制冷压缩机与设备选型要点

压缩机分类：

大中型制冷系统常用压缩机型式：活塞式，螺杆式，离心式。

活塞压缩机：

应用最早、最成熟、单级压缩比可达8；易损件多、检修周期短。两级压缩时选单级机/双级压缩机。多种系列活塞式采用两种行程。

活塞式制冷压缩机选型的一般原则：

1.根据各蒸发温度的机器负荷分别选定。

2.总台数不宜少于两台的前提下，尽量少。

3.不同蒸发温度的压缩机，应考虑各系统之间的相互代替(加旁通阀），一般不设备用机。

4.同一机房最好采用同一系列的压缩机，一般不宜超过两种系列。便于维修与配件共用。

活塞式压缩机的缸径与行程（mm）：

1)由两台活塞式压缩机配组的双级压缩管道的连接方式：

5.活塞氨机压缩比＞8 采用双级，≤8 采用单级。

6.小型制冷系统，可选用压缩冷凝机组。

7.选用氨压缩机的工作条件不得超过厂家规定条件。

(1)单级氨活塞式压缩机的极限工作条件：

1)活塞最大压力差PƖ-Pz不大于1373kPa。

2)最大压力比PƖ/Pz不大于8。

3)冷凝温度不高于40℃。

4)蒸发温度5℃～-30℃。

5)油温不高于70℃。

2）单机双级氨活塞式压缩机的极限工作条件：

⑴活塞最大压力差PƖ-Pz不大于1514kPa。

⑵低压级活塞压力差Pzj-PZ不大于785kPa。

⑶高压级活塞压力差PƖ-Pzj不大于1373kPa。

⑷冷凝温度不高于40℃。

⑸蒸发温度不低于-50℃。

⑹低压级排气温度不高于120℃。

⑺高压级排气温度不高于150℃。

3）单级氨螺杆式压缩机的极限工作条件：

⑴冷凝温度不高于45℃。

⑵蒸发温度5℃～－40℃。

⑶排气温度不高于105℃。

⑷油温不高于65℃。

与活塞机比较：工作范围更宽。

冷凝温度、蒸发温度、排气温度、油温。

选型计算：

1.汇总各蒸发系统的机器负荷800+1200/20t冷库

1）各个蒸发温度机器负荷分别汇总，如：

-8℃系统 800t*88w/t=70.4kw

-28℃系统 1200t*45w/t=54kw

-33℃系统 20t*7600w/t=156kw

若有两个蒸发温度比较接近，其中一个蒸发温度负荷较小时，可以将这两个蒸发温度合并。

上例可将-28℃和-33℃合并为一个蒸发温度系统，简化系统。

说明：当-28℃和-33℃合并为一个蒸发温度系统：

-33℃为冻结系统，其实际蒸发温度为变化的，当货物入库时，蒸发温度较高；随着货物温度的降低，蒸发温度随之降低。

冻结间冷藏间并不是需要24小时制冷的，比如一般的冷藏间（-28℃蒸发系统）每昼夜运行时间为12小时左右，可在冻结系统的蒸发温度在-25℃～-30℃之间时与冻结间一起降温。

