成都动车运用所在校培训-第四章 动车组制冷系统

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1、第四章 动车组制冷系统 压缩制冷原理 n制冷即需要吸热，水在1个标准大气压下沸点很高，它只 能吸收温度大于100的热，因此需要找沸点低的物质。 n如R12二氟二氯甲烷（HF2Cl2），它在1个大气压下的沸点 是-29.8,气化热为167.3k/kg； nR22二氟一氯甲烷（HF2Cl） 在1大气压下沸点是-40.8 ，气化热为233.8k/kg。 将装有R12或R22液体的钢瓶，放在室内打 开盖，则其会蒸发。每气化1kgR22可产生 233.8KJ的冷量，由于其气化温度为-40.8， 它会继续吸热，显然会产生制冷作用，通过管 路将热量带到室外即可实现对室内制冷。 液态R12 气态R12 室内

2、制冷物质如何循环使用？ n（1）一个热力学概念：物质相变温度随压力升高而升高！ n 1个大气压下，R22相变温度是-40.8，如果我们升高 气体压力，如到1.94MPa则其相变温度为50，这时不但可 以用常温的水吸热将R22冷却成液体，即使是35的空气也 可以使R22从气态变成液态而放出冷凝热。 n 制冷需要一台“压缩机”。 n（2）需要制冷剂发生气化吸热的装置 n R22沸腾吸热的器皿，称“蒸发器”。 n（3）还需要制冷剂发生冷凝放热的装置 n 把R22从蒸气放热变成液体的装置称为“冷凝器”。 第四章 动车组制冷系统 n（4）为了循环使用，还需要降低制冷剂的压力 n物理上降压的方法是膨胀，即

3、将高压的液体通过膨 胀缸膨胀降压，获得低压（如1个大气压的液体， 在膨胀的同时，推动活塞向外做功W（回收），这 样通过膨胀缸，进入蒸发器的制冷凝剂压力只有一 个大气压，就可以蒸发器中沸腾吸热了。 n因此制冷机原理中将R22降压采用“膨胀缸”。 第四章 动车组制冷系统 第四章 动车组制冷系统 压缩机 冷凝器 膨胀缸 蒸发器 制冷机原理 外界做功升压 气化吸热 冷凝放热 降压对外做功 讨论：膨胀缸的可行性？ n理论上，膨胀缸可以起到膨胀降压的作用，而且还可 以回收功W，但在工艺上是难以实现的。因为进入膨胀 缸是液态制冷凝，液体是不可压缩的，如果想把液体 的体积压缩一点，其压力会急剧上升，反之，体积

4、稍 微膨胀一些，其压力就急剧下降，膨胀缸勾贝推出很 少距离，其液体压力已下降很多，因此回收的功很有 限。 n膨胀缸在实际上无法实施，没有回收功的作用。 n工业实际用膨胀阀代替膨胀缸，从而用膨胀阀的节流 降压代替膨胀阀的膨胀降压。 膨胀阀节流降压原理与过程 n（1）小孔节流原理与过程 n当流体通过小孔时，由于涡流以及流线变化 ，使得小孔左右的压力变化即产生压力降。 （P2P1） n压力降的大小取决于孔径、流量和流体性质 。 n（2）节流过程的“闪发气化”现象 n当流体通过小孔时，压力下降使液体饱和温度下降，于是 液体要吸热沸腾。 n由于节流过程很快，液体来不及从外界吸热，于是有一部 分液体吸收其

5、它液体的热量直接气化称做“闪发气化”。 第四章 动车组制冷系统 P1 P2 n（3）膨胀阀节流降压 n闪发气化的作用使放热液体的温度降低了，从而 使冷凝器出来的高温高压液体通过小孔节流变成 了低温低压的湿蒸气。 n膨胀阀采用节流降压实现了将冷凝器中高温高压 液体变成了的蒸发器需要的低温低压的湿蒸气。 第四章 动车组制冷系统 蒸气压缩制冷机组成与制冷剂状态 n（1）蒸气压缩制冷机的组成 n 压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器 n（2）各部件作用及制冷剂状态 n 压缩机绝热等熵压缩，输出高温高压蒸气 n 冷凝器等压冷却冷凝，输出高温高压液体 n 膨胀阀节流降压、闪发气化，输出低温低压湿蒸气 n 蒸发器

