制冷压缩机第四章.ppt

第四章滚动转子式制冷压缩机 第四章 第一节工作过程和结构特点 第四章 第四章 汽缸偏心轴滚动转子滑片排气阀弹簧外壳等 一 概述 结构组成 第四章 转子沿气缸内壁滚动 与气缸间形成一个月牙形的工作腔 滑片靠弹簧的作用力使其端部与转子紧密接触 将月牙形工作腔分隔为两部分 滑片随转子的滚动沿滑片槽道作往复运动 端盖与气缸内壁 转子外壁 滑片及转子与气缸切线 点 构成封闭的气缸容积 即基元容积 基元容积大小随转子转角变化 是转子转角 的函数 容积内气体压力随基元容积大小而改变 从而完成压缩机的工作过程 基元容积 第四章 利用一个偏心圆筒形转子在气缸内转动改变工作容积 实现气体的吸入 压缩和排出 工作原理 第四章 二 压缩机工作过程 2 2 4 2 4 再度压缩 转子转角 几个特征角吸气孔口后边缘角 顺旋转方向 可构成吸气封闭容积 时吸气开始 大小影响吸气开始前吸气腔中的气体膨胀 造成过度低压或真空 吸气孔口前边缘角 造成在压缩过程开始前吸入的气体向吸气口回流 导致输气量下降 为减少 的不利影响 通常 30 35 排气孔口后边缘角 影响余隙容积的大小 通常 30 35 排气孔口前边缘角 构成排气封闭容积 造成气体再度压缩 排气开始角 开始排气时基元容积内气体压力略高于排气管中压力 以克服排气阀阻力顶开排气阀 第四章 工作过程 第四章 工作容积与气体压力随转角 的变化 气体压力 转角曲线 基元容积 转角曲线 图4 3 Ps0 Pdk Vmax 2p vd 4p g 第四章 工作过程总结 气体的吸气 压缩 排气过程是在转子的两转中完成 但因转子切点与滑片两侧的两个腔同时进行吸气 压缩 排气的过程 故可以认为压缩机一个工作循环仍是在一转中完成的 特征角 对压缩机的性能有影响 和 角分别决定吸 排气封闭容积的大小 角直接影响排气量 它的存在使达最大基元面积 2 后 基元面积在与吸气孔口相连通的情况下再次缩小 2 2 产生吸气倒流 角表示余隙容积的大小 在结构设计可能的前提下 应尽可能小 思考题 已知R r Ps0 Pdk及压缩多变指数n 忽略角度 等影响 求排气开始的角度 第四章 三 主要结构形式及特点 主要结构形式 小型全封闭式卧式 主要用于冰箱 冷柜立式 主要用于空调器立式全封闭滚动转子式压缩机结构吸气由机壳下部接管直接进入气缸 吸气管上装有气液分离器 润滑油经下部弯管小孔被吸入气缸 高压气体直接排入机壳中 外壳还装有过载保护器 内部无减振机构 润滑系统靠离心和压差供油 第四章 第四章 第四章 第四章 第四章 优点 结构简单 零部件几何形状简单 便于加工及流水线生产 体积小 质量轻 与同工况往复式比较 体积 重量可减少40 50 易损件少 运转可靠 比往复式效率高 没有吸气阀流动阻力小 且吸气过热小 在制冷量为3kW以下场合使用时尤为突出 缺点 只利用了气缸的月牙形空间 气缸容积利用率低 滑片作往复运动 依然是易损零件 存在不平衡的旋转质量 需要平衡质量来平衡 特点 第四章 四 目前发展趋势 变频压缩机的发展采用变频调速技术进行能量调节 使制冷量与系统负荷协调变化 使机组在各种负荷条件下都具有较高能效比 具有节能 舒适 启动快速 温控精度高 易于实现自动控制等优点 图4 6由交流变频式电动机驱动曲轴旋转 依靠电源频率变化使电动机转速变化 