制冷系统知识及应用

制冷系统知识及应用第1页，共65页，2023年，2月20日，星期六主要内容制冷基本原理系统匹配的一般方法及注意事项影响空调能效比的主要因素常用制冷压缩机使用注意事项第2页，共65页，2023年，2月20日，星期六一、制冷基本原理定义制冷的基本原理及基本方法单级压缩蒸气制冷循环第3页，共65页，2023年，2月20日，星期六1、定义制冷：从低于环境的物体中吸取热量，并将其转移给环境介质的过程。制冷机：完成制冷循环所必需的机器和设备的总称。制冷装置：将制冷机同使用冷量的设施结合在一起的装置。如冰箱，空调机等。制冷剂：除半导体制冷以外，制冷机都是依靠内部循环流动的工作介质来实现制冷过程，完成这种功能的工作介质，称为制冷剂，也称制冷工质，俗称雪种。第4页，共65页，2023年，2月20日，星期六2、制冷的基本原理由于热量只能自动地从高温物体传给低温物体，因此实现制冷必须包括消耗能量的补偿过程。制冷机的基本原理：利用某种工质的状态变化，从较低温度的热源吸取一定的热量Q0，通过一个消耗功W的补偿过程，向较高温度的热源放出热量Qk。在这一过程中，由能量守恒得Qk=Q0+W。第5页，共65页，2023年，2月20日，星期六3、制冷的基本方法（1）为了实现能量转移，首先必须有使制冷剂能达到比低温环境介质更低的温度的过程，并连续不断地从被冷却物体吸取热量，在制冷技术的范围内，实现这一过程有下述几种基本方法：第6页，共65页，2023年，2月20日，星期六3、制冷的基本方法（2）相变制冷：利用液体在低温下的蒸发过程或固体在低温下的熔化或升华过程向被冷却物体吸取热量。普通空调器都是这种制冷方法。气体膨胀制冷：高压气体经绝热膨胀后可达到较低的温度。吸收和吸附制冷：利用一种物质在另一种物质中的溶解、悉出或吸附、脱附过程实现吸热和放热。热电制冷：令直流电通过半导体热电堆，即可在一端产生冷效应，在另一端产生热效应。第7页，共65页，2023年，2月20日，星期六4、单级压缩蒸气制冷循环（1）蒸气压缩式制冷机是目前应用最广泛的一种制冷机，有单级、多级之分。单级压缩蒸气制冷机是指将制冷剂经过一级压缩从蒸发压力压缩到冷凝压力的制冷机。单级制冷机一般可用来制取-40℃以上的低温。普通的空调器都是利用单级压缩蒸气制冷机的原理制造的。第8页，共65页，2023年，2月20日，星期六4、单级压缩蒸气制冷循环（2）单级压缩蒸气制冷机的由以下几个基本组成部份：压缩机冷凝器节流机构（毛细管）蒸发器制冷剂第9页，共65页，2023年，2月20日，星期六4、单级压缩蒸气制冷循环（3）lgPh1`2345611`2561ABCDA：压缩机B：冷凝器C：节流机构D：蒸发器单位制冷量：q0=h1‘-h6单位冷凝热量：qk=h2-h5单位消耗功：w=h2-h1`制冷系数：EER=q0/w第10页，共65页，2023年，2月20日，星期六4、单级压缩蒸气制冷循环（4）压缩机：它的作用是将蒸发器中的低温低压制冷剂蒸气吸入，并压缩到高温高压的过热蒸气，然后排到冷凝器。常用的压缩机有活塞式、转子式、涡旋式、螺杆式和离心式等等。压缩机有定速压缩机和变频压缩机。现在最新的有变容量的压缩机，例如美的MDV用的谷轮“数码涡旋”压缩机可以在10%-100%之间调节输出量，运用“TS”技术可以使压缩机的能力输出实现级量调节，在控制方面比变频压缩机简单、可靠，更接近空调器的实际负荷要求。第11页，共65页，2023年，2月20日，星期六4、单级压缩蒸气制冷循环（5）冷凝器：它的作用是将来自压缩机的高温高压制冷剂蒸气冷凝成过冷的液体，在冷凝过程中，制冷剂蒸气放出热量，故要用水或空气来冷却。不同制冷剂有不同的冷凝压力。普通家用空调器冷凝器里面的制冷剂（R22）压力：标准制冷工况下一般在18—19bar左右，过负荷工况下一般在22—24bar左右。蒸发器：它的作用是使经节流机构后的制冷剂液体蒸发成蒸气，以吸收被冷却物体的热量。蒸发器是对外输出冷量的设备。普通家用空调器蒸发器里的制冷剂（R22）的蒸发压力在5.5-6.5bar左右。第12页，共65页，2023年，2月20日，星期六4、单级压缩蒸气制冷循环（6）节流机构：普通空调常用的是毛细管，高档的空调器用电子膨胀阀。制冷剂经过节流机构时，压力由冷凝压力降到蒸发压力，一部份制冷剂会在节流的过程中闪发成为气体。节流过程中制冷剂的焓值不变。普通的家用空调器节流结束时大约有20%的制冷剂会闪发成气体第13页，共65页，2023年，2月20日，星期六二、系统匹配的一般方法及注意事项

