第三章制冷压缩机

第三章制冷压缩机3-1活塞式制冷压缩机的性能

3-2活塞式制冷压缩机的构造

3-3回转式制冷压缩机

1、滚动转子式制冷压缩机

2、涡旋式制冷压缩机

3、螺杆式制冷压缩机

3-4离心式制冷压缩机速度型：机械能工质动能工质压力能

离心式

容积型：利用工作容积变化吸入和压缩工质

往复活塞式

回转式概述1、制冷压缩机的作用2、制冷压缩机的分类按工作原理制冷和空调用压缩机的分类及结构示意图§3-1活塞式制冷压缩机的构造一、活塞式制冷压缩机的分类按气缸布置方式卧式直立式角度式W型角度式V型角度式Y型角度式S型卧式直立式角度式开启式封闭式原动机和压缩机分开设置。需设轴封装置，以防制冷剂泄漏和空气渗入。半封闭式全封闭式根据构造：开启式半封闭式：压缩机与电机共机体和主轴。无需轴封装置。机体可拆卸。电动机与制冷剂和润滑油相接触。全封闭式：

压缩机与电动机共机体和主轴，封装在机壳中。无需轴封装置。不易拆卸。电动机与制冷剂和润滑油相接触。主要用于大批量生产的小制冷量压缩机。优点：密封性好、噪声小、体积小。缺点：不易维修(设计寿命10-15年)二、开启式活塞制冷压缩机的构造1、机体

2、活塞及曲轴连杆机构

3、气缸套及进排气阀组

4、能量调节装置

5、润滑系统以8AS-12.5型开启式活塞制冷压缩机为例8缸氨气缸扇形布置气缸直径为125mm1、机体气缸体曲轴箱8AS-12.5型活塞式制冷压缩机的总体结构2、活塞及曲轴连杆机构

气环：保证气缸与活塞间的密封油环：活塞向上运动时，布油；向下运动时，刮油活塞环活塞顶部形状与气缸顶部阀座形状相适应，以减小余隙容积。通过活塞销与连杆相连。连杆种类：剖分式、整体式将曲轴的旋转运动转变为活塞的往复运动小头通过活塞销与活塞连接大头通过曲柄销与曲轴连接曲轴压缩机全部功率通过曲轴输入。常见：曲拐轴、偏心轴多用于小型全封闭或半封闭式压缩机中。3、气缸套及进排气阀组

气缸套用于大、中型压缩机。气缸套磨损后可更换。气缸套及进排气阀组

4、能量调节装置

旁通法

将吸、排气腔连通，使部分排气直接返回吸气腔

卸载法使吸气阀保持开启状态，从而使气缸排气量为零

调速法改变压缩机转数多缸活塞式制冷压缩机多用此法顶杆启阀机构油压推杆机构至卸载机构至卸载机构

活塞式制冷压缩机润滑系统示例5、润滑系统

作用：减少摩擦带走摩擦热量向能量调节装置供油二、封闭式活塞制冷压缩机半封闭式活塞制冷压缩机

全封闭式活塞制冷压缩机

§3-2活塞式制冷压缩机的性能41:吸气过程一、工作过程理

想

工

作

过

程p1234V12:压缩过程23:排气过程气缸工作容积：理论输气量（活塞排量）：理想过程中，压缩机单位时间吸入的低压气体体积LVh与制冷剂种类和压缩机运行工况无关容积效率(输气系数):实际输气量与理论输气量之比影响因素:余隙系数余隙容积余隙容积吸排气阀阻力吸气预热内部渗漏节流系数预热系数气密系数1234pVVcVgV1DV1p2p11234pV1、余隙系数lvVcVgV1DV1p2p1相对余隙容积(压缩比、制冷剂、压缩机结构…）lv

=f压缩比相对余隙容积余隙系数2、节流系数lp3、预热系数lt吸气阀阻力吸气过程压力排气过程压力吸气过程，气缸壁气体热量排气阀阻力△P1

lpP1(p1、p2、压缩机结构、制冷剂…）lt

=fP2

ltP1全封闭式：开启式：λt

=T0/Tk经验公式机器和工质确定后，主要影响因素：4气密系数ll活塞、气缸间隙气阀关闭不严或关闭滞后气体从高压部分向低压部分泄漏=f（压缩比，气阀性能，制造精度…）P2

llP1影响hv因素：

压缩机结构，制冷剂，吸气压力,排气压力，吸、排气阀阻力…蒸发压力/蒸发温度冷凝压力/冷凝温度Pk

hvP0立式和V型氨压缩机的输气系数适用高速多缸,n>720rpm,C=3~4%氨:m=1.28;氟利昂:m=1.18经验公式二、活塞式制冷压缩机的性能1、活塞式制冷压缩机的制冷量实际输气量：制冷量：制冷量、耗功率、性能系数f(tk

