第二章 往复式制冷压缩机(1)
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复式制冷压缩机
College of Power Engineering
Chongqing University
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
College of Power Engineering
Chongqing University
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
College of Power Engineering
Chongqing University
2.实际循环与理论循环的差别
College of Power Engineering
Chongqing University
第二节 热力性能
College of Power Engineering
Chongqing University
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
College of Power Engineering
Chongqing University
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。
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
College of Power Engineering
Chongqing University
1)容积效率
(1)单级压缩机的容积效率
■
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。
■
College of Power Engineering Chongqing University
三种压缩过程
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。
College of Power Engineering
Chongqing University
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。
College of Power Engineering
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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
College of Power Engineering
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)
College of Power Engineering
压缩机消耗的理论功率Pts:
inWts Pts 60 1000
College of Power Engineering
(kW)
Chongqing University
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
Chongqing University
college of Power Engineering
概 述
College of Power Engineering
Chongqing University
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。
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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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。
Chongqing University
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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。
College of Power Engineering
Chongqing University
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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
College of Power Engineering Chongqing University
实际循环:1-2-3-4-1
理论循环:a-b-c-d-a
College of Power Engineering
Chongqing University
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
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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
College of Power Engineering
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。
College of Power Engineering Chongqing University
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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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)
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。
College of Power Engineering Chongqing University
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:
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;
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
College of Power Engineering
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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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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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第一节 基本结构和工作原理
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一、基本结构
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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 。
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 )
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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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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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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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。
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
■
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
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、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
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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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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。
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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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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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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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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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
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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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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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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)
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
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。
College of Power Engineering
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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;
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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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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二、外形
College of Power Engineering
Chongqing University
三、往复式制冷压缩机的工作循环
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College of Power Engineering Chongqing University
第一节 基本结构和工作原理
College of Power Engineering
Chongqing University
一、基本结构
College of Power Engineering
Chongqing University
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 。
Wt vdp
a
b
College of Power Engineering
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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 )
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。