制冷壓縮機第四章.ppt

第四章 滾動轉子式制冷壓縮機,第四章,第一節(jié) 工作過程和結構特點,第四章,第四章,汽缸 偏心軸 滾動轉子 滑片 排氣閥 彈簧 外殼等,一、概述,結構組成,第四章,轉子沿氣缸內壁滾動，與氣缸間形成一個月牙形的工作腔，滑片靠彈簧的作用力使其端部與轉子緊密接觸，將月牙形工作腔分隔為兩部分，滑片隨轉子的滾動沿滑片槽道作往復運動。 端蓋與氣缸內壁、轉子外壁、滑片及轉子與氣缸切線(點)構成封閉的氣缸容積，即基元容積。 基元容積大小隨轉子轉角變化，是轉子轉角的函數。容積內氣體壓力隨基元容積大小而改變，從而完成壓縮機的工作過程。,基元容積,第四章,利用一個偏心圓筒形轉子在氣缸內轉動改變工作容積，實現氣體的吸入、壓縮和排出。,工作原理,第四章,二、壓縮機工作過程,=,=2+,= 2,=4-,=2+,=4-,再度壓縮, ：轉子轉角,幾個特征角 吸氣孔口后邊緣角 （順旋轉方向）可構成吸氣封閉容積=時吸氣開始 ，大小影響吸氣開始前吸氣腔中的氣體膨脹，造成過度低壓或真空。 吸氣孔口前邊緣角 造成在壓縮過程開始前吸入的氣體向吸氣口回流，導致輸氣量下降。為減少的不利影響，通常3035。 排氣孔口后邊緣角 影響余隙容積的大小，通常3035。 排氣孔口前邊緣角 構成排氣封閉容積，造成氣體再度壓縮。 排氣開始角 開始排氣時基元容積內氣體壓力略高于排氣管中壓力，以克服排氣閥阻力頂開排氣閥。,第四章,工作過程,第四章,工作容積與氣體壓力隨轉角的變化,氣體壓力-轉角曲線,基元容積-轉角曲線,圖4-3,Ps0,Pdk,Vmax,2p + ,vd ,4p - g,第四章,工作過程總結,氣體的吸氣、壓縮、排氣過程是在轉子的兩轉中完成，但因轉子切點與滑片兩側的兩個腔同時進行吸氣、壓縮、排氣的過程，故可以認為壓縮機一個工作循環(huán)仍是在一轉中完成的。 特征角、對壓縮機的性能有影響。和角分別決定吸、排氣封閉容積的大小；角直接影響排氣量，它的存在使達最大基元面積( =2)后，基元面積在與吸氣孔口相連通的情況下再次縮小(=22+)，產生吸氣倒流；角表示余隙容積的大小。在結構設計可能的前提下，、 應盡可能小。 思考題：已知R、r、Ps0、 Pdk及壓縮多變指數n，忽略角度、 、 、 等影響，求排氣開始的角度。,第四章,三、主要結構形式及特點,主要結構形式: 小型全封閉式 臥式：主要用于冰箱、冷柜 立式：主要用于空調器 立式全封閉滾動轉子式壓縮機結構 吸氣由機殼下部接管直接進入氣缸，吸氣管上裝有氣液分離器，潤滑油經下部彎管小孔被吸入氣缸。高壓氣體直接排入機殼中。外殼還裝有過載保護器，內部無減振機構，潤滑系統(tǒng)靠離心和壓差供油。,第四章,第四章,第四章,第四章,第四章,優(yōu)點： 結構簡單，零部件幾何形狀簡單，便于加工及流水線生產； 體積小，質量輕，與同工況往復式比較，體積、重量可減少4050； 易損件少，運轉可靠； 比往復式效率高， 沒有吸氣閥流動阻力小，且吸氣過熱小，在制冷量為3kW以下場合使用時尤為突出。 缺點： 只利用了氣缸的月牙形空間，氣缸容積利用率低 ； 滑片作往復運動，依然是易損零件； 存在不平衡的旋轉質量，需要平衡質量來平衡。,特點,第四章,四、目前發(fā)展趨勢,變頻壓縮機的發(fā)展 采用變頻調速技術進行能量調節(jié)，使制冷量與系統(tǒng)負荷協(xié)調變化，使機組在各種負荷條件下都具有較高能效比。具有節(jié)能、舒適、啟動快速、溫控精度高、易于實現自動控制等優(yōu)點。