1、h1第四章 制冷压缩机第四章现代铁路车辆设备2制冷压缩机概述 压缩机是蒸气压缩式制冷装置中的一个重要部分，它是推动制冷剂在制冷系统中不断循环的动力，起着压缩和输送制冷剂蒸气的作用，因此制冷压缩机常称为蒸气压缩式制冷装置的主机。第四章现代铁路车辆设备3制冷压缩机的分类（1）根据制冷压缩机的制冷量的大小不同，可分为以下三类：小型：制冷量 60KW 中型：制冷量 60400KW 大型：制冷量 400KW第四章现代铁路车辆设备4（2）根据制冷压缩机的工作原理不同，可分为以下两类：容积型和速度型第四章现代铁路车辆设备5容积型压缩机机 通过形成的可变工作容积来完成制冷剂蒸气的压缩和输送的。第四章现代铁路车
2、辆设备6速度型压缩机 用高速旋转的叶轮使制冷剂蒸气产生压力同时获得动能，然后再通过扩压器、蜗壳使蒸气的动能转变为压力能，从而完成压缩和输送制冷工质的任务。常见的形式为：离心式压缩机第四章现代铁路车辆设备7第一节 活塞式制冷压缩机的工作过程分析 从热力学观点来评价一台压缩机的完善程度主要有两个指标：即压缩机汽缸的利用程度和功率的消耗大小。下面就讨论压缩机实际工作过程的两个指标。第四章现代铁路车辆设备8活塞式压缩机的工作过程观看动画吸气过程排气过程第四章现代铁路车辆设备9压缩机的理想工作过程在P-V图上的表示其理论工作过程：4-1-2-3由吸气、压缩和排气过程组成4-1表示气缸在蒸发压力下等压 吸
3、气过程；1-2表示压缩机的绝热压缩过程，气体由蒸发压力增大到冷凝压力；2-3表示在冷凝压力下等压排气过程，当活塞移动到上死点时，气缸中的气体全部排出第四章现代铁路车辆设备10压缩机实际工作过程在P-V图上的表示实际工作过程为：4-1-2-3-44-1为吸气过程；1-2为偏离绝热过程的压缩过程；2-3为排气过程；3-4为膨胀过程这是由于存在余隙容积，压缩后的气体不能排尽，余隙内剩余气体开始膨胀，直到4点才结束。第四章现代铁路车辆设备11压缩机实际工作过程与理论工作过程的差别压缩机有余隙容积；吸、排气过程中存在流动阻力损失；制冷剂气体与气缸等机件接触处有热交换。压缩机的吸、排气阀和活塞环等处还有漏
4、泄损失在工作时运动机构的摩擦面要消耗摩擦功等。由于这些因素的影响，使得压缩机实际过程的输气量要小于理论过程，而功率消耗则大于理论过程。第四章现代铁路车辆设备12一、压缩机实际输气量 压缩机的实际输气量小于理论输气量。实际输气量的减少程度可以用输气系数来表示：=Vs /Vh式中:Vs 实际输气量（m3s)Vh 理论输气量(m3s)第四章现代铁路车辆设备13 输气系数反映了压缩机气缸工作容积的有效利用程度，有时也称为容积效率。它是评价压缩机性能的一个重要指标。输气系数综合了影响实际输气量的各种因素，它可表示为：v：考虑余隙容积影响的容积系数；p：考虑吸、排气压力损失影响的压力系数；t：考虑热交换影
5、响的温度系数；c：考虑漏泄影响的漏泄系数。第四章现代铁路车辆设备14输气系数的确定方法 输气系数的确定方法通常有两种方法 计算分析 实际试验第四章现代铁路车辆设备15输气系数的计算公式 =v p t c v：考虑余隙容积影响的容积系数 p：考虑吸、排气压力损失影响的压力系数；t：考虑热交换影响的温度系数；c：考虑漏泄影响的漏泄系数第四章现代铁路车辆设备16v的计算公式（考虑余隙容积的影响）：C 压缩机的相对余隙容积，它等于余隙容积和气缸工作容积之比，一般在 0.020.06之间；Po-蒸发压力 pk k-冷凝压力 m 气体膨胀过程中变化的多变指数第四章现代铁路车辆设备17 p的计算公式(考虑吸
