1、第四章 制冷壓縮機(jī),制冷壓縮機(jī)概述,壓縮機(jī)是蒸氣壓縮式制冷裝置中的一個(gè)重要部分，它是推動(dòng)制冷劑在制冷系統(tǒng)中不斷循環(huán)的動(dòng)力，起著壓縮和輸送制冷劑蒸氣的作用，因此制冷壓縮機(jī)常稱為蒸氣壓縮式制冷裝置的主機(jī)。,制冷壓縮機(jī)的分類,（1）根據(jù)制冷壓縮機(jī)的制冷量的大小不同，可分為以下三類： 小型：制冷量 60KW 中型：制冷量 60400KW 大型：制冷量 400KW,（2）根據(jù)制冷壓縮機(jī)的工作原理不同，可分為以下兩類： 容積型和速度型,容積型壓縮機(jī)機(jī),通過形成的可變工作容積來完成制冷劑蒸氣的壓縮和輸送的。,速度型壓縮機(jī),用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪使制冷劑蒸氣產(chǎn)生壓力同時(shí)獲得動(dòng)能，然后再通過擴(kuò)壓器、蝸殼使蒸氣的動(dòng)能轉(zhuǎn)

2、變?yōu)閴毫δ?，從而完成壓縮和輸送制冷工質(zhì)的任務(wù)。 常見的形式為：離心式壓縮機(jī),第一節(jié) 活塞式制冷壓縮機(jī)的工作過程分析,從熱力學(xué)觀點(diǎn)來評(píng)價(jià)一臺(tái)壓縮機(jī)的完善程度主要有兩個(gè)指標(biāo)：即壓縮機(jī)汽缸的利用程度和功率的消耗大小。 下面就討論壓縮機(jī)實(shí)際工作過程的兩個(gè)指標(biāo)。,活塞式壓縮機(jī)的工作過程,觀看動(dòng)畫,吸氣過程,排氣過程,壓縮機(jī)的理想工作過程在P-V圖上的表示,其理論工作過程：4-1-2-3 由吸氣、壓縮和排氣過程組成 4-1表示氣缸在蒸發(fā)壓力下等壓 吸氣過程； 1-2表示壓縮機(jī)的絕熱壓縮過程， 氣體由蒸發(fā)壓力增大到冷凝壓力； 2-3表示在冷凝壓力下等壓排氣過程，當(dāng)活塞移動(dòng)到上死點(diǎn)時(shí)，氣缸中的氣體全部排出,壓

3、縮機(jī)實(shí)際工作過程在P-V圖上的表示,實(shí)際工作過程為： 4-1-2-3-4 4-1為吸氣過程； 1-2為偏離絕熱過程的壓縮過程； 2-3為排氣過程； 3-4為膨脹過程 這是由于存在余隙容積，壓縮后的氣體不能排盡，余隙內(nèi)剩余氣體開始膨脹，直到4點(diǎn)才結(jié)束。,壓縮機(jī)實(shí)際工作過程與理論工作過程的差別,壓縮機(jī)有余隙容積； 吸、排氣過程中存在流動(dòng)阻力損失； 制冷劑氣體與氣缸等機(jī)件接觸處有熱交換。 壓縮機(jī)的吸、排氣閥和活塞環(huán)等處還有漏泄損失 在工作時(shí)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦面要消耗摩擦功等。 由于這些因素的影響，使得壓縮機(jī)實(shí)際過程的輸氣量要小于理論過程，而功率消耗則大于理論過程。,一、壓縮機(jī)實(shí)際輸氣量,壓縮機(jī)的實(shí)際輸氣

4、量小于理論輸氣量。實(shí)際輸氣量的減少程度可以用輸氣系數(shù)來表示： = Vs / Vh 式中: Vs 實(shí)際輸氣量（m3s) Vh 理論輸氣量 (m3s),輸氣系數(shù)反映了壓縮機(jī)氣缸工作容積的有效利用程度，有時(shí)也稱為容積效率。它是評(píng)價(jià)壓縮機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。 輸氣系數(shù)綜合了影響實(shí)際輸氣量的各種因素，它可表示為： v ：考慮余隙容積影響的容積系數(shù)； p ：考慮吸、排氣壓力損失影響的壓力系數(shù)； t ：考慮熱交換影響的溫度系數(shù)； c ：考慮漏泄影響的漏泄系數(shù)。,輸氣系數(shù)的確定方法,輸氣系數(shù)的確定方法通常有兩種方法 計(jì)算分析 實(shí)際試驗(yàn),輸氣系數(shù)的計(jì)算公式, = v p t c v ：考慮余隙容積影響的容積系數(shù)

