制冷压缩机 容积型制冷压缩机热力学基础

会计学1制冷压缩机容积型制冷压缩机热力学基础§2-1单级往复式制冷压缩机的理论循环在理想循环过程中，排除了实际循环中所不可避免的容积损失、质量损失和其他各类不可逆损失。从理论循环的研究中，我们可以找到一些循环基本热力参数间的关系、提高循环指标的基本途径以及确定循环的极限指标，用来评价压缩机实际循环的完善程度。衡量压缩机最主要的两个性能指标是其输气量和功率消耗。我们希望以最小的的功率输入获取更多的输气量。对于制冷压缩机而言，在给定工况下，输气量的大小与其制冷量大小直接相关。第1页/共26页abcd0Vpn,k,1SD复习d-a为气体引入气缸；a-b为气体在气缸内进行压缩；b-c为气体流出气缸。其中d-a和b-c即进气和排气过程都不是热力过程，只是气体的移动过程，气体状态不发生变化，缸内气体的数量发生变化。a-b是热力过程，气体的参数变化。第2页/共26页abcd0Vpn,k,1SD（1）往复式压缩机的理论输气量气缸直径为D，活塞行程为S，在理想状况下，余隙容积为零，每一循环从气缸中排出的气体容积等于活塞移动一个行程所扫过的气缸工作容积Vp。（m3）第3页/共26页abcd0Vpn,k,1SD（1）往复式压缩机的理论输气量压缩机的输气量有容积输气量和质量输气量之分。理论容积输气量qvt指压缩机按理论循环工作时，在单位时间内所能供给按进口处吸气状态换算的气体容积。（m3/h）i—气缸数n—压缩机的转速r/min第4页/共26页abcd0Vpn,k,1SD（1）往复式压缩机的理论输气量（kg/h）——进气口处吸气状态下气体的比体积m3/kg理论理论质量输气量qmt指压缩机按理论循环工作时，在单位时间内由吸气端送到排气端的气体质量。第5页/共26页abcd0Vpn,k,1SD（2）往复式压缩机消耗的理论功率理想气体等熵压缩理论功Wt对理想气体的绝热压缩过程：第6页/共26页abcd0Vpn,k,1SD（2）往复式压缩机消耗的理论功率对理想或实际气体：压缩比：下标s0表示进口，下标dk表示出口。第7页/共26页abcd0Vpn,k,1SD（2）往复式压缩机消耗的理论功率压缩机消耗的理论功率单位：kW第8页/共26页§2-2容积型压缩机的实际性能实际上理论循环式不可能实现的，许多不可避免的损失使压缩机的实际性能偏离理想情况，结果是使输气量减少，消耗功率增加。（1）压缩机中的压力降：通过吸排气截止阀的压力降；通过吸气过滤器的压力降；通过内置电动机的压力降（封闭式压缩机中）；流过吸排气管道和室腔的压力降；通过吸排气阀和阀孔的压力降；通过内部消声器的压力降；通过内部分油器的压力降；通过单向阀的压力降等。第9页/共26页（2）制冷剂的受热：从内置电动机吸热（封闭式压缩机中）；与压缩机中各种零部件的热交换；吸收从摩擦损耗所转换的热量如润滑油等。（3）气阀运动规律不完善带来的效率下降。（4）制冷剂泄漏的影响。（5）再膨胀的影响：在往复式压缩机中，排气终了会在气缸余隙容积内残留下一些高温高压气体，这些气体在其后的吸气过程中在气缸里再膨胀，减少了气缸工作容积的有效吸气容积。（6）压缩过程偏离等熵过程：由于压缩机内部流动阻力、机械摩擦和热交换的存在，压缩过程并不是等熵绝热而是多变过程。第10页/共26页（7）压缩过程的过压缩和欠压缩。（8）润滑油循环量的影响。（9）压缩机的机械摩擦损失和内置电动机（封闭式压缩机）的电动机损失。第11页/共26页§2-3内容积比固定的压缩机的内容积比效率具有固定内容积比的容积型压缩机：滑片式、螺杆式和涡旋式压缩机。这类压缩机在工作中会发生过压缩和欠压缩情况。

内容积比Vi指压缩机中吸气终了、压缩刚要开始时的工作容积Vcys与压缩终了、刚要开始打开排气口时的工作容积Vcyc间的几何比例关系。第12页/共26页abcd0Vp内容积比：内压力比：外压缩比或运行压力比：内容积比、内压力比第13页/共26页当工作容积中的pcyc大于排气压力pdk，则压缩机的内压力比大于系统运行中的压力比，则压缩机中的压缩过程发生过压缩。从膨胀到可视为等容过程。增加的额外功耗由图中阴影面积表示。过压缩与欠压缩第14页/共26页当工作容积中的pcyc小于排气压力pdk，则压缩机的内压力比小于系统运行中的压力比，则压缩机中的压缩过程发生欠压缩。从升高到可视为等容过程。增加的额外功耗由图中阴影面积表示。过压缩与欠压缩第15页/共26页过压缩与欠压缩

压缩过程为多变过程，存在过压缩或欠压缩的压缩循环指示功为：

不存在过压缩和欠压缩时，则所耗指示功为：第16页/共26页内容积比效率上述两项指示功之比即内容积比效率：内容积比效率为的函数。用于衡量具有固定内容积比的压缩机，在其内压力比不等于系统的运行压力比情况下工作时额外功耗损失的程度。第17页/共26页§2-4制冷压缩机的基本性能参数制冷压缩机的实际性能与按理论循环所得的理想性能必然存在差距，为了表征压缩机的实际性能，引入一些基本性能参数。（1）实际输气量（简称输气量）：在一定工况下，单位时间内由吸气端输送到排气端的气体质量，称为该工况下的压缩机质量输气量单位kg/h。容积输气量（按吸气状态容积计算）为单位m3/h此参数与压缩机的制冷量有关第18页/共26页（2）容积效率：容积效率是实际输气量与理论输气量之比。反映了气缸容积的有效利用率，也称输气系数（3）制冷量：单位时间内所产生的冷量单位kW.工质在给定工况下单位质量制冷量工质热物性图表工质在给定工况下单位容积制冷量注：制冷量与工况有关，为比较和选用，国家标准规定了名义工况第19页/共26页制冷压缩机的名义工况蒸发温度（吸入压力对应的饱和温度）：冷凝温度（排气压力对应的饱和温度）：吸气温度：液体过冷温度：环境温度：第20页/共26页（4）排热量：排热量是压缩机的制冷量和部分压缩机输入功率的当量热量之和，通过系统中的冷凝器排出。热泵系统的压缩机及冷凝器设计的重要参数f为考虑压缩机散热量系数第21页/共26页（5）指示功率和指示效率：单位时间内实际循环所消耗的指示功即为压缩机的指示功率单位kW。指示效率是指压缩1kg工质所需的等熵循环理论功（单位为J/kg）与实际循环指示功（单位为J/kg）之比。每一气缸实际循环所消耗的指示功，单位J等熵循环所消耗的理论功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。第22页/共26页（6）轴功率、轴效率、机械效率由原动机传到压缩机主轴上的功率称为轴功率Pe，单位kW轴功率指示功率摩擦功率轴效率是等熵压缩理论功率与轴功率之比，评价主轴输入功率的利用完善程度。机械效率是指示功率和轴功率之比，评价压缩机摩擦损耗大小程度。（适用于开启式）第23页/共26页（7）电功率和电效率