制冷压缩机第二章-容积型压缩机热力学基础(2016)讲述

压缩机消耗的理论功
压缩机完成一个理论循环所消耗的 理论功可由P-V示功图面积表示：
Wts=面积（a-b-c-d-a)
=


a
vdp
p Pdk c d 0
ps0
Vp
b
n=k
a
v
= H dk H s 0 =
qmt (hdk hs 0 )
inW ts Pts 60 1000
理论功率(kW)

简化基本热力参数之间的关系，提 出提高压缩机性能指标的途径。 确定循环的极限指标，用以评价压 缩机实际循环的热力学完善度。

四、理论循环的假设条件


压缩机没有余隙容积
吸气和排气过程中没有压力损失


吸气和排气过程中无热量传递
无漏气损失 无摩擦损失
五、理论循环工作过程

P c
pdk
b
n=k
对于内容积比固定的容积型压缩机，如 螺杆式、涡旋式、滑片式压缩机，在工 作中会发生过压缩和欠压缩过程。
问题提出：
何谓内容积比固定？ 何谓过压缩、欠压缩？
一、定义



内容积比Vi 指吸气终了容积Vcys与压缩终了容积Vcyc之比。 Vi = Vcys / Vcyc 内压力比εi 指内压缩终了压力Pcyc与吸气终了压力Pcys之比。 εi = Pcyc/ Pcys 外压力比ε 指排气管内气体压力Pdk与吸气压力Ps0之比。 ε= Pdk/ Ps0
二、活塞式压缩机工作特征
往复活塞式压缩机的工作过程实际上是一个能 量转换过程，通过热力过程研究，确定压缩机 输入与输出之间的关系，也就是确定输气量 （制冷量）与功率消耗之间的关系。 输入功率消耗P 制冷压缩机 量（输出制冷量Q0) 输出输气
热力过程研究的是制冷压缩机经济性指标
三、研究理论循环的目的
（b）Pcyc>Pdk （过压缩） 附加功损失过程： c-d（定容膨胀）
（c）Pcyc<Pdk （欠压缩） 附加功损失过程： c-d（定容压缩）
三、内容积比效率ηvi

研究ηvi的目的：衡量具有固定内容积 比的压缩机，在内压力比εi 不等于系 统的压比ε情况下工作时，额外功耗损 失的程度。

多变压缩时内容积比效率计算公式
若吸气终了压力Pcys等于吸气压力Ps0，则有：Pcyc=εiPs0
附加功损失：见图中阴影部分
P
Pcyc= Pdk
c
P
Pcyc Pdk
f d
a c e b
P
e Pdk f
d c
Pcyc
Ps0
a
b
Ps0
Ps0 a
b
0
Vcys Vi
Vcys
V
0
Vcys Vi
Vcys
V
0
Vcys Vi
Vcys
V
（a）Pcyc=Pdk 无附加功损失
1
2
3
4
5
6
7
系统压力比ε= pdk/ps0
图2-2 对于不同的内容积比， ηvi随ε的变化关系（n=1.15）
对图2-2分析：
由于：
i
pcyc pcys
( ) Vi Vcyc
n
Vcys
n
当压缩指数n一定时，εi与Vi成一一对应关系。 在等εi（Vi）曲线的峰值左侧， εi> ε，发生 过压缩过程，此时内容积比效率ηvi变化比较显著。 在等εi（ Vi）曲线的峰值右侧，εi< ε，发生欠 压缩过程，此时内容积比效率ηvi变化比较缓慢。
ps0 Vp
a
V
D
s
图2-1 单级往复式压缩机的理论循环 （a）理论工作过程 （b）活塞气缸基本结构原理
六、理论循环的性能指标

理论输气量
单位时间内经过 压缩并输送至排 气管内气体量。 包括：理论容积输 气量qvt和理论质 量输气量qmt。
其中v1-吸气比容
思考：

分析影响活塞式制冷压缩机理论输 气量qvt和 qmt的因素有哪些？对于同 一台制冷压缩机，若运行在不同工 况下，其理论输气量qvt和 qmt变化又 如何呢？
内容积比效率ηvi为理论指示功w0（不存在过压 缩和欠压缩过程）与实际指示功wi之比：
w0 Vi wi
n n 1 n (Vi 1) ( Vi ) / Vi n1
n [ n1
n 1 n
1]
1.0
εi=2.22 εi=3.54
内容积比效率ηvi
3
2
0.5
Vi=1
0
二、内外压力比不等时附加功损失


对于往复活塞机，压缩终了压力Pcyc与排气管 内气体压力Pdk 、排气阀的弹簧力及气体流动 阻力等有关，若忽略各种压损，则有： Pcyc=Pdk，εi=ε 对于其它容积型压缩机，内压缩终了压力Pcyc 与排气管内气体压力Pdk 无关，而与压缩机的 几何形状、吸排气孔口的大小和特定几何位置 以及吸气压力等有关，即有Pcyc≠Pdk 当 Pcyc>Pdk 过压缩（εi>ε） 当 Pcyc<Pdk 欠压缩（εi<ε）



（a） 示功图(P-V图）：曲轴旋转一 周，气缸内部压力与气缸容积 d 所对应的曲线,同时吸气、压缩、 排气三过程完成一个工作循环。 0 如右图所示： 吸气过程：d—a,压力为Ps0， P—V图水平线； 压缩过程：a—b,可逆绝热压缩， 绝热指数n=k的等熵线； （ b） 排气过程：b—c,压力为Pdk， P—V图水平线。
2-2 容积型压缩机的实际性能
影响实际循环的因素：



压缩机中的压力降 制冷剂的受热 气阀运动规律不完善 制冷剂泄漏 再膨胀过程 压缩过程偏离等熵过程 压缩过程的过压缩和欠压缩 润滑油循环量 压缩机的机械摩擦损失和内置电动机(封闭式压缩 机)的功率损失。
2-3 内容积比固定压缩机的内容积比效率
本章教学内容
单级往复式制冷压缩机的理论循环 容积型压缩机的实际性能 内容积比固定压缩机内容积比效率 制冷压缩机的基本性能参数

2-1 单级往复式制冷压缩机理论循环
容积型制冷压缩机的典型结构——活塞式
排气
D-气缸直径 S-活塞行程
D
外止点
S
吸气
内止点
一、有关几何名称




外止点：又称上止点，指活塞在气 缸中作往复运动时，离曲轴旋转中 心最远位置，如图中A点所示 。 内止点：又称下止点，指活塞在气 缸中作往复运动时，离曲轴旋转中 心最近位置，如图中B点所示 。 活塞行程S ：活塞在气缸中作往复 运动时上止点与下止点之间距离。 气缸直径D：即气缸内径。 气缸工作容积Vp ：指气缸在外止点 与内止点之间工作室容积，即活塞 移动一个行程所扫过气缸容积，其 中Vp =(∏/4) · D2· S