制冷压缩机第四章(新第3章)

3.机械效率ηm：反映机械摩擦损失的大小，主要取决于油和氟利昂的粘性及运动副间的间隙值，很难具体计算，
一般取值中温0.75~0.85，低温0.4~0.7。
4.电动机效率ηmo及电效率ηel：
ηmo:反映电动机的损失，即转子的铁损、定子绕组的铜损和风损，与电动机原始设计参数有关，也与其运行状况有关。
一般小冰箱≤0.65，商用制冷机≤0.8。
θ＝4π－γ~4π－Φ，余隙容积与其后的低压吸气基元容积经排气口连通，余隙容积中的高压气体膨胀至吸气压力，使其后低压基元容积吸入的气体减少，而高压气体的膨胀功损失无法回收。
5)排气孔口前边缘角Φ：构成排气封闭容积，
θ＝4π－Φ~4π，排气封闭容积的再度压缩过程，工作腔内气体压力急剧上升超过排气压力，为消除此不利影响，将转角内气缸内圆切削出0.5－1mm凹陷，使封闭容积与排气孔口相通。
θ＝α时，吸气开始，容积内压力P= PS0;
θ＝α~2π,是吸气过程，忽略压力损失则容积内压力P= PS0，此时基元容积最大Vmax;
2)吸气孔口前边缘角β：当转子开始第二转时，原来充满吸入气体的吸气腔成为压缩腔，但在β这个角度内，压缩腔与吸气孔口相通，
θ＝2π~2π＋β时产生吸气回流，即压缩过程开始前吸入的气体向吸气口回流，导致输气量下降，为减少此不利影响，β＝300~350；
制冷量10KW以下
1．组成构件：气缸、滚动转子、偏心轴、滑片
2．各构件的作用及相互作用
气缸2：气体工作的场所，圆筒形，径向开设吸气孔口、不带吸气阀，排气孔口、带排气阀；
滚动转子3：在气缸内部，与气缸偏心，装在偏心轴4上；
工作腔：气缸内表面与转子外表面之间形成一个月牙形空间，即工作腔；转子在气缸内滚动，这个月牙形空间的位置会不断变化，但无论在任何位置，都只有一个工作腔，那么气体如何在其中进行压缩呢？
4.泄漏系数λl：表征气缸中气体泄漏对输气量造成的影响。其泄漏途径有：
1)两个接触点：通过转子和气缸切点间隙及滑片和转子接触电间隙产生的压缩腔气体向吸气腔泄漏；
2)两个端面：通过滚动转子两端面间隙产生的高压腔气体向低压腔的泄漏；
3)滑片两端面：通过滑片两端面间隙产生的高压腔向低压腔的泄漏。
其泄漏长度较长，泄漏系数较小，是影响输气量的主要因素。
2.压力系数λp：表征吸气压力损失对输气量的影响，由于滚动转子式压缩机没有吸气阀，吸气压力损失ΔPS很小，ΔPS/PSo大约0.005，故通常认为λp近似等于1。
3.温度系数λt:反映由于吸入气体被加热造成输气量的减少。滚动转子式压缩机通常放置在全封闭的机壳中，气缸和吸气管处于高温高压的机壳中，吸入的新鲜气体被加热，加热后气体比体积增加，使压缩机的输气量减少。通常压力比ε＝2~8时，λt＝0.95~0.82。
二、滑片的受力分析：
1.气体力：作用于滑片两侧面的气体压力差与滑片侧面面积的乘积形成气体力，它的作用结果是使滑片承受弯曲载荷而产生变形，
Fgl＝xL(pθ－pso)
若平衡质量加在电动机转子的一侧，则会产生不平衡力矩，所以一般将平衡质量加在电动机转子的两端，保证即可消除不平衡力又不产生不平衡力矩，即满足F‘rx= Frx＋F“rx
F“rxb= Frxa
式中F‘rx=m’xo*r’xo*ω2
