空调与制冷技术(清华大学)课件——第13讲压缩机

现代铁路车辆设备
第四章
输气系数λ的实验方法
由于影响紧缩机输气系数的要素较复杂，用
实际分析的计算法确定的系数值往往与实践情况
有差别，所以选配紧缩机时，普通应根据制造厂
经过实验绘制的输气系数曲线来决议。
现代铁路车辆设备
第四章
由厂家给出的某种紧缩机输气系数图
现代铁路车辆设备
第四章
二、紧缩机的功率和效率
现代铁路车辆设备
第四章
4)与速度式紧缩机相比，螺杆式紧缩机具有强迫输气 的特点 即排气量几乎不受排气压力的影响，在小排气 量时不发生喘振景象，在广大的工况范围内，仍可 坚持较高的效率。
5)采用了滑阀调理，可实现能量无级调理。
现代铁路车辆设备
第四章
6)螺杆紧缩机对进液不敏感，可以采用喷油冷 却，故在一样的压力比下，排温比活塞式低 得多，因此单级压力比高。
第四章
用高速旋转的叶轮使制冷剂蒸气产生压力．同时 获得动能，然后再经过扩压器、蜗壳使蒸气的动能转 变为压力能，从而完成紧缩和保送制冷工质的义务。
常见的方式为：离心式紧缩机
现代铁路车辆设备
第四章
第一节 活塞式制冷紧缩机的任务过程分析
从热力学观念来评价一台紧缩机的完善程度主要 有两个目的：即紧缩机汽缸的利用程度和功率的耗 费大小。
7)没有余隙容积，因此容积效率高。
现代铁路车辆设备
第四章
螺杆式制冷紧缩机的缺陷
1)制冷剂气体周期性地高速经过吸、排气孔口， 经过缝隙的走漏等缘由，使紧缩机有很大噪 声，需求采取消音减噪措施。
2)螺旋形转子的空间曲面的加工精度要求高， 需用公用设备和刀具来加工。
3)由于间隙密封和转子刚度等的限制，目前螺杆 式紧缩机还不能到达较高的终了压力。

5.氟利昂制冷剂
问世：
氟利昂制冷剂是1928年由美国杜邦公司发明的。后来，多 种不同型号氟里昂的出现，有力的促进了制冷空调业界的 发展。 氟利昂22是1936年问世的。
应用：
1974、77、87、91、92、07-9-17
一般性质：
R22 （F22） ：分子式：CHCLF2 ，也可表示为 HCFC22 大气压力下的沸点：-40.8℃ 液体、气体都是无色、透明，没有气味，对人体无害， 不易燃烧和爆炸；与明火接触时会分解成有毒的光气；--冻伤，---窒息，---
作用：
• 压缩机：升压----把低压低温的气体变成高压高温的气体；
• 冷凝器：冷凝（液化）----把高压高温气体变成高压液体；
• 节流阀：降压----把高压液体变成低压低温液体（气体）； • 蒸发器：蒸发----把低压低温的液体变成低压低温的气体。
制冷循环四个过程： • 压缩过程： • 冷凝过程： • 节流过程： • 蒸发过程： 分别由四大件来完成。 制冷循环两对矛盾：
6.氟利昂制冷剂的特性
1）溶油性：
氟利昂与油互溶。溶解度与种类、 温度有关。 由于溶油性，油将遍及所有的容器、 管道中。
R22与冷冻油溶解度图： K：溶油临界温度
A区：K点以上，任意比例混溶 B区：油溶于R22单项不饱和溶液 C区：R22溶于油单项不饱和溶液
D区：溶液分为两层
例：由点1（70/30，15℃）冷却到点2 时，均一的溶液--点3和点4，点3的含 油量为3％、点4为52％（富油层）。 富油层质轻浮在上面---两层分离。
等压P ：水平线 等焓h ：垂直线 等温t ：过冷区----垂直； 两相区----水平； 过热区----向右下 方弯曲的倾斜线 等容v ：向右上方倾斜的点 划线 等熵S ：向右上方倾斜的实 线（斜率陡一点） 等干度x ：只存在湿蒸汽区，方向与饱和液体线、干饱 和蒸汽线 相近。特例----。 上述参数中已知2个即可在压焓图上确定过热蒸汽或过冷液体的 状态点，其它参数便可直接从图中读出。

