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冷水機

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歐科隆螺桿式冷水機

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行業(yè)資訊

制冷壓縮機的工作原理

作者：歐科隆制冷來源:歐科隆制冷時間：2016-06-05
       制冷壓縮機是制冷系統(tǒng)的核心和心臟。壓縮機引的能力和特征決定了制冷系統(tǒng)的能力和特征。某種意義上，制冷系統(tǒng)的設計與匹配就是將壓縮機的能力體現(xiàn)出來。因此，世界各國制冷行業(yè)無不在制冷壓縮機的研究上投入了大量的精力，新的研究方向和研究成果不斷出現(xiàn)。壓縮機的技術和性能水平日新月異。壓縮機的種類很多，根據(jù)工作原理的不同，制冷壓縮機可以分為定排量壓縮機和變排量壓縮機。
1機械概述
   制冷壓縮機是制冷系統(tǒng)的核心耗能部件，提高制冷系統(tǒng)效率的最直接有效手段是提高壓縮機的效率，它將帶來系統(tǒng)能耗的顯著降低。同時這樣還能避免僅在系統(tǒng)上采集。
    采取措施（如一味加大換熱器面積等）所造成的材料消耗的大量增加。隨著世界上能源緊缺形勢的日益嚴重，各個國家越來越重視節(jié)能工作、對耗能產(chǎn)品的效率提出了越來越高的要求。
由于各種損失，諸如摩擦、泄漏、有害傳熱、電機損失、流動阻力、噪聲振動等因素的存在，壓縮機工作時實際效率遠低于理論效率。因此，從理論上講，任何能夠降低任意一種損失的措施都能夠提高壓縮機的效率。這一客觀事實導致了對壓縮機的節(jié)能研究范圍廣、方向?qū)?，研究課題與研究成果多種多樣。
    國際上對壓縮機的節(jié)能研究工作主要集中在幾個方面：研究潤滑特性、壓縮機軸承部位的摩擦特性以降低摩擦功耗、提高壓縮機效率；降低泄漏損失以提高壓縮機的效率；采用變頻或變?nèi)菁夹g通過制冷系統(tǒng)的出力與用戶負荷的最佳匹配來實現(xiàn)節(jié)能，有關這方面的內(nèi)容特別是變頻技術已相對較為成熟且廣為人知。
    氣閥的研究是一個古老的課題但也是一個永恒的課題，改進氣閥的設計以提高壓縮機效率的研究永無止境也永有收獲。這方面的研究非常之多，從氣閥材料、運動規(guī)律、結構優(yōu)化到適用理論、測試方法等包羅萬象。總之，關于壓縮機節(jié)能方面的研究已成為制冷行業(yè)的一個首要熱點問題。
2發(fā)展
近年來，隨著國際制冷壓縮機行業(yè)的迅速發(fā)展，全球壓縮機市場集中度逐漸提高，領先的壓縮機生產(chǎn)企業(yè)通過行業(yè)整合不斷提高競爭力。
與此同時，近幾年我國制冷壓縮機行業(yè)也受下游需求帶動而快速發(fā)展。十一五期間，我國工業(yè)制冷各大領域內(nèi)的制冷壓縮機成套設備國產(chǎn)化率不斷提高，冷鏈物流以及家電等領域?qū)χ评鋲嚎s機的需求量也不斷攀升，為中國制冷壓縮機行業(yè)的發(fā)展提供了巨大的商機。2008-2010年裝配有冷媒壓縮機的制冷系統(tǒng)市場需求，每年平均在500億元左右，根據(jù)成本分析估算，冷媒壓縮機的市場需求在100億元左右;裝配有冷媒離心式壓縮機的制冷系統(tǒng)市場容量平均在190億元左右，根據(jù)成本分析估算，冷媒離心式壓縮機的市場容量約在60億元左右。
伴隨我國十二五發(fā)展規(guī)劃的提出，國內(nèi)市場將給制冷壓縮機行業(yè)提供廣闊的發(fā)展空間，同時也為制冷壓縮機行業(yè)加快提升產(chǎn)品品質(zhì)、趕超世界水準提供了前所未有的機遇和挑戰(zhàn)。十二五期間我國冷鏈物流領域的總量需求比十五、十一五期間的需求總量進一步增加，加之工業(yè)制冷需求的快速增長以及家電市場的穩(wěn)定需求作為保障。預計十二五期間，我國制冷壓縮機市場規(guī)模將保持高于10%的速度快速增長。
