制冷和空调装置的结构

第一节 制冷压缩机
引子：制冷压缩机是制冷系统的核心。
蒸气压缩式制 冷系统的构成
一、作用
压缩机 热交换设备（蒸发器、冷凝器等） 节流机构 辅助部件 管道 各种控制阀和仪表
1、循环所需的动力； 2、压缩制冷剂蒸气（低温低压
高温高压）。
二、分类
制冷和空调用压缩机的分类及结构示意图
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大型 400KW
缸径：100mm 气缸夹角：45
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活塞式制冷压缩机的优缺点:
①能适应较广阔的压力范围和制冷量要求；
②热效率较高，单位耗电较少，特别是偏离设计工况运行时更为明显；
优点
③对材料要求低，多用普通钢铁材料，加工较易，造价较低廉； ④技术上较为成熟，生产使用上积累有丰富的经验；
2、机械功率
N j Ni / N e N e —— 轴功率
3、压缩机的总效率
N a Ni N a
N N N e
e
e
ຫໍສະໝຸດ Baidu
i
jI
0.65-0.72
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4、轴功率、摩擦功率和机械效率
由原动机传到曲轴上的功率称为轴功率Ne
一部分直接用于压缩气体 称为指示功率用Ni表示
另一部分用于克服曲柄连杆机构等的 摩擦阻力，称为摩擦功率，用Nm表示
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第二节 压缩机的结构
一、活塞式压缩机 组成
机体（曲轴箱） 气缸 活塞 吸、排气阀 曲轴连杆机构
活塞式压缩机有以下特点：
①因为是往复运动，转速不宜太高；
②气缸工作腔有余隙容积；
③气缸工作腔必须设置吸、排气阀，使吸、排气过程产生阻力损失；
④结构复杂，零部件多；
⑤往复式压缩机不允许吸气带液。
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三、性能参数及计算
1、输气量及输气系数
（1）理论输气量
V
h
4
D2
S
m3
假定压缩机有z个气缸，转速为n，则压缩机的理论输气量为：
Vs 60 znVh 47.12 znSD2
（2）实际输气量
Vs Vh
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（3）输气系数：
也称压缩机的容积效率。通常可用容积系数c、压力系数p、 泄漏系数v 、温度系数t的乘积来表示，即
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六个系统：
（1）运动系统：曲轴、活塞连杆组件、联轴器等；
（2）配气系统：阀板、气阀弹簧等；
（3）密封系统：活塞环、油封、垫片、填料等；
（4）机体系统：曲轴箱、气缸体、气缸套、盖板等；
（5）润滑系统：润滑油泵、滤油器、调压阀等；
（6）安全和能量调节系统：假盖、假盖弹簧、安全阀、 能量调节装置等。
2’ 3’有阻力的排气过程 3’ 3 4 4’有余隙容 积的膨胀过程 4’ 1’ 有阻力的吸气过程
P1 —— 吸气阀压力损失
P2 —— 排气阀压力损失
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1.压缩过程 将制冷剂的压力提高。当活塞处于最下端 位置1-1（称为内止点或下止点）时，活塞移动到2-2 位置时，开始排气。制冷剂在气缸内从吸气时的低压 升高到排气压力的过程称为压缩过程。
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当压缩机发生液击时，可保 护气缸不致被破坏。
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假盖缸及套假凸盖缘弹与簧：缸液体击上时部打隔开板，保间护设零有件垫。
8FS 10压
片，垫片厚度会改变余隙容积。
缩机
吸气集管，内 曲轴箱可设加热置器滤：网防止启动时“奔油” (冬季启动前
或停车时铝能间制量长活调油塞节温，机下钢降构制，活：溶塞根入销据的，吸氟二气利昂压增力多，。重新启动
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5、配用电动机功率
对于开启式压缩机，如用带传动，应考虑传动效率 d =0.9～0.95。
用联轴器直接传动时，不必考虑传动效率。对于封 闭式压缩机，因电动机与压缩机共用一根轴，也不 必考虑传动效率问题。
电动机的功率可按运行工况下压缩机的轴功率，再 考虑适当裕量（10%～15%）选配。
降低振动与噪声，改善油处理和减小摩擦。
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三、涡旋式压缩机
涡旋机
结构简单 复杂的形线 极高的精度要求
制造困难
数控机床技术的发展
