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1、制冷论文压缩机低温启动制冷论文,压缩机低温启动学号 年级 制冷压缩机课程论文 制冷压缩机低温启动的可靠性研究 专 业 能源与动力工程 姓 名 指导教师 评 阅 人 20_年5月 目 录 第1章 制冷压缩机 1 1.1制冷压缩机简介 1 1.2 制冷剂简介 1 1.3 制冷压缩机的启动工况 1 第2章 低温工况下压缩机启动的问题 3 2.1制冷压缩机的低温工况启动 3 2.2 制冷剂迁移 3 2.3 回液和液击 5 2.4 润滑不足和缺油 5 2.5 低压过低和压比过大 5 第3章 解决措施 6 3.1 压缩机电加热带和油温过热度控制 6 3.2 吸气过热度控制 7 参考文献 8 第1章 制冷压

2、缩机 1.1制冷压缩机简介 在制冷系统中，制冷压缩机是最重要的组成部分，其重要程度堪比心脏。而在某种角度来说，制冷系统的意义就是像放大镜一样把制冷压缩机的性能放大，并将其系统化。可以说，制冷压缩机的好坏就是制冷系统性能的体现，制冷系统的工作效果基本由压缩机体现。能源与动力工程方向下制冷行业尤为重视压缩机的研究，许多新的观点层出不穷，如今制冷压缩机技术已今非昔比，而且还将拥有更广阔的前景。制冷压缩机可以根据其工作时的排量是否变化分为定排量压缩机和变排量压缩机。制冷压缩机在工作过程中，将制冷剂升压，如此制冷剂就能在循环工作中吸收相对低温环境中的热量并将这部分热量排放到相对高温的环境中，从而实现热量

3、的转移过程，也就是制冷系统的主要工作过程。制冷压缩机对于制冷的意义毋庸置疑，制冷系统通过压缩机将电能用于制冷剂工作时热量的转移。压缩机工作环境的温度是不断变化的，导致压缩机的负荷也是经常变化的，所以我们需要加入控制系统以减少不必要的能量损失。1.2 制冷剂简介 制冷剂是制冷机中用于热力循环的工质。制冷剂在低温下吸收被冷却对象的热量，并在相对高温下将热量转移给其他对象，如冷却水或者空气。蒸气压缩式制冷机中，制冷剂选择使用在常温或者较低温度能迅速液化的工质，如氟利昂，共沸混合工质、碳氢化合物、氨等；气体压缩式制冷机中，制冷剂选择使用常见气体，如空气、氢气、氦气等，以上气体在制冷循环中一直为气态；吸

4、收式制冷机中，工质选择使用二元溶液，两个组元分别是吸收剂和制冷剂，如氨和水、溴化锂和水等；蒸汽喷射式制冷机中，常使用水作为制冷剂。1960年后，人们对非共沸混合工质做了大量的研究和实验，并在天然气的液化和分离等方面大量使用该工质。非共沸混合工质采用单级压缩可以得到一个较低的蒸发温度，并且可相应地增加制冷量，减少对应功耗。该工质的性质直接影响到制冷装置的制冷效果和性能。1.3 制冷压缩机的启动工况 蒸汽压缩式制冷系统中，压缩机是核心部件及制冷过程的动力源，在实际运行过程中，压缩机受高压高温、油气二元混合等多变因素影响下的环境中，想要研究其变工况运行时的运行状况和热力性能尤为复杂。压缩机的运行状况

5、和热力性能不仅受其结构和部件制造工艺的影响，还受来自其运行工况的影响，并且各种因素之间还有更加复杂的关系，以上种种原因导致其热力性能参数很难用现有的数学模型来表示。那么究竟应该如何表示压缩机的热力性能参数呢？可利用热力过程方程式计算压缩机的指示功率，同时亦可参照文献1中的公式。为了确保计算精度，令计算结果更加接近实际工作过程，还要满足工程计算需要的必要的简便，选择采用等功法1对实际示功图作一定的简化，如图1.1所示。图1.1 实际循环的等功简图 压缩机实际工作中的吸、排气过程分别用平均吸气压力损失即pa线4-1和平均排气压力损失即pa线2-3来近似代替;再分别从1、3两点作1-2和3-4等功多