精选ppt课件2021
2
二、制冷技术的应用
1.商业：冷冻、冷藏 2.降温和空气调节：工艺用、生活用 3.工业生产 4.农牧业、生物 5.医疗 6.建筑工程 7.国防等
应用范围（℃）
27～0 热泵、空调 0 ～ -10 冷藏运输 -10 ～-33 冷冻运输、食品保鲜、燃气液化 -33 ～-50 矿井工作面的冻结 -50 ～-73 低温环境实验室、制取干冰 -73 ～-123 乙烯、乙烷的液化、低温医学、低温生物学 -123 ～-173 天然气液化 -173 ～-223 空气液化、空气分离等 -223 ～-253 氖和氢的液化、宇航舱空间环境模拟 -253 ～-269 超导 -269 ～-273.15 物理研究
共沸混合物 表达式：R5（）（）按先后命名 如R500、R501、R502 非共沸混合物：直接写出混合物符号， 并用“/”分开，如R22/R152a
精选ppt课件2021
17
二、对制冷剂的要求 1.环境可接受性 2.热力性质满足要求 蒸发压力及冷凝压力适中 单位容积制冷量较大（但是，，） 单位质量制冷量较大（但是，，） 临界温度要高 凝固温度要适当低些 绝热指数低些 → 排气温度低 等熵压缩的比功小 制冷系数大 3.传热性和流动性好（密度粘度小） 4.化学稳定性和热稳定性好，使用可 靠、（水：冰堵、镀铜） 5.无毒、无刺激、不燃、不爆、完全 6.电绝缘 7.与润滑油的互容 8.价格便宜、来源广
4.实际循环（热交换及压力损失对循 环性能的影响）
（a）吸气管道 传热、压降
（b）排气管道 传热、压降
（c）冷凝器—膨胀阀 传热、压降
设离开储液器的氨液为34℃，压力
为13.5bar，垂直向上绝热流动，试
确定氨液变为饱和液体时所允许上

活塞销：是活塞与连杆小头的连接体。当活塞往复运动时，它在 活塞销座和连杆小头衬套中相对转动而承受磨损。为减少活塞销的磨 损，常采用浮动式配合方式，即活塞销在销座和小头衬套中都没有固 定，可自由转动。为防止浮动活塞销轴向窜动伸出活塞擦伤汽缸，在 销座两端的环槽内装上弹簧挡圈予以阻挡。
第19页/共96页
第10页/共96页
活塞式制冷压缩机结构
总体结构（812.5ACG[8AS12.5]型压缩机剖面图）
第11页/共96页
1-轴封 2-进气腔 3-油压推杆机构 4-排气腔 5-气缸套及进排
气阀组合体 6-缓冲弹簧 7-水套 8-气缸盖 9-进气管 10-油泵 11-曲轴箱 12-连杆 13-活塞 14-曲轴
把实际过程简化成理想过程。简化时假定：压缩 机没有余隙容积；
1)吸、排气过程没有容积损失； 2)压缩过程是理想的绝热过程； 3)无泄漏损失。
第3页/共96页
活塞式制冷压缩机工作原理
活塞式压缩机的工作过程
这样，压缩机的理想工作过 程可用图示的P—V图来表示。
纵坐标表示压力P，横坐标 表示活塞在汽缸中移动时形成 的容积V。
在图中，4→1表示吸气过程，活塞从上止点开始向右移动，排气
阀（片）关闭，吸气阀（片）打开，在压力P1下吸入制冷剂气；1→2 表示压缩过程，活塞从下止点向左移动，制冷剂从压力P1绝热压缩到 P2，此过程吸、排气阀均关闭；2→3表示排气过程，活塞左行至2位 置时排气阀打开，活塞继续左行，在压力P2下把制冷剂排出汽缸。由 于假设没有余隙容积 ，活塞运行到3点时制冷剂全部排出。当活塞再
c、可以简化汽缸体、曲轴箱结 构，便于铸造。
第15页/共96页
活塞式制冷压缩机结构
压缩机主要零部件结构—汽阀缸套部件

