容积式制冷压缩机的容量调节精选课件.ppt
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1、第六章容积式制冷压缩机的容量调节第一节 概述1.容量调节的目的容量调节的目的保证用户处的目标温度可以始终稳定在预期的范围内保证用户处的目标温度可以始终稳定在预期的范围内 一般来讲,为了在最恶劣的情况下能满足用户的需求,制冷空调设备的能力都大于用户处的负荷,如果缺乏调节能力,用户处的温度会一直下降,直至在低于目标温度的某个温度下达到制冷量和负荷的平衡。为了减少能量消耗,提高能量利用率为了减少能量消耗,提高能量利用率2.容量调节的要求容量调节的要求基本要求基本要求 压缩机的制冷量随着调节参数的变化而变化,最好是连续变化,即无级调节。压缩机制冷量随调节参数的变化有适当的灵敏度。压缩机制冷量随调节参数
2、的变化有适当的灵敏度。调节过程能量损失小。调节过程能量损失小。n制冷机和制冷设备的能效不因调节而降低;n调节系统和调节过程本身消耗能量小;调节机构简单可靠调节机构简单可靠附带影响小附带影响小最好只有一个调节参数,即不需要同时改变几个参数最好只有一个调节参数,即不需要同时改变几个参数才能改变压缩机的制冷量才能改变压缩机的制冷量2.容量调节的要求容量调节的要求3.容积调节的基本原理容积调节的基本原理压缩机制冷量压缩机制冷量 h 受制冷循环设计的制约,一般不随意改变,一般改受制冷循环设计的制约,一般不随意改变,一般改变质量流量的大小。变质量流量的大小。Vs为压缩机吸气口处制冷机的比体积;为压缩机吸气
3、口处制冷机的比体积;Vp压缩机一转压缩机一转的工作容积的工作容积hqm0plTvpsmnVvq1第二节 吸气节流调节吸气节流调节吸气节流调节根据用户处的负荷不断改变根据用户处的负荷不断改变吸气比体积吸气比体积,可使制冷量,可使制冷量随负荷变化而变化,从而达到制冷调节的目的。随负荷变化而变化,从而达到制冷调节的目的。在实际应用中往往是通过在实际应用中往往是通过节流的方式改变压缩机的吸节流的方式改变压缩机的吸气压力气压力来间接改变压缩机的吸气比体积,这也是称其来间接改变压缩机的吸气比体积,这也是称其为吸气节流调节的原因所在。为吸气节流调节的原因所在。吸气节流属于吸气节流属于压缩机外部控制调节压缩机
4、外部控制调节,压缩机自身结构,压缩机自身结构与设计不需做任何变化。与设计不需做任何变化。第三节 变速调节1.压缩机的间歇运行原理:原理:当室温降到规定温度的下限时,通过温度继电器或低压压力继电器,使压缩机停止运行,室内温度开始回升,当温度升高到超过规定温度的上限值时,上述控制器件又将压缩机的电路接通,压缩机重新启动运行(双位控制双位控制)。实质实质:将压缩机在运行时产生的制冷量与被冷却空间在全部时间内所需制冷量平衡(即压缩机在一个开、停周期内的平均输气量(制冷量)和室内负荷相适应。v适用范围适用范围:功率小于10kw的小型制冷设备,如冰箱、房间空调器等。1.压缩机的间歇运行2.变频调节 具有节
5、能、舒适、启动快速、温控精度高和易于实现自动化等优点。启动时压缩机高速运转高速运转,快速接近暖房设定温度。当室内温度趋向适合温度时,压缩机低速运转低速运转,可减少开停次数,并使室温变化很小,达到既节能又舒适的目的。包括交流交流变频器调速和直直流流变频器调速。采用变频调节的热泵空调机运行特性采用变频调节的热泵空调机运行特性 变频器是使交流电频率发生连续变化的装置。它首先通过整流器将交流电转换为直流电,然后再通过逆变器将直流电经控制电路转换成频率可变的交流电;变频器有电流源型和电压源型,又根据控制电路调制方式分为脉宽调制方式(PWM方式)和脉幅调制方式(PAM方式),当前空调器用制冷压缩机的电动机
6、变频器多采用电压源型PWM方式。3.交流变频器调速交流变频器的工作过程 温度传感器测出房间温度及换热器温度送入微机,经运算后将信息送入数字信号控制电路进行波形成型处理,然后送入逆变器,将由整流器送来的直流电转换为频率可变的交流电,去驱动感应电动机。当传感器测出的冷房温度大于设定温度,则经微机运算再通过数控电路,使逆变器输出的交流电频率升高,电动机转速增加,制冷量增大,冷房温度降低至设定值,完成能量调节。交流变频器调速感应电动机的转速n与交流电输入频率的关系为:假定s为常量,改变交流电的频率交流电的频率就可以改变电动机转速电动机转速,压缩机的输气量与电动机的转速成正比,若交流电频率连续变化,则转
