《制冷压缩机》第3-2章_往复式制冷压缩机祁 (1)

容积系数 V
V 越大。而减小 c 受到结构、工艺和 c 越小， 气阀通流能力的限制。 c 还与压缩机的结构参 数S / D 有关。S / D 大的压缩机易获得较小的 c 值。现代中小型制冷压缩机的 c 值约为1.5% ~ 6%之间，低温机取小的 c 值。
(b) 相对余隙容积 c VC VP
成一个理论循环所消耗的理论功可用P-V图面积a-bc-d-a 求得
压缩机消耗的理论功率
Wt Vdp
a
b
(J/kg)
wt vdp
a
b
(2-4)

被压缩工质为过热蒸气，可将其视为理想气体； 设a-b为等熵压缩过程
k ( Wts Ps 0Vp k 1
k 1 k
1)
(J)
理论功率计算
(2-5) J (2-6) (2-7) J/Kg
Wts H dk H s 0 qmt (hdk hs 0 )
wts (hdk hs 0 )
inWts Pts 601000
i —汽缸数;
压缩机所消耗的理论功率 ： (kw)
n —转速，r/min
2.3.2 单级往复式制冷压缩 机的实际循环
D S
图2-1 单级往复式压缩机的理论循 环
2。

汽缸工作容积Vp
当余隙容积为零，按压缩机进口吸气状态计算，活塞移动 一个行程所扫过的汽缸容积，即每一循环从汽缸中排出的气体 容积。
压缩机的理论输气量
Vp
D
4
2
S
(m3)
(2-1)
D—汽缸直径, m S—活塞行程, m

