III KF-25 分体壁挂空调器的设计及三维模拟 35 毛细管的计算与选型 45 第四章 三维建模 46 第五章 结论与思考 51 41 冷凝器的设计结果 51 42 蒸发器的设计结果 51 43 整体设计的结果 51 44 思考 51 参考文献 53 致 谢 54 附 录 55 声 明 56 - IV KF-25 分体壁挂空调器的设计及三维模拟 第一章 前言 11 选题背景 空调技术是由于社会生产和人民生活的需要而产生和发展的它的发展又促使了社 会生产和科学技术的进步空气调节顾名思义是对空气的参数进行调节空气调节技术 就是使室内空气的温度湿度流动速度清洁度等参数维持在一定范围内的技术 以满足生产工艺或人们对舒适的需求随着社会的发展人民生活水平的不断提高人 人都希望生活在温度适中微风习习空气洁净的环境中而空调恰恰是一种能自动控 制调节室内温度为你提供舒适的生活环境可以提高学习和工作效率的家用电器家 用空调器最早问世于四十年代的美国主要型式为窗式空调器其后随着大量商业建 筑和住宅的兴建给家用空调器提供了广泛的应用市场带动了家用空调器的发展并促 使向其它国家扩展七十年代日本研制出分体空调这种新概念的空调型式如今成为 家用空调器市场的主流住宅空调进入中国百姓生活的时间并不长但发展比较迅速 已完成了从窗式空调到分体空调到商用空调到中央空调的发展进程目前我国家用 空调器的型式结构以分体空调器占绝对优势据不完全统计估计大约有80以上是分体 1 壁挂机 即使目前以水为传热介质的家用中央空调机组开始兴起但由于成本高结 构系统复杂大多数居民还是选择采用单个分体空调器或多联机分体空调器目前的情 况下壁挂分体式空调器是广泛应用的一种小型空调设备因此掌握壁挂分体式空调器 的整体结构和对制冷系统进行系统设计十分必要 12 研究意义 通过本次对分体式壁挂机的结构设计使自己对其结构布置组成及制冷过程有个深 刻的了解最主要的是通过UG软件的三维模拟能把空调器的整体感观呈现给大家使大 家对其结构有很好的认识三维模拟不仅可以锻炼自己对该软件的使用更能减少设计 空调机的二维视图设计的工作量三维模拟设计也是今后设计研发方面发展的方向通 过本次设计也为自己以后的工作打下了坚实的基础 随着我国经济实力的增长和人民生活水平的提高房间空调器已普及到一般家庭 普通房间空调器工作的基本原理是通过气体热交换调节局部区域的温度为保障调温效 果要求环境封闭致使室内的微尘烟雾细菌病毒废气不断增加氧气含量不 - 1 KF-25 分体壁挂空调器的设计及三维模拟 断降低空气质量越来越差特别是近来各种新型建筑材料的使用挥发性有机化合物 2 Volatile Organic Compounds VOC 气体大量散发室内空气污染物的种类日趋复杂 特别是各种新型建材的使用一般空调器只能对室内空气中的尘粒进行初步的过滤据 资料显示长时间地呆在空调房间的人会出现眼红昏头恶心胸闷身体乏力 困倦等不良症状即所谓的病态建筑综合症 Sick Building Syndrome SBS 因此传统 的建立在人体热平衡舒适概念基础上的空调设备已远远不能满足人们对健康舒适的要 求在空调产品上增设各种附加部件使之能够在一定程度上降低空调房间的有害物质 浓度改善室内空气品质已成为空调器产品的发展方向和潮流这种能够改善室内空 气品质的空调器被称为健康空调器 为满足消费者对空气品质的要求许多空气清净机应运而生由于这类产品价格较 贵且要占据室内空间不适合城市小居室使用因此在空调器设计中适当的考虑采用 洁净技术 13 文献综述 com 三维模拟软件UG NX 403 的介绍 Unigraphics系统提供了一个基于过程的产品设计环境使产品开发从设计到加工真 