《制冷压缩机》第1章绪论.ppt

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1、制冷压缩机,第一章 绪论,制冷压缩机的功能,单级蒸汽压缩制冷系统，是由蒸发器 、制冷压缩机、冷凝器和节流部件四个基本部件组成。它们之间用管道依次连接，形成一个密闭的系统，制冷剂在系统中不断地循环流动，发生状态变化，与外界进行热量交换。,液体制冷剂在蒸发器中吸收被冷却的物体热量之后，汽化成低温低压的蒸汽。再被压缩机吸入，压缩成高压高温的蒸汽后排入冷凝器。在冷凝器中向冷却介质(水或空气)放热，冷凝为高压液体。高压液体经节流成为低压低温的制冷剂，再次进入蒸发器吸热汽化，达到循环制冷的目的。制冷剂在系统中经过蒸发、压缩、冷凝、节流四个基本过程完成一个制冷循环。,制冷压缩机是制冷系统的“心脏”，吸收来自

2、蒸发器的制冷剂蒸气，提高压力后排气到冷凝器，使制冷剂在系统中循环流动。可用于制冷系统和热泵系统。,制冷压缩机的功能,制冷系统和热泵系统,相同点：将低温处热量排到高温处，同时消耗能量。 不同点：工作温度范围和目的用途不同。 制冷系统是从被冷却介质吸热，向环境介质放热，其压缩机运行工况中，蒸发温度低于被冷却介质温度，冷凝温度高于环境介质温度。 热泵系统是从大气吸热，向温度较高的区域供热，其压缩机运行工况中，蒸发温度低于大气温度，冷凝温度高于供热区温度。 而制冷压缩机在两系统中的功能无差别。,制冷系统,热泵系统,制冷压缩机的种类,容积型压缩机,一定容积的气体先被吸入到气缸里，继而在气缸中其容积被强制

3、缩小，压力升高，当达到一定压力时气体便被强制的从气缸排出。可见，容积型压缩机的吸排气过程是间歇进行，其流动非连续稳定。,速度型压缩机,气体压力的增长是由气体的速度转化而来，即先使吸入的气流获得一定的高速，然后再使之缓慢下来，让其动量转化为气体的压力升高，而后排出。可见，速度型压缩机中的压缩流程可连续进行，其流动是稳定的。,制冷压缩机的分类,（1）按蒸发温度范围分类,对于单级制冷压缩机，一般可按其工作蒸发温度的范围，分为高温、中温和低温压缩机三种，但其具体蒸发温度区域的划分并无定论，大致可按如下分类： 高温制冷压缩机：（-100） 中温制冷压缩机：（-150） 低温制冷压缩机：（-40-15）,

4、（2）按密封结构形式分类,由于制冷系统中的制冷剂是不容许泄漏的，因此系统中凡与制冷剂接触的部件都应对外密封。根据制冷压缩机采用的防泄漏方式和结构不同，可分为三类： 开启式：原动机独立于制冷剂系统之外。 半封闭式：电动机和压缩机装在同一机体内共轴。 全封闭式：将连接在一起的压缩机和电动机组安装在一个密闭的薄壁机壳中。,开启式 Open-driven,江苏省泰州商业机械总厂,制冷量 较大,使原动机独立于制冷剂系统之外的压缩机形式称为开启式压缩机。制冷量较大。可用于以氨为工质的制冷系统中。,半封闭式 Semi-hermetic,制冷量居中等水平,采用封闭式结构，把电动机和压缩机连成一整体，装在同一机

5、体内共用一根主轴。无轴封。电动机与制冷剂和润滑油接触。机体上各种端盖用垫片和螺栓拧紧防漏，易于拆卸修理。,全封闭式 Hermetic,制冷量 较小,也采用封闭式结构，把电动机和压缩机连成一整体，装在同一机体内共用一根主轴。但连接在一起的压缩机和电动机组安装在一个密闭的薄壁机壳中，机壳焊接而成，不易拆卸修理，因而要求这类压缩机的可靠性高，寿命长。 半、全封闭系统都不能使用工质氨。,（2）按密封结构形式分类,制冷压缩机的发展概况,种类的多样化发展: 以传统的活塞式为主要品种, 离心式、螺杆式、滚动转子式、涡旋式等都在被卓有成效地开发和应用； 新型节能型：变频压缩机、直线电动机驱动的高速压缩机，喷液

