制冷壓縮機(jī) 容積型制冷壓縮機(jī)熱力學(xué)基礎(chǔ)

會計(jì)學(xué)1制冷壓縮機(jī)容積型制冷壓縮機(jī)熱力學(xué)基礎(chǔ)§2-1單級往復(fù)式制冷壓縮機(jī)的理論循環(huán)在理想循環(huán)過程中，排除了實(shí)際循環(huán)中所不可避免的容積損失、質(zhì)量損失和其他各類不可逆損失。從理論循環(huán)的研究中，我們可以找到一些循環(huán)基本熱力參數(shù)間的關(guān)系、提高循環(huán)指標(biāo)的基本途徑以及確定循環(huán)的極限指標(biāo)，用來評價(jià)壓縮機(jī)實(shí)際循環(huán)的完善程度。衡量壓縮機(jī)最主要的兩個(gè)性能指標(biāo)是其輸氣量和功率消耗。我們希望以最小的的功率輸入獲取更多的輸氣量。對于制冷壓縮機(jī)而言，在給定工況下，輸氣量的大小與其制冷量大小直接相關(guān)。第1頁/共26頁abcd0Vpn,k,1SD復(fù)習(xí)d-a為氣體引入氣缸；a-b為氣體在氣缸內(nèi)進(jìn)行壓縮；b-c為氣體流出氣缸。其中d-a和b-c即進(jìn)氣和排氣過程都不是熱力過程，只是氣體的移動(dòng)過程，氣體狀態(tài)不發(fā)生變化，缸內(nèi)氣體的數(shù)量發(fā)生變化。a-b是熱力過程，氣體的參數(shù)變化。第2頁/共26頁abcd0Vpn,k,1SD（1）往復(fù)式壓縮機(jī)的理論輸氣量氣缸直徑為D，活塞行程為S，在理想狀況下，余隙容積為零，每一循環(huán)從氣缸中排出的氣體容積等于活塞移動(dòng)一個(gè)行程所掃過的氣缸工作容積Vp。（m3）第3頁/共26頁abcd0Vpn,k,1SD（1）往復(fù)式壓縮機(jī)的理論輸氣量壓縮機(jī)的輸氣量有容積輸氣量和質(zhì)量輸氣量之分。理論容積輸氣量qvt指壓縮機(jī)按理論循環(huán)工作時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)所能供給按進(jìn)口處吸氣狀態(tài)換算的氣體容積。（m3/h）i—?dú)飧讛?shù)n—壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速r/min第4頁/共26頁abcd0Vpn,k,1SD（1）往復(fù)式壓縮機(jī)的理論輸氣量（kg/h）——進(jìn)氣口處吸氣狀態(tài)下氣體的比體積m3/kg理論理論質(zhì)量輸氣量qmt指壓縮機(jī)按理論循環(huán)工作時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)由吸氣端送到排氣端的氣體質(zhì)量。第5頁/共26頁abcd0Vpn,k,1SD（2）往復(fù)式壓縮機(jī)消耗的理論功率理想氣體等熵壓縮理論功Wt對理想氣體的絕熱壓縮過程：第6頁/共26頁abcd0Vpn,k,1SD（2）往復(fù)式壓縮機(jī)消耗的理論功率對理想或?qū)嶋H氣體：壓縮比：下標(biāo)s0表示進(jìn)口，下標(biāo)dk表示出口。第7頁/共26頁abcd0Vpn,k,1SD（2）往復(fù)式壓縮機(jī)消耗的理論功率壓縮機(jī)消耗的理論功率單位：kW第8頁/共26頁§2-2容積型壓縮機(jī)的實(shí)際性能實(shí)際上理論循環(huán)式不可能實(shí)現(xiàn)的，許多不可避免的損失使壓縮機(jī)的實(shí)際性能偏離理想情況，結(jié)果是使輸氣量減少，消耗功率增加。（1）壓縮機(jī)中的壓力降：通過吸排氣截止閥的壓力降；通過吸氣過濾器的壓力降；通過內(nèi)置電動(dòng)機(jī)的壓力降（封閉式壓縮機(jī)中）；流過吸排氣管道和室腔的壓力降；通過吸排氣閥和閥孔的壓力降；通過內(nèi)部消聲器的壓力降；通過內(nèi)部分油器的壓力降；通過單向閥的壓力降等。第9頁/共26頁（2）制冷劑的受熱：從內(nèi)置電動(dòng)機(jī)吸熱（封閉式壓縮機(jī)中）；與壓縮機(jī)中各種零部件的熱交換；吸收從摩擦損耗所轉(zhuǎn)換的熱量如潤滑油等。（3）氣閥運(yùn)動(dòng)規(guī)律不完善帶來的效率下降。（4）制冷劑泄漏的影響。（5）再膨脹的影響：在往復(fù)式壓縮機(jī)中，排氣終了會在氣缸余隙容積內(nèi)殘留下一些高溫高壓氣體，這些氣體在其后的吸氣過程中在氣缸里再膨脹，減少了氣缸工作容積的有效吸氣容積。（6）壓縮過程偏離等熵過程：由于壓縮機(jī)內(nèi)部流動(dòng)阻力、機(jī)械摩擦和熱交換的存在，壓縮過程并不是等熵絕熱而是多變過程。第10頁/共26頁（7）壓縮過程的過壓縮和欠壓縮。（8）潤滑油循環(huán)量的影響。（9）壓縮機(jī)的機(jī)械摩擦損失和內(nèi)置電動(dòng)機(jī)（封閉式壓縮機(jī)）的電動(dòng)機(jī)損失。第11頁/共26頁§2-3內(nèi)容積比固定的壓縮機(jī)的內(nèi)容積比效率具有固定內(nèi)容積比的容積型壓縮機(jī)：滑片式、螺桿式和渦旋式壓縮機(jī)。這類壓縮機(jī)在工作中會發(fā)生過壓縮和欠壓縮情況。

