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全解5大制冷压缩机原理、应用、性能、优缺点!
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  本期我们来看一看5大制冷压缩机(包含活塞式、转子式、涡旋式、螺杆式、离心式)的性能特点、应用、优缺点。

  活塞式压缩机的工作是气缸、气阀和在气缸中作往复运动的活塞所构成的工作容积不断变化来完成。如果不考虑活塞式压缩机实际工作中的容积损失和能量损失(即理想工作过程),则活塞式压缩机曲轴每旋转一周所完成的工作,可分为吸气,压缩和排气过程。

  压缩过程:活塞从下止点向上运动,吸、排汽阀处于关闭状态,气体在密闭的气缸中被压缩,由于气缸容积逐渐缩小,则压力、温度逐渐升高直至气缸内气体压力与排气压力相等。压缩过程一般被看作是等熵过程。

  排气过程:活塞继续向上移动,致使气缸内的气体压力大于排气压力,则排气阀开启,气缸内的气体在活塞的推动下等压排出气缸进入排气管道,直至活塞运动到上止点。此时由于排气阀弹簧力和阀片本身重力的作用,排气阀关闭排气结束。

  半封闭活塞式冷库压缩机一般采用四极电动机驱动,其额定功率一般在60—600KW之间。气缸数为2--8个,最多12个。

  (1)不论流量大小,都能得到所需要的压力,排气压力范围广,最高压力可达320MPa(工业应用),甚至700MPa,(实验室中);

  (3)在一般的压力范围内,对材料的要求低,多采用普通的钢铁材料,加工较容易,造价也较低廉;

  (5)气量调节时,适应性强,即排气范围较广,且不受压力高低影响,能适应较广阔的压力范围和制冷量要求;

  (6)气体的重度和特性对压缩机的工作性能影响不大,同一台压缩机可以用于不同的气体;

  (1)结构复杂笨重,易损件多,占地面积大,投资较高,维修工作量大,使用周期较短,但经过努力可以达到8000小时以上;

  (4)排气不连续,气流有脉动,容易引起管道振动,严重时往往因气流脉动、共振而造成管网或机件的损坏;

  (5)流量调节采用补助容积或旁路阀,虽然简单、方便、可靠,但功率损失大,在部分载荷操作时效率降低;

  螺旋转子凹槽经过吸气口时充满气体。当转子旋转时,转子凹槽被机壳壁封闭,形成压缩腔室,当转子凹槽封闭后,润滑油被喷入压缩腔室,起密封。冷却和润滑作用。当转子旋转压缩润滑剂+气体(简称油气混合物)时,压缩腔室容积减小,向排气口压缩油气混合物。当压缩腔室经过排气口时,油气混合物从压缩机排出,完成一个吸气--压缩--排气过程。

  (1)转子回转一周,将完成上一工作循环的压缩和排气过程及下一工作循环的吸气过程。

  (2)由于不设进汽阀,吸气开始的时机和汽缸上吸气孔口位置有严格的对应关系,不随工况的变化而变动。

  转子制冷压缩机是全封闭,一般用于家用空调或小型制冷设备中 ,在家用电冰箱中应用也很普遍,压缩机制冷能力不高,在3KW~~15KW。

  (1)结构简单,体积小,重量轻,同活塞式压缩机比较,体积可减小40%~50%,重量也可减轻40%~50%;

  (3)仅滑片有较小的往复惯性力,旋转惯性力可完全平衡,转速可以较高,并且振动小,运转平稳;

  (4)没有吸气阀,吸气时间长,余隙容积小,并且直接吸气,减小了吸气有害过热,所以其效率高。

  (2)滑片与气缸壁面之间的泄漏、摩擦和磨损较大,性能下降明显。一旦在其轴承、主轴、滚轮或是滑片处发生磨损,间隙增大,马上会对其性能产生较明显的不良影响;