5、 p ：考慮吸、排氣壓力損失影響的壓力系數(shù)； t ：考慮熱交換影響的溫度系數(shù)； c ：考慮漏泄影響的漏泄系數(shù),v的計(jì)算公式（考慮余隙容積的影響）： C 壓縮機(jī)的相對(duì)余隙容積，它等于余隙容積和氣缸工作容積之比，一般在 0.020.06之間； Po -蒸發(fā)壓力 pk -冷凝壓力 m 氣體膨脹過程中變化的多變指數(shù), p的計(jì)算公式(考慮吸、排氣壓力損失的影響) C 壓縮機(jī)的相對(duì)余隙容積 v考慮余隙容積的容積系數(shù) Po -蒸發(fā)壓力 p -吸氣閥壓力壓力損失,全封閉式制冷壓縮機(jī)t 的計(jì)算公式 (考慮熱交換引起的輸氣量損失 ) TO - 蒸發(fā)溫度 TK - 冷凝溫度 T1 - 吸氣過熱度 a、b-經(jīng)驗(yàn)系數(shù),

6、c 的計(jì)算公式 (考慮漏泄損失的影響) 漏泄程度不僅與壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)、機(jī)件的加工質(zhì)量和磨損程度有關(guān)，而且與壓縮機(jī)的工作壓力也有關(guān)。壓力比越大，漏泄量越多。 一般漏泄系數(shù)c取0.97一0.99,輸氣系數(shù)的試驗(yàn)方法,由于影響壓縮機(jī)輸氣系數(shù)的因素較復(fù)雜，用理論分析的計(jì)算法確定的系數(shù)值往往與實(shí)際情況有差別，所以選配壓縮機(jī)時(shí)，一般應(yīng)根據(jù)制造廠通過試驗(yàn)繪制的輸氣系數(shù)曲線來決定。,由廠家給出的某種壓縮機(jī)輸氣系數(shù)圖,二、壓縮機(jī)的功率和效率,在壓縮機(jī)的實(shí)際工作過程中， 由于氣體通過吸、排氣閥時(shí)有壓力損失 熱交換引起的壓縮和膨脹過程偏離理論過程 同時(shí)壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦 這些因素都會(huì)使得壓縮機(jī)的功率消耗大于理論過程壓

7、縮機(jī)所消耗的功率。,壓縮機(jī)所消耗的軸功率,是指電動(dòng)機(jī)傳到壓縮機(jī)軸上的功率，包括兩部分： 直接用于吸、排和壓縮氣體，稱為指示功率（Ni)； 用于克服機(jī)器運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦，它包括曲柄連桿機(jī)構(gòu)、活塞運(yùn)動(dòng)所消耗的摩擦功、潤(rùn)滑油泵等設(shè)備消耗的功率（Ne）。,指示效率,理論功率Ne與指示功率Ni比，稱為壓縮機(jī)的指示效率，即 i= No / Ni No-理論功率 Ni-指示功率 指示效率反映了直接用于吸、排和壓縮氣體所消耗的功率與理想的絕熱壓縮過程所消耗的功率的接近程度。,開啟式壓縮機(jī)的指示效率經(jīng)驗(yàn)公式,T0 - 蒸發(fā)溫度(K)； Tk - 冷凝溫度(K)； to - 蒸發(fā)溫度()；,機(jī)械效率,指示功率Ni與

8、軸功率Ne之比，稱為壓縮機(jī)的機(jī)械效率，即 j= Ni / Ne Ni - 指示功率 Ne - 軸功率,壓縮機(jī)的總效率,壓縮機(jī)的理論功率與軸功率之比稱為壓縮機(jī)的總效率： e = No/Ne =(No/Ne)(No/Ne) = i j 上式表明，壓縮機(jī)的總效率也等于機(jī)械效率與指示效率的乘積。 一般為 0.650.72。,第一節(jié) 完,第二節(jié) 壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu),一、活塞式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu),舊型客車使用的4FS7B半封閉壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)圖,觀看動(dòng)畫,活塞式壓縮機(jī)的工作過程,吸氣過程,排氣過程,活塞下移，體積增加，缸內(nèi)壓力小于制冷劑的蒸發(fā)壓力，制冷劑便從進(jìn)氣閥門進(jìn)入缸內(nèi)。 在沖程未端，活塞向上運(yùn)動(dòng)，排氣閥門被打開，輸出

