《制冷压缩机》课件.ppt
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1、1,第三章 制冷压缩机(Refrigeration Compressors),2,压缩机的分类,压缩机是用来提高气体压力和输送气体的机械。,从能量的观点来看,压缩机是属于将原动机的动力能转变为气体压力能的工作机。它的种类很多,用途极广,有“通用机械”的称呼。,按压缩机的用途分一、动力用压缩机 二、化学工艺用压缩机三、制冷用压缩机 四、气体分离用压缩机五、气体输送用压缩机,3,压缩机的分类拓扑,4,主要内容,第一节 活塞式制冷压缩机,第二节 回转式制冷压缩机,第三节 离心式制冷压缩机,5,学习本章要了解和掌握的内容,了解活塞式、螺杆式、涡旋式、离心式制冷压缩机的结构组成,掌握各类制冷压缩机的工作
2、原理及性能特点。,6,家用空调器的制冷循环,冷凝盘管,蒸发盘管,压缩机,毛细管,7,一、制冷压缩机的分类,制冷压缩机是蒸气压缩式制冷装置的一个重要设备,是核心部件,它对制冷剂蒸气起压缩和输送的作用。,容积式制冷压缩机(Positive Displacement Compressor),离心式制冷压缩机(Centrifugal Compressor),是靠离心力的作用,连续地将所吸入的气体压缩。,是靠改变工作腔的容积,将周期性地吸入的定量气体压缩。,按工作原理划分,8,活塞式制冷压缩机(Reciprocating Compressor),回转式制冷压缩机Rotary Compressor,容积式
3、制冷压缩机(Positive Displacement Compressor),螺杆式制冷压缩机(Screw Compressor),滚动转子式制冷压缩机(Rolling Rotor Compressor),涡漩式制冷压缩机(Scroll Compressor),一、制冷压缩机的分类,9,二、制冷压缩机的主要用途,10,二、制冷压缩机的主要用途,11,二、制冷压缩机的主要用途,12,第一节 活塞式制冷压缩机,13,一、活塞式制冷压缩机的形式,往复活塞式制冷压缩机中小型,空调工况制冷量300kW。,(1)按气体在气缸内的流动情况分类,顺流式、逆流式,a.顺流式活塞制冷压缩机 气缸内气体由下向上顺
4、着一个方向流动。,b.逆流式活塞制冷压缩机气体进入气缸和排出气缸的路线相反。,14,进气阀设在活塞顶部;活塞为一空心的圆柱体;缺点:由于进气阀设在活塞上,增加了活塞的重量和长度(包括气缸的长度),限制了压缩机转速的提高,并且自重及占地面积较大,目前,在空调制冷装置中已不在使用。,a.顺流式活塞式制冷压缩机,15,b.逆流式活塞式制冷压缩机,目前,活塞式制冷压缩机大部分是逆流式的,其活塞尺寸小、重量轻,有利于提高压缩机的转速,转速一般为10001500rpm,也有高达3000rpm,因此,压缩机的尺寸和重量可大为减少。,16,可分为:卧式、立式、多缸式,压缩机的气缸呈水平布置;有单向压缩和双向压
5、缩两种;制冷量大,转数低(200300rpm);材料消耗多,占地面积大,属于早期产品,目前应用于空调中较少。,(2)按气缸排列和数目的不同划分,a.卧式,17,(2)按气缸排列和数目的不同划分,b.立式气缸垂直设置,气缸数目多为两个,转数n750rpm,目前仍用于空调。,c.多缸式也称高速多缸式,即压缩机的气缸轴线在垂直于曲轴轴线的平面内呈一定的夹角,排列形式有:V 型、W型、Y型和S型。,18,19,立式,20,S型,气缸小且多;转数高;质轻体小,平衡性能好,噪声和振动较低;易于调节压缩机的制冷能力;目前,空调装置中多采用这种压缩机。,特点:,21,22,开启式压缩机与驱动电动机分开。压缩机
6、的曲轴输入端伸出机体之外,通过传动装置(联轴器或皮带轮)与电动机相连接。曲轴穿出曲轴箱的部分需要轴封装置。氨制冷压缩机和制冷量较大的氟利昂压缩机多为开启式。,(3)按压缩机构造方式分类,可分为:开启式、封闭式,23,开启式活塞制冷压缩机,24,轴封装置(Shaft Sealing Instrument),25,封闭式特点:驱动电动机与压缩机封闭在同一空间,故不需轴封装置。,电动机的绕组必须采用耐制冷剂侵蚀的特种漆包线制成。这种压缩机不宜于爆炸危险的制冷剂封闭式制冷压缩机均为氟利昂制冷压缩机。,注意事项:,26,五大部分:机体、活塞及曲轴连杆机构、气缸套及进排气阀组、卸载装置、润滑系统。,1.机
