油空气调节用制冷技术7

1、第三节第三节 回转式制冷压缩机回转式制冷压缩机主讲人：张姝建筑环境与设备工程教研室第三节第三节 回转式制冷压缩机回转式制冷压缩机u回转式制冷压缩机的分类回转式制冷压缩机的分类螺杆式螺杆式：容量在1001200kW之间(主要用于空调及热泵空调及热泵机组)；涡旋式：涡旋式：容量在440kW之间；转子式：转子式：容量在5kW以下(亦称之为滚动活塞式压缩机滚动活塞式压缩机)。u回转式的特点回转式的特点回转式制冷压缩机亦属于容积式压缩机容积式压缩机，与活塞式压缩机相比，容积效率高容积效率高，运转平稳，可实现高速化高速化及小型化小型化；回转式压缩机为滑动密封，对运动部件加工精度较高；采用回转式制冷压缩机已

2、成为压缩机的发展潮流发展潮流。 第三节第三节 回转式制冷压缩机回转式制冷压缩机一、螺杆式压缩机一、螺杆式压缩机双螺杆压缩机；单螺杆压缩机。1、双螺杆压缩机的构造、双螺杆压缩机的构造 主要由两个相啮合的螺杆转子组成；与活塞式压缩机相比，无吸、排气阀无吸、排气阀，输气量调节通过卸载活塞推动卸载滑阀卸载滑阀实现。油缸油缸 输气量调节输气量调节指示器指示器 第三节第三节 回转式制冷压缩机回转式制冷压缩机双双螺杆压缩机的结构螺杆压缩机的结构 阳转子阳转子阴转子阴转子吸气端吸气端盖盖第三节第三节 回转式制冷压缩机回转式制冷压缩机2、双螺杆压缩机的工作过程、双螺杆压缩机的工作过程 分为吸气、压缩、排气3个过

3、程，输气是周期性的周期性的(不连续压缩)。(1)吸气过程：吸气过程：如图(a)所示，阳转子带动阴转子旋转至A点，由阴阳转子凸凹齿槽凸凹齿槽、啮合密封线啮合密封线、气缸和端盖构成的V型密封空间型密封空间与吸气口相通，其体积由最小值向最大值变化。当转子旋转至B点位置时， 此V型密封空间开始不与吸气口相通，该空间容积到达最大值空间容积到达最大值V1，吸气过程制冷剂压力为压力为P1。日本神户日本神户齿型齿型吸气吸气阳转子阳转子阴转子阴转子(2)压缩过程：压缩过程： 如图(b)所示，从B点起,阴阳转子继续旋转，两转子形成的密封密封啮合线啮合线向排气侧移动，V型密封空间体积逐渐减小体积逐渐减小，此空间中的

4、制冷剂被压缩，此过程进行到位置C，V型密封空间开始与排气口相通，此时V型密封空间体积为密封空间体积为V2，压力增至增至P2。 比值V1/V2称之为螺杆压缩机的内容积比内容积比。第三节第三节 回转式制冷压缩机回转式制冷压缩机压缩压缩第三节第三节 回转式制冷压缩机回转式制冷压缩机(3)排气过程：排气过程： 如图(c)所示，从C点起，阴阳转子继续旋转，V型密封空间中的制冷剂被压入排气管压入排气管，直至转子旋转至D点，V型密封空间中的气体被完全排出，排气过程结束。(flash3-5)吸气吸气阴转子阴转子阳转子阳转子双螺杆压缩机的工作过程双螺杆压缩机的工作过程仰视图仰视图仰视图仰视图仰视图仰视图俯视图俯

5、视图仰视图仰视图俯视图俯视图第三节第三节 回转式制冷压缩机回转式制冷压缩机3、单螺杆压缩机的构造、单螺杆压缩机的构造 主要由一个螺杆转子螺杆转子和两个星轮星轮组成，如下图所示。第三节第三节 回转式制冷压缩机回转式制冷压缩机 因此： 螺杆的每一个个螺槽与一对星轮螺槽与一对星轮可构成一个类似于双作用双作用的活塞式制冷压缩机。 星轮星轮螺杆螺杆(6(6个螺槽个螺槽) )排气孔排气孔吸气孔吸气孔 单螺杆压缩机与双螺杆压缩机不同，在螺杆两侧对称配置对称配置的星轮分别构成双工作腔双工作腔，各自完成吸气、排气、压缩过程。4、单螺杆压缩机的工作过程、单螺杆压缩机的工作过程 第三节第三节 回转式制冷压缩机回转式

