螺杆压缩机原理.docx

1、螺杆压缩机原理绪论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

2、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1 1、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

3、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

4、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

5、替代剂（箭头横线之下）。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

6、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qm t，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，W ts =12 Vd p (1-4 )2.即单位绝热理论功Wt s为，单位为J，W ts = h 2 - h 1 (1-4a )3.压缩机所消耗的理论功率Pts，单位为kw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

7、(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V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 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：PdP2 Pd = P2。 PdP2 。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

8、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 = qmaq 0 = qvtqv k

9、W (1-10)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高温7.254.1(1)18.3357.218.9(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

10、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Ph图可见，在一定工况下的排热量Qh为Qh = qm a（h2h3）= qm a (h1h4) + (h2h1) = qmaq0 + qma(h2h1) = QO + qma(h2h1)从图1-3b的压缩机的能量平衡关系图上不难发现qma（h2h1）PelQr于是可得Qh = Q0 + PelQr = Q0 + f Pel (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，

11、它等于 (1-12)制冷压缩机的指示效率i是指压缩1kg工质所需的等熵循环理论功与实际循环指示功i（单位为J/kg）之比。（1-13）i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P e，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e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m是指示功率和轴功率之比，用它可以评定压缩机摩擦损耗

12、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el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(Coefficient of performance)，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

13、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(Energy Efficiency Ratio)，其单位为W/W或Btu/(w-h)，使用时要注意其单位。制冷压缩机电子教案第二章 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。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

14、制冷压缩机；气缸直径为70170mm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GB108711989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6001500r/min。半封闭式压缩机基本参数规定：气缸直径为30mm40mm50mm60mm，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： 小型

15、、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50，60446001500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类别缸径/mm行程/mm转速范围/(r/min)缸数容积排量(8缸)最高转速(r/min)排量/(m3/h)最高转速/(r/min)排量/(m3/h)半封闭式7070180010002，3，4，6，81800232.61000129.255182.6101.5开启式10010015007502，4，6，81500565.275

16、0282.680452.2226.112511012006001200777.2600388.6100706.5353.3170140100050010001524.5500762.8目前国内生产厂家在样本等资料上，仍习惯于沿用老的压缩机型号表示方法，即第二节 第二节 活塞式压缩机的基本结构和工作过程一、基本结构和名词术语1、基本结构各种活塞式制冷压缩机的制冷量、外形、制冷剂、用途等不尽相同，但其基本结构和组成的主要零部件都大体相同，即包括机体、曲轴、连杆组件、活塞组件、吸排汽组件、汽缸套组件等。图2-2即为一台立式两缸活塞曲柄连杆式制冷压缩机的结构轴测图。2、名词术语下面利用图2-3介绍压缩

17、机的有关名词术语。1外止点（上止点）：活塞在汽缸中作反复运动时，离曲轴旋转中心最远的位置，如图2-3（a）所示。2内止点（下止点）：活塞在汽缸中作反复运动时，离曲轴旋转中心最近的位置，如图2-3（b）所示。3活塞行程：外止点与内止点之间的距离，通常用S表示，等于曲柄半径R的两倍，即S=2R，单位为米（或毫米）。4余隙容积：活塞位于外止点时，活塞顶面与汽缸端面之间的容积，汽阀通道（与汽缸一直相通的）及第一道活塞环以上的环形容积的总和（图2-3（a），以Vc表示。5相对余隙容积：余隙容积与汽缸工作容积之比，以C表示，即式中：Vc 余隙容积； Vp 汽缸工作容积。二、压缩机的工作过程1、 1、 理想

18、工作过程2、 2、 实际工作过程 压缩机的实际工作过程与理想工作过程存在着较大的区别。实际工作过程如图2- 5所示。 第三节 活塞式压缩机的热力性能一、输汽系数及其影响因素由于余隙容积，吸汽和排汽压力损失，汽体与汽缸壁之间的热量交换以及泄漏等因素的影响。压缩机的实际输汽量总是小于它的理论排汽量。压缩机的实际输汽量qVa与理论输汽量qV t的比值，称为压缩机的输汽系数，即输汽系数综合了影响压缩机实际排汽量的各种因素，是评价压缩机性能的一个重要指标，输汽系数越小，表示压缩机的实际排汽量与理论排汽量相差越大。显然，压缩机的输汽系数值总是小于1的。输汽系数可以写成容积系数v、压力系数p、温度系数t和泄

19、漏系数l 乘积形式，即： （2-1）1、影响压缩机输汽系数的各种因素：1）容积系数V、它反映了压缩机中余隙容积的存在对压缩机输气量的影响。由理论分析和推导可知，容积系数V、可由下式进行计算： (2-2)pC对V的影响较小，可以略去不计，则式(2-2可以简化为(2-3)2）压力系数它反映了吸气压力损失对压缩机输气量的影响。经推导和分析可知，可用下式表示： (2- 4)3）温度系数 T它反映在吸气过程中，因气体的预热对输气量的影响。吸入气体与壁面的热交换是一个复杂的过程，与制冷剂的种类、压缩比、气缸尺寸、压缩机转速、气缸冷却情况等因素有关。T的数值通常用经验公式计算。对于开启式压缩机为 (2-5)

