制冷压缩机.pdf
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1、制冷压缩机电子教案 第 1 页 共 121 页 绪绪 论论 1.制冷机制冷机 一种将热量从低于环境介质温度的物体中转移到环境介质中去,这种机器称为制冷机。 2.制冷机分类制冷机分类 压缩式制冷机(包括蒸汽和空气压缩机两种)、吸收式制冷机和蒸汽喷射式制冷机三种类型,其中尤以蒸汽压 缩式制冷机应用最为普遍。 3.制冷压缩机的作用制冷压缩机的作用 为了能连续不断地制冷,需用压缩机将已汽化的低压蒸汽从蒸发器中吸出,并对其做功,压缩成为高压的过 热蒸汽, 再排入冷凝器中(提高压力是为了使制冷剂蒸汽容易在常温下放出热量而冷凝成液体)。 在冷凝器中利用冷 却水或空气将高压的过热蒸汽冷凝成为液体并带走热量,制
2、冷剂液体又从冷凝器底部排出。如此周而复始,实现连 续制冷。 概括地说,这种制冷方法是使制冷剂在低温低压的条件下汽化而吸取周围介质的热量,并在常温高压的条件 下冷凝液化而放出热量由冷却水(或空气)带走。 欲使制冷剂实现这样的热量转移, 必须提供与蒸发温度和液化温度 相对应的低压和高压条件,而这一条件正是由压缩机创造的。因此,在蒸汽压缩式制冷循环中,只能有了压缩机, 制冷机才能将低温物体的热量不断地转移给常温介质,从而达到制冷的目的。 只能有了压缩机, 制冷机才能将低温物体的热量不断地转移给常温介质,从而达到制冷的目的。 一、制冷压缩机的种类与分类一、制冷压缩机的种类与分类 制冷压缩机根据其工作原
3、理可以分为容积型和速度型两大类。见图 1 1、压缩机的种类、压缩机的种类 1)容积型压缩机 用机械的方法使密闭容器的容积变小,使汽体压缩而增加其压力的机器,称为容积型压缩机。它有两种结构 型式:往复活塞式(简称活塞式)和回转式。 2)速度型压缩机速度型压缩机 用机械的方法使流动的汽体获得很高的流速,然后在扩张的通道内使汽体流速减小,使汽体的动能转化为压 力能,从而达到提高汽体压力的目的,这种机器称为速度型压缩机,属于这一类的有离心式制冷压缩机。 综上所述,制冷压缩机的分类可概括如下:综上所述,制冷压缩机的分类可概括如下: 2、压缩机的分类、压缩机的分类 1)按工作的蒸发温度范围分类 PDF 文
4、件使用 “pdfFactory“ 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 2 页 共 121 页 对于单级制冷压缩机,一般可按其工作蒸发温度的范围分为高温、中温和低温压缩机三种。 2)按密封结构形式分类 A .开启式压缩机 B. 半封闭式压缩机 C. 全封闭式压缩机 二、制冷压缩机的当前发展概况二、制冷压缩机的当前发展概况 图 2 表示了目前各类压缩机的大致应用范围及其制冷量大小。下面分别介绍各类压缩机的发展概况。 1、活塞式制冷压缩机 2、螺杆式制冷压缩机 3、转子式制冷压缩机 4、涡旋式制冷压缩机 5、离心式制冷压缩机 三、环境保护对压缩机提出的要求三、环境保护对压缩机提出的要求 随着工业
5、的发展伴之产生的对地球的污染越来越严重,环境保护已成为全球关注的重要问题。 而在制冷与空调领域中 CFCS和 HCFCS对大气臭氧层的破坏以及能源消耗造成的全球变暖,都是压缩机在设计 时应高度重视的问题。 制冷剂的选用是影响压缩机设计的诸多因素中应予高度重视的一个问题制冷剂的选用是影响压缩机设计的诸多因素中应予高度重视的一个问题 其一:压缩机必须把其工作容积的尺寸重新划定,以适应不同流量的压力的要求; 其二:压缩机中与制冷剂接触的各种材料之间的相容性,如合成橡胶和润滑油,必须给予解决。 图 3 表示了欧洲原来常用的 CFC-11、CFC-12、HCFC-22 和 R502 的应用领域及其可能采
6、用的替代剂(箭头横 线之下)。 PDF 文件使用 “pdfFactory“ 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 3 页 共 121 页 第一章第一章 容积型制冷压缩机的热力学基础容积型制冷压缩机的热力学基础 容积型压缩机是蒸气压缩式制冷机中应用领域最广泛、使用数量最多的压缩机,它们的功率可以从几十瓦到 几千千瓦的宽广范围。尽管容积型压缩机的结构形式众多,但究其热力学基础还有许多部分是相同的。 第一节第一节 单级活塞式压缩机的理论循环单级活塞式压缩机的理论循环 单级活塞式压缩机的理论循环的假设条件:单级活塞式压缩机的理论循环的假设条件: 1、压缩机没有余隙容积 2、吸汽与排汽过程中没有压力损
