制冷壓縮機第二章-容積型壓縮機熱力學(xué)基礎(chǔ)(2016)課件

本章教學(xué)內(nèi)容

單級往復(fù)式制冷壓縮機的理論循環(huán)容積型壓縮機的實際性能內(nèi)容積比固定壓縮機內(nèi)容積比效率制冷壓縮機的基本性能參數(shù)第二章容積型制冷壓縮機的熱力學(xué)基礎(chǔ)2-1單級往復(fù)式制冷壓縮機理論循環(huán)

容積型制冷壓縮機的典型結(jié)構(gòu)——活塞式吸氣排氣DSD-氣缸直徑S-活塞行程外止點內(nèi)止點一、有關(guān)幾何名稱外止點：又稱上止點，指活塞在氣缸中作往復(fù)運動時，離曲軸旋轉(zhuǎn)中心最遠位置，如圖中A點所示。內(nèi)止點：又稱下止點，指活塞在氣缸中作往復(fù)運動時，離曲軸旋轉(zhuǎn)中心最近位置，如圖中B點所示?；钊谐蘏

：活塞在氣缸中作往復(fù)運動時上止點與下止點之間距離。氣缸直徑D：即氣缸內(nèi)徑。氣缸工作容積Vp

：指氣缸在外止點與內(nèi)止點之間工作室容積，即活塞移動一個行程所掃過氣缸容積，其中Vp=(∏/4)·D2·S三、研究理論循環(huán)的目的簡化基本熱力參數(shù)之間的關(guān)系，提出提高壓縮機性能指標的途徑。確定循環(huán)的極限指標，用以評價壓縮機實際循環(huán)的熱力學(xué)完善度。四、理論循環(huán)的假設(shè)條件壓縮機沒有余隙容積吸氣和排氣過程中沒有壓力損失吸氣和排氣過程中無熱量傳遞無漏氣損失無摩擦損失五、理論循環(huán)工作過程示功圖(P-V圖）：曲軸旋轉(zhuǎn)一周，氣缸內(nèi)部壓力與氣缸容積所對應(yīng)的曲線,同時吸氣、壓縮、排氣三過程完成一個工作循環(huán)。如右圖所示：吸氣過程：d—a,壓力為Ps0，P—V圖水平線；壓縮過程：a—b,可逆絕熱壓縮，絕熱指數(shù)n=k的等熵線；排氣過程：b—c,壓力為Pdk，P—V圖水平線。a0dcbVPpdkps0Vpn=ksD圖2-1單級往復(fù)式壓縮機的理論循環(huán)（a）理論工作過程（b）活塞氣缸基本結(jié)構(gòu)原理（a）（b）六、理論循環(huán)的性能指標理論輸氣量單位時間內(nèi)經(jīng)過壓縮并輸送至排氣管內(nèi)氣體量。包括：理論容積輸氣量qvt和理論質(zhì)量輸氣量qmt。其中v1-吸氣比容壓縮機消耗的理論功

壓縮機完成一個理論循環(huán)所消耗的理論功可由P-V示功圖面積表示：Wts=面積（a-b-c-d-a)

=

=

=

理論功率(kW)abcd0vpps0PdkVpn=k2-3內(nèi)容積比固定壓縮機的內(nèi)容積比效率

對于內(nèi)容積比固定的容積型壓縮機，如螺桿式、渦旋式、滑片式壓縮機，在工作中會發(fā)生過壓縮和欠壓縮過程。

問題提出：

何謂內(nèi)容積比固定？

何謂過壓縮、欠壓縮？二、內(nèi)外壓力比不等時附加功損失對于往復(fù)活塞機，壓縮終了壓力Pcyc與排氣管內(nèi)氣體壓力Pdk

、排氣閥的彈簧力及氣體流動阻力等有關(guān)，若忽略各種壓損，則有：

Pcyc=Pdk，εi=ε對于其它容積型壓縮機，內(nèi)壓縮終了壓力Pcyc與排氣管內(nèi)氣體壓力Pdk

無關(guān)，而與壓縮機的幾何形狀、吸排氣孔口的大小和特定幾何位置以及吸氣壓力等有關(guān)，即有Pcyc≠Pdk

當Pcyc>Pdk

過壓縮（εi>ε）

當Pcyc<Pdk

欠壓縮（εi<ε）PV0PcycPdkVcysPs0abcdfePV0Ps0VcysPdkPcycabcdef（b）Pcyc>Pdk（過壓縮）附加功損失過程：c-d（定容膨脹）（c）Pcyc<Pdk

（欠壓縮）附加功損失過程：c-d（定容壓縮）附加功損失：見圖中陰影部分PV0Pcyc=PdkVcysPs0abc（a）Pcyc=Pdk無附加功損失若吸氣終了壓力Pcys等于吸氣壓力Ps0，則有：Pcyc=εiPs0三、內(nèi)容積比效率ηvi研究ηvi的目的：衡量具有固定內(nèi)容積比的壓縮機，在內(nèi)壓力比εi不等于系統(tǒng)的壓比ε情況下工作時，額外功耗損失的程度。

