第三章  制冷压缩机
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第三章 制冷压缩机. 武汉纺织大学 Wuhan Textile University 环境与城建学院. 制冷循环 逆向循环 非自发过程、消耗外功补偿(压缩机) 作用: 1 ) P 0 P k 便于在常温下液化 2 )输送一定量的制冷剂在循环中周期工作 分类: 往复活塞式 容积型 螺旋杆式 滚动活塞式 回旋式 滑片式 涡旋式 离心式

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第三章 制冷压缩机

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第三章 制冷压缩机

武汉纺织大学

Wuhan Textile University

环境与城建学院


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制冷循环 逆向循环 非自发过程、消耗外功补偿(压缩机)

作用:1)P0 Pk便于在常温下液化

2)输送一定量的制冷剂在循环中周期工作

分类: 往复活塞式

容积型 螺旋杆式

滚动活塞式

回旋式 滑片式

涡旋式

离心式

速度型

轴流式


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从总体结构上看:

1)开启式

优点:易装、拆、修、有能量调节(控制气缸工作数)、工作安全、可靠。

缺点:易泄露,体大笨重。

2)半封闭式

克服泄露缺点

3)全封闭式

优点:件少、体轻、无泄漏、噪音小

缺点:不宜修理


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§3-1 活塞式压缩机的零部件结构

一、机体腔体结构(吸、排汽腔、曲轴箱均有隔板)

1、吸汽腔、曲轴箱相通、易回油

2、吸、排汽腔用地垫密封

3、铸造困难、加工精度高、材质要求高。

二、运动部件

曲轴——连杆——活塞 (环)

活塞——往复运行 A点

连杆——平面摆动 AB

曲轴——旋转运动 圆心O、半径OB

三、汽阀关键部件

周期性工作、自动阀、靠阀片上下压差自动开闭。


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§3-1 活塞式压缩机的零部件结构

四、轴封

轴向:橡皮圈 静密封面

极限摩擦环式轴封

径向:摩擦付 动密封面

工作要求:

1:耐氟、耐油橡胶:丁晴橡胶和氯乙醇橡胶。

2:保证润滑、形成油封。

五、卸载机构能量调节装置

轴压推动吸气阀片抬起


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§3-1 活塞式压缩机的零部件结构

六、润滑系统

飞溅:利用运动件击溅油甩起送至润滑表面

1、方式

压力:油压泵送油

2、作用 减少摩擦、提高密封效果(油封)、冷却。

3、结构

七、安全保护装置

1、假盖:防止高压过高(高压保护)“液击”

2、安全阀、压力保护、压差保护(油压)

3、过裁保护(全封闭、半封闭机内)


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§3-1 活塞式压缩机的零部件结构

八、常用术语(技术参数)

1、压缩机转速:n(转/分)

2、汽缸直径D:国产系列 40、50、60、70、100、125、170mm

分布 直立(Z)V、W、S

3、汽缸数: Z(i) 缸径相同的个数

4、活塞行程S:上、下止点之间的距离(mm)

上止点:活塞运动轨迹最高点;下止点:活塞运动轨迹最低点

5、曲轴旋转半径:r=S/2

n、D、S、 i 压缩机的结构参数

代号说明:8AS12.5

8—汽缸数 A—制冷剂 S —汽缸布置形式 12.5—缸径

4FV7B ZFZ50B

F—氟利昂 B—半封闭


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§3-1 活塞式压缩机的零部件结构

6、压缩工作容积

一个气缸最大几何容积 Vg= πD2S/4(m3)

一台压缩机的理论排气量 Vh=Vg nZ (m3/s)

7、余隙容积Vc

活塞处在上止点时、活塞顶部汽阀板(假盖)间的空间,

Vc是影响输气量内在因素

8、相对余隙容积c:

c=Vc/Vg

9、吸(排)汽阀的升程hs(hd)