正实现了数据的无缝集成从而优化了企业的产品设计与制造 UG面向过程驱动的技术是虚拟产品开发的关键技术在面向过程驱动技术的环境 中用户的全部产品以及精确的数据模型能够在产品开发全过程的各个环节保持相关 从而有效的实现了并行工程 UG不仅具有强大的实体造型曲面造型虚拟装配和产生工程图等设计功能而 且在设计过程中可进行有限元分析机构运动分析动力学分析和仿真模拟提高了设 计的可靠性同时可用建立的三维模型直接生成数控代码用于产品的加工其后处 理程序支持多种类型数控机床 UG 出图功能强可以十分方便地从三维实体模型直接生成二维工程图能按ISO 标准和国标标准标注尺寸行为公差和汉字说明等并能直接对实体做旋转剖阶梯剖 和轴测图挖切生成各种剖视图增强了绘制工程图的实用性 - 2 KF-25 分体壁挂空调器的设计及三维模拟 图 1-1 壁挂式空调器室内机组室内结构4 com 分体壁挂式空调器气流设计 所谓空调的气流设计简单说就是气流的合理分布室内空气的分布受许多因素的 影响空调在室内的安装位置吹风口型式和位置吸风口的位置送风参数 送风温差 风速送风口形状等 室内的形状热源位置等就分体壁挂式空调器气流设计中 5 影响气流分布的一些主要因素阐述如下 1吹出口的形式 常见的分体壁挂式空调器的室内机空气的吹出口 见图 1-2 其长宽比很大属于 条缝送风口为了能在水平改变吹出气流的方向一般的分体壁挂式空调器的室内机均 设有手动气流方向调节板 如图 1-3 而垂直气流方向控制是靠 1 只步进电机带动 的导板来调节的以便使气流在不同的运转模式下能按设定的程序合理分布气流以 获得最佳空调效果图1-4分别示出冷气及温和除湿运转和暖气运转时导板控制气流的 情形 图1-2 分体壁挂式空调器室内机的空气吸入口与吹出口 - 3 KF-25 分体壁挂空调器的设计及三维模拟 图1-3 分体壁挂式空调器的室内机气流方向控制 图1-4 冷气及温和除湿运转和暖气运转时的气流控制 2吸入口的形式 分体壁挂式空调器室内机吸入口一般为矩形格栅式考虑过滤灰尘和净化的需要 常设有过滤网以过滤掉空气中的尘粒近来由于高生活素质的需要有些产品还设有净 化及负离子发生装置以除去空气中的烟臭气和增加空气中的负离子浓度使室内空气 保持新鲜而有一些空调器在外观上采用的是镜面设计这就需要采用其他的吸入口形 式在空调器的吸入口上不设风量控制装置风量的改变可以通过改变风机转速来实 现 com 健康空调器的现状 随着我国经济持续稳定的发展人们物质生活水平的提高空调系统得到了越来越 普遍的应用人们在室内使用冷气或暖气设备时为了维持室内一定温度无论是在寒冷 的冬季还是在炎热的夏季房间都做得很严密且不开窗现代人生活和工作形态发生了 变化据统计人们约有70-90的时间是在室内度过的6 与室内空气污染物的接触 时间多于室外因此室内空气质量的优劣直接关系到每个人的健康由于人的呼吸使 房间内的氧气逐渐减少而冷气或暖气设备自身又不能自动通风透气势必造成室内空 气浑浊氧气越来越少使人感到头痛咽干胸闷头晕烦躁等尤其是当室内有人 - 4 KF-25 分体壁挂空调器的设计及三维模拟 吸烟时空气污染更为严重浑浊的空气助长了细菌繁殖对人健康带来不利影响因此 有人试图借用空气清新机的净化功能以清净室内空气但它只能有限地除去空气中的 灰尘烟雾异味和抑制病菌的繁殖等无法补充新鲜空气尤其是氧气而且净化效率较 7 低 目前解决此问题的最好办法是进行室内外空气交换即吸进室外的清新空气的同 时排除室内的污浊空气然而室内温度由于通风换气造成大幅度变化会带来不舒适感 和健康问题而温度的恢复又会增加能源的消耗普通换气扇由于只能进行单向吸风排 风或双向换气但不能避免室内温度的变化所以不能满足使用要求利用双向同时换气 