20、对于封闭式制冷压缩机为 (2-6)4）泄漏系数它反映压缩机工作过程中由于泄漏而引起的对输气量的影响。泄漏是的大小与压缩机的制造质量、磨损程度、气阀设计、压力差大小等因素有关。对于高速多缸压缩机的输气系数，可由上述四个系数的乘积求出，也可由试验结果整理出来的经验公式求出。例如日本的木村亥之助推荐的经验公式(简称木村公式)如下1)当转速大于720r/min，c = 3% 4%时 (2-7)2)对双级压缩机的低压级 (2-8)2、输气系数的特性曲线压缩机的输汽系数可通过分析或计算求得，也可通过压缩机在不同工况下进行试验，测得的制冷剂质量流量qma，按公式求得，并将求得的值做成输汽系数特性曲线，供设计

21、或运行时查找。图2-6是开启式压缩机随工况变化关系。二、压缩机的功率和效率1、指示功率与指示效率单位时间内所消耗的指示功，称为压缩机的指示功率。理想循环中压缩1kg制冷剂所消耗的功Wts，与实际循环中所消耗的功Wi的比值，称为压缩机的指示效率，用i表示。 (2-9)开启式压缩机中的 可用下列经验公式计算：i = T+bte (2-10)压缩机的指示效率也可由图2-7查取。影响指示功率和指示效率的因素有压缩比，吸、排气过程的压力损失，相对余隙容积，吸气预热程度及制冷剂泄漏等。2、轴功率、磨擦功率与机械效率由原动机传到曲轴上的功率称为轴功率，用Pe表示。轴功率的一部分直接用于压缩气体，称为指示功率

22、，用Pi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Pm表示。两者之比值称为机械效率，用m表示。即 （2-11）制冷压缩机的机械效率一般在0.750.9之间。图2-8示出机械效率m与压缩比之间的关系曲线。由图可见，m随的增加而下降。这是因为增大，指示功率减少而摩擦功率几乎保持不变，从而导致m下降的缘故。指示效率i与机械效率m的乘积，称为压缩机的轴效率，用e表示。 一般在0.60.7之间。3、配用电动机功率制冷压缩机所需要的轴功率，是随工况的变化而变化的，选配电动机功率时，应考虑到这一因素。如果压缩机本身带有卸载装置，可以空载起动，则电动机的轴功率可按运行工况下的轴功率，再考

23、虑适当裕量(10%15%)选配。三、压缩机的排汽温度制冷压缩机的排汽温度虽不是主要性能指标，但它对压缩机能否良好运行却是一个很重要的因素。1.影响因素2.降低排温的措施四、压缩机的运行特性曲线和工况1、运行特性曲线压缩机的运行特性是指在规定的工作范围内运行时，压缩机的制冷量和功率随工况变化的关系。图2-9是47FG(4FV7K)型压缩机的性能曲线。由性能曲线可见：当蒸发温度一定时，随着冷凝温度的上升，制冷量减少，而轴功率增大；当冷凝温度一定时，随着蒸发温度的下降，制冷量减少。通过性能曲线，可以较方便地求出制冷压缩机在不同工况下的性能系数COPe，它的数值也是随冷凝温度和蒸发温度而变化的。COP

24、e值是说明制冷压缩机性能的一个不可缺少的主要经济指标。在相同工况下，COPe值越大说明压缩机性能越好。应注意到：对于半封闭和全封闭压缩机，性能曲线一般是反映蒸发温度与同轴电动机输入电功率之间的关系，这样能比较直观地反映总耗电量，对用户有较实用的参考价值。2、压缩机的工况由以上分析可知，同一台压缩机的制冷量，是随t h和to的改变而改变的，因此不指出压缩机的工作条件而比较它的制冷量的大小是没有意义的。为了对压缩机的性能加以对比，根据我国的具体情况，规定了“名义工况”、“考核工况”、“最大功率工况”、“低吸气压力工况”等。表2-3列出全封闭式活塞制冷压缩机的名义工况。表2-4和表2-5列出GB10

25、8711989规定的小型活塞式单级制冷压缩机名义工况和考核工况。表2-6和表2-7列出GB108741989规定的中型活塞式单级制冷压缩机名义工况和考核工况。表2-3 全封闭活塞式制冷压缩机名义工况 (单位：)工况制冷剂冷凝温度蒸发温度过冷温度吸气温度环境温度备注高温工况R2254.47.246.135353GB10079-1988低温工况R12、R22、R50230-152515353冰箱工况R1254.4-23.332.232.2353GB9098-1988表2-4 小型压缩机名义工况 (单位：)使用温度范围制冷剂吸入压力饱和温度吸入温度排出压力饱和温度制冷剂液体温度高 温R1278494

26、4R22中 温R12-74338R22低 温R12-235R22R502表2-5 小型压缩机考核工况 (单位：)使用温度范围制冷剂吸入压力饱和温度吸入温度排出压力饱和温度制冷剂液体温度高 温R125154035R22中 温R12-153025R22低 温R12R22R502表2-6 中型压缩机名义工况 (单位：)使用温度制冷剂吸入压力饱和温度吸入温度排出压力饱和温度制冷剂液体温度低冷凝压力时高冷凝压力时低冷凝压力时高冷凝压力时高 温R1271843553850R22中 温R12-73530R22R7171-低 温R12-2355550R22R502R717-15-表2-7 中型压缩机考核工况 (单位：)使用温度制冷剂吸入压力饱和温度吸入温度排出压力饱和温度制冷剂液体温度低冷凝压力时高冷凝压力时低冷凝压力时高冷凝压力时高 温R1251540503545R22中、低温R12-153025R22R502R717-10-制冷压缩机的工况虽然可以根据