上海交通大学：《制冷原理与装置》课程教学资源（课件讲义，双语版）第三讲 压缩机

《制冷原理与技术》陈江平上海交通大举制渗研究所 目录 ■压縮机的类型 ■活蹇式压缩机的工作 过程及热力计算 压缩机的分 Compressor types 制冷压缩机 Open compressors Semi hermetic compressors centrifugal 往复(活套减 回转式 Hermetic compressors Open compressors Semi-hermetic compressors

1 第三讲 压缩机 《制冷原理与技术》 陈江平 上海交通大学制冷研究所 目录 „ 压缩机的类型 „ 活塞式压缩机的工作 过程及热力计算 一、压缩机的分类 制冷压缩机 容积型 速度型 离 心 式 轴 流 式 往复(活塞)式 回转式 斜 盘 式 曲 柄 连 杆 式 电 磁 振 动 式 单 螺 杆 式 螺杆式 双 螺 杆 式 涡 旋 式 滚 动 转 子 式 曲 柄 导 管 式 Hermetic compressors - Reciprocating - Rotary - Scroll - Centrifugal - Screw Open compressors - Reciprocating - Centrifugal - Screw Semi hermetic compressors - Reciprocating - Centrifugal - Screw Compressor types Open compressors Semi-hermetic compressors

Hermetic compressors Compressor types Increasing TR or KI Compressor Compressor specifiction /influence points specification /application Application Evaporation Condensing Main focus Othe discharge tube range inlet path, muffler ouse, sIze Capacity at LBP (low to) Commercial -45 to dead volume robustness Size, HST 50° C Cost, dearance ost, Size, HST Capacity, COP high te robustness dearance flow 60° C cost, COP general bearing frictin 制冷用压缩机发畏趋势 不同种类压縮机特征 81 Scroll 50 00

2 Hermetic compressors Compressor types Increasing TR or KW Screw Compressors Turbo Comprressors Piston Hermetic Piston Semi-hermetic Piston Open Piston Compressors Scroll Compressors Compressor specifiction/influence points „ Capacity, COP general „ discharge tube „ inlet path, muffler „ valves „ Capacity at LBP (low to) „ dead volume „ Capacity, COP high tc „ clearance flow „ COP general „ bearing friction „ motor efficiency discharge valves dead volume clearance bearings inlet motor Compressor specification/application Application Evaporation range Condensing max. Main focus Other important factors Household R & F -35 to -10 °C 60 °C Cost, efficiency Lifetime, noise, size Commercial LBP -45 to -10 °C 50 °C Cost, robustness Size, HST Commercial HBP -10 to +15 °C 50 °C Cost, robustness Size, HST AC 0 to +15 °C 60 °C Cost, efficiency Size 制冷用压缩机发展趋势 不同种类压缩机特征

高速多缸逆流型压缩机(开启式) 运动部件较多、效率低、极限转速较低一 ⊙ 般小于3000RPM。但最成熟应用最广 应用广泛;排气量小一般用于中(60~ 600kW)小(<60kW)型制冷机;有单气缸和 多气缸之分;多缸压缩机可采用卸缸方法 调节负荷;有封闭式 Hermetic和开启式 open-type)之分 2开启式压编机 支 t动帆在式气中逃撸 ■告卖 剖外量大或氨瓜蒲帆 暴红压幢机齣内虾 雪一指气都,是一气,“本系 卸蓑卫 tedde rechange in the hthe laded

3 二、活塞式压缩机 运动部件较多、效率低、极限转速较低一 般小于3000RPM。但最成熟 ,应用最广。 应用广泛；排气量小，一般用于中(60 ～ 600kW) 小(<60kW)型制冷机；有单气缸和 多气缸之分；多缸压缩机可采用卸缸方法 调节负荷；有封闭式(hermetic)和开启式 (open-type)之分 1. 高速多缸逆流型压缩机(开启式) 2.开启式压缩机 特点：„ 电动机在大气中运转 „ 需要轴封 „ 制冷量较大或氨压缩机 开启式多缸压缩机的内部结构 卸载装置 卸载装置 unloader mechanism in the unloaded position unloader mechanism in the loaded position Capacity control system

高武率用玉的:见《玄》 开启式压繪机的轴封 饥压汽 3.封闻式压繪机 4、全封闻活塞压缩机 均采用氟利昂 压缩机与电动机密 分类 半封闭式:电动 有持妾裂 图3-13半封闭式活塞制冷压缩机 1一外壳,2一电动机;3一进气管;4一进气过滤 器;b一连杆;6-板;7一排气管;8—油泵 Small semisealed compressor. Vertical semisealed compressor. 9一油过滤器

4 开启式车用压缩机的结构： 见《汽车空调》 开启式压缩机的轴封 „ 均采用氟利昂 „ 压缩机与电动机密 封在一起 „ 分类： „ 半封闭式：电动机 有独立空间，靠吸 气 冷却或空气冷却 „ 全封闭式：电动机 靠吸气冷却，能耗 大 3. 封闭式压缩机 4、全封闭活塞压缩机 半 封 闭 式 活 塞 压 缩 机 结 构 Small semisealed compressor. Vertical semisealed compressor

