《制冷压缩机》第3-2章_往复式制冷压缩机祁 (1)

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
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
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。
(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
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
பைடு நூலகம்
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
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
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
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
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。
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
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
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？
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
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
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
( 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。
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。
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
V
容积损失分析
放大
(2) V
吸气终了压降引起 的容积损失，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）
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
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。
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
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
( 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。
(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
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
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
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。