內(nèi)容積比效率ηvi為理論指示功w0（不存在過壓縮和欠壓縮過程）與實際指示功wi之比：多變壓縮時內(nèi)容積比效率計算公式12345670.51.00εi=2.22εi=3.5423Vi=1系統(tǒng)壓力比ε=pdk/ps0內(nèi)容積比效率ηvi圖2-2對于不同的內(nèi)容積比，ηvi隨ε的變化關(guān)系（n=1.15）結(jié)論：當壓縮機的實際運行工況與設(shè)計工況相符的情況下，其內(nèi)壓力比與外壓力比相等，無附加功損失，此時壓縮機的內(nèi)容積比效率最高。當壓縮機的實際運行工況與設(shè)計工況不相符時，其內(nèi)壓力比與外壓力比不等，將產(chǎn)生附加功損失，從而降低壓縮機的內(nèi)容積比效率。此時對于具有固定內(nèi)容積比的壓縮機，選用一內(nèi)容積比Vi并使其內(nèi)壓縮過程實現(xiàn)欠壓縮，能使壓縮機獲得比較高的運行效率。（即欠壓縮比過壓縮好）2-4制冷壓縮機的基本性能參數(shù)分兩大類：表征制冷能力的輸氣性能指標實際輸氣量容積效率制冷量（制冷場合）排熱量（制熱場合）一、表征制冷能力的輸氣性能指標實際輸氣量（簡稱輸氣量）定義：在一定工況下，單位時間內(nèi)由吸氣端輸送到排氣端的氣體量稱為在該工況下壓縮機的（實際）質(zhì)量輸氣量(qma,kg/h)或（實際）容積輸氣量(qva,m3/h)。容積效率ηv定義：實際質(zhì)量輸氣量qma（或容積輸氣量qva）與理論質(zhì)量輸氣量qmt（或容積輸氣量qvt）之比,用ηv表示。含義：衡量容積型壓縮機氣缸工作容積有效利用程度，其中0<ηv<1。

排熱量

該參數(shù)是熱泵系統(tǒng)用壓縮機表征其制熱性能的一項重要指標，對于制冷系統(tǒng)而言也是設(shè)計冷凝器的重要參數(shù)。定義：單位時間內(nèi)通過熱泵系統(tǒng)中由冷凝器向制熱對象排出的熱量稱排熱量，用Qh（kW)表示。hp01234(a)p-h圖qkmq0m排熱量的計算公式：式中：Qr—壓縮機向環(huán)境的散熱量；Pel—壓縮機的輸入功率；f—考慮到壓縮機散熱量系數(shù)，對小型機組，f＝0.75，對大型機組，f＝0.9。其中：如下圖：QrPelqmah2(b)能量平衡關(guān)系對于全封閉壓縮機，由能量平衡方程知：吸氣排氣qmah1指示效率ηi：ηi定義：壓縮1kg工質(zhì)所需等熵循環(huán)理論功Wts與實際循環(huán)指示功Wi之比稱指示效率，用ηi表示。ηi含義：評價壓縮機氣缸或工作容積內(nèi)部熱力過程的完善程度。軸功率Pe、軸效率ηe和機械效率ηmPe定義：對于開啟式壓縮機而言，由原動機傳到壓縮機主軸上的功率稱軸功率。包括兩部分：直接壓縮氣體的指示功率Pi及摩擦功率Pm（Pm主要用來克服壓縮機本身各部件間的摩擦阻力和驅(qū)動輔助設(shè)備如潤滑油泵等所需功率）。

Pe=Pi+Pm

軸效率ηe和機械效率ηm：ηe定義：等熵壓縮理論功率與軸功率之比。ηe=Pts/Peηe含義：評價壓縮機主軸輸入功率利用完善程度，適用于開啟式壓縮機。ηm定義：指示功率與軸功率之比。ηm=Pi/Peηm含義：評價壓縮機磨損大小程度指標，它取決壓縮機結(jié)構(gòu)、加工精度、潤滑條件與保養(yǎng)等。

ηe=ηi·ηm

電功率Pel和電效率ηel

對于封閉式壓縮機來說，由于內(nèi)置電動機的存在，其電動機的損耗功率對機體內(nèi)部工質(zhì)的影響最終導(dǎo)致壓縮機性能進一步下降。Pel定義：從電源輸入驅(qū)動電動機功率稱電功率。ηel定義：等熵壓縮理論功率與電功率之比。

ηel=Pts/Pelηel含義：評價電動機輸入功率完善程度指標。

對于封閉式壓縮機：ηel=ηi·ηm·ηm0

其中：ηm0—電動機效率

性能系數(shù)COP

性能系數(shù)cop又稱制冷系數(shù)，是制冷機一個重要技術(shù)經(jīng)濟指標，其值越大表明越經(jīng)濟。cop定義：一定工況下制冷壓縮機的制冷量與所消耗功率之比稱性能系數(shù)。

對于：開啟式——COPe=Q0/Pe封閉式——COPel=Q0/Pel

cop含義：衡量壓縮機最終動力消耗方面性能指標，它與制冷循環(huán)的工作參數(shù)、制冷劑的種類等都有關(guān)。對于往復(fù)活塞式壓縮機來說，各功率及其轉(zhuǎn)化關(guān)系總結(jié)如下：電動機吸氣排氣PiPe（Pel）PtsPiηiηm

（ηm

·ηm0）輸入電能Pel輸入軸功率Pe電動機損失ηm0理論絕熱功率Pts指示功率Pi傳動損失ηm內(nèi)部不可逆損失ηiηel本章小結(jié)：要求了解容積型制冷壓縮機熱力學(xué)基礎(chǔ)，掌握往復(fù)式制冷壓縮機的理論循環(huán)及其性能參數(shù)，了解影響實際循環(huán)的因素有哪些。掌握回轉(zhuǎn)式壓縮機實際工作中常出現(xiàn)