7、失 3、吸汽与排汽过程中无热量传递 4、无漏汽损失 5、无摩擦损失 一、活塞式压缩机的理论输汽量一、活塞式压缩机的理论输汽量 1.气缸工作容积 Vp,单位为 m 3 2.理论容积输气量 qvt(或称理论排量),单位为 m 3/h 是指压缩机按理论循环工作时,在单位时间内所能供给、按进口处吸气状态换算的气体容积。 (1-2) 3.压缩机的理论质量输气量 qm t,单位为 kg/h (1-3) 二、压缩机消耗的理论功率二、压缩机消耗的理论功率 1.理论循环所消耗的理论功 Wts,单位为 J, W ts =1 2 Vd p (1-4 ) 2.即单位绝热理论功 Wt s为,单位为 J, W ts =
8、h 2 - h 1 (1-4a ) 3.压缩机所消耗的理论功率 Pts,单位为 kw PDF 文件使用 “pdfFactory“ 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 4 页 共 121 页 第二节第二节 容积型压缩机的实际性能容积型压缩机的实际性能 1、压缩机中的压力降 2、制冷剂的受热 3、气阀运动规律不完善带来的效率下降。 4、制冷剂泄漏的影响。 5、再膨胀的影响 6、压缩过程偏离等熵过程 7、压缩过程的过压缩和欠压缩。 8、润滑油循环量的影响。 9、压缩机的机械摩擦损失和内置电动机(封闭式压缩机)的电动机损失。 第三节第三节 内容积比固定的压缩机的附加功损失内容积比固定的压缩机的附加
9、功损失 在那些具有固定内容积比的容积型压缩机中,在工作中会发生过压缩和欠压缩的压缩过程。 一、内容积比一、内容积比 1.内容积比V 是指这类压缩机吸汽终了的最大容积 V1与压缩终了的容积 V2的比值,即 ( 1-6 ) 2.内压力比 工作容积内压缩终了压力 P 2与吸汽压力 P1的比值,称为内压力比 PDF 文件使用 “pdfFactory“ 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 5 页 共 121 页 二、附加功损失二、附加功损失 内压力比与外压力比不相等时,会产生附加功损失。 讨论三种情况: PdP2 Pd = P2。 PdP2 。 由此,当压缩机内压缩终了压力与排汽管内气体的压力不相等
10、,即内压力比与外压力比不等时,将产生附加 功损失,从而降低压缩机的指示效率。所以,应力求压缩机的实际运行工况与设计工况相等或接近,以使压缩机获 得运行的高效率。 第四节第四节 制冷压缩机的基本性能参数制冷压缩机的基本性能参数 一、实际输气量一、实际输气量 在一定工况下,单位时间内由吸气端输送到排气端的气体质量称为在该工况下的压缩机质量输气量 qma,单位 为 kg/h。 (1-8 ) 二、输汽系数二、输汽系数 压缩机的实际输汽量与理论输汽量之比称为输汽系数。 (1-9 ) 它用于衡量容积型压缩机气缸工作容积的有效利用程度。 三、制冷量三、制冷量 所谓压缩机的制冷量,就是压缩机在一定的运行工况下
11、,在单位时间内被它抽吸和压缩输送的制冷工质在蒸 发制冷过程中从低温热源(被冷却的物体)中所吸取的热量。 在给定工况下压缩机的制冷量 Q0可用下式计算。即: Q0 = qmaq 0 = qvtqv kW (1-10) PDF 文件使用 “pdfFactory“ 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 6 页 共 121 页 为了便于比较和选用,有必要根据其不同的使用条件规定统一的工况来表示压缩机的制冷量,表 1-1 和表 1-2 列出了我国有关国家标准所规定的不同形式的单级小型活塞式制冷压缩机的名义工况及工作温度。 表表 1-1 有机制冷剂压缩机名义工况有机制冷剂压缩机名义工况 (单位:单位:)