,to)或

f(pk

,po)3ph21pkp042、活塞式制冷压缩机的耗功率理论功率Pth

—可逆绝热压缩过程的耗功率

指示功率Pi－压缩工质实际消耗的功率Pi

>

Pth指示功率Pi理论功率Pth

指示效率hi=理论功率Pth

指示效率hi指示功率Pi=图表或经验公式压缩比增大，指示效率降低立式和V型氨压缩机的指示效率摩擦功率Pm－克服机械摩擦消耗的功率(通常计入油泵功率)指示功率机械功率轴功率轴功率Pe—电动机传到压缩机主轴上的功率轴功率Pe指示功率Pi

摩擦效率hm

=摩擦效率hm指示功率Pi

轴功率Pe

=摩擦效率hm理论功率Pth

=指示效率hi•轴效率he=hihm压缩机的总效率0.65~0.72用于评价压缩机主轴输入功率的利用程度压缩比↑，机械效率↓hd电动机输出功率P=余量附加系数Pe

电动机输入功率heP

电动机效率hi

hm

hd

hePth

=传动效率：直联为1三角皮带联接为0.90~0.95Pin=选用电动机时，电动机额定功率hdPe

P

=(1.1~1.15)3、活塞式制冷压缩机的性能系数性能系数:

COP＝Q0

／Pe封闭式压缩机的能效比:

EER＝Q0

／Pin三、影响活塞式制冷压缩机性能的主要因素制冷量：轴功率：Pth

hihmPe

=性能系数:

COP＝Q0

／Pef(tk

,to)或

f(pk

,po)以理论循环为例，分析t0和tk对压缩机性能的影响。hv=1,hi=hm=1制冷量：轴功率：Pth

hihmPe

==Vh

w0/v11.冷凝温度的影响342ph2'14'3'冷凝温度升高，则q0v1=Q0w0v1=PeCOP有极值2.蒸发温度的影响蒸发温度降低，则q0v1？Q0w0v1PeCOP4'1'1hp432'2q0w0Pe

=Vh

w0/v1活塞式制冷压缩机性能曲线四、活塞式制冷压缩机的工况名义工况（铭牌工况）：

用以比较/标示不同活塞式制冷压缩机的性能。中型活塞式单级制冷压缩机名义工况（GB10874-89）例：某单级蒸气压缩氨制冷系统，制冷量200kW，为某生产工艺提供低温盐水，盐水温度为-5ºC，冷凝器所用冷却水温度为32ºC。（取蒸发温度比盐水温度低5ºC，冷凝温度比冷却水温高8ºC，冷凝器出口液体有10ºC的过冷度，压缩机吸气无过热，压缩机指示效率为0.8）。

1）画出循环的压焓图。

2）计算单位质量制冷量、理论比功、指示比功、单位冷凝热。

3）计算指示功率、指示制冷系数和热力完善度。2）查表得各状态点的焓状态点h（kJ/kg）1167021920355045501）压焓图解：单位质量制冷量：理论比功：指示比功：压缩机出口气体的焓：单位质量冷凝负荷：3）制冷剂流量：指示功率：指示制冷系数：

逆卡诺循环制冷系数：热力完善度：

1、根据工作原理，制冷压缩机可以分为哪两类？它们的工作原理有何不同？2、总结开启式和封闭式活塞制冷压缩机主要不同之处。3、活塞式制冷压缩机概括起来可分为哪五部分？4、活塞式压缩机的理论排气量和什么因素有关？5、容积效率是哪四个系数的乘积？分别表示什么因素对容积效率的影响？6、何为往复式活塞制冷压缩机的理论功率、指示功率、摩擦功率、轴功率？它们之间有何关系？何为指示效率、机械效率、轴效率？作业F§3-3回转式制冷压缩机容积型螺杆式往复活塞式：通过活塞的往复运动改变工作容积回转式：通过回转体的旋转运动改变工作容积滚动转子式(滚动活塞式）涡旋式一、滚动转子式制冷压缩机利用偏心轴上圆筒形转子在气缸内的转动来改变工作容积，实现气体的吸入、压缩和排出。工作原理滚动活塞式工作容积滚动活塞外表面、气缸内表面、端盖构成滑板与滚动活塞外表面紧密接触，将工作腔分为吸气腔和排气腔。位置ⅠⅡⅢⅣⅣ吸气腔吸气吸气吸气吸气吸气结束排气腔压缩压缩开始排气排气结束与吸气腔连通

