《制冷压缩机 教学课件 ppt 作者 吴业正 第三章 滚动转子式制冷压缩机》由会员分享，可在线阅读，更多相关《制冷压缩机 教学课件 ppt 作者 吴业正 第三章 滚动转子式制冷压缩机（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,第三章 滚动转子式制冷压缩机 3.1 工作原理、结构特点及发展状况 3.2 主要热力性能 3.3 动力学分析及主要结构参数 3.4 振动与噪声 3.5 摆动转子式压缩机,3.1,工作原理、结构特点及发展状况,一、概述 汽缸 偏心轴 滚动转子 滑片 排气阀 弹簧 外壳等,结 构 组 成,转子沿气缸内壁滚动，与气缸间 形成一个月牙形的工作腔，滑片 靠弹簧的作用力使其端部与转子,紧密接触，将月牙形工作腔分隔 为两部分，滑片随转子的滚动沿 滑片槽道作往复运动。 端盖与气缸内壁、转子外壁、滑 片及转子与气缸切线(点)构成封 闭的气缸容积，即基元容积。 基元容积大小随转子转角变化， 是转子转角的函数。容
2、积内气 体压力随基元容积大小而改变， 从而完成压缩机的工作过程。,基 元 容 积,工作原理 利用一个偏心圆筒形转 子在气缸内转动改变工作 容积，实现气体的吸入、 压缩和排出。,二、压缩机工作过程,=,= 2,=4- =2+,再度压缩 =4-,=2+ ：转子转角,几个特征角,吸气孔口后边缘角 （顺旋转方向）可构成吸气封闭容积= 时吸气开始 ，大小影响吸气开始前吸气腔 中的气体膨胀，造成过度低压或真空。 吸气孔口前边缘角 造成在压缩过程开始前吸入的气体向吸气 口回流，导致输气量下降。为减少的不利 影响，通常3035。 排气孔口后边缘角 影响余隙容积的大小，通常3035。 排气孔口前边缘角 构成排气
3、封闭容积，造成气体再度压缩。 排气开始角 开始排气时基元容积内气体压力略高于排气 管中压力，以克服排气阀阻力顶开排气阀。,工作过程,气体压力-转角曲线 基元容积-转角曲线,图4-3,Pdk Ps0,Vmax,工作容积与气体压力随转角的变化 2 + vd ,4 ,工作过程总结 气体的吸气、压缩、排气过程是在转子的两转中完成，但 因转子切点与滑片两侧的两个腔同时进行吸气、压缩、排 气的过程，故可以认为压缩机一个工作循环仍是在一转中 完成的。 特征角、对压缩机的性能有影响。和角 分别决定吸、排气封闭容积的大小；角直接影响排气量 ，它的存在使达最大基元面积( =2)后，基元面积在与 吸气孔口相连通的情
4、况下再次缩小(=22+)，产 生吸气倒流；角表示余隙容积的大小。在结构设计可能 的前提下，、 应尽可能小。,三、主要结构形式及特点 主要结构形式: 小型全封闭式 卧式：主要用于冰箱、冷柜 立式：主要用于空调器 立式全封闭滚动转子式压缩机结构 吸气由机壳下部接管直接进入气缸，吸气管上装有气液 分离器，润滑油经下部弯管小孔被吸入气缸。高压气体直 接排入机壳中。外壳还装有过载保护器，内部无减振机构 ，润滑系统靠离心和压差供油。,特点 优点： 结构简单，零部件几何形状简单，便于加工及流水线 生产； 体积小，质量轻，与同工况往复式比较，体积、重量 可减少4050； 易损件少，运转可靠； 效率高， 因为没
5、有吸气阀故流动阻力小，且吸气过 热小，在制冷量为3kW以下场合使用时尤为突出。 缺点： 只利用了气缸的月牙形空间，气缸容积利用率低 ； 滑片作往复运动，依然是易损零件； 存在不平衡的旋转质量，需要平衡质量来平衡。,四、目前发展趋势 变频压缩机的发展 采用变频调速技术进行能量调节，使制冷量与系统负荷协调变化，使机组 在各种负荷条件下都具有较高能效比。具有节能、舒适、启动快速、温控精度 高、易于实现自动控制等优点。（图4-6由交流变频式电动机驱动曲轴旋转， 依靠电源频率变化使电动机转速变化，达到连续调节制冷能力的目的。） 双缸滚动转子式压缩机的发展 双缸滚动转子式压缩机的两个气缸相差180对称布置