9、高壓制冷劑。,觀看動(dòng)畫,活塞式制冷壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),活塞式制冷壓縮機(jī)發(fā)展較早，技術(shù)也較成熟，應(yīng)用最廣。 但是由于壓縮機(jī)的活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)所引起的慣性力和振動(dòng)較大，使其提高轉(zhuǎn)速和增大氣缸內(nèi)徑與活塞行程都受到限制，因此適用于中、小型制冷裝置 。,雙級(jí)活塞式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu),帶中間冷卻裝置的雙級(jí)活塞式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)示意,在單級(jí)壓縮機(jī)中，吸氣壓力和排氣壓力差過大，將大大地降低壓縮機(jī)的效率。 因此，有些大壓差的制冷系統(tǒng)使用的活塞式壓縮機(jī)通常是兩級(jí)的。,雙級(jí)壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),兩級(jí)壓縮機(jī)的工作過程是由兩個(gè)階段將吸入的制冷劑壓縮到最終的壓力。 第一級(jí)通常將它壓縮到吸氣壓力和排氣壓力差的中間值，然后被冷卻，再輸送到第二級(jí)氣

10、缸中壓縮到最終壓力。 通過中間冷卻器后溫度大大下降，再進(jìn)入第二級(jí)氣缸。 因此，相對(duì)于單級(jí)壓縮機(jī)提高了效率。,二、膜片式壓縮機(jī),膜片使氣室容積發(fā)生變化，在下行程時(shí)吸進(jìn)氣體，上行程時(shí)壓縮氣體。,三、螺桿式壓縮機(jī),螺桿式制冷壓縮機(jī)具有一對(duì)互相嚙合、相反旋向的螺旋形齒的轉(zhuǎn)子。其齒面凸起的轉(zhuǎn)子稱為陽轉(zhuǎn)子，齒面凹下的轉(zhuǎn)子稱為陰轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子的齒相當(dāng)于活塞，轉(zhuǎn)子的齒槽、機(jī)體的內(nèi)壁面和兩端端蓋等共同構(gòu)成的工作容積，相當(dāng)于氣缸。,雙螺桿壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)圖,機(jī)殼,轉(zhuǎn)子,螺桿壓縮機(jī)工作原理,機(jī)體的兩端設(shè)有成對(duì)角線布置的吸、排氣孔口。隨著轉(zhuǎn)子在機(jī)體內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使工作容積由于齒的侵入或脫開而不斷發(fā)生變化，從而周期性地改變轉(zhuǎn)子每

11、對(duì)齒槽間的容積，來達(dá)到吸氣、壓縮和排氣的目的。,螺桿壓縮機(jī)工作示意圖,單螺桿壓縮機(jī)工作示意,螺桿式制冷壓縮機(jī)的特點(diǎn),螺桿式制冷壓縮機(jī)作為回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機(jī)的一種，同時(shí)具有活塞式和動(dòng)力式（速度式）兩者的特點(diǎn)。 1)與往復(fù)活塞式制冷壓縮機(jī)相比，螺桿式制冷 壓縮機(jī)具有轉(zhuǎn)速高，重量輕，體積小，占地 面積小以及排氣脈動(dòng)低等一系列優(yōu)點(diǎn)。,2)螺桿式制冷壓縮機(jī)沒有往復(fù)質(zhì)量慣性力 動(dòng)力平衡性能好，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，機(jī)座振動(dòng)小，基礎(chǔ)可作得較小。 3)螺桿式制冷壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 機(jī)件數(shù)量少，沒有像氣閥、活塞環(huán)等易損件，它的主要摩擦件如轉(zhuǎn)子、軸承等，強(qiáng)度和耐磨程度都比較高，而且潤(rùn)滑條件良好，因而機(jī)加工量少，材料消耗低，運(yùn)行周期

12、長(zhǎng)，使用比較可靠，維修簡(jiǎn)單，有利于實(shí)現(xiàn)操縱自動(dòng)化。,4)與速度式壓縮機(jī)相比，螺桿式壓縮機(jī)具有強(qiáng)制輸氣的特點(diǎn) 即排氣量幾乎不受排氣壓力的影響，在小排氣量時(shí)不發(fā)生喘振現(xiàn)象，在寬廣的工況范圍內(nèi)，仍可保持較高的效率。 5)采用了滑閥調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)能量無級(jí)調(diào)節(jié)。,6)螺桿壓縮機(jī)對(duì)進(jìn)液不敏感，可以采用噴油冷卻，故在相同的壓力比下，排溫比活塞式低得多，因此單級(jí)壓力比高。 7)沒有余隙容積，因而容積效率高。,螺桿式制冷壓縮機(jī)的缺陷,1)制冷劑氣體周期性地高速通過吸、排氣孔口， 通過縫隙的泄漏等原因，使壓縮機(jī)有很大噪 聲，需要采取消音減噪措施。2)螺旋形轉(zhuǎn)子的空間曲面的加工精度要求高， 需用專用設(shè)備和刀具來加工。