6、、排气压力损失的影响)C 压缩机的相对余隙容积 v考虑余隙容积的容积系数 Po-蒸发压力 p-吸气阀压力压力损失第四章现代铁路车辆设备18 全封闭式制冷压缩机t 的计算公式 (考虑热交换引起的输气量损失)TO -蒸发温度 TK -冷凝温度 T1 -吸气过热度 a、b-经验系数 第四章现代铁路车辆设备19 c 的计算公式 (考虑漏泄损失的影响)漏泄程度不仅与压缩机结构、机件的加工质量和磨损程度有关，而且与压缩机的工作压力也有关。压力比越大，漏泄量越多。一般漏泄系数c取0.97一0.99 第四章现代铁路车辆设备20输气系数的试验方法 由于影响压缩机输气系数的因素较复杂，用理论分析的计算法确定的系数
7、值往往与实际情况有差别，所以选配压缩机时，一般应根据制造厂通过试验绘制的输气系数曲线来决定。第四章现代铁路车辆设备21由厂家给出的某种压缩机输气系数图第四章现代铁路车辆设备22二、压缩机的功率和效率在压缩机的实际工作过程中，由于气体通过吸、排气阀时有压力损失 热交换引起的压缩和膨胀过程偏离理论过程 同时压缩机运动机构的摩擦 这些因素都会使得压缩机的功率消耗大于理论过程压缩机所消耗的功率。第四章现代铁路车辆设备23压缩机所消耗的轴功率 是指电动机传到压缩机轴上的功率，包括两部分：直接用于吸、排和压缩气体，称为指示功率（Ni)；用于克服机器运动机构的摩擦，它包括曲柄连杆机构、活塞运动所消耗的摩擦功
8、、润滑油泵等设备消耗的功率（Ne）。第四章现代铁路车辆设备24指示效率 理论功率Ne与指示功率Ni比，称为压缩机的指示效率，即 i=No /Ni No-理论功率 Ni-指示功率 指示效率反映了直接用于吸、排和压缩气体所消耗的功率与理想的绝热压缩过程所消耗的功率的接近程度。第四章现代铁路车辆设备25开启式压缩机的指示效率经验公式 T0-蒸发温度(K)；Tk-冷凝温度(K)；to-蒸发温度()；第四章现代铁路车辆设备26机械效率 指示功率Ni与轴功率Ne之比，称为压缩机的机械效率，即 j=Ni /Ne Ni-指示功率 Ne-轴功率第四章现代铁路车辆设备27压缩机的总效率 压缩机的理论功率与轴功率之
9、比称为压缩机的总效率：e=No/Ne=(No/Ne)(No/Ne)=i j 上式表明，压缩机的总效率也等于机械效率与指示效率的乘积。一般为 0.650.72。第四章现代铁路车辆设备28第一节 完第四章现代铁路车辆设备29第二节 压缩机的结构第四章现代铁路车辆设备30一、活塞式压缩机的结构旧型客车使用的4FS7B半封闭压缩机结构图观看动画第四章现代铁路车辆设备31活塞式压缩机的工作过程吸气过程排气过程 活塞下移，体积增加，缸内压力小于制冷剂的蒸发压力，制冷剂便从进气阀门进入缸内。在冲程未端，活塞向上运动，排气阀门被打开，输出高压制冷剂。观看动画第四章现代铁路车辆设备32活塞式制冷压缩机的结构特点
10、 活塞式制冷压缩机发展较早，技术也较成熟，应用最广。但是由于压缩机的活塞作往复运动所引起的惯性力和振动较大，使其提高转速和增大气缸内径与活塞行程都受到限制，因此适用于中、小型制冷装置。第四章现代铁路车辆设备33双级活塞式压缩机结构带中间冷却装置的双级活塞式压缩机结构示意 在单级压缩机中，吸气压力和排气压力差过大，将大大地降低压缩机的效率。因此，有些大压差的制冷系统使用的活塞式压缩机通常是两级的。第四章现代铁路车辆设备34双级压缩机的结构特点 两级压缩机的工作过程是由两个阶段将吸入的制冷剂压缩到最终的压力。第一级通常将它压缩到吸气压力和排气压力差的中间值，然后被冷却，再输送到第二级气缸中压缩到最