6、，可使负荷扭矩变化 趋于平缓，广泛用于较大功率场合。（图4-8） 提高压缩机的经济性及可靠性 借助计算机对压缩机工作过程进行性能仿真，对主要部件如轴承、滑片、 滚动转子、排气阀等结构进行特性分析及噪声、振动的仿真，可对压缩机的经 济性和可靠性、噪声和振动进行预测，对满足各种要求的滚动转子式压缩机进 行优化设计。 对降低噪声提出更高要求 减少曲轴及轴承的振动，改进压缩机与机壳的连接系统，开发各种新型消 声结构和排气阀等。,3.2,主要热力性能,输气量及其影响因素 理论输气量（汽缸工作容积与转速的乘积）,实际输气量,qva = v qvt,qvt = 60nV p,(m3/h),(m3/h),v
7、= v p t l h （回流系数） v 0.7 0.9 容积效率表征汽缸工作容积的利用程度，反映由于余隙容积、 吸气阻力、吸气加热、气体泄漏和吸气回流造成的容积损失，其 值大于往复式压缩机。,影响输气量的因素,容积系数v 余隙容积的组成： 转子与气缸的切点T 达到4-位置时,存有高压气体的气缸容积Vc； 排气阀下方排气孔的容积； 排气孔入口处气缸被削去部分的容积。 压力系数p ：表征吸气压力损失对输气量造成的影响； 温度系数T ：反映由于吸入气体被加热造成输气量的减少； 泄漏系数f ：表征气缸中气体泄漏对输气量造成的影响； 回流系数 h ：回流使输气量减少。,输气量调节方法 一、变频调节 二
8、、旁通调节 三、多机并联调节,3.3,动力学分析及主要结构参数,一、 变频调节 具有节能、舒适、启动快 速、温控精度高和易于实 现自动化等优点。 启动时压缩机高速运转， 快速接近暖房设定温度， 当室内温度趋向适合温度 时，压缩机低速运转，可 减少开停次数，并使室温 变化很小，达到既节能又 舒适的目的。 包括 交流 变频器调速和 直流变频器调速。 采用变频调节的热泵空调机运行特性,1、 交流变频器调速 变频器是使交流电频率发生连续变化的装置。它首先 通过整流器将交流电转换为直流电，然后再通过逆变器 将直流电经控制电路转换成频率可变的交流电； 变频器有电流源型和电压源型，又根据控制电路调制 方式分
9、为脉宽调制方式（PWM方式）和脉幅调制方式 (PAM方式），当前空调器用制冷压缩机的电动机变频 器多采用电压源型PWM方式。,交 流 变 频 器,交流变频器的工作过程,温度传感器测出房间温度 及换热器温度送入微机，经 运算后将信息送入数字信号 控制电路进行波形成型处理 ，然后送入逆变器，将由整 流器送来的直流电转换为频 率可变的交流电，去驱动感 应电动机。 当传感器测出的冷房温度 大于设定温度，则经微机运 算再通过数控电路，使逆变 器输出的交流电频率升高， 电动机转速增加，制冷量增 大，冷房温度降低至设定值 ，完成能量调节。,交流变频器调速 感应电动机的转速n与交流电输入频率的关系为: 假定s
10、为常量，改变交流电的频率就可以改变电动机转速，压缩机的输 气量与电动机的转速成正比，若交流电频率连续变化，则转速连续变化，从 而实现了输气量的连续调节、达到了制冷量连续调节的目的。该方法空调工 作功率的变化呈阶梯性变化，一般只分为几档。,2、 直流变频器调速,采用直流变频器将50Hz或60Hz固定频率的交流电转变成直流电，对直流电动机 进行调速，省却了交流变频器又将直流变成交流的麻烦，使电器元件减少； 直流变频呈线性平滑的变化，空调工作时可在功率范围内任意递增或递减，空 调功率可随温度出现精确变化，故更省电； 直流变频压缩机的电动机转子采用稀土永磁材料制成（永磁无刷直流电动机） ，定子产生旋转
11、磁场与转子永磁磁场直接作用，实现压缩机运转，可通过改变 供给电机的直流电压来改变电机转速（调整电枢电压法），为得到可调整的直 流电源，广泛采用脉宽调制系统（PWM系统）。 直流变频压缩机不存在定子旋转磁场对转子的电磁感应作用，克服了交流变频 压缩机的电磁噪音与转子损耗，具有比交流变频压缩机效率高与噪音低特点， 直流变频压缩机效率比交流变频压缩机高10%-30%，噪音低510 dB 。,无刷直流电动机 无刷直流电动机由直流电源供电，在结构上没有电刷和 换向器，其绕组里的电流变化（通、断和方向）是通过电 子换向器（控制器）实现的，电流以方波形式变化。 永磁无刷直流电动机的电动机转子采用稀土永磁材料