采用热交换装置 利用能量交换和热回收原理 使换风过程中室内的冷暖 温度 保持基 本恒定不变也使冷气或暖气设备所产生的能量在换风过程中的损失减少到最低程度 除此之外在室外空气穿过进入室内的过程中以一定的高效过滤材料对室外空气中的 8 尘粒进行分离净化又具备了空气清新机净化空气的功能 com 健康空调器面临的挑战 随着国际国内对室内空气品质的逐渐重视空调房间内空气品质的好坏将成为评价 空调产品的重要指标对设计人员来讲这是一个挑战对空调厂商来讲则是一个难 得的发展机遇但是健康空调产品的开发与应用还存在许多亟待解决的问题例如 净化部件以及新型过滤材料的使用增加了健康空调器的制造成本这是生产厂家不得不 考虑的问题高效净化部件一般都具有较密集的网状结构由于多种净化部件的使用 室内气流回路的阻力有所增加因而电耗增加在我国绝大部分地是用煤发电二氧化 碳排放量非常大电耗增加就意味着空调器本身的环保性能指标下降另外空调器中 的附加装置如负离子发生器作为净化空气设备确实对人体的生理功能有促进作用但 是单纯依靠发生器发射出的负离子净化空气是片面的因为空气中的负离子极易与空气 9 中的尘埃结合成为具有一定极性的污染粒子即重离子 悬浮的重离子在降落 过程中依然被吸附在室内家具电视机屏幕上室内人员的活动可以使它们再次飞扬 到空气中长期使用负离子的空调器其室内机的出风口附近会逐渐变黑难以清洗等 健康空调器的使用与维护对于室内空气品质的影响也至关重要正确的使用与维护 可以为室内人员提供舒适的室内空气环境否则健康空调器也可能成传播污染的通道 和动力还可能制造污染源影响人们的健康但另一方面从它的负效应来看它的消 极作用在于它可以产生诱导和加重空气污染物的形成和发展造成不良的室内空气品 - 5 KF-25 分体壁挂空调器的设计及三维模拟 质例如空调器的新风系统毗邻室外污染物而又未采取恰当的措施就有可能把污染 物引入室内此时空调器具有明显的传播室外污染物的作用过滤部件长时间不清洗 盘管积水盘有瘀积盘管表面脏过滤效果不佳等也会污染室内的空气因此商家 对所销售的空调器产品给予定期的售后保养服务定期检查清理空调器内的各部件 及时更换或再生过滤部件避免新污染源的产生等也是保证健康空调器真正健康的重要 环节 总之健康空调器还面临着许多挑战虽然目前对健康空调器的评价也还没有统一 明确的标准但是健康空调并不代表着一味地将所有先进的空气洁净技术同时应用于一 台空调器上而应该综合各方面的因素克服主要矛盾我们认为能够从某些方面实 现空调房间室内空气环境的产品就是健康空调器 com 两种健康型空调器 1科龙KFR-32GWUG1 K2 科龙 KFR-32GWUG1 K2 空调使用了国际名牌高效压缩机高效节能噪音低 而且它还是用了多折式蒸发器与高效分流设计可以高效均匀制冷制热这款产品拥有 高效防霉滤网与防霉运转功能可以有效的保护室内的健康 图 1-5 KFR-32GWUG1 K2 空调器 2 海尔 KFRd-23GWUB ZF - 6 KF-25 分体壁挂空调器的设计及三维模拟 海尔 KFRd-23GWUB ZF 是LED数码显示屏精彩生活一目了然-超静音运转舒 适宁静-健康除菌光高效除菌保健康-超薄时尚外观品位超群-健康负离子清新空 气-自动可关闭进风口防尘更健康-辅助电加热低温制热显威力-强力杀菌媒强力 除菌保健康-停电补偿技术使用更方便-夜光按键 图 1-6 KFRd-23GWUB ZF 空调器 14 研究的基本内容拟解决的主要问题 设计参数为制冷量25KW制冷剂R22设计一个分体壁挂式空调器对其室外机进 行三维模拟本次设计内容主要包括以下几点 1确定空调制冷循环工作参数 