制冷壓縮機(jī)第四章.pptVIP

第四章 滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式制冷壓縮機(jī),第四章,第一節(jié) 工作過(guò)程和結(jié)構(gòu)特點(diǎn),第四章,第四章,汽缸 偏心軸 滾動(dòng)轉(zhuǎn)子 滑片 排氣閥 彈簧 外殼等,一、概述,結(jié)構(gòu)組成,第四章,轉(zhuǎn)子沿氣缸內(nèi)壁滾動(dòng)，與氣缸間形成一個(gè)月牙形的工作腔，滑片靠彈簧的作用力使其端部與轉(zhuǎn)子緊密接觸，將月牙形工作腔分隔為兩部分，滑片隨轉(zhuǎn)子的滾動(dòng)沿滑片槽道作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 端蓋與氣缸內(nèi)壁、轉(zhuǎn)子外壁、滑片及轉(zhuǎn)子與氣缸切線(點(diǎn))構(gòu)成封閉的氣缸容積，即基元容積。 基元容積大小隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變化，是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的函數(shù)。容積內(nèi)氣體壓力隨基元容積大小而改變，從而完成壓縮機(jī)的工作過(guò)程。,基元容積,第四章,利用一個(gè)偏心圓筒形轉(zhuǎn)子在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)改變工作容積，實(shí)現(xiàn)氣體的吸入、壓縮和排出。,工作原理,第四章,二、壓縮機(jī)工作過(guò)程,=,=2+,= 2,=4-,=2+,=4-,再度壓縮, ：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角,幾個(gè)特征角 吸氣孔口后邊緣角 （順旋轉(zhuǎn)方向）可構(gòu)成吸氣封閉容積=時(shí)吸氣開(kāi)始 ，大小影響吸氣開(kāi)始前吸氣腔中的氣體膨脹，造成過(guò)度低壓或真空。 吸氣孔口前邊緣角 造成在壓縮過(guò)程開(kāi)始前吸入的氣體向吸氣口回流，導(dǎo)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(gòu)成排氣封閉容積，造成氣體再度壓縮。 排氣開(kāi)始角 開(kāi)始排氣時(shí)基元容積內(nèi)氣體壓力略高于排氣管中壓力，以克服排氣閥阻力頂開(kāi)排氣閥。,第四章,工作過(guò)程,第四章,工作容積與氣體壓力隨轉(zhuǎn)角的變化,氣體壓力-轉(zhuǎn)角曲線,基元容積-轉(zhuǎn)角曲線,圖4-3,Ps0,Pdk,Vmax,2p + ,vd ,4p - g,第四章,工作過(guò)程總結(jié),氣體的吸氣、壓縮、排氣過(guò)程是在轉(zhuǎn)子的兩轉(zhuǎn)中完成，但因轉(zhuǎn)子切點(diǎn)與滑片兩側(cè)的兩個(gè)腔同時(shí)進(jìn)行吸氣、壓縮、排氣的過(guò)程，故可以認(rèn)為壓縮機(jī)一個(gè)工作循環(huán)仍是在一轉(zhuǎn)中完成的。 特征角、對(duì)壓縮機(jī)的性能有影響。和角分別決定吸、排氣封閉容積的大??；角直接影響排氣量，它的存在使達(dá)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(chǎn)生吸氣倒流；角表示余隙容積的大小。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可能的前提下，、 應(yīng)盡可能小。 思考題：已知R、r、Ps0、 Pdk及壓縮多變指數(shù)n，忽略角度、 、 、 等影響，求排氣開(kāi)始的角度。,第四章,三、主要結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn),主要結(jié)構(gòu)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(diào)器 立式全封閉滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu) 吸氣由機(jī)殼下部接管直接進(jìn)入氣缸，吸氣管上裝有氣液分離器，潤(rùn)滑油經(jīng)下部彎管小孔被吸入氣缸。高壓氣體直接排入機(jī)殼中。外殼還裝有過(guò)載保護(hù)器，內(nèi)部無(wú)減振機(jī)構(gòu)，潤(rùn)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(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零部件幾何形狀簡(jiǎn)單，便于加工及流水線生產(chǎn)； 體積小，質(zhì)量輕，與同工況往復(fù)式比較，體積、重量可減少4050； 易損件少，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠； 比往復(fù)式效率高， 沒(méi)有吸氣閥流動(dòng)阻力小，且吸氣過(guò)熱小，在制冷量為3kW以下場(chǎng)合使用時(shí)尤為突出。 缺點(diǎn)： 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(fù)運(yùn)動(dòng)，依然是易損零件； 存在不平衡的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量，需要平衡質(zhì)量來(lái)平衡。,特點(diǎn),第四章,四、目前發(fā)展趨勢(shì),變頻壓縮機(jī)的發(fā)展 采用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行能量調(diào)節(jié)，使制冷量與系統(tǒng)負(fù)荷協(xié)調(diào)變化，使機(jī)組在各種負(fù)荷條件下都具有較高能效比。具有節(jié)能、舒適、啟動(dòng)快速、溫控精度高、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)。