第二章 容积型制冷压缩机的热力学基础
制冷的热力学基础ppt课件
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积分节流效应：当压降为一有限数值时，整个节流过程产生
的温度变化，用下式表示：
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第二节 气体膨胀制冷
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第一节 相变制冷
➢液体汽化制冷
蒸气压缩式制冷循环：以消耗电能或机械能为能量 补偿，通过压缩机对低压气体做功，使之压力升高
图2.3 蒸气压缩式制冷系统简图
➢等焓节流膨胀制冷
节流液化循环：气体液化循环是一开式循环，所用 的气体在循环过程中既起制冷剂的作用，本身又被部 分或全部地液化并作为液态产品输出
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第一节 相变制冷
➢液体汽化制冷
蒸气喷射式制冷 循环：使用热能 作为驱动能源， 利用喷射器实现 从蒸发器中抽取 蒸气并压缩到高 压
制冷压缩机考试大纲
《制冷压缩机》考试大纲编写：马新灵1、教材：缪道平、吴业正主编，《制冷压缩机》，机械工业出版社，2002年，属于普通高等教育“九五”国家级重点教材。
2、课时：51学时。
3、课程性质，必修重点课程。
4、学分：3分。
5、考试方式：书面闭卷考试6、课程重点考试内容及所占分值：第一章：绪论（3－5分）制冷压缩机的种类、分类和发展概况。
第二章：容积型制冷压缩机的热力学基础（7－10分）容积型制冷压缩机的热力学基础理论,制冷压缩机的循环理论、容积型压缩机的性能、压缩机的内容积比效率,制冷压缩机的基本性能参数，如实际输气量、容积效率、制冷量、排热量、指示功率、指示效率、轴功率、轴效率、机械效率等。
第三章：往复式制冷压缩机（18－25分）往复式制冷压缩机的基本结构和工作原理，往复式压缩机的热力性能，影响其性能参数的因素，制冷系统压缩机的运行平衡点，了解驱动机构和机体部件、压缩机的气阀、内置电动机、润滑系统、压缩机的总体结构、振动和噪声、安全保护等，用力学平衡的观点计算简单的受力。
第四章：滚动转子式制冷压缩机（8－12分）滚动转子式制冷压缩机的工作过程和基本结构，热力学性能参数和压缩机结构参数，对压缩机的转子和滑片进行受力分析、输气量的调节和滚动转子式制冷压缩机的振动与噪声。
第五章：涡旋式制冷压缩机(10－15分)涡旋式制冷压缩机的流体的工作原理、总体结构及其特点，对它的热力过程和运动结构的受力进行分析，涡旋式压缩机的密封与防自转机构和输气量调节，涡旋式制冷压缩机的热力计算。
第六章：螺杆式制冷压缩机（16－22分）螺杆式制冷压缩机的基本结构和工作原理及螺杆转子齿型选择及结构参数，螺杆式压缩机的热力学能参数和转子的受力分析，它的吸排气孔口和输气量调节结构的设计、装置系统、噪声和震动及安全保护装置。
第七章：其它形式的容积型制冷压缩机（5－10分）滑片式制冷压缩机、旋叶式制冷压缩机、螺旋叶片式制冷压缩机等工作原理、热力分析、结构要点等。
容积式压缩机PPT课件
( 2 )当 1800 时 惯 性 力 最 小 ，Imin msr 2 1
第12页/共32页
往复惯性力图：
I1 I11
I
第13页/共32页
（b）旋转惯性力 Ir 旋转惯性力：Ir=旋转质量×向心加速度
Ir mr r 2
力方向与加速度相反
当ω一定时，旋转惯性力大小一定。
惯性力方向沿曲柄半径向外，即始终为拉力作用。
由于旋转质量都集中在曲轴上，
旋转惯性力只发生在曲轴上。
旋转惯性力可以用曲轴配重来平衡。
Ir
mr
ω
第14页/共32页
(3) 摩擦力
摩擦力又分为：往复摩擦力和旋转摩擦力。
（a）往复摩擦力 RS 往复摩擦力所消耗的功率占总摩擦功率Nm的（60%~70%）
总摩擦功率：Nm
1
功率：N
' m
1 2 sin 2
侧向力：FN Fptg Fp
sin 1 2 sin2
第17页/共32页
(ｂ) 工作力矩（阻力矩）
MY FL h FL r sin( ) Fp sin( ) r cos
阻力矩与驱动力矩平衡（理论上）