6、变指数过程线近似代替原先的多变指数过程。这样简化之后，循环指示功W为 （1）假设,上式变成 (2) 若近似认为 (3) 式中压缩比 、分别为容积系数和压力系数 、吸气过程与排气过程中平均相对压力损失 、1、2点的压缩因子 由（3）知，在压缩机工艺结构一定的前提下，进、排气压力确定时，循环指示功仅仅与、m、等参数有关。亦即压缩机的运行工况与这些参数有关。第2章 低温工况下压缩机启动的问题 2.1制冷压缩机的低温工况启动 从启动一直到稳定运转制冷压缩机需要经过“升频到设定值”这一过程，该过程中，压缩机电流及转矩都会变得很大，此时压缩机若处于相对低温的工况情况下，压缩机机组的启动过程将会变得更加复杂

7、和恶劣。这个结果的原因是在相对低温的工况情况下，压缩机的制冷剂在停机时出现的迁移现象。毋庸置疑的是，这种启动过程中的问题会降低机组的生产效率，尤其是低温积液的情况，甚至会对机组部件产生不可逆的损失，因此，解决这些问题将会提高机组的工作效果和效率，也会令我国在制冷领域迈出长足的一步。2.2 制冷剂迁移 压缩机不能长时间处于启动状态，而如果因为特殊情况长时间处于待机状态时，由于某些原因，制冷剂会在机组内部进行迁移从而导致机组工作状态不佳。主要原因之一就是制冷剂会进行从机组相对温度高的区域向相对温度低的区域的迁移，当然这并不是个例，因为种种实验证明，哪怕仅仅存在极小的压差，这个过程也会缓慢发生，也即

8、如果长时间处于待机状态，积液是在所难免的。低温工况下，机组的两侧温度差异较为明显，而制冷剂就会向温度更低的一侧迁移2；原因之二是制冷剂的物理性质决定了它和润滑油能够互溶并成为二元溶液，制冷剂逐渐溶于该二元溶液导致更多的制冷剂因压差等原因向这一侧迁移，不仅制冷剂越来越少，润滑油也不能起到相应的作用了；原因之三是制冷剂的物理性质是温度越低溶解度就越高，如果机组出现长时间待机，温度很快就会降低至环境温度水平，又因为第二条中的原因，制冷剂不断与润滑油混合且溶解度越来越高，导致制冷剂不断在润滑油处积累形成新的二元溶液。为了能够针对上述情况做出改进，必须对液位情况进行观察，实验采用连通器原理，即在机组的两

9、个腔体外部各安装一枚管式液位计，用以观察腔体内部的液位情况 见图2.1所示。图2.1 压缩机焊接液视镜示意图 研究阀门对于液位的影响，如图2.2所示，机组待机过程中如果开启两阀门，液位变化更加剧烈。这说明了在两阀门开启时存在大量制冷剂从机组室内侧迁移到机组室外侧的情况。图2.2 压缩机停机后高压腔的液位变化情况 制冷剂的迁移现象在温度降低时尤为明显，待机时间过长的话，制冷剂会不断地向润滑油迁移，更多地形成两者的二元溶液3-4。而在机组长时间待机之后启动的话，温度会迅速升高，而制冷剂的物理性质是温度越低溶解度越高，也就是说此时制冷剂会蒸发离开二元溶液，就会形成类似于水沸腾时的沸腾状，但沸腾程度可

10、能没有那么剧烈，具体程度如何应从实验结果出发进行假定和验算，这里我们只做定性分析，此时的启动状态称为带液启动。2.3 回液和液击 压缩机运行时，制冷剂因温度升高变为液态，而因压差从低压侧回流到压缩机内部的现象称为回液;液击与回液不同，液击现象中，制冷剂并不流经吸气管而是从吸气阀进入泵体继续运转，在随后的工作过程中还可能被继续压缩。回液现象不仅会导致液击现象的出现，它还会导致制冷剂与润滑油形成二元混合溶液，使得润滑油失去原有的效果，而摩擦增加会使得机体出现划伤等现象，危害机体的工作状态与工作寿命。还有一种特殊情况，冷凝剂也会以液态形式存留并回流产生回液现象，即因某些原因导致系统设计的蒸发量难以满