涡旋机在技术上的特点：（1）制冷装置中无气阀；（2）可靠性很高；（3）轴的 扭矩更均匀，运转平稳；（4）压力脉动小；（5）振动和噪声低。 在给定吸气条件下：涡旋机容积效率几乎与压力比无关，不存在余隙容积影响。 长处：（1）能够用同一个电动机在图很涡宽旋式的压工缩机作的范结构围内高效运转；（2）热泵的季 节供热系数HSPF提高1；-动（盘 23-）静盘整3-个机体系4统-防的自转效环率5-偏提心高轴，6-进即气季口 节7-排能气效口 比SEER提高。
优点：比往复机更可靠；是1同4-气等液分能离力器 1下5-隔尺板寸16-小吸气；管制17-造接线成柱 本低。 18-气缸 19-转子 20-滑片
回转机的局限性：
压缩机中任何基本磨损（轴承、轴、转子或叶片等磨损）都使间隙变
大，并明显影响压缩机性能。图 卧式旋转式压缩机结构
回1转-滑片机2当-滚动前活研塞 3究-曲与轴 4开-机发壳 5的-平重衡块点6-：电机转子 7-电机定子 8-平衡块 9-主轴承端板10-气缸 11副轴承端板 12-机壳 13-排气消声器 14-吸气管 15-橡胶圈 16-弹簧
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二、回转式压缩机
回转机最普通的为固定叶片式结构，常常又称作“滚动活塞式压缩机”。
“固定叶片” 叶片只滑动不转图 立动式旋转式压缩机结构
1-排气管 2-平衡块 3-上机体 4-电动机转子 5-
特点：没有吸气阀
电动机定子 6-曲轴 7-主轴承 8-下机壳 9-副轴 承 10-壳罩 11-上油片 12-排气阀片 13-弹簧
最低转速/ r/min
232.6 182.6 565.2 395.6 777.2 706.5 1525.5 2826
1000
750
600 500 500
排量/ m3/h
129.2 101.5 282.6 197.8 388.6 353.3 762.3 2355
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活塞式单级制冷压缩机型号表示方法如下 （1）压缩机型号表示方法：
70
开启式
110 125
100
170
140
250
200
1440
10001800 7501500 6001200 5001000 500600
缸数/ 个
2 2、3、4 2、3、4、
6、8 2、4、 6、8
4、6、8
8
最高转速/ r/min
1800 1500 1200 1000 600
容积排量（8缸）
排量/ m3/h
2.排气过程 制冷剂进入冷凝器。直到活塞运动到最高 位置3-3（称为外止点或上止点）时排气过程结束。制 冷剂从气缸向排气管输出的过程称为排气过程。
3.膨胀过程 将制冷剂的压力降低。直至气缸内气体的 压力降至稍低于吸气腔内气体的压力，即将开始吸气 过程时为止，此时活塞处于位置4-4。活塞从3-3移动 到4-4的过程称为膨胀过程。 4.吸气过程 从蒸发器吸入制冷剂。活塞从位置4-4向下 运动时，吸气阀开启，低压气体被吸人气缸中，直到 活塞到达下止点1-1的位置。此过程称为吸气过程。
=cpvt
其中，容积效率总小于1，其大小反映压缩机气缸容积的有效利用程度。影 响它的主要因素有四个：
一是气缸余隙容积的大小； 二是吸、排气压力以及吸、排气阀片阻力； 三是吸入气缸的低温制冷剂蒸汽遇到热的气缸壁所引起的热膨胀； 四是气缸内部的泄漏。
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1）考虑余隙容积影响的容积系数 c
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图 涡旋式压缩机的结构 1-动盘 2-静盘 3-机体 4-防自转环 5-偏心轴 6-进气口 7-排气口
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四、螺杆式压缩机
近年来，随着螺杆机可靠性方面的改进，它在中等容量的制冷 与空调装置上的应用更为广泛。
表 活塞式压缩机气缸布置型式
压缩机类型 2
缸数
3
4
6
8
全封闭
V型角度式或B型 并列式
Y型角度式
X或V型角度式
气缸直径小于70mm的 单级半封闭式压缩机
70mm气缸直径的单级 半封闭式压缩机
100mm气缸直径
开 125mm气缸直径 启 170mm气缸直径 式
250mm气缸直径
Z型直立式
V型角度式或直立 式
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3
开启式
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半封闭式
封闭式
4
各类压缩机在制冷和空调工程中的应用范围
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3.按工作的蒸发温度范围分类
高温制冷压缩机：10～10℃
单级制冷压缩机
中温制冷压缩机：20～10℃
低温制冷压缩机：45～20℃
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第一节 活塞式制冷压缩机的工作过程