（圖4-6由交流變頻式電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，依靠電源頻率變化使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化，達(dá)到連續(xù)調(diào)節(jié)制冷能力的目的。） 雙缸滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)的發(fā)展 雙缸滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)的兩個(gè)氣缸相差180對(duì)稱布置，可使負(fù)荷扭矩變化趨于平緩，廣泛用于較大功率場(chǎng)合。（圖4-8）,提高壓縮機(jī)的經(jīng)濟(jì)性及可靠性 借助計(jì)算機(jī)對(duì)壓縮機(jī)工作過(guò)程進(jìn)行性能仿真，對(duì)主要部件如軸承、滑片、滾動(dòng)轉(zhuǎn)子、排氣閥等結(jié)構(gòu)進(jìn)行特性分析及噪聲、振動(dòng)的仿真，可對(duì)壓縮機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性、噪聲和振動(dòng)進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)滿足各種要求的滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 對(duì)降低噪聲提出更高要求 減少曲軸及軸承的振動(dòng)，改進(jìn)壓縮機(jī)與機(jī)殼的連接系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)各種新型消聲結(jié)構(gòu)和排氣閥等。,第四章,第二節(jié) 主要熱力性能參數(shù),第四章,假定： 1.滑片只做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)； 2.不計(jì)滑片的厚度，與轉(zhuǎn)子的接觸點(diǎn)始終在坐標(biāo)軸上移動(dòng)； 3.不計(jì)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)規(guī)律影響氣缸工作容積的變化。 右圖為滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖。當(dāng)氣缸內(nèi)圓半徑為時(shí)，滑片位移為： x=R,第四章,其中可由幾何關(guān)系中求得，即 式中為曲柄轉(zhuǎn)角，規(guī)定轉(zhuǎn)子在最上端位置時(shí)的轉(zhuǎn)角，令e/r=，e/R=，經(jīng)換算后得到滑片位移為： 滑片的速度為：,第四章,滑片的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,滑片的加速度為： 式中 轉(zhuǎn)子的角速度，=2n/60，單位為 rad/s ; n轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，單位為r/min.,滑片的運(yùn)動(dòng)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(dǎo)一下） Vs、Vd與轉(zhuǎn)角 的關(guān)系（圖4-10） 1.轉(zhuǎn)角在030及330360范圍內(nèi)Vs、Vd隨轉(zhuǎn)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(shí)對(duì)輸氣量的影響不明顯； 3.相對(duì)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(zhuǎn)速的乘積） 實(shí)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(fù)式壓縮機(jī)。,（回流系數(shù)）,第四章,影響輸氣量的因素,容積系數(shù)v 余隙容積的組成： 轉(zhuǎn)子與氣缸的切點(diǎn)T 達(dá)到4p-g位置時(shí),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(shù)p ：表征吸氣壓力損失對(duì)輸氣量造成的影響； 溫度系數(shù)T ：反映由于吸入氣體被加熱造成輸氣量的減少； 泄漏系數(shù)f ：表征氣缸中氣體泄漏對(duì)輸氣量造成的影響； 回流系數(shù) h ：回流使輸氣量減少。 思考題：為什么回流系數(shù)只考慮吸氣口而不用考慮排氣口的影響？,三、壓縮過(guò)程,壓縮過(guò)程為多變過(guò)程，多變指數(shù)為n； 氣體壓力隨轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系：式4-13、式4-14、式4-15 排氣開(kāi)始角可通過(guò)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(jī)械效率（中溫全封閉：0.750.85，冰箱用：0.400.70） 電動(dòng)機(jī)效率及電效率（電機(jī)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(diào)節(jié),第四章,第四章,一、變頻調(diào)節(jié) 二、旁通調(diào)節(jié) 三、多機(jī)并聯(lián)調(diào)節(jié),輸氣量調(diào)節(jié)方法,第四章,一、 變頻調(diào)節(jié),具有節(jié)能、舒適、啟動(dòng)快速、溫控精度高和易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。 啟動(dòng)時(shí)壓縮機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，快速接近暖房設(shè)定溫度，當(dāng)室內(nèi)溫度趨向適合溫度時(shí)，壓縮機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)，可減少開(kāi)停次數(shù)，并使室溫變化很小，達(dá)到既節(jié)能又舒適的目的。 