空调用涡旋压缩机的优化研究

半;º热气除霜的同时可以带回沉积在系统中的冷冻油,便于回油。因此这种除霜方式特别适用于长距离的分体展示柜系统。我们采用的热气除霜与传统常用的方法有差别,该系统特点如下:

把由压缩机排出的高压热气不经过冷凝器,直接经热力膨胀阀与蒸发器间的旁通送入蒸发器进行除霜。由于热气在蒸发器除霜后变为制冷剂液体,流向压缩机方向,因此必须安装气液分离器。

我们分别按上述计算值进行试验,试验过程主要通过视液镜观察压缩机油位及展示柜温度变化情况。试验表明,按上述管道管径及长度连接压缩冷凝机组和展示柜,制冷系统运行24h后,压缩机油位保持正常,并且展示柜温度能够满足要求,这说明上述管径选择方法是正确可行的。

6结论

(1)对于分体展示柜制冷系统,当压缩冷凝机组与蒸发器间有较大高差时,为了满足小负荷时回油要求,采用双回气立管设计能取得很好的效果。

(2)随着制冷量的下降,或随着压缩冷凝机组与展示柜间的垂直距离和水平距离的减小,应相应地减小管道直径。

(3)对于管道较长的分体展示柜制冷系统来说,回油的好坏除了与油在制冷剂中的溶解度有关外,主要是由回气管径的选择决定的。

本文给出了高位差分体一拖二展示柜制冷系统管道管径的选择计算方法,并通过试验证明了该方法的可行性,对研究分体一拖多展示柜高位差、长管道的管径选择具有指导作用。

参考文献

1Gosney.WB Principles of Refrigeration.Cambrige Un-i versity Press,1982

2COPELAND压缩冷凝机组产品样本.1996

3郭庆堂主编.实用制冷工程设计手册.中国建筑工业出版社,1994

作者简介:刘占杰,男,30岁,青岛大学制冷与空调教研室讲师,现在上海理工大学攻读博士学位。通讯地址:200093上海市军工路516号上海理工大学制冷与低温技术研究所。

空调用涡旋压缩机的优化研究*

江苏理工大学张立群

大连三洋压缩机有限公司刘永波

摘要讨论了涡旋压缩机的几个主要结构参数的优化方法,为了提高能效比,对涡旋圈数N、背压孔位置角B、涡旋齿厚t进行了优化并得到了满意的结果。

关键词涡旋压缩机优化能效比

1前言

涡旋压缩机在原理上具有许多优点,然而要使这些优点真正反映在产品中,则必须有正确合理的设计方案和高精度的加工及严格的装配工艺,其中设计方案是否合理对压缩机的性能影响很大,是开发产品时首先要解决的问题。压缩机的传统设计方法是经验、半经验方法,费时、费工、效率低,而且最终方案并不是最佳方案,需进一步改进。而优化设计方法是随着计算机的广泛应用发展起来的一种新型工程设计方法,它以能够正确反映压缩机实际工作过程的数学模型为基础,利用计算机求解,得到压缩机性能参数与各设计变量间的相互关系,再运用适当的寻优方法,借助计算机得出最优的设计方案。

2压缩机工作过程数学模型

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Vol.28,No.1,2000FLUID MACHINERY *收稿日期:1999-08-09

211 工作过程数学模型

工作过程数学模型是优化设计的基础,由热力学模型和动力学模型两部分组成,热力学模型又是动力学模型的基础。本文首先建立工作过程数学模型,选定控制容积,由能量平衡、质量守恒、M )H 方程,可得热力学模型为一组常微分方程组,按吸气、压缩、排气三个阶段,用四阶龙格-库塔法进行求解,可得数值解。动力学模型是一组力学方程组,根据热力学模型的计算结果,用迭代法进行求解,可得各种力及力矩的数值解,最后可进一步求出压缩机的功耗、能效比等性能参数。

212 工作过程数学模型的验证

本文计算对象为甘肃工业大学涡旋压缩机研究所开发研制的QWR90-3175kW 涡旋压缩机,基本结构参数为:节距p =1612mm ,涡旋齿厚t =316mm ,齿高h =40mm ,涡旋圈数N =2175,背压孔位置角B =50b 。实验在该所容积式制冷压缩机性能实验台上完成,该实验台经国家压缩机制冷设备质量监督检验测试中心鉴定认可,实验数据准确可靠。本文采用背压实验验证数学模型,计算背压值与实验值的比较如图1所示。从图1可见,在压缩机允许工作压力范围内,本文数学模型可以很好地

模拟压缩机实际工作状态。

图1

P d .排气压力;P b .背压力

3 优化设计311 设计变量

涡旋压缩机可通过优化设计来确定的设计参数很多,本文选取几个主要参数进行优化。通过对工作过程数学模型的求解及分析可知,涡旋圈数

N 、背压孔位置角B 、涡旋齿厚t 对压缩机的性能有很大影响,故本文在保持样机其它结构参数不变的条件下,选取N 、B 、t(见图2)为设计变量,进行优化设计,设计变量的向量形式为:

X =[x 1,x 2,x 3]T =[N ,t,B ]

T

图2

312 目标函数的构造

目标函数是评价不同设计方案的准则,使目标函数最小的设计方案即为最优方案,相应所得即为最优变量值。评价压缩机好坏的准则可以是运行寿命、运行费用、噪声、能效比等,可以选择其中的一个或多个指标的组合体作为优化设计的目标函数。能效比是评价制冷压缩机性能高、低的主要指标,能效比的定义为:

EER =制冷量(W )/输入功率(W )

EER 的值可通过求解工作过程数学模型得到,由于任何优化问题都可以归结为求最小值的问题,且本文旨在设计高效率、低能耗的压缩机,所以采用能效比的倒数为优化设计的目标函数,即:

目标函数F (X )=输入功率(W )/制冷量(W )313 约束条件的确定

(1)对于空调压缩机的优化设计,首先要保证制冷量基本不变,故有Q =Q c 。

Q c =Q s (2N -1)P p (p -2t)h G v Q 0

式中 Q s )))吸气密度

G v )))容积效率Q 0)))单位质量制冷量

本文为了减少迭代次数、加快收敛速度,适当放宽了这一条件,故得约束:

Q c [Q [1102Q c

(2)涡旋圈数N 过大会产生过压缩损失,过小会产生欠压缩损失,参考国内外样机,选定约束:

215[N [3

(3)涡旋齿厚t 在加工时影响涡旋盘刚度,工作时影响径向泄漏及整机的体积与重量,综合考虑选定约束:

215[t [5

(4)背压孔的位置角B 决定了背压孔的连通起始角B 1和结束角B 2,当B 1<0时,背压腔与吸气

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流 体 机 械 2000年1月