7、体机体是活塞式制冷压缩机的最大的部件,它由曲轴箱、气缸体、气缸盖三部分组成。机体内有上下两个隔板,将机体内部分隔为三个空间:下部为曲轴箱;中部为吸气腔,与进气管相通;上部则与气缸盖共同构成排气腔,与排气管相通。曲轴箱内装有曲轴,并通过连杆带动活塞在气缸内进行往复运动压缩气体。,(一)开启式活塞制冷压缩机,二、活塞制冷压缩机的构造,27,28,29,30,曲轴(Crankshaft)(1)一般采用球墨铸铁铸成,压缩机的曲轴通常由主轴和一个或若干个曲拐组成。每个曲拐包括曲柄、曲柄销等部分。两侧的主轴颈支承在曲轴箱两端的滑动轴承(滚动轴承)上,每个曲拐上装有几个连杆及活塞。(2)曲轴上钻有油孔,连通
8、主轴颈和每个曲拐,以使润滑油从油泵端的进油孔和轴封端的进油孔进入主轴承以及各个连杆的大头轴承,保证轴承的润滑和冷却。,2.活塞及曲轴连杆机构,31,32,(3)开启式活塞制冷压缩机曲轴的一端装有油泵,另一端则通至曲轴箱外,与电动机或皮带轮相连。曲轴穿出曲轴箱处装设轴封。,连杆(Connecting Rod)活塞式制冷压缩机运动机构中的主要零件之一 工作任务:将输入压缩机的旋转运动转化为往复运动。连杆一般采用可锻铸铁制成。,33,制冷压缩机的活塞多采用铝镁合金铸制,质量轻,组织细密。活塞顶部的形状应与气缸顶部的阀座形状相适应,以便尽量减少余隙容积。活塞上设有两道密封环,保证气缸壁与活塞之间的密封
9、;在密封环的下面还装有一道油环,起布油和刮油的作用。,活塞(Piston),活塞应具备哪些条件?,34,活塞(Piston),35,活塞(Piston),活塞销(piston pin),活塞环(piston Ring),36,主要由气缸套、外阀座、内阀座、进排气阀片、阀盖、及缓冲弹簧等组成。(1)外阀座的作用 起吸气阀片的升高限制器作用,并与内阀座共同组成排气阀座。(2)阀盖 阀盖起排气阀片的升高限位作用,同时,也可以防止液击造成气缸破损。(3)进排气阀片 多采用簧片式气阀,其阀片有舌形、半月形或条形弹簧片等。,3.气缸套及进排气阀组,37,气缸套及进排气阀组合件,38,进气孔,排气孔,39,
10、活塞式制冷压缩机制冷能力的控制方法(1)节流法:靠节流降低吸气压力,减小制冷剂质量流量,以调节压缩机制冷能力;(2)旁通法:将部分排气返回吸气管,以减少压缩机制冷能力;(3)卸载法:将某气缸吸气阀保持开启,以使该气缸处于不工作状态;(4)调速法:改变压缩机转数,以调节压缩机制冷能力。,4.卸载装置(Capacity Regulation of Load Drainage),40,卸载法的作用(1)调节制冷能力 多缸活塞式制冷压缩机多采用卸载法调节压缩机制冷能力。,例如:八缸活塞式制冷压缩机,可以采用停止二气缸、四气缸、六气缸的工作,使得压缩机的制冷能力为总制冷量的75%、50%、25%。,(2
11、)降载起动 卸载法还可以降低启动负荷,减小起动转矩,简化电动机的启动设备和操作运行手续。,41,油压启阀式卸载装置 我国中小型活塞式制冷压缩机普遍采用该装置,它包括两个组件:一个是顶杆启阀机构,另一个是油压推杆机构。(1)顶杆启阀机构,(2)油压推杆机构 油压推杆机构是使气缸套外部的转动环旋转的机构。A:油管中有压力油供入时,气缸处于正常工作状态。B:油管中没有压力油供入时,气缸处于不工作状态,即卸载状态。一套油压推杆机构控制两个气缸的顶杆启阀机构,42,顶杆启阀机构,油 缸,活塞,弹簧,油压推杆机构,油管,推 杆,凸 缘,转动环,缺 口,斜面切口,顶 杆,顶杆弹簧,吸气阀片,43,轴与轴承、