循环工作参数包括冷凝温度蒸发温度过冷温度和吸气温度冷凝温度一般取决 于冷却介质的温度以及冷凝器中的传热温差而传热温差又与冷凝器的结构型式以及冷 却介质的种类等因素有关蒸发器均是采用制冷剂在管内直接蒸发空气在风机作用下 强制通过翅片管簇而得到冷却蒸发温度一般取决于被冷却物体的温度以及蒸发器中的 传热温差空冷式冷凝器的过冷温度均规定为5压缩机的吸气温度则根据吸气管路 的长度和保温情况而定一般取管路过热度为5左右对于全封闭式压缩机由于机 壳内电机散热等因素压缩机的吸气温度在空调工况时要超过15 2空调用压缩机选型冷凝器蒸发器进行热力学计算 目前在中小型空调器中一般采用往复式或滚动转子式压缩机全封闭式压缩机 因其结构紧凑无轴封装置体积小噪声低重量轻等一系列优点因而在中小型空 调机组中得到广泛应用家用空调器中广泛使用的换热器主要用于空气制冷剂的 - 7 KF-25 分体壁挂空调器的设计及三维模拟 能量交换这种换热器主要是翅片管换热器用于蒸发或冷凝过程制冷剂在管内流动 管外套翅片空气从外边通过 3根据制冷系统计算结果选择合适的节流机构 4风机的选用 在空调器常用的风机根据原理可以分为离心式轴流式和贯流式三种针对于壁 挂机室外应用轴流式风机室内应用贯流式风机 5设计空调器布置方案 6用CAD绘图软件绘制分体挂壁式空调器室外机总体装配图和手绘蒸发器冷凝 器的零件图 7用UG软件绘制空调器室外机的三维模拟图形并生成爆炸图 15 研究步骤方法 步骤 1查阅相关资料了解该课题研究的现状及发展方向 2查阅相关文献明确此课题研究的目的和意义理解此课题在健康方面的实际意 义 3对此课题进行理论上的相应计算 4绘制空调器草图 5设计空调器布置方案进行系统设计和相关理论计算 6通过理论计算选好各个部件并来绘制壁挂式空调器室外机的总体装配图和手绘 换热器的零件图 7用UG软件对室外机进行三维模拟并生成爆炸视图 方法分析-设计-绘图 - 8 KF-25 分体壁挂空调器的设计及三维模拟 第二章 分体壁挂式空调器的概述 分体空调器是房间空调器的一种形式它采用的是压缩制冷的方式它分为两部分 即室内机组和室外机组其室外机组主要由制冷压缩机冷凝器和轴流风机组成室内 部分主要由蒸发器和贯流式风机组成两者之间用连接管道相连构成一个完整的空调 机组 21 制冷方式 制冷是指用人工的方法将物体冷却使其温度降低到环境温度以下并保持这个温 度常用的制冷方式主要有三种压缩式制冷热电制冷和吸收式制冷小型家用空调 通常都是压缩式制冷其原理是制冷剂工质在蒸发器中吸收外界被冷却物的热 量蒸发成气体后进入压缩机气体被压缩机压缩温度升高从压缩机排出的气体进 入冷凝器被冷却介质冷却成为液体离开冷凝器的制冷剂液体流经节流元件时降 低压力和温度成为由气体和液体组成的两相混合物再进入蒸发器吸收蒸发器周围 物体的热量使它的温度降低制冷剂在蒸发器中的饱和温度称为蒸发温度其数值与 蒸发压力有关制冷剂在冷凝器中的饱和温度称为冷凝温度它与冷凝压力有关制冷 剂在蒸发器中的蒸发温度和在冷凝器中的冷凝温度都是不恒定的只是在假定工质为纯 工质或共沸混合工质且不考虑制冷剂在蒸发器和冷凝器中的压力损失时即假定蒸发 器和冷凝器中制冷剂的压力不变时蒸发温度和冷凝温度才是不变的纯制冷剂处于饱 和状态时其饱和温度与饱和压力的关系是饱和压力随饱和温度的增加而增加不同制 冷剂的饱和压力和饱和温度其数值是不同的10 22 分体壁挂空调器的结构及工作原理 com 分体壁挂空调器的结构 室内机组在室内机组的箱体内有热交换器即蒸发器贯流式风机和电动机 操作方式选择开关空气导流开关遥控信号接受器进风栅条面板等 室外机组在室外机组的箱体内有热交换器即冷凝器轴流风机和电动机 