（圖4-6由交流變頻式電動機驅動曲軸旋轉，依靠電源頻率變化使電動機轉速變化，達到連續(xù)調節(jié)制冷能力的目的。） 雙缸滾動轉子式壓縮機的發(fā)展 雙缸滾動轉子式壓縮機的兩個氣缸相差180對稱布置，可使負荷扭矩變化趨于平緩，廣泛用于較大功率場合。（圖4-8）,提高壓縮機的經濟性及可靠性 借助計算機對壓縮機工作過程進行性能仿真，對主要部件如軸承、滑片、滾動轉子、排氣閥等結構進行特性分析及噪聲、振動的仿真，可對壓縮機的經濟性和可靠性、噪聲和振動進行預測，對滿足各種要求的滾動轉子式壓縮機進行優(yōu)化設計。 對降低噪聲提出更高要求 減少曲軸及軸承的振動，改進壓縮機與機殼的連接系統(tǒng)，開發(fā)各種新型消聲結構和排氣閥等。,第四章,第二節(jié) 主要熱力性能參數,第四章,假定： 1.滑片只做上下往復運動； 2.不計滑片的厚度，與轉子的接觸點始終在坐標軸上移動； 3.不計排氣閥下面排氣孔所占的容積。,一、氣缸容積的變化規(guī)律,第四章,滑片的運動規(guī)律,滑片將氣缸分隔為吸氣容積與排氣容積兩部分，它的運動規(guī)律影響氣缸工作容積的變化。 右圖為滾動轉子式壓縮機運動機構示意圖。當氣缸內圓半徑為時，滑片位移為： x=R,第四章,其中可由幾何關系中求得，即 式中為曲柄轉角，規(guī)定轉子在最上端位置時的轉角，令e/r=，e/R=，經換算后得到滑片位移為： 滑片的速度為：,第四章,滑片的運動規(guī)律,滑片的加速度為： 式中 轉子的角速度，=2n/60，單位為 rad/s ; n轉子的轉速，單位為r/min.,滑片的運動規(guī)律,氣缸容積變化規(guī)律,氣缸工作容積Vp 吸氣容積Vs=As*L 壓縮容積Vd=Ad*L 忽略滑片厚度，Vp=Vs+Vd As（式4-7）（可以自己推導一下） Vs、Vd與轉角 的關系（圖4-10） 1.轉角在030及330360范圍內Vs、Vd隨轉角 的變化極小，變化值僅有氣缸工作容積的0.5%，因此余隙容積很??； 2.吸氣口前邊緣角及排氣口后邊緣角在3035 范圍時對輸氣量的影響不明顯； 3.相對偏心距越大，氣缸利用率越高。,第四章,第四章,二、輸氣量及其影響因素,理論輸氣量（汽缸工作容積與轉速的乘積） 實際輸氣量,(m3/h),(m3/h),容積效率表征汽缸工作容積的利用程度，反映由于余隙容積、吸氣阻力、吸氣加熱、氣體泄漏和吸氣回流造成的容積損失，其值大于往復式壓縮機。,（回流系數）,第四章,影響輸氣量的因素,容積系數v 余隙容積的組成： 轉子與氣缸的切點T 達到4p-g位置時,存有高壓氣體的氣缸容積Vc； 排氣閥下方排氣孔的容積； 排氣孔入口處氣缸被削去部分的容積。 壓力系數p ：表征吸氣壓力損失對輸氣量造成的影響； 溫度系數T ：反映由于吸入氣體被加熱造成輸氣量的減少； 泄漏系數f ：表征氣缸中氣體泄漏對輸氣量造成的影響； 回流系數 h ：回流使輸氣量減少。 思考題：為什么回流系數只考慮吸氣口而不用考慮排氣口的影響？,三、壓縮過程,壓縮過程為多變過程，多變指數為n； 氣體壓力隨轉角的變化關系：式4-13、式4-14、式4-15 排氣開始角可通過式4-15用試湊法求出。,第四章,四、功率及效率,等熵功率（式4-16） 指示功率及指示效率（式4-17、4-18） 機械效率（中溫全封閉：0.750.85，冰箱用：0.400.70） 電動機效率及電效率（電機效率：0.650.8，電效率：0.40.55） 圖4-11、4-12,第四章,第四節(jié) 輸氣量調節(jié),第四章,第四章,一、變頻調節(jié) 二、旁通調節(jié) 三、多機并聯(lián)調節(jié),輸氣量調節(jié)方法,第四章,一、 變頻調節(jié),具有節(jié)能、舒適、啟動快速、溫控精度高和易于實現自動化等優(yōu)點。 