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《制冷压缩机》电子教案第1页共121页绪论1.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。一、制冷压缩机的种类与分类制冷压缩机根据其工作原理可以分为容积型和速度型两大类。见图11、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:2、压缩机的分类1)按工作的蒸发温度范围分类PDF文件使用pdfFactory试用版本创建www.fineprint.cn《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随着工业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用的替代剂(箭头横线之下)。PDF文件使用pdfFactory试用版本创建www.fineprint.cn《制冷压缩机》电子教案第3页共121页第一章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:1、压缩机没有余隙容积2、吸汽与排汽过程中没有压力损失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1.气缸工作容积Vp,单位为m32.理论容积输气量qvt(或称理论排量),单位为m3/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qmt,单位为kg/h(1-3)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,Wts=∫12Vdp(1-4)2.即单位绝热理论功Wts为,单位为J,Wts=h2-h1(1-4a)3.压缩机所消耗的理论功率Pts,单位为kwPDF文件使用pdfFactory试用版本创建www.fineprint.cn《制冷压缩机》电子教案第4页共121页第二节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。第三节内容积比固定的压缩机的附加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1.内容积比εV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P2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www.fineprint.cn《制冷压缩机》电子教案第5页共121页二、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:①PdP2②Pd=P2。③PdP2。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,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。第四节制冷压缩机的基本性能参数一、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、制冷量所谓压缩机的制冷量,就是压缩机在一定的运行工况下,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=qmaq0=qvtλqvkW(1-10)PDF文件使用pdfFactory试用版本创建www.fineprint.cn《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1-1有机制冷剂压缩机名义工况(单位:℃)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7.254.1(1)18.335高温7.218.9(2)18.335中温-6.748.918.335低温-31.710.618.335(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1-2无机制冷剂压缩机名义工况(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-1330-102532四、制(排)热量制(排)热量是压缩机的制冷量和部分压缩机输入功率的当量热量之和,从图1-3a上所示的实际制冷循环或热泵循环P-h图可见,在一定工况下的排热量Qh为Qh=qma(h2-h3)=qma[(h1-h4)+(h2-h1)]=qmaq0+qma(h2-h1)=QO+qma(h2-h1)从图1-3b的压缩机的能量平衡关系图上不难发现qma(h2-h1)=Pel-Qr于是可得Qh=Q0+Pel-Qr=Q0+fPel(1-11)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pdfFactory试用版本创建www.fineprint.cn《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ηi是指压缩1kg工质所需的等熵循环理论功ω与实际循环指示功ωi(单位为J/kg)之比。(1-13)ηi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、机械效率由原动机传到压缩机主轴上的功率称为轴功率Pe,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ηe是等熵压缩理论功率与轴功率之比,用它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ηm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、电功率和电效率输入电动机的功率就是压缩机所消耗的电功率Pel,电效率ηel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、性能系数为了最终衡量制冷压缩机的动力经济性,采用性能系数COP(Coefficientofperformance),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(EnergyEfficiencyRatio),其单位为W/W或Btu/(w-h),使用时要注意其单位。第二章活塞式制冷压缩机第一节活塞式压缩机概述一、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www.fineprint.cn《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70~170mm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按GB10871-1989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600~1500r/min。半封闭式压缩机基本参数规定:气缸直径为30mm\40mm\50mm\60mm,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www.fineprint.cn《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参数见表2-1和表2-2。表2-1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50,6044600~1500半封闭式30,40,50,60441440表2-2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)70232.6129.2半封闭式70551800~10002,3,4,6,81800182.61000101.5100565.2282.6100801500~7501500452.2750226.1110777.2388.61251001200~6001200706.5600353.3开启式1701401000~5002,4,6,810001524.5500762.8目前国内生产厂
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