压力继电器过滤器全封闭式制冷压缩机气液分离器毛细管单向阀等 连接部件连接液体管气体管连接电线保温材料出水管等 分体壁挂式空调器还配有遥控器11 - 9 KF-25 分体壁挂空调器的设计及三维模拟 分体壁挂式空调器的内部和外部结构示意图分别如图2-1图2-2所示 图 2-1 分体壁挂式空调器的结构示意图 图 2-2 分体壁挂式空调器的外形示意图 com 分体壁挂空调器的工作原理 - 10 KF-25 分体壁挂空调器的设计及三维模拟 空调器通电后制冷系统内制冷剂如R22的低压蒸气被压缩机吸入并压缩为高 压蒸气后排至冷凝器同时轴流风扇吸入的室外空气流经冷凝器带走制冷剂放出的热 量使高压制冷剂蒸气凝结成为高压液体高压液体经过滤器毛细管节流后进入蒸发 器的肋片间进行热交换并将放热后变冷的空气送入室内如此室内空气不断循环流动 达到降低温度的目的 com 分体式空调器的主要优缺点 分体式空调器由于其特殊的结构其性能受到许多用户的青睐在目前的情况下 壁挂分体式空调器是广泛应用的一种小型空调设备分体式空调器的性能特点主要有 1 噪音低由于分体式空调器的主要运转部件如压缩机冷凝器风扇放在 室外它们所产生的噪声就不会传入室内特别是产生噪声较大的压缩机放在室外就 更为合适据测试分体式空调器的噪音一般都低于50dB质量好的产品有可能低于 40dB而对于窗式和整体式空调器的噪音一般在60dB以上 2 冷凝温度低由于冷凝器放在室外它不受外形尺寸的限制冷凝器的传热 面积和风量都可以适当放大冷凝器有较好的散热条件则制冷剂的冷凝效果好制冷 效率高 3 占地面积小分体式空调器由于一分为二大部分运转机组都放在室外因 此室内安装的部分所占据的容积很小此外装在室内的蒸发器箱体由于造型美观 也美化了房间 4 安装容易安装在室外的机组只要摆放地点平整安全就行了而且两机 组之间用管道连接技术性要求不高一般人员都能做到另外由于机组分体安放 维修机组分体安放维修也比较方便 目前我国市场上出售的分体式空调器在设计上有很多不合理之处如存在可靠性较 差压缩机的再启动困难空调器的制冷剂循环不畅通家用制冷设备的噪音增大分 体式空调器的制冷剂容易泄漏等设计缺陷以及现在几乎所有的节流装置一般为毛细 管都设在室外机上在制冷循环系统中未进入蒸发器而产生的闪发体是有害的因 为这些气体在蒸发器内必然占据一定的空间降低了蒸发器的蒸发效果同时根据分体 挂壁式空调器的故障统计由于连接管连接部位的质量而引起制冷R22的泄漏占其 总故障的262 23 分体壁挂空调器的主要元件 - 11 KF-25 分体壁挂空调器的设计及三维模拟 com 制冷压缩机 在蒸气压缩式制冷系统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 压缩机在系统中的作用在于抽吸来自蒸发器的制冷剂蒸气并提高其压力和温度 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 见压缩机相当于系统中的心脏 12 制冷压缩机的种类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滑片式螺旋式单螺杆式 涡旋式等在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它的压缩流 程可以是连续地进行其流动是稳定的在制冷系统中应用的速度型压缩机几乎都是离 心式压缩机目前在中小型空调器中一般采用往复式或滚动转子式制冷压缩机往 复式压缩机是问世最早的一种机型但是它有许多不足之处主要是转速受到限制 因此机器的体积和重量较大结构复杂易损件多维修工作量大由于往复运转 