研究的目的：λ、ηi、ηj（前面描述过的修正系数）
V V V （/ ）
c
c
c
1
V V V V V （ h
）/ 1
1
h
/
1
1V C V 1 V c V c 1 V c（ V 1 V c 1）
h
Vh
Vc
Vh Vc
V c —— 3点的容积； V1V c —— 4点的容积。
3 4 为多变的膨胀过程。
V P
m const
（Pk
/
P0）（ V
⑤装置系统比较简单。
缺点
①因受活塞往复惯性力的影响，转速受限制，不能过高，因此单机输 气量大时，机器显得很笨重； ②结构复杂，易损件多，维修工作量大； ③由于受到各种力、力矩的作用，运转时振动较大； ④输气不连续，气体压力有波动。
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我国活塞式制冷压缩机的型式及基本参数
（4）考虑热交换影响的温度系数 t
t T0 / TK
V V ∴输气系数： /
s
h
v ptc
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二、压缩机的功率和效率
N N S S 1、指示效率
/
/
i
a
i
12341
12341
或
i
T
0
/
T
k
b
t
0
（经验公式）
式中：Na——理论功率；T0——蒸发温度（K）； Ni——指示功率；Tk——冷凝温度（K）； T0——蒸发温度（℃）；b——常数，b=0.0025。
c
V
m
1）
Vc
式中：m——气体膨胀过程中变化的多变指数。
1
V V 令
/
c
C
h
，则
c
1
C（ P
k
m
）
1
P0
式中：C——压缩机相对余隙容积。
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（2）吸、排气压力损失影响的压力系数 p
V （V ）/V
p
2
1 1 C P0
V P0
（3）考虑漏泄影响的漏泄系数 v
0.97 ~ 0.99 v
1、按制冷量大小分 2、按作用原理分
小型 ≤60KW 中型 400-60KW
（1）容积型：通过对运动机构作功，以减少压缩式容积，提高蒸气压力 来完成压缩功能。
①活塞式压缩机：开启式 、半封闭式 、全封闭式 ；②回转式：螺 杆式（单、双）、滚动活塞式、滑片式、涡旋式。 （2）速度型：离心式压缩机。
由旋转部件连续将角动量转换给蒸气，再将该动量转为压力。
（2）压缩机组型号表示方法：
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目前国内有些生产厂家仍习惯沿用老的压缩机型号表示方法，即
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全封闭式制冷压缩机
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特点：是将压缩机与电动机 一起组装在一个密闭的罩壳 内，形成一个整体，从外表 上看只有压缩机进、排气管 和电动机引线。
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V型角度式或直立 式
Z型直立式或W 型角度式
W型角度式
V型角度式
扇型或V型角度式 扇型或V型角度式
V型角度式
W型角度式 W型角度式
S扇型角度 式
S扇型角度 式
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表 压缩机基本参数
类别
缸径
行程
mm
转速范围/ r/min
48、55、62
30、40、50、
半封闭式
60
70 70
55
100 100
η 两者之比值称为机械效率，用 j表示
j
Ni Ne
Ni Ni Nm
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①选用合适的气缸间隙，适当减少活塞环数
提高j可以从
以下几方面着手
②选用合适的润滑油 ③加强曲轴、曲轴箱等零件刚度,降低摩擦表面的粗糙度
η η 指示效率 i与机械效率 j的乘积，称为压缩机的轴效率， η 用 e表示。 一般在0.6~0.7之间
时压力下者降过控，盈氟制配利合气昂。缸逸的出加产载生大或安量卸全气载阀泡：。的1现.72象M)Pa打开，高压气
体流回吸气腔。
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单端面机械轴封 曲轴设2个曲拐，每个曲拐上
连接4个连杆。
20
45
回油均压孔：4使5漏入曲轴箱的制冷剂能 45
经该孔被抽走；使吸气中所带的润滑油 流回曲轴箱；经此孔抽空压缩机。
一、示功图（即压容图）
注意：在示功图上区分理论功和实际功。 1、理论过程
由1 2：绝热过程
2 3：等压排气
4 1：等压吸气
V h S（ D2 / 4）
做功：面积1-2-3-4-1。
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2、实际过程
存在着余隙容积Vc；Pk由工质决定；
v1 是由余隙容积中工质膨胀造成的。
1’ 2’多变压缩过程