涡旋压缩机教学课件.ppt

1、第五章第五章 涡旋式制冷压缩机涡旋式制冷压缩机 涡旋式压缩机属容积式，由固定蜗盘涡旋式压缩机属容积式，由固定蜗盘和旋转蜗盘构成压缩工作气腔。和旋转蜗盘构成压缩工作气腔。涡旋压缩机工作原理工作过程工作过程涡旋压缩机的工作过涡旋压缩机的工作过程仅有进气、压缩、程仅有进气、压缩、排气三个过程。而且排气三个过程。而且是在主轴旋转一周内是在主轴旋转一周内同时进行的，外侧空同时进行的，外侧空间与吸气口相通，始间与吸气口相通，始终处于吸气过程，内终处于吸气过程，内侧空间与排气口相通，侧空间与排气口相通，始终处于排气过程，始终处于排气过程，而上述两个空间之间而上述两个空间之间的月牙形封闭空间内，的月牙形封闭空

2、间内，则一直处于压缩过程。则一直处于压缩过程。因而可以认为吸气和因而可以认为吸气和排气过程都是连续的。排气过程都是连续的。总体结构总体结构图图5-6所所示的汽车示的汽车空调用涡空调用涡旋式压缩旋式压缩机为开启机为开启式压缩机，式压缩机，由汽车的由汽车的主发动机主发动机通过皮带通过皮带轮驱动压轮驱动压缩机运转缩机运转。12特点特点 涡旋式制冷压缩机有如下特点：涡旋式制冷压缩机有如下特点：1 1、相邻两室的压差小，气体的泄漏量少。、相邻两室的压差小，气体的泄漏量少。2 2、转矩变化幅度小、振动小。、转矩变化幅度小、振动小。3 3、没有余隙容积，故不存在引起输气系数下降的膨胀过程。、没有余隙容积，故

3、不存在引起输气系数下降的膨胀过程。4 4、无吸、排气阀，效率高，可靠性高，噪声低。、无吸、排气阀，效率高，可靠性高，噪声低。5 5、由于采用气体支承机构，故允许带液压缩。、由于采用气体支承机构，故允许带液压缩。6 6、机壳内腔为排气室，减少了吸气预热，提高了压缩机的、机壳内腔为排气室，减少了吸气预热，提高了压缩机的 输气系数。输气系数。7 7、涡线体型线加工精度非常高，必须采用专用的精密加工设备。、涡线体型线加工精度非常高，必须采用专用的精密加工设备。8 8、密封要求高，密封机构复杂。、密封要求高，密封机构复杂。输汽量调节输汽量调节 一、变转速调节一、变转速调节 图图5-7示出了采示出了采用变

4、频调节的用变频调节的三种压缩机三种压缩机(活活塞式、滚动转塞式、滚动转子式、涡旋式子式、涡旋式)的等熵效率的等熵效率 tS及输汽系及输汽系数数的比较。的比较。图图5-85-8是涡是涡旋式压缩机旋式压缩机变速调节时变速调节时的振动与噪的振动与噪声特性与活声特性与活塞式和滚动塞式和滚动转子式的比转子式的比较。从图中较。从图中看出，在任看出，在任何频率下涡何频率下涡旋式压缩机旋式压缩机的振动和噪的振动和噪声都比活塞声都比活塞式及滚动转式及滚动转子式低。子式低。涡旋式压缩机比活塞式和滚动转子式适用于更涡旋式压缩机比活塞式和滚动转子式适用于更宽的速度范围，在空调器或热泵中采用涡旋式宽的速度范围，在空调器

5、或热泵中采用涡旋式压缩机进行变频调节输气量是很有前途的。压缩机进行变频调节输气量是很有前途的。多机并联运行调节多机并联运行调节两 台 运 行两 台 运 行的 涡 旋 式的 涡 旋 式压 缩 机 共压 缩 机 共用 一 个 机用 一 个 机壳 并 联 调壳 并 联 调节的形式，节的形式，其 结 构 如其 结 构 如图图5-9 5-9 所所示。示。与 相 同 制 冷与 相 同 制 冷量 的 一 台 涡量 的 一 台 涡旋 式 相 比，旋 式 相 比，在 较 宽 的 制在 较 宽 的 制冷 量 范 围 内冷 量 范 围 内有较高的有较高的COPCOP值。值。变容量旁通调节变容量旁通调节在汽车空调在汽

