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1、第5章,5.1 简述 5.1.1 制冷压缩机的种类 5.1.2 制冷压缩机的分类 5.2 活塞式制冷压缩机 5.2.1 活塞式制冷压缩机基本结构 5.2.2 活塞式制冷压缩机工作原理 5.2.3 单级活塞式制冷压缩机的理论工作循环 5.2.4 活塞式制冷压缩机实际循环 5.2.5 活塞式制冷压缩机的型号表示 5.2.6 制冷压缩机工作工况 5.2.7 制冷压缩机性能曲线 5.2.8 压缩机热力性能计算举例,第5章,5.2.9 活塞式制冷压缩机的结构及其部件 5.3 螺杆式制冷压缩机 5.4 离心式制冷压缩机 5.5 涡旋式制冷压缩机 5.6 滚动转子式制冷压缩机 5.7 CO2压缩机,5.1
2、简述,5.1.1 制冷压缩机的种类 5.1.2 制冷压缩机的分类,5.1.1 制冷压缩机的种类,1.容积型制冷压缩机 2.速度型制冷压缩机,1.容积型制冷压缩机,改变制冷蒸气容积而引起压力和温度变化的压缩机叫容积型压缩机。,2.速度型制冷压缩机,消耗外界能量提高气体的速度以增加流动动能,再通过降低气体的流动速度将动能转化为压力位能的压缩机叫速度型压缩机。,5.1.2 制冷压缩机的分类,1.按制冷量分类 2.按压缩级数分类 3.按压缩机蒸发温度范围分类 4.按压缩机的密封方式分类 5.按压缩机的气缸布置方式分类,1.按制冷量分类,分为大型、中型和小型三种。单机制冷量在550kW为大型制冷压缩机；
3、制冷量在25kW以下的为小型；居中者为中型。,2.按压缩级数分类,分为单级和多级压缩机。单级压缩机是指制冷剂蒸气由低压至高压状态只经过一次压缩；多级压缩机是指制冷剂蒸气在一台压缩机中由低压至高压状态经过多次压缩,3.按压缩机蒸发温度范围分类,对于单级制冷压缩机，按其工作的蒸发温度分为高温、中温、低温三种，各蒸发温度范围为：高温压缩机:100；中温压缩机:150；低温压缩机:4015。,4.按压缩机的密封方式分类,图5-1 开启式活塞制冷压缩机结构示意图,4.按压缩机的密封方式分类,图5-2 半封闭式活塞制冷压缩机结构示意图,4.按压缩机的密封方式分类,图5-3 半封闭螺杆式制冷压缩机结构图 1
4、接线盒 2电动机保护装置 3电动机散热肋片 4电动机 5阳转子 6输气量控制器 7滚动轴承 8阴转子,4.按压缩机的密封方式分类,图5-4 全封闭式活塞制冷压缩机结构示意图,4.按压缩机的密封方式分类,图5-5 全封闭涡旋式制冷压缩机结构示意图 1吸气管 2排气孔 3机壳 4排气腔 5静涡旋体 6排气通道 7动涡旋体 8背压腔 9电动机腔 10机座 11电动机 12油池 13曲轴 14、16轴承 15动密封 17背压孔 18十字联接环 19排气管 20吸气腔,5.按压缩机的气缸布置方式分类,图5-6 活塞式压缩机气缸的不同布置方式 a)立式 b)V形 c)W形 d)Y形 e)S形,5.2 活塞
5、式制冷压缩机,5.2.1 活塞式制冷压缩机基本结构 5.2.2 活塞式制冷压缩机工作原理 5.2.3 单级活塞式制冷压缩机的理论工作循环 5.2.4 活塞式制冷压缩机实际循环 5.2.5 活塞式制冷压缩机的型号表示 5.2.6 制冷压缩机工作工况 5.2.7 制冷压缩机性能曲线 5.2.8 压缩机热力性能计算举例 5.2.9 活塞式制冷压缩机的结构及其部件,5.2.1 活塞式制冷压缩机基本结构,图5-7 单缸活塞式压缩 机结构示意图 1曲轴 2气缸体 3吸气管 4吸气腔 5吸气阀 6排气 阀 7排气腔 8排气管 9活塞 10连杆 11曲轴箱,5.2.2 活塞式制冷压缩机工作原理,1.压缩过程
