制冷压缩机第一章绪论.ppt

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1、重庆大学动力工程学院2013.4,制冷压缩机,Refrigeration Compressor,College of Power Engineering,Chongqing University,主要参考书目,教材吴业正,李红旗,张华等.制冷压缩机，机械工业出版社，2010参考书1.殷伦.制冷压缩机,上海交通大学出版社,20092.缪道平,吴业正.制冷压缩机,机械工业出版社,20013.郁永章.容积式压缩机技术手册，机械工业出版社,20004.马国远等.旋转压缩机，机械工业出版社,20015.邢子文.螺杆压缩机，机械工业出版社,20006.李连生.涡旋压缩机，机械工业出版社,19987.缪道平

2、.活塞式制冷压缩机，机械工业出版社,19948.张华俊.制冷压缩机，科学出版社,1999,College of Power Engineering,Chongqing University,第一章 绪 论,1.制冷压缩机在制冷系统中的作用2.制冷压缩机的分类3.制冷压缩机的名义工况4.制冷压缩机的发展概况,主要内容,第一节 概 述,利用工作介质的相变潜热,College of Power Engineering,Chongqing University,College of Power Engineering,Chongqing University,制冷系统“四大件”,制冷压缩机可用于制冷系

3、统和热泵系统,压缩机：“心脏”，压缩和输送制冷剂蒸气；节流阀：节流降压，并调节进入蒸发器的制冷剂流量；蒸发器：吸收热量（输出冷量）从而制冷；冷凝器：输出热量。,College of Power Engineering,Chongqing University,柜式空调结构示意图,制冷系统“四大件”,College of Power Engineering,Chongqing University,第二节 制冷压缩机的分类,按工作原理按密封结构形式按工作的蒸发温度的范围按使用的制冷剂按排气压力按压缩级数 按容积流量,分类,College of Power Engineering,Chongqin

4、g University,一、按制冷剂蒸气压缩的热力学原理分类,速度型(离心式)Centrifugal compressor 容积型 Positive displacement compressor,活塞式 Reciprocating compressor回转式 Rotary compressor,(单、双)螺杆式 Screw compressor滑片式 Sliding vane compressor滚动转子式 Rolling rotor compressor涡旋式 Scroll compressor,College of Power Engineering,Chongqing Univers

5、ity,容积型 吸排气过程间歇进行 流动非连续稳定速度型(离心式)压缩流程连续进行 流动稳定,1.制冷压缩机特点,College of Power Engineering,Chongqing University,2.容积型制冷压缩机,College of Power Engineering,Chongqing University,往复活塞式 reciprocating compressor,3.活塞式制冷压缩机结构和工作原理,曲轴被原动机带动而旋转，通过连杆的传动，活塞在汽缸内作上下往复运动，在吸、排气阀配合下，完成对制冷剂的吸入、压缩和输送。工作循环分四个过程：压缩、排气、膨胀、吸气。,

6、College of Power Engineering,Chongqing University,滚动转子式 rolling rotor compressor,由气缸、滚动转子、偏心轴和滑片等组成，滑片装在缸体上的槽内，不随转子做旋转运动。基元容积由端盖、汽缸内壁、转子外壁、切点、滑片构成。其大小随转子转角变化，容积内气体压力随基元容积大小改变，从而完成压缩机工作过程。,4.回转式制冷压缩机结构和工作原理,优点：结构简单，体积小、质量轻易损件少、运转可靠效率高,缺点:气缸容积利用率低转子和气缸的加工精度要求高相对运动部位必须有油润滑,College of Power Engineering,

7、Chongqing University,滑片式sliding vane compressor,由气缸、转子、滑片等三部分组成，滑片装在转子上的槽内，随转子做旋转运动，称旋转滑片压缩机。在气缸内壁与转子外表面间形成一个月牙形空间。转子上开有若干纵向凹槽，每个凹槽中都装有能沿径向自由活动的滑片，转子旋转时，滑片受离心力的作用从槽中甩出，其端部紧贴在气缸内表面上，把月牙形空间隔成若干扇形小室，称基元。随着转子的连续旋转，基元容积从小到大周而复始地变化。,4.回转式制冷压缩机结构和工作原理,优点：结构简单，体积小、质量轻易损件少、运转可靠效率高,缺点:气缸容积利用率低 转子和气缸的加工精度要求高相对