一般来说，新匹配一台空调器都有一个参考机型新匹配机的性能指标对压缩机、冷凝器、蒸发器的选择有很大关系。室外机、室内机的电机转速-风量-噪音是首先要摸底搞清楚的。第14页，共65页，2023年，2月20日，星期六1、选压缩机根据实际情况选择压缩机型式：活塞式、转子式、涡旋式及其电源规格一般来说，家用空调器中活塞式用得比较少，T3型空调器一般会选择活塞式压缩机。目前3P以下的家用空调器大多数都是转子式压缩机。转子压缩机又分单转子与双转子压缩机。3P以上的家用空调器一般会使用涡旋式压缩机。根据空调器的制冷量大小来选择压缩机的大小，一般来说按空调器的额定制冷量是压缩机的单体能力的90%来选择。压缩机每一个排量（1cc）的能力约为175W。第15页，共65页，2023年，2月20日，星期六2、选冷凝器长U管管径，内螺纹管还是光管在正常的范围内，管径越小，换热系数越大，耐压也越大，但流动阻力也越大。内螺纹管比光管换热系数高，不同形式的内螺纹管换热系数也不一样小管径冷凝器及新型的内螺纹管的研究是一个重要的方向。选择非亲水铝箔（普通铝箔）还是亲水铝箔，选择片型是平片、冲缝片还是波纹片，选择片距选择其它型式的冷凝器高效的冷凝器有全铝冷凝器、全铜冷凝器等等第16页，共65页，2023年，2月20日，星期六3、选蒸发器长U管管径，内螺纹管还是光管一般来说蒸发器的长U管径可以选择小管径的。选择亲水铝箔一般选择冲缝片，最小片距可达1.3mm。第17页，共65页，2023年，2月20日，星期六4、估算制冷剂充注量参考机型的制冷剂充注量一台空调正常状态下约有60%的制冷剂会在室外侧的冷凝器里，约40%的制冷剂在室内侧的蒸发器里。以参考机型为基础，算出冷凝器和蒸发器内容积增大（或减少）的比例，估算出大概的制冷剂充注量。比如说：参考机型充注量为1000g，内机不变，室外机冷凝器由单排变为1.5排：侧估算充注量为：1000*0.6*1.5+1000*0.4=1300(g)一般来说，估算的充注量要比最后的要稍多。这个只能靠经验掌握。估算的只能提供一个大概。第18页，共65页，2023年，2月20日，星期六5、制冷系统匹配（1）排气温度目标值：85-90℃高于目标值，则应该减短毛细管，加大室外机风量或追加冷媒。低于目标值，则加长毛细管，减少冷媒。如果是特别匹配的高效制冷系统，排气温度较低，一般在70-80℃。第19页，共65页，2023年，2月20日，星期六5、制冷系统匹配（2）冷凝器中部温度目标值：45-50℃左右，过冷度目标值在5-10℃左右冷凝器出口最低在37-38℃，若过低则与环境35℃温差太小，换热量很少冷凝器中部温度高于目标值，则应该减短毛细管，加大室外机风量或加大冷凝器冷凝器中部温度低于目标值，则应该加长毛细管，追加冷媒第20页，共65页，2023年，2月20日，星期六5、制冷系统匹配（3）蒸发器中部温度目标值：8-12℃左右，过热度目标值在0-1℃左右蒸发器中部温度值高于目标值则加长毛细管蒸发器中部温度值低于目标值则减短毛细管，加大室内机风量或加大蒸发器蒸发器过热度值高于目标值则减短毛细管，增加冷媒蒸发器过热度值低于目标值则加长毛细管，加大室内机风量，减少冷媒或加大蒸发器第21页，共65页，2023年，2月20日，星期六5、制冷系统匹配（4）压缩机回气温度比蒸发器出口温度可高出1-2℃左右若回气温度高出出口温度较大，比如出口为10℃，而压缩机回气有20℃，这个是压缩机排气温度上升的原因，应该减短毛细管或增加冷媒若回气温度低于出口温度很多，比如出口为10℃，而压缩机回气有5℃，这个是压缩机排气温度下降的原因，这时候冷媒在蒸发器中不能充分蒸发而导致能力不足，应该加长毛细管或减少冷媒第22页，共65页，2023年，2月20日，星期六6、非标准工况运行（1）制冷过负荷工况下若OLP动作，则应该加大外侧风量，冷媒增多压缩机负荷加大，如果可能的话可减短毛细管，并减少冷媒，或加大冷凝器保证高压侧压力不超过26.5bar，26.5bar对应冷凝器中部温度65℃左右压缩机排气温度一般要在115℃以下，不要超过125℃，压缩机电机的线圈温度比排气温度高10℃左右，温度过高的话可能烧线圈。排气温度过高时可减短毛细管或加大冷凝器或增加冷媒（注意减短毛细管时可能会使标准工况下能力下降）第23页，共65页，2023年，2月20日，星期六6、非标准工况运行（2）过载保护器OLP（OverLoadProtector）动作过载保护器是由电流与温度共同控制的OLP曲线图有两种表示型式如图所示的OLP曲线，当电流为I1时只要压缩机温度小于t1压缩机的OLP是不会动作的。或者，当压缩机温度是t1时，压缩机的电流小于I1时，OLP不会动作