  涡旋压缩机中的主要部件是两个形状相同但角相位置相对错开180°的渐开线涡旋盘,其一是固定涡旋盘,而另一个是由偏心轴带动,其轴线绕着固定涡旋盘轴线做公转的绕行涡旋盘。

  工作中两个涡旋盘在多处相切形成密封线,加上两个涡旋盘端面处的适当密封,从而形成好几个月牙形气腔。两个涡旋盘间公共切点处的密封线随着绕行涡旋盘的公转而沿着涡旋曲线不断转移,使这些月牙形气腔的形状大小一直在变化。压缩机的吸气口开在固定涡旋盘外壳的上部。

  当偏心轴顺时针旋转时,气体从吸气口进入吸气腔,相继被摄入到外围的与吸气腔相通的月牙形气腔里。随着这些外围月牙形气腔的闭合而不再与吸气腔相通,其密闭容积便逐渐被转移向固定涡旋盘的中心且不断缩小,气体被不断压缩而压力升高。

  涡旋式制冷压缩机目前主要以全封闭结构为主,主要应用于空调(热泵),热泵热水,冷冻冷藏等领域。

  配套的下游产品有:家用空调机,多联机,模块机,小型水地源热泵等。目前涡旋式制冷压缩机有厂家单台能做到20~30HP。

  (1)属于第三代压缩机,多个压缩腔同时工作,相邻压缩腔之间的气体压差小,气体泄漏量少,容积效率高,可达98%,比第二代压缩机转子压缩机效率高5%左右;

  (2)驱动动涡盘运动的偏心轴可以高速旋转,因此,涡旋式压缩机体积小重量轻;

  (4)没有吸、排气阀,涡旋压缩机运转可靠,且特别适应于变转速运动和变频调速技术;

  (5)涡旋压缩机的压缩腔是由涡旋型线构成的,为多室压缩机构,当动涡盘中心绕静涡盘中心作圆周运动时,各压缩腔容积随主轴转角发生变化,将相应地减小或扩大,由此实现气体的吸入、压缩和排气过程,由于吸排气过程几乎连续进行,整机噪声很低;

  (6)轴向和径向柔性结构提高了涡旋压缩机的生产效率,而且保证轴向间隙和径向间隙的密封效果,不因摩擦和磨损而降低,即涡旋压缩机有可靠和有效的密封性,所以其制冷系数不是随运行时间的增加而减小,而是略有提高;

  (7)涡旋压缩机有着良好的工作特性,性能主要受自身压缩比和吸气压力的影响,排气压力范围广,适用各种室内、外环境,确保压缩机一直在高能效比下运行,从而保证空调机组的能效比。在热泵式空调系统中,特别表现在制热性能高、稳定性好、安全性高;

  (8)涡旋式压缩机无余隙容积,在结构上属于多室压缩,相邻的腔室内压力差别不是很大(近似连续变化),同时,动、静涡盘端面接触部的密封条靠轴向背压被压紧而使得动、静涡盘紧密接触,并在冷冻油的帮助下实现良好的密封效果,从而使得内泄漏几乎不存在;当密封条端平面被磨损后,可以沿轴向方向自动补偿,以保证动涡盘端面和静涡盘底面始终贴紧,而且压缩机工作时间越长,这些贴紧的相对运动面的配合越好,密封效果也越好,这些优点使得涡旋压缩机不存在二次压缩制冷剂气体的问题,是保持高容积效率运行的重要保障因素之一;

  (9)力矩变化小,平衡性高,振动小,运转平稳,从而操作简便,易于实现自动化;

  (10)因其自身运动部件少、没有往复运动机构,所以结构简单、体积小、重量轻、零件少(特别是易损件少),可靠性高,寿命在20年以上。

  (1)其运动机件表面多是呈曲面形状,这些曲面的加工及其检验均较复杂,制造需高精度的加工设备及精确的调心装配技术,因此制造成本较高。

  (2)其运动机件之间或运动机件与固定机件之间,常以保持一定的运动间隙来达到密封,气体通过间隙势必引起泄漏,这就限制了回转式压缩机难以达到较大的压缩比,因此,大多数回转式压缩机多在空调工况下使用。