12、活塞与气缸壁等运动部件的接触面以及轴封处均需要润滑油进行润滑与冷却,以降低部件温度,减少部件磨损和摩擦所消耗的功率,保证压缩机正常运转。,5.润滑系统(Lubricating System),作用可归纳为以下三点:(1)润滑和冷却运动部件;(2)减少摩擦功率,保证压缩机正常工作;(3)为卸载装置供油。,44,封闭式制冷压缩机又可分为:半封闭式和全封闭式制冷压缩机。(1)半封闭式活塞制冷压缩机特点:机体与电动机壳体采用螺栓连接,用密封垫片密封,从而形成密闭的机身。电动机直接装于压缩机的曲轴上,取消轴封装置,整机尺寸紧凑。但气缸盖可拆卸,这类压缩机一般用于柜式空调中。(2)全封闭式活塞制冷压缩机特
13、点:机体和电动机共同装于一个封闭的壳体内,壳体接缝处采用焊接。从外观上看,只有吸气、排气接管和电动机的接线柱。结构非常紧凑,密封性能好,噪声低,多用于空调机组和家用电冰箱。,(二)封闭式活塞制冷压缩机,45,半封闭式活塞制冷压缩机,全封闭式活塞制冷压缩机,46,(一)活塞式制冷压缩机的理论输气量理想工作过程:吸气、压缩和排气三个过程。,三、活塞式制冷压缩机的工作过程,在理想工作过程下,曲轴每旋转一圈,压缩机一个气缸所吸入的低压气体体积Vg称为气缸的工作容积。,47,活塞式制冷压缩机的理论输气量,如果有z个气缸,转数为n(rpm),压缩机可吸入低压气体的体积为:,V h 活塞式压缩机的理论排气量
14、,也称活塞排量(Theoretical Displacement)。,48,Vh单位时间内压缩机的活塞行程所扫过的气缸容积。是指压缩机在理想工作条件下工作时的输气量,其基本条件为:气缸工作过程中不漏气,且没有余隙容积;气体在流动过程中没有压力损失,相对运动零件间无摩擦;压缩过程是单一的热力过程。,*理论排气量只与压缩机的转数、气缸的结构尺寸、数目有关。,49,(二)活塞式制冷压缩机的容积效率,压缩机的实际排气量永远小于压缩机的理论排气量,两者的比值称为压缩机的容积效率v或输气系数。,1、压缩机的容积效率(Volumetric Efficiency),*压缩机的容积效率表征了压缩机工作容积有效利
15、用程度,其大小与压缩机的设计制造质量及压缩机的工作温度有关。,压缩机实际输气量Vr(Actual Displacement),50,2、影响压缩机实际工作过程的主要因素,*气缸余隙容积、进排气阀阻力、吸气过程气体被加热的程度、漏气等四个方面,原因:(1)压缩机的气缸有余隙容积(2)制冷剂蒸气流过气阀时有压力损失(3)气体与气缸壁之间存在热交换(4)压缩机各运动部件之间存在摩擦,需消耗摩擦功;(5)气缸与活塞之间、吸排气阀之间存在泄漏。,51,52,V1与气缸工作容积Vg的比值称为余隙系数,V2与V1的比值,称为节流系数,开启式活塞制冷压缩机,封闭式活塞制冷压缩机,气密系数l一般约为0.950.
16、98。,53,结论:,(1)余隙系数、节流系数、预热系数、气密系数与压缩机的结构、加工质量等因素有关;(2)均随排气压力的升高和吸气压力的降低而减小。,空调用活塞式制冷压缩机的容积效率经验公式:,m-多变指数,氨:m=1.28,R22:m=1.18,54,图 3-15 高速活塞式制冷压缩机余隙系数和容积效率(R22,相对余隙容积C=0.045),55,四、活塞式制冷压缩机的工作特性,制冷压缩机的工作特性:压缩机的制冷量、压缩机的耗功率,影响制冷压缩机的工作特性的因素:制冷压缩机的类型、结构型式、尺寸以及加工质量等 主要取决于运行工况,(一)活塞式制冷压缩机的制冷量,56,1、冷凝温度的影响假设
17、:蒸发温度t0不变,冷凝温度由tk升高到tk。,性能指标:(1)q0减小了;(2)wc增大了;(3)qv减小。,57,导致结果是:制冷机总的制冷量减小,理论耗功增加。,58,(1)q0减小了;(2)wc增大了;(3)压缩机的吸气状态的比容增大,则流过制冷机的制冷剂的质量流量减小。,2、蒸发温度影响,假设:冷凝温度tk不变,蒸发温度由t0降低到t0。,性能指标:,Why?,59,导致结果是:(1)制冷机总的制冷量减小,(2)由于循环的制冷剂质量流量减小,所以制冷机的理论耗功是增大还是减小,不能确定。,把制冷剂看作理想气体,则其理论压缩功率可表示为:,当蒸发压力由冷凝压力变化到零时,压缩功率必然存
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