第24页，共65页，2023年，2月20日，星期六6、非标准工况运行（3）最小制冷工况下（室外侧干球18度、温球12度；室内侧干球21度、湿球15度）蒸发器温度不能低于0℃，否则蒸发器上的冷凝水会结冰，不能制冷，冰块落下会打烂风轮空调器的防冻结功能，当检测到蒸发器的温度T2连续一段时间低于某温度值时，压缩机停止工作，待T2温度上升到某温度后压缩机恢复工作确保压缩机壳体底部温度高于冷凝器中部温度5℃以上，否则，润滑油会被冷媒稀释而失去效果，压缩机相对运动部件产生磨损。最终导致压缩机不能运转第25页，共65页，2023年，2月20日，星期六7、不合格项目微调及整改（1）能力不足压缩机是否过小？毛细管和冷媒量是否最佳组合？室内外侧风量是否合理？两器大小是否合理？第26页，共65页，2023年，2月20日，星期六7、不合格项目微调及整改（2）功率过高与最大制冷跳停室外侧风量是否合适？冷凝器大小是否合理？冷凝器制作是否有问题？（胀紧率、叠片、倒片、片距等问题）是否冷媒过多或毛细管过长？冷凝器流路不合理造成严重复热、或流路堵等原因降低了冷凝器的性能？第27页，共65页，2023年，2月20日，星期六7、不合格项目微调及整改（3）凝露工况不合格低风风速是否设的过低？（过高会造成吹水）室内机是否漏风？是否流路分流不均，严重偏流？冷媒是否不足，造成缺液蒸发？第28页，共65页，2023年，2月20日，星期六7、不合格项目微调及整改（4）室外机有冷媒流动声毛细管组件用防振胶包住在两个管径变化大的地方加过渡管在过渡管外加防振胶第29页，共65页，2023年，2月20日，星期六7、不合格项目微调及整改（5）异声或噪声超标如果是风道噪声，则改变风轮、变安装位置或改变风轮转速（风道曲线改变也可以，但是周期较长）制冷系统异声，则在配管固频不合格处加配重块或防振胶改变其固频在配管振动大的地方加贴防振胶在压缩机排气管上加消声器压缩机包隔音棉钣金件上贴隔音棉第30页，共65页，2023年，2月20日，星期六三、影响能效比的主要因素