包括交流變頻器調(diào)速和 直流變頻器調(diào)速。,采用變頻調(diào)節(jié)的熱泵空調(diào)機(jī)運(yùn)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(guò)整流器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，然后再通過(guò)逆變器將直流電經(jīng)控制電路轉(zhuǎn)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(jù)控制電路調(diào)制方式分為脈寬調(diào)制方式（PWM方式）和脈幅調(diào)制方式(PAM方式），當(dāng)前空調(diào)器用制冷壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)變頻器多采用電壓源型PWM方式。,1、 交流變頻器調(diào)速,交流變頻器,第四章,交流變頻器的工作過(guò)程,溫度傳感器測(cè)出房間溫度及換熱器溫度送入微機(jī)，經(jīng)運(yùn)算后將信息送入數(shù)字信號(hào)控制電路進(jìn)行波形成型處理，然后送入逆變器，將由整流器送來(lái)的直流電轉(zhuǎn)換為頻率可變的交流電，去驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。 當(dāng)傳感器測(cè)出的冷房溫度大于設(shè)定溫度，則經(jīng)微機(jī)運(yùn)算再通過(guò)數(shù)控電路，使逆變器輸出的交流電頻率升高，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加，制冷量增大，冷房溫度降低至設(shè)定值，完成能量調(diào)節(jié)。,第四章,交流變頻器調(diào)速,感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與交流電輸入頻率的關(guān)系為:,假定s為常量，改變交流電的頻率就可以改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，壓縮機(jī)的輸氣量與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比，若交流電頻率連續(xù)變化，則轉(zhuǎn)速連續(xù)變化，從而實(shí)現(xiàn)了輸氣量的連續(xù)調(diào)節(jié)、達(dá)到了制冷量連續(xù)調(diào)節(jié)的目的。該方法空調(diào)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(diào)速,采用直流變頻器將50Hz或60Hz固定頻率的交流電轉(zhuǎn)變成直流電，對(duì)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)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(diào)工作時(shí)可在功率范圍內(nèi)任意遞增或遞減，空調(diào)功率可隨溫度出現(xiàn)精確變化，故更省電； 直流變頻壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子采用稀土永磁材料制成（永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)），定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子永磁磁場(chǎng)直接作用，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，可通過(guò)改變供給電機(jī)的直流電壓來(lái)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速（調(diào)整電樞電壓法），為得到可調(diào)整的直流電源，廣泛采用脈寬調(diào)制系統(tǒng)（PWM系統(tǒng)）。 直流變頻壓縮機(jī)不存在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子的電磁感應(yīng)作用，克服了交流變頻壓縮機(jī)的電磁噪音與轉(zhuǎn)子損耗，具有比交流變頻壓縮機(jī)效率高與噪音低特點(diǎn)，直流變頻壓縮機(jī)效率比交流變頻壓縮機(jī)高10%-30%，噪音低510 dB 。,第四章,無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)由直流電源供電，在結(jié)構(gòu)上沒(méi)有電刷和換向器，其繞組里的電流變化（通、斷和方向）是通過(guò)電子換向器（控制器）實(shí)現(xiàn)的，電流以方波形式變化。,無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī),問(wèn)題:直流電機(jī)一般都是有刷的,何為無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)?,第四章,無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原理,第四章,3、 變頻調(diào)節(jié)給壓縮機(jī)帶來(lái)的問(wèn)題,壓縮機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)： 運(yùn)動(dòng)部件的磨損增加； 氣體流經(jīng)排氣閥的流動(dòng)損失增加，并導(dǎo)致排氣閥片產(chǎn)生延 遲關(guān)閉，閥片壽命降低； 潤(rùn)滑油循環(huán)率隨轉(zhuǎn)速增加而增加； 各種雜質(zhì)隨潤(rùn)滑油進(jìn)入運(yùn)動(dòng)部件間隙中，引起部件損傷； 噪聲增加。 