第二章 往复式制冷压缩机(1)

四、压缩机的实际输气量
1. 影响单级压缩机容积效率的因素

容积效率 指示功率和指示效率 机械效率和轴效率
电动机效率和电效率
压缩机热力性能计算举例 压缩机的排气温度
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1）容积效率
（1）单级压缩机的容积效率
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第一节 基本结构和工作原理
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一、基本结构
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实际循环：1-2-3-4-1
理论循环：a-b-c-d-a
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① 容积系数
反映余隙容积对压缩机输气量影响。
由于余隙容积的存在，工作过程中出现了膨胀过程，占据了一定的气缸工作 容积，使部分活塞行程失去吸气作用，导致压缩机吸气量减少，即压缩机实 际输气量减少
压缩机消耗的理论功率Pts：
inWts Pts 60 1000
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(kW)
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三、往复式压缩机的实际循环 1. 实际循环与理论循环的差异



余隙容积，有再膨胀过程 气阀弹簧力 气体与缸壁及活塞间的热交换和摩擦 多变过程而非等熵过程 气体泄漏损失 润滑油和吸入湿蒸气的影响
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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a-b-c-d-a 求得；
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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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， 气缸内工作容积逐渐减小。制 冷剂蒸气被压缩，温度和压力 逐渐升高。
d
b
a
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定义式：
V ' Vp V ' V ' v 1 Vp Vp Vp
（2-7）
吸气容积损失ΔV’是由余隙容积内高压气体的膨胀引起。 计算式：
v 1 c( 1)
c Vc / Vp
1 m
c —相对余隙容积，余隙容积与气缸工作容积之比。
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■
过程无能量损失时（忽略 1 C 2 , gZ ），有：
2
Wt Ws vdp
对不同压缩过程，轴功的计算公式不同。可能 进行的压缩过程：等温过程、等熵过程、多变过 程。
■
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三种压缩过程
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2.实际循环与理论循环的差别
实际循环：1-2-3-4-1
理论循环：a-b-c-d-a
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2.实际循环与理论循环的差别
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二、外形
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三、往复式制冷压缩机的工作循环
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第二章
往复式制冷压缩机
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第二章 往复式制冷压缩机

概述 基本结构和工作原理 热力性能 驱动机构和机体部件 气阀 封闭式制冷压缩机的内臵电动机 总体结构 润滑系统和润滑油 往复式制冷压缩机的振动与噪声 安全保护
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概 述
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一、往复式制冷压缩机的优缺点
① 能适应较广阔的压力范围和制冷量要求； ② 热效率较高，单位耗电量相对较少，偏离设计工况 运行时更为明显； ③ 对材料要求低，多用普通钢铁材料，加工比较容易， 造价较低廉； ④ 技术上较为成熟，生产使用上积累有丰富的经验； ⑤ 装臵系统比较简单。
与理论循环相比，实际循环多一个膨胀过程（余隙容积）；
吸气阀弹簧力，实际循环吸气终了时，P1 < Ps0, T1 > Ts0 ； 压缩过程为多变过程。排气阀弹簧力使得排气压力P2 > Pdk ， P3 > Pdk; 在吸、排气时存在压力损失和压力波动，在整个工作过程中 气体同气缸、活塞间有热量交换和摩擦，在气缸与活塞间隙及吸 、排气阀之间还有气体泄漏。 理论循环为干制冷剂蒸气，实际循环为湿蒸气。
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压缩机的理想工作过程
排气过程（b-c） （可逆绝热流动）
c d b
a
活塞行至相应于b态位臵， 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。
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活塞式制冷压缩机的实际工作中，吸入的制冷剂蒸气容积并 不等于活塞排量。原因是： 压缩机结构上不可避免存在余隙容积； 吸、排气阀阻力；气阀部分及活塞环与气缸壁之间的 气体内部泄漏； 吸气过程中气体与气缸壁之间的热交换等。 因此:实际输气量永远小于理论输气量 (活塞排量)，两者之间 的比值称为压缩机的容积效率（输气系数），其大小反映了实 际工作过程中存在的诸多因素对压缩机输气量的影响，也表示 了压缩机气缸工作容积的有效利用程度，通常可用容积系数λv 、压力系数λp、温度系数λT、泄漏系数λl 的乘积来表示 。
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。
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压缩机的理想工作过程
P
d
a
V
吸气过程 （d-a） （可逆绝热流动） 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，初态气体吸入气缸。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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四、压缩机的实际输气量
容积效率
实际循环输气量与理论循环输气量的比值,用ηv表示，即
实际循环输气量总是小于理论循环输气量。
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对准静、稳流过程，有：
wt vdp
1
2
流经压缩机的气体作间歇性周期变化，但由于转速 高，这种间歇性周期所需时间极短，在讨论的时间 段内，压缩机进、排气可近似看作是稳定连续的。
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压缩机消耗的理论功率 几点说明： ■ 压缩机消耗的理论压缩功为技术功；
Wt vdp
a
b
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理论功计算
取等熵压缩过程的理论循环功为制冷压缩机的理论功Wts：
k 对理想气体： Wts ps0Vp ( k 1
对理想气体和实际气体：
k 1 k
1)
Wts Hdk Hs0 qmt (hdk hs0 )
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二、往复式压缩机的理论输气量
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
i —气缸数；n —转速，r/min
2
(m3/h)
容积效率又称输气系数，为压缩机实际输气量与理 论输气量之比，是衡量气缸空间利用程度的指标。
qva v v p T l qvt
其中，容积系数λv、压力系数λp、温度系数λT、泄漏系 数 λl
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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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一、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。
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二、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
Vp
D2
4
S
(m3)
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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 k R717 1.32 R22 1.194 R502 1.133 R134a 1.11 R744 1.295
*参考：吴业正，小型制冷装臵设计指导，机械工业出版社
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第二节 热力性能
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一、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；
优点
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缺点
① 因受到活塞往复惯性力的影响，转速受到限制， 不能过高，因此单机输气量大时，机器显得很笨重； ② 结构复杂，易损件多，维修工作量大； ③ 由于受到各种力、力矩的作用，运转时振动较大； ④ 输气不连续，气体压力有波动。
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二、分类
1. 按使用的工质分： 氨压缩机、氟利昂压缩机、异丁烷压缩机 2. 按气缸布臵方式分： 卧式、直立式、角度式 3. 按压缩机的密封方式分： 开启式、半封闭式、封闭式 4. 按制冷量的大小分： 小型活塞式、中型活塞式 5. 按气体压缩的级数分： 单级压缩、多级(一般为两级) 6. 按活塞行程分： 短行程、长行程
3. 理论质量输气量qmt
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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压缩机消耗的理论功率
研究依据：稳定流动能量方程