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1、合 肥 通 用 职 业 技 术 学 院毕 业 设 计 论 文题 目： 制 冷 压 缩 机 的 现 状 与 发 展 系 别： 机 械 工 程 系 专 业： 制 冷 与 冷 藏 技 术 学 制： 三 年 姓 名： 学 号： 指导教师： 二OO 九 年 三 月 二十八 日指导教师评语及成绩：指导教师： 200 年 月 日摘要制冷机械与空调设备在国民经济发展、人民生活提高及国防装备保障中有着十分重要的作用，在压缩式制冷循环占主导地位的今天，制冷压缩机就成为倍受关注的对象。上世纪下半叶，伴随着材料、机械加工、电机、信息与控制、测试等工业的技术进步，制冷与空调压缩机技术也得到了快速发展，制冷系统的整机能效
2、比有了很大提高。但由于能源供应的日益趋紧和环境保护的双重压力，迫使我们必须总结历史、放眼未来，探索新世纪制冷与空调行业的技术发展，以适应我国“节能优先”的能源战略的发展要求和“资源持续利用、环境不断改善”的社会发展目标。（下面以空调为例讲讲制冷压缩机的现状与发展。）关键词：制冷 压缩机 发展 趋势目录摘要I目录II第1章 引言1第2章 技术主题22.1环保与制冷剂替代22.1.1 替代的必然性22.1.2 替代现状22.1.3 替代中的技术问题32.2节能技术32.2.1研究制冷循环改进制冷系统的设计42.2.2开发节能型制冷压缩机42.2.3提高热交换设备的传热性能52.2.4制冷及空调装置
3、运行的智能控制52.2.5 其他5第3章 制冷与空调压缩机的技术现状和发展方向73.1技术现状73.1.1往复式压缩机73.1.2转子式压缩机83.1.3螺杆式压缩机93.1.4涡旋式压缩机93.1.5离心式压缩机103.1.6其它结构形式103.1.7 其它103.2基础理论和共性技术研究113.2.1工作过程模拟与优化113.2.2变工况设计理论113.2.3超常工况下的安全运行与控制113.2.4制冷压缩机与环境保护123.2.5无油润滑及特殊用途压缩机研发123.2.6新原理、新结构开发123.2.7 其他12总结13参考文献14致谢15第1章 引言 随着时代的发展，制冷与空调行业已经
4、成为衡量一个社会经济实力、科技水平与人民生活质量的重要标志之一，制冷技术在工业、农业、科学技术及国防等领域具有越来越重要的作用。与其他的技术型产业一样，环境保护、经济发展与技术进步的要求也是制冷空调产业发展的推动力。目前制冷空调业所面临的最重要的问题，也可以说最大的挑战与机遇就是如何实现环保与节能的产品发展目标。在环境保护方面，全球普遍关注的问题是，由臭氧层破坏和温室效应引起的日趋恶化的地球环境。蒙特利尔协议书的签署及其后相继通过的修订条例，都表明了世界各国对环境问题的普遍认知和国际上政府间的共识。这些协议的直接效果就是停止以及限制CFCs和HCFCs的使用，从而可以降低非环保型制冷剂的排放对
5、大气的影响。在能源方面，自上世纪70年代的石油危机开始，全球的能源供求矛盾不但没有减轻，而且日趋突出。储量有限却不可再生的化石能源依然控制着世界经济发展的命脉，原油价格的飚升，战争的频繁出现，无不与能源的供求有关。在加大可再生能源的研究、开发与规模化利用的力度的同时，各种节能技术的推广应用就显得尤为重要，而制冷与空调行业又是关注的重点之一。以家用空调为例，在我国一些大城市中，空调的用电量已占居民用电量的40%50%，刚刚过去的夏季电慌，再次敲响了节能的警钟。在国外，美日等工业发达国家的中央空调系统的全年能耗已占整个建筑物总能耗的40%至60%，我国空气调节的耗电总量及其所占比重正处于增长期，节