4、金劃開贰压繪机蔔构 自一连杆;10活塞,11一气缸盖,12 气红;14隐气管,15一下轴承,16—蓝 17一稳压室 金劐開式殪压繪机2 5、活塞式压缩机工作过程 volume flow rate entering compressor 响殪贰压繪机隴的我數 遐论气 余鼠容积系:汽红内必须冒有余容积 吸气同节流压力系款:吸拌气节漉的影响 预热度系数:吸气受热容积增大 Gas in the clearance volume must expand to v, before the pressure is w enough to open the suction valves and draw more gas

5 4、全封闭式活塞压缩机结构 全封闭式活塞压缩机2 5、活塞式压缩机工作过程 1 2 3 4 V P 1' 1" 2' 3' 0 4' Gas in the clearance volume must expand to V1 before the pressure is low enough to open the suction valves and draw more gas in. ( ) ( ) 3 3 volume flow rate entering compressor m s 100 displacement rate of compressor m s va η = x 3 1 3 volume of gas drawn into cylinder 100 100 useable volume of cylinder va c V V x x V V η − = = − 3 100 c c V m x V V = − 影响活塞式压缩机性能的参数 实际输气量Vs= λ*Vh „ 理论输气量：Vh=nVc „ 容积效率(输气系数) λ ＝λv λp λt λl „ 余隙(容积)系数λv：汽缸内必须留有余隙容积 „ 吸排气阀节流(压力)系数λp：吸排气节流的影响 „ 预热(温度)系数λt ：吸气受热容积增大 „ 泄漏系数λl ：高低压间泄漏

活塞式压缩机输气系数 功率 m膨胀系数氨压缩机,mH氟利昂 与压力的关系 lgph图上 PM吸气阀压力损失 对于氨压缩机, PA =h 4=0.85-0.95 单级、高速多缸压缩机n>720r/minC=0.03~0.04 P R717:R12;R2 n1.281131.18 活塞式压缩机的耗功量 影胸戇屁繪机隴旎的量买国膏 軸功阜P=擔示劝阜P1十摩基功阜P 评价指标 P=M2(h2-h1)/7 指示效事,=Ww1=7f/f1 s COP Pm=P(I/n-1) 廖擦效率=P/P s EER 配用电动机功率 冷凝温度④地 P=(1.10~1.15)Pe/,传动效率 n蒸发温度 电动机输入功率 P4=P/丌 7,=k1+k 漩式与活麥式压縮机效率比较 It High pressure ratios the volumetric efficiency is quite I 1.0 N340 9 NHt′3e 一R2c 08 0.7 06 12345678910112 请注意涡漩式压蠕机农积效率随压比影响较小

6 活塞式压缩机输气系数 m-膨胀系数,氨压缩机, 氟利昂  C-相对余隙容积        −         = 1− 1 1 0 m p p C k λv m=1.1−1.15 m=1.0−1.5 ,-吸气阀压力损失. 1 1 1 1 P C P V p + ∆ = − λ λ ∆P1 对于氨压缩机, 氟利昂 0.03 0.05 1 1 = − ∆ P P 0.05 0.1 1 1 = − ∆ P P = 0.85 − 0.95 λT = 0.95− 0.98 λl 单级、高速多缸压缩机 n > 720r/ min,C = 0.03 ~ 0.04           −         = 0.94 − 0.085 1 0 1 0 n k p p λ R717；R12；R22 n0 1.28 1.13 1.18 1 max 0 1 0 0 1 1 − − =                   −         ⋅ − = k k k k k k h k p p p p p k k W V 与压力的关系 lgp-h图上: w=h2-h1 κ κ 1 1 0 2 −         = P P T T k 功率： „ 轴功率Pe＝指示功率Pi ＋摩擦功率Pm „ Pi=MR(h2-h1)/ηi „ 指示效率， ηi=Wth/Wi=ηv fth/fi „ Pm=Pi (1/ηm-1) 摩擦效率= Pi/Pe „ 配用电动机功率 „ P＝(1.10~1.15)Pe/ηd 传动效率 „ 电动机输入功率 „ Pin=P/ η 0 活塞式压缩机的耗功量 „ 评价指标 „ COP „ EER „ 冷凝温度 „ 蒸发温度 影响活塞压缩机性能的主要因素 压比！ 涡漩式与活塞式压缩机效率比较 请注意涡漩式压缩机容积效率随压比影响较小

3、螺杆式压缩机 螺行贰压繪机的特成: 螺杆式压缩机的特点(与活塞式压缩机比 ■转速高,零部件少 采用喷润滑油或喷冷凝液冷却,排气温度低 易损零件少,维护容易 (近似等温压缩 ■运转平稳,振动小,但噪声大 容积效率高 可承受少量液击 单级压缩比大(20;1) 大中型机组,70~4600kW ■负荷调节能力强,10~100% 单螺杆庶繪机的二作原裏 单螺杆压缩机的工作原理(2) SCREW ROTOR LOAD 电动机 单鄭杆压繪机的內部构 供油机件 轴承 排气口 门转子 滑阌调节 高效油分高器