2.确定工作参数：

1）蒸发温度

蒸发温度比冻结间、冻结物冷藏间低10℃，比冷却物冷藏间低8℃。

冻结间库温-23℃ ，蒸发温度-33℃

冻结物冷藏间-18℃，蒸发温度-28℃

冷却物冷藏间0℃，蒸发温度-8℃

2）冷凝温度

例如，济南湿球温度：26.8 ℃

冷却塔冷却水出水温度为26.8+4=30.8 ℃

冷凝温度：30.8+6=36.8 ℃

3）中间冷却温度

本工程-33 ℃与-28 ℃蒸发系统合并为一个系统，因

-33 ℃系统负荷较大，计算时蒸发温度按-33 ℃。

最佳中间温度：拉塞公式：

t=0.4*37.8-0.6*33+0.3=-4.38 ℃

查图4-1c，高低压容积比1:2的压缩机中间温度为-9℃，高低压容积比1:3的压缩机中间温度为-1.5℃；

1:3的压缩机更接近最佳中间温度。

4）过冷温度

中间冷却器蛇形管出液温度比中间冷却温度高5℃～7℃。tgl=-1.5+5=3.5℃

5.吸气温度：氨压缩机的吸气温度-33℃

6.排气温度

压缩机排气温度可通过logP-h图查得,也可见表3-2所示。

低压级排气温度：蒸发温度-33 ℃，冷凝温度-1.5 ℃，排气温度（略）。

高压机排气温度：蒸发温度-1.5℃，冷凝温度37.8 ℃；

排气温度：80+（35-32.5）*2.8/2.5=82.8 ℃，

设计工况下的机器负荷换算成标准工况下的产冷量，或计算出所需要的理论排气量，再根据样本，确定压缩机的型号、台数。

单级氨制冷压缩机的选型计算：

1.以压缩机标准工况下的制冷量选型

计算所得的机械负荷Ｑj，是设计工况下所需的制冷量，应换算为标准工况下的机器负荷，再从产品样本中选择合适的压缩机型号并确定台数。

根据压缩机在不同工况下工作时，其理论排气量Ｖp等于定值的条件：

理论输气量定义：

式中：

Qc标—压缩机在标准工况下的机器负荷(W）；

Qj—压缩机在设计工况下的机器负荷（W）；

qr标、qr—标准工况下和设计工况下压缩机的输气系数。

（二）根据压缩机的理论排气量选型

选配压缩机时，压缩机制冷量应和计算所得的压缩机总负荷Qj相匹配，因此，利用制冷量和需冷量的平衡关系、即可求得压缩机理论排气量Vp。

Vp=Qj/(λqqr/3.6) (m3/h)

式中，Qj－压缩机设计工况下的机器负荷(W)；

qr—设计工况下氨单位容积制冷量（KJ／m3）；

λq—设计工况下压缩机的输气系数。

（3）查性能曲线

双级氨制冷压缩机选型计算：

（一）配组式双级的选型计算

配组双级计算，实际上是以中间冷却温度作为低压级的冷凝温度。计算步骤为：

1.确定高、低压机理论排气量之比ξ，ξ=0.5-0.33 ；

2.根据tz、tƖ和ξ，查图3-1确定中间冷却温度tzj，也可计算；

3.根据中间冷却温度，确定中间冷却器盘管出液温度，一般采用比中间冷却温度高5℃；

4.根据蒸发温度和中间冷却温度，查表3-7确定低压机的输气系数，或根据产品样本给定选用；

5.根据蒸发温度和中冷盘管出液温度，查表3-8确定低压机单位容积制冷量KJ/kg；

6.根据式(3-3)计算出低压机的理论输气量：

Vdp=Qj/（λqqr/3.6）；

7.根据计算出的低压机理论输气量和压缩机的选型原则，从单级压缩机产品样本中确定低压机的型号和台数；

8.根据选定的高低机理论排气量之比ξ=Vgp/Vdp，确定高压机的理论输气量。

螺杆式压缩机：

易损件少、检修周期长、单机容量在活塞式和离心式之间。

活塞式：Ｑ0=几十KＷ～500KW；

螺杆式：Ｑ0= 50～1500KW；

离心式：Ｑ0＞1500KW。

常见螺杆机的结构形式：

全封闭：目前世界范围内只有顿汉布什公司一家生产，主要用于中央空调行业，最低蒸发温度-15℃；

半封闭：主要厂家有比泽尔、莱富康、凯利、汉中、复盛、冰轮。用于中央空调为主，部分机型可用于低温工况，相对与开启式压缩机，低温下效率低，油路简便。

开启式：主要厂家有前川、约克、SABRO、FRICK、冰轮、大冷(含武冷)。

以上几种都是双螺杆，关键技术及对零部件的要求基本相同工作原理、压缩机结构大同小异。

单螺杆：目前国际上只有1、2家生产。

适用范围：

蒸发温度tz＞-20℃采用单级螺杆机；

蒸发温度-20℃＞tz＞-35℃选用二次进气螺杆机；

蒸发温度-35℃＞tz＞-50℃选用双级螺杆机。

1.螺杆压缩机的理论排气量

Vp=60CnLnD2（m3/h)