阀片全关 全开的距离


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§3-2 活塞式压缩机工作原理

一、理想过程

1、条件:a . Vc=0

b. Ps=Po Pd=Pk (∆Ps、 ∆Pd=0)

c. 压缩过程等熵 ds=0 n=k

d. 无泄漏 .无摩擦

2、理想工作过程(图3-11)

吸汽过程4-1

压缩过程1-2

排气过程2-3

压缩机对制冷剂所作的机械功12341的面积

理论输气量 Vh= πD2SnZ/4

理论质量输送量: Gh=Vh/v1


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§3-2 活塞式压缩机工作原理

二、实际过程

1、特点 a、Vc存在:排气结束不能直接吸汽

剩余的高温高压气体要膨胀

b、吸、排气压力损失(流动阻力、弹簧力)

Ps<Po Pd>Pk ∆P存在

c、吸入整齐在压缩机内过热(有害过热)

t v

d、泄露、摩擦 G N

2、性能 a、实际输气量 Vs=Gs·vs m3/s

以吸汽状态点为准,则 vs=v1

Gs=Vs/V1 kg/s


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§3-2 活塞式压缩机工作原理

b、实际制冷量 Qo=Gs·qo=Vs·qv kw

c、输气系数

λ=Gs/Gh=(Vs/vs)/ (Vh/v1)

=Vs/Vh = (Vsqv)/ (Vhqv)= Q实/Q理<1

明确:a、 λ表征压缩机工作容积的利用程度,λ↑是方向。

b、 qo,qv,vs按给定工况用理论式计算、只需针对实际压缩机的结构特点和运行条件计算λ即可得压缩机的实际产冷量,λ计算是关键。


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§3-2 活塞式压缩机工作原理

三、压缩机输汽系数和总效率的分析计算

1、输汽系数(容积效率) 以一个气缸分析 λ=Vs‘/Vg

1) λ=Vs/Vh=Vs’/Vg= λvλpλtλl(四个实际特点)

a、余隙系数λv V1=Vg-∆V1

定义 λv=(Vg-∆V1)/Vg=1-∆V1/Vg ∆V1=?

视 c—d为多变膨胀过程 PVm =常数,带入相应值

Pdk/Pso=(Pk+∆Pk)/(Po-∆Po)= 〔(Vc+∆V1)/Vc〕m 解得 ∆V1=Vc〔(Pdk/Pso)1/m-1〕

若不考虑吸排汽阀阻力Pdk≈Pk,Pso ≈Po

λv=1-Vc/Vg〔(Pdk/Pso)1/m-1〕=1-c〔(Pk/Po)1/m-1 〕


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§3-2 活塞式压缩机工作原理

定性分析:

1、C↑→λv↓所以C=(0.02~0.06) 空调C=4%

2、Pk/Po↑→λv↓ 所以低温运行时,由于要ε↑需要C↓(Vc小、行程长)

3、m↑→λv↓ 所以增强气缸冷却(风冷、水冷)

b、节流系数 进汽阀压降引起的容积损失

定义 V2=V1-∆V2则λp=V2/V1=1-∆V2/V1 ∆V2=?

视a→1为等温过程 Pv=常数 ,同法得

(Vg+Vc)Pso=(Vg+Vc-∆V2)Po

∆V2=(Vg+Vc)(1-Pso/Po)=(Vg+Vc)∆Ps/Po

∆Ps/Po称相对吸汽压力损失,NH3机0.03~0.05 氟机0.05~0.07


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§3-2 活塞式压缩机工作原理

所以 λp=1-(∆Ps/Po )(Vg+Vc)/V1=1-(∆Ps/Po )(1+C)/ λ

一般单级制冷压缩机λp在0.95左右。

c、温度系数 由于气体与汽缸壁发生复杂的热交换、使实际容积吸汽量将由V2下降至V3(V3=V2-∆V3)