MY = Md ( Md：驱动力矩） 实际中： MY 阻力矩随气体压力变化而变化，即： Md ≠ MY 差值： Md - MY = J.ε
平衡重的质量：
m0
mr
r r0
第23页/共32页
• 往复惯性力的平衡
往复惯性力：
I msr2 cos msr2 cos 2 I I
I msr2 cos I msr2 cos 2
一阶往复惯性力 二阶往复惯性力
平衡方法：采用多列第气24页缸/共或32页对称布置气缸来平衡
第二章-容积型压缩机热力学基础(2010)
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
二、表征功率消耗的动力性能指标
指示功率Pi和指示效率ηi
称指示功率，用Pi 表示。
Pi定义：单位时间内实际循环所消耗的指示功
inWi Pi kW 60 1000
其中：i—气缸数； n—压缩机转速，转/分钟； Wi—每一气缸或工作容积的实际循环指示功，J。
指示效率ηi：
ηi定义：压缩1kg工质所需等熵循环理论功Wts
（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。
泵与压缩机——容积式压缩机热力学性能实验指导书
容积式压缩机热力学性能实验指导书一、实验课程的教学目的和任务本实验课程为流体机械类课程中容积式压缩机基本实验课程之一。
本实验课程的任务是使学生掌握上述各专业方向专业课程(工程热力学、工程流体力学、传热学、过程机械等)所涉及的专业实验的测量原理、技术和测试方法，培养学生实验操作能力、理论联系实际以及分析问题和解决问题的能力，以适应市场经济条件下对工科人才培养的要求。
二、实验课程的基本要求1、通过实验教学，使学生直接了解和掌握本专业领域现代测试技术和检测仪表的性能、原理和使用方法。
掌握本专业实验方法、技能与数据处理方法，培养学生实践动手能力、专业实验技能和综合知识的运用能力，使学生具有专业领域内初步的科学实验工作能力。
2、借助通用仪表测量实验状态下压缩机进出口压力、温度、流量、功率、转速等多个实验参数，并进行数据处理，得出反映压缩机性能的结论。
3、将实测数据代入压缩机热力学公式进行计算，进一步加深理解和掌握书本上有关压缩机热力学过程的理论知识，从而对容积式压缩机的工作机理有更深刻的了解。
三、实验设备上海浪潮机器有限公司图1-1 OG－10A单螺杆空压机实验台单螺杆空压机（型号为OG －10A ，额定排气量：1 m 3/min ，排气压力：0.85 MPa ，电机功率：7.5KW ），通用变频器：IHF —75K ，全数字智能交流电量采集模块RemoDAQ-8203，RS232/RS485无源转换器MWE485-A ，台式计算机及IFIX3.0软件，指针压力计，玻璃转子流量计等。
单螺杆空压机螺杆直径：d 1=150mm ，螺杆头数Z 1=6；螺齿容积：3310.0254()e V d m = （3－1）螺杆压缩机结构容积流量：312(/min)e e q Z nV m = （3－2）式中：n ——压缩机转速，r/min四、实验基础理论1、理想气体状态方程pv RT = （4－1） pV MRT = （4－2）p —— 气体的绝对压力；PaT —— 气体的绝对温度；Kv —— 气体的比体积；kg m /3V —— 气体的体积；3m M —— 气体的质量；kgR —— 气体常数，)/(K kg J ⋅；8314R μ=μ —— 气体分子量，空气分子量：μ=29 M ——气体质量；kg理想气体.： p v R c c =- （4－3） 绝热指数（等熵指数）： p vc c k=（4－4）p c —— 气体的定压比热容；)/(K kg J ⋅，空气 1.005/.p c kJ kg K =v c —— 气体的定容比热容；)/(K kg J ⋅，空气0.718/.v c kJ kg K =常温下，压力小于10MPa 的空气、氧气、氢气等一般都可看作是理想气体。
压缩机原理
一、课程基本信息课程代码：050007课程名称：压缩机原理英文名称：Principles of Compressor课程类别：专业限选课学时： 54学分：适用对象: 热能与动力工程专业本科生（建筑环境与设备方向）考核方式：考试，平时成绩占总成绩的30％先修课程：高等数学、普通物理二、课程简介中文简介该课程是热能与动力工程专业本科生（建筑环境与设备方向）一门重要的专业限选课，制冷压缩机可以说是蒸汽压缩式制冷机的＂心脏＂，没有它，制冷循环就无法实现，制冷系统也不可能正常工作，完善的空调系统也失去了必备的条件。