6、2.排气过程 3.膨胀过程 4.吸气过程,5.2.2 活塞式制冷压缩机工作原理,图5-8 活塞式压缩机的四个工作过程 1吸气腔 2排气腔 3吸气阀 4排气阀 5气缸 6活塞,1.压缩过程,该过程的作用是将制冷剂蒸气的压力由蒸发压力提高到冷凝压力。当活塞运行处于最下端位置(称为下止点)时，气缸内充满了从蒸发器吸入的低压制冷剂蒸气，表示吸气过程结束，压缩过程开始。活塞在曲轴连杆机构的带动下开始向上移动，此时，吸气阀关闭，气缸工作容积逐渐减小，封闭于气缸内的制冷剂蒸气受到压缩，比体积变小，温度和压力逐渐升高。当活塞移动到位置时，气缸内的蒸气压力升高到略高于排气腔中的制冷剂蒸气的冷凝压力(背压)时，气
7、体推开排气阀阀片，开始排气，压缩过程结束。制冷剂蒸气在气缸内从吸气时的低压升高到排气压力的过程称为压缩过程。,2.排气过程,该过程是将气缸内的高压制冷剂蒸气送入排气管道和冷凝器。活塞由位置排气阀开启后继续向上运动，此时气缸内制冷剂蒸气的压力不再升高，制冷剂蒸气不断地通过排气阀、排气腔和排气管流向冷凝器。直到活塞运动到最高位置(称为上止点)时排气阀关闭，排气过程结束。制冷剂蒸气从气缸向排气管道输出的过程称为排气过程。,3.膨胀过程,该过程是将存留在余隙容积内处于冷凝压力的制冷剂蒸气通过膨胀降低到蒸发压力。对于任何一台实际运行的压缩机，由于压缩机的结构及制造工艺等原因，气缸中必须留有一些空间和间隙
8、，称为余隙容积。活塞运动到上止点时，排气过程结束时，存留在余隙容积中的气体为高压气体。此时，活塞在连杆作用下开始向下移动，排气阀阀片在背压作用下关闭，余隙容积内气体压力高于吸气腔内的低压气体压力，吸气阀无法打开，吸气腔内的低压气体不能进入气缸。随着活塞下移，余隙容积内的高压气体因气缸工作容积增大而压力下降，直到气缸内气体的压力降至低于吸气腔内气体的蒸发压力时，吸气阀阀片在蒸发压力作用下打开，膨胀过程结束。此时，活塞处于位置。活塞从移动到的过程称为膨胀过程。,4.吸气过程,该过程是将制冷剂蒸气在蒸发压力下由蒸发器经过吸气管和吸气腔吸入气缸。活塞在位置时，吸气阀开启，来自蒸发器内的低压制冷剂气体经
9、过吸气管、吸气腔和吸气阀被吸入气缸中与保留在余隙容积中膨胀后的气体混合，直到活塞运动到下止点的位置，吸气阀关闭。此过程称为吸气过程。,5.2.3 单级活塞式制冷压缩机的理论工作循环,1.活塞式压缩机理论输气量 2.压缩机消耗的理论功率,1.活塞式压缩机理论输气量,图5-9 单级活塞式压缩机的理论循环,2.压缩机消耗的理论功率,压缩机的一个气缸在完成一个理论循环后所消耗的理论功W等于p-V指示图的面积abcda(图5-9)。令活塞对气体所做的功为正值，单位为J,5.2.4 活塞式制冷压缩机实际循环,1.制冷压缩机理论循环和实际循环的差异 2.制冷压缩机的实际循环 3.活塞式压缩机的基本性能参数
10、4.影响活塞式压缩机性能参数的因素,1.制冷压缩机理论循环和实际循环的差异,1)压缩机进、排气压力为非定值，进气压力低于蒸发压力，排气压力高于冷凝压力 压缩机在吸气过程中，制冷剂气体通过吸气、排气截止阀,通过吸气过滤器，通过内置电动机(对封闭式压缩机而言)，流过吸气、排气管道和气腔，通过吸气、排气阀，通过内部消声器，通过油分离器等，均产生局部阻力和沿程阻力损失。 2)制冷剂蒸气与周围物体发生热交换 制冷剂蒸气在流动过程中，从内置电动机吸热(对封闭式压缩机而言)；与压缩机中各种零部件(如：压缩机体，吸、排气通道和腔室，气缸壁，活塞顶部，吸、排气阀，阀板等)进行热交换；吸收从摩擦损耗所转换的热量(
11、如润滑油)等。 3)气阀运动规律的影响 活塞式压缩机的气阀在吸气和排气时，阀片开启和关闭过程形成的阀隙通道面积呈动态变化，由此引起气体流动阻力和作用于阀片上的力是变化的，加之阀片弹力设计有时不尽合理，气阀开启和关闭过程中，气流和阀片相互作用产生振颤现象，使压缩机的功耗增加，效率下降。,1.制冷压缩机理论循环和实际循环的差异,4)制冷剂泄漏的影响 压缩机活塞和气缸壁之间、阀片与阀座之间、活塞环与活塞之间均处于相对运动状态，而且有压差，难免产生制冷剂蒸气泄漏。 5)余隙容积的影响 实际压缩机中，由于生产工艺要求，以及运动部件和静止部件间必须留有间隙，导致气缸余隙容积的存在。 6)压缩机机械摩擦损失