逆卡诺循环的制冷系数具有传热温差的外部不可逆卡诺循环的制冷系数循环效率（热力完善度）空调器的EER、COP影响主要因素第31页，共65页，2023年，2月20日，星期六1、逆卡诺循环（1）逆向循环是一种消耗功的循环，所有的制冷机都是按逆向循环来工作的。当高温热源与低温热源的温度不变时，具有两个可逆的等温过程和两个等熵过程的逆向循环称为逆卡诺循环。第32页，共65页，2023年，2月20日，星期六1、逆卡诺循环（2）如图所示的逆卡诺循环T-s图，制冷剂放热时的温度与高温热源的温度均为T2，制冷剂吸热时的温度与低温热源的温度均为T1。放出的热量为：q2=T2(s1-s4)吸取的热量为：q1=T1(s1-s4)消耗功为：w=q2-q1=(T2-T1)(s1-s4)制冷系数为：EER0=q1/w=T1/(T2-T1)逆卡诺循环的制冷系数只与高温热源与低温热源的温度有关，T2升高与T1降低都会使制冷系数下降，而T1下降对其影响更为显著。Ts1234T2T1第33页，共65页，2023年，2月20日，星期六2、不可逆卡诺循环如图所示的不可逆卡诺循环T-s图，制冷剂放热时的温度为Tk，高温热源的温度为T2，制冷剂吸热时的温度为T0，低温热源的温度为T1。则制冷系数为：EER1=T0/(Tk-T0)<T1/(T2-T1)任何一个不可逆循环的制冷系数总是小于相同热源温度时的逆卡诺循环的制冷系数所有的实际的制冷循环都是不可逆循环Ts1234T2T1TkT0第34页，共65页，2023年，2月20日，星期六3、循环效率（热力完善度）循环效率是表示实际循环的完善性接近可逆卡诺循环的程度，定义为：

η=EER1/EER0

在两个热源温度不变的情况下，提高η或EER1的方法有：降低Tk温度升高T0温度同时降低Tk温度和升高T0温度第35页，共65页，2023年，2月20日，星期六4、循环效率（热力完善度）曲线图

第36页，共65页，2023年，2月20日，星期六5、提高空调器的EER（1）从制冷系统上说，降低冷凝温度Tk和升高蒸发温度T0都可以使EER上升采用高效的压缩机适当加大冷凝器、加大室外机的风量，使Tk下降适当加大蒸发器、加大室内机的风量，使T0上升利用高效的换热器，例如用内螺纹管代替光管、全铝换热器第37页，共65页，2023年，2月20日，星期六5、提高空调器的EER（2）从整机上说采用高效的直流电机代替交流电机采用直流变频压缩机代替普通定速压缩机或交流变频压缩机冷媒充注量尽量少采用排量较大的变频压缩机代替排量较小的变频压缩机，以压缩机的额定频率来做制冷的主频加大内外机风量的同时要考虑风机功率的增加，从整机上说，不一定是风量越大EER越高制冷系统要匹配到一个最佳状态第38页，共65页，2023年，2月20日，星期六常用制冷压缩机使用注意事项

第39页，共65页，2023年，2月20日，星期六压缩机在制冷系统中的位置第40页，共65页，2023年，2月20日，星期六家用空调中常见压缩机种类回转压缩机

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滚动转子（活塞）压缩机

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涡旋压缩机

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螺杆压缩机（单、双螺杆）

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滑片压缩机

往复式压缩机

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活塞式压缩机第41页，共65页，2023年，2月20日，星期六

压缩机结构电机定子组件电机转子曲轴消音器主副轴承储液器止推座滚动活塞滑片汽缸下壳体主壳体上壳体内置保护器第42页，共65页，2023年，2月20日，星期六滚动转子压缩机的工作原理第43页，共65页，2023年，2月20日，星期六涡旋式压缩机结构第44页，共65页，2023年，2月20日，星期六涡旋式压缩机工作原理第45页，共65页，2023年，2月20日，星期六压缩机的使用条件一、制冷剂

