活塞式压缩机的基本结构和工作过程.doc

活塞式压缩机的基本结构和工作过程一、基本结构和名词术语1、基本结构各种活塞式制冷压缩机的制冷量、外形、制冷剂、用途等不尽相同，但其基本结构和组成的主要零部件都大体相同，即包括机体、曲轴、连杆组件、活塞组件、吸排汽组件、汽缸套组件等。图2-2即为一台立式两缸活塞曲柄连杆式制冷压缩机的结构轴测图。2、名词术语下面利用图2-3介绍压缩机的有关名词术语。1外止点（上止点）：活塞在汽缸中作反复运动时，离曲轴旋转中心最远的位置，如图2-3（a）所示。2内止点（下止点）：活塞在汽缸中作反复运动时，离曲轴旋转中心最近的位置，如图2-3（b）所示。3活塞行程：外止点与内止点之间的距离，通常用S表示，等于曲柄半径R的两倍，即S=2R，单位为米（或毫米）。4余隙容积：活塞位于外止点时，活塞顶面与汽缸端面之间的容积，汽阀通道（与汽缸一直相通的）及第一道活塞环以上的环形容积的总和（图2-3（a），以Vc表示。5相对余隙容积：余隙容积与汽缸工作容积之比，以C表示，即式中：Vc 余隙容积； Vp 汽缸工作容积。二、压缩机的工作过程1、1、理想工作过程2、2、实际工作过程压缩机的实际工作过程与理想工作过程存在着较大的区别。实际工作过程如图2- 5所示。 第三节活塞式压缩机的热力性能一、输汽系数及其影响因素由于余隙容积，吸汽和排汽压力损失，汽体与汽缸壁之间的热量交换以及泄漏等因素的影响。压缩机的实际输汽量总是小于它的理论排汽量。压缩机的实际输汽量qVa与理论输汽量qV t的比值，称为压缩机的输汽系数，即输汽系数综合了影响压缩机实际排汽量的各种因素，是评价压缩机性能的一个重要指标，输汽系数越小，表示压缩机的实际排汽量与理论排汽量相差越大。显然，压缩机的输汽系数值总是小于1的。输汽系数可以写成容积系数v、压力系数p、温度系数t和泄漏系数l 乘积形式，即： （2-1）1、影响压缩机输汽系数的各种因素：1）容积系数V、它反映了压缩机中余隙容积的存在对压缩机输气量的影响。由理论分析和推导可知，容积系数V、可由下式进行计算： (2-2)pC对V的影响较小，可以略去不计，则式(2-2可以简化为(2-3)2）压力系数它反映了吸气压力损失对压缩机输气量的影响。经推导和分析可知，可用下式表示：(2- 4)3）温度系数 T它反映在吸气过程中，因气体的预热对输气量的影响。吸入气体与壁面的热交换是一个复杂的过程，与制冷剂的种类、压缩比、气缸尺寸、压缩机转速、气缸冷却情况等因素有关。T的数值通常用经验公式计算。对于开启式压缩机为 (2-5)对于封闭式制冷压缩机为 (2-6)4）泄漏系数它反映压缩机工作过程中由于泄漏而引起的对输气量的影响。泄漏是的大小与压缩机的制造质量、磨损程度、气阀设计、压力差大小等因素有关。对于高速多缸压缩机的输气系数，可由上述四个系数的乘积求出，也可由试验结果整理出来的经验公式求出。例如日本的木村亥之助推荐的经验公式(简称木村公式)如下1)当转速大于720r/min，c = 3% 4%时(2-7)2)对双级压缩机的低压级(2-8)2、输气系数的特性曲线压缩机的输汽系数可通过分析或计算求得，也可通过压缩机在不同工况下进行试验，测得的制冷剂质量流量qma，按公式求得，并将求得的值做成输汽系数特性曲线，供设计或运行时查找。图2-6是开启式压缩机随工况变化关系。二、压缩机的功率和效率1、指示功率与指示效率单位时间内所消耗的指示功，称为压缩机的指示功率。理想循环中压缩1kg制冷剂所消耗的功Wts，与实际循环中所消耗的功Wi的比值，称为压缩机的指示效率，用i表示。 (2-9)开启式压缩机中的 可用下列经验公式计算：i = T+bte (2-10)压缩机的指示效率也可由图2-7查取。影响指示功率和指示效率的因素有压缩比，吸、排气过程的压力损失，相对余隙容积，吸气预热程度及制冷剂泄漏等。2、轴功率、磨擦功率与机械效率由原动机传到曲轴上的功率称为轴功率，用Pe表示。轴功率的一部分直接用于压缩气体，称为指示功率，用Pi表示；另一部分用于克服曲柄连杆机构等的摩擦阻力，称为摩擦功率，用Pm表示。两者之比值称为机械效率，用m表示。即 （2-11）制冷压缩机的机械效率一般在0.750.9之间。图2-8示出机械效率m与压缩比之间的关系曲线。由图可见，m随的增加而下降。这是因为增大，指示功率减少而摩擦功率几乎保持不变，从而导致m下降的缘故。指示效率i与机械效率m的乘积，称为压缩机的轴效率，用e表示。一般在0.60.7之间。3、配用电动机功率制冷压缩机所需要的轴功率，是随工况的变化而变化的，选配电动机功率时，应考虑到这一因素。如果压缩机本身带有卸载装置，可以空载起动，则电动机的轴功率可按运行工况下的轴功率，再考虑适当裕量(10%15%)选配。三、压缩机的排汽温度制冷压缩机的排汽温度虽不是主要性能指标，但它对压缩机能否良好运行却是一个很重要的因素。1.影响因素2.降低排温的措施四、压缩机的运行特性曲线和工况1、运行特性曲线压缩机的运行特性是指在规定的工作范围内运行时，压缩机的制冷量和功率随工况变化的关系。图2-9是47FG(4FV7K)型压缩机的性能曲线。由性能曲线可见：当蒸发温度一定时，随着冷凝温度的上升，制冷量减少，而轴功率增大；当冷凝温度一定时，随着蒸发温度的下降，制冷量减少。通过性能曲线，可以较方便地求出制冷压缩机在不同工况下的性能系数COPe，它的数值也是随冷凝温度和蒸发温度而变化的。COPe值是说明制冷压缩机性能的一个不可缺少的主要经济指标。在相同工况下，COPe值越大说明压缩机性能越好。应注意到：对于半封闭和全封闭压缩机，性能曲线一般是反映蒸发温度与同轴电动机输入电功率之间的关系，这样能比较直观地反映总耗电量，对用户有较实用的参考价值。2、压缩机的工况由以上分析可知，同一台压缩机的制冷量，是随t h和to的改变而改变的，因此不指出压缩机的工作条件而比较它的制冷量的大小是没有意义的。为了对压缩机的性能加以对比，根据我国的具体情况，规定了“名义工况”、“考核工况”、“最大功率工况”、“低吸气压力工况”等。表2-3列出全封闭式活塞制冷压缩机的名义工况。表2-4和表2-5列出GB108711989规定的小型活塞式单级制冷压缩机名义工况和考核工况。表2-6和表2-7列出GB108741989规定的中型活塞式单级制冷压缩机名义工况和考核工况。表2-3 全封闭活塞式制冷压缩机名义工况 (单位：)工况制冷剂冷凝温度蒸发温度过冷温度吸气温度环境温度备注高温工况R2254.47.246.135353GB10079-1988低温工况R12、R22、R50230-152515353冰箱工况R1254.4-23.332.232.2353GB9098-1988表2-4小型压缩机名义工况 (单位：)使用温度范围制冷剂吸入压力饱和温度吸入温度排出压力饱和温度制冷剂液体温度高温R12784944R22中温R12-74338R22低温R12-235R22R502表2-5小型压缩机考核工况 (单位：)使用温度范围制冷剂吸入压力饱和温度吸入温度排出压力饱和温度制冷剂液体温度高温R125154035R22中温R12-153025R22