內(nèi)容積比Vi指壓縮機(jī)中吸氣終了、壓縮剛要開始時(shí)的工作容積Vcys與壓縮終了、剛要開始打開排氣口時(shí)的工作容積Vcyc間的幾何比例關(guān)系。第12頁/共26頁abcd0Vp內(nèi)容積比：內(nèi)壓力比：外壓縮比或運(yùn)行壓力比：內(nèi)容積比、內(nèi)壓力比第13頁/共26頁當(dāng)工作容積中的pcyc大于排氣壓力pdk，則壓縮機(jī)的內(nèi)壓力比大于系統(tǒng)運(yùn)行中的壓力比，則壓縮機(jī)中的壓縮過程發(fā)生過壓縮。從膨脹到可視為等容過程。增加的額外功耗由圖中陰影面積表示。過壓縮與欠壓縮第14頁/共26頁當(dāng)工作容積中的pcyc小于排氣壓力pdk，則壓縮機(jī)的內(nèi)壓力比小于系統(tǒng)運(yùn)行中的壓力比，則壓縮機(jī)中的壓縮過程發(fā)生欠壓縮。從升高到可視為等容過程。增加的額外功耗由圖中陰影面積表示。過壓縮與欠壓縮第15頁/共26頁過壓縮與欠壓縮

壓縮過程為多變過程，存在過壓縮或欠壓縮的壓縮循環(huán)指示功為：

不存在過壓縮和欠壓縮時(shí)，則所耗指示功為：第16頁/共26頁內(nèi)容積比效率上述兩項(xiàng)指示功之比即內(nèi)容積比效率：內(nèi)容積比效率為的函數(shù)。用于衡量具有固定內(nèi)容積比的壓縮機(jī)，在其內(nèi)壓力比不等于系統(tǒng)的運(yùn)行壓力比情況下工作時(shí)額外功耗損失的程度。第17頁/共26頁§2-4制冷壓縮機(jī)的基本性能參數(shù)制冷壓縮機(jī)的實(shí)際性能與按理論循環(huán)所得的理想性能必然存在差距，為了表征壓縮機(jī)的實(shí)際性能，引入一些基本性能參數(shù)。（1）實(shí)際輸氣量（簡稱輸氣量）：在一定工況下，單位時(shí)間內(nèi)由吸氣端輸送到排氣端的氣體質(zhì)量，稱為該工況下的壓縮機(jī)質(zhì)量輸氣量單位kg/h。容積輸氣量（按吸氣狀態(tài)容積計(jì)算）為單位m3/h此參數(shù)與壓縮機(jī)的制冷量有關(guān)第18頁/共26頁（2）容積效率：容積效率是實(shí)際輸氣量與理論輸氣量之比。反映了氣缸容積的有效利用率，也稱輸氣系數(shù)（3）制冷量：單位時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的冷量單位kW.工質(zhì)在給定工況下單位質(zhì)量制冷量工質(zhì)熱物性圖表工質(zhì)在給定工況下單位容積制冷量注：制冷量與工況有關(guān)，為比較和選用，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了名義工況第19頁/共26頁制冷壓縮機(jī)的名義工況蒸發(fā)溫度（吸入壓力對應(yīng)的飽和溫度）：冷凝溫度（排氣壓力對應(yīng)的飽和溫度）：吸氣溫度：液體過冷溫度：環(huán)境溫度：第20頁/共26頁（4）排熱量：排熱量是壓縮機(jī)的制冷量和部分壓縮機(jī)輸入功率的當(dāng)量熱量之和，通過系統(tǒng)中的冷凝器排出。熱泵系統(tǒng)的壓縮機(jī)及冷凝器設(shè)計(jì)的重要參數(shù)f為考慮壓縮機(jī)散熱量系數(shù)第21頁/共26頁（5）指示功率和指示效率：單位時(shí)間內(nèi)實(shí)際循環(huán)所消耗的指示功即為壓縮機(jī)的指示功率單位kW。指示效率是指壓縮1kg工質(zhì)所需的等熵循環(huán)理論功（單位為J/kg）與實(shí)際循環(huán)指示功（單位為J/kg）之比。每一氣缸實(shí)際循環(huán)所消耗的指示功，單位J等熵循環(huán)所消耗的理論功指示效率用于評價(jià)工作容積內(nèi)部熱力過程完成的完善程度。第22頁/共26頁（6）軸功率、軸效率、機(jī)械效率由原動(dòng)機(jī)傳到壓縮機(jī)主軸上的功率稱為軸功率Pe，單位kW軸功率指示功率摩擦功率軸效率是等熵壓縮理論功率與軸功率之比，評價(jià)主軸輸入功率的利用完善程度。機(jī)械效率是指示功率和軸功率之比，評價(jià)壓縮機(jī)摩擦損耗大小程度。（適用于開啟式）第23頁/共26頁（7）電功率和電效率