因此，该课程主要介绍了各种不同类型的制冷压缩机的工作原理和零部件的作用及结构特点，仔细分析了影响压缩机性能指标的各种因素，重点讲述了压缩机能量调节的各种方法，为后续课程的学习及今后的工作打下了基础。
英文简介It is an important course for the field of refrigerating and air condition. The refrigerating compressor is the heart of refrigerating system. The refrigerating cycle couldn’t be achieved, refrigerating system and air conditioning system couldn’t work normally without the compressor. So, the working principle and characteristics of different kinds of compressor is introduced. It is analyzed of different factor on characteristics of compressor. It is he main point of different kinds of regulating energy. It make the foundation for the future study and work.三、课程性质与教学目的本课程是热能与动力工程专业本科生（建筑环境与设备方向）的一门主要专业限选课。
制冷压缩机工作原理热力学基础及工作方式分类
控制制冷剂流量的阀门，使得制冷剂流动速率减 慢，降低流动压力。
制冷压缩机工作原理
1
压缩过程
2
压缩机内部的活塞不断向前移动，将制
冷剂体积压缩，提高气体的压力和温度。
3
吸入过程
压缩机在运转时，会产生一个负压区域， 促使制冷剂进入压缩机。
放出过程
制冷剂在高压力下，通过压缩机的出口， 进入冷凝管路进行散热。
热力学第零定律、第二定 律和第三定律
为热力学提供了更加详尽彻底的 理论基础。
制冷循环图解
蒸发器
将液态制冷剂吸收蒸发后，吸收空气中的热量， 使得室内空气降温。
冷凝器
将高温高压气体通过散热管降温，放热后冷凝成 高压液体，传递到室内。
压缩机
将蒸发器中的制冷剂气体压缩成高温高压气体， 使得中间的温度升高。
特点与应用举例
高效节能
卓越的制冷性能和能源效率使 得制冷压缩机应用广泛。
广泛应用
汽车空调、冰箱、冷藏和制冰 机、空调等领域都用到制冷压 缩机。
维护简单
结构简单，零件少，维护费用 低，寿命长。
制冷压缩机工作原理热力 学基础及工作方式分类
本次演讲将介绍制冷压缩机的工作原理、热力学基础以及工作方式分类。加 深对制冷系统的了解，与我们生活息息相关。
热力学基础概述
热力学第一定律
能量守恒，不可能创造或消灭能 量，只能从一种形式转化为另一 种形式。
热力学循环
将能量在工质当中进行转化，通 过吸热和放热来实现能量转移。
离心式压缩机
适用于对商业和工业应用的制冷 需求，主要用于制冷、冷压缩机
压缩机和驱动器分别安装 在两个不同的设备中。
2 封闭式压缩机
驱动和压缩机安装在同一 个设备中，一般较小，适 用于家庭和小型办公室。
制冷压缩机2
《制冷压缩机》电子教案第一章容积型制冷压缩机的热力学基础容积型压缩机是蒸气压缩式制冷机中应用领域最广泛、使用数量最多的压缩机，它们的功率可以从几十瓦到几千千瓦的宽广范围。
尽管容积型压缩机的结构形式众多，但究其热力学基础还有许多部分是相同的。
第一节单级活塞式压缩机的理论循环单级活塞式压缩机的理论循环的假设条件：1、压缩机没有余隙容积2、吸汽与排汽过程中没有压力损失3、吸汽与排汽过程中无热量传递4、无漏汽损失5、无摩擦损失一、活塞式压缩机的理论输汽量1.气缸工作容积V p，单位为m32.理论容积输气量q vt(或称理论排量)，单位为m3/h是指压缩机按理论循环工作时，在单位时间内所能供给、按进口处吸气状态换算的气体容积。