目前，我國制冷壓縮機企業(yè)眾多，絕大多數(shù)從事中低端制冷壓縮機的生產(chǎn)。而生產(chǎn)螺旋式制冷壓縮機的大部分企業(yè)的主要核心零部件雙螺旋轉(zhuǎn)子(占總成本25%以上)基本依賴進口。正是由于國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)不具備核心技術，只能提供整機產(chǎn)品，從而很大程度上抑制了國內(nèi)制冷壓縮機行業(yè)的發(fā)展。
隨著中國逐漸成為全球制造業(yè)中心，全球壓縮機制造重心也逐漸向中國大陸轉(zhuǎn)移，國際主要的壓縮機生產(chǎn)企業(yè)紛紛進入中國市場。國際主要壓縮機生產(chǎn)企業(yè)進入中國加劇了我國制冷壓縮機行業(yè)的市場競爭。
3機械分類
容積型
    容積型壓縮機是靠工作腔容積的改變來實現(xiàn)吸汽、壓縮、排汽等過程。屬于這類壓縮機的有往復式壓縮機和回轉(zhuǎn)式壓縮機。速度型壓縮機是靠高速旋轉(zhuǎn)的T作I1"輪對蒸氣做功，壓力升高，并完成輸送蒸氣的任務。屬于這類壓縮機的有離心式和軸流式壓縮機，常用的是離心式壓縮機。它應用比較廣泛，制造技術成熟，結構簡單，而且對加工材料和加工lT藝要求較低，造價比較低，適應性強，能適應廣闊的壓力范圍和制冷量要求，可維修性強。
    缺點：無法實現(xiàn)較高轉(zhuǎn)速，機器大而重，不容易實現(xiàn)輕量化，排氣不連續(xù)，氣流容易出現(xiàn)波動，而且工作時有較大的振動。由于曲軸連桿式壓縮機的上述特點，已經(jīng)很少有小排量壓縮機采用這種結構形式，曲軸連桿式壓縮機大多應用在客車和卡車的大排量空調(diào)系統(tǒng)中。
螺桿式
    螺桿式壓縮機是一種回轉(zhuǎn)式容積式壓縮機。它利用螺桿的齒槽容積和位置的變化來完成蒸氣的吸入、壓縮和排氣過程。無油螺桿壓縮機在本世紀三十年代問世，主要用于壓縮空氣。后來汽缸內(nèi)噴油的螺桿式壓縮機出現(xiàn)，性能得到提高，噴油式螺桿壓縮機已是制冷壓縮機中主要機種之一。螺桿式壓縮機分為雙螺桿和單螺桿兩大類，雙螺桿壓縮機習慣上稱為螺桿式壓縮機。
變排量
變排量壓縮機可以根據(jù)設定的溫度自動調(diào)節(jié)功率輸出?？照{(diào)控制系統(tǒng)不采集蒸發(fā)器m風口的溫度信號，而是根據(jù)空調(diào)管路內(nèi)壓力變化信號來控制壓縮機的壓縮比從而自動調(diào)節(jié)m 風口溫度。在制冷的全過程中，壓縮機始終是工作的，制冷強度的調(diào)節(jié)完全依賴裝在壓縮機內(nèi)部的壓力調(diào)節(jié)閥來控制。當空調(diào)管路內(nèi)高壓端壓力過高時，壓力調(diào)節(jié)閥縮短壓縮機內(nèi)活塞行程以減小壓縮比，這樣就會降低制冷強度。當高壓端壓力下降到一定程度，低壓端壓力上升到一定程度時，壓力調(diào)節(jié)閥則增大活塞行程以提高制冷強度。
定排量
v的排氣量是隨著發(fā)動機的轉(zhuǎn)速的提高而成比例提高的，它不能根據(jù)制冷的需求而自動改變功率輸 ，而且對發(fā)動機油耗的影響比較大。它的控制一般通過采集蒸發(fā)器出風口的溫度信號來實現(xiàn)，當溫度達到設定的溫度，壓縮機停止工作；當溫度升高后，壓縮機開始T二作。定排量壓縮機也受空調(diào)系統(tǒng)壓力的控制，當管路內(nèi)壓力過高時，壓縮機停止工作。
4分類
按工作原理分類
容積型壓縮機、速度型壓縮機
按工作的蒸發(fā)溫度范圍分類
對于單級缺位壓縮機，一般可按其工作蒸發(fā)溫度的范圍分為高溫、中溫和低溫壓縮機三種，但在具體蒸發(fā)溫度區(qū)域的劃分上并不統(tǒng)一。一般的溫度范圍為：高溫制冷壓縮機：-10~10；中溫制冷壓縮機：-20~-10；低溫制冷壓縮機：-45~-20.