1、制冷剂种类

我公司生产的空调有使用R22、R407C和410A三种制冷剂的压缩机，冷冻机油不同（R22使用4GSD，R407C使用POE）。如果使用压缩机规定之外的制冷剂，会造成以下不良：

☆润滑不良引起压缩机机械部分磨损。☆冷冻能力有变化。☆电机有时会过热损坏。☆如果封入了氧等可燃性气体或氮、氦等高压气体，会产生着火或产生异常高压，有爆炸、破裂的危险。第46页，共65页，2023年，2月20日，星期六压缩机的使用条件2、制冷剂封入量压缩机在使用时须充注适量的制冷剂，下表是美芝PH系列容许封入的制冷剂量

机型范围（汽缸排量）分液储液器容（毫升）容许制冷剂封入量（克）PH108～PH118200350700700PH120～PH1803506508501000PH195～PH225PH195～PH2004006508501100PH225～PH2406501200PH260～PH330650100013001800第47页，共65页，2023年，2月20日，星期六压缩机的使用条件☆压缩机在使用时制冷剂的封入量要控制在容许范围以内，在超过上述标准制冷剂量的场合，要追加安装分液储液器，分液储液器的容量要比下式规定的要大：追加分液储液器容量（cc）≥2×超过制冷剂的量（克）/1.2☆如果制冷剂封入量过多，可能产生以下不良：●长时间停用后，集中在压缩机的冷媒液体过多…………启动负荷增大；●液体回流量过多…………液压缩（部品磨损、电机烧毁）；●油被制冷剂稀释…………润滑不良（部品磨损）；●绝缘电阻下降；●工作能力不稳定；平衡压力增大……启动不良；☆如果制冷剂过少（泄漏等），可能产生以下不良：●压缩机过热…………电机烧毁；●制冷、制热能力不足；●油回流恶化…………润滑不良（部品磨损）；●运转中，内保护器可能不动作（电流小）。第48页，共65页，2023年，2月20日，星期六压缩机的使用条件二、压力

1、排气压力☆压缩机排气压力规格：2.6MPa以下；☆如果排气压力超过上限，可能产生下列不良：●轴承负荷过大…………润滑不良，运动部件磨损、粘着；●温度上升，过热…………绝缘材料劣化，油劣化，电机烧毁，润滑不良；●电流过大…………电机烧毁；☆导致排气压力增大的主要原因有：●系统循环设计不当（冷凝器小）；●冷媒封入量过多；●冷凝器通风量少，风扇停止，风扇网孔堵塞………冷凝器换热能力下降；●外界温度高；●吸入压力大或者排气管路堵塞；第49页，共65页，2023年，2月20日，星期六压缩机的使用条件2、吸入压力☆吸入压力容许规格：0.1～0.69MPa

吸入压力在超过限定范围是，可能产生下列如下不正常情况：☆过于低的场合●由于润滑不足造成滑动部分的磨损；●制冷剂循环量减少；●循环内空气的入侵；●循环内的水分冻结。☆过于高的场合●压缩机产生过热；●往循环内的排油量增大……油面降低，热交换能力异常；●液体的回流可能发生；第50页，共65页，2023年，2月20日，星期六压缩机的使用条件☆导致吸入压力偏低的主要原因有：

●毛细管不合适；●制冷剂量不足；●压缩机能力偏大（选型时错误）；●蒸发器热交换能力不够（过滤器堵塞等）；☆导致吸入压力偏高的主要原因有：●毛细管不合适；●制冷剂量过多；

●负荷过大；●压缩机能力过小；第51页，共65页，2023年，2月20日，星期六三、温度在压缩机内部，有油和电机。如果运转中的压缩机超过了内藏物资的容许温度范围，会导致电机烧毁、轴承的异常磨损、油的碳化等，这些对于压缩机来讲是致命的故障。旋转式压缩机本身就是一个发热源。有电机的损伤热、压缩热、机械部分的摩擦热。要直接测试压缩机内部的温度很困难，所以常用电机绕组温度、排气温度、壳体下部温度来进行衡量。1、电机绕组温度