6、制冷压缩机 压缩机螺杆有通常有6个螺槽个螺槽，由两个星轮将其分成上下两个空间上下两个空间，各自实现吸气、压缩、排气过程，相当于一台6缸双作用活塞式压缩机缸双作用活塞式压缩机，其工作过程如下：(1)吸气过程：吸气过程： 如图(a)所示，螺杆的螺槽螺槽在星轮轮齿星轮轮齿尚未啮与前与吸气腔相通，当螺杆转到一定位置时，星轮轮齿将螺槽封闭，吸气过程结束。吸气吸气4、单螺杆压缩机的工作过程、单螺杆压缩机的工作过程 第三节第三节 回转式制冷压缩机回转式制冷压缩机(2) 压缩过程：压缩过程： 如图(b)所示，吸气过程结束后，螺杆继续旋转，星轮轮齿沿螺槽推进星轮轮齿沿螺槽推进，封闭的齿间容积逐渐减小齿间容积逐渐

7、减小，实现气体的压缩过程。当齿间容积与与排气孔相通时，压缩过程结束。 可见，星轮星轮的作用与活塞式压缩机中活塞相类似活塞相类似。压缩压缩4、单螺杆压缩机的工作过程、单螺杆压缩机的工作过程 (3) 排气过程：排气过程： 如图(c)所示，当齿间容积与排气孔连通后，由于螺杆继续旋转，被压缩气体通过输气孔送至排气管，直至该星轮轮齿脱离螺槽星轮轮齿脱离螺槽，排气过程结束。第三节第三节 回转式制冷压缩机回转式制冷压缩机排气排气5、螺杆压缩机的三种压缩工况、螺杆压缩机的三种压缩工况 与活塞式压缩机不同，螺杆压缩机由于无吸、排气阀，压缩结束时封闭空间的压力仅由旋转体的形状旋转体的形状、排气口的位置排气口的位置

8、、吸气压力吸气压力及制冷剂性质制冷剂性质决定，与排气管内压力(冷凝压冷凝压力力)无关。因而可能存在三种工况：压缩终了时封闭空间压力P2等于排气排气管压力Pk；压缩终了时封闭空间压力P2低于排气排气管压力Pk；(欠压缩欠压缩)压缩终了时封闭空间压力P2高于排气排气管压力Pk。(过压缩过压缩)第三节第三节 回转式制冷压缩机回转式制冷压缩机第三节第三节 回转式制冷压缩机回转式制冷压缩机 单位质量制冷剂的压缩功压缩功为： 吸气吸气压缩压缩排气排气Pdvwc5、螺杆压缩机的三种压缩工况、螺杆压缩机的三种压缩工况压缩终了时封闭空间压力P2等于排气排气管压力Pk；第三节第三节 回转式制冷压缩机回转式制冷压缩

9、机5、螺杆压缩机的三种压缩工况、螺杆压缩机的三种压缩工况压缩终了时封闭空间压力P2低于排气排气管压力Pk；(欠压缩欠压缩)压缩压缩排气排气吸气吸气第三节第三节 回转式制冷压缩机回转式制冷压缩机5、螺杆压缩机的三种压缩工况、螺杆压缩机的三种压缩工况压缩终了时封闭空间压力P2高于排气排气管压力Pk；(过压缩过压缩)压缩压缩吸气吸气排气排气第三节第三节 回转式制冷压缩机回转式制冷压缩机 可见：可见： 在欠压缩及过压缩的情况下，压缩机的功耗均增加。为实现变工况条件下压缩终了时封闭空间与排气管压力的一支，可在压缩机中增设内容积比调内容积比调节装置节装置，自动调节内容积比。以实现变工况下系统的高效运行。

10、对于内容积比固定内容积比固定的螺杆压缩机，一般选用的内压力比内压力比略低于制冷或热泵机组的额定运行压力比。第三节第三节 回转式制冷压缩机回转式制冷压缩机6、螺杆压缩机的优点、螺杆压缩机的优点由于无吸、排气阀，几乎没有相对余隙容积没有相对余隙容积，因而具有较高的容积效率及指示效率。单螺杆压缩机的工作性能第三节第三节 回转式制冷压缩机回转式制冷压缩机6、螺杆压缩机的优点、螺杆压缩机的优点以螺杆转子的旋转运动旋转运动代替活塞式压缩机活塞的往复运动往复运动，不仅其转速可增高，而且振动小。因而同容量条件下，设备体积较小，并且设备对地基的要求不高地基的要求不高。通过输气量调节机构可实现无级能量调节无级能量