6、等温等压气化，输出低温低压蒸气 n（3）制冷循环与制冷剂 n 制冷剂在制冷系统中经过压缩、冷却与冷凝、节流、蒸发四个 状态，实现制冷的目的，即将低温物体的热量不断传递给高温物体。 第四章 动车组制冷系统 第四章 动车组制冷系统 冷凝器 膨胀阀 蒸发器 蒸气压缩制冷机组成与制冷剂状态 外界做功升压 低温低压蒸气 冷凝放热 节流降压 高温高压蒸气 高温高压液体 气化吸热 压缩机 低温低压湿蒸气 第四章 动车组制冷系统 第一节 制冷压缩机的类型 n 制冷压缩机是蒸气压缩式制冷装置的一个重 要部件，起着压缩和输送制冷剂蒸气的作用，它 是推动制冷剂在制冷系统中不断循环的动力。因 此，制冷压缩机被称为蒸气

7、压缩式制冷装置的主 机。 蒸气压缩式 制冷机主要有压 缩机、冷凝器、 节流装置和蒸发 器四部分组成， 并用管道连接成 一个封闭的循环 系统，如图所示 。其工作过程如 下： 图1-5 蒸气压缩式制冷机原理图 第四章 动车组制冷系统 制冷压缩机按工作原理不同可分为容积型 和速度型两大类。 容积型压缩机是通过改变工作容积来完成 气体的压缩和输送的。在容积型压缩机中，低 压气体直接受到压缩，体积被强制缩小，从而 达到提高压力的目的。 第四章 动车组制冷系统 容积型压缩机主要有活塞式、螺杆式和旋 转式（又称滚动转子式）压缩机。其中活塞式 压缩机是通过活塞在气缸内作往复运动来改变 工作容积；而螺杆式和旋转

8、式压缩机是通过螺 杆或转子在气缸内作旋转运动来改变工作容积 。 第四章 动车组制冷系统 速度型压缩机是使气体在高速转动的 叶轮中提高速度，而后通过导向器使气体 的动能转化为压力能，进而完成气体的压 缩和输送任务。主要型式有离心式和轴流 式两种。目前常采用的速度型压缩机是离 心式压缩机。 第四章 动车组制冷系统 制冷压缩机按标准工况下制冷量的大小 分为小型、中型和大型三种类型。 标准工况制冷量小于58kW为小型； 标准工况制冷量在58580kW范围内为 中型； 标准工况制冷量大于580kW为大型。 第四章 动车组制冷系统 活塞式制冷压缩机是应用曲轴连杆机构，带 动活塞在气缸内作往复运动而进行压缩

9、气体的。 它具有使用温度范围广，技术成熟可靠，有良好 的使用性能和能量指标，所以应用较广。它热效 率高，单位耗电相对较少，加工比较容易，造价 比较低廉。因此适用于中、小型制冷装置。 活塞式制冷压缩机将逐渐被结构简单、性能 优越的其它型式压缩机所替代。 第四章 动车组制冷系统 螺杆式压缩机与活塞式制冷压缩机相比，由 于用螺杆的回转运动替代了活塞的往复运动，因 此体积小，重量轻，振动小，易损件少，运行可 靠，操作、维修简单。 但是，用螺杆式压缩机的制冷系统需要配备 效率较高的油分离器，变工况的适用性差，运转 时噪音比较大，而且螺杆加工要求精度高，加工 也比较困难，影响了螺杆式制冷压缩机的广泛应 用

10、。 第四章 动车组制冷系统 第四章 动车组制冷系统 旋转式压缩机与活塞式压缩机相比 ，有结构简单、体积小、重量轻、容积 效率高、运行平稳、噪音和振动小、可 靠性高等优点。但旋转式压缩机也存在 一些不利因素，如主要零件加工精度要 求高，电动机绝缘等级高，起动转矩较 大等。 图4-10 开启式旋转式压缩机结构 1-油面指示器 2-浮球阀 3-吸入管 4-密封条 5-圆柱导向器 6-气缸体 7-滑片 8-排气阀门 9-气缸 10-排出管 11-转子 12-弹性套筒 第四章 动车组制冷系统 离心式压缩机具有结构紧凑、运转平 稳、振动小、噪音低等特点。由于其转速 高，工质在叶轮中的流速很大，叶轮尺寸 又