8、运动部位必须有油润滑,College of Power Engineering,Chongqing University,涡旋式scroll compressor,由动涡旋体、静涡旋体、曲轴、机座及防自转机构组成，在动、静涡旋体间形成一系列月牙形基元容积。气体制冷剂进入最外圈月牙形空间，随着动涡旋体的运动，气体被逐渐推向中心空间，其容积不断缩小而压力不断升高，直至与中心排气孔相通，高压气体被排出压缩机。,4.回转式制冷压缩机结构和工作原理,涡旋式压缩机特点,相邻两室的压差小，气体的泄漏量少。转矩变化幅度小、振动小。无吸、排气阀，效率高，可靠性高，噪声低。由于采用气体支承机构，故允许带液压缩。没

9、有余隙容积，故不存在引起输气系数下降的膨胀过程。机壳内腔为排气室，减少了吸气预热，提高了压缩机的输气系数。涡线体型线加工精度非常高，必须采用专用的精密加工设备。密封要求高，密封机构复杂。,College of Power Engineering,Chongqing University,College of Power Engineering,Chongqing University,涡旋式制冷压缩机,涡旋式压缩机,College of Power Engineering,Chongqing University,4.回转式制冷压缩机结构和工作原理,双螺杆式 double screw comp

10、ressor,单螺杆式single screw compressor,靠气缸中一对含螺旋齿槽的转子相互啮合，造成由齿型空间形成的基元容积变化，进行制冷剂气体压缩。,由螺杆转子齿间凹槽、星轮和气缸内壁组成独立基元容积，随着转子和星轮不断移动，基元容积大小发生周期性变化。,螺杆式压缩机特点,College of Power Engineering,Chongqing University,1.优点,（1）转速较高、又有质量轻、体积小，占地面积小等一系列优点;（2）动力平衡性能好，故基础可以很小;（3）结构简单紧凑，易损件少，维修简单，使用可靠，有利于实现操作自动化;（4）对液击不敏感，单级压力比高

11、;（5）可以很方便的输气量。,（1）大型设备运行时，噪声大。（2）需要有专用设备和刀具来加工转子。（3）辅助设备庞大。,2.缺点,4.回转式制冷压缩机结构和工作原理,旋叶式 rotary vane pressor,由椭圆形气缸、转子、叶片和两侧端盖构成封闭容积，此时转子与气缸为同心配置，叶片在转子上倾斜安装。气缸与转子有两条接触线，为双作用式压缩机。,优点：结构紧凑外形小、质量轻转子与气缸同心配置，转速高容积效率高,缺点:转子和气缸的加工精度要求高相对运动部位必须有油润滑,College of Power Engineering,Chongqing University,5.速度型离心式制冷压

12、缩机结构和工作原理,气体在高速旋转的叶轮中获得高速度后，再在环形通道（扩压器和蜗室）将速度动能变为压力位能，提高气体压力。气体每经过一级叶轮和扩压器所能升高的压力是有限的，当压力比较大时，需采用多级压缩。,离心式 centrifugal compressor,离心式压缩机特点,外形尺寸小，重量轻，占地面积小动平衡特性好，振动小磨损部件少，连续运行周期长传热性能高易于实现多级压缩和节流，实现多种蒸发温度能够经济的进行无级调节转速高，对轴封要求高进口流量不足或出口阻力太大会发生喘振现象,College of Power Engineering,Chongqing University,Colleg

13、e of Power Engineering,Chongqing University,二、按使用的制冷剂分类,氨压缩机氟利昂压缩机二氧化碳压缩机碳氢化合物压缩机 不同制冷剂对材料及结构的要求不同：如,氨对铜有腐蚀，故氨压缩机中不允许使用铜质零件(磷青铜除外)；氟利昂渗透性较强，对有机物有溶胀作用，故对压缩机的材料及密封机构有较高要求;CO2压缩机用于跨临界循环，排气压力高，对压缩机可靠性和密封性提出了高要求；碳氢化合物易燃、易爆。,College of Power Engineering,Chongqing University,三、按密封结构形式分类,College of Power En