7、速连续变化,从而实现了输气量的连续调节、达到了制冷量连续调节的目的。该方法空调工作功率的变化呈阶梯性变化阶梯性变化,一般只分为几档。式中f 为交流电输入频率;s 为电动机转差率;P 为电动机极对数。60(1)fsnP4.直流变频器调速 采用直流变频器将50Hz或60Hz固定频率的交流电转变成直流电,对直流电动机进行调速,省却了交流变频器又将直流变成交流的麻烦,使电器元件减少;直流变频呈线性平滑的变化,空调工作时可在功率范围内任意递增或递减,空调功率可随温度出现精确变化,故更省电;直流变频压缩机的电动机转子采用稀土永磁材料制成(永磁无刷直流电动机),定子产生旋转磁场与转子永磁磁场直接作用,实现压
8、缩机运转,可通过改变供给电机的直流电压来改变电机转速(调整电枢电压法),为得到可调整的直流电源,广泛采用脉宽调制系统(PWM系统)。直流变频压缩机不存在定子旋转磁场对转子的电磁感应作用,克服了交流变频压缩机的电磁噪音与转子损耗,具有比交流变频压缩机效率高与噪音低特点,直流变频压缩机效率比交流变频压缩机高10-30%,噪音低510 dB。无刷直流电动机由直流电源供电,在结构上没有电刷和换向器,其绕组里的电流变化(通、断和方向)是通过电子换向器(控制器)实现的,电流以方波形式变化。永磁无刷直流电动机的电动机转子采用稀土永磁材料制成,其结构形式与无刷直流电动机一样,但其绕组电流按正弦规律变化。无刷直
9、流电动机无刷直流电动机无刷直流电动机的工作原理无刷直流电动机的工作原理电枢静止,磁极旋转,且磁极为永久磁铁。电枢绕组中电流的换向是 借助于转子位置传感器和电子开关线路来实现的。因此,无刷直流电动机一般都是由电动机、位置传感器和电子开关线路三部分组成。5.变频调节给压缩机带来的问题 压缩机高速运转时压缩机高速运转时:运动部件的磨损增加;气体流经排气阀的流动损失增加,并导致排气阀片产生延 迟关闭,阀片寿命降低;润滑油循环率随转速增加而增加;各种杂质随润滑油进入运动部件间隙中,引起部件损伤;噪声增加。压缩机低速运转时压缩机低速运转时:导致泄漏量增加 压缩机振动随转速变化加剧压缩机振动随转速变化加剧
10、第四节 改变工作容积调节 多机并联调节原理多机并联调节原理n当需要的制冷量(或制热量)变化范围较大时,采用多当需要的制冷量(或制热量)变化范围较大时,采用多台压缩机并联进行制冷量调节是比较高效、经济的调节台压缩机并联进行制冷量调节是比较高效、经济的调节方式,并且可以减少单台压缩机的停机次数,延长压缩方式,并且可以减少单台压缩机的停机次数,延长压缩机的寿命;机的寿命;n多机并联运行按制冷量大小的需要,可以只运行一台,多机并联运行按制冷量大小的需要,可以只运行一台,也可以多台全部同时运行也可以多台全部同时运行。1、多机并联调节1、多机并联调节压缩机的润滑油控制 压缩机系统回油影响因素:系统设计,即
11、系统布置与管路设计;化学因素,即润滑油和制冷剂的混合物性质;并联压缩机系统回油方式:在两台压缩机壳体间连接均油管和均压管;在压缩机排气管上设置油分离器;1、多机并联调节2.内部并联压缩机调节形式:两台并联运行的涡旋式压缩机共用一个机壳。一个机壳中装两台输气量不同的立式涡旋压缩机,其中一台为变频压缩机,由变频器驱动。另一台为普通压缩机,直接由电网供电。它们可彼此独立运行,也可并联运行。(课本 图6-11 )原理使吸、排气腔连通,压缩机排气直接返回吸气腔,实现输气量调节。方式 内部旁通 外部旁通3.旁通调节正常运转正常运转电磁阀关闭电磁阀关闭止回阀打开止回阀打开活塞向右活塞向右旁通调节输气量时旁通
12、调节输气量时电磁阀开启电磁阀开启止回阀关闭止回阀关闭活塞左移活塞左移滑阀调节滑阀调节 滑阀调节滑阀调节l 螺杆制冷压缩机常用滑阀调节能量,即在两个转螺杆制冷压缩机常用滑阀调节能量,即在两个转子高压侧,装上一个能够轴向移动的滑阀,来调节子高压侧,装上一个能够轴向移动的滑阀,来调节能量和卸载启动。能量和卸载启动。l 原理原理:利用滑阀在螺杆轴向移动,:利用滑阀在螺杆轴向移动,改变螺杆转子改变螺杆转子的有效工作长度的有效工作长度,使能量在,使能量在100100和和l0l0之间连续无之间连续无级调节,级调节,达到输气量调节的目的。达到输气量调节的目的。滑阀滑阀转子转子吸气吸气满负荷满负荷(滑阀关滑阀关