(1-2)3.压缩机的理论质量输气量q m t，单位为kg/h(1-3)二、压缩机消耗的理论功率1.理论循环所消耗的理论功W ts，单位为J，W ts =∫12 Vd p (1-4 )2.即单位绝热理论功W t s为，单位为J，W ts = h 2 - h 1 (1-4a )3.压缩机所消耗的理论功率P ts，单位为kw第二节容积型压缩机的实际性能1、压缩机中的压力降2、制冷剂的受热3、气阀运动规律不完善带来的效率下降。
4、制冷剂泄漏的影响。
5、再膨胀的影响6、压缩过程偏离等熵过程7、压缩过程的过压缩和欠压缩。
8、润滑油循环量的影响。
9、压缩机的机械摩擦损失和内置电动机(封闭式压缩机)的电动机损失。
第三节内容积比固定的压缩机的附加功损失在那些具有固定内容积比的容积型压缩机中，在工作中会发生过压缩和欠压缩的压缩过程。
一、内容积比1.内容积比εV是指这类压缩机吸汽终了的最大容积V1与压缩终了的容积V2的比值，即( 1-6 )2.内压力比工作容积内压缩终了压力P2与吸汽压力P1的比值，称为内压力比二、附加功损失内压力比与外压力比不相等时，会产生附加功损失。
讨论三种情况：①P d>P2②P d = P2。
制冷压缩机讲义第二章
Δ第二章，活塞式制冷压缩机的工作原理和基本热力计算熟悉活塞式制冷压缩机的工作过程，掌握理论工作过程和实际工作过程的差异，能正确分析影响活塞式制冷压缩机输气量和输气系数的各种因素，掌握输气系数、制冷量、功率和效率的计算方法。
能正确运用性能曲线图。
第一节，单级活塞式制冷压缩机的工作原理和理想工作过程，分析工作原理就是要研究压缩机的工作过程，一般要通过它的工作循环来说明。
压缩机工作循环：是指活塞在汽缸内往复运动一次，缸内汽体经过一系列状态变化重现原始状态所经过的全部过程。
为了便于分析实际工作过程，我们设想存在没有余隙容积损失和能量损失的理想工作过程，将它作为实际工作过程的比较标准。
（便于简化分析）一、活塞式制冷压缩机理论工作过程的理想条件。
1、压缩机没有余隙容积，理论输气量与汽缸容积相等。
2、吸气和排气过程没有压力损失，（吸气压力等于蒸发压力，排气压力等于冷凝压力）3、吸气与排气过程中无热量传递，即汽体与汽缸壁无热交换，绝热压缩。
4、无漏气损失。
高低压汽体不发生串漏。
5、无摩擦损失。
运动机件在工作中没有摩擦，不消耗摩擦功。
（电机功率消耗全部转化为压缩功。
）二、压缩机理论工作过程的组成。
压缩机的理论工作过程由吸气过程、压缩过程、排气过程组成。
1、吸气过程。
活塞从外止点向右运动时缸内容积增大，压力降低，吸气管中压力为P1的汽体顶开吸气阀进入汽缸内，直到活塞一向内止点，吸气完毕。
吸气过程结束。
吸气过程体积增大，压力不变，过程线为0——1.2、压缩过程，当活塞从内止点向左移动时，吸气阀关闭，缸内容积缩小，汽体压力逐渐升高，当压力身高到排气管压力P2时，排气阀会打开，此时压缩过程结束，如图1——2点，特点：体积缩小压力升高。
3、排气过程。
当汽缸内压力升高到P2时，汽体顶开排气阀片进入排气管，活塞继续向左移动，缸内体积缩小，压力不变。
直到活塞移到外止点。
此时缸内汽体排尽，排气过程结束。
过程线2——3，特点：体积缩小，压力不变。
制冷压缩机讲义第二章
始，活塞运动到外止点，排气过程结束，排气阀片关闭。排气过程压力有波动，先高后低。
3、膨胀过程：
排气终了，汽缸余隙内还有没有排完的高压汽体。活塞从上止点向下运动时，由于汽缸内压力高于吸气腔压力，吸气阀片不开。随着活塞向下运动，缸内汽体体积扩大，压力下降，当缸内汽体压力低于吸气腔压力，压差能克服吸气阀片重力和阀片弹簧力顶开吸气阀片时，膨胀过程结束，吸气过程开始。
压缩机工作循环：是指活塞在汽缸内往复运动一次，缸内汽体经过一系列状态变化重现原始状态所经过的全部过程。
为了便于分析实际工作过程，我们设想存在没有余隙容积损失和能量损失的理想工作过程，将它作为实际工作过程的比较标准。（便于简化分析）
一、活塞式制冷压缩机理论工作过程的理想条件。
1、压缩机没有余隙容积，理论输气量与汽缸容积相等。
三、输气系数及其影响因素。
1、输气系数的定义。
定义：
输气系数：指压缩机的实际排气量Vs与理论排气量Vh的比值。称为压缩机的输气系数λ。即λ=Vs/Vh.