14、gineering,Chongqing University,1.开启式压缩机的特点,采用气缸体-曲轴箱机体结构（整体铸造）利用轴封装置的隔离作用使原动机（电动机、燃气轮机、柴油机等）独立于制冷系统之外 优点：电动机无需耐制冷剂和耐油；可用于以氨为工质的制冷系统；通常制冷量较大；易拆卸维修。缺点：运动噪音大；重量大，占地面积多；密封性较差。（轴封装置不可能实现绝对可靠密封，制冷剂的泄出和外界空气的渗入难以避免）。,College of Power Engineering,Chongqing University,2.半封闭式压缩机的特点,采用汽缸体-曲轴箱机体结构（整体铸造）电动机与压缩机连成

15、整体（取消轴封装置）优点：机体密封面以法兰连接，易拆卸维修；制冷量居中。缺点：电动机需耐制冷剂和耐油；不可用于氨制冷系统（氨含有水分时腐蚀铜）。,College of Power Engineering,Chongqing University,3.全封闭式压缩机的特点,采用密闭薄壁机壳结构（焊接）；电动机与压缩机连成整体（无轴封装置）；优点：体积小，重量轻；缺点：不可用于氨制冷系统；制冷量较小。不易拆开维修，要求其可靠性高、使用寿命长；,College of Power Engineering,Chongqing University,四、按工作蒸发温度分类,College of Power

16、 Engineering,Chongqing University,五、按排气压力分类,注：按排气压力分类时，压缩机进气压力为大气压力或小于0.2MPa,College of Power Engineering,Chongqing University,六、按压缩级数分类,单级压缩机气体仅通过一次工作腔或叶轮压缩。两级压缩机气体顺次通过两次工作腔或叶轮压缩。多级压缩机气体顺次通过多次工作腔或叶轮压缩，相应 通过几次便是几级压缩机。,College of Power Engineering,Chongqing University,七、按容积流量分类,微型压缩机：容积流量1 m3/min小型压缩

17、机：容积流量110 m3/min中型压缩机：容积流量10100 m3/min大型压缩机：容积流量100 m3/min,第三节 制冷压缩机的名义工况,制冷压缩机的性能参数，如制冷量、输入功率、功能系数，均与工况有关。通常都以名义工况下的参数进行比较，不同类别的压缩机名义工况不同。,注：表中工况制冷剂液体的过冷度为 0度。,有机制冷剂压缩机的名义工况（单位：）,（1）活塞式单级制冷压缩机,第三节 制冷压缩机的名义工况,无机制冷剂压缩机名义工况（单位：）,（2）全封闭涡旋式制冷压缩机,全封闭涡旋式压缩机（GB/T184292001）名义工况（单位：）,第三节 制冷压缩机的名义工况,(3)螺杆式制冷压

18、缩机,螺杆式制冷压缩机（GB/T19410-2008）及机组名义工况（单位：）,1.用于R7172.吸气温度适用于高温名义工况，吸气过热度适用于中温、低温名义工况,College of Power Engineering,Chongqing University,第四节 制冷压缩机的发展概况,各类制冷压缩机的应用范围及制冷量制冷压缩机的发展历程及概况CFCS和HCFCS的替代问题新技术、新材料的开发应用,College of Power Engineering,Chongqing University,一、制冷压缩机的应用范围及其制冷量,College of Power Engineering

19、,Chongqing University,二、制冷压缩机的发展历程,第一代压缩机由电动机通过联轴器或皮带驱动的活塞压缩机组成因有许多接头和轴封泄漏制冷剂，制冷糸统需定期充装制冷剂，所以与第二代的全封闭活塞压缩机相比称之为开启式活塞压缩机。,College of Power Engineering,Chongqing University,第四代,第二代,第一代,二、制冷压缩机的发展历程,第二代全封闭活塞压缩机解决了开启式活塞压缩机工作过程中制冷剂的泄漏，并通过整个制冷糸统接口的全部焊接解决了整个制冷糸统工作过程中制冷剂的泄漏，大大地提高了整个制冷糸统工作的可靠性。但活塞压缩机固有的进排气阀片