按密封結構形式分類
開啟式壓縮機、封閉式壓縮機
5機械原理
活塞式壓縮機
   制冷壓縮機在蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)中，把制冷劑從低壓提升為高壓，并使制冷劑不斷循環(huán)流動，從而使系統(tǒng)不斷將內(nèi)部熱量排放到高于系統(tǒng)溫度的環(huán)境中。制冷壓縮機是制冷系統(tǒng)的心臟，制冷系統(tǒng)通過壓縮機輸入電能，從而將熱量從低溫環(huán)境排放到高溫環(huán)境。制冷壓縮機的能效比決定整個制冷系統(tǒng)的能效比。由于環(huán)境溫度是經(jīng)常變化的，故壓縮機大部分時間是處于部分負荷狀態(tài)，因此壓縮機要具有能量調(diào)節(jié)。
    螺桿式壓縮機沒有活塞式壓縮機所需的氣缸，活塞、活塞環(huán)、汽缸套等易損部件，機器結構緊湊，體積小，重量輕，沒有余隙容積，少量液體進入機內(nèi)時無液擊危險?？衫没铋y進行10%～100%的無級能量調(diào)節(jié)，適用范圍廣，運行平穩(wěn)可靠，需檢修周期長，無故障運行時間可達（2～5）×104h。由于使用潤滑油使機器的冷卻使用和密封性能得到改善，排氣溫度降低，即使蒸發(fā)溫度較低（-40℃）和壓縮比較高（25左右），仍然可以單級運行，即在一定范圍內(nèi)可以代替兩級壓縮循環(huán)。但是，螺桿式制冷壓縮機的加工和裝配要求精度較高，不適宜于變工況運行，有較大的噪音，在一般情況下，需裝置消音和隔音設備，在制冷壓縮時，需要噴加潤滑油，因而需要油泵、油冷卻器和油回收器等較多輔助設備。
在壓縮機殼體外側封閉聯(lián)通一個Helmholtz共鳴器，即由Helmholtz共鳴器的腔室通過孔頸與壓縮機殼體內(nèi)部空腔相連成，以降低壓縮機腔內(nèi)受激聲學模態(tài)的幅值。將共鳴器共振頻率調(diào)制到實際壓縮機空腔的最大受激振動模式上，會大幅降低共振峰值和導致響應頻譜的顯著改變。但是這樣會影響壓縮機外觀和在冰箱中的布置，其研究結果尚未應用于產(chǎn)品中。
    壓縮機作為跨臨界二氧化碳空調(diào)系統(tǒng)效率及可靠性影響最大的部件，應當充分結合二氧化碳超臨界循環(huán)具體特點重新進行設計。 CO2和氨一樣，其絕熱指數(shù)K 值較高，達1.30，這可能會使壓縮機排氣溫度偏高，但由于CO2需要的壓縮機的壓比小，因此不需要對壓縮機本身進行冷卻。正因為絕熱指數(shù)高，壓比小，可減小壓縮機余隙容積的再膨脹損失，使壓縮機容積效率較高。經(jīng)過實驗和理論研究，Jurgen SUB和Horst Kruse發(fā)現(xiàn)，往復式壓縮機有良好的油膜滑動密封，成為CO2系統(tǒng)的首選。BOCK對其二氧化碳壓縮機排氣閥進行了改進，排氣改良后的二氧化碳壓縮機效率提高了7%。
     剩余潤滑油量和電機端線圈繞組也會導致同種型號成批壓縮機聲級之間存在差異（偏離聲級平均值）。通過改變殼體外部支承來增加扭轉(zhuǎn)剛度，且減小振動面；噪聲研究的復雜性要求研究者具有較強的理論素質(zhì)、要求企業(yè)具有較好的技術基礎、并且需要較大的投資和較長的時間。這方面是中國壓縮機企業(yè)的薄弱環(huán)節(jié)之一，基本上處于定性的實驗研究階段，伴隨著很大的隨意性和偶然性。