11、足要求的话，无法蒸发的冷凝剂就会依上述情况回到压缩机内部；另外一种情况在文献中5-6有记载，在此不过多赘述。2.4 润滑不足和缺油 润滑油不足的主要原因之一是因为内部部件不能疏通等原因造成不能按设计的量对各部分提供润滑油导致工作面长时间在润滑不足的情况下工作，造成机体或部件的损伤7；原因之二是上文所述制冷剂大量积液与润滑油形成二元混合溶液，造成润滑油纯度下降，工作能力也会有一定程度的下降，造成工作面不能得到足够的润滑，导致机体或部件的大量摩擦；原因之三是在一般的工作条件下，待机时间较长的机组内制冷剂和润滑油的溶解度并没有那么高，也就是说会形成分层，而制冷剂通常有较高的密度，所以泵体抽取液体时也

12、是从处于底部的制冷剂里抽取，导致制冷剂代替了润滑油，但又不能起到润滑油的作用，造成了机体和部件的高强度恶劣工作条件7-9；原因之四是在极端条件下工作温度极高，此时会造成一种不良的工作状态，即润滑油在高温条件下被分解，工作环境更加恶劣，摩擦更甚，温度再次升高，润滑油一旦流经指定位置就会被分解，此时润滑油已经无法起到作用了9。而缺油情况比较简单，即润滑油不足，此时只要及时续油即可，控制方法也很简单，在机体内设计一个液标，标示润滑油用量即可。2.5 低压过低和压比过大 机组在长时间待机后启动，制冷剂因设计流量和积液的原因导致流量差比较大，导致制冷剂的物理性质迅速变化。制冷剂在高压侧积攒，导致机体高压

13、参数升高，而低压侧制冷剂不能及时供给，低压参数相应地降低。这就是低压过低和压比过大，而在长时间待机后启动情况会更为恶劣，机体负荷大幅度增加，给机器寿命带来很大压力。见图2.3所示，图为在-15的低温工况下，低压参数在机体长时间待机后启动的变化情况，由图可见上述结论正确，而一段时间后，参数逐渐回升，之后在某一水平保持平稳。图2.3 低温（-15）启动低压变化图 第3章 解决措施 3.1 压缩机电加热带和油温过热度控制 在压缩机体内添加电加热带，可以控制润滑油的温度并使其保持在高于饱和温度的水平以保证不会出现上文所述的带液启动现象。另一方面也可以控制二元混合溶液的生成，降低润滑油效率 见图2.4所

14、示，图为在-15低温的工况下，机组长时间待机后再启动的情况，采用电加热带的话，机组内润滑油的油温始终高于饱和温度；而没有采用电加热带时，明显出现了物性参数达不到要求也就是有可能会出现大量制冷剂溶于润滑油的情况。图2.4 低温积液启动油温过热度比较 3.2 吸气过热度控制 其实从上述实验和思想已经可以看出，控制制冷机组的各种低温启动问题的主要解决办法就是控制启动时的润滑油的过热度参数。那么在设计的时候，除了加入电加热带等控制过热度的部件还应该注意不能一味增加过热度，控制适度的过热度会增加机组的工作效率，延长机组的使用寿命。参考文献 1王晓燕,焦卫东,朱利民,等.变工况运行的制冷压缩机功率消耗的定

15、量关系式研究.压缩机技术J.20_,(1): 6-10. 2袁秀玲，黄东，杨晓光，等.制冷剂迁移和汽液分离器对热泵性能的影响J.流体机械，2000,(5): 47-49. 3谢旭明，石文星.制冷系统中制冷剂分布特性的研究现状J.制冷与空调，20_,(12): 1-4. 4程德威,邵丽萍,沈婵,等.低温条件下压缩机油位控制的实验研究J.低温工程，20_,(1): 40-45. 5殷光文.美国艾默生公司压缩机应用技术讲座第三讲制冷空调系统中的液体制冷剂控制J. 制冷技术，20_,(2):42-45. 6韩磊，陶乐仁，郑志皋，等.回气带液对滚动转子压缩制冷系统性能影响实验研究J.制冷学报，20_,(8): 22-25. 7李格升.压缩机常见故障分析J. 湘潭师范学院学报，20_, (2): 117-119. 8韩润虎.美国艾默生公司压缩机应用技术讲座第15讲压缩机常见故障分析一缺油与润滑不足J. 制冷技术，20_, (4):47-49. 9张立毅,胡浩,李勇键，等.美国艾默生公司压缩机应用技术讲座第二十二讲谷轮低温强热涡,旋在热泵式空调器中的应用J.制冷技术，20_ ,(2):30-33. 10陆雪军，孙文，丁国良.风冷热泵涡旋压缩机防护分析J. 制冷技术，20_,(2):25-27.