13、3)由于間隙密封和轉(zhuǎn)子剛度等的限制，目前螺桿 式壓縮機(jī)還不能達(dá)到較高的終了壓力。,四、滑片式壓縮機(jī),用作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的活塞代替作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞來實(shí)現(xiàn)氣體的壓縮，無疑是極為合理的。然而僅有轉(zhuǎn)子和缸體兩個(gè)構(gòu)件是不可能形成容積周期變化的工作腔，必需增添輔助構(gòu)件。 增添若干個(gè)可以在轉(zhuǎn)子或缸體上開的槽內(nèi)自由滑動(dòng)的葉片(簡(jiǎn)稱滑片)，就形成了勻速型旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)。,滑片式壓縮機(jī)分為兩大類,1）是滑片裝在缸體上的槽內(nèi)，因滑片不隨轉(zhuǎn)子做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，稱之為固定滑（葉）片壓縮機(jī)，如前面所述的滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)； 2）另一類滑片裝在轉(zhuǎn)子上的槽內(nèi)，滑片隨轉(zhuǎn)子做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，稱之為旋轉(zhuǎn)滑(葉)片壓縮機(jī)，簡(jiǎn)稱滑片、或旋葉、或旋片壓縮機(jī)。,1

14、、固定滑片制冷壓縮機(jī),固定滑片壓縮機(jī)又稱滾動(dòng)活塞壓縮機(jī)，或滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)，是回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)的一種。 它是利用一個(gè)偏心圓筒形轉(zhuǎn)子在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)來改變工作容積，以實(shí)現(xiàn)氣體的吸入、壓縮和排出，因而也屬于容積式壓縮機(jī)。,固定滑片制冷壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu),在圓筒形氣缸1內(nèi)，偏心配置一個(gè)轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子是在偏心輪7上套裝一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的套筒2而組成。,圓筒形氣缸,轉(zhuǎn)子,滑片,固定滑片式制冷壓縮機(jī)的工作過程,轉(zhuǎn)子圍繞旋轉(zhuǎn)中心O(與氣缸中心重合)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子的套筒2在氣缸1的內(nèi)表面上滾動(dòng)，兩者具有一條接觸直線(實(shí)際上往往留有很小間隙)，這就是兩圓柱面的切線。 由此，氣缸內(nèi)表面與轉(zhuǎn)子外表面之間構(gòu)成一個(gè)月牙形空間，它的兩端被氣缸蓋封

15、閉，這就是氣缸的工作腔，其位置隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角而變化。,進(jìn)氣口,排氣口,固定滑片壓縮機(jī)的特點(diǎn),1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，同活塞式壓縮機(jī)比較，體積可減小4050，重量也可減輕4050； 2)零部件少，特別是易損件少，同時(shí)相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件之間的摩擦損失少，因而可靠性較高； 3)僅滑片有較小的往復(fù)慣性力，旋轉(zhuǎn)慣性力可完全平衡，因此振動(dòng)小，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)； 4)沒有吸氣閥，吸氣時(shí)間長(zhǎng)，余隙容積小，并且直接吸氣，減小了吸氣有害過熱，所以其效率高。 5)其加工及裝配精度要求高。,2、旋轉(zhuǎn)滑片式壓縮機(jī),滑片壓縮機(jī)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式,旋轉(zhuǎn)滑片式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)圖,進(jìn)氣口,進(jìn)氣口,旋轉(zhuǎn)滑片,旋轉(zhuǎn)滑片式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu),它主要由機(jī)體(又

16、稱氣缸)、轉(zhuǎn)子及滑片等三部分組成。 轉(zhuǎn)子外表面與氣缸內(nèi)表面均呈圓形，轉(zhuǎn)子偏心的安裝在氣缸內(nèi)，使二者在幾何上相切（在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，切點(diǎn)處保持一定的間隙），在氣缸內(nèi)壁與轉(zhuǎn)子外表面間形成一個(gè)月牙形空間。,轉(zhuǎn)子上開有若干縱向凹槽(滑片槽)，在每個(gè)凹槽中都裝有能沿徑向自由活動(dòng)的滑片，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，滑片受離心力的作用從槽中甩出，其端部緊貼在氣缸內(nèi)表面上，把月牙形的空間隔成若干扇形小室，稱之為基元。 隨著轉(zhuǎn)子的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，基元容積從小到大周而復(fù)始地變化。,旋轉(zhuǎn)滑片示意,旋轉(zhuǎn)滑片式壓縮機(jī)工作過程圖示,進(jìn)氣部分,排氣部分,當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，離心力使得葉片與定子內(nèi)壁相接觸，從進(jìn)口現(xiàn)出口，相鄰兩葉片間的空間逐漸減少，因此能壓