    基于環(huán)保要求的新制冷劑的應用也是制冷壓縮機行業(yè)的一個熱點問題，隨著用于冰箱產(chǎn)品的R22制冷劑替代工作的結束，新制冷劑壓縮機的研究主要集中在空調(diào)行業(yè)。除了已比較成熟的R410A、R407C方面的研究外，最大的熱點問題是二氧化碳壓縮機的研究。由于二氧化碳系統(tǒng)壓力遠遠大于傳統(tǒng)的壓臨界循環(huán)系統(tǒng)，壓縮機的軸封設計要求比原有壓縮機高得多，壓縮機的軸封泄漏在一段時間內(nèi)仍將是阻礙其實用化的主要原因。
6機械研制
制冷壓縮機
    研制一臺制冷壓縮機包括多方面的內(nèi)容：氣動熱力計算、強度與振動計算、結構設計、各種材料的選擇、加工制造工藝設計、自動控制與調(diào)節(jié)設計、以及驅(qū)動型式選擇等。其中的難重點主要有以下幾個方面：
葉輪的設計
    轉(zhuǎn)子作為制冷壓縮機的運動部件，其核心部分為葉輪.現(xiàn)在國內(nèi)外各大離心機廠家均采用三元流方法進行葉輪設計。三元流方法要求設計人員具備數(shù)值模擬、計算流體動力學、流體機械內(nèi)部流場理論等非常專業(yè)的知識.國內(nèi)公司技術人員大部分不具備這些專業(yè)知識，要設計高效的三元葉輪，只有和高?？蒲袡C構合作。
葉輪的加工制作
以三元流理論設計的葉輪葉片形狀一般為空間曲面，葉片及葉輪的加工成型是制造的重點，也是難點。對于三元葉輪，常用的加工方法主要有兩種：
1）三體焊形式：也就是說輪盤、葉片、輪蓋分別加工.這種加工方法對設備要求比較簡單，輪盤、輪蓋只需要車出外形就夠了。葉片加工要麻煩一些，首先要利用三坐標機床銑出葉片模具，然后將下好料的葉片進行熱處理，壓型得到所需的葉片形狀.最后將葉片焊接到輪盤上，再將輪蓋焊好。這樣的話需要的設備大概是三坐標銑床、熱處理爐、油壓機以及其他所需的一些常規(guī)設備，所需投資比較低，更適合開始做。
2）整體銑制：也就是輪盤和葉片是在一起利用多坐標設備進行整體銑制而得到一個半開式葉輪.為避免干涉，目前國際上對這種葉輪的加工大都是利用五坐標加工中心進行。一臺五坐標設備大概從幾百萬到上千萬不止，成本非常高.以加工600mm葉輪為例，國內(nèi)五軸床大概要350萬人民幣，進口五軸床大概要480萬人民幣，通過四坐標機床旋轉(zhuǎn)工作臺的傾斜實現(xiàn)三元葉輪的四坐標整體銑制，如果葉片稠度比較大，干涉問題在四坐標上就不可避免。四坐標的設備相對比較便宜，大概100多萬人民幣。
轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速的計算
臨界轉(zhuǎn)速是設計轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速時要考慮的一個重要因素，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速要避開臨界轉(zhuǎn)速，臨界轉(zhuǎn)速的計算一般采用普洛爾法，市場上有專門計算臨界轉(zhuǎn)速的軟件，也可以自己開發(fā)計算軟件。