13、)排气排气滑阀工作原理滑阀工作原理 滑阀未移动时,基元容积滑阀未移动时,基元容积100%100%地吸入制冷剂气体,地吸入制冷剂气体,并经压缩后排出,称为全负荷工作状态;并经压缩后排出,称为全负荷工作状态;滑阀滑阀转子转子吸气吸气滑阀工作原理滑阀工作原理 只要滑阀稍微向轴向排气端移动一下,就出现旁通口只要滑阀稍微向轴向排气端移动一下,就出现旁通口开启,只排出了基元容积开启,只排出了基元容积VpVp的制冷剂气体,而其余气体未的制冷剂气体,而其余气体未经压缩就通过旁通口流入压缩机吸气侧;经压缩就通过旁通口流入压缩机吸气侧;滑阀滑阀转子转子吸气吸气部分负荷部分负荷(滑阀开滑阀开)排气排气滑阀工作原理滑
14、阀工作原理 此时转子在滑阀固定端部分长度失去了有效工作能力,此时转子在滑阀固定端部分长度失去了有效工作能力,螺杆转子有效工作长度减少(其值为滑阀固定端长度加上滑螺杆转子有效工作长度减少(其值为滑阀固定端长度加上滑阀轴向移动的距离阀轴向移动的距离,起到调节输气量作用;起到调节输气量作用;滑阀调节的过程滑阀调节的过程 当滑阀向排出端移动,制冷量随排量的减少而连续降低,当滑阀向排出端移动,制冷量随排量的减少而连续降低,能量可进行无级调节。当能量可进行无级调节。当旁通口旁通口接近排气孔口时,螺杆工作接近排气孔口时,螺杆工作长度接近于零,可实现卸载启动。长度接近于零,可实现卸载启动。l 旁通口一开启,理
15、论输气量有突旁通口一开启,理论输气量有突降(实线),它包括固定端在内的降(实线),它包括固定端在内的转子有效长度缩短。但在实际运行转子有效长度缩短。但在实际运行中输气量是平稳减少的(虚线)中输气量是平稳减少的(虚线)。l 滑阀调节输气量几乎可在滑阀调节输气量几乎可在10%-10%-100%100%范围内连续进行,调节过程中范围内连续进行,调节过程中,功率与输气量在,功率与输气量在5050以上负荷运以上负荷运行时几乎成正比关系,但在行时几乎成正比关系,但在5050以以下,性能系数会大幅下降,经济性下,性能系数会大幅下降,经济性较差。较差。滑阀调节的特点滑阀调节的特点滑阀调节的控制滑阀调节的控制l
16、 滑阀轴向移动的动作是根据滑阀轴向移动的动作是根据吸气压力吸气压力和和温度温度,通过液压传动机,通过液压传动机构完成的;构完成的;l 滑阀同液压缸的活塞连成一体,由液压泵供油推动液压活塞带滑阀同液压缸的活塞连成一体,由液压泵供油推动液压活塞带动滑阀沿轴向左右移动,供油过程控制元件是四通电磁阀。动滑阀沿轴向左右移动,供油过程控制元件是四通电磁阀。滑阀照片滑阀照片 塞柱阀调节塞柱阀调节 当制冷量减少的,塞柱阀下落,基元容当制冷量减少的,塞柱阀下落,基元容积内一部分制冷剂气体就旁通到吸气口。积内一部分制冷剂气体就旁通到吸气口。输气量继续减少,塞柱阀输气量继续减少,塞柱阀2 2再下落;再下落;塞柱阀升
17、降是通过电磁阀控制液压泵中塞柱阀升降是通过电磁阀控制液压泵中油的进出来实现的;油的进出来实现的;柱塞阀调节输气量只能实现有级调节,柱塞阀调节输气量只能实现有级调节,图中调节负荷仅有图中调节负荷仅有7575和和50%50%两档,此两档,此调节方法常用于中小型螺杆式压缩机。调节方法常用于中小型螺杆式压缩机。柱塞调节柱塞调节 采用滑阀或塞柱阀除可调节输气量外,还具有采用滑阀或塞柱阀除可调节输气量外,还具有卸载启动卸载启动功能,功能,使压缩机在空载或低负荷时启动,改善了启动条件。使压缩机在空载或低负荷时启动,改善了启动条件。调节原因调节原因 螺杆压缩机压缩终了压力螺杆压缩机压缩终了压力P Pcydcy
18、d往往不等于排气管道压力往往不等于排气管道压力P Pdkdk ,带来,带来等容压缩等容压缩和和等容膨胀等容膨胀的额外功耗,有必要进行内容积比调节来实现的额外功耗,有必要进行内容积比调节来实现P Pcydcyd等于等于P Pdkdk,以以适应螺杆式压缩机在不同工况下运行。适应螺杆式压缩机在不同工况下运行。v 调节方法调节方法 早期:根据常用工况要求,提供不同内压缩比的机器,即更换不同径向排早期:根据常用工况要求,提供不同内压缩比的机器,即更换不同径向排气孔口的滑阀,或同时更换排气端座;气孔口的滑阀,或同时更换排气端座;对工况变化范围大的机组(如热泵机组):实现内容积比随工况变化进行对工况变化范围
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