6、车空调中通常采用中通常采用变容量涡旋变容量涡旋式压缩机进式压缩机进行输气量调行输气量调节，其原理节，其原理是通过吸气是通过吸气回流旁通输回流旁通输气量。图气量。图5-11 示出一种示出一种变容量涡旋变容量涡旋式压缩机结式压缩机结构。构。从图从图5-12 5-12 给给出的上述变容出的上述变容量涡旋式压缩量涡旋式压缩机的调节特性机的调节特性曲线中看出，曲线中看出，在一定的转速在一定的转速范围内，其制范围内，其制冷量可根据空冷量可根据空调工况的要求调工况的要求保持不变保持不变.变频技术存在一些不足之处变频技术存在一些不足之处1 容量输出容量输出.变频压缩机的工作频率在变频压缩机的工作频率在3-11

7、7Hz,当室内负荷突然当室内负荷突然从小变大时从小变大时,压缩机频率增加需要经过中间过渡段压缩机频率增加需要经过中间过渡段,这就意味着这就意味着,如室内负荷有所变化如室内负荷有所变化,压缩机则要对新的负荷有一响应的时间压缩机则要对新的负荷有一响应的时间,不不能立即对应能立即对应.2 旁通控制旁通控制.压缩机安装有旁通装置压缩机安装有旁通装置.空调在低负荷情况下运行空调在低负荷情况下运行,由于压缩机里的制冷剂热气旁通由于压缩机里的制冷剂热气旁通,能量会有损失能量会有损失,系统的系统的COP降降低低.此外还造成较高的蒸发温度和蒸发压力此外还造成较高的蒸发温度和蒸发压力,除湿能力下降除湿能力下降.3

8、 室温控制室温控制.系统容量发生变化时系统容量发生变化时(如在同一个制冷系统多开几个如在同一个制冷系统多开几个室内机室内机),变频器控制就需要逐渐地提高频率变频器控制就需要逐渐地提高频率,在此过渡期间室内在此过渡期间室内温度控制不稳定温度控制不稳定.4 环保环保.变频控制器会产生高次谐波变频控制器会产生高次谐波,可造成变压器可造成变压器/电容器过热电容器过热,精密仪器的精度降低以及干扰电视信号精密仪器的精度降低以及干扰电视信号,移动信号和地铁站信号移动信号和地铁站信号的传送的传送.数数 码码 涡涡 旋旋 技技 术术宽度脉冲调节式数码涡旋压缩机技术宽度脉冲调节式数码涡旋压缩机技术(PWM)数码涡

9、旋压缩机工作原理数码涡旋压缩机工作原理 压缩机容量是通过涡旋盘的周期性啮合与脱开来压缩机容量是通过涡旋盘的周期性啮合与脱开来改变的改变的.当外部电磁阀关闭时当外部电磁阀关闭时,数码涡旋象标准型压缩数码涡旋象标准型压缩机一样工作机一样工作,容量达到容量达到100%.当外部电磁阀打开时当外部电磁阀打开时,两两个涡旋盘稍微脱离个涡旋盘稍微脱离,此时压缩机无制冷剂被压缩此时压缩机无制冷剂被压缩,从而从而无容量输出无容量输出.所以所以,在一个在一个10s的循环中的循环中,如果涡旋盘加载如果涡旋盘加载2s,卸载卸载8s,其平均容量就是其平均容量就是20%,加载时间占循环周期加载时间占循环周期的比例可以在的

10、比例可以在10%100%输出容量的范围内任意改变输出容量的范围内任意改变.电磁阀处于常闭状态时电磁阀处于常闭状态时,活塞上下两侧的压力为排气压力活塞上下两侧的压力为排气压力,一弹簧力一弹簧力确保两个涡旋盘共同加载确保两个涡旋盘共同加载.电磁阀通电时电磁阀通电时,调节室内的排气被释放到调节室内的排气被释放到低压吸气管低压吸气管.这时这时,活塞的下部压力大于活塞上部压力活塞的下部压力大于活塞上部压力,导致活塞上移导致活塞上移,同时定涡旋盘也随之上移同时定涡旋盘也随之上移.该动作使两个涡旋盘分开该动作使两个涡旋盘分开,涡旋盘没有对涡旋盘没有对制冷剂进行压缩制冷剂进行压缩.电磁阀断电再次使压缩机满载电

