毕业论文（设计）闪发器热泵单螺杆压缩机补气位置的模拟

1、闪发器热泵单螺杆压缩机补气位置的模拟摘要：闪发器可以有效地改善空气源热泵在低温坏境下制热性能和运行可靠性差的问题。介绍了带闪 发器的单螺杆圧缩机准二级压缩热泵系统，建立准二级压缩补气的数学模型，结果表明，最合理的开 孔位置在吸气腔刚闭合处，此时可以最大限度保证在低温工况时的制热性能；相比于无经济器的热泵 系统，带闪发器的准二级压缩热泵系统可显著降低单螺杆压缩机的排气温度。关键词 单螺杆压缩机；闪发器；热泵；排气温度0前言以燃煤为基础的供暖模式所带来的负而影响越来越不能适应社会可持续发展的要 求，北方冬天的雾霾天气严重影响着人们的日常生活。空气源热泵由于其安装要求低、 节能效果突出、对使用地区的

2、污染作用小等特点，在众多型式的热泵中具有很明显的竞 争优势。近些年來，空气源热泵趋于向寒冷地区扩展。但是长期以來的理论和实践均 表明，如果空气源热泵系统不作任何改进就加以推广北方地区，那么设备将无法在冬季 正常工作2】：（1）随着室外气温的降低，制冷剂吸气比容增大，机组吸气量迅速下降，从而减 少热泵系统的制热量，不能满足室内最大采暖热负荷。（2）压缩机压缩比的不断增加，压缩机的排气温度迅速升高。在很低的室外温度 下，压缩机会因防止过热而自动停机保护，这使得热泵只能在不太低的室外气温下运行。（3）由于压缩机压力比的增大，系统的性能指数（cop）急剧下降。带经济器的准双级压缩热泵系统利用中间补气的

3、方式可以在相当程度上解决低环 境温度吋供热量不足、排气温度过高、压缩机容积效率偏低的问题。近年来国内学者对 补气空气源热泵进行了研究卩句，柴沁虎、马国远等对带经济器的涡旋压缩机热泵系统 进行了研究血7,赵会霞提出，相比于过冷器热泵系统，闪发器热泵系统在低温坏境下 对热泵系统性能的提升更大。热泵系统的核心部件即为压缩机，带屮间补气的涡旋式压缩机空气源热泵技术成熟, 且已投入市场，但涡旋式压缩机仅适用于小型热泵系统，而单螺杆压缩机可适应大中型 热泵系统。本文主要介绍带闪发器的单螺杆压缩机空气源热泵补气的数学模型，计算分析在不 同补气位置对热泵系统性能的影响。为扩大单螺杆制冷压缩机的工程应用范i詞提

4、供了很 好的理论参考。1闪发器空气源热泵系统a.流程图b.循坏图图1带闪发器型经济器空气源热泵系统图带经济器热泵系统如图1所示，该系统采用带辅助进气口的单螺杆压缩机，经济器 采用闪发器。单螺杆压缩机排出高温高压的制冷剂气体，经冷凝器换热后降温变为制冷剂液体, 冷凝器将热量传递给载热介质，升温后的载热介质对用于采暖或其它用途。从冷凝器出 来的高压制冷剂液体经膨胀阀a节流到某一圧力变为汽液混合物后进入闪发器，在闪发 器中，处于上部的闪发蒸汽通过辅助进气口被压缩机吸入，此回路称为辅路；蒸气不断 闪发导致闪发器下部液体过冷，过冷后的液体再经膨胀阀b节流到蒸发压力后进入蒸发 器，此冋路称为主路。在蒸发器

5、内，主路的制冷剂吸收低温环境屮的热量而变为低压气 体通过吸气口被压缩机吸入，压缩至一定压力后和辅路吸入的制冷剂在压缩机工作腔内 混合，再进一步压缩后排出压缩机外，从而构成了封闭的工作循环。2数学模型将单螺杆压缩机的补气模型简化为绝热增压、等容混合的过程，应用变工质的热力 学第一定律，则压缩机所能容纳的中压相对补气量可以表示为叨 qmb通过补气冋路的制冷剂流量（kg/s）；(1)qmk蒸发器的制冷剂流量（kg/s）；qmo冷凝器的制冷剂流量（kg/s）；v22点的制冷剂比容（n?/kg）；r制冷剂的气体常数（kj/ （kg.k）；k制冷剂的等爛指数；tnim点的制冷剂温度（k）；p2、pm2点m

6、点的制冷剂压力（kpa）；补气过程的压力损失系数，其值有试验确定，取值范围为0.20.4。影响该系数的 主要因素是中间压力，中间压力越大，取值越小，反之，取值越大。根据闪发器的能量平衡力程，可以得出闪发器能够供给的相对补气量即循环相对闪发蒸汽量(4)(2)可知只有 屮辺时，此刻系统达到平衡并处于稳定的运行状态，所对应的中间补气 压力称为平衡补气压力，即m点所对应的压力pg。平衡补气压力可通过二分法逼近得 出，计算时假定屮间补气压力pm，根据补气压缩过程的计算模型和闪发器的能量平衡 方程式分别计算出a】、a2,设定迈、辺的误差值大小，并且保证补气压缩结束时压缩腔 中的制冷剂压力小于中间补气压力p