不能完全平衡运转时有振动输气不连续气体压力有波动等近年来滚动转子 式压缩机应用越来越多在空调中有完全取代往复式压缩机的趋势滚动转子式压缩机 属于一种全封闭式压缩机全封闭制冷压缩机的压缩机和电机全部被密封在一个钢制外 壳内电动机在气态制冷剂中运行结构紧凑体积小重量轻密封性能好振动小 噪声低等一系列优点因而在中小型家用制冷空调设备中得到广泛应用 分体壁挂式空调器较多采用滚动转子式压缩机它具有以下特点结构简单体 积小重量轻同往复式压缩机比较体积可减少4050重量也可减轻4050 零部件少13特别是易损部件少同时相对运动部件之间的摩擦也损失少因而可 靠性较高仅滑片有较小的往复惯性力旋转惯性力可完全平衡因此这种机器振动 小运转平衡效率高由于滚动转子式压缩机没有吸气阀吸气时间长吸气过程 流动阻力小所以指示效率高一般比往复式高2040此外由于直接吸气因此 吸气有害过热小余隙容积也小故压缩机输气系数高于往复式压缩机便于大量生 产由于滚动转子压缩机大部分零件的几何形状为圆柱形便于加工生产可做到产量大 成本低加工及装配精度高10 - 12 KF-25 分体壁挂空调器的设计及三维模拟 改进滚动转子压缩机的一些措施12 1 提高效率的措施提高电动机效率采用特低铁损高磁通量的硅钢片提 高槽前率提高压缩机的效率通过零件选配减少滑动部分的间隙采用圆形气缸 用减少螺栓扭紧力矩来减少变形量高精度加工提高滑动部分表面精度改善流入系 统的油量采用L形排气管采用油封装置最合适的油槽油量和制冷剂流通面积 2 降低压缩机噪声压力缓冲孔即用一种特殊共鸣型消声孔来改善高频噪 声亥姆霍兹型消声器改善低频噪声 3 提高滚动转子式压缩机的可靠性确保电机的可靠性采用双重漆膜耐氟 漆包线H级通过对电动机的拆卸试验控制漆包线的气孔伤痕实行全部电机 耐电压试验确保压缩机的可靠性彻底清除垃圾铁屑类垃圾的清除用磁铁吸附 非铁类垃圾的清除用离心分离器应用高强度的材料排气阀用高级不锈钢曲轴用共 晶石墨铸铁挡板用高强度钢板转子用MoNiCr铸铁叶片用高速工具钢润滑油用特 制矿物油进行各种试验根据不同情况配以不同储液器容量确保压缩机安全的措施 重点防止电动机的烧损密封接线柱的遮蔽耐燃性部件的使用 滚动转子式压缩机的目前发展趋势12 1 变频压缩机的发展变频压缩机可以提高空调机的季节能效比及热舒适性 并使压缩机容量具有随负荷的变化而具有较大的变化能力变频压缩机要解决高转速时 的轴承负荷问题滑片摩擦和磨损问题及气阀的寿命问题低转速的振动问题和润滑油 供给问题 2 向低温领域扩展 3 发展双缸压缩机常规的空调用滚动转子式压缩机均是单缸的其最大制冷 量为9KW但有些空调机需要更大的制冷量因此开发了一根垂直的轴上有两个相互错 开呈180度的偏心轮与它相配合的有两个滚套和两个气缸这样使制冷量增大一倍 4 开发具有制冷量调节的压缩机使其制冷量可在10至100的范围内进行调 节 5 重视卧式空调用滚动转子式压缩机的开发 6 提高COP值通过提高加工和装配精度对压缩机结构进行最优化设计改进 排气阀结构增大电机叠片厚度等多方面来实现COP值的改进目前国外生产的空调用 滚动转子压缩机COP值已达30以上 com 热交换器 - 13 KF-25 分体壁挂空调器的设计及三维模拟 冷凝器和蒸发器统称为热交换器它们的结构基本上一样都是翅片管式热交换器 冷凝器是制冷装置的主要热交换设备之一根据冷却介质的不同冷凝器可分为风冷式 和水冷式两大类家用分体式空调器等小型制冷设备所用的都是强迫风冷式冷凝器 冷凝器工作原理制冷过程中过热蒸汽在冷凝器中冷凝时一般经过过热蒸汽冷却 为干饱和蒸汽干饱和蒸汽冷凝为饱和液体饱和液体冷却为过冷液体三个放热过程 在冷凝器外借助于空气强迫对流完成热量交换这种冷凝器以空气为介质制冷剂在管 