12、 类型 吸入压力饱和温度 排出压力饱和温度 吸入温度 环境温度 7.2 54.1(1) 18.3 35 高温 7.2 18.9(2) 18.3 35 中温 -6.7 48.9 18.3 35 低温 -31.7 10.6 18.3 35 (1)为高冷凝压力工况 (2)为低冷凝压力工况 表中工况制冷剂液体的过冷度为 0 表表 1-2 无机制冷剂压缩机名义工况无机制冷剂压缩机名义工况 (单位:单位:) 类型 吸入压力饱和温 度 排出压力饱和 温度 吸入温度 制冷剂液体温 度 环境温度 低温 -13 30 -10 25 32 四、制四、制(排排)热量热量 制(排)热量是压缩机的制冷量和部分压缩机输入功
13、率的当量热量之和, 从图 1-3a 上所示的实际制冷循环或热泵循环 Ph 图可见,在一定工况下的排热量 Qh为 Qh = qm a(h2h3)= qm a (h1h4) + (h2h1) = qmaq0 + qma(h2h1) = QO + qma(h2h1) 从图 1-3b 的压缩机的能量平衡关系图上不难发现 qma(h2h1)PelQr 于是可得 Qh = Q0 + PelQr = Q0 + f Pel (1-11) 五、指示功率和指示效率五、指示功率和指示效率 单位时间内实际循环所消耗的指示功就是压缩机的指示功率 Pi,单位为 kW,它等于 (1-12) PDF 文件使用 “pdfFac
14、tory“ 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 7 页 共 121 页 制冷压缩机的指示效率 i是指压缩 1kg 工质所需的等熵循环理论功 与实际循环指示功 i(单位为 J/kg)之 比。 (1-13) i是用以评价压缩机气缸或工作容积内部热力过程完成的完善程度。 六、轴功率、摩擦功率和轴效率、机械效率六、轴功率、摩擦功率和轴效率、机械效率 由原动机传到压缩机主轴上的功率称为轴功率 P e,它的一部分,即指示功率 Pi直接用于完成压缩机的工作 循环,另一部分,即摩擦功率 Pm用于克服压缩机中各运动部件的摩擦阻力和驱动附属的设备。 (1-14) 轴效率 e是等熵压缩理论功率与轴功率之比,用它
15、可以评定主轴输入功率的利用完善程度,较适用于开启 式压缩机。 (1-15) 机械效率 m是指示功率和轴功率之比,用它可以评定压缩机摩擦损耗的大小程度。 (1-16) (1-17) 七、电功率和电效率七、电功率和电效率 输入电动机的功率就是压缩机所消耗的电功率 Pel, 电效率el是等熵压缩理论功率与电功率之比, 它是用以评 定利用电动机输入功率的完善程度。 (1-18) 对于封闭式制冷压缩机,其电动机转子直接装在压缩机的主轴上,所以电效率对它较为适用 (1-19) 八、性能系数八、性能系数 为了最终衡量制冷压缩机的动力经济性,采用性能系数 COP(Coefficient of performa
16、nce),它是在一定工况 下制冷压缩机的制冷量与所消耗功率之比。对于开启式压缩机,其性能系数 COPe,(单位为 w/w)为 (1-20) 对于封闭式压缩机,其性能系数为 (1-21) 性能系数也有另一种名称单位输入功率制冷量,其定义相同。 对于封闭式制冷压缩机,性能系数还有另一种表达形式能效比 EER(Energy Efficiency Ratio),其单位 为 W/W 或 Btu/(w-h),使用时要注意其单位。 第二章第二章 活塞式制冷压缩机活塞式制冷压缩机 第一节第一节 活塞式压缩机概述活塞式压缩机概述 一、压缩机分类一、压缩机分类 1、 1、 按使用的工质分类 分为氨压缩机、氟利昂压
17、缩机、异丁烷压缩机等。 2、 2、 按气缸布置方式分类 分为卧式、直立式和角度式三种类型。如图 2-1 所示。 3、 3、 按压缩机的密封方式分类 分为开启式和封闭式两大类。 PDF 文件使用 “pdfFactory“ 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 8 页 共 121 页 4、 4、 按制冷量的大小分类 配用电动机功率不小于 0.37kW、气缸直径小于 70mm 的压缩机为小型活塞式制冷压缩机;气缸直径为 70170mm 的压缩机为中型活塞式制冷压缩机。 5、 5、 按气体压缩的级数分类 分为单级压缩和多级(一般为两级)压缩制冷压缩机。如果有一台压缩机来实现两级压缩,则又称为单机 双
