制冷壓縮機能量調(diào)節(jié)

章制冷壓縮機

2020/12/181第一節(jié)制冷壓縮機的分類

在蒸氣壓縮式制冷裝置中，選用了各種類型的制冷壓縮機。它們是裝置中的關(guān)鍵核心設(shè)備，對系統(tǒng)的運行性能、噪聲、振動、使用壽命和節(jié)能有著決定性的作用。2020/12/182

根據(jù)蒸氣壓縮的原理，壓縮機可分為容積型和速度型兩種基本類型。容積型壓縮機：通過對運動機構(gòu)作功，減少壓縮空間容積來提高蒸氣壓力，以完成壓縮功能。速度型壓縮機：則由旋轉(zhuǎn)部件連續(xù)將角動量轉(zhuǎn)換給蒸氣，再將該動量轉(zhuǎn)為壓力，提高蒸氣壓力，達到壓縮氣體的目的。圖3—1制冷和空調(diào)中常用壓縮機的分類及結(jié)構(gòu)示意圖2020/12/1832020/12/184二、容積型壓縮機

容積型壓縮機通過可變的工作容積來完成氣體的壓縮和輸送過程。

根據(jù)壓縮方式分活塞式（往復(fù)式）

回轉(zhuǎn)式

活塞式壓縮機是最常用的一種容積式壓縮機，但近年來回轉(zhuǎn)式壓縮機發(fā)展很快，特別在高效化、小型化、輕量化方面，滾動活塞式（滾動轉(zhuǎn)子式）、渦旋式和螺桿式等占有很大的優(yōu)勢。2020/12/185從壓縮機結(jié)構(gòu)分開啟式

半封閉式

全封閉式

目前，開啟式壓縮機除了在氨制冷機、汽車空調(diào)器和發(fā)動機驅(qū)動等場合使用外，在其他的制冷和空調(diào)工程中，正逐步向半封閉式和全封閉式發(fā)展。全封閉式具有結(jié)構(gòu)緊湊、密封性好、噪音低、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)的優(yōu)點，而且由于生產(chǎn)規(guī)模大、成本低，正越來越廣泛地應(yīng)用于制冷和空調(diào)的各個領(lǐng)域中。2020/12/186三、速度型壓縮機離心式壓縮機

軸流式壓縮機

2020/12/187第二節(jié)壓縮機的功率和效率壓縮機的指示功率和指示效率：由于壓縮機的實際過程和理論過程之間有偏差，實際壓縮過程中氣缸內(nèi)所消耗的功率Pi（稱為指示功率）比絕熱壓縮所需之功率Pa要大，兩者之間的關(guān)系可用指示效率ηi（又稱絕熱效率）來表示，即：（3－1）2020/12/188二、軸功率、摩擦功率與機械效率——由原動機傳到壓縮機曲軸上的功率稱為軸功率——軸功率一部分用于克服曲柄連桿等運動機構(gòu)摩擦阻力，這部分功率稱為摩擦功率

——軸功率的一部分直接用于壓縮氣體，稱為指示功率

機械效率：

（3－2）

壓縮機的摩擦功率可分為兩部分，即往復(fù)運動摩擦功率(活塞、活塞環(huán)與氣缸間)和回轉(zhuǎn)運動摩擦功率，前者約占70～80％，后者約占20～30％。摩擦功率與壓縮機的結(jié)構(gòu)有關(guān)，也與潤滑油溫度及轉(zhuǎn)速有關(guān)。制冷壓縮機的指示效率與機械效率的乘積稱為壓縮機的總效率，即制冷壓縮機的總效率約等于0.65～0.72。2020/12/189三、壓縮機所需電動機的功率當(dāng)壓縮機用皮帶與電動機相聯(lián)接時，這時電動機軸上的功率要比壓縮機的軸功率大，兩者之間的關(guān)系可用傳動效率表示，即：（3—11）或