F“rx=m”xo*r“xo*ω2
由此可以求得两块平衡质量。
对于双缸机，由于两转子相对180安装，旋转惯性力可以自然得到平衡，平衡块只需用于补偿两个转子偏心质量的位置差异而产生的力矩。
气缸工作容积Vp是气缸内壁与转子外圆间形成的月牙形面积与转子长度的乘积，但滑片将气缸工作容积分为吸气容积Vs和压缩容积Vd两部分，所以他们均随转角θ变化，见图4－10：
1)θ=0°~30°及330°~360°范围内，Vs和Vd随转角的变化极小，变化值大约仅有气缸工作容积的0.5％，因此滚动转子式压缩机的余隙容积很小；
ηel：反映电动机输入功在压缩机中利用的完善程度。同一制冷量下存在较高电效率的最佳压力比；制冷量大则电效率较高。
功率损失分配比例
指示效率
ηi= Pts/ Pi
评价压缩机工作容积内部热力过程的完善程度
轴效率
ηe= Pts/ Pe
Pe＝Pi＋Pm，评价主轴输入功率的利用完善程度
机械效率
ηm=Pi/ Pe
δ=1/9~1/10全封闭式压缩机。
措施：为使压缩机的δ在所要求的范围内工作，一般在曲轴上装设一定大小的飞轮来保证，即增大旋转质量。
4.旋转惯性力及力矩的平衡
滚动转子对转子中心存在偏心距，转子旋转时产生旋转惯性力，其大小不变而方向指向偏心方向且随转子旋转，Frx=mx*rx*ω2，采用平衡质量加以平衡；
代入运算得Pθ＝f(θ).
四、功率及效率
1.等熵功率Pts：压缩机按等熵压缩理论循环工作所需功率。Pts＝qma( hdk－hso)/3600
qma实际质量输气量。
2.指示功率Pi及指示效率ηi：
Pi= Pts/ηi
PI单位时间内实际循环所消耗得指示功。
ηI反映气体流动损失、热交换损失及泄漏损失，用以评价压缩机气缸或工作容积内部热力过程完成得完善程度。
M=Mg+Mf= f(θ)
3.飞轮矩:Md－M＝Ja
滚动转子式压缩机的阻力矩随转角在变化，而驱动力矩是量，因此瞬时的驱动力矩与阻力矩并不相等，则输出力矩会时而大于总阻力矩，时而小于总阻力矩，因此造成压缩机在一转内的实际瞬时转速是变化的，用旋转不均匀度来表示转速变化的大小，即
δ＝（ωmax－ωmin）/[1/2(ωmax－ωmin)]
5.回流系数λh：吸气孔口前边缘角β引起在θ＝2π~2π＋β范围内，即压缩过程开始前吸入气体向吸气口的回流，回流使输气量减少，但是因为仅有β＝300~350，其间容积变化很小，所以回流系数近似取1。
结论：滚动转子式压缩机的容积效率比往复式大，大约在0.7~0.9之间。
三、压缩过程
压缩过程从θ＝2π＋β开始，至θ＝2π＋Ψ结束，压力Pθ从P至P，压缩过程中容积与压力的关系满足过程方程PθVθn=PSoVβn，
OO1是偏心距e，相当于曲柄半径
O为旋转中心
O1相当于曲柄销中心
AO1是转子半径，相当于连杆大小头距离
则χ＝R－ρ
ρ＝eCosθ+(r2-e2Sin2θ)1/2
规定转子在最上端位置时转角θ＝0，
令e/r=λ,e/R=τ，经换算后得
滑片的速度
滑片的加速度
结论：滑片的运动速度随着转子转角θ变化。
2.气缸容积变化规律
δ过大，运动件的连接处会引起附加的动载荷，引起电机中较大的电流波动；同时曲轴旋转速度不均匀，引起曲轴的振动甚至机体和机壳的振动。