定义 λt=V3/V2=1-∆V3/V2

经验公式:对于立式NH3机 λt=To/Tk

对于小型全封闭机 λt=T1/(aTk+b(T1-To)

a=1~1.15 尺寸小a↑

b=0.25~0.8 尺寸小b↓散热好b↑

d、泄露系数 原因:阀片的滞后、活塞与气缸间隙

泄露途径 P高 泄向 P低 定义Vs‘=V3-V4

λl=1-∆V4/V3


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§3-2 活塞式压缩机工作原理

一般:开启式和半封闭式有环 λl=0.97~0.99

0.95 空调

全封无环λl0.90 中温

0.85 低温

2)综合

a、λ=λvλpλtλl=f(运行工况)

=f(Pk/Po)=f(to)|tk=const

所以 Q实=Q理·λ=(h1-h5)·λ·Vh/v1

b、经验公式

λ=0.94-0.085〔(Pk/Po)1/m-1〕

m值:NH3=1.28 R12=1.13 R22=1.18

c、查线图法


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§3-2 活塞式压缩机工作原理

3)提高λ的途径

a、控制C 、尽量减小 (更换气缸上石棉纸垫)

b、吸汽避免过多过热 (吸汽管保温、气缸冷却)

c、增大气流通道 ∆P↓

2、压缩机功率与效率

Ne=Ni+Nm

轴功率 指示功率 摩擦功率

1)指示效率与指示功率

ηi=w理/w实际=No/Ni小型氟机 ηi=0.65~0.8

经验公式 ηi=To/Tk+bto b值:NH30.001 氟0.0025

Ni=(h2-h1)Vhλ/Viηi kW


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§3-2 活塞式压缩机工作原理

2)摩擦功率与机械效率

机械效率 ηm=Ni/Ne 0.8~0.9

Nm=Ne-Ni=(1-ηm)Ne

3)轴功率与轴效率

ηe=ηiηm=No/Ne

轴功率=No/ηe 附加10~15%后选电动机

4)单位轴功率制冷量Ke(COP)

Ke=实际制冷量/轴功率=G·qo/G·woηiηm =εoηiηm=εoηe


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§3-2 活塞式压缩机工作原理

5)电动机输入的电功率

N电=Ne/ηaηo=No/ηiηmηdηo

ηd:传动效率 直联1,皮带0.9~0.95

ηo:电动机效率

6)能效比EER(多用于全封闭压缩机)

EER=实际制冷量/输入的电功率=εoηiηmηdηo


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§3-3 螺杆式制冷压缩机

相互啮合的转子(螺杆)→两转子表面、啮合线与机体和端盖形成封闭容积→靠两转子反向旋转→改变容积

吸汽、压缩和排气

一、基本结构

1、一对螺杆转子

阳转子(主动):凸齿(4)

阴转子(从动):凹齿(6)

2、固定件 机体

吸汽端盖(上部开设吸气口)

排气端盖(下部开设排气口)

3、其它件 轴承、平衡活塞、能量调节装置(滑阀结构)


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§3-3 螺杆式制冷压缩机

二、工作过程

1、吸汽:吸汽端盖上的吸汽孔与吸汽侧上的一对啮合齿槽相通,吸汽开始。随着α↑,这一对齿槽容积↑ ,当转子转到某一α1,即两啮合槽越过吸气孔口,被端盖遮住→吸汽结束。

2、压缩:α> α1,端盖上的吸、排汽口均不与齿槽相通,α↑ V↓,槽内气体受压缩P↑。

3、排气:α=α2 ,端面上齿槽与排气端盖上排气空口相通,压缩结束,排汽开始。


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§3-3 螺杆式制冷压缩机

p=pk

p<pk

p>pk

显然,后二者情况功耗↑,所以必须确定内容及比V1/V2以适应变况。

注意:

1、每一齿槽均是一个可变容积,均能实现吸汽→压缩→排汽。

2、吸排气空口的位置固定,所以汽缸内汽体吸入容积和排出容积比也是固定的,不随排气管中压力变化而变化。于是:出现图3-35的三种情况 。P:缸内压力。


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§3-3 螺杆式制冷压缩机

三、输汽量

1、理论输汽量Vh

Vh=m1n1f1L+m2n2f2L

m1、m2——主、从动转子的齿数

n1、n2——主、从动转子的转速

f1、f2——主、从动转子的齿槽在端平面上的投影面积

L——转子长度

因为传动为齿轮传动,所以m1n1=m2n2

Vh=m1n1(f1+f2)·L


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§3-3 螺杆式制冷压缩机

2、面积利用系数Cn和转子名义直径

令m1(f1+f2)/D2=Cn Cn称面积利用系数

Cn的值与转子的外径、齿形和齿数有关 0.470~0.508

则 Vh=Cnn1LD2 m3/s

称D为转子的名义直径。

3、实际输汽量和输汽系数

Vs=Vhλ一般地 λ=0.75~0.90

影响螺杆压缩机λ的因素:

I、泄露损失: a 齿顶与机体圆周上的泄露;b 齿面啮合线的轴向泄露和转子端面泄露;c “漏气三角形”。

II 、预热损失: 汽体和腔内热交换→ v↑

III、吸入压力损失: ∆P 一般的λ=0.75~0.90


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§3-3 螺杆式制冷压缩机

四、主要特征

1、转速高 n =1500~30000 r.p.m

体积小、结构紧凑

2、没有吸、排汽阀片、可走湿行程

3、吸、排汽终了容积为定值、to↓仍有良好性能

4、采用喷油冷却、润滑、排气温度低

5、10~100%的无级调节

6、油路系统复杂

7、流动损失较大、一般ηe<活塞式

8、噪音大


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§3-3 螺杆式制冷压缩机

五、主要产品(武冷)

20系列 16系列 12.5系列 10系列

R717 KA20-50 KA16-25 KA12.5-12 KA10-3.5

R22 KF20-48 KF16-24 KF12.5-11 KF10-3.5

R12 KF20-30 KF16-15 KF12.5-7 KF10-2


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§3-4 离心式制冷压缩机

速度型,冷量范围 174.4kw~34883.7kW(15万~3000万 大卡/h)

转速5000~25000 r·p·m,n高、流量大、 Q0大。

一、结构概述

单级:主轴上一个叶轮

固定件:吸汽完、扩压器、弯道、回流器、蜗壳

运动件:主轴、叶轮、增速装置

支承机构:轴承

密封机构、润滑系统


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单级压缩机结构图1—进口可调导流叶片;2—吸气室;3—叶轮;4—蜗壳;5—扩压器;6—主轴


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多级离心式压缩机


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§3-4 离心式制冷压缩机

二、运行特性

1、设计方法:按设计工况运行条件(to、tk)及制冷量、选定工质,设计压缩机结构参数。所以不宜变工况运行。

2、特性曲线 一般是to(po)一定

ηad-G

三种曲线 P2-G

N-G

S点为设计工况点。

a、排汽压力与输汽量G(产冷量Qo)关系

S点左侧AC曲线平缓; S点右侧CB曲线变陡

原因:汽体所获得压头中消耗于流动损失部分随G上升而上升


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§3-4 离心式制冷压缩机

b、最大排汽量点B

P0=const B点时 G→max 此时叶片出口截面上汽流接近音速、损失上升 所以 η→min Ne 上升

c、喘振点A

P0=const A点时 G → min

当运行点在A点以左,则G<Gmin,由于供汽量不足→制冷剂蒸汽通过叶轮流道中的冲击损失上升→使气流不能均衡进入叶轮各个流道→叶轮不能按正常压力排汽→ P2下降→叶轮后部已经排出的高压汽体就返回叶轮→充实叶轮流道中不足→叶轮又开始工作→排汽→如此反复。 “喘振”