11、受到加工工艺的限制不能做得太小，因 而一般输气量很大，适用于大型制冷装置 。 第四章 动车组制冷系统 第四章 动车组制冷系统 第二节 活塞式制冷压缩机的基本构成及工作原理 一、活塞式制冷压缩机的基本构成 1活塞式制冷压缩机的分类 （1）按使用的制冷剂分类。分为氨压缩机、氟利昂压缩 机、异丁烷压缩机等。 （2）按气缸布置方式分类。分为卧式、直立式和角度式 三种。 （3）按压缩机的密封方式分类。分为开启式和封闭式两 大类。后者又分为半封闭式和全封闭式两种结构类型。 （4）按制冷量的大小分类：小型、中型和大型。 第四章 动车组制冷系统 2活塞式制冷压缩机的结构形式 活塞式制冷压缩机按压缩机与电动机的

12、组合方式不 同分为开启式与封闭式两种，而封闭式又有半封闭式和 全封闭式之分。 开启式压缩机是指压缩机和电机分开，压缩机的曲 轴一端伸出机体，并通过传动机构与电动机相连。 半封闭式压缩机是指压缩机与电机共同组装在一个 可拆的密封机壳内，压缩机的曲轴和电动机的转子轴是 一根整体轴，压缩机没有伸出体外的转动部件。 全封闭式压缩机是将压缩机和电机共同组装在一个 封闭的机壳内. 图4-1 气缸的不同布置型式 （a）卧式；（b）直立式；（c）、（d）、（e）角度式 第四章 动车组制冷系统 3活塞式制冷压缩机的基本构成 活塞式制冷压缩机的结构形式有很多种，但其基 本组成（参见图4-2）主要包括以下几部分：

13、(1) 由机体和各种盖板组成的机体组件； （2）由气缸、活塞和吸、排气阀片等构成容积可 变的工作空间； （3）由曲轴、连杆等构成的传动机构； （4）由油泵、轴封等构成的润滑和密封设施（小 型压缩机没有油泵，封闭式压缩机没有轴封）。 图4-2 压缩机的基本构成及实际工作过程图 （a）压缩；（b）排气；（c）膨胀；（d）吸气 1排气阀片；2吸气阀片；3气缸；4活塞； 5连杆；6曲轴。 第四章 动车组制冷系统 第四章 动车组制冷系统 压缩机的工作是靠压缩机电机输入功率后， 电机的轴带动压缩机的曲轴转动，曲轴通过连杆 带动活塞在气缸中作往复运动，同时气缸顶部的 吸排气阀片配合输送作用。曲轴每旋转一周，

14、活 塞就作一次往复运动，压缩机就完成一次工作循 环。 第四章 动车组制冷系统 二、活塞式制冷压缩机的工作原理 1、理想工作过程 压缩机在理想工作过程中每完成一个工作循 环，要经历吸气、压缩和排气三个过程。 4-1表示吸气过程。 1-2表示绝热压缩过程。 2-3表示排气过程。 图4-3 活塞式制冷压缩机理想工作过程P-V图 第四章 动车组制冷系统 2活塞式压缩机的实际工作过程 压缩机的实际工作过程由于存在余隙容积、吸排 气阀压力损失，气缸壁与制冷剂之间热交换以及漏气 损失等因素的影响，与理想工作过程有很大不同。 一是比理想工作过程多了一个膨胀过程，如图4-4 中34。 二是吸气过程41、压缩过程

15、12、排气过程2 3也与理想过程有所不同。 图4-4 活塞式制冷压缩机实际工作过程的p-V图 第四章 动车组制冷系统 这样，压缩机在实际工作过程中，每完成一个工作 循环要经历四个过程（参见图4-2），即：当活塞由上止 点移动到下止点时，完成膨胀、吸气两个过程；而由下 止点移动到上止点时，完成压缩、排气两个过程。 3JH514YZ型压缩机 JH514YZ型压缩机的结构示意图如图4-5所示，它主 要由机壳、机体、电动机、曲轴、连杆、活塞、气缸、 气阀以及排气消音器等组成。 图4-5 JH514YZ压缩机结构图 1-电动机壳；2-吊具；3-端子箱；4 -上弹簧；5-定子线圈；6-转子；7- 吸气管； 8-排气消音器；9-下壳体；10-曲轴 ；11-曲轴箱；12-下弹簧；13-下轴 承；14-支承架；15-活塞连杆；16- 气缸盖；17-高压室；18-横弹簧； 19-