式中，Cn－齿形系数，与型式、齿数有关。Cn值一般为0.46～0.508按阳转子名义直径计算），对称圆弧型线取小值，单边不对称型线取大值。

L－转子的工作长度（m）。

n－主动转子的转速(r/min)。

D－主动转子的公称直径（m）。

2.螺杆压缩机制冷量

Q0=Vpλqqr/3.6 (W)

式中，Q0—压缩机的制冷量（W）；

Vp—压缩机理论排气量（m3/h)；

λq—压缩机的输气系数，可从制造厂提供的图表中查得，一般可采用0.75～0.9，对输气量小、压缩比大的螺杆压缩机取小值，反之取较大值；

qr－单位容积制冷量（KJ/m3）

选型应考虑的问题：

螺杆压缩机适用于大中型冷量范围，选型时应注意以下几点：

（1）单级螺杆制冷压缩机的经济压缩比为4.7～5.5，在此范围内经济性最佳。

（2）单级螺杆制冷压缩机不适用于我国南方地区的低温工况。

（3）蒸发温度在-20℃以下，单级螺杆压缩机的运行经济性差。蒸发温度越低，效率越低，能耗越大，长期运行会带来能源的过量消耗，并使压缩机过早损坏。

（4）优先选择带经济器的螺杆压缩机

带经济器的螺杆压缩机有较宽的运转条件，单级压缩比大，比双级螺杆制冷系统容易控制，系统简单，占地面积小；与单级螺杆压缩机相比，优越性更加明显。

离心式压缩机：

特点：

优：单机容量大，易损件少，检修周期长。

缺：压缩比小，单级压缩比＜4。

适用：空调场合（温区）、化工企业。

各种制冷压缩机的适用领域和场合及单机容量：

电动机功率的选配和校核计算：

（一）电动机功率的选配

影响压缩机功率大小的因素：

1.运行工况，蒸发温度、冷凝温度

2.是否有卸载装置

单级压缩机的电机功率是按高温、中温、低温三种工况匹配的。

单机双级机是按-25℃/40℃，-35℃/35℃、-45℃/40℃三种工况来匹配的。

（二）电动机功率的校核计算

校核的目的——避免“大马拉小车”或超载运行。

1.压缩机所需轴功率计算：

(1）理论功率

PL=G（h2-h1）/3600（kW） （3-4)

式中，G－通过压缩机的氨循环量（kg/h）；

h１－压缩机吸入口气体的比焓（KJ/kg）；

h2—压缩机排出口气体的比焓（KJ/kg）。

(2）指示功率：

Ps=PL/ηs（kW）(3-5)

式中：ηs—压缩机指示效率；

ηs=Tz/T1+btz

Tz—蒸发温度（K)；

T1—冷凝温度（K)；

b－为系数，立式氨压缩机取0.001、卧式氨压缩机取0.002,立式氟利昂压缩机取0.0025。

(3）摩擦功率

Ｐm=FmVp/3600 (kW） (3-6)

式中，Fm—摩擦压力（kPa），立式氨压缩机取50～80kPa；

VP—压缩机理论排气量(m3/h)。

(4）压缩机的轴功率

Pz=(Ps+Pm）／ηq=Py/ηq (3-7)

式中，ηq—驱动效率，直接驱动取1，三角皮带驱动取0.97～0.98，平皮带驱动取0.96。

2.压缩机需配用的电动机功率的确定

P=nPz(kW) (3-8)