理论容积输气量
qvt 60inVp
容积效率影响因素小结
运行工况、压缩机结构设计、转速、工质等
V f 工况, 结构尺寸, 转速, 工质等
容积效率的特性曲线
2. 功率
（1） 等熵功率Pts：压缩机作理论循环时所需的 功率。 等熵压缩比功 等熵压缩功率
wts hdk hs 0
qma hdk hs 0 6 10 Pts 3.6
实际循环
一般压缩机气缸内进行的实际过程非常复杂，通 常用示功器记录活塞位置或曲轴转角与气缸内部压力 之间的关系。
为了不断改善实际循环，使其趋近理论循环，因此需要比较二者的差异。
实际循环 P V
理论循环：abcda 实际循环：12341
假设： 吸、排气管 内压力不变。 比较的前提： 相同吸、排 气压力，吸 气温度和气 缸工作容积
容积系数 V
( c )多变膨胀指数m
多变膨胀指数m取决于制冷剂 的种类和膨胀过程中气体与接 触壁面的热交换情况。从T-s 图可以看出，m值随着热交换 的方向和强度而不断变化。计 算V 时是假定m为常数的。为 设计时过程指数 了使计算结果更符合实际，m 应使用等端点多变膨胀指数值。 一般按经验取值
2.3.3 单级往复式制冷压缩 机的实际输气量
1. 容积效率
实际循环输气量与理论循环输气量的比 值称为容积效率，用于衡量气缸空间利用程 度的指标。容积效率不仅影响压缩机的制冷 量及尺寸，而且影响能耗。因此希望不断提 高容积效率。在此分别讨论单级压缩机的容 积效率及其影响因素，和双级压缩机的容积 效率。
i wts wi Pts P i
影响指示效率的 主要因素有哪些?
指示效率用于评价工作容积内部热力过程完 成的完善程度。一般按经验公式计算或按厂 家提供的效率曲线或范围选取。
（2） 机械效率ηm：指示功率与轴功率之比，评 价压缩机摩擦损耗大小程度。
m
Pi Pi Pe Pi P m
一般推荐 l 0.97 ~ 0.99
双级压缩机的容积效率
双级压缩机机型：双机双级和单机双级。 （1）双机双级压缩的容 积效率：需先确定中间 压力的最佳值。
A ) p int B ) T int
双级压缩机示意图
p s 0 p dk T 0T k
对应的饱和压力即为中间压力
双级压缩机的容积效率
一般根据经验值选取
压力系数 p
ps1 a v ( a为系数) 影响 ps1的因素：
2
吸气阀弹簧刚度：吸气接近结束时，活塞速度降 ps1 减小， p 增大。吸气 低，相应气体流速变小， 阀提前或延迟关闭均影响 p 。弹簧力K过大，吸 气阀提前关闭，使吸气压力损失增大；K过小，气 阀会延迟关闭，吸入的气体又被压回到吸气管道。 流道设计，气流密度：压力损失与密度成正比，与 流速平方成正比。
制冷压缩机
第二章
往复式制冷压缩机
工作过程
总之，曲轴旋转一 周，活塞往复运动 一次，气缸内相继 实现进气、压缩、 排气、膨胀的过 程，即完成一个工 作循环。
§2-3 热力性能 Thermodynamic Performance
制冷量 COP 能耗
制冷量：输气能力
能耗：功率消耗
要求：①以较小的气缸容积供应所需的输气量及 相应的制冷量，压缩机的尺寸与气缸工作容积的 利用程度密切相关。②同时不断降低压缩机能耗。
m 0.8~0.9
Pm为摩擦功率，由两部分组成：往复摩擦功率Pmp 和旋转摩擦功率Pmr。往复摩擦主要是活塞、活塞 环与气缸壁之间的摩擦损失，一般占60~70 %；旋 转摩擦主要包括轴承、轴封的摩擦损失和驱动润滑 油泵的功率，一般占30~40%。 思考题：提高机械效率的方法？
( kW )
（2） 指示功率Pi：按实际循环示功图确定的压 缩机功率。取决于压缩机的气缸数、转速和每一 循环的指示功。
inWi 指示功率 P i 60 1000
每一气缸实际循 环所消耗的指示 功，单位J
qma hdk hs 0 6 Pi 10 3.6i
( kW )
（3） 轴功率Pe：由原动机传到压缩机曲轴上的 功率。等于用于克服摩擦的功率Pm与指示功率Pi 之和。
pd 3 lg ps 0 m V ' lg 1 Vc
V 越大， 放热，m越大，
容积系数 V
( d )排气终了压力损失pd 3
排气压力损失一般按经验取值
压力系数 p
V V y / V p V p T l
吸气终了温升主要来自： （a）沿程管道及气缸壁温 （b）膨胀终了的余隙温度 （c）摩擦等不可逆损失。 影响 T的主要因素 :
T Ts 0 T1
( a ) 吸气温度 Ts 0 ( b )吸气终了温度 T1
T s
温度系数 T
对开启式和 半封闭式压缩机 （经验公式）
T l T0 Tk
(4) V
T s
T Vx / V ''
泄漏引起的容积损 失用泄漏系数表示
l V y / Vx
容积系数 V
V V y / V p V p T l
余隙容积中气体从点3膨 胀至点5时，其压力降低 至吸气压力 ps 0 。设多 变膨胀指数m为定值
d
V
1 m V 1 c 1 其中 c VC / VP
qvt
(m3/h) (2-2)
D 2
4
S i n 60 47.12inSD 2
理论输气量
i —汽缸数；n —转速，r/min

理论质量输气量 qvt qmt vs0
vs 0
(kg/h)
(2-3)
— 吸气比容, m3/kg
3。 令活塞对气体所做的功为正值，压缩机一个汽缸完
放大
nk
实际循环 T s
传 热 方 向 和 强 度 是 变 化 的
假设： 吸、排气管 内压力不变。 比较的前提： 相同吸、排 气压力，吸 气温度和气 缸工作容积
实际循环区别
（1）存在余隙容积， 有再膨胀过程 （2）压力降的存在 （3）吸入蒸气受热 （4）多变压缩过程而非等熵过程 （5）泄漏的存在 （6）实际工质：湿蒸气和润滑油的存在
Pe Pi Pm
（4）电功率Pel：驱动压缩机电动机所需的输入 功率。等于电动机的功率损耗Pmo，机械摩擦功 率损耗Pm和指示功率Pi之和。
Pel Pi Pm Pmo
3. 效率
（1） 指示效率ηi：压缩1kg工质所需的等熵循 环理论功wts与实际循环指示功wi之比，也即等熵 功率Pts与指示功率Pi之比。用于考虑实际循环与 理论循环的输入功率的差别。
压力系数 p
影响 ps1的因素：
吸气管道压力波动：存在正负两方面的影响。
影响取决于吸气 终了时压力波的 相位和振幅
吸气阀前的压力波为 波峰时，此时相当于 ps1 增加吸气量。 p 1
思考题：为什么一般 不利用管道压力波来 提高输气量？
温度系数 T
V V y / V p V p T l
计算出中间压力后再求解容积效率： A）对每一级的计算与前面介绍的单级方法相同 B）或按经验公式计算 高压级： vh
p dk 0 . 94 0 . 085
p int