6、能任务任重道远。因此，探索、研究、开发、实践制冷与空调行业的新技术，以适应我国“节能优先”的能源战略的发展要求以及“资源持续利用、环境不断改善”的社会发展目标，是制冷行业义不容辞的责任。第2章 技术主题压缩机的技术发展主题可以归结为以下两点：在环境保护方面，空调和制冷系统正采用包括HFC和天然制冷剂在内的对环境无害的制冷剂；在节约能源方面，空调和制冷工业的每一次技术进步都体现在节能型压缩机和高效运行的制冷系统的问世。2.1环保与制冷剂替代2.1.1 替代的必然性1930年以来CFCs类氟利昂作为制冷剂一直占有统治地位。自从M. J. Molina 和F. S. Rowland在1974年发表的
7、论文中指出CFCs类物质会产生改变自然界臭氧生长和消亡平衡的氯，从而造成对臭氧层的破坏，由此引发了人们对由于人工化合物中氯和溴元素而引起的臭氧层变薄的关注。1987年蒙特利尔议定书及其修正案对发达国家和发展中国家分别要求和规定了CFCs和HCFCs制冷剂的淘汰进程。CFCs和HCFCs制冷剂的替代成为近些年来国际性的热门话题。一直在空调与制冷设备中占主导地位的R12、R22等将退出历史舞台，让位于其它新型环保制冷剂和天然制冷剂。2.1.2 替代现状针对制冷剂的替代研究已有一段历史，目前国际上比较一致或现阶段比较认可的替代方案如表1-1所示，该方案也是制冷剂替代及相关技术研究的方向。表1-1 制
8、冷剂替代现状制冷用途原制冷剂制冷剂替代物家用和楼宇空调系统R22HFC混合制冷剂大型离心式冷水机组R11，R12，R500，R22R123, R134a, HFC混合制冷剂低温冷冻冷藏机组和冷库R12，R502，R22，NH3(R717)R134a，R22，HFC或HCFC混合制冷剂NH3(R717)冰箱冷柜、汽车空调R12R134a，HCs及其混合物制冷剂，HCFC混合制冷剂2.1.3 替代中的技术问题由制冷剂替代引起很多相关基础理论和技术问题，如替代制冷剂的热物理性质和迁移性质的确定、热物性现代测试技术、制冷工质热物性数据评估及网络数据库的建立、润滑油的开发与匹配、油与替代制冷剂的互溶性、
9、流动与传热特性，耐新型制冷剂的材料研究，针对替代制冷剂的压缩机及制冷系统的设计理论等。目前，根据各国情况不同，具体的替代期限亦有差异，过渡性制冷工质（如R134a等）和自然工质（如碳氢化合物、二氧化碳等）依然是研究的热点。CO2(R744)是一种自然工质，它的特点是单位容积制冷量大，而且ODP为0, GWP值为1。主要问题是其临界温度较低(31.1)及相同温度下的饱和压力比较高，使得制冷循环跨临界和制冷系统的高压力。因此，提高系统循环效率与安全可靠性，进行系统装置的结构设计和优化，比如改节流过程为膨胀过程以回收高压冷媒的焓值等，是CO2超临界制冷循环系统应用研究的关键。NH3（R717）是另一
10、种自然工质，其ODP为0, GWP值小于1，具有较好的热力性质和热物理性质，属于中温制冷剂，但由于易燃、有毒的缺点，其应用受到限制。只要氨的使用安全问题得到解决，作为有近130年历史的氨制冷剂的使用范围的进一步扩大应该不成问题，而且势必成为替代 CFCs 和 HCFCs 的主要物质之一。长远来说，制冷剂发展的最终趋势极有可能就是回到上个世纪，即用现代压缩机及其改进技术和上个世纪广泛采用的天然制冷剂来实现压缩式制冷循环对环境保护的要求。2.2节能技术制冷与空调装置的运行所消耗的电量已占我国年发电总量的近四分之一（在美国等工业发达国家为40%），随着经济与社会的发展，这一比例必然增加。因此，深入研