式中，n—选择电动机功率时的附加系数,取1.10～1.15。

校核计算时，应按压缩机在实际工作时可能出现的最大功率对应的工况进行校核计算；经常在较低蒸发温度下工作、有卸载等措施时，可按正常工作时的工况校核；

配组式双级压缩机的低压机，由于考虑到起动时蒸发压力和中间压力较高，所需的功率较大，制冷机在运行中要通过最大功率工况（这里指的是中间压力和蒸发压力比近似等于3时），因此低压级压缩机的轴功率应以双级压缩机运行平衡时的负荷加倍计算出指示功率，再附加摩擦功率，即Ｐz=(2Ps+Pm）／ηq；对于单机双级氨压缩机的电动机功率校核计算，应将高、低两部分的轴功率相加之后，再确定电动机功率。

电动机功率的选配和校核计算：

1.电动机功率的选配

影响压缩机功率大小的因素：

1）运行工况，蒸发温度、冷凝温度

2）是否有卸载装置

单级压缩机的电机功率是按高温、中温、低温三种工况匹配的。

当低温机用在中温工况运行时会出什么问题？

单机双级机是按-25℃/40℃，-35℃/35℃、-45℃/40℃三种工况来匹配的。按比较接近的工况选型。

2.电动机功率的校核计算

校核的目的——避免“大马拉小车”或超载运行。

(1)压缩机所需轴功率计算：

1）理论功率

PL=qm（h2-h1）/3600（kW） （4-6)

式中，qm—通过压缩机的氨循环量（kg/h）；

h1—压缩机吸入口气体的比焓（kg/h）；

h2—压缩机排出口气体的比焓（kg/h）；

2）指示功率

Ps=PL/ηs（kW） (4-7)

式中，ηs—压缩机指示效率；

ηs=Tz/Tl+btz Tz/Tl—正值还是负值？

Tz—蒸发温度（K)；

Tl—冷凝温度（K)；

b—为系数，立式氨压缩机取0.001、卧式氨压缩机取0.002，立式氟利昂压缩机取0.0025。

3）摩擦功率

Ｐm=FmVp/3600 (kW） (4-8)

式中，Fm—摩擦压力（kPa），立式氨压缩机取50～80kPa；

VP—压缩机理论排气量(m3/h)。

4）压缩机的轴功率

Pz=(Pzs+Pm）／ηq=Py/ηq (4-9)

式中，ηq—驱动效率，直接驱动取1，三角皮带驱动取0.97～0.98，平皮带驱动取0.96。

2.压缩机需配用的电动机功率的确定：

P=nPz(kW) (3-8)

式中，n—选择电动机功率时的附加系数,取1.10～1.15。

校核计算时，应按压缩机在实际工作时可能出现的最大功率对应的工况进行校核计算；经常在较低蒸发温度下工作、有卸载等措施时，可按正常工作时的工况校核；

配组式双级压缩机的低压机，由于考虑到起动时蒸发压力和中间压力较高，所需的功率较大，制冷机在运行中要通过最大功率工况（这里指的是中间压力和蒸发压力比近似等于3时），因此低压级压缩机的轴功率应以双级压缩机运行平衡时的负荷加倍计算出指示功率，再附加摩擦功率，即Ｐz=(2Ps+Pm）／ηq；对于单机双级氨压缩机的电动机功率校核计算，应将高、低两部分的轴功率相加之后，再确定电动机功率。

制冷压缩机选型的要点：

分析选择不同台数的结果：

例如，采用台数少的方案：

优点：系统简单，管道阀门少，占地小，便于操作、投资少。

缺点：调节的范围小，部分负荷时效率较低，故障时备用机少。

压缩机台数选择的原则：

原则上≮两台。原则上制冷量变化的范围大，应选用较多的台数。

台数 = f（制冷量变化的范围、变化的规律、压缩机的调节性能）

压缩机能量调节方式：

能量调节=制冷量调节=输气量调节

能量调节的目的：

1.使压缩机的制冷量与热负荷相平衡，提高运行经济性。

2.减少蒸发温度(蒸发压力)的波动。

3.轻载启动，避免电网负载过大的波动。不同的调节方式效果不同，效率也不同。

不同的机型采用不同的调节方式：

离心式压缩机的能量调节方式：

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