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§3-4 离心式制冷压缩机

G<Gmin→阻力损失上升→P2下降→冷凝器内高压汽体倒流

叶轮排气

后果:噪音上升→振动上升→甚至损坏机器“运行交底”。

喘振原因及其分析:

1)Po=const 冷却水温上升或者冷却水流量下降→ Pk↑

所以G↓ → <Gmin

2)Pk=const Po↓(冷冻水出口温度tc2↓)G↓ → <Gmin


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§3-4 离心式制冷压缩机

所以防止喘振的主要措施,按设计工况的允许范围运行,保持(Po,Pk)

实际运行时:若冷负荷太小,则导致冷冻水出口温度下降而出现喘振。

防喘方法: 旁通

压缩机排汽 冷凝器

吸气管


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§3-4 离心式制冷压缩机

3、冷量调节方式

1)变转速N

2)调节进口导叶片的角度

3)调节冷凝器水量

4)旁通节流

产品性能曲线

制造厂提供几种不同吸入压力下的

Qo —(∆t=tk-to)曲线

Ne —(∆t=tk-to)曲线

诸曲线左端点为喘振界限,当运行工况越过界限则应采取相应防喘振措施。


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§3-4 离心式制冷压缩机

三、影响制冷量的主要因素η=0.75~0.85

1、蒸发温度的影响

a、根据蒸发出口处压力表读数判定t0P0→t0查表

b、根据冷冻水出口温度来判定t0 t出水→ t0

空调用蒸发器 t0=t出水- ∆t 一般∆t=4~60C

t0下降 Q0下降

离心变化陡 (η↓,G ↓)

由图易见:t0 ↓ Q0 ↓

且比活塞式剧烈(G↓,η↓↓)


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§3-4 离心式制冷压缩机

2、冷凝温度tk影响

C设计点 若 tk=400C

由下图易见:tk<400C,Q0变化很小

tk>400C Q0↓

所以必须控制正常冷凝压力。

3、转速的影响

当n ↓叶轮离心加速度↓↓

因为离心加速度与转速时平方关系

离心 Q0=f(n2)

活塞 Q0=f(n)

所以离心机变化剧烈。


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§3-4 离心式制冷压缩机

四、国产产品(上一冷)

FLZ-1000空调离心制冷机组

设计工况: tk=300C Q0=1163KW(100万 大卡/h)

t0=40C

级数:单级 n=7780 r.p.m

电机功率:300KW

主要特点:半封闭式,吸汽口布置扇形叶片,导流,能量调节装置25%~100%


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本章小结

1、制冷循环运行工况的确定是选择,校核压缩机的依据(t0、tk、tn、tg)

2、本章基本计算式

1)产冷量 Q=G实q0=Vhλ·(h1-h5)/v1

2)轴功率 Ne=G实·we=Vhλ·(h2-h1)/ ( v1ηiηm)

3)选择压缩机依据

a、活塞理论容积 Vh=Q·v1/(λ(h1-h5)) 查手册

b、变工况计算标况冷量 Q0=λ0qv0·Q/(λqv) 查产品铭牌

λ0 、qv0 、Q0 ——标况下相应参数

λ、qv 、Q ——实际运行工况下参数


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本章小结

3、三个主要性能参数

1)输汽系数 λ=G实/G理=V实/Vh Q实/Q理=λvλpλtλl

a、理论计算法 分系数乘积法

b、经验公式法 λ=0.94-0.085[(Pk/P0)1/m-1]

c、查线图法

2)指示效率 ηm=w理/w实a、经验公式 ηi=T0/Tk+bt0

b、查图取值 ηi=0.65~0.8

3)机械效率 ηm=Ni/Ne取值法

注意:影响λ、ηi的主要因素运行工况(t0~P0,tk~Pk)

所以λ、ηi=f(Pk/P0)规律性。

4、 了解活塞式的工作原理、结构特点

5、 了解螺杆、离心机工作特性及基本结构


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