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制冷壓縮機準二級壓縮循環特性分析
2016-3-14
來源:未知
點擊數: 3131          作者:未知
  • 核心提示:  石油化工設備試驗研究常用制冷壓縮機的準二級壓縮循環特性分析許樹學,馬國遠,彭瓏(北京工業大學,北京100124)循環的性能。對活塞式、螺桿式、渦旋式、滾動活塞式及離心式等5種常用型式制冷壓礦機的補

      石油化工設備試驗研究常用制冷壓縮機的準二級壓縮循環特性分析許樹學,馬國遠,彭瓏(北京工業大學,北京100124)循環的性能。對活塞式、螺桿式、渦旋式、滾動活塞式及離心式等5種常用型式制冷壓礦機的補氣特征及循環性能進行了分析,歸納出了其補氣過程和系統循環的特性及各自的適用范圍。

      近些年來,對壓縮機的準二級壓縮循環研究較多。作為一種技術上可行、實現較容易的技術方案,對改進固定容積比的壓縮機在偏離設計工況時制熱(制冷)量不足、壓縮機效率降低有明顯的效果。對螺桿壓縮機的準二級壓縮循環進行了分析,提出了補氣口的設計方法及壓縮功的計算方法。對渦旋壓縮機的準二級壓縮循環進行了研究,指出在保證制熱量及性能系數前提下,準二級壓縮熱泵循環可在低溫環境中長期運行。英國的研究者對二氧化碳作為工質的滾動活塞式壓縮機的準二級壓縮循環進行了分析,并搭建了試驗臺13.依據外界環境溫度的變化及制冷(制熱)量的需求,以改善機組循環特性為目的,可以用不同型式的壓縮機構造準二級壓縮循環,增加或減少壓縮機內工質流量,改變制熱或制冷量,提高壓縮機運行穩定性,形成不同的蒸發溫度等。文中對常用的幾類制冷壓縮機的準二級壓縮構造方法及其系統的循環特征進行分析。

      基金項目乍者簡介國家自然科學基金(50776001)1準二級壓縮循環型式準二級壓縮循環的型式有過冷器系統(a)閃發器系統(b)過冷儲液器系統(c)以及噴射器系統(d)相比較而言,閃發器系統補入的氣態制冷劑較過冷器系統及過冷儲液器系統更接近飽和狀態,因此對系統性能改進程度更佳,只是設計閃發器系統時對兩級節流部件的匹配要求較高。帶噴射器的系統利用了補氣管路中制冷劑的壓力能,對被引射流體進行了預壓縮,在更大程度上增加了壓縮機排氣量并改善了壓縮機的效率。實驗研究表明,帶噴射器的系統較過冷儲液器系統好141. 2不同型式壓縮機的準二級壓縮循環2.1活塞式壓縮機活塞式壓縮機的準二級壓縮循環見?;釗窖顧躉牟蠱誑繕柙諢釗椎畝ザ嘶蚰詒詰哪騁晃恢?,這決定于補氣的目的。當補氣口設置在氣缸頂端時,低溫低焓值的(液態或兩相)制冷劑從活塞式壓縮機的頂端噴入到壓縮機腔內,可以冷卻氣缸,降低制冷劑溫度并彌補壓縮機的吸氣不足15.當補氣的目的是為了形成多個蒸發溫度時,補氣口的位置則可設在氣缸壁的某一個位置。其工作過程如下,活塞由外止點向內止點運動,吸入低壓制冷劑蒸汽,在此期間補氣孔口被活塞覆蓋。當活塞運動到接近內止點位置時,中間補氣孔開始被打開,中間壓力氣體進入氣缸,其壓力高于汽缸內原有吸氣壓力,在中間壓力氣體進入氣缸的瞬間,吸氣閥關閉,活塞繼續向內止點運動,到達內止點后向外止點運5動中間補氣過程繼續進行。過程中補氣孔重新被活塞所覆蓋,中間補氣過程結束。

      實驗表明,不同的制冷劑及不同的蒸發溫度下,對制冷系數COP的改進程度不盡相同。提高COP較為明顯的制冷劑是R717及R115,而R12、R22與R502相對普通單級壓縮循環則是下降的。

      對采用補氣的雙溫冰箱進行了理論與實驗研究(b)利用中間補氣的方法使冰箱制冷系統有高低兩種蒸發溫度,從而減小了溫差及傳熱過程的不可逆損失。實驗表明,在環境溫度為25°C和32°C時,用于冰箱的二次進氣壓縮機無論用R12或混合制冷工質R22/R142b都有明顯的節能效果,在制取低溫及省電1活塞壓縮機2冷凝器3儲液器4毛細管5換熱器6.高溫蒸發器7低溫蒸發器活塞式壓縮機的準二級壓縮循環活塞式壓縮機補氣******的問題是補氣管路上間歇開啟閥門的設計與控制,因為活塞式壓縮機的吸排氣是周期性的,補氣的時機不好會嚴重影響壓縮機的正常工作。

      2.2螺桿式壓縮機螺桿式壓縮機具有單向吸排氣的工作特征,因此,將其系統設計成準二級壓縮系統較為方便。為此,在螺桿式壓縮機的齒槽與吸氣口脫離處增設補氣孔。工作過程為,吸氣終了基圓容積封閉一段時間后與補氣口接通,中間補氣孔隨著螺桿的旋轉逐步開大,充氣量逐漸增加,腔內壓力逐漸增高,補氣壓差變小,補氣量也減小,直到補氣過程結束。通過分析中壓充氣過程及混合增壓過程的一些主要損失,可以找到能獲得較為理想過程的相關參數和******補氣口通道的幾何特性量。目前流行的******進氣位置的觀點是使進氣混合之后的壓力等于循環中壓力。也有人認為,運行中的熱泵循環工況將受到各能力上4混合工質盧22‘R142b較良好ecttodcPublishi種隨機因素的影g1響5s所謂******補氣點應表Si******區域。