内冷凝空气在管外流动吸收管内制冷剂蒸汽放出的热量由于空气的换热系数较小 管外常常设置肋片以强化管外换热13分体壁挂式空调器的冷凝器一般均采用翅片管 簇式强制通风的空冷冷凝器为了减少弯头数量及弯头与传热管之间的焊接工作量 传热管易采用U形管这样只在管组的一端用弯头将传热管有序连接弯头与传热管 之间的连接方式有直接插入管口胀大后插入管口胀成锥形后插入 空冷式冷凝器的翅片管组依靠左右端板固定支撑端板与上下封板采用螺栓或焊接 固定连接由于端板及封板材料均较薄一般不宜采用焊接方式连接为了提高空冷式 冷凝器的传热效果必须避免或减小翅片与管面之间的接触热阻使翅片与管面间保证 良好接触小型制冷装置用空冷式冷凝器的紫铜管与翅片间通常采用机械胀管方法或液 压胀管方法使两者间保证良好接触为了防止胀管时翅片裂口通常在翅片加工过程中 将翅片孔口外沿翻边翅片的翻边同时增加了翅片与管面的接触面积并借助翻边高度 保证翅片之间的间距冷凝器在设计完成后必须在工程图上写明有关的技术要求以指 导冷凝器的加工制造贯彻设计者的设计意图达到设计与产品的统一技术要求一般 应包括强度及气密性要求干燥及洁净要求外观要求 蒸发器实际上是一种伴随有蒸发相变的热交换器制冷剂液体通过蒸发器吸收被冷 却介质通常是水或空气的热量蒸发沸腾为蒸汽它在制冷系统中的作用是对外 输出冷量冷却被冷却介质制冷装置中的蒸发器通常有两种分类方法一是按制冷剂 的蒸发沸腾是在壳侧进行还是在管内进行来分类在壳侧进行的称为满液式沉浸 式蒸发器在管内进行的称为干式直接膨胀式蒸发器另一种分类方法是根据蒸 发器所冷却的介质来分可以分为冷却空气式蒸发器和冷却液体式蒸发器冷却空气式 蒸发器广泛用于冰箱冷藏柜空调器及冷库中 蒸发器的工作原理蒸发器是制冷系统中的吸热设备是产生制冷量的换热器在 制冷系统中经过节流后的制冷剂液体在蒸发器里吸热汽化变成低压的饱和蒸汽制 冷剂进入蒸发器前已达到了设定的蒸发压力和蒸发温度在蒸发器入口端制冷剂中大 - 14 KF-25 分体壁挂空调器的设计及三维模拟 部分是饱和液体少部分是饱和蒸汽制冷剂向前流动不断的吸热汽化最终全部变 成饱和蒸汽之后饱和蒸汽继续吸热变成过热蒸汽后离开蒸发器13 房间空调器用蒸发器的主要技术条件如下更详细的可参阅我国轻工业部房间空 气调节用热交换器标准热交换器端部肋片重叠数量不应超过3片烧伤数量不应 超过4片肋片松动数量不应超过3片热交换器弯头及传热管弯曲部分应无明显皱折 热交换器肋片孔的翻边应无明显开裂热交换器在100个片距长度上的平均片距不应 超过规定片距的2必须进行耐压试验当管内水压力为40MPa表压时在3min 内产品不得产生宏观变形和泄漏必须进行气密性试验当管内气压为25MPa 表压 在3min内管束不允许有气泡溢出按标准规定的测定方法进行管内残余含水量的检 查管内残余含水量平均每平方米管内表面积不超过120mg com 节流装置 在制冷系统的最佳性能匹配中节流装置是不可忽略的重要环节空调器中常用的 节流装置有热力膨胀阀和毛细管等热力膨胀阀可根据蒸发器出口处制冷剂蒸气过热度 的大小自动调节阀门的开启度达到调节制冷剂流量的目的使制冷剂的流量与蒸发 器负荷相匹配这样既能充分利用蒸发器的传热面积又能防止压缩机产生液击现 象热电膨胀阀是一种新型膨胀阀它是感温元件和阀体两部分组成用电来控制阀孔 的开度调节制冷剂流量而电流的大小则由制冷剂蒸气的温度通过热敏电阻来控制 热电膨胀阀调节迅速结构简单安装方便蒸发器内的压力降对阀的控制特性不产生 影响而且可以始终保持制冷剂蒸气过热度为0的控制特性使蒸发器的面积得到充 分利用该阀的加工制造精度要求较高目前只用于某些小型制冷装置 