11、终压力。通过中间冷却器后温度大大下降，再进入第二级气缸。因此，相对于单级压缩机提高了效率。第四章现代铁路车辆设备35二、膜片式压缩机 膜片使气室容积发生变化，在下行程时吸进气体，上行程时压缩气体。第四章现代铁路车辆设备36三、螺杆式压缩机 螺杆式制冷压缩机具有一对互相啮合、相反旋向的螺旋形齿的转子。其齿面凸起的转子称为阳转子，齿面凹下的转子称为阴转子。转子的齿相当于活塞，转子的齿槽、机体的内壁面和两端端盖等共同构成的工作容积，相当于气缸。第四章现代铁路车辆设备37双螺杆压缩机结构图机壳 转子 第四章现代铁路车辆设备38螺杆压缩机工作原理 机体的两端设有成对角线布置的吸、排气孔口。随着转子在机体
12、内的旋转运动，使工作容积由于齿的侵入或脱开而不断发生变化，从而周期性地改变转子每对齿槽间的容积，来达到吸气、压缩和排气的目的。第四章现代铁路车辆设备39螺杆压缩机工作示意图第四章现代铁路车辆设备40单螺杆压缩机工作示意第四章现代铁路车辆设备41螺杆式制冷压缩机的特点 螺杆式制冷压缩机作为回转式制冷压缩机的一种，同时具有活塞式和动力式（速度式）两者的特点。1)与往复活塞式制冷压缩机相比，螺杆式制冷 压缩机具有转速高，重量轻，体积小，占地 面积小以及排气脉动低等一系列优点。第四章现代铁路车辆设备422)螺杆式制冷压缩机没有往复质量惯性力 动力平衡性能好，运转平稳，机座振动小，基础可作得较小。3)螺
13、杆式制冷压缩机结构简单 机件数量少，没有像气阀、活塞环等易损件，它的主要摩擦件如转子、轴承等，强度和耐磨程度都比较高，而且润滑条件良好，因而机加工量少，材料消耗低，运行周期长，使用比较可靠，维修简单，有利于实现操纵自动化。第四章现代铁路车辆设备434)与速度式压缩机相比，螺杆式压缩机具有强制输气的特点 即排气量几乎不受排气压力的影响，在小排气量时不发生喘振现象，在宽广的工况范围内，仍可保持较高的效率。5)采用了滑阀调节，可实现能量无级调节。第四章现代铁路车辆设备446)螺杆压缩机对进液不敏感，可以采用喷油冷却，故在相同的压力比下，排温比活塞式低得多，因此单级压力比高。7)没有余隙容积，因而容积
14、效率高。第四章现代铁路车辆设备45螺杆式制冷压缩机的缺陷1)制冷剂气体周期性地高速通过吸、排气孔口，通过缝隙的泄漏等原因，使压缩机有很大噪 声，需要采取消音减噪措施。2)螺旋形转子的空间曲面的加工精度要求高，需用专用设备和刀具来加工。3)由于间隙密封和转子刚度等的限制，目前螺杆 式压缩机还不能达到较高的终了压力。第四章现代铁路车辆设备46四、滑片式压缩机 用作旋转运动的活塞代替作往复运动的活塞来实现气体的压缩，无疑是极为合理的。然而仅有转子和缸体两个构件是不可能形成容积周期变化的工作腔，必需增添辅助构件。增添若干个可以在转子或缸体上开的槽内自由滑动的叶片(简称滑片)，就形成了匀速型旋转压缩机。