一般为保证压缩机的运转平稳，要求旋转不均匀度δ＝1/30~1/40电动机经皮带传动；
δ=1/80电动机经弹性联轴节传动；
δ≤1/100异步电动机经刚性联轴节传动（150KW以上）
滑片7：靠弹簧的作用力使其端部与转子外壁紧密接触，将月牙形空间分隔为两部分，一部分与吸气口连接，称吸气腔，一部分与排气口连通，称排气腔。
基元容积：气缸内壁、转子外壁、切点、滑片及两端的端盖构成封闭的气缸容积，大小随转子转角变化，容积内气体压力随基元容积的大小而改变，从而完成压缩机的工作过程。
二、压缩机的工作过程
2.阻力矩：
由图4-13可以看出,气体力的合力的作用线不通过旋转中心O，而是通过转子的几何中心O1至AT的垂线，它距旋转中心的距离为l，，因此构成力矩Mg，该力矩的方向与压缩机的旋转方向相反，是压缩机阻力矩的主要组成部分；
转子与气缸之间还存在旋转摩擦力，该力对旋转中心产生旋转摩擦力矩Mf，其方向也是逆压缩机的旋转方向，也是阻力矩的组成部分。
2)尽量使排气口接近顶端，孔口宽度不宜太大。吸气口前边缘角和排气口后边缘角在30°和35°范围时对输气量的影响不明显；
3)相对偏心距e/R=τ越大，Vs/R2L和Vd/R2L的值越大，说明气缸利用率越高，但此时气缸的总工作容积越小。
二、输气量及其影响因素
理论容积输气量qvt=60nVp
实际容积输气量qva=ηvqvt
作用于A′T′弧段上的气体力使吸气腔的压力pso,
故气体力的作用方向是由AT指向A′T′，即合力Fg指向吸气腔，作用结果是产生轴承负荷并使转子弯曲，
Fg＝L1L(pθ－pso)＝f(θ)
结论：
气体力合力的峰值在排气开始时出现，用此曲线可以确定轴承的最大负荷及转子的最大弯矩；
转子轴向长度越长，所受气体力越大。
2.工作容积与气体压力随转角θ的变化
3.小结：气体的吸气、压缩、排气过程是在转子的两转中完成的，但因转子切点与滑片两侧的两个腔同时进行吸气、压缩、排气的过程，故可以认为压缩机一个工作循环仍是在一转中完成的。
三、主要结构形式及特点
第二节主要热力性能参数
一、气缸工作容积的变化规律
1.滑片的运动规律
滑片将气缸分隔为吸气容积和排气容积，理想情况下滑片只作往复运动，将滑片的位移看成是接触点A离开最高位置点B的距离χ，连接AB、AO1、OO1的粗实线与往复式压缩机的曲柄连杆机构相似，
摩擦力：
偏心转子的惯性力：
滑片的惯性力：
滑片的弹簧力：
重力：
目的：分析运动部件的力及力矩随转角的变化规律，为校核零部件的强度核刚度及确定轴承负荷提供依据；为使压缩机运转平稳，对飞轮矩及平衡质量也进行了探讨。
一、转子的受力分析
1.气体力：
作用于AA′和TT′弧段上的气体力相互抵消,
作用于AT弧段上的气体力使压缩腔压力pθ,
3）排气孔入口处被气缸削去部分的容积。
当转角θ转至4π－γ时，余隙容积与其后处于吸气状态的基元容积经排气孔口连通，余隙容积内残留的高压气体膨胀，使吸入的新鲜气体减少，则λv＝1－c[(pdk/pso)1/k－1]
与往复式压缩机有所不同，其膨胀过程在4π－γ至4π－Φ的极短时间内完成，且制冷工况的压力较高，可认为膨胀式绝热的，膨胀指数为K，且相对余隙容积C比往复式压缩机小，因而λv比往复式压缩机大。