达到连续调节制冷能力的目的 双缸滚动转子式压缩机的发展双缸滚动转子式压缩机的两个气缸相差180 对称布置 可使负荷扭矩变化趋于平缓 广泛用于较大功率场合 图4 8 提高压缩机的经济性及可靠性借助计算机对压缩机工作过程进行性能仿真 对主要部件如轴承 滑片 滚动转子 排气阀等结构进行特性分析及噪声 振动的仿真 可对压缩机的经济性和可靠性 噪声和振动进行预测 对满足各种要求的滚动转子式压缩机进行优化设计 对降低噪声提出更高要求减少曲轴及轴承的振动 改进压缩机与机壳的连接系统 开发各种新型消声结构和排气阀等 第四章 第二节主要热力性能参数 第四章 假定 1 滑片只做上下往复运动 2 不计滑片的厚度 与转子的接触点始终在坐标轴上移动 3 不计排气阀下面排气孔所占的容积 一 气缸容积的变化规律 第四章 滑片的运动规律 滑片将气缸分隔为吸气容积与排气容积两部分 它的运动规律影响气缸工作容积的变化 右图为滚动转子式压缩机运动机构示意图 当气缸内圆半径为 时 滑片位移为 x R 第四章 其中 可由几何关系中求得 即式中 为曲柄转角 规定转子在最上端位置时的转角 令e r e R 经换算后得到滑片位移为 滑片的速度为 第四章 滑片的运动规律 滑片的加速度为 式中 转子的角速度 2 n 60 单位为rad s n 转子的转速 单位为r min 滑片的运动规律 气缸容积变化规律 气缸工作容积Vp吸气容积Vs As L压缩容积Vd Ad L忽略滑片厚度 Vp Vs VdAs 式4 7 可以自己推导一下 Vs Vd与转角 的关系 图4 10 1 转角 在0 30 及330 360 范围内Vs Vd随转角 的变化极小 变化值仅有气缸工作容积的0 5 因此余隙容积很小 2 吸气口前边缘角及排气口后边缘角在30 35 范围时对输气量的影响不明显 3 相对偏心距越大 气缸利用率越高 第四章 第四章 二 输气量及其影响因素 理论输气量 汽缸工作容积与转速的乘积 实际输气量 m3 h m3 h 容积效率表征汽缸工作容积的利用程度 反映由于余隙容积 吸气阻力 吸气加热 气体泄漏和吸气回流造成的容积损失 其值大于往复式压缩机 回流系数 第四章 影响输气量的因素 容积系数 v余隙容积的组成 转子与气缸的切点T达到4p g位置时 存有高压气体的气缸容积Vc 排气阀下方排气孔的容积 排气孔入口处气缸被削去部分的容积 压力系数 p 表征吸气压力损失对输气量造成的影响 温度系数 T 反映由于吸入气体被加热造成输气量的减少 泄漏系数 f 表征气缸中气体泄漏对输气量造成的影响 回流系数 h 回流使输气量减少 思考题 为什么回流系数只考虑吸气口而不用考虑排气口的影响 三 压缩过程 压缩过程为多变过程 多变指数为n 气体压力随转角的变化关系 式4 13 式4 14 式4 15排气开始角 可通过式4 15用试凑法求出 第四章 四 功率及效率 等熵功率 式4 16 指示功率及指示效率 式4 17 4 18 机械效率 中温全封闭 0 75 0 85 冰箱用 0 40 0 70 电动机效率及电效率 电机效率 0 65 0 8 电效率 0 4 0 55 图4 11 4 12 第四章 第四节输气量调节 第四章 第四章 一 变频调节二 旁通调节三 多机并联调节 输气量调节方法 第四章 一 变频调节 具有节能 舒适 启动快速 