制冷压缩机结构及设计计算

制冷压缩机是蒸气压缩式制冷装置中最主要的设备。压缩机根据其工作原理的不同。可分为容积式压缩机和离心式压缩机两大类。今天我们来看一看制冷压缩机结构及设计计算。

制冷压缩机分类

1、制冷压缩机的分类

（1）容积式压缩机

容积式压缩机依靠改变气缸容积来进行气体压缩。

常用的容积式压缩机有活塞式压缩机和回转式压缩机。

活塞式压缩机是容积式压缩机中使用最广泛的机种。

（2）离心式压缩机

离心式压缩机是依靠离心力的作用，连续地将吸入的气体进行压缩。

离心式压缩机广泛使用于大型的制冷系统中。

活塞式压缩机

1、活塞式压缩机概述

• 应用广泛

• 排气量小，一般用于中(60～600kW)、小(<60kW)型制冷机

• 有单气缸和多气缸之分

• 多缸压缩机可采用卸缸方法调节负荷

• 有开启式(open-type) 和封闭式(hermetic)之分

• 根据气流情况可分为顺流式和逆流式。一般的压缩机均为逆流式

2、封闭式压缩机

• 均采用氟利昂

• 压缩机与电动机密封在一起

• 分类：

          半封闭式

          全封闭式

3、开启式多缸压缩机的内部结构

4、半封闭式与全封闭压缩机的结构

影响压缩机性能的主要因素和参数

 1、影响活塞式压缩机性能的主要因素

（1）影响性能因素

• 冷凝温度

• 蒸发温度

• 过热度

• 过冷度

（2）评价指标

• 性能系数COP= Q₀/P_out ,用于开启式压缩机

• 能效比EER＝Q₀/P_in,多用于全封闭压缩机

2、影响活塞式压缩机性能的参数

• 活塞排量（理论输气量）：V_h

• 容积效率（输气系数）： h_v＝λ_vλ_pλ_tλ_l

• 余隙(容积)系数λ_v：汽缸内必须留有余隙容积

• 节流(压力)系数λ_p：吸、排气节流的影响

• 预热(温度)系数λ_t：吸气受热容积增大

• 气密(密封)系数λ_l：高低压间泄漏

3、活塞式压缩机的示功图

4、余隙容积影响的容积系数

• 相对余隙容积 c越小，在相同的ε和m值条件下λ_v越大。c值的确定还和压缩机的结构参数S/D有关，S/D大的压缩机易获得较小的c值。

• 现代的中小型制冷压缩机的c值在1.5~6%之间。

  新设计的氨压缩机多变膨胀指数m=1.10~1.15。

  多变压缩指数n=1.20~1.30；

  氟利昂压缩机多变膨胀指数m=0.95~1.05。

  多变压缩指数n=1.05~1.18。

5、活塞式压缩机的制冷量

运行界限

• 是压缩机运行时的蒸发温度和冷凝温度的界限。受限于最高和最低蒸发温度，最高排气温度，最大压力差，最高冷凝温度等。

• 在不同的工作温度区间，所要求的电动机功率有所不同，为节能考虑，采用的电动机有Ⅰ型和Ⅱ型之分。在最大功率要求区域需Ⅰ型电动机，用Ⅱ型电动机一般用在低温区域，但受运行区域的限制，在压缩比接近 3 的区域，电动机的输出功率就不够，需采用Ⅰ型电动机。

• 对采用Ⅱ型电动机的低温压缩机，开始工作时，必定经过耗功最大的区域，所以对这类机组，在启动时一定要卸载。

活塞式制冷压缩机的规定工况

• 活塞式制冷压缩机的制冷量随着蒸发温度和冷凝温度的变化而变化，因此，一台制冷压缩机的制冷量，光讲它的数值大小是不够的，还应同时指出是在什么工作温度（主要是指蒸发温度和冷凝温度）下的制冷量，这样才有了进行比较的标准，否则是没有什么意义的。

• 为了能在一个共同标准下说明制冷压缩机的性能，根据我国制冷技术实际情况，对压缩机的制冷量规定了两个工况，即标准工况和空调工况。  

活塞式制冷压缩机的选择计算

• 对于同一台制冷压缩机在不同的工况下运行时其制冷量是不同的。在机器铭牌上标出的制冷量是指标准工况下的制冷量，如果用于其他制冷工艺工况，其制冷量要进行换算。

• 设标准工况下的制冷量为Q_0b：

• 设一般工况下的制冷量为Q_0a：

• 对于同一台压缩机，当转速不变时理论排气量V_h总是不变的，则一般工况下的制冷量与标准工况下的制冷量的关系为：
  

滚动转子式压缩机

1、滚动转子压缩机工作原理

2、滚动转子式压缩机结构

3、滚动转子式压缩机的特点

（1）滚动转子式回转压缩机作为房间空调器一种常用的压缩机

（2）它与往复式活塞压缩机相比，具有以下特点：

• 容积效率高

• 往复运动部件少

• 振动较小

• 不需要内部悬挂支撑弹簧

• 零部件少等优点

• 体积小、重量轻：相对于往复式压缩机，转子式压缩机体积减少40-50%，重量轻40-50%

旋叶式压缩机和涡旋式压缩机

1、旋叶式压缩机工作原理

旋叶式压缩机启动性能较好、压缩过程力矩变化亦不大，高速下的动力特性是这种压缩机的主要技术研究方向。

 

2、涡旋式压缩机工作原理

3、涡旋式压缩机结构

4、涡旋式压缩机的特点

（1）效率高：90～98％。

涡旋式压缩机的吸气、压缩、排气过程是连续单向进行，吸入气体的有害过热小；相邻工作腔间的压差小，气体泄漏少；没有余隙容积的气体向吸气腔膨胀，容积效率高；没有吸气阀，甚至可以不装排气阀，阻力损失小；动涡旋体上所有点均以几毫米的回转半径作同步转动，运动速度低，摩擦阻力小。

（2）低噪声、振动小

力矩变化小，平稳；转矩比往复式和滚动转子式小，仅为滚动转子式的1/10；吸气、压缩、排气单向连续，压力脉动小。

（3）结构简单，可靠性高

零件数目：涡旋式:滚动转子式:活塞式=1:3:7 

5、其他形式的涡旋式压缩机

螺杆压缩机

1、双螺杆压缩机结构及工作原理

2、单螺杆压缩机结构及原理

3、单螺杆机与双螺杆机的不同处

（1）双螺杆内压缩比相对固定，容易发生使压缩终了压力大于或小于排气压力，消耗的功会增加；

（2）在单螺杆两侧对称分布构成双工作腔，各自完成吸气、压缩和排气工作过程，在转子旋转一周后，完成两个吸、压、排整个工作过程。

 4、螺杆式压缩机的特点

• 转速高，零部件少；易损零件少，维护容易；

• 运转平稳，振动小，但噪声大；

• 可调节内容积比，容积效率高；

• 可承受少量的回液（对液压缩不太敏感）；

• 电动机的冷却方式：喷润滑油、喷冷凝液，可降低排气温度；

• 制冷量范围：70～4600kW；

• 负荷调节能力强：10～100％；

• 滑阀调节，目前已开发出变速调节螺杆压缩机。

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第一堂课主题：高效换热和小管径换热器