12、制 成，其结构形式与无刷直流电动机一样，但其绕组电流按 正弦规律变化。,无刷直流电动机的工作原理,3、 变频调节给压缩机带来的问题 压缩机高速运转时： 运动部件的磨损增加； 气体流经排气阀的流动损失增加，并导致排气阀片产生延 迟关闭，阀片寿命降低； 润滑油循环率随转速增加而增加； 各种杂质随润滑油进入运动部件间隙中，引起部件损伤； 噪声增加。 压缩机低速运转时：导致泄漏量增加 压缩机振动随转速变化加剧,二、 旁通调节 1、单缸机旁通调节 在压缩腔设置旁通孔D，使一部分被压缩气体返回吸气腔，其输气量 调节范围一般在100%70%，由旁通孔位置决定。 2、双缸机旁通调节 电磁控制阀10控制左缸中被
13、压缩的气体引入右缸，使卸载阀13动作， 关闭右缸吸气孔口8，右缸进入空运转，压缩机输气量减少一半，达到调 节负荷的目的。,三、多机并联调节 当需要的制冷量（或制热量）变化范围较大时， 采用多台压缩机并联进行制冷量调节是比较高效、 经济的调节方式，并且可以减少单台压缩机的停机 次数，延长压缩机的寿命； 多机并联运行按制冷量大小的需要，可以只运行 一台，也可以多台全部同时运行。,双作用滚动活塞压缩机,传统的滚动活塞压缩机压缩转矩波动大，导致 机器振动大、压缩机配管容易损坏。为解决这 一问题，提出了气缸内具有两个工作室的双作 用滚动活塞压缩机。 工作原理 双作用滚动活塞压缩机是在普通滚动活塞 压缩机
14、滑板的对称位置上，再增加一个滑 板（包括滑板弹簧）。每个滑板的两侧都 开有吸、排气孔口。 两个滑板将气缸与滚动活塞间的月牙空间 分为三部分，即有三个工作腔：吸气腔、 压缩腔、中间腔。 针对每个工作腔而言，主轴旋转一圈半才 完成一个完整的工作循环；对整个压缩机 来说，三个工作腔同时工作，主轴每转一 转排气两次。,一、滚动转子式制冷压缩机的振动,引起振动的原因 压缩机曲柄-连杆机构运动时形成的惯性力； 由于气流脉动引起的管系振动。 惯性力 往复惯性力：取决于曲柄-连杆机构的运动及质量分布，为活塞组和连杆往复运动 部分产生的往复惯性力之和。 旋转惯性力 换算到曲柄销中心的曲柄质量与曲柄销质量之和产生
15、的旋转惯性力； 连杆旋转质量产生的旋转惯性力。 惯性力平衡 单缸 多缸,3.4 振动和噪声,1 、曲柄-连杆机构的惯性力和惯性力矩 曲柄-连杆机构的运动特征 活塞的直线运动（活塞加速度aj，式3-35） 曲柄销的旋转运动（曲柄销径向加速度ar，式3-36） 连杆的质量代替系统 假定连杆质量集中于连杆小头中心和连杆大头中心，构成两质量系统 （mc1往复运动质量， mc2旋转运动质量，式3-37， 3-38 ）。 往复惯性力Fj（式3-40） 一阶往复惯性力Fj1 二阶往复惯性力Fj2 旋转惯性力Fr（式3-41） 往复惯性力矩和旋转惯性力矩 力矩产生原因：曲轴各曲拐上的惯性力不在同一个曲 轴旋转
16、平面上。,2 、滚动转子式的惯性力平衡 单缸压缩机 旋转惯性力Fr平衡：在曲柄相反方向装平衡块完全平衡 （图3-155a，式3-42）； 往复惯性力Fj平衡：用平衡块部分平衡（图3-155b）。 多缸压缩机 立式两缸（两曲拐夹角为180度） 旋转惯性力Fr平衡：相互抵消； 往复惯性力Fj平衡：作用在两个曲拐上的一阶往复惯性 力Fj1相互抵消； 旋转惯性力矩平衡：在曲柄相反方向设置两个平衡块 （图3-156，式3-44）； 往复惯性力矩平衡：用平衡块部分平衡。 角度式（图3-157，角度式压缩机的汽缸布置和平衡块位置； 表3-6，各种压缩机的惯性力平衡计算公式。）,二、滚动转子式制冷压缩机的噪声 机械噪声 相对运动零件间隙产生的撞击 机体、管路、支承件振动 阀