18、级制冷压缩机。 6、 6、 按活塞行程分类 分为短行程和长行程两种。 二、压缩机的型号及基本参数二、压缩机的型号及基本参数 按 GB108711989 规定,小型活塞式单级制冷压缩机的型号表示如下: 开启式压缩机的基本参数规定:气缸直径为 60mm、转速范围为 6001500r/min。半封闭式压缩机基本参数规 定:气缸直径为 30mm40mm50mm60mm,名义转速为 1440r/min。 中型活塞式单级制冷压缩机的型号表示: 压缩机组型号表示: PDF 文件使用 “pdfFactory“ 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 9 页 共 121 页 小型、中型活塞式单级制冷压缩机的基本
19、参数见表 2-1 和表 2-2。 表表 2-1 小型活塞式单级制冷压缩机的基本参数小型活塞式单级制冷压缩机的基本参数 类 别 缸径/mm 行程/mm 转速范围/ (r/min) 开启式 50,60 44 6001500 半封闭式 30, 40, 50, 60 44 1440 表表 2-2 中型活塞式单级制冷压缩机的基本参数中型活塞式单级制冷压缩机的基本参数 容积排量(8 缸) 类别 缸 径 /mm 行程 /mm 转速范围 /(r/min) 缸数 最高转速 (r/min) 排量 /(m3/h) 最高转速 /(r/min) 排量 /(m3/h) 70 232.6 129.2 半封 闭式 70 55
20、 18001000 2,3,4,6, 8 1800 182.6 1000 101.5 100 565.2 282.6 100 80 1500750 1500 452.2 750 226.1 110 777.2 388.6 125 100 1200600 1200 706.5 600 353.3 开启 式 170 140 1000500 2,4,6,8 1000 1524.5 500 762.8 目前国内生产厂家在样本等资料上,仍习惯于沿用老的压缩机型号表示方法,即 PDF 文件使用 “pdfFactory“ 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 10 页 共 121 页 第二节第二节 第二节
21、第二节 活塞式压缩机的基本结构和工作过程活塞式压缩机的基本结构和工作过程 一、基本结构和名词术语一、基本结构和名词术语 1、基本结构 各种活塞式制冷压缩机的制冷量、外形、制冷剂、用途等不尽相同,但其基本结构和组成的主要零部件都大 体相同,即包括机体、曲轴、连杆组件、活塞组件、吸排汽组件、汽缸套组件等。图 2-2 即为一台立式两缸活塞曲 柄连杆式制冷压缩机的结构轴测图。 PDF 文件使用 “pdfFactory“ 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 11 页 共 121 页 2、名词术语 下面利用图 2-3 介绍压缩机的有关名词术语。 1外止点(上止点):活塞在汽缸中作反复运动时,离曲轴旋转
22、中心最远的位置,如图 2-3(a)所示。 2内止点(下止点):活塞在汽缸中作反复运动时,离曲轴旋转中心最近的位置,如图 2-3(b)所示。 3活塞行程:外止点与内止点之间的距离,通常用 S 表示,等于曲柄半径 R 的两倍,即 S=2R,单位为米(或 毫米)。 4余隙容积:活塞位于外止点时,活塞顶面与汽缸端面之间的容积,汽阀通道(与汽缸一直相通的)及第一 道活塞环以上的环形容积的总和(图 2-3(a),以 Vc 表示。 5相对余隙容积:余隙容积与汽缸工作容积之比,以 C 表示, 即 式中:Vc 余隙容积; Vp 汽缸工作容积。 二、压缩机的工作过程二、压缩机的工作过程 1、 1、 理想工作过程
23、2、 2、 实际工作过程 压缩机的实际工作过程与理想工作过程存在着较大的区别。实际工作过程如图 2- 5 所示。 PDF 文件使用 “pdfFactory“ 试用版本创建 制冷压缩机电子教案 第 12 页 共 121 页 第三节第三节 活塞式压缩机的热力性能活塞式压缩机的热力性能 一、输汽系数及其影响因素一、输汽系数及其影响因素 由于余隙容积,吸汽和排汽压力损失,汽体与汽缸壁之间的热量交换以及泄漏等因素的影响。压缩机的实际 输汽量总是小于它的理论排汽量。 压缩机的实际输汽量 qVa与理论输汽量 qV t的比值,称为压缩机的输汽系数,即 输汽系数综合了影响压缩机实际排汽量的各种因素,是评价压缩
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