因为实际排气量总是小于理论排气量，所以λ值总是小于1.λ值越小，压缩机排气效率越低。
实际排气量低于理论排气量是各种原因造成的，包括余隙容积、吸排气压力损失、汽体与汽缸壁之间的热交换、泄漏等。所以输气系数是个综合系数，可以写成是容积系数λv、压力系数λp、温度系数λt和泄漏系数λl的乘积的形式，
实际工作过程存在余隙容积，存在压力损失，存在热交换，存在泄漏，要消耗摩擦功。
二、实际工作过程。
实际工作过程由四部分组成。
1、压缩过程，
活塞从下止点开始向上运动，压缩过程开始，此时吸气温度低于汽缸壁温度，从汽缸壁吸热膨胀，活塞向上运动，汽缸内体积缩小，压力升高，汽体温度也升高，当压力升高到一定程度，缸内汽体温度等于汽缸壁温度，压力继续上升，汽体温度将高于汽缸壁温度，此时缸内汽体向汽缸壁放热，当活塞压缩到一定程度时，缸内汽体压力高于排气腔压力，压差足以克服排气阀片重力和阀片弹簧力顶开排气阀片时，排气阀片被顶开，此时压缩过程结束，排气过程开始。
第2章 容积型制冷压缩机的热力学基础
假定压缩机有i个气缸，转速为n，则压缩机的理论循环所需的功率为：
The Refrigerating Compressor
第2章容积型制冷压缩机的热力学基础
2.2容积型压缩机的实际性能
实际压缩机由于结构上的需要，气缸存在余隙容积 由于实际压缩机吸气过程中的气阀阻力，流道阻力 使气缸的实际吸气压力低于名义吸气压力
内压缩过程:压缩开始至压缩结束（排气开始）的中间过程。在那些具有固定 内容积比的容积型压缩机中，在工作中会发生过压缩和欠压缩的压缩过程。
1.内容积比
吸气终了的最大容积为V1，相应的气体压力为吸气压力p1，内压缩终了的容 积为V2，相应的气体压力为内压缩终了压力p2。那么，吸气终了时的最大容 积V1，与内压缩终了的容积V2的比值，称为制冷压缩机的内容积比v
V1 v V2
The Refrigerating Compressor
第2章容积型制冷压缩机的热力学基础
内压力比 活塞式制冷压缩机压缩终了时的气体压力取决于排气腔内的气体压力和排气 阀的阻力损失。如果略去气阀的阻力损失，可近似地认为活塞式制冷压缩机 压缩终了时的压力等于排气腔内气体压力。 内容积固定的制冷压缩机内压缩终了压力p2与转子几何形状、排气孔口位置、 吸气压力p1及气体种类有关，而与排气腔内气体压力pd无关，内压缩终了压 力p2与吸气压力p1之比称为内压力比i 。即
工作循环 是指活塞在气缸内往复运动一次，气体经一系列 状态变化后又回到初始吸气状态的全部工作过程 活塞式压缩机的理论循环的假设条件： 吸气过程 排气过程 压缩过程
The Refrigerating Compressor
第2章容积型制冷压缩机的热力学基础
往复式压缩机的理论输气量
1.输气量及输气系数 （1）理论输气量
制冷技术的热力学基础
制冷技术的热力学基础制冷技术的热力学基础在制冷循环中,工质不断地进行着热力状态变化。
描述工质所处热力状态的物理量称为工质的热力状态参数,简称状态参数。
一定的状态，其状态参数有确定的数值.工质状态变化时，初、终状态参数之间的差值，仅与初、终状态有关，而与状态变化的过程无关。
制冷技术中常见的状态参数有：温度、压力、比容、内能、焓与熵等。
这些参数对于进行制冷循环的分析和热力计算，都是非常重要的。
一、温度温度是描述热力系统冷热状态的物理量,是标志物体冷热程度的参数。
物体的温度可采用测温仪表来测定。
为了使温度的测量准确一致，就要有一个衡量温度的标尺，简称温标，工程上常用的温标有：二、摄氏温标又叫国际百度温标,常用符号t表示，单位为℃。
2。
绝对温标常用符号T表示，单位为开尔文（代号为K）。
绝对温标与摄氏温标仅是起点不同而已（t=0℃时，T=273.16K），它们每度的温度间隔确是一致的。
在工程上其关系可表示为:T=273+t（K）二、压力压力是单位面积上所承受的垂直作用力，常用符号P表示。
压力可用压力表来测定。
在国际单位制中，压力单位为帕斯卡（Pa），实际应用时也可用兆帕斯卡（MPa)或巴（bar）表示，1MPa=106Pa而1bar=105 Pa。
压力的标记有绝对压力、表压力和真空度三种情况.绝对压力是指容器中气体的实际压力，用符号P表示;表压力（PB)是指压力表(或真空表）所指示的压力；而当气体的绝对压力比大气压力（B）还低时，容器内的绝对压力比大气压力低的数值,称为真空度(PK).三者之间的关系是:P=PB表压力+B大气压力或 P=B大气压力-PK真空度，作为工质的状态参数应该是绝对压力,而不是表压力或真空度。