11、究现有制冷循环的工作过程、分析制冷循环中工作流体的物性，研究新的制冷循环、强化热力过程（蒸发、压缩、冷凝等）等，对于提高制冷装置的效率、节约能源、保护生态环境具有极其重要的意义，也是制冷行业和制冷学科的研究热点。2.2.1研究制冷循环改进制冷系统的设计制冷循环是制冷系统设计的基础。对制冷循环的研究包括：研究新的制冷循环或制冷方法，实现能量的更有效转化；改进制冷系统，发掘节能潜力，实现任意环境不同工况下机组的高效运行；探索特殊制冷尤其是低温制冷技术的普冷化方法。2.2.2开发节能型制冷压缩机从应用的领域和市场保有量来看，压缩式制冷循环在制冷装置中仍占据主导地位，因此作为制冷与空调装置心脏的压缩机
12、技术的研发就成为核心问题，而制冷与空调系统节能的关键技术之一，就是开发生产节能高效的制冷压缩机。除了不同结构型式的压缩机采用新技术以提高工作效率外，变频与变容量压缩机的开发也是实现制冷与空调系统高效运行的重要技术，它不仅可以减少断续运行造成的能量损失（主要是建立高低压力差需要的功耗），而且可以缩小被调节环境的温度差从而增加了舒适性。变频压缩机具有高效、节能和控温精度高的优点，是制冷压缩机技术发展的热点，变频空调器将是未来市场的主要走向之一。这种压缩机的转速随频率而变化，转速变化则几乎与排气量或制冷量成正比例关系。变频与控制相结合,可根据设定温度要求实现制冷量供需的基本平衡和系统的高效率运行，达
13、到节能的目的。如果采用季节能效比来分析制冷和空调的用能效率,变频技术比固定转速压缩机可节能30%以上。变频技术还可以减轻制冷设备在非满负荷条件下工作以及频繁启停对电网电压造成的影响。近几年，变频调速的制冷空调设备有了较快的发展，在日本的变频空调已经占据80%90%的市场份额。在我国，未来变频空调技术的发展应以开发生产变频性能更好的直流变频压缩机，以及与之配套的直流变频电机、变频控制器为主。变频压缩机主要的研发方向是解决低速运转时的振动问题和润滑油供给问题，高速运转时的轴承负荷问题、摩擦和磨损问题以及设计制造问题等。变排量技术是在相同转速下实现气量（制冷量）调节的一种实用技术，它是通过压缩机自身
14、吸气量的改变来实现制冷量的调节。变排量技术是在保证制冷系统尤其是压缩机高效工作的前提下实现冷量供需平衡的最简单也是最有效的手段之一。它与变转速相结合可以实现制冷量的更有效调节。目前，在车用空调系统中压缩机的变排量技术已有成功的应用。2.2.3提高热交换设备的传热性能 换热设备是制冷系统中重要部件之一，其效率的提高是制冷机节能的一项重要措施，如利用强化传热技术，在系统中设置过冷却器等。目前有些空调产品的能效比已经超过6.0，采取的主要措施之一就是增加换热器的面积或提高换热器效率，使实际制冷循环的高低温热源温度差缩小，即冷凝温度接近过冷温度、蒸发温度接近过热温度，增加了制冷量却减小了压缩过程的耗功
15、。2.2.4制冷及空调装置运行的智能控制智能控制技术在在一定程度上直接反映了制冷机组的水平。当前，制冷装置的自动化已经从单机自动安全保护、单机自动运转发展为多机组自动控制，甚至直接用电子计算机检测和控制，以实现运行工况最佳化，从而大大降低能量消耗。一台具有节能优化控制软件的机电一体化空调器比通常恒温空调器节能40%左右。智能控制的研究方向有以下几个方面：控制原理、目标和器件；遗传算法等与模糊控制的结合；制冷系统的网络控制等。2.2.5 其他地温热源的利用。实现“冬暖夏凉”是大部分制冷与空调装置的直接目的，地温（包括土壤、地下水）等就具备这种特性，为此地温的应用就成为制冷技术研究的一个方面。地温可以被直接用来冷却被冷却介质，