6、冷却等 环保型：使用无氟和环保工质，低噪声和小振动等 高效率和高可靠性型：结构改进和新机型的开发，如双转子式滚动活塞压缩机，摆转式压缩机、涡旋式等的研发。 紧凑轻量化及模糊逻辑控制。,往复式压缩机 Reciprocating Compressor,法国美优乐,吸 气 过 程,排 气 过 程,压缩机的工作腔是汽缸。活塞在汽缸内作往复运动，从而完成压缩、排气、膨胀、吸气等过程。实现对制冷剂的吸入、压缩和输送。,工作原理,（1）吸气过程： 排气阀关闭，活塞向下运动，直至气缸内气体压力降至稍低于吸气腔内气体压力，吸气阀开启，低压气体被吸入缸中。实现制冷剂的吸入。,工作过程,（2）压缩过程： 排气阀仍关

7、闭，活塞向上运动，吸气阀关闭，气缸工作容积减小，缸内制冷剂受压缩，温度压力逐渐升高。,工作过程,工作过程,（2）压缩过程： 缸内压力逐渐提高，直至略高于排气腔中制冷剂压力，排气阀即将开启，这是一个过压缩过程，此时的压力称为动压。,（3）排气过程： 活塞继续向上运动，排气阀开启，气缸内制冷剂的压力不再提高，制冷剂流出。直至活塞运动到最高点。,工作过程,工作过程,（4）膨胀过程： 余隙容积内为高压气体，活塞向下运动，排气阀关闭，吸气阀未打开，余隙容积内的高压气体膨胀，压力下降，直至稍低于吸气腔内压力，吸气阀打开，开始吸气。,特点和发展趋势,发展历史悠久，具有丰富的设计、研究、制造和运行经验，技术成

8、熟，至今在各个领域中依然被广泛应用发展着。在中小冷量范围内，仍以活塞式压缩机为主（据统计，在100W-7.5KW的小型封闭式压缩机中，活塞式占75%）。 零部件多、转速受限制，材料和制造要求低。 间歇式吸排气，管道有气流脉动。 直线电动机驱动高速活塞式压缩机的开发。 利用先进的加工、制造和控制技术制造高精度的压缩机，改进气阀设计等。,滚动转子式压缩机 Rotary Compressor,属于回转式压缩机。由气缸、滚动转子、偏心轴和滑片组成。转子沿气缸内壁滚动，与气缸间形成月牙形工作腔，滑片端部在弹簧作用力下与转子紧密接触，将月牙形工作腔分隔为两部分，滑片随转子滚动沿滑片槽道作往复运动。气缸容积

9、随转子转角变化，压力随之改变。,特点和发展趋势,零部件少，尺寸紧凑，重量轻，效率对磨损和间隙敏感。 变频压缩机：在日本，变频房间空调器是主流机型，容量范围在进一步扩大。 双缸双转子式：新机型，减小在低速范围内的振动。 提高经济性和可靠性：提高生产加工和装配技术，使装配间隙合适，最小化机械损失和气体压缩损失，开发高效率的电机。 使用于小型冰箱和空调。,摆转式压缩机 Swing Compressor,特点: 转子与滑片铸造成一体, 减少滑片与转子间的泄漏和摩擦, 效率和可靠性更高。采用变频,在中低速，效率和节能显著,且面向替代工质HCFC, 407C 和 410A。 日本大金(DAIKIN)公司正

10、在用它代替传统的滚动转子式。,螺杆式压缩机 Screw Compressor,喷油式螺杆压缩机,1、阳转子 2、阴转子 3、机体 4、滑动轴承 5、止推轴承 6、轴封 7、平衡活塞,工作过程,原理：利用螺杆的齿槽容积和位置的变化来完成蒸汽的吸入、压缩和排出过程。每对齿槽空间都存在着吸气、压缩、排气三个过程。在不同齿槽空间，同时存在着吸气、压缩、排气三个过程。,（a）吸气,（b）压缩,（c）排气,工作过程,（a）吸气,（b）压缩,（c）排气,（a）吸气：在汽缸的吸气端座上开有吸气口，当齿槽与吸气口相通时，吸气就开始，随着螺杆的旋转，齿槽脱离吸气口，一对齿槽空间吸满蒸汽，如图(a)。,工作过程,（