三、比容比容是指单位质量工质所占有的容积，用符号υ表示。
比容是说明工质分子之间密集程度的一个物理量。
比容的倒数为工质的密度,即单位容积工质所具有的质量，用符号ρ表示。
比容和密度之间互为倒数关系。
第2章 容积型制冷压缩机热力学基础
− nn 1 n ε − εi ε i − 1 + ps 0Vcys V n −1 i
=
ε
则所耗指
− 1
内容积比效率
上述两项指示功之比即内容积比效率ηVi ： n −1 n n ε − 1 n −1 ηVi = n n −1 n (Vi − 1) + (ε − Vi ) / Vi n −1 的函数。 内容积比效率 ηVi 为 ( ε ,Vi ) 的函数。用于衡量具 有固定内容积比的压缩机， 有固定内容积比的压缩机，在其内压力比 ε i 不等 于系统的运行压力比 情况下工作时额外功耗损 失的程度。 失的程度。
内容积比、 内容积比、内压力比
内容积比： 内容积比：Vi = 内压力比： 内压力比： i = ε
Vcys Vcyc
p c
p dk
b
pcyc pcys
= Vi
n
d 0
外压缩比或 ε = pdk 运行压力比： 运行压力比： ps 0
ps0 Vp
a V
过压缩与欠压缩
当工作容积中的p 当工作容积中的 cyc大于排 气压力p 气压力 dk，则压缩机的内压力比 ε i 大于系统运行中的压力比 ε ， 则压缩机中的压缩过程发生过压 则压缩机中的压缩过程发生过压 膨胀到 缩。从 ε i ps 0 膨胀到 pdk 可视为 等容过程。增加的额外功耗由图 等容过程。 中阴影面积表示。 中阴影面积表示。
Qh = Q0 + Wi = Q0 + Pel − Qr = Q 0 + fPel
f为考虑压缩机散热量系数 为考虑压缩机散热量系数 热泵系统的压缩机及冷 凝器设计的重要参数
Qh
Wi Q0
（5）指示功率和指示效率： ）指示功率和指示效率： 单位时间内实际循环所消耗的指示功即为压缩机 单位kW。指示效率 ηi 是指压缩 的指示功率 Pi 单位 。 1kg工质所需的等熵循环理论功 wts 单位为 工质所需的等熵循环理论功 （单位为J/kg） ） 单位为J/kg）之比。 与实际循环指示功 wi （单位为 ）之比。
热力学基础知识与制冷原理(技能评定) XX品牌奶集团公司液态奶事业部制冷课程系列
制冷剂
7、氨易燃易爆：16％-25％爆炸极限，11％-14％点燃， 530℃分解。 8、氨易溶于水：含水量控制在0.2％； 9、氨对金属的腐蚀性：钢铁、磷青铜无腐蚀性；对锌、 铜有腐蚀性； 10、对环境的影响：ODP=0,GWP=0。环境友好性：是。 11、制造工艺：简单，价廉。
制冷剂
R22 ①中温中压制冷剂，标准沸点：-40.8℃ ,凝固点：160℃； ② 无色、无味、不燃烧、不爆炸。毒性较小 A1 ， 遇明火或电弧光会分解出有毒的HCl、HF及光气 。 ③溶水性差：含水量控制在：0.0025％。易发生冰堵； ④R22的溶油特性； ⑤R22对有机物有膨润作用； ⑥分子量大，比重大，阻力损失大，传热性质差（与 氨比较）。 ⑦在大气层中的寿命较短:属于HCFC类制冷剂，过度 性替代制冷剂。 ODP=0.05 GWP=0.43。
制冷剂
冰塞 当制冷剂中的水分超出标准时，因节流降温效应， 在节流部位当节流后制冷剂的温度低于水的凝固点时， 制冷剂中的水分会析出成冰，堵塞制冷剂的流通，形 成冰塞。所以要通过以下几方面严格控制含水量： ①要求充注工质含水量在0.0025％以下； ②充注制冷剂前，制冷系统的管道和设备确保无 水，进行严格的抽真空处理，运行时防止空气渗入制 冷系统； ③在系统中安装干燥过滤器。充注制冷剂时，必 须用干燥剂吸收R22中的水分。
6
2.绝对压力（Pj）：在容器中，分子热运动而对 容器内壁产生的压力。 制冷剂热力性质表中的压力一般为绝对压力。 3.表压（Pb）：制冷系统中用压力表测得的压力。 表压是容器内气体压力与大气压(B0)的差值。 Pb= Pj- B0 一般认为：表压加上1bar、或0.1Mpa，就是绝对 压力。 4.真空度（H）：当表压是负值时，取它的绝对值， 用真空度表示。 H= B0- Pj或H= ∣Pj- B0∣。
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压缩机消耗的理论功率
� 常用制冷剂的等熵指数： 制冷剂 R717 1.32 R22 1.194 R502 1.133 R134a 1.11 R744 1.295
k
*参考：吴业正，小型制冷装置设计指导，机械工业出版社