12、和内置电动机(对封闭式压缩机而言)损失 实际压缩机中，相对运动部件摩擦副间会产生摩擦阻力，电动机工作时会产生铜损和铁损。,2.制冷压缩机的实际循环,1)余隙容积Vc中的气体在膨胀过程中与所接触的壁面发生热交换，其强烈程度和热流方向随时间而变。 2)阀的弹簧预紧力作用，使余隙容积中的气体一直膨胀至状态点4时气阀才打开，状态为psl，Tsl的气体被吸入气缸。 3)压缩气体过程中，缸内气体与所接触壁面进行热交换。 4)在排气过程中，气体需克服本身与排气阀通道间的流动阻力，因而排气终止时，ppdh，即：ppdhpdh。 5)气缸内部的不严密性和可能发生的吸、排气阀延迟关闭会引起气体的泄漏损失。 6)对
13、于进入压缩机的制冷剂成分和状态而言，在理论循环中假设制冷剂为纯粹的干蒸气，但在实际运转时，一定数量的润滑油随同制冷剂在制冷系统中循环；此外，有时被吸入的制冷剂为湿蒸气。,2.制冷压缩机的实际循环,图5-10 压缩机的实际工作p-V图,图5-11 单机活塞压缩机理论循环和实际循环比较,3.活塞式压缩机的基本性能参数,1)实际输气量(简称输气量) 在一定工况下，单位时间内由吸气端实际输送到排气端的气体质量称为在该工况下压缩机质量输气量qm,a。 2)输气系数 3)制冷量 制冷量是一个制冷系统性能的重要指标。 4)排热量 排热量是针对热泵系统中的压缩机而言，也是压缩机的一个重要性能指标。 5)压缩机
14、的功率和效率 压缩机在压缩气体时要消耗功率，一部分是直接用于压缩气体，一部分是用于克服机械摩擦，如果将电动机与压缩机整体考虑(半封闭型和全封闭型)，还有一部分功率用于电动机的铜耗。 6)性能系数 性能系数COP(Coefficlent of Performance)也称为单位输入功率的制冷量，是衡量制冷压缩机经济性的一个特性参数，其值是在一定工况下制冷压缩机的制冷量与所消耗功率之比。,图5-12 计算压缩机 排热量的p-h图,4.影响活塞式压缩机性能参数的因素,(1)容积系数V 活塞在气缸中往复运动时，活塞行程的上止点与气缸顶部均需留有一定间隙，以保证运行安全可靠；由于生产工艺原因，最上层的活
15、塞环和活塞顶端间，以及气缸顶部阀板上的排气孔通道都留有空间。 (2)压力系数p 当制冷剂气体通过进、排气阀时，流通面积缩小，气体进、出气缸需要克服流动阻力。 (3)温度系数T 制冷剂蒸气从进入压缩机起(在全封闭压缩机中，从进入机壳起)，到气缸中压缩开始前，一方面不断受到所接触的各种壁面(吸气通道、吸气腔、气阀通道、气缸壁和活塞顶部等)的加热，另一方面与具有较高温度的余隙容积中气体相混合，此外又加入由流动阻力损失转化的热量，使吸入气缸内的气体温度升高，比体积增大，导致进入缸内气体的质量减少。 (4)泄漏系数l 在单级制冷压缩机中，影响输气量的泄漏发生在活塞、活塞环和气缸壁面间以及吸排气阀密封面的
16、不严密处。,(1)容积系数V 活塞在气缸中往复运动时，活塞行程的上止点与气缸顶部均需留有一定间隙，以保证运行安全可靠；由于生产工艺原因，最上层的活塞环和活塞顶端间，以及气缸顶部阀板上的排气孔通道都留有空间。,解式(5-22)，得V=Vc1(5-23),图5-13 压缩机的理论和实际吸、排气过程,(2)压力系数p 当制冷剂气体通过进、排气阀时，流通面积缩小，气体进、出气缸需要克服流动阻力。,(3)温度系数T 制冷剂蒸气从进入压缩机起(在全封闭压缩机中，从进入机壳起)，到气缸中压缩开始前，一方面不断受到所接触的各种壁面(吸气通道、吸气腔、气阀通道、气缸壁和活塞顶部等)的加热，另一方面与具有较高温度的余隙容积中气体相混合，此外又加入由流动阻力损失转化的热量，使吸入气缸内的气体温度升高，比体积增大，导致进入缸内气体的质量减少。,(4)泄漏系数l 在单级制冷压缩机中，影响输气量的泄漏