温控精度高和易于实现自动化等优点 启动时压缩机高速运转 快速接近暖房设定温度 当室内温度趋向适合温度时 压缩机低速运转 可减少开停次数 并使室温变化很小 达到既节能又舒适的目的 包括交流变频器调速和直流变频器调速 采用变频调节的热泵空调机运行特性 第四章 变频器是使交流电频率发生连续变化的装置 它首先通过整流器将交流电转换为直流电 然后再通过逆变器将直流电经控制电路转换成频率可变的交流电 变频器有电流源型和电压源型 又根据控制电路调制方式分为脉宽调制方式 PWM方式 和脉幅调制方式 PAM方式 当前空调器用制冷压缩机的电动机变频器多采用电压源型PWM方式 1 交流变频器调速 交流变频器 第四章 交流变频器的工作过程 温度传感器测出房间温度及换热器温度送入微机 经运算后将信息送入数字信号控制电路进行波形成型处理 然后送入逆变器 将由整流器送来的直流电转换为频率可变的交流电 去驱动感应电动机 当传感器测出的冷房温度大于设定温度 则经微机运算再通过数控电路 使逆变器输出的交流电频率升高 电动机转速增加 制冷量增大 冷房温度降低至设定值 完成能量调节 第四章 交流变频器调速 感应电动机的转速n与交流电输入频率的关系为 假定s为常量 改变交流电的频率就可以改变电动机转速 压缩机的输气量与电动机的转速成正比 若交流电频率连续变化 则转速连续变化 从而实现了输气量的连续调节 达到了制冷量连续调节的目的 该方法空调工作功率的变化呈阶梯性变化 一般只分为几档 第四章 2 直流变频器调速 采用直流变频器将50Hz或60Hz固定频率的交流电转变成直流电 对直流电动机进行调速 省却了交流变频器又将直流变成交流的麻烦 使电器元件减少 直流变频呈线性平滑的变化 空调工作时可在功率范围内任意递增或递减 空调功率可随温度出现精确变化 故更省电 直流变频压缩机的电动机转子采用稀土永磁材料制成 永磁无刷直流电动机 定子产生旋转磁场与转子永磁磁场直接作用 实现压缩机运转 可通过改变供给电机的直流电压来改变电机转速 调整电枢电压法 为得到可调整的直流电源 广泛采用脉宽调制系统 PWM系统 直流变频压缩机不存在定子旋转磁场对转子的电磁感应作用 克服了交流变频压缩机的电磁噪音与转子损耗 具有比交流变频压缩机效率高与噪音低特点 直流变频压缩机效率比交流变频压缩机高10 30 噪音低5 10dB 第四章 无刷直流电动机由直流电源供电 在结构上没有电刷和换向器 其绕组里的电流变化 通 断和方向 是通过电子换向器 控制器 实现的 电流以方波形式变化 无刷直流电动机 问题 直流电机一般都是有刷的 何为无刷直流电动机 第四章 无刷直流电动机的工作原理 第四章 3 变频调节给压缩机带来的问题 压缩机高速运转时 运动部件的磨损增加 气体流经排气阀的流动损失增加 并导致排气阀片产生延迟关闭 阀片寿命降低 润滑油循环率随转速增加而增加 各种杂质随润滑油进入运动部件间隙中 引起部件损伤 噪声增加 压缩机低速运转时 导致泄漏量增加压缩机振动随转速变化加剧 第四章 1 单缸机旁通调节图4 30在压缩腔设置旁通孔D 使一部分被压缩气体返回吸气腔 其输气量调节范围一般在100 70 由旁通孔位置决定 2 双缸机旁通调节图4 31电磁控制阀10控制左缸中被压缩的气体引入右缸 使卸载阀13动作 关闭右缸吸气孔口8 右缸进入空运转 压缩机输气量减少一半 