7、m0补气过程的容积比为(3)单螺杆压缩机螺杆槽道内的压力与比体积是相对应的i®,p = v由此可推出：(5)n点的压力为根据质量守恒定律、能量守恒定律以及非稳态流热力系统的气体微分状态方程，经 积分可得到补气压缩过稈的比压缩功表达式：e必(1+皿皿 kratnk-k-(7)(8)各状态点的焙值:3点焙值为爲=hn +俺一他h3f 2,3为等爛压缩过程，压缩终了开始排气时制冷剂的比焰(kj/kg)； r等嫡效率。机组的主要性能指标为:制热量(10)压缩功制热copw = qmk （仏一） + 弘0 （力2 力】）+ 弘。 一“cop£(11)(12)3计算和分析单螺杆压缩机螺

8、杆星轮采用常用组合，z1=6, z2=ll；螺杆直径与星轮直径相等， di =d2=l 17mm；中心距a=0.8d|o选取r22制冷剂，压缩机转速n=2850r/min。取压缩机 运行工况：冷凝温度tc=50°c,蒸发温度分別为tc=-25°c与鸟二10°c,冷凝器出来的液体 过冷5°c,有害过热度tsup=15°co运用matlab软件进行编程。定义补气前压力比补气 开始时工作腔的压力和吸气腔刚开始闭合时工作腔的压力比，即图1中2点压力与1点 压力之比，它代表着单螺杆压缩机补气口的初始位置。21201918171615补气前斤力比该发洱皮怡

9、25匸图2功耗随补气位置的变化叫85蒸发 iftte=.25v807570656055504540091.01.1121 3141 5161 7181920补3斥力比图3制热量随补气位置的变化图2为单螺杆压缩机的功耗随补气前压力比的变化曲线，从图中可知，在相同的蒸 发温度下，功耗随着单螺杆压缩机补气口位置的后移而有小幅度的升高。图3为热泵系 统的制热暈与补气前压力比的变化曲线，从图中可得，在同一补气位置，随蒸发温度的 升高，制热量有明显的提高，这一点与普通热泵系统类似；在相同的蒸发温度下，制热 量随着单螺杆压缩机补气口位置的后移而有小幅度的降低，这是由于补气量随补气口位 置后移而减小。1112

10、 131 41 51 618192033323.130 0910补气前斥力比图4 cop随补气位置的变化图4为热泵系统的制热cop与补气前压力比的变化曲线，从图中可知，相同补气 位置下，随蒸发温度的升高，cop有比较明显的提高；在相同的蒸发温度下，cop随 着单螺杆压缩机补气口位置的后移而有小幅度的降低，相比于蒸发温度为-25°c,在蒸 发温度为10°c的情况下cop下降速度较快，这是因为在10°c吋其制热量随补气位置的 后移下降比较快。1101081061041021009896* 一.9492-908886qa威发 fite=-1082蒸发 ifite=-25

11、80 '''1'''11091.01.11.2131415161.7181920补v離压力比图5排气温度补气位置的变化图5为压缩机排气温度与补气前压力比的变化曲线，从图中可知，在相同的蒸发温 度下，排气温度随着单螺杆压缩机补气口位置的后移而升高，故在星轮与螺杆刚啮合处 补气可获得低的排气温度。表1闪发器热泵系统与普通系统性能的比较性能参数蒸发温度/°c经济器系统普通系统差别功耗/kw-2514.8413.71&24%-1019.1317.310.59%制热量/kw-2551.6239.4930.72%-1078.9263.352

12、4.57%cop-253.482.8820.8%-10423.6612.57%排气温度/°c-2595.41116.05-20.64-1091.06100.59-9.53补气量-2542.22%-1029.77%4结论本文模拟计算了带闪发器单螺杆压缩机空气源热泵的性能参数，建立了空气源热泵 中间补气的模型，计算了在不同补气位置热泵的各个参数，并与普通热泵系统进行了比 较。(1) 対于单螺杆压缩机而言，随着补气位置的后移，空气源热泵的性能逐步下降, 最佳补气位置在单螺杆压缩机螺杆与星轮刚闭合处。(2) 相比于普通热泵系统，闪发器热泵系统明显降低单螺杆压缩机的排气温度，可 以有效地提高空

13、气源热泵的低温制热性能。参考文献1 马最良，杨自强，姚杨，等.空气源热泵冷热水机组在寒冷地区应用的分析j暖通空调，2001,310)： 28-31.2 stefan s. bertsch, eckliard a. groll. review of air-source heat pumps for low temperature climates c. 8th international energy agency heat pump conference, 2005 3 饶荣水，谷波，周泽，等.寒冷地区用空气源热泵技术进展卩.建筑热能通风空调，2005,24 (4)： 24-28.4 柴沁虎，马国远.空气源热泵低温适应性研究的现状及进展j.能源与环境.2002,:2i35.5 杨宁，苏晓耕.爱默生环境优化技术冇限公司超低温数码涡旋(喷气增焰)技术j暖通空调，2006,36 (suppl.) :329-332.6 柴沁虎，马国远，江亿，等.带经济器的涡旋压缩机制冷循坏热力学分析j.清华大学学报(自然科 学版)，2003,43 (10)： 1401-1404.7