  螺杆压缩机是通过由5个凸齿组成的阳转子(以下简称为M转子)与由6个凹齿组成的阴转子(以下简称为F转子)的啮合形成齿形空间吸入冷媒,通过减小齿形空间来压缩冷媒至所定压力。

  从在轴向到半径方向上开口的吸入口吸入冷媒。随着转子的回转,在转子下侧,啮合分开,齿沟长度增大,冷媒被吸入齿形空间。

  从齿沟的吸入侧开始进行齿形的啮合,密封线渐渐向排出侧行进,齿形空间减少,进行压缩。

  通过随着冷媒一起吸入的润滑油,在转子间隙内形成油膜密封,同时对转子进行润滑。阳转子和阴转子渐渐靠近排出口进行压缩,压力升高。

  齿形空间与排出口连上,开始排出行程。此行程持续到排出端,直到齿形空间的冷媒被完全送出为止。

  螺杆式压缩机可分为无单螺杆式压缩机及双螺杆式压缩机。现广泛地应用在冷冻冷藏、暖通空调和化工工艺等制冷装置上。

  输入功率范围已发展到8--1000KW,其研究和开发领域十分广泛,性能优化潜力大。

  (5)螺杆压缩机的转子齿面实际上是有间隙的.因此对湿行程不敏感,能耐液击;

  (7)可实现制冷情无级调节,采用滑阀机构,使制冷量可从 15%~100%进行无级调节,节省运行费用;

  (1)转子齿面是一空间曲面,需利用特制的刀具,在价格昂贵的设备上加工,机体零部件加工精度也有较高的要求,必须采用高精度设备:

  (3)由于受到转子刚度和轴承寿命等限制,压缩机内部只能依靠间隙密封,所以螺杆压缩机只能适用于中、低压范围,不能用于高压场合;

  离心式制冷压缩机的构造和工作原理与离心式鼓风机极为相似。但它的工作原理与活塞式压缩机有根本的区别,它不是利用汽缸容积减小的方式来提高气体的压力,而是依靠动能的变化来提高气体压力。

  离心式压缩机具有带叶片的工作轮,当工作轮转动时,叶片就带动气体运动或者使气体得到动能,然后使部分动能转化为压力能从而提高气体的压力。这种压缩机由于它工作时不断地将制冷剂蒸汽吸入,又不断地沿半径方向被甩出去,所以称这种型式的压缩机为离心式压缩机。

  离心压缩机制冷能力大,适用于大型中央空调系统及石化工业使用,多用于大型建筑空调调节或制冷需求。

  (1)离心式压缩机的气量大,结构简单紧凑,重量轻,机组尺寸小,占地面积小,相对于活塞式压缩机,在制冷量相同时,重量较活塞式轻5~8倍。

  (2)由于它没有汽阀活塞环等易损部件,又没有曲柄连杆机构,运转平衡,操作可靠,运转率高,摩擦件少,因之备件需用量少,维护费用及人员少。

  (3)工作轮和机壳之间没有摩擦,无需润滑。在化工流程中,离心式压缩机对化工介质可以做到绝对无油的压缩过程。

  (4)离心式压缩机为一种回转运动的机器,它适宜于工业汽轮机或燃汽轮机直接拖动。对一般大型化工厂,常用副产蒸汽驱动工业汽轮机作动力,为热能综合利用提供了可能。

  (1)离心式压缩机目前还不适用于气量太小及压比过高的场合,并且由于适宜采用分子量比较大的制冷剂,故只适用于大制冷量,一般都在25~30万大卡/时以上。

  (4)一般要用增速齿轮传动,转速较高,对轴端密封要求高,这些均增加了制造上的困难和结构上的复杂性。


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