11、调节。对湿压缩不敏感湿压缩不敏感。 (一方面转速高，压缩时间短；另一方面气体与气缸壁接触的面积小；因而吸热量小，湿蒸气不能完全气化不能完全气化。)可实现变工况下的高效运行，因而特别适用于工况变化很大的热泵空调机组热泵空调机组。第四节第四节 离心式制冷压缩机离心式制冷压缩机 制冷能力大，大型离心式制冷压缩机的效率接近现代大型立式活塞式制冷压缩机；(适用于大型中央空调大型中央空调系统及石化工业石化工业使用)结构紧凑，质量轻，比同等制冷能力的活塞式制冷压缩机轻8090，占地面积减少占地面积减少一半一半；没有磨损部件，工作可靠，维护费用低；运行平稳，噪声低。并且运行时制冷剂不与润滑油混合不与润滑油混合

12、。 (因而在蒸发器及冷凝器的换热表面不形成油膜，换热性能好换热性能好)u 离心式制冷压缩机的优点： u 离心式制冷压缩机的优点： 能够合理的利用能源。 大型制冷压缩机的耗电量巨大。为减少发电设备、电动机及能量转换过程中的各种各种损失损失，对大型离心式制冷压缩机可用蒸气轮机或燃气轮机蒸气轮机或燃气轮机直接驱动，还可再配以吸收式吸收式制冷机制冷机，实现能量的梯级利用或冷、热、电联产冷、热、电联产。 离心式制冷压缩机的局限：对于材料强度、加工精度及制造质量均要求较高；更适合大型或特殊用途大型或特殊用途的场合，小型机效率较低小型机效率较低。第四节第四节 离心式制冷压缩机离心式制冷压缩机第四节第四节 离

13、心式制冷压缩机离心式制冷压缩机 一、离心式压缩机的构造一、离心式压缩机的构造 1 1、离心式制冷压缩机的分类、离心式制冷压缩机的分类单级离心式压缩机；(主轴上设一个叶轮)多级离心式压缩机。(主轴上设多个叶轮) 2、单级离心式压缩机的构造、单级离心式压缩机的构造 (多级见flash3-17) 第四节第四节 离心式制冷压缩机离心式制冷压缩机正视图正视图 侧视图侧视图 涡室涡室扩压器扩压器第四节第四节 离心式制冷压缩机离心式制冷压缩机 二、离心式压缩机的工作原理二、离心式压缩机的工作原理 (1) 叶轮的压气作用叶轮的压气作用 离心式压缩机依靠叶轮旋转产生的离心力作用离心力作用，将吸入的低压气体压缩成

14、高压状态。气体通过叶轮时的速度和压力变化压力变化压力变化速度变化速度变化第四节第四节 离心式制冷压缩机离心式制冷压缩机 气流在叶轮中的复合运动(速度为速度为c)，由两个分运动合成：气体沿叶片所形成的流道流过叶轮，其速度称为相对速度相对速度v。气体随叶轮一起旋转，其速度称之为圆周速度圆周速度u。叶轮中进出口速度三角形11ru22ru叶轮出口处叶轮出口处叶轮入口处叶轮入口处vuc根据速度三角形21,uucc分别计算进出口气体的速度，再计算它们在切线方切线方向的分量向的分量：第四节第四节 离心式制冷压缩机离心式制冷压缩机 假设通过叶轮的制冷剂流量为Mr kg/s，则进出口气流对叶轮的动量矩动量矩分别

15、为： 根据动量矩原理动量矩原理，外力矩外力矩M应等于单位时间内叶轮进出口动量矩之差，即：11221122rcrcMrcMrcMMuururur2211,rcMrcMurur 则每秒叶轮传给气态制冷剂的功为功为M，每千克气体所获得的功量为： c,th称之为叶轮的理论能量头理论能量头。11221122,ucucrcrcMMuuuurthc第四节第四节 离心式制冷压缩机离心式制冷压缩机 一般离心式制冷压缩机气流均沿轴向进入叶轮沿轴向进入叶轮，即在叶轮进口处气体流速在圆周切线方向的投影为0，因此：222222222,uuucucwuuuthc u2叶轮出口处气流切线分速度系数气流切线分速度系数。 可见

16、，离心式压缩机产生的理论能量头理论能量头只与叶轮外缘圆周速度外缘圆周速度及流动情况流动情况有关，而与制冷剂性质制冷剂性质无关。 (2) 离心式制冷压缩机气体被压缩所需要的能量头 在理想条件下，需要的能量头等于压缩机的理论功耗理论功耗，即： wc,thh2h1第四节第四节 离心式制冷压缩机离心式制冷压缩机 在实际的压缩过程中，由于摩擦摩擦及气体的吸热吸热，气体压缩所需要的能量头大于压缩机的理论耗功量，即：adthcww, 式中：离心式制冷压缩机的绝热效率绝热效率，一般为0.70.8。 可见，气体被压缩时实际所需要的能量头与运行工况运行工况及制冷剂的性质制冷剂的性质有关。即使在同一工况下，不同制冷