☆使用条件：在最大负荷时，要在125℃以下

☆测定方法在压缩机停止后3秒钟以内，用惠斯登电桥或数字欧姆表测定主绕组电阻，再根据下面公式计算：绕组温度t℃＝[(R2-R1)/R1]*(234.5+20)+20R2:测定电阻;R1:20℃时的绕组电阻压缩机的使用条件第52页，共65页，2023年，2月20日，星期六☆如果绕组温度超过使用条件，可能产生的不良：●绕组漆包线的老化速度加快（电机烧毁）；●绝缘材料绑线、绝缘纸老化速度加快；●由于过热造成油的劣化（润滑性能下降）；☆造成绕组温度增大的常见原因：电源的异常变动、电流过大。2、排气温度☆使用条件：要在115℃以下；

☆如果排气温度超过使用条件，可能产生的不良与绕组温度过热一样；☆常见的引起排气温度过高的原因：●冷媒量过少，回气过热度大；●冷凝温度高；●压缩比大（空气进入、热交换不足、毛细管不合适）。☆排气温度的下限间接被下一项的ΔT限制。压缩机的使用条件第53页，共65页，2023年，2月20日，星期六3、冷凝器中间部位与压缩机底部的温度差（ΔT）☆使用条件：在连续运转时，ΔT要在5℃以上；断续运转时ΔT要在0℃以上☆控制ΔT的意义：与冷凝温度（相当于壳体内压的饱和温度）相比，压缩机的温度较低时，会发生冷媒在压缩机内不断凝聚的现象，这时油被冷媒稀释，造成油膜强度不够导致滑动部件的严重磨损。规定ΔT就是要保证冷媒不要在压缩机内凝聚，防止上述的不良发生。

☆ΔT偏低的常见原因：

●冷媒封入量过多；●毛细管不合适；●对压缩机的过度冷却；●频繁的、运转时间短的断续运转。压缩机的使用条件第54页，共65页，2023年，2月20日，星期六四、润滑

润滑油是将压缩机轴承与曲轴、活塞与汽缸等运动副进行润滑、冷却和密封的不可缺少的重要物质。压缩机内的冷冻机油一部分随制冷剂排出到系统中。被排出的油在冷凝器中溶解在液体制冷剂中；进入蒸发器，就逐渐与制冷剂分离，传递到管壁、或者成为雾状，与气体一起返回压缩机。油回流的使用条件由压缩机的液面高度规定：●沉积启动3分钟内，油面在A平面以上；●在连续运转、除霜以及自动控制启动时，油面在B平面以上。压缩机的使用条件副轴承汽缸压缩机壳体AB5mm第55页，共65页，2023年，2月20日，星期六☆油回流不良可能发生的不良●润滑不良导致运动部件的磨损、卡死；●压缩机能力降低；●过热☆造成油回流不良主要原因：●制冷剂过多，油排出量增大；●配管不合适（配管太长，管径大）；●在极低温条件下运转；●断续运转间隔时间短；●冷媒循环量少，压力低；●毛细管不合适；压缩机的使用条件第56页，共65页，2023年，2月20日，星期六五、电源☆使用条件:

在压缩机端子部,RV要在额定电压的±10%以内；☆LV（断开电压)、RV（运转电压）、SV（启动电压）关系：压缩机的使用条件LVRVSV压缩机端子电压时间第57页，共65页，2023年，2月20日，星期六☆电压超过规定，可能发生的故障：

●启动不良；●过热造成电机烧毁；●内置保护器动作不良；☆电压超过规定的原因：●供电电压波动；●配线电压降高（配线阻抗要求在0.2-0.3,不要超过0.5欧)；☆压缩机的接线:

压缩机在使用时必须按接线盒标识的顺序进行接线,压缩机才能进行正常运转。如果接线顺序错误,会导致压缩机不启动、电机烧毁等故障。对于使用三相电源的压缩机，避免加单相负荷来使用。否则会引起相间不平衡，导致电机温度上升，电机烧毁。压缩机的使用条件第58页，共65页，2023年，2月20日，星期六☆接错线引起的电机烧毁现状六、水分☆压缩机对水分的管理有严格的要求：

X1C：（～PH150，〈150mg；PH160～PH180，〈160mg）

X2C：〈200mg压缩机的使用条件第59页，共65页，2023年，2月20日，星期六☆水分造成的危害：●大量的水分进