（2）按使用的制冷剂种类分：氟利昂和氨制冷压 缩机
精选课件ppt
6
精选课件ppt
7
（3）按压缩机与电动机的组合形式分：开启式和 封闭式（半封闭和全封闭）
（4）按压缩机的级数分：单机单级和单机双级制 冷压缩机
精选课件ppt
8
二、活塞式制冷压缩机的总体结构和主要零件
对于一台典型的大型活塞式制冷压缩机， 它的零部件可分为： （1）机体 （2）传动机构 （3）配气机构 （4）润滑油系统 （5）卸载机构 （6）轴封装置
精选课件ppt
3
精选课件ppt
4
所有制冷压缩机，根据其结构特点和工作原 理，均有其最佳冷量使用范围。因此，当使用的 冷量和条件不同时，应选用不同形式的压缩机， 以获得最佳运行效果。
精选课件ppt
5
第一节 活塞式制冷压缩机的构造
一、活塞式制冷压缩机的分类
（1）按压缩机汽缸分布形式分：直立形、V形、 W形、S形（扇形）和Y形（星形）
精选课件ppt
21
一、活塞式制冷压缩机的工作过程
活塞式制冷压缩机的工作过程包括吸气、压缩、 排气三个过程。
压缩机完成一个工作过程，每只气缸吸入的低
压气体体积为：
Vg
D2 4
S（m2）
精选课件ppt
22
精选课件ppt
23
若压缩机的气缸数为Z，转速为n（r/min）， 则其每秒钟吸入的气体体积为：
40
第三节 螺杆式制冷压缩机
一、螺杆式制冷压缩机的结构和工作原理
精选课件ppt
41
精选课件ppt
42
精选课件ppt
43
精选课件ppt
44
二、螺杆式制冷压缩机的运行调节

e 4 ∆qo b b΄ 4΄ q0 a 1
Tk T0
0
p0
s
ε th e
2013-3-4
q0e q0 + ∆ q0 = = > ε th w ce wc − we
清华大学建筑学院建筑技术科学系
12
减小过热损失的措施—— 减小过热损失的措施——多级压缩 ——多级压缩
当压缩比大于8时
蒸发温度对制冷系数的影 响更为明显！ 响更为明显！
2013-3-4
• 最大制冷系数与制冷剂种类无关 • 劳伦兹循环是一些列微元逆卡诺 循环的迭加循环
5
清华大学建筑学院建筑技术科学系
理想制冷循环与最大制冷系数
逆卡诺循环的制热系数？ 逆卡诺循环的制热系数？
qk µc = ε c + 1 = Σw T0 Tk = +1 = Tk − T0 Tk − T0
节流后进入蒸发器的干度 显著增大 制冷循环的效率COP很 低，消耗相同的电能， 消耗相同的电能，制 取的冷量显著降低 压缩机排气温度高， 压缩机排气温度高，影响 系统的正常运行
T
4 4΄ 5 7 6 8 3 2
pk
Tk Tm T0
pm
p0
1
一般采用双级压缩循环 减小制冷循环的过热损失
2013-3-4
s 一次节流完全中间冷却双级压缩 制冷循环（ 制冷循环（氨系统） 氨系统）
清华大学建筑学院建筑技术科学系
13
双级压缩制冷循环的应用
双级压缩制冷循环的形式
一级节流中间完全冷却（ 一级节流中间完全冷却（氨系 统） 一级节流中间不完全冷却（ 一级节流中间不完全冷却（氟 系统） 系统） 二级节流中间不完全冷却（ 二级节流中间不完全冷却（经 济器： 济器：闪发式蒸气分离器） 闪发式蒸气分离器）