1 n
1
1 n 0 . 94 0 . 085 p p 0 . 1 1 低压级： vl int s0 （2）单机双级机中间压力的确定方法： 与压缩机的结构有关，一般高低压缸置于同一台压 缩机上。求取总容积效率。
V
容积损失分析
放大，用压 力系数表示（反映 吸气终了压降ps1 对V 的影响）
p V ''/ V '
V
V '' 1 V'
容积损失分析
(3) V
吸气终了温升引起 的容积损失，用温 度系数表示（反映 吸气终了温升对 V 的影响）
单级压缩机的容积效率
容积效率 V 是实际输气量与理论输气量之比。
qma qva V qmt qvt
反映了气缸容积的有效 利用率，也称输气系数 实际输气容积
V
Vy VP
气缸工作容积
qva v vpT l qvt
（2-8）
其中，容积系数λv、压力系数λp、温度系数λT、泄漏系数λl
( a )压比 pdk ps 0
少而增大。令

V 越小。当 Pdk不变时， 越大，
V

随 Ps 0 的减
0 ，即V ' VP，压缩机
停止向外输气。因此单级往复式压缩机的最大压 力比应当受限制，一般不超过10。对于低温制冷 系统，应采用多级压缩机实现高压力比。压力比 由工况决定，因而 V 随工况而变化。
T0 蒸发温度（K） Tk 冷凝温度（K）
对全封闭式 压缩机
T0 T a1Tk b1
吸气过热度 Ts 0 T0 a1 , b1为系数，按经验取值
温度系数 T
泄漏系数 l
影响 l 的主要因素：
V V y / V p V p T l
泄漏间隙，气阀性能，密封面的加工精度，压缩 机转速、工况等。 泄漏部位： (a)活塞、活塞环与气缸间隙 (b)气阀密封面 (c)气阀的延迟关闭
容积损失分析
分析前提： 吸、排气管内 压力不变的实 际循环，吸气 压力 ps 0 ,不计 点5和点6的温 度差异。
容积损失分析
(1) V
余隙容积内高压气 体的膨胀引起的容 积损失，用容积系 数表示（反映余隙 容积对V 的影响）
d
V V '/ VP
(VP V ') / VP V ' 1 VP
2.3.1 单级往复式制冷压缩 机的理论循环
1。
P c

Pdk
b
压缩机的理想工作过程
参数设定
d 0 VP PS0 a V
D —汽缸直径, m S —活塞行程, m Ps0 —理论吸气压力, Pa Pdk —理论排气压力, Pa Vp —汽缸工作容积, m3

理想工作过程
吸气过程：d — a 压缩过程：a — b 排气过程：b — c
V ''是由点1（压力 p1 ）压
缩至点6（压力 p s 0）引起 的容积损失。
V '' p V' 1 c p s 1 1 V ps 0
1—6过程近似为等温
压力系数 p V '' 1 c p s 1 p 1 V' V ps 0
影响 p的因素 : ( a ) 吸气终了相对压力损失 ps1 ps 0 (b)相对余隙容积 c Vc V p
Pdk / Ps 0
Vc：余隙容积
容积系数 V
1 m V 1 c 1 影响V的因素 :
( a )压比 pdk ps 0 (b) 相对余隙容积 c VC VP ( c )多变膨胀指数m ( d )排气终了压力损失pd 3
容积系数 V