17、縮氣體。,3、其他形式的旋轉(zhuǎn)滑片式壓縮機(jī),雙工作腔滑片壓縮機(jī) 貫穿滑片壓縮機(jī) 旋片真空泵,（A）雙工作腔滑片壓縮機(jī),工作腔1,工作腔2,滑片,雙工作腔滑片壓縮機(jī)是70年代才開發(fā)使用的新型旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)。 它由氣缸、轉(zhuǎn)子、滑片、兩端蓋、進(jìn)排氣孔及排氣閥等組成。圓形轉(zhuǎn)子2同心安裝在扁圓形氣缸3內(nèi)，形成兩個(gè)月牙形工作腔。,雙工作腔滑片壓縮機(jī)特點(diǎn),雙工作腔滑片壓縮機(jī)除具有單工作腔滑片壓縮機(jī)的特點(diǎn)外，還具有如下特點(diǎn)：1)每個(gè)基元在轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)中吸、排氣兩次，完成兩個(gè)工作循環(huán)，因而流量更均勻、脈動(dòng)性更小、輸氣量大且結(jié)構(gòu)更加緊湊。,2)壓縮機(jī)有兩個(gè)對(duì)稱的工作腔，兩組吸、排氣口相錯(cuò)180o，這樣作用在轉(zhuǎn)子上的徑向氣體

18、力基本平衡（滑片為偶數(shù)時(shí)理論上可以完全平衡），卸除了軸承的徑向負(fù)荷，故軸承的使用壽命長(zhǎng)、可靠性好。 3)轉(zhuǎn)子與氣缸同心，這給機(jī)器的制造和安裝帶來了極大的便利。,（B）貫穿滑片壓縮機(jī),轉(zhuǎn)子上的滑片槽是貫通的，整體滑片放在通槽中?；瑑啥伺c氣缸保持接觸，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)滑片運(yùn)動(dòng)，其兩端始終沿氣缸內(nèi)壁滑動(dòng)。,排氣閥,通槽,滑片,氣缸,貫穿滑片壓縮機(jī)氣缸型線,由于滑片的運(yùn)動(dòng)始終受到氣缸內(nèi)壁的約束，因此氣缸型線不再是圓或橢圓，而是根據(jù)滑片運(yùn)動(dòng)機(jī)理生成的曲線。 滑片伸出轉(zhuǎn)子外的部分，與氣缸內(nèi)表面及轉(zhuǎn)子外表面形成工作單元，滑片隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，基元容積周期變化，從而完成壓縮機(jī)的工作循環(huán)。,貫穿滑片壓縮機(jī)的特點(diǎn),

19、貫穿滑片壓縮機(jī)除具有傳統(tǒng)滑片壓縮機(jī)的特點(diǎn)外，由于其滑片端部是靠受到氣缸內(nèi)壁的約束來實(shí)現(xiàn)該部位密封的，且其間存在完整或部分油膜，因此既保證滑片端部密封又大大地減輕了該部位的摩擦損失。這是貫穿滑片壓縮機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)。,（C）旋片真空泵,轉(zhuǎn)子上的旋片槽通過轉(zhuǎn)子中心貫通，背部夾有彈簧的兩個(gè)旋片裝于其中，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，靠離心力和彈簧力使旋片頂端與泵腔的內(nèi)壁保持接觸。,五、渦旋式制冷壓縮機(jī),渦旋式壓縮機(jī)是回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)的一種。它發(fā)明于1905年，但直到80年代初才在日本首次應(yīng)用到制冷及空調(diào)領(lǐng)域中。因此，目前還是一種較為新型的制冷壓縮機(jī)。,渦旋壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu),主要由 固定渦旋盤(靜盤)運(yùn)動(dòng)渦旋盤(動(dòng)盤) 機(jī)體 防自轉(zhuǎn)的十字轉(zhuǎn)環(huán) 偏心軸 等零部件組成。,渦旋壓縮機(jī)主要由兩個(gè)渦旋盤相錯(cuò)180o對(duì)置而成，其中一個(gè)是固定渦旋盤，而另一個(gè)