啟動時壓縮機高速運轉，快速接近暖房設定溫度，當室內溫度趨向適合溫度時，壓縮機低速運轉，可減少開停次數，并使室溫變化很小，達到既節(jié)能又舒適的目的。 包括交流變頻器調速和 直流變頻器調速。,采用變頻調節(jié)的熱泵空調機運行特性,第四章,變頻器是使交流電頻率發(fā)生連續(xù)變化的裝置。它首先通過整流器將交流電轉換為直流電，然后再通過逆變器將直流電經控制電路轉換成頻率可變的交流電； 變頻器有電流源型和電壓源型，又根據控制電路調制方式分為脈寬調制方式（PWM方式）和脈幅調制方式(PAM方式），當前空調器用制冷壓縮機的電動機變頻器多采用電壓源型PWM方式。,1、 交流變頻器調速,交流變頻器,第四章,交流變頻器的工作過程,溫度傳感器測出房間溫度及換熱器溫度送入微機，經運算后將信息送入數字信號控制電路進行波形成型處理，然后送入逆變器，將由整流器送來的直流電轉換為頻率可變的交流電，去驅動感應電動機。 當傳感器測出的冷房溫度大于設定溫度，則經微機運算再通過數控電路，使逆變器輸出的交流電頻率升高，電動機轉速增加，制冷量增大，冷房溫度降低至設定值，完成能量調節(jié)。,第四章,交流變頻器調速,感應電動機的轉速n與交流電輸入頻率的關系為:,假定s為常量，改變交流電的頻率就可以改變電動機轉速，壓縮機的輸氣量與電動機的轉速成正比，若交流電頻率連續(xù)變化，則轉速連續(xù)變化，從而實現了輸氣量的連續(xù)調節(jié)、達到了制冷量連續(xù)調節(jié)的目的。該方法空調工作功率的變化呈階梯性變化，一般只分為幾檔。,第四章,2、 直流變頻器調速,采用直流變頻器將50Hz或60Hz固定頻率的交流電轉變成直流電，對直流電動機進行調速，省卻了交流變頻器又將直流變成交流的麻煩，使電器元件減少； 直流變頻呈線性平滑的變化，空調工作時可在功率范圍內任意遞增或遞減，空調功率可隨溫度出現精確變化，故更省電； 直流變頻壓縮機的電動機轉子采用稀土永磁材料制成（永磁無刷直流電動機），定子產生旋轉磁場與轉子永磁磁場直接作用，實現壓縮機運轉，可通過改變供給電機的直流電壓來改變電機轉速（調整電樞電壓法），為得到可調整的直流電源，廣泛采用脈寬調制系統(tǒng)（PWM系統(tǒng)）。 直流變頻壓縮機不存在定子旋轉磁場對轉子的電磁感應作用，克服了交流變頻壓縮機的電磁噪音與轉子損耗，具有比交流變頻壓縮機效率高與噪音低特點，直流變頻壓縮機效率比交流變頻壓縮機高10%-30%，噪音低510 dB 。,第四章,無刷直流電動機由直流電源供電，在結構上沒有電刷和換向器，其繞組里的電流變化（通、斷和方向）是通過電子換向器（控制器）實現的，電流以方波形式變化。,無刷直流電動機,問題:直流電機一般都是有刷的,何為無刷直流電動機?,第四章,無刷直流電動機的工作原理,第四章,3、 變頻調節(jié)給壓縮機帶來的問題,壓縮機高速運轉時： 運動部件的磨損增加； 氣體流經排氣閥的流動損失增加，并導致排氣閥片產生延 遲關閉，閥片壽命降低； 潤滑油循環(huán)率隨轉速增加而增加； 各種雜質隨潤滑油進入運動部件間隙中，引起部件損傷； 噪聲增加。 