新材料的应用
新材料的应用也是制冷压缩机未来发 展的重要趋势。随着科技的不断进步 ，新型材料不断涌现，为制冷压缩机 的制造提供了更多的选择和可能性。
VS
新材料的应用包括采用高强度轻质材 料、新型涂层材料、高分子材料等。 这些新材料的应用将有助于提高制冷 压缩机的性能、降低重量、增强耐腐 蚀性等，从而提高产品的竞争力和市 场占有率。
的场合。
离心式制冷压缩机的缺 点是投资成本较高，且 对安装和运行条件的要
求也较高。
其他类型的制冷压缩机
01
其他类型的制冷压缩机包括螺杆 式、涡旋式、喷射式等，每种类 型都有其独特的工作原理和应用 范围。
02
这些制冷压缩机的优点和缺点各 不相同，需要根据具体的应用需 求进行选择。
04
制冷压缩机的维护 与保养
振动和噪声
检查地脚螺栓等紧固件是否松动，调整压缩机的 工作参数。
05
制冷压缩机的未来 发展趋势
高效节能技术的发展
高效节能技术是制冷压缩机未来发展的重要方向之一。随着环保意识的提高和能 源消耗的增加，制冷压缩机需要更加高效、节能，以满足市场需求。
高效节能技术包括优化压缩机设计、采用新型制冷剂、提高系统能效等。这些技 术的应用将有助于降低能耗、减少温室气体排放，同时提高制冷压缩机的性能和 可靠性。
吸气阶段
蒸发器中的低压液体制冷剂吸 收热量蒸发成气体，再次被吸
入压缩机。
制冷压缩机的能效比
01
能效比：指制冷量与输入功率之比，是衡量制冷压 缩机性能的重要指标。
02
能效比越高，制冷效率越高，耗电量越少。
03
影响能效比的因素包括压缩机的设计、制造工艺、 运行工况等。
03
制冷压缩机的类型 与特点

2017/9/29 35
(1)、回热式蒸气压缩式制冷循环工作流程及理论循环
工作流程
2017/9/29
理论循环
36
(2)、回热对蒸气压缩式制冷性能的影响
采用回热循环，一方面可使液态制冷剂再冷，单位质量制
冷功率增加( Δq0= h4-h4´= Δ4bb´4´4);同时又能保证压缩机吸 入具有一定过热度的制冷剂蒸气
2017/9/29 16
冷凝器、蒸发器、冷水机组
2017/9/29
17
第二节 蒸汽压缩式制冷的理论循环
采用干压缩过程可以增加 单位质量制冷能力，由于 压缩终状态是过热蒸气， 压缩机功耗大，制冷系数 低，降低程度称为过热损 失 蒸气压缩式制冷理论循 环的两种损失 节流过程带来的节流损失； 干压缩所产生的过热损失； 有传热温差的热交换
h3 h4 224.084kJ / kg
h1 h4 4.88 h2 h1
2017/9/29
28
蒸汽压缩式制冷的理论循环的热力计算
例1-2 以HFC134a为制冷剂的制冷装臵，其制冷量Ｑ＝ 41686 kJ/h。制冷循环的工作条件是：冷凝温度为30℃ ，过冷度Δt ＝5℃,蒸发温度为-15℃，压缩机的吸气温 度t1＝-5℃,试求： （1）单位质量制冷量；（2）每小 时的循环量qm；(3)制冷剂在冷凝器中每小时的放热量； （4）压缩机每小时消耗的理论功W和功率N；（5）制冷 系数ε。 例1-3见教材例1-4
2017/9/29 25
蒸汽压缩式制冷的理论循环的热力计算
5.制冷系数 单位质量制冷量与理论比功之比，即理论循环的收益和代 价之比，称为理论循环制冷系数，用0表示，
6.制冷效率ηR 制冷效率可以评价制冷剂热力学能对制冷系数的影响， 是理论循环制冷系数与考虑了传热温差的理想制冷循环 制冷系数之比。

