涡旋式制冷压缩机的输气量调节【转载】
(2011-04-24 15:04:26)
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对于压缩机而言,输气量是其主要的性能参数之一。输气量是指在一定的工况下,单位时间内由吸气端送到排气端的气体质量。当制冷机运行时,由于受到使用条件(如冷负荷)的变化和工况变化(如蒸发温度、冷凝温度的改变)等的影响,系统需要的输气量也随之发生变化,因而压缩机要不断的进行输气量的调节,以适应上述变化的需要。通常对涡旋式制冷压缩机进行输气量调节的方法有:变转速调节、多机并联运行调节、变容量旁通调节。
输气量调节方法
1.变转速调节 涡旋式制冷压缩机的输气量与其转速成比例所以可以通过改变转速来调节输气量。其输气调节方法如图1所示。
图1 变转速调节输气量原理
当压缩机的转速提高时,系统输气量加大,反之输气减小。采用变转速调节,具有节能、舒适、动快速、温度精度高和易于实现自动化等优点。但采用变转速调节也会给压缩机带来一些不良影响导致压缩机运动部件的磨损增加;气体流经排气时的流动损失增加,并导致排气阀片产生延迟关闭从而导致阀片寿命降低;润滑油循环率随着转速增加而增加,各种杂质会随润滑油进入运动部件隙中,引起运动部件的损伤;压缩机噪声也增加。
下面就涡旋式制冷压缩机采用变转速调节特性进行分析。图2示出了采用变频调节的三压缩机(往复式。滚动转子式、涡旋式)的等熵效比较;图3给出了变频调节的三种压缩机的容积效率比较。
在此假定以60 Hz时涡旋式制冷压缩机的容积效率为100%,从图中可看出,三种压缩机的容积效率开始都随频率的增加而上升,因为频率增加则转速增加,而转速增加将使泄漏减少,故容积效率上升;但当频率超过70 Hz以后,往复式的容积效率开始下降,而涡旋式和滚动转子式的却依然上升,这是与其循环周期长和没有吸气阀有很大关系。可见,这两种压缩机适用于转速在宽广范围内变化的场合。至于等熵效率则是在频率50~60Hz时为最高,低于或高于此频率范围的等熵效率均降低,这主要是因为,高速时的摩擦损失增大,低速时的泄漏加剧,故等熵效率下降。
随着频率的增加,涡旋式制冷压缩机的振动与噪声水平均增加,但是,在任何频率下涡旋式制冷压缩机的振动和噪声都比往复式及滚动转子式低,因为涡旋式制冷压缩机的压缩过程长,转矩变化非常平缓,且通过惯性力的二次平衡其动力平衡性能良好,所以振动和噪声水平较低。从上述讨论可看出,涡旋式制冷压缩机比其他两种适用于更宽的速度范围,因而可预测采用涡旋式制冷压缩机进行变频调节输气量在空调器或热泵中是很有市场的。
2.多机并联运行调节
当系统需要的制冷量变化范围较大时,采用多台压缩机并联进行制冷量调节是比较高效、经济的调节方式,并且可以减少单台压缩机的停机次数,延长了压缩机的使用寿命。多机并联运行是按制冷量大小的需要,可以只运行一台,也可以多台或全部同时运行,但要求各机之间应保持合适的间隔,以便维修方便而又不失机组的紧凑;系统中必须要有油平衡管和气平衡管,排气管上应安装单向阀,总吸气管应有吸气过滤器和气液分离器;多台并联运行时对自动控制部分要求严格;如电动机保护器的触点应串联,以确保当某台压缩机出现保护时所有压缩机均应停机;压力控制器采用人工手动复位,可靠性较高;开停间隔的控制应注意控制温度的设定。对启动特性的要求是,应满足当一台或两台压缩机运行时,第
二台或第三台应在最低电压、最高负荷、最大压差时启动。对涡旋式制冷压缩机,还有一种多机并联的形式是选用两台运行的涡旋式制冷压缩机共用一个机壳。一个机壳中装有两台输气量不同的立式涡旋式制冷压缩机,其中一冶由变频器控制,另一台直接由电网供电,它们中的每一台都可披此独立运行也可并联运行,其运行状态取决于空调器的负载,并由微机控制,该调节方式适合于较大型空调器的能量调节。从图4中可以看出,与相同制冷量的一台涡旋式制冷压缩机相比,双涡旋式机并联运行时,在较宽的制冷量范围内有较高的COP值。
3.变容量旁通调节
旁通调节的主要原理是:在负荷下降使吸气压力降低时,将压缩机排出的气体旁通一部分到低压侧,用于补偿因负荷下降而减少的蒸发器回气量,保持压缩机连续运行所必需的最低吸气压力。它能使压缩机的能力与蒸发器的实际负荷相适应,在蒸发器负荷下降时,来自高压侧的热气为其提供一个虚负荷。
常见的热气旁通输气量调节的布置方式如图5所示:
其中(1)是最简单的布置方式,将能量调节阀安装在吸、排气之间的旁通管上,热气阀在压力低于设定值时打开。该方法虽然简单,但当热气旁通时间太长的话,压缩机有过热的危险;图中(2)再用一个喷液阀,从液管引制冷剂液体喷
入吸气管,使热气冷却,降低排气温度;(3)是从贮液器顶部引高压饱和蒸气旁通,由于旁通气的温度不高,与蒸发器回气混合后不会引起吸气过热度太高;(4)
是将热气向蒸发器出口处旁通,而将热力膨胀阀的温包安装在旁通点下游至少2米处;(5)是向蒸发器中部引热气,热气向蒸发器提供虚负荷;(6)对于并联多路盘管的蒸发器是最好的布置方式,将热气旁通到膨胀阀与分液器之间。上述几种布置方式各有优缺点。在系统管路的布置上主要考虑了三个方面的问题:
(a)吸气过热度不能太高;(b)不能造成液击;(c)不影响系统回油旧J。
采用变容量旁通调节的涡旋式制冷压缩机,目前广泛的应用在汽车空调中,车内温度可保持稳定不变,并且空调具有良好的舒适性;没有断续负荷产生的不可预料的加减速,提高了汽车驾驶性能;调节使压力条件得到缓解,有利于提高压缩机的使用寿命;在发动机高转速运转时,压缩机功率消耗增加不多,有助于节省燃料及费用,但是这种调节方法系统复杂,效率较低。
由对以上三种方法分析得出结论:对涡旋式制冷压缩机采用变转速调节,具有节能、舒适、启动快速、温度精度高和易于实现自动化等优点;同时与其它能量调节方式相比,变速调节循环经济性最好,但变频装置价格高;涡旋式制冷压缩机比其他两种适用于更宽的速度范围,因而可预测采用涡旋式制冷压缩机进行变频调节输气量在空调器或热泵中是很有市场的。多机并联运行调节是比较高效、经济的调节方式。变容量旁通调节方法,调节范围宽,但系统复杂阻力损耗较大,因而效率较低。