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第一节 单级往复式压缩机的理论循环
� 几个假设条件:
� � � � �
压缩机没有余隙容积； 吸、排气过程没有压力损失； 吸、排气过程中与外界没有热量交换； 没有泄漏； 压缩机在工作中没有摩擦损失。
由于理想工作过程不存在任何容积和能量损失。因此， 对给定的压缩机而言，它就能达到输气量最大，而耗功 量最小的状态。
qvt qmt = vs0
(kg/h)
vs0 —吸气状态下的比容, m3/kg
理论排量由压缩机结构参数和转速确定，与制冷剂种类和 运行工况无关。
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3. 压缩机消耗的理论功率
� 研究依据：稳定流动能量方程
对准静、稳流过程，有：
三种压缩过程：
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理论功计算
� 设活塞对气体所做的功为正值，压缩机一个气缸完成一个理论循环所 消耗的理论功可用 P-V图面积 ab-c-d-a 求得； a-b-c-d-a � 被压缩工质为过热蒸气，可将其视为理想气体； � a-b为等熵压缩过程（ 绝热、可逆）。
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(2) 理论容积输气量qvt (理论排量)
压缩机按理论循环工作时，单位时间内所能供给的按进口 吸气状态换算的气体容积，与压缩机结构参数有关。
qvt = 60inVp = 47.12inSD 2
i —气缸数；n —转速，r/min
(m3/h)
(3) 理论质量输气量qmt
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1. 压缩机的理想工作过程
吸气过程 （d-a）
P
d
a
V
当活塞自左死点（上止点）向右 移动时，进气阀打开，排气阀关 闭，初态气体吸入汽缸。气缸容 积逐渐增大。当活塞到达右死点 （下止点）时，进气阀关闭，吸 气过程结束。
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第三节 内容积比固定的压缩机 的内容积比效率
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1. 内容积比固定的压缩机
� 类型
� 螺杆式压缩机 � 涡旋式压缩机 � 滑片式压缩机
� 制冷剂的受热
� 从内置电动机吸热（封闭式压缩机）； � 与压缩机中各种零部件的热交换； � 吸收从摩擦损耗所转换的热量，如润滑油等。
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影响容积型压缩机性能的因素
� 气阀运动规律不完善带来的效率下降； � 制冷剂泄漏的影响； � 再膨胀的影响（余隙容积的影响）； � 压缩过程偏离等熵过程（由于压缩机内部阻力、 机械摩擦和热交换，实际压缩过程为多变过 程）；
（不存在过压缩和欠压缩的情况下所消耗的指示功,与出现过 压缩和欠压缩的情况下每一循环所消耗的指示功之比。）
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1
0.9
ei=3.54
ei=4.92
0.8
0.7 ei=2.22 0.6
Yvi
0.5
ei=1.5 ei=6.37
� 欠压缩
� 当Pcyc小于Pdk时，此时内压力比ɛ小于系统压力比 ɛi，即ɛi< ɛ，压缩机中的压缩过程发生欠压缩 (图 2-2a) ，产生等容压缩额外功耗。
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2
等容 膨胀
1
1
等容 压缩
2
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Wபைடு நூலகம் = ∫ vdp
a
b
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� 取等熵压缩过程的理论循环功为制冷压缩机的理论功 Wts：
� 对理想气体： W
ts
k = ps0Vp (ε k −1
k −1 k
−1)
� 对理想气体和实际气体：
Wts = Hdk − Hs0 = qmt (hdk − hs0 )