（3—12）值一般為：三角皮帶傳動=0.97～0.98，平皮帶傳動=0.96。2020/12/1810第三節(jié)活塞式制冷壓縮機

活塞式制冷壓縮機是研制最早的壓縮機，幾乎和機械制冷方法同時出現(xiàn)，在一百多年的使用過程中，得到了廣泛發(fā)展和深入研究，直到目前為止，雖然其地位受到其它類型壓縮機的挑戰(zhàn)，但其產(chǎn)量仍然在各類壓縮機中占主要地位。2020/12/1811一、活塞式制冷壓縮機的分類按壓縮機氣缸分布形式分類：可分為直立式、V型、W型、S型（扇形）、Y型（星型）等。按使用的制冷劑種類分類：可分為氨用、鹵代烴用制冷壓縮機。按壓縮機與電動機的組合形式分類：可分為開啟式和封閉式，其中封閉式又可分為全封閉式和半封閉式兩種。按壓縮機的級數(shù)分類：可分為單機單級和單機雙級壓縮機。2020/12/18122020/12/1813二、活塞式制冷壓縮機的總體結(jié)構(gòu)和主要零部件機體。它是壓縮機的機身，用來安裝和支承其他零部件以及容納潤滑油。傳動機構(gòu)。壓縮機借助該機構(gòu)傳遞動作，對氣體作功，它包括曲軸、連桿、活塞等。配氣機構(gòu)。它是保證壓縮機實現(xiàn)吸氣、壓縮、排氣過程的配氣部件，它包括吸、排氣閥片，閥板和氣閥彈簧等。潤滑油系統(tǒng)。它是對壓縮機各傳動摩擦偶合件進行潤滑的輸油系統(tǒng)，它包括油泵、油過濾器和油壓調(diào)節(jié)部件等。卸載裝置。它是對壓縮機氣缸進行卸裁、調(diào)節(jié)冷量、便于啟動的傳動機構(gòu)，它包括卸載油缸、油括塞、推桿和頂針、轉(zhuǎn)環(huán)等零件。軸封裝置。在開啟式壓縮機中，軸封裝置用來密封曲軸穿出機體處的間隙，防止泄漏，它包括托板、彈簧、橡膠圈和石墨環(huán)等。2020/12/1814開啟式制冷壓縮機圖3—58FS10型開啟式制冷壓縮機機體2020/12/1815半封閉式制冷壓縮機圖3—14R22半封閉式制冷壓縮機的總體結(jié)構(gòu)圖1—濾油器2—吸油管3—端軸承蓋4—油泵軸承5—油泵6—曲軸7—活塞連桿組8—排氣截止閥9—氣缸蓋10—曲軸箱11—電動機室12—主軸承13—電動機室端蓋14—吸氣過濾器15—吸氣截止閥16—內(nèi)置電動機17—油孔18—油壓調(diào)節(jié)閥19—底蓋2020/12/1816全封閉式制冷壓縮機圖3—15全封閉式制冷壓縮機1—排氣管2—氣缸3—連桿4—吸排氣閥5—活塞6—主軸承7—電動機定子8—電動機轉(zhuǎn)子9—殼體10—氣液分離器11—端子12—內(nèi)部支撐13—排氣消聲器14—排氣腔15—吸氣腔16—離心油泵17—曲軸18—副軸承2020/12/1817第四節(jié)回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機

近年來回轉(zhuǎn)式壓縮機發(fā)展很快，特別在高效化、小型化、輕量化方面。常用的回轉(zhuǎn)式壓縮機有螺桿式、滾動活塞式（滾動轉(zhuǎn)子式）、滑片式和渦旋式四種。2020/12/1818一、螺桿式制冷壓縮機

螺桿式制冷壓縮機與活塞式制冷壓縮機、離心式制冷壓縮機相比是較晚的一種機型。螺桿式制冷壓縮機的結(jié)構(gòu)特點，確定了它的許多優(yōu)點，如：零件數(shù)僅為活塞式的1／10，壓縮機運行可靠、安全、振幅??；適應(yīng)性強，在高、低溫制冷范圍內(nèi)以及熱泵應(yīng)用中均有良好性能；結(jié)構(gòu)緊湊、能適用于大壓比的工況；對濕壓縮不敏感；有良好的輸氣量調(diào)節(jié)特性；維護方便等特點，是制冷和空調(diào)工程的理想主機。2020/12/1819螺桿式制冷壓縮機的結(jié)構(gòu)和工作原理圖3—16螺桿式壓縮機的結(jié)構(gòu)1—吸氣口2—機殼3—陰轉(zhuǎn)子

4—陽轉(zhuǎn)子5—排氣口圖3—17螺桿式制冷壓縮機的工作過程a—吸氣開始b—吸氣過程c—吸氣結(jié)束d—壓縮過程e—壓縮結(jié)束f—排氣過程2020/12/1820二、滾動活塞式（滾動轉(zhuǎn)子式、刮片式）制冷壓縮機