关于压缩机功率
理论功率 N=MR· w=MR· （h2-h1）
压缩机存在各种内部损耗可用ηi表示，压缩气
i
指示功率 体的实际耗功为：P =N/η =MR· （h2-h1）/η
i
i
轴功率
压缩机工作时同样存在各种摩擦损耗可用 ηm表示，压缩机实际耗功为：Pe=N/ηiηm
2.4 影响活塞式制冷压缩机性能的主要因素
一般： ηm =0.8~0.9
第三章 制冷压缩机
2.3 活塞式压缩机的制冷量和耗功率: 定义 压缩机的总效率ηs= ηi ηm，ηs=0.65~0.75 压缩机配用电机的功率 Pin ’ kW： Pin ’ = (1.1~1.15)Pe/ηd ηd－传动效率，直联: ηd=1； 皮带联接: ηd=0.9~0.95。 配用电机的输入功率 Pin kW： Pin = Pe/η0 ηd η0－电机效率，一般：η0=0.91~0.86（3相）； ηd－传动效率，直联: ηd=1； 皮带联接: ηd=0.9~0.95。
20
15~100%无级调节
3.2 螺杆式制冷压缩机的运行调节
螺杆式压缩机均带有能量调节机构，可使 冷量在15%～100%之间无级调节。 能量调节通过两螺杆转子间的底部的滑阀 和轴向移动控制机构实现。 滑阀打开后，转子底部有一间隙与吸气口 相通，使基元容积的吸气量减少，排气也减 少，制冷量减少，调节滑阀间隙的大小，就 能控制制冷量；滑阀关闭后，基元容积的吸 气量达100%，制冷量达100%。
TK 、T0 对活塞式制冷压缩机性能的影响： 冷凝温度 TK 的影响 当蒸发温度 T0=const，冷凝温度 TK上升时：
(1) q0 q0’；{PK/P0 ∴Pe= (ηvVh/v1)(wth/ηiηm) (3) COP= Ø 0/Pe (4) t排 (5) (PK-P0) 润滑油润滑不良 活塞压力 ， ηv } ；v1不变，Vh不变： Ø 0=ηvVhq0/v1 } (2) wth wth’；{∵ wth 增加比ηv减少多

1kg工质动能的增加：
1 2
(c
2 f
2
c
2 f1
)
h1
h2
图1-11 喷管能量转换
武汉工程大学
制冷空调教研室
第31页/共55页
节流
工质流过阀门时流动截面突然收缩，压力下降，这种流 动称为节流。
图1-12 节流现象
武汉工程大学
制冷空调教研室
第32页/共55页
q
h
1 2
c
2 f
gz
wi
设流动绝热，前后两截面间的动能差和位能
制冷空调教研室
图1-4 R22的lgp-h图
第13页/共55页
§1-2 制冷的热力学基础
一.热力学第一定律
1.热力学能和总能
自然界中的一切物质都具有能量，能量不可能被创 造，也不可能被消灭；但能量可以从一种形态转变 为另一种形态，且在能量的转化过程中能量的总量 保持不变。
能量守恒与转换定律是自然界基本规律之一。
(h2
1 2
c
2 f
2
gz2 )m2
(h1
1 2
c
2 f1
gz1 )m1
Wi
稳定流动
dECV 0,
d
min d
mout d
系统只有单股流体进出
qm1
m1 d
qm2
m2 d
qm
武汉工程大学
制冷空调教研室
第26页/共55页
q
h
1 2
c
2 f
gz
wi
微量形式：
q
dh
1 2
dc
2 f
第6页/共55页
六. 压力
垂直作用在单位面积上的力称为压力p(压强)。p是 确定物质状态的基本参数之一。1bar=105pa 饱和压力ps与饱和温度ts 的对应关系。