防喘振系統(tǒng)的設計
由制冷壓縮機的工作機理可知，喘振是離心機所固有的性質(zhì)，不可消除，但可通過有效途徑加以避免，離心式制冷壓縮機發(fā)生喘振的原因：流量過低及冷凝壓力過高.喘振對機組的危害相當大，須認真設計防喘振系統(tǒng)。
滑動軸承的設計
制冷壓縮機一般采用增速齒輪，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速一般都在5000RPM以上，都采用滑動軸承，滑動軸承的設計也是研制離心機的一個重點。
7機械特點
1、絕大多數(shù)全封閉活塞式壓縮機制冷量不超過0.5KW，主要應用于家用電冰箱/冷凍柜和小型商用制冷設備。
2、渦旋式壓縮機制冷量范圍為0.75～15KW（不包括特殊型號），并且多數(shù)在3～5KW之間，最多應用是在小型家用空調(diào)、商用空調(diào)系統(tǒng)中。此類壓縮機不用于零下5度的制冷工況。
3、離心式制冷壓縮機主要用于空調(diào)工況的冷水機組。
4、螺桿式壓縮機單機制冷量在30kw-1500kw，可用于冷庫、人造冰場、冷水機組中。
5、半封閉活塞式制冷壓縮機用途廣泛，單機制冷量從3kw-100kw，同時可以多機頭并聯(lián)使用，因此可提供制冷量范圍從3kw-1000kw，多工況使用，既可用于制冷工況，又可以適用于空調(diào)工況。
6、開啟活塞式制冷壓縮機只常用于冷庫，極少數(shù)空調(diào)工況的冷水機組。
8機械應用
    目前中國制冷壓縮機組的大部分市場主要由歐日美一些制冷企業(yè)所占據(jù)。隨著社會的發(fā)展，用戶需要的冷量越來越高，另外由于節(jié)能的要求使得離心機組具有越來越廣的市場。
    隨著能源的形式日趨緊張，節(jié)能降耗是產(chǎn)品發(fā)展的一大趨勢。另外由于中國城鎮(zhèn)化水平的不斷提高，建筑能耗不斷增加，具有最高性能系數(shù)的離心冷水機組無疑將成為市場的熱點，近年來離心冷水機組的銷量不斷提高。
9機械故障
制冷壓縮機排氣溫度過高的原因有：
曲軸連桿式壓縮機
曲軸連桿式壓縮機
⑴ 壓縮機汽缸中余隙過大。
⑵ 壓縮機中吸、排氣閥門、活塞環(huán)損壞。
⑶ 壓縮機安全旁通閥泄漏。
⑷ 壓縮機吸氣溫度過高。
⑸ 壓縮機汽缸中潤滑油中斷。
⑹ 壓縮機吸氣壓力過低或吸氣閥開的過小。
⑺ 壓縮機吸氣管道或過濾器有堵塞現(xiàn)象，隔熱層保溫層損壞。
⑻ 壓縮機回氣管道中阻力過大，氣體流動速度慢易產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，致使排氣溫度升高。
⑼ 制冷壓縮機冷凝壓力過高；冷凝器中有油垢或水垢等。
⑽ 壓縮機缸蓋冷卻水套水量不足；或冷卻水溫度過高。
⑾ 壓縮機的制冷能力小于庫房設備能力，如蒸發(fā)面積過大。
⑿ 壓縮機排氣管道中阻力過大。
⒀ 制冷壓縮機節(jié)流閥開啟度過大或堵塞。

⒁ 壓縮機自身效率差。

⒂氨液分離器安裝高度過低。

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