壓縮機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)：導(dǎo)致泄漏量增加 壓縮機(jī)振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速變化加劇,第四章,1、單缸機(jī)旁通調(diào)節(jié) 圖4-30 在壓縮腔設(shè)置旁通孔D，使一部分被壓縮氣體返回吸氣腔，其輸氣量調(diào)節(jié)范圍一般在100%70%，由旁通孔位置決定。 2、雙缸機(jī)旁通調(diào)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(dòng)作，關(guān)閉右缸吸氣孔口8，右缸進(jìn)入空運(yùn)轉(zhuǎn)，壓縮機(jī)輸氣量減少一半，達(dá)到調(diào)節(jié)負(fù)荷的目的。,二、 旁通調(diào)節(jié),第四章,當(dāng)需要的制冷量（或制熱量）變化范圍較大時(shí)，采用多臺(tái)壓縮機(jī)并聯(lián)進(jìn)行制冷量調(diào)節(jié)是比較高效、經(jīng)濟(jì)的調(diào)節(jié)方式，并且可以減少單臺(tái)壓縮機(jī)的停機(jī)次數(shù)，延長(zhǎng)壓縮機(jī)的壽命； 多機(jī)并聯(lián)運(yùn)行按制冷量大小的需要，可以只運(yùn)行一臺(tái)，也可以多臺(tái)全部同時(shí)運(yùn)行。,三、多機(jī)并聯(lián)調(diào)節(jié),第四章,雙作用滾動(dòng)活塞壓縮機(jī),傳統(tǒng)的滾動(dòng)活塞壓縮機(jī)壓縮轉(zhuǎn)矩波動(dòng)大，導(dǎo)致機(jī)器振動(dòng)大、壓縮機(jī)配管容易損壞。為解決這一問(wèn)題，提出了氣缸內(nèi)具有兩個(gè)工作室的雙作用滾動(dòng)活塞壓縮機(jī)。,工作原理 雙作用滾動(dòng)活塞壓縮機(jī)是在普通滾動(dòng)活塞壓縮機(jī)滑板的對(duì)稱位置上，再增加一個(gè)滑板（包括滑板彈簧）。每個(gè)滑板的兩側(cè)都開(kāi)有吸、排氣孔口。 兩個(gè)滑板將氣缸與滾動(dòng)活塞間的月牙空間分為三部分，即有三個(gè)工作腔：吸氣腔、壓縮腔、中間腔。 針對(duì)每個(gè)工作腔而言，主軸旋轉(zhuǎn)一圈半才完成一個(gè)完整的工作循環(huán)；對(duì)整個(gè)壓縮機(jī)來(lái)說(shuō)，三個(gè)工作腔同時(shí)工作，主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)排氣兩次。 思考題：三滑片、四滑片時(shí)主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)各排氣幾次？（轉(zhuǎn)子掃過(guò)排氣口次數(shù)）,第四章,擺動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)的工作原理,滾動(dòng)活塞與滑板做成一整體零件，稱為擺動(dòng)轉(zhuǎn)子，安裝在氣缸內(nèi)。 擺動(dòng)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)中心與氣缸的幾何中心重合； 擺桿在圓柱形導(dǎo)軌中能自由地上下滑動(dòng)，并隨導(dǎo)軌左右擺動(dòng)。當(dāng)滾動(dòng)活塞在汽缸內(nèi)作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，擺桿作左右搖擺運(yùn)動(dòng)。,提問(wèn)：滾環(huán)與氣缸壁面之間做何種運(yùn)動(dòng)？滾環(huán)與偏心輪之間又做何種運(yùn)動(dòng)？,第四章,擺動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)的特點(diǎn),擺動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)將滾環(huán)和擺桿做成一體后，使二者之間不存在密封和潤(rùn)滑問(wèn)題，也不需設(shè)滑板彈簧。適合用于使用替代工質(zhì)的制冷系統(tǒng)，因?yàn)榕cHFC配用的酯類油的潤(rùn)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(cè)支撐，可以承受較大的壓力差；同時(shí)導(dǎo)軌又能轉(zhuǎn)動(dòng)，減小了擺桿的側(cè)向力，并消除了滾環(huán)和擺桿間的摩擦磨損，使壓縮機(jī)的機(jī)械效率有所提高； 擺動(dòng)轉(zhuǎn)子的受力不會(huì)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(nèi)部最嚴(yán)重的泄漏部位-滾環(huán)與氣缸切點(diǎn)處徑向間隙的面積減小，即擺動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)本身有利于減少內(nèi)部泄漏，提高了容積效率； 擺動(dòng)轉(zhuǎn)子加工很困難，導(dǎo)向部分的加工要求很精密，滾環(huán)與偏心輪間難以實(shí)現(xiàn)油膜動(dòng)壓潤(rùn)滑。,三環(huán)滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī),第四章,3個(gè)互為偏心安裝的內(nèi)套圓環(huán)形成2個(gè)內(nèi)外月牙形的區(qū)域， 再由穿過(guò)齒環(huán)的齒板將此區(qū)域分割成內(nèi)外兩組吸氣腔和壓縮腔，滾環(huán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)與齒板連接在一起的齒環(huán)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使內(nèi)外兩個(gè)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(jī)器工作中， 由該環(huán)軸輸入扭矩并帶動(dòng)齒板旋轉(zhuǎn)， 由內(nèi)外兩組密封腔同時(shí)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)