轉(zhuǎn)子式壓縮機雖然出現(xiàn)較早，但由于材質(zhì)和加工精度的限制，長期來在制冷領(lǐng)域一直未被采用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，原有的難題已經(jīng)或者逐步得到了解決，偏心滾動轉(zhuǎn)子式制冷壓縮機在1kW左右以下的小型窗式空調(diào)器和食品冷藏箱中已開始廣泛使用，在該冷量范圍內(nèi)所顯示的優(yōu)點足以取代活塞式制冷壓縮機。2020/12/1821圖3—23滾動活塞式（滾動轉(zhuǎn)子式、刮片式）制冷壓縮機結(jié)構(gòu)示意圖1—排氣管2—氣缸3—圓柱形轉(zhuǎn)子4—偏心輪5—潤滑油6—吸氣管7—滑片8—彈簧9—排氣閥圖3—24滾動活塞式（滾動轉(zhuǎn)子式）制冷壓縮機的工作過程2020/12/1822三、渦旋（渦線）式制冷壓縮機圖3—25渦旋式制冷壓縮機的構(gòu)造1—固定螺旋槽板2—旋回螺旋槽板3—殼體4—偏心軸5—防自轉(zhuǎn)環(huán)6—進氣口7—排氣口

目前，渦旋式制冷壓縮機的使用功率大約在1～15kW之間。與活塞式制冷壓縮機相比較，它的體積可縮小40％，重量減輕15％，結(jié)構(gòu)簡單（僅需5個零件），運行平穩(wěn)、可靠，噪聲可降低2～3dB（A），具有較高的EER值。2020/12/18232020/12/1824

第五節(jié)離心式制冷壓縮機

離心式制冷壓縮機的發(fā)展已有六十多年歷史，20世紀30年代鹵代烴制冷劑的出現(xiàn)以及后來冶金工業(yè)和其他科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為離心式制冷壓縮機的制造和應(yīng)用奠定了良好基礎(chǔ)。目前，單機冷量在1200kW以上的制冷壓縮機，幾乎全部采用離心式。2020/12/1825

一、離心式制冷壓縮機的構(gòu)造和工作原理圖3—26單級離心式制冷壓縮機的簡圖1—吸氣腔2—進口導(dǎo)葉3—葉輪4—擴壓器5—蝸殼6—增速齒輪7—電動機8—油箱9—齒輪油箱2020/12/1826所有制冷壓縮機，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點和工作原理，均有其最佳冷量使用范圍，因此，當(dāng)使用的冷量和條件不同時，應(yīng)選用不同形式的壓縮機，以獲得最佳運行效果。應(yīng)該指出，活塞式制冷壓縮機在結(jié)構(gòu)和運行性能方面雖有許多不足，但其制造技術(shù)要求相對較低，而且使用年代已久，目前在200kW冷量以下的制冷壓縮機中仍在廣泛使用。2020/12/1827第六節(jié)制冷壓縮機的熱力分析和節(jié)能措施2020/12/1828一、制冷壓縮機的選型計算（單、雙級壓縮機）

制冷系統(tǒng)最常用的壓縮機是活塞式和螺桿式。壓縮機是制冷系統(tǒng)的“主機”，一般根據(jù)空調(diào)或冷庫制冷系統(tǒng)的使用條件、制冷劑的種類、制冷循環(huán)型式及制冷能量要求，選擇一定規(guī)格的制冷壓縮機，以滿足制冷系統(tǒng)的使用要求。2020/12/18291．活塞式壓縮機型式選擇的基本條件冷庫制冷系統(tǒng)壓縮機選擇的依據(jù)是冷卻設(shè)備負荷Q0和機械負荷Qj，同時應(yīng)考慮以下有關(guān)參數(shù)的規(guī)定：（1）蒸發(fā)溫度t0。（2）冷凝溫度tk。（3）過冷溫度tg。（4）吸氣溫度t1。（表3-4）（5）二級壓縮的中間溫度tzj與中間壓力p的經(jīng)驗公式為：

（3—13）（3—14）

式中：tk，t0——冷凝溫度和蒸發(fā)溫度，℃；

Pk，P0——冷凝壓力和蒸發(fā)壓力，MPa。2020/12/18302020/12/18312．活塞式制冷壓縮機型式選擇確定選擇單、雙級壓縮機的標準是壓縮比Pk/P0。對于氨系統(tǒng)，壓縮比≤8時采用單級，壓縮比>8時采用兩級。對鹵代烴系統(tǒng)，壓縮比≤10時采用單級，壓縮比>10時采用兩級。采用的兩級壓縮機可以是單機兩級，也可以是配組的兩級壓縮。2020/12/18323．制冷壓縮機單機容量和臺數(shù)選擇壓縮機單機容量和臺數(shù)，應(yīng)按便于能量調(diào)節(jié)和適應(yīng)制冷對象的工況變化等因素來確定。采用多臺壓縮機時，應(yīng)盡可能采用同一系列或型號的產(chǎn)品，以方便運行和維修。2020/12/18334．制冷壓縮機的工作范圍和自動控制壓縮機的運行工況應(yīng)盡可能滿足前述基本條件。在必須保證運行安全保護的前提下，在系統(tǒng)設(shè)計時可以補充其他控制內(nèi)容。在制冷自控技術(shù)不斷進步的今日，采用設(shè)有微電腦控制的制冷壓縮機是較理想的選擇。不過這一選擇還要與整個制冷系統(tǒng)控制程序協(xié)調(diào)配合。2020/12/18345．螺桿式制冷壓縮機的選擇