无气阀，吸排气孔口的启闭完全为几 何结构所定，对于固定内容积比压缩 机，由于其结构已定，就具有固定的 内容积比，这与活塞式压缩机有很大 区别。
� 特点
� 无吸、排气阀，属强制性吸排气； � 压缩终了压力取决于吸、排气孔口位置，与排 气管中的压力无关； � 产生过压缩和欠压缩，导致功耗增加。
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2. 往复式压缩机的理论输气量 (1) 气缸工作容积
当余隙容积为零，按压缩机 进口吸气状态（Ps0, Ts0 ）计 算，活塞移动 一个行程所扫 过的气缸容积Vp，即每一循 环从气缸中排出的气体容积。
S D
π D2 Vp = S 4
(m3)
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� 压缩机消耗的理论功率
Pts ：
inWts Pts = 60 ×1000
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(kW)
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第二节 容积型压缩机的实际性能
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余隙容积:
由于压缩机结构、制造、装配、运转等方面的需要，气缸中某些 部位留有一定的空间或间隙，将这部分空间或间隙称为余隙容积
存在的部位：
1. 活塞运动排气行程终了时，其端面与气缸端面之间的间隙； 2. 气缸镜面与活塞外圆（从端面到第一道活塞环）之间的间隙； 3. 由气阀至气缸容积的通道所形成的容积。气阀本身所具有的 容积，如阀座的通道、弹簧孔等（通道容积所占比例最大，环形 间隙其值甚微）
影响容积型压缩机性能的因素
� 压缩机中的压力降
� � � � � � � � 通过吸、排气截止阀的压力降； 通过吸气过滤器的压力降； 通过内置电动机的压力降（封闭式压缩机）； 流过吸、排气管道和室腔的压力降； 通过吸、排气阀和阀孔的压力降； 通过内部消声器的压力降； 通过内部分油器的压力降； 通过单向阀的压力降等。
第二章 容积型制冷压缩机的热力学基础
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第二章
容积型制冷压缩机的热力学基础
容积型制冷压缩机：
� 在蒸气压缩式制冷机中应用最广泛 � 使用数量最多 � 单机功率范围宽广 � 结构型式众多 � 最常用：往复式压缩机
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1. 压缩机的理想工作过程
压缩过程 （a-b） （可逆绝热、等熵过程） 活塞在外力推动下向左回行， 此时进、排气阀处于关闭状 态，缸内工作容积逐渐减小。 制冷剂蒸汽被压缩，温度和压 力逐渐升高。
d
b
a
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2. 内容积比和内压力比
� 内容积比Vi
指压缩机吸气终了、压缩刚要开始时的工作容积，与压缩终 了刚要开始打开排气口时的工作容积间的几何比例关系，即 吸气容积与压缩终了时的容积之比。
Vcys Vi = Vcyc
� 内压力比εi
Pcyc Vcys n εi = = ( ) = Vi n P Vcyc cys
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1. 压缩机的理想工作过程
排气过程（b-c） 活塞行至相应于b态位置， 气体压力升高到略高于排气 腔中制冷剂压力时，排气阀 打开，活塞继续左行，将处 于排气压力的气体不断推出 气缸，直至活塞到达左死 点，排气过程结束。
c d
b a
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第一节 单级往复式压缩机的理论循环
� 研究理论循环的目的
� 找出循环基本热力参数间的关系； � 找出提高循环指标的基本途径； � 确定循环的极限指标，用于评价实际循环完善程度。
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4. 内容积比效率 ηvi
� 过压缩或欠压缩消耗的指示功：
n ps0Vcys [ε n −1
n−1 n i
ε − εi −1] + ps0Vcys Vi
� 不存在过压缩或欠压缩（εi=ε），指示功：
n ps0Vcys [ε n −1