17、剂所需的能量头也不同。 一般说来，气体分子量越大分子量越大，所需能量头反而小能量头反而小。(见课本P72)第四节第四节 离心式制冷压缩机离心式制冷压缩机(3)叶轮外缘圆周速度和最小制冷量叶轮外缘圆周速度和最小制冷量 由于各种能量损失，气态制冷剂所获得的能量头恒小于理论能量头，即： 式中 h水力效率；压力系数。 可见， 叶轮外缘圆周速度越大圆周速度越大，气体获得的能量头越大能量头越大。但受叶轮材料强度的限制，u2不宜大于275m/s。受流动阻力的制约，马赫数马赫数Mu2也不宜太大，一般取1.31.5。22222,uuwwuhthch第四节第四节 离心式制冷压缩机离心式制冷压缩机 离心式制冷压缩机

18、对制冷剂制冷剂的要求 为减少叶轮级数，简化离心式压缩机构造，要求气体的能量头较小。因此，离心式压缩机较多采用分子量大分子量大的制冷剂，如R125、R134a等。离心式压缩机对转速转速的要求 为获得足够的叶轮外缘圆周速度，要求叶轮转速较高；并且直径越小，转速要求越高，一般在500015000r/min。离心式制冷压缩机对最小制冷量最小制冷量的要求 受加工工艺的限制，叶轮直径一般不宜小于200250mm)。此外，离心式压缩机转速很高。因此，其排气量很大，即使采用单位容积制冷能力小的制冷剂，单级容量也不宜小于500kW。 (适用于大型制冷装置，如中央空调中央空调、大型冷库大型冷库、石化工业石化工业等

19、) 第四节第四节 离心式制冷压缩机离心式制冷压缩机三、离心式压缩机的特性 (1) 离心式压缩机的特性曲线 离心式压缩机的特性离心式压缩机的特性喘振点喘振点效率最高点效率最高点(设计点设计点)设计转速特性曲线 在设计点转速下设计点转速下离心式压缩机的特性曲线。 依次递增依次递增第四节第四节 离心式制冷压缩机离心式制冷压缩机(2) 离心式压缩机的设计转速特性离心式压缩机的设计转速特性 离心式压缩机的设计转速特性 设计点设计点喘振点喘振点最大流量点最大流量点设计点D： 在该工况点压缩机效率最高效率最高，偏离此点越远，效率下降越多。喘振点S： 在该工况点气体获得的能量头能量头最大最大。喘振喘振：由于冷

20、凝压力升高导致离心式压缩机排气口气体来回倒流撞击现象来回倒流撞击现象称之为喘振。工作范围工作范围第四节第四节 离心式制冷压缩机离心式制冷压缩机 离心式压缩机发生喘振的危害危害造成周期性的噪声增大和振动；高温气体倒流充入压缩机将引起压缩机壳体和轴承温度升高壳体和轴承温度升高。如不及时采取措施，将损坏压缩机。 离心式压缩机发生喘振的原因原因主要是冷凝压力过高冷凝压力过高或吸气压力过低吸气压力过低；压缩机制冷能力调节过低制冷能力调节过低(输气量过低，低于喘振点以下)。 防止离心式压缩机发生喘振的措施措施维持压缩机运行过程中冷凝压力运行过程中冷凝压力和蒸发压力的稳定蒸发压力的稳定；旁通调节法：当制冷剂

21、流量需调节到喘振点以下时，从压缩机出口引出一部分制冷剂不经冷凝直接返回压缩机吸气管不经冷凝直接返回压缩机吸气管。 离心式压缩机的设计转速特性 第四节第四节 离心式制冷压缩机离心式制冷压缩机(3) 影响离心式压缩机制冷量的因素影响离心式压缩机制冷量的因素工作范围工作范围一方面，冷凝压力越高冷凝压力越高、蒸发压力越低蒸发压力越低，气态制冷剂被压缩所需的能量头越大。另一方面，在离心式压缩机工作范围，气体获得的能量头越大能量头越大，制冷剂排气量越排气量越小小。 可见，离心式压缩机的排气量排气量随冷凝冷凝压力的升高压力的升高和蒸发压力的降低蒸发压力的降低而减小减小。因而制冷量制冷量也相应减少。 蒸发温度对离心式压缩机制冷量的影响蒸发温度对离心式压缩机制冷量的影响 第四节第四节 离心式制冷压缩机离心式制冷压缩机蒸发温度对制冷量的影响 可见：离心式压缩机制冷量制冷量的随蒸发温度的下蒸发温度的下降降而下降下降；离心式压缩机受蒸发温度的影响程度比活塞式压缩机大。转速和冷凝温度一定转