15、第四章现代铁路车辆设备47滑片式压缩机分为两大类1）是滑片装在缸体上的槽内，因滑片不随转子做旋转运动，称之为固定滑（叶）片压缩机，如前面所述的滚动转子压缩机；2）另一类滑片装在转子上的槽内，滑片随转子做旋转运动，称之为旋转滑(叶)片压缩机，简称滑片、或旋叶、或旋片压缩机。第四章现代铁路车辆设备481、固定滑片制冷压缩机 固定滑片压缩机又称滚动活塞压缩机，或滚动转子式压缩机，是回转式压缩机的一种。它是利用一个偏心圆筒形转子在气缸内转动来改变工作容积，以实现气体的吸入、压缩和排出，因而也属于容积式压缩机。第四章现代铁路车辆设备49固定滑片制冷压缩机的结构 在圆筒形气缸1内，偏心配置一个转子。转子是
16、在偏心轮7上套装一个可以转动的套筒2而组成。圆筒形气缸转子滑片第四章现代铁路车辆设备50固定滑片式制冷压缩机的工作过程 转子围绕旋转中心O(与气缸中心重合)转动，转子的套筒2在气缸1的内表面上滚动，两者具有一条接触直线(实际上往往留有很小间隙)，这就是两圆柱面的切线。由此，气缸内表面与转子外表面之间构成一个月牙形空间，它的两端被气缸盖封闭，这就是气缸的工作腔，其位置随转子的转角而变化。进气口排气口第四章现代铁路车辆设备51固定滑片压缩机的特点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4050，重量也可减轻4050；2)零部件少，特别是易损件少，同时相对运动部件之间的摩擦损失少
17、，因而可靠性较高；3)仅滑片有较小的往复惯性力，旋转惯性力可完全平衡，因此振动小，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。5)其加工及装配精度要求高。第四章现代铁路车辆设备522、旋转滑片式压缩机滑片压缩机的传统结构型式 第四章现代铁路车辆设备53旋转滑片式压缩机结构图进气口进气口旋转滑片第四章现代铁路车辆设备54旋转滑片式压缩机的结构 它主要由机体(又称气缸)、转子及滑片等三部分组成。转子外表面与气缸内表面均呈圆形，转子偏心的安装在气缸内，使二者在几何上相切（在实际结构中，切点处保持一定的间隙），在气缸内壁与转子外表面间形成一个月牙形
18、空间。第四章现代铁路车辆设备55 转子上开有若干纵向凹槽(滑片槽)，在每个凹槽中都装有能沿径向自由活动的滑片，转子旋转时，滑片受离心力的作用从槽中甩出，其端部紧贴在气缸内表面上，把月牙形的空间隔成若干扇形小室，称之为基元。随着转子的连续旋转，基元容积从小到大周而复始地变化。旋转滑片示意旋转滑片示意第四章现代铁路车辆设备56旋转滑片式压缩机工作过程图示进气部分排气部分 当转子旋转时，离心力使得叶片与定子内壁相接触，从进口现出口，相邻两叶片间的空间逐渐减少，因此能压缩气体。第四章现代铁路车辆设备573、其他形式的旋转滑片式压缩机 双工作腔滑片压缩机 贯穿滑片压缩机 旋片真空泵第四章现代铁路车辆设备
19、58（A）双工作腔滑片压缩机 工作腔1工作腔2滑片第四章现代铁路车辆设备59 双工作腔滑片压缩机是70年代才开发使用的新型旋转压缩机。它由气缸、转子、滑片、两端盖、进排气孔及排气阀等组成。圆形转子2同心安装在扁圆形气缸3内，形成两个月牙形工作腔。第四章现代铁路车辆设备60双工作腔滑片压缩机特点 双工作腔滑片压缩机除具有单工作腔滑片压缩机的特点外，还具有如下特点：1)每个基元在转子每转中吸、排气两次，完成两个工作循环，因而流量更均匀、脉动性更小、输气量大且结构更加紧凑。第四章现代铁路车辆设备612)压缩机有两个对称的工作腔，两组吸、排气口相错180o，这样作用在转子上的径向气体力基本平衡（滑片为