11、磁阀断电再次使压缩机满载,恢复压缩操作恢复压缩操作.图图1给出了数码涡旋压缩机给出了数码涡旋压缩机机械硬件机械硬件.定涡旋盘顶部安定涡旋盘顶部安装有活塞装有活塞,活塞上移定涡旋活塞上移定涡旋盘也随之上移盘也随之上移,活塞顶部的活塞顶部的调节室通过排气孔与排气调节室通过排气孔与排气压力相连通压力相连通,调节室与吸气调节室与吸气压力通过一外接电磁阀连压力通过一外接电磁阀连接起来接起来.数码涡旋操作分为两个阶段数码涡旋操作分为两个阶段:电磁阀关闭的电磁阀关闭的“负载状态负载状态”和电磁和电磁阀打开的阀打开的“卸载状态卸载状态”.负载状态时数码涡旋压缩机象常规涡旋压负载状态时数码涡旋压缩机象常规涡旋压

12、缩机一样工作缩机一样工作,传递全部容量和制冷剂蒸汽流量传递全部容量和制冷剂蒸汽流量;卸载状态中卸载状态中,无容无容量和制冷剂蒸汽流量通过压缩机量和制冷剂蒸汽流量通过压缩机.结合图结合图3介绍一下介绍一下“周期周期时间时间”的概念的概念.一个周期时一个周期时间包括间包括“负载状态时间负载状态时间”和和“卸载状态时间卸载状态时间”.容量容量调节这两个时间阶段的组调节这两个时间阶段的组合决定压缩机的容量调节合决定压缩机的容量调节.例如例如:在在15s周期时间内周期时间内,若负载状态时间为若负载状态时间为7.5s,卸载状态时间为卸载状态时间为7.5s,压缩机调节量为压缩机调节量为(7.5s100%+7

13、.5s0%)/15=50%.若在相同若在相同的周期时间内负载状态时间为的周期时间内负载状态时间为12s而卸载状态时间为而卸载状态时间为3s,则压缩机则压缩机调节量为调节量为80%.也就是容量为负载状态时间除以周期时间也就是容量为负载状态时间除以周期时间.通过改通过改变负载状态时间和卸载状态时间变负载状态时间和卸载状态时间,可用压缩机产生任何容量可用压缩机产生任何容量(10%100%).变容机构变容机构16 16 秒秒全能力全能力零能力零能力零能力零能力全能力全能力10 10 秒秒10 10 秒秒例子例子:20%:20%输输出出例子例子:50%:50%输输出出负载负载(1)(1)卸载卸载(0)(

14、0)全能力全能力零能力零能力4 4秒秒涡旋间分离涡旋间分离1 1亳米亳米可用不同的周期时间获可用不同的周期时间获得相同的容量。例如：得相同的容量。例如：用用.秒负载时间和秒负载时间和.秒卸载时间组合得到秒卸载时间组合得到 容量。同样，也容量。同样，也可用秒负载时间和可用秒负载时间和秒卸载时间组合得秒卸载时间组合得到到 容量（图）。容量（图）。谷轮公司已根据经验为谷轮公司已根据经验为各容量调节确定了理想各容量调节确定了理想的周期时间。的周期时间。“周期时周期时间间”和和“容量调节比例容量调节比例”成反比，容量调节比例成反比，容量调节比例越低，周期时间应越长越低，周期时间应越长（图）。在各理想的（

15、图）。在各理想的周期时间内系统能量效周期时间内系统能量效率最大。率最大。数码涡旋系统和变频系统节能的比较数码涡旋系统和变频系统节能的比较本试验是在上海海事大学冷藏集装箱实验室内模拟的本试验是在上海海事大学冷藏集装箱实验室内模拟的,冷藏集装冷藏集装箱采用变频和数码两种压缩机箱采用变频和数码两种压缩机,设定相同的工况条件设定相同的工况条件,比较两者的比较两者的情况情况.制冷性能制冷性能/效率的比较效率的比较运行费用的比较运行费用的比较数码涡旋压缩机运行时数码涡旋压缩机运行时,涡盘的负载卸载涡盘的负载卸载,均为一个简单的机械运均为一个简单的机械运动动,不产生高次谐波不产生高次谐波,亦不会产生电磁干扰