20、故障丶曲轴连杆活塞这些将电机旋转运动转换为往复直线运动对效率的影响丶转动部分的抱轴卡涩丶活塞余隙对效率的影响等问题并没有解决。,College of Power Engineering,Chongqing University,第四代,第二代,第一代,二、制冷压缩机的发展历程,旋转式压缩机的活塞象一个在扁平圆盒子内旋转的转子一样，活塞装在扁心轴上沿汽缸侧壁面做平面滚动，作用于气缸内的制冷剂。与活塞压缩机相比，消除了活塞式压缩机固有的缺点对效率的影响等问题。效率有了很大的提高。但其滑片的密封及排气阀片的故障等问题并没有彻底解决。,College of Power Engineering,Chon

21、gqing University,第四代,第二代,第一代,二、制冷压缩机的发展历程,它的原理是由偏心轴带动运动滑盘绕固定滑盘的轴线摆动而完成进气和压缩的功能。与旋转式相比，涡旋式压缩机不仅同样没有曲轴连杆进排气阀等，而且无旋转式所必须有的滑片丶排气阀而极大地提高了工作的可靠性，使工作更加可靠。涡旋式压缩机的活塞就是那个绕固定滑盘的轴线摆动的运动滑盘。但涡旋式压缩机的制造加工要求非常高，加工成本直接影响了成本及应用。,College of Power Engineering,Chongqing University,三、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

22、杆式、滚动转子式、涡旋式等都在被卓有成效地开发应用；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：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；紧凑轻量化急模糊逻辑控制,College of Power Engineering,Chongqing University,四、CFCS和HCFCS的替代问题,1.名称：CFCS 全卤代烃，分子中只有Cl,F,C;称为氯氟烃;如：R11,R12,R13,R14,R113,R114等，Cl:Chlorine,F:Fluorine,C:Ca

23、rbon HCFCS 分子中只有H,Cl,F,C,称为氢氯氟烃;如：R22,H:Hydrogen HFCS 分子中只有H,F,C,称为氢氟烃;如：R134a,2.危害指标：ODP 臭氧消耗潜能(Ozone-depletion potential)GWP 全球变暖潜能(Global-warming potential)替代过程：CFCsHCFCs HFCs,四、CFCS和HCFCS的替代问题,3.替代时间表：对CFCs,包括 R11,R12,R113,R114等 发达国家：1996年1月1日完全停止生成和销售；发展中国家：2010年停用 对HCFCs,包括R22,R142b,R123等 发达国家

24、：2020年停用 发展中国家：2040年停用,四、CFCS和HCFCS的替代问题,4.替代工质：CFC-12:HFC-134a,HC600a CFC-11:HFC-245a,HCFC-123(过渡)CFC-22:HFC-134a,R407C,HC-290 R502:R404A,R507等注意：目前还没用理想的替代制冷剂，研究仍在继 续。天然工质的使用：NH3,CO2,碳氢化合物(R290,R600,R600a),四、CFCS和HCFCS的替代问题,五、新技术、新材料的开发和应用,1.计算机技术的应用 压缩机工业方面，计算机的适用不可或缺。包括计算机数据采集、计算机辅助设计/制造（CAD/CAM）和工艺优化等。2.微电子技术在制冷压缩机输气量调节中的利用 应用领域：a.变转速制冷压缩机 交流变转速制冷压缩机：改变电流频率f 改变转速v 直流变转速制冷压缩机：改变电流电压u 改变转速v,五、新技术、新材料的开发和应用,b.数码涡旋式制冷压缩机 短时间的“加载”、“卸载”实现输气量平滑调节3.新材料的应用 新出现或已在发展中的、具有传统材料所不具备的优异性能和特殊功能的材料。提升产品性能延长使用寿命降低成本,Click to edit company slogan.,Thank You!,