20、偶数时理论上可以完全平衡），卸除了轴承的径向负荷，故轴承的使用寿命长、可靠性好。3)转子与气缸同心，这给机器的制造和安装带来了极大的便利。第四章现代铁路车辆设备62（B）贯穿滑片压缩机 转子上的滑片槽是贯通的，整体滑片放在通槽中。滑片两端与气缸保持接触，转子转动时，带动滑片运动，其两端始终沿气缸内壁滑动。排气阀通槽滑片气缸第四章现代铁路车辆设备63 贯穿滑片压缩机气缸型线 由于滑片的运动始终受到气缸内壁的约束，因此气缸型线不再是圆或椭圆，而是根据滑片运动机理生成的曲线。滑片伸出转子外的部分，与气缸内表面及转子外表面形成工作单元，滑片随转子转动时，基元容积周期变化，从而完成压缩机的工作循环。第四
21、章现代铁路车辆设备64贯穿滑片压缩机的特点 贯穿滑片压缩机除具有传统滑片压缩机的特点外，由于其滑片端部是靠受到气缸内壁的约束来实现该部位密封的，且其间存在完整或部分油膜，因此既保证滑片端部密封又大大地减轻了该部位的摩擦损失。这是贯穿滑片压缩机的最大优点。第四章现代铁路车辆设备65（C）旋片真空泵 转子上的旋片槽通过转子中心贯通，背部夹有弹簧的两个旋片装于其中，转子旋转时，靠离心力和弹簧力使旋片顶端与泵腔的内壁保持接触。第四章现代铁路车辆设备66五、涡旋式制冷压缩机 涡旋式压缩机是回转式压缩机的一种。它发明于1905年，但直到80年代初才在日本首次应用到制冷及空调领域中。因此，目前还是一种较为新
22、型的制冷压缩机。第四章现代铁路车辆设备67涡旋压缩机的结构主要由固定涡旋盘(静盘)运动涡旋盘(动盘)机体防自转的十字转环偏心轴等零部件组成。第四章现代铁路车辆设备68 涡旋压缩机主要由两个涡旋盘相错180o对置而成，其中一个是固定涡旋盘，而另一个是旋转涡旋盘，它们在几条直线(在横截面上则是几个点)上接触并形成一系列月牙形容积。第四章现代铁路车辆设备69 旋转涡旋盘由一个偏心距很小的曲柄轴驱动，绕固定涡旋盘平动，两者间的接触线在运转中沿涡旋曲面移动。它们之间的相对位置，借安装在旋转涡旋盘与固定部件间的十字滑环来保证。第四章现代铁路车辆设备70涡旋压缩机的工作过程示意 吸气口设在固定涡旋盘的外侧面
23、，由于曲柄的转动(顺时针)，气体由边缘吸入，并被封闭在月牙形容积内，随着接触线沿涡旋面向中心推进，月牙形容积逐渐缩小而压缩气体。而高压气体则通过固定涡旋盘上的轴向中心孔排出。排出口进气口第四章现代铁路车辆设备71涡旋压缩机的工作过程动作分解第四章现代铁路车辆设备72小型涡旋式压缩机的特点1)效率高 涡旋压缩机吸气、压缩、排气连续单向进行，直接吸气，因而吸入气体有害过热小；没有余隙容积中气体的膨胀过程，因而输气系数高。同时，两相邻压缩腔中的压差小，气体泄漏少。另外，旋转涡旋盘上所有接触线转动半径小，摩擦速度低，损失小，加之吸、排气阀流动损失小，因而效率高。第四章现代铁路车辆设备732)力矩变化小、振动小、噪声低 涡旋压缩机压缩过程较慢，并可同时进行两三个压缩过程，机器运转平稳，而且曲轴转动力矩变化小；其次，气体基本连续流动，吸、排气压力脉动小。第四章现代铁路车辆设备743)结构简单 体积小，重量轻，运动零部件少；没有吸、排气阀，易损件少，可靠性好。涡旋式压缩机同活塞式压缩机相比，体积小40，重量减轻15，效率高10，噪声低5dB(A)。第四章现代铁路车辆设备754）制造、加工精度要求高 制造需高精度的加工设备及精确的调心装配技术，这就限制了它的制造及应用。第四章现代铁路车辆设备76第四章 完