转子回转一周，平均完成一个工作循环。工作过程

余隙容积小

有排气阀，无吸气阀

滑片与滚动转子间为滑动密封

仅滑片作往复运动滚动转子式制冷压缩机的特点余隙容积小；吸排气压损小

容积效率高

易损件少，运行可靠

零部件少，结构简单，体积小、重量轻

振动小，运转平稳仅滑片有较小的往复惯性力

加工精度要求较高密封线较长，密封性能较差

泄漏损失较大立式：多用于空调器开启式全封闭式卧式：多用于冰箱二、涡旋式制冷压缩机工作原理工作容积静涡盘、动涡盘和机体构成

通过动涡盘绕静涡盘中心作公转（动涡盘不自传）来改变工作容积，实现气体的吸入、压缩和排出。外侧中部内侧图a吸气完成排气图b吸气压缩排气图c吸气压缩排气图d吸气压缩结束排气结束涡旋式制冷压缩机的工作过程无余隙容积吸气有害过热度小无吸气阀，压损小泄漏小曲轴矩变化小吸、排气压力脉动小运动速度低，摩擦损失小涡旋式制冷压缩机特点

容积效率高无余隙容积吸气有害过热度小吸排气压损小泄漏小可达0.95以上

压缩机总效率高无进排气阀组，流阻小；运动速度低，摩擦损失小

振动小、噪声低

结构简单、可靠性高零件数目与滚动转子及往复式之比为1:3:7，体积比往复式小40%，质量轻15%；易损件少

加工和装配精度要求高曲轴矩变化小；吸、排气压力脉动小应用场合：目前以小容量为主，制冷量1~15kW范围内。三、螺杆式制冷压缩机双螺杆式制冷压缩机阳转子(主动转子)：有凸齿的转子两个相互啮合、旋向相反的螺杆转子阴转子(从动转子)：有凹齿槽的转子双螺杆单螺杆阳转子阴转子工作容积：由凸凹齿面、机体内壁面、端盖构成的空间吸气阳转子阴转子排气阴转子阳转子工作原理：随着转子在机体内的旋转运动，使工作容积由于齿的侵入或脱开而不断发生变化，从而达到吸气、压缩和排气的目的。

压缩工作过程：吸气过程——V形空间与吸气口连通，不断增大压缩过程——V形空间与吸气口断开，不断减小排气过程——V形空间与排气口连通，减小至零单螺杆式制冷压缩机一个螺杆转子两个星轮排气孔工作原理：通过螺杆带动星轮旋转来改变工作容积，完成吸气、压缩、排气过程。工作容积：由螺杆螺槽、气缸壁、星轮齿顶面构成单螺杆式制冷压缩机通常有6个螺槽，由两个星轮将其分成上下两个空间，各自完成吸气、排气、压缩过程。排气压缩吸气单螺杆式压缩机的工作过程螺杆式制冷压缩机的特点：

构造简单、体积小、易损件少、可靠性高基本无余隙容积吸排气压损小

容积效率高

无往复惯性力，平衡性好，振动小

对湿压缩不敏感

双螺杆式可实现无级能量调节

无内容积比调节装置时，可能出现欠压缩或过压缩

可在高压比下工作排气温度低容积效率高

螺杆压缩机中，终压由旋转体形状、排气口位置、吸气压力及制冷剂性质决定。三种情况：终压P2等于Pk；终压P2低于Pk(欠压缩)终压P2高于Pk

(过压缩)吸气压缩排气压缩吸气排气压缩排气吸气§3-4离心式制冷压缩机速度型

涡室扩压器单级离心式压缩机：主轴上设一个叶轮多级离心式压缩机：主轴上设多个叶轮

叶轮：随主轴高速旋转，提高气体速度和压力。一、离心式制冷压缩机的工作原理和工作过程扩压器：降低高速气流速度，提高其压力。涡室：收集扩压器后气体并引出，也起一定减速扩压作用吸气室：引导气体均匀进入叶轮单级离心式压缩机压力变化速度变化气体通过叶轮:压力由A→B，速度由D→E气体通过扩压器:压力由B→C，速度由E→F离心式压缩机中气体压力速度变化理论功耗wc,th：可逆绝热压缩过程消耗的功，亦即理想压缩过程所需能量头。实际功耗w：制冷剂压缩过程实际需要的能量头。绝热效率一般0.7~0.8

气体被压缩时实际所需要的能量头与运行工况及制冷剂的性质有关。

叶轮外缘圆周速度越大，气体获得的能量头越大

气体分子量越大，所需能量头反而小。二、离心式制冷压缩机的特点

制冷能力大，适用于大型制冷系统转数高，一般5000~15000r/min；受加工工艺限制，叶轮直径一般不宜小于200～250mm；单机容量不宜小于500kW。

结构紧凑，质量轻比同等制冷能力的活塞式轻80～90％，占地面积约减少一半

无磨损部件，工作可靠，维护费用低

运行平稳，噪声低

蒸发器和冷凝器传热性能好运行时制冷剂基本不与润滑油接触，换热表面不形成油膜

对材料强度、加工精度及制造质量要求高

大型离心式制冷压缩机可用蒸气轮机或燃气轮机直接带动，以经济、合理地使用能源三、离心式压缩机的特性离心式压缩机的特性曲线设计点喘振点最大流量点工作范围喘振工况：当流量减少到S点以下时