11、a）吸气,（b）压缩,（c）排气,（b）压缩：螺杆继续旋转，两螺杆的齿与齿槽相互啮合，由气缸内壁、啮合的螺杆和排气端座组成的齿槽容积变小，而且位置向排气端移动，完成了对蒸汽压缩和输送的过程，如图(b)。,工作过程,（a）吸气,（b）压缩,（c）排气,（c）排气：当这对齿槽空间与端座的排气口相通时，压缩终了，蒸汽被排出，如图(c)。,双螺杆式压缩机 Double Screw Compressor,单螺杆式压缩机 Single Screw Compressor,转子,星轮,a semi-hermetic single screw compressor for the larger Daikin c

12、hiller, with R-134a refrigerant.,星轮,工作过程,随着转子和星轮不断转动，由螺杆转子的齿间凹槽、星轮和气缸内壁组成的容积大小发生周期性的变化，实现吸气、压缩、排气三个连续过程。,特点,适用于中型制冷量范围内，制冷量可以在10-100范围内无级调节，但在40以上负荷时的调节比较经济。 结构简单、紧凑，重量轻，无吸排气阀，易损件少，可靠性高，检修周期长。 只有旋转运动，没有往复运动，因此压缩机的平衡性好，振动小，可以提高压缩机的转速。无活塞式的液击和离心式的喘振现象。 在低蒸发温度或高压缩比工况下，用单级压缩仍然可正常工作，且有良好的性能。这是由于螺杆式压缩机没有余

13、隙，没有吸排气阀，故在这种不利工况下仍然有较高的容积效率。 噪声较大，以及需要设置一套润滑油分离、冷却、过滤和加压的辅助设备，造成机组体积大。,涡旋式压缩机 Scroll Compressor,吸气,排气,全封闭涡旋式压缩机结构,工作过程,主要由动、静涡旋体、吸、排气口组成。动静涡旋体间形成一系列月牙形空间，动涡旋体以静涡旋体的中心为旋转中心，以一定的旋转半径作无自转的回转平动，外圈月牙形空间便会不断向中心移动，使容积缩小。,工作过程,静涡旋体最外侧开有吸气孔，制冷剂从吸气孔进入动静涡旋体间最外圈的月牙形空间，随着动涡旋体的运动，气体被逐渐推向中心空间，其容积不断缩小，压力,升高，直至与中心排

14、气孔相通，高压气体被排出。,特点,零部件少。约为往复式的40。驱动动涡盘运动的偏心轴可以高速旋转，因此涡旋式压缩机体积小、重量轻，约比往复式轻15。 容积效率高，因为相邻的月牙形空间之间的压差小，泄漏少，无吸汽和排汽阀，阻力小，无余隙容积的再膨胀。 绝热效率高，在同样制冷量情况下，旋涡式比往复式约高10。 动涡盘与主轴等运动部件的受力变化小，整机振动小。 涡旋压缩机运转可靠，而且容易实现变转速运动和变排量技术。 要求加工精度高。,滑片式压缩机 Sliding Vane Compressor,主要由气缸、转子、滑片组成。转子旋转时，滑片在离心力作用下从槽中甩出，气缸内壁与转子外表面构成的月牙形空

15、间被滑片分隔成若干小室，随转子旋转，小室容积周期性变化。,CFCs和HCFCs的替代,1. 名称 CFCS（氯氟烃）：分子组成为氯、氟、碳。 如：R11，R12，R13，R14，R113，R114等。 HCFCS（氢氯氟烃）：分子组成为氢、氯、氟、碳。 如：R22 HFCS（氢氟烃）：分子组成为氢、氟、碳。 如：R134a,2. 危害性指标,ODP (Ozone-depletion potential)：消耗臭氧潜能值，越小说明制冷剂的环境特性越好。 GWP (Global-warming potential)：全球变暖潜能值。,首先被替代,逐步淘汰(phase out),3. 替代时间表,4. 替代工质,目前还没有理想的替代制冷剂，研究工作正在进行中。天然工质的使用:氨、CO2、碳氢化合物,5. 工质替代对制冷压缩机的影响,热力性质等问题：替代工质一般其热力性质等综合性能指标较CFCs以及HCFCs工质降低，但这一点降低（哪怕1%）也将给广泛使用的标准制冷机配置带来诸多的问题，并消耗巨大的电力资源。例如，日本从1996年全面禁止生产CFCs冰箱，使用HFC-134a替代CFC-12时冰箱制冷性能下降5%-10%。并可能甚至会引起压缩机结构尺寸较大的改变。,新工质的毒性、溶油性等问题：引起结构设计的困难。,Thank you!,