毛细管是一根内径很细一般在042mm的紫铜管它适用于工况较稳定的制冷 系统毛细管作为制冷剂节流元件具有结构简单紧凑成本低等优点广泛用于小型 家用空调器中毛细管节流是利用制冷剂在细长管流动的阻力来实现的毛细管节流的 制冷系统特点毛细管通流截面固定不能按工况变化调整通流截面毛细管对流 量变化有自补偿能力只适应工况变化不大时对流量作微小调整系统中对制冷剂充 灌量有严格的控制范围压缩机停机时系统高低压侧贯通压力很快平衡因而配 用低启动转矩的廉价电动机它不允许带压差启动所以要避免刚停机又立即启动装置 否则将影响电动机的寿命甚至烧毁电动机毛细管流道细长易堵故对系统清 洁度要求高要严格干燥防止冰堵除脏污物毛细管前设精细滤网防止脏渡 毛细管焊接时注意防止端口变形盘绕毛细管应平滑装置维修时不得任意更换毛 - 15 KF-25 分体壁挂空调器的设计及三维模拟 细管14对于家用空调器的制冷系统而言毛细管规格的选择主要是考虑系统的可靠性 和工艺性内径较大的毛细管不易被混入制冷剂中的杂物颗粒堵塞而稍长一些毛细管 的工艺性好一些而且性能偏差小一些所以一般内径12mm长度400mm com 其它部件 制冷系统中除了制冷压缩机及各种用途的换热器和节流机构外还需要一些辅助设 备来完善和提高其技术性能并保证其可靠的运行如气液分离器油分离器过滤器 消音器液体分离器管路截止阀等 1气液分离器 其作用是分离来自蒸发器的低压蒸气中的液滴以保证压缩机吸入干饱和蒸气小 型空调用氟利昂制冷装置所采用的气液分离器有管道型和筒型两种一般的小型氟利昂 系统内部容积较小又不设贮液器为了防止压缩机产生液击而在压缩机机壳外吸气管 13 处设置气液分离器 2油分离器 制冷机工作时需要润滑油在机内起润滑冷却和密封作用系统在运行过程中润滑 油往往随压缩机排气进入冷凝器甚至蒸发器使它们的传热效果降低影响整个制冷装 置技术性能的发挥油分离器将制冷压缩机排出的高压蒸气中的润滑油进行分离以保 证装置安全高效的运行通常使用的油分离器有洗涤式离心式过滤式和填料式四种 其中过滤式油分离器在小型制冷装置中应用相当广泛该种油分离器结构简单制造方 便回油及时因而得到广泛应用 3干燥过滤器 制冷系统中不但要除掉机械杂质还要除去系统中的水分这是由于制冷剂不纯及 制冷装置维修不当所造成的氟利昂与水的相融性较差在温度较低时随制冷剂在系 统内循环的系统中的水分会导致金属部分锈蚀电机绝缘性能差润滑油变质毛细管 堵塞等不利现象为了吸收水分在系统中设置干燥器一般它和过滤器组合在一起 因此就成为干燥过滤器 4消声器 噪声的来源很多空调系统中的噪声主要是来自运转的通风机制冷机等消声器 的作用是消除由于压缩机排除气体的冲击而产生的脉动噪音近年来我国常采用复合式 消声器它在低频到高频范围内都有着良好的消声效果 5单向阀 - 16 KF-25 分体壁挂空调器的设计及三维模拟 单向阀又称止逆阀它只允许制冷剂向某一方向自由流动不允许返流 6管路截止阀 制冷系统中的管路截止阀主要用于切断或接通某气液管路是为安装和检修方便 而设置的 24 分体壁挂空调器的通风系统及其主要元件 通风系统即空气循环系统是空调的重要组成部分它包括贯流风扇轴流风扇风 机风道和空气过滤网等部件其作用是通过风机工作强迫空调器内外两侧的换热器 进行热交换以获得制冷的效果 com 风扇 风扇按其空气流动方向与风扇主轴的相互关系来分可分为贯流式与轴流式两种 在分体式空调器中贯流式风扇常为室内侧风扇有吸风与送风的双重功能轴流式风 扇为室外侧风扇起送风作用 com 风道与风门 风道是空调通风系统不可缺少的组成部分有合理的风道才有一定的出风量一般 说通风系统的风道大致可以分室内空气循环风道和室外空气冷却风道风道由塑料