16、亦不会产生电磁干扰“这对船舶的安全运营这对船舶的安全运营很重要很重要,因为船舶的导航和定位系统采用的是电磁波传送号因为船舶的导航和定位系统采用的是电磁波传送号.艾默生环境优化技术有限公司艾默生环境优化技术有限公司超低温数码涡旋（喷汽增焓）技术超低温数码涡旋（喷汽增焓）技术36集中供热区域15省人口 5.23亿家庭 1.44亿热泵使用区域11省人口 5.17亿家庭 1.43亿中国很多区域采用制冷中国很多区域采用制冷/制热两套系统制热两套系统应用背景应用背景37现有热泵产品的不足现有热泵产品的不足n普通热泵产品在低温环境下能力衰减大、能效低n普通热泵产品除霜程序不合理削弱了机组的制热能力n室内末端

17、形式单一，室内温度难以控制n热管网投资高、热损大、调节困难n燃煤锅炉污染较严重n受供热周期的限制n运行费用偏高，收费管理困难现有集中供热方式的不足现有集中供热方式的不足 传统热泵冷媒循环原理lg Ph原理原理:从冷凝器出来的制冷剂分为两个部分，一部分是原有制冷剂从冷凝器出来的制冷剂分为两个部分，一部分是原有制冷剂m m，另一部分是用于喷汽增焓的，另一部分是用于喷汽增焓的i i。制冷剂。制冷剂m m直接进入逆流式热交换直接进入逆流式热交换器，而制冷剂器，而制冷剂i i必须通过节流装置降压后进入同一逆流式热交换器。必须通过节流装置降压后进入同一逆流式热交换器。两部分制冷剂在逆流式热交换器中热交换之

18、后，制冷剂两部分制冷剂在逆流式热交换器中热交换之后，制冷剂m m变为过冷变为过冷制冷剂，进入节流装置，再进入蒸发器蒸发后被压缩机吸气口吸入。制冷剂，进入节流装置，再进入蒸发器蒸发后被压缩机吸气口吸入。制冷剂制冷剂i i经过热交换器后，温度身高，焓值增加，通过气态制冷剂经过热交换器后，温度身高，焓值增加，通过气态制冷剂喷射装置与制冷剂喷射装置与制冷剂m m在混合，在一起压缩后，进入冷凝器，进行下在混合，在一起压缩后，进入冷凝器，进行下一个工作循环。一个工作循环。40采用爱默生专利技术喷气增焓压缩机蒸气喷射口蒸气喷射口排气口排气口吸气口吸气口 喷汽增焓喷汽增焓3D3D图图 原理原理和带中间冷却的二

19、级制冷压缩循环非常相似。由于类似和带中间冷却的二级制冷压缩循环非常相似。由于类似二级压缩，一方面采用了一级节流中间冷却的方式，利用逆流式二级压缩，一方面采用了一级节流中间冷却的方式，利用逆流式换热设备使冷凝器出口液体充分过冷，以增加从室外空气中的取换热设备使冷凝器出口液体充分过冷，以增加从室外空气中的取热量，另一方面，在压缩机理论排气量一定的条件下，使冷凝器热量，另一方面，在压缩机理论排气量一定的条件下，使冷凝器中制冷剂质量流量增加，降低压缩机的排气温度，提高系统的制中制冷剂质量流量增加，降低压缩机的排气温度，提高系统的制热效率。热效率。43喷气增焓热泵冷媒循环原理一次节流一次节流膨胀阀膨胀阀

20、MiMOMO+M+Mi i二次节流二次节流膨胀阀膨胀阀室内换热器室内换热器室外换热器室外换热器压压缩缩机机蒸气喷射蒸气喷射闪闪蒸蒸器器lg Ph44核心部件闪蒸器出气管出气管出液管出液管进液管进液管n离心式气液分离n冷媒一次节流后成为气液 两相流n气液混合的冷媒在闪蒸器内进行分离n气体直接进入压缩机蒸气喷射口，液体进行二次节流，进入外机换热器进行蒸发。45喷气增焓技术制热效果提升分析46喷气增焓技术与传统热泵技术比较对比项传统热泵技术喷气增焓技术低温环境制热衰减快，需加电辅热制热能力全面提升循环系统特点压缩机吸气量远小于压缩能力，压缩机效能未充分利用；过冷度小 压缩机增加第二吸气口以提高吸气 量，并提高了主循环液体冷媒过冷度 排气压力更高；室内机冷媒流量提高；压缩机功耗增加喷射点喷射点lg Phlg Ph闪蒸点闪蒸点