螺桿式制冷壓縮機由于結(jié)構(gòu)特點，它的內(nèi)容積比是隨外界溫度的變化而變化的，我國規(guī)定有2.6、3.6和5.0三種，選用3種不同的滑閥?？蛇m應(yīng)不同的工況需要。新型可移動滑閥式螺桿壓縮機，可以進行內(nèi)容積比的無級調(diào)節(jié)。螺桿壓縮機單級壓縮比大，有較寬的運行條件。帶有經(jīng)濟器的單級螺桿式制冷壓縮機，可以得到更高的運行效率。但在低溫工況下，由于t0很低，則應(yīng)選擇兩級螺桿壓縮機。2020/12/18356．壓縮機制冷量的計算壓縮機的制冷量Qo從制造廠的產(chǎn)品樣本上無法查到時，可用下式計算：kJ/h（3—15）式中：qv——單位容積制冷量，kJ／m3；

Vh——壓縮機的理論輸氣量，m3／h；

λ——壓縮機的輸氣系數(shù)。

從式3—1中可以看出，對一定的壓縮機，Vh是定值，而qv與λ值是隨壓縮機的工作溫度（主要指冷凝溫度和蒸發(fā)溫度）而變化的，因此壓縮機的制冷量也是隨工作溫度而變動的。2020/12/1836例3—1

試計算8S—12.5型，R22制冷壓縮機在tk=30℃、t0=-15℃、t5=25℃、t1’=15℃時的制冷量Q0。該壓縮機的氣缸直徑D=125mm、活塞行程S=l00mm、轉(zhuǎn)速960RPM（r／min）、氣缸數(shù)z=8。2020/12/18377．在不同工況下壓縮機制冷量的換算

制冷壓縮機在出廠時，制造廠在機器的銘牌上標出的制冷量一般都是指名義工況下的制冷量，在實際運行中如工況變化，則可按產(chǎn)品樣本上提供的制冷機性能曲線查得工作工況下的制冷量，也可根據(jù)工況改變時，壓縮機的理論輸氣量總是定值這個原則來進行換算，即

（3—16）

（3—17）式中：Qo1，Qo2——在工況l和工況2時的壓縮機制冷量，kW；

λ1，λ2——在工況1和工況2時的壓縮機輸氣系數(shù)；

Vh——壓縮機的理論輸氣量，m3／h；

qv1，qv2——在工況1和工況2時的制冷劑單位容積制冷量，kJ／m3。

（3—18）2020/12/18388．雙級壓縮制冷壓縮機制冷量的計算1）確定這套雙級制冷機的中間壓力Po1值。2）按已知的tk（或Pk），to2（或Po2）和求得的中間壓力Po1，作出雙級制冷機循環(huán)的lgp-h圖，并列出各有關(guān)點的熱力參數(shù)值。3）最后按下式計算雙級制冷機的制冷量Qo。（3—19）

式中：qv——制冷劑在蒸發(fā)溫度to2時的單位容積制冷量，kJ／m3；

qo2——制冷劑在t02時的單位質(zhì)量制冷量，kJ／kg；

Vh低——低壓級理論輸氣量，m3／h；

λ低——低壓級輸氣系數(shù)；

νl——低壓級吸入蒸氣的比體積，m3／kg。2020/12/1839例3—3

試計算下列配組式雙級氨制冷機的制冷量。低壓級：8S—12.5型一臺，Vh低=566m3／h；高壓級：4V—12.5型一臺，Vh高=283m3／h。2020/12/1840二、制冷壓縮機的變工況運行特性1．制冷壓縮機的變工況。2．制冷量Qo與溫度條件的關(guān)系。3．壓縮機耗功與溫度條件的關(guān)系。4．制冷系數(shù)與溫度條件的關(guān)系。5．單位容積制冷量與溫度條件的關(guān)系。2020/12/1841三、制冷壓縮機的能量調(diào)節(jié)方法進行能量調(diào)節(jié)有以下三個優(yōu)點：（1）能使制冷裝置的制冷量始終與外界熱負荷平衡，從而提高了運行的經(jīng)濟性；（2）減小蒸發(fā)溫度（蒸發(fā)壓力）的波動，相對應(yīng)地減小了被冷卻對象的溫度波動，對空調(diào)而言可以提高環(huán)境的舒適度，對食品冷藏可以更好地保持其品質(zhì)，這樣還可以減少壓縮機的起動次數(shù)，