      補氣孔開設時應注意:①流通截面盡量滿足中壓進氣等熵流動。②在基元容積脫離中壓補氣孔口后停止補氣。③基元容積內的混合壓力不大于中壓。中壓補氣按等熵過程噴入螺桿機基元容積內,所產生的動能沿螺桿機轉子旋轉的切線方向,可逆地進入螺桿機中壓區,以利于實現能量的有效轉換。

      增設經濟器后,使得經過該容器大量的制冷劑液體得到冷卻,過冷度變大,增加了系統的制冷量,而中間補氣過程引起的壓縮功增加比制冷量增加得少,提高了系統的制冷系數。過冷效益的大小同工質性質及工況有關,在相同工況下,液體比熱小,氣化潛熱也比較小的工質過冷效益******。R502、R12、R22和R717相比,R502******,其次是R12R22和R717較差。設經濟器后,同一壓縮機在t=―35Ktk=35°C工況下,采用制冷劑R717制冷量可提高22%左右。若采用制冷劑R22在to單位功率制冷量提高7%~30%. 2.3渦旋式壓縮機渦旋式壓縮機1905年由法國人Creux取得專利,經歷20世紀初幾十年的沉寂后開始迅速發展起來。其具有效率高(吸壓排氣連續單向進行,容積效率大于95%)、力矩變化小、振動小、噪聲低及結構簡單等優點。目前的小型家用空調(1~15kW)大多數采用渦旋式或滾動活塞式壓縮機。渦旋壓縮機結構比較復雜,因此其補氣涉及了更多的內容。渦旋機的渦旋盤及補氣孔開設區域見。

      渦旋壓縮機的吸氣、壓縮、排氣3個工作過程連續單方向進行,補氣的開始和結束隨著渦旋盤的旋轉而自動打開或關閉。研究表明:①獲得******制熱能,補氣孔開在吸氣腔剛剛閉合的位置較為適宜。②壓縮機的功耗及制熱量隨補氣壓力的增大而增大,在某一中間壓力下可以獲得******值熱量及較佳制熱性系數。

      同普通機組相比,蒸發溫度一25°C時,準二級壓縮系統制熱量可提高20%,COP可提高14%;蒸發溫度一20°C時,準二級壓縮系統制熱量可提高14%~20%,COP可提高6%~8%,并將排氣溫度控制在130°C以下,以保證機組安全運轉。

      2.4滾動活塞式壓縮機滾動活塞式壓縮機也是目前小型空調的主要機型之一。由定子及偏心旋轉的轉子組成,每旋轉1圈,壓縮機進行一次完整的吸氣與排氣過程。補氣口開設的位置及補氣壓力決定了補入或釋放工質的質量。滾動活塞式壓縮機補氣位置見。

      工質噴入量/釋放量隨壓縮機轉角的變化見??梢鑰闖?,噴入量隨滾動活塞的旋轉角度增大而減小,原因是隨著旋轉角度的增加,腔內氣體的壓力增大,噴入工質與腔內工質的壓力差減??;釋放量隨滾動活塞的旋轉角度增大而增加,原因是隨著旋轉角度的增加,腔內氣體的壓力增大,增大了腔內工質與釋放工質間的壓力差。壓縮機的功耗與腔內工質量有密切關系,當室外溫度上升至某一值時,壓縮機進行放氣壓縮,引起壓縮機功耗大幅度下降。

      縮循環,它隨外界環境的變化調節容量。冬季進行制熱循環時,若外界環境溫度很低,工質循環量不足導致制熱量不足及壓縮機的等熵效率降低,壓縮機進行補氣循環,可保證制熱性能系數不降低并提高制熱量;夏季進行制冷循環時,若外界環境溫度較低,室內冷負荷減小,偏離了制冷循環的******工況,系統不再要求壓縮機很大的工質循環量,則壓縮機進行釋放循環,保證壓縮機在低負荷狀態連續運行。

      2.5離心式壓縮機正常工況下氟里昂離心制冷機一般為單級,獲得更低溫度時常采用兩級以上葉輪。為提高循環效率,采用中間補氣的準二級壓縮循環,見。

      離心式壓縮機的補氣口要設在兩級葉輪的中間,因此補氣口的數目也就比級數少1.當級數大于等于3時,可形成多個經濟器的循環(b)―般蒸發溫度在一7°C以上可用二級葉輪,在一23°C以上用三級葉輪,在一40~―45°C以上用四級葉輪,采用相應級減1的補氣循環。補氣回路的閃發和制冷厲補通開設的位溫要制熱性―蒸汽在封閉的罐內吸熱使得進入節流閥的液吸氣口滾動活塞式壓縮機的補氣位置1吸氣口2離心壓縮機3排氣口7%除此之外,中間補氣循環還可以降低噪聲,消除低負荷的喘振問題,延長機組使用壽命。

      對活塞式、螺桿式、渦旋式、滾動活塞式及離心式等5種不同類型制冷壓縮機的準二級壓縮循環過程分析結果如下:①各種壓縮機補氣的準二級壓縮循環適應了工作環境的變化,使壓縮機在偏離設計工況時的效率下降、供熱(制冷)量不足的狀況得到明顯改善,只需對原有機組進行簡單改造,改造后性能穩定,易于實現。②應根據不同類型壓縮機本身的結構及工作特征,對準二級壓縮循環補氣口參數(大小、形狀、位置)進行設計,同時結合系統特征及工作目的確定補氣參數,選擇合理的循環型式。

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