壓縮機低速運轉時：導致泄漏量增加 壓縮機振動隨轉速變化加劇,第四章,1、單缸機旁通調節(jié) 圖4-30 在壓縮腔設置旁通孔D，使一部分被壓縮氣體返回吸氣腔，其輸氣量調節(jié)范圍一般在100%70%，由旁通孔位置決定。 2、雙缸機旁通調節(jié) 圖4-31 電磁控制閥10控制左缸中被壓縮的氣體引入右缸，使卸載閥13動作，關閉右缸吸氣孔口8，右缸進入空運轉，壓縮機輸氣量減少一半，達到調節(jié)負荷的目的。,二、 旁通調節(jié),第四章,當需要的制冷量（或制熱量）變化范圍較大時，采用多臺壓縮機并聯(lián)進行制冷量調節(jié)是比較高效、經濟的調節(jié)方式，并且可以減少單臺壓縮機的停機次數，延長壓縮機的壽命； 多機并聯(lián)運行按制冷量大小的需要，可以只運行一臺，也可以多臺全部同時運行。,三、多機并聯(lián)調節(jié),第四章,雙作用滾動活塞壓縮機,傳統(tǒng)的滾動活塞壓縮機壓縮轉矩波動大，導致機器振動大、壓縮機配管容易損壞。為解決這一問題，提出了氣缸內具有兩個工作室的雙作用滾動活塞壓縮機。,工作原理 雙作用滾動活塞壓縮機是在普通滾動活塞壓縮機滑板的對稱位置上，再增加一個滑板（包括滑板彈簧）。每個滑板的兩側都開有吸、排氣孔口。 兩個滑板將氣缸與滾動活塞間的月牙空間分為三部分，即有三個工作腔：吸氣腔、壓縮腔、中間腔。 針對每個工作腔而言，主軸旋轉一圈半才完成一個完整的工作循環(huán)；對整個壓縮機來說，三個工作腔同時工作，主軸每轉一轉排氣兩次。 思考題：三滑片、四滑片時主軸每轉一轉各排氣幾次？（轉子掃過排氣口次數）,第四章,擺動轉子壓縮機的工作原理,滾動活塞與滑板做成一整體零件，稱為擺動轉子，安裝在氣缸內。 擺動轉子由滾環(huán)和擺桿兩部分組成，滾環(huán)套在主軸的偏心輪上，主軸的旋轉中心與氣缸的幾何中心重合； 擺桿在圓柱形導軌中能自由地上下滑動，并隨導軌左右擺動。當滾動活塞在汽缸內作回轉運動時，擺桿作左右搖擺運動。,提問：滾環(huán)與氣缸壁面之間做何種運動？滾環(huán)與偏心輪之間又做何種運動？,第四章,擺動轉子壓縮機的特點,擺動轉子壓縮機將滾環(huán)和擺桿做成一體后，使二者之間不存在密封和潤滑問題，也不需設滑板彈簧。適合用于使用替代工質的制冷系統(tǒng)，因為與HFC配用的酯類油的潤滑性能低于礦物油； 滾環(huán)和擺桿做成一體后，擺桿變成兩側支撐，可以承受較大的壓力差；同時導軌又能轉動，減小了擺桿的側向力，并消除了滾環(huán)和擺桿間的摩擦磨損，使壓縮機的機械效率有所提高； 擺動轉子的受力不會因氣缸直徑或主軸偏心距的增大而增加，故可采用較小的氣缸高度，使其內部最嚴重的泄漏部位-滾環(huán)與氣缸切點處徑向間隙的面積減小，即擺動轉子壓縮機結構本身有利于減少內部泄漏，提高了容積效率； 擺動轉子加工很困難，導向部分的加工要求很精密，滾環(huán)與偏心輪間難以實現油膜動壓潤滑。,三環(huán)滾動轉子壓縮機,第四章,3個互為偏心安裝的內套圓環(huán)形成2個內外月牙形的區(qū)域， 再由穿過齒環(huán)的齒板將此區(qū)域分割成內外兩組吸氣腔和壓縮腔，滾環(huán)旋轉時，帶動與齒板連接在一起的齒環(huán)一起轉動，從而使內外兩個月牙形的密閉腔容積發(fā)生變化， 完成吸氣、壓縮功能， 其工作原理如圖所示。機器工作中， 由該環(huán)軸輸入扭矩并帶動齒板旋轉， 由內外兩組密封腔同時吸氣、壓縮，分別輸出不同壓力、不同容量的壓縮空氣。,第四章,第五節(jié)