达到调节负荷的目的 二 旁通调节 第四章 当需要的制冷量 或制热量 变化范围较大时 采用多台压缩机并联进行制冷量调节是比较高效 经济的调节方式 并且可以减少单台压缩机的停机次数 延长压缩机的寿命 多机并联运行按制冷量大小的需要 可以只运行一台 也可以多台全部同时运行 三 多机并联调节 第四章 双作用滚动活塞压缩机 传统的滚动活塞压缩机压缩转矩波动大 导致机器振动大 压缩机配管容易损坏 为解决这一问题 提出了气缸内具有两个工作室的双作用滚动活塞压缩机 工作原理双作用滚动活塞压缩机是在普通滚动活塞压缩机滑板的对称位置上 再增加一个滑板 包括滑板弹簧 每个滑板的两侧都开有吸 排气孔口 两个滑板将气缸与滚动活塞间的月牙空间分为三部分 即有三个工作腔 吸气腔 压缩腔 中间腔 针对每个工作腔而言 主轴旋转一圈半才完成一个完整的工作循环 对整个压缩机来说 三个工作腔同时工作 主轴每转一转排气两次 思考题 三滑片 四滑片时主轴每转一转各排气几次 转子扫过排气口次数 第四章 摆动转子压缩机的工作原理 滚动活塞与滑板做成一整体零件 称为摆动转子 安装在气缸内 摆动转子由滚环和摆杆两部分组成 滚环套在主轴的偏心轮上 主轴的旋转中心与气缸的几何中心重合 摆杆在圆柱形导轨中能自由地上下滑动 并随导轨左右摆动 当滚动活塞在汽缸内作回转运动时 摆杆作左右摇摆运动 提问 滚环与气缸壁面之间做何种运动 滚环与偏心轮之间又做何种运动 第四章 摆动转子压缩机的特点 摆动转子压缩机将滚环和摆杆做成一体后 使二者之间不存在密封和润滑问题 也不需设滑板弹簧 适合用于使用替代工质的制冷系统 因为与HFC配用的酯类油的润滑性能低于矿物油 滚环和摆杆做成一体后 摆杆变成两侧支撑 可以承受较大的压力差 同时导轨又能转动 减小了摆杆的侧向力 并消除了滚环和摆杆间的摩擦磨损 使压缩机的机械效率有所提高 摆动转子的受力不会因气缸直径或主轴偏心距的增大而增加 故可采用较小的气缸高度 使其内部最严重的泄漏部位 滚环与气缸切点处径向间隙的面积减小 即摆动转子压缩机结构本身有利于减少内部泄漏 提高了容积效率 摆动转子加工很困难 导向部分的加工要求很精密 滚环与偏心轮间难以实现油膜动压润滑 三环滚动转子压缩机 第四章 3个互为偏心安装的内套圆环形成2个内外月牙形的区域 再由穿过齿环的齿板将此区域分割成内外两组吸气腔和压缩腔 滚环旋转时 带动与齿板连接在一起的齿环一起转动 从而使内外两个月牙形的密闭腔容积发生变化 完成吸气 压缩功能 其工作原理如图所示 机器工作中 由该环轴输入扭矩并带动齿板旋转 由内外两组密封腔同时吸气 压缩 分别输出不同压力 不同容量的压缩空气 第四章 第五节振动与噪声 一 振动源与噪声源 振动源 曲轴旋转振动 压力脉动产生的激振噪声源 电磁噪声 制冷剂气流噪声 机械噪声 曲轴振动 阀片撞击 滑片敲击 其他运动部件的相对滑动 第四章 二 消减振动和降低噪声的措施 提高曲轴的动力平衡性能严格控制曲轴的旋转不均匀度机壳的优化设计消减气流压力脉动 消声器 降低电磁噪声降低机械噪声降低停机过程中的振动和噪声有缘噪声控制降噪方法 第四章 被动噪声控制 消声器 脉动衰减器等消声方法有缘噪声控制 利用反噪声来抵消原发噪声的方法反噪声 与原噪声波幅相等 相位相反的声波 可对原声波进行干涉抵消 达到降噪的目的 第四章