7 3、螺杆式压缩机 螺杆式压缩机的特点(与活塞式压缩机比)： „ 采用喷润滑油或喷冷凝液冷却，排气温度低 (近似等温压缩) „ 容积效率高 „ 单级压缩比大(20：1) „ 大中型机组，70～4600kW „ 负荷调节能力强，10～100％ „ 转速高，零部件少 „ 易损零件少，维护容易 „ 运转平稳，振动小，但噪声大 „ 可承受少量液击 螺杆式压缩机的特点： 单螺杆压缩机的工作原理 星轮 螺杆 (转子) 进气 排气 单螺杆压缩机的工作原理（2） 星轮 (门转子) 螺杆 滑阀 排气口 进气口 电动机 排气端座 轴承 供油机件 高效油分离器 单螺杆压缩机的内部结构 滑阀调节

敢鄭杆屁繪机的能彌节机构 螺杆压繪机的旎彌节 采用滑阀调节,改变排气量 清负荷时滑阀位置 可实现无级调节 调节范围为10-100% ■可进行卸载起动 部分负荷时滑闻位置 单螺杄丘缩杌的能量琱节机构 单螺杄压缩机的能量调节 滑阀调节 部分负荷时 Slae Vahe in Fuly Lasso 满负荷时 CAPACITY, Percent 双螺杆 双螺杆丘缩机的工作原理 程

8 螺杆压缩机的能量调节 „ 采用滑阀调节，改变排气量 „ 可实现无级调节 „ 调节范围为10~100% „ 可进行卸载起动 单螺杆压缩机的能量调节机构 满负荷时滑阀位置 部分负荷时滑阀位置 .单螺杆压缩机的能量调节机构 滑阀调节 满负荷时 部分负荷时 单螺杆压缩机的能量调节 双螺杆 双螺杆压缩机的工作原理 阴转子 阳 转 子 进气 压缩过程 排气 进气口 排气口

型线发畏 ratio At operating pressure ratios different from the built sses will occur LYSHOLM 1935 SYMME TRIC 1946 线[三 UNSYMMETRIC 1967 D-PROFILE 1982 螺杆式压缩机的COP可达5.7 髙效的螺杆压縮 利用一对亞相啮合的的塌杆耨子的旋特来实现对制冷气体的压缩 和输送,主要由一对阴阳螺杆、油分离器、油注入间、卸载机构 掉气量火 ·高速运时的制冷萱及客积效率比往复式高,没有排气阀,压力 损失小 ·因为压缩腔内存在空隙,有气体泄蠲,在低逮时对 为此要采用粘性大的润滑油起密封作用。但高粘度 好好 省动力,有卸载机构,可根据出风温度或低压压力自动卸载,节 省动力消耗。 寿命长,可靠性高 低速时效率较差 會国创 包压身 奇雄气仰 双螺杆丘缩机的内部构 阴转子滑闐 阳转子

9 型线发展 螺杆式压缩机的COP可达5.7 „ 利用一对互相啮合的的螺杆转子的旋转来实现对制冷气体的压缩 和输送，主要由一对阴阳螺杆、油分离器、油注入阀、卸载机构 组成。 „ 高速运转时的制冷量及容积效率比往复式高，没有排气阀，压力 损失小。 „ 因为压缩腔内存在空隙，有气体泄漏，在低速时对性能影响大， 为此要采用粘性大的润滑油起密封作用。但高粘度油在热交换器 及管路上形成热阻，使换热效率降低，为此要设置油分离器。 „ 省动力，有卸载机构，可根据出风温度或低压压力自动卸载，节 省动力消耗。 „ 寿命长，可靠性高。 „ 低速时效率较差。 高效的螺杆压缩 气体流动方向 有间隔的 降低压力 较少的振动 单位尺寸 排气量大 转动部件少 中间压力制冷剂 隔断吸排气传热 双螺杆压缩机的内部结构 滑阀 阳转子 阴转子 冷媒蒸 气入口 冷媒蒸 气出口

螺杆式冷水机组(1 负荷与容积的关系图 Carrier 30HX 螺杆式冷水机组② ■■ 上载袆冷量控制 压缩机上载 电机 双邮杆輪子 神气口 电 上分

10 螺杆式冷水机组(1) 螺 杆 式 冷 水 机 组 (2) Carrier 30HX 温度 (度) HCFC-22 HFC-134A 0 50 100 150 200 250 300 -12.6 40.2 压力 (PSIG) 30% 降低 经济器连接/电机 冷却接口 上载电磁阀 油过滤器连通 双螺杆转子 压缩部分 排气口 油路电磁阀 电磁阀 上载部分 第1步 第2步 第3步 满载制冷量 最小制冷量 第1阶段 上载 第2阶段 上载 压缩机上载 上载制冷量控制