制冷原理第三章往复式制冷压缩机

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1、第三章 往复式制冷压缩机,第三章,第一节 基本结构和工作原理 （模型？实物？）,第三章,总体结构和主要零部件,第三章,机体：压缩机的机身，用来安装和支承其他零部件及容纳润滑油。 传动机构：用于传递动力，包括曲柄、连杆和活塞等部件。 配气机构：保证压缩机实现吸气、压缩、排气过程的配气部件，包括吸、排气阀片，阀板和气阀弹簧等。 润滑油系统：对压缩机各传动摩擦耦合件进行润滑的输油系统，包括油泵，油过滤器，油压调节部件。 卸载机构：它是对压缩机汽缸进行卸载、调节冷量、便于启动的机构，包括卸载油缸、油活塞、推杆、顶针和转环等部件。 轴封装置：密封曲轴穿出机体处的间隙，防止泄漏，包括拖板、弹簧、橡胶圈和石

2、墨环。 （见书图3-1）,往复式压缩机的工作循环,第三章,压缩过程 排气过程 膨胀过程 吸气过程,压缩过程：制冷剂压力提高的过程。1-1处，吸气过程结束，低压蒸气状态；活塞向上移动，吸气阀关闭，气缸工作容积减小，制冷剂受压缩，温度和压力逐渐上高；2-2处，压力升高到略高于排气腔的压力，排气阀打开，开始排气。,往复式压缩机的工作循环,第三章,压缩过程 排气过程 膨胀过程 吸气过程,排气过程：活塞从2-2处向上运动，气缸内制冷剂压力不再提高，气体不断通过排气管流出，直到活塞运动到最高位置3-3，外止点，排气结束。,往复式压缩机的工作循环,第三章,压缩过程 排气过程 膨胀过程 吸气过程,膨胀过程：活

3、塞运动到外止点3-3时，由于压缩机结构及制造工艺等原因，汽缸中仍有一些空间，该空间的容积称余隙容积。排气过程结束时，余隙容积中的气体为高压气体。活塞开始向下移动时，排气阀关闭，吸气腔内的低压气体不能立即进入汽缸，此时余隙容积内的高压气体因容积增加而压力下降，直至汽缸内气体压力降至稍低于吸气腔内气体压力，4-4处，即将开始吸气过程时为止。,往复式压缩机的工作循环,第三章,压缩过程 排气过程 膨胀过程 吸气过程,吸气过程：从蒸发器吸入制冷剂，活塞从4-4处向下移动，吸气阀开启，低压气体被吸入气缸，活塞移动到下止点1-1为止。,压缩机的作用：如此周而复始，将蒸发器内的低压蒸气吸入，使其压力提高后排入

4、冷凝器，完成吸入、压缩和输送制冷剂的作用。,第二节 热力性能,第三章,第三章,余隙容积 气阀弹簧力 气体与缸壁及活塞间的热交换和摩擦 气体泄漏损失 润滑油和吸入湿蒸汽的影响,实际循环与理论循环的差异,一.往复式压缩机的实际循环,第三章,压缩机具有相同吸、排气压力，吸气温度和气缸工作容积的实际、理论循环比较； 与理论循环等熵膨胀相比，实际循环多一个多变的膨胀过程；由于吸气阀的弹簧力，余隙容积膨胀至4，气体才被吸入气缸；因流动阻力降低压力，壁面进行热交换，吸气终了时是状态1；压缩前期，气体吸热，压缩后期气体放热；由于排气阀弹簧力，到2时，排气阀打开；排气时，由于流动阻力，压力高于排气压力；气体泄漏

5、；润滑油和湿蒸气吸入。 在吸、排气时存在压力损失和压力波动，在整个工作过程中气体同气缸、活塞间有热量交换和摩擦，在气缸与活塞间隙及吸、排气阀之间还有气体泄漏。,实际循环和理论循环的比较,实际循环：1-2-3-4-1 理论循环：a-b-c-d-a,第三章,1、容积效率 2、指示功率和指示效率 3、机械效率和轴效率 4、电动机效率和电效率,二.影响性能参数的因素,第三章,容积效率又称输气系数，为压缩机实际输气量与理论输气量之比，是衡量汽缸空间利用程度的指标。,容积效率,（1）单级压缩机的容积效率,1、,其中，容积系数v、压力系数p、温度系数T、泄漏系数l,第三章,活塞式制冷压缩机的实际工作中，吸入

6、的制冷剂蒸气容积并不等于活塞排量。原因是： 压缩机结构上不可避免存在余隙容积； 吸、排气阀阻力；气阀部分及活塞环与气缸壁之间的 气体内部泄漏； 吸气过程中气体与气缸壁之间的热交换等。,容积效率,因此，实际输气量永远小于理论输气量 (活塞排量)，两者之间的比值称为压缩机的容积效率（输气系数），其大小反映了实际工作过程中存在的诸多因素对压缩机输气量的影响，也表示了压缩机气缸工作容积的有效利用程度，通常可用容积系数v、压力系数p、温度系数T、泄漏系数l 的乘积来表示 。,容积系数v 压力系数p 温度系数T 泄漏系数l,可直接从P-V示功图求得,不能从P-V示功图直接求得,第三章,它们都与压缩机的运行

7、工况有关,汽缸工作容积Vp 上、下止点之间汽缸工作室的容积,即活塞移动一个行程扫过的容积。 余隙容积Vc 相对余隙容积c 余隙容积与气缸工作容积之比。,第三章,相关术语,（2-1）,活塞在排气过程结束时与阀板及排气孔之间形成的空隙容积。主要由活塞处于上止点时，活塞顶面与阀板底面间容积、第一道活塞环以上环形空间、气阀通道三部分容积组成。,第三章,压缩机的吸排气过程,实际循环：1-2-3-4-1 理论循环：a-b-c-d-a,1）容积系数：反映余隙容积对压缩机输气量影响,由于余隙容积的存在，工作过程中出现了膨胀过程，占据了一定的气缸工作容积，使部分活塞行程失去吸气作用，导致压缩机吸气量减少，即压缩

8、机实际输气量减少。,第三章,定义式：,计算式：,（根据多变膨胀过程方程计算，由3-6式简化而来。）,（3-1）,（3-7）,（吸气容积损失V是由余隙容积内高压气体的膨胀引起。）,膨胀过程：35 设过程的多变膨胀指数m为定值（常数），则,第三章,（3-6）,将上式代入式（3-1）：,略去排气压力损失Pd3,则式（3-6）可简化为式（3-7）：,第三章,（3-7）,可见， 主要与压力比、相对余隙容积c和多变膨胀指数m有关。,式中，压力比,缩小c会受压缩机结构、工艺和气阀通流能力限制； c值还和压缩机结构参数S、D有关， S、D 大的压缩机易获得较小的c值。现代中小型压缩机c值约为1.56%，低温机

9、取小值。 当达到一定数值时， ，故有10，对低温制冷系统采用多级压缩实现高压比。 m值取决于制冷剂种类和膨胀过程中气体与接触壁面的热交换情况，随热交换的方向和强度而不断变化。计算 时m假定为常数。,同种制冷剂的m和n 在同一循环中不相等， 。对氨压缩机，m=1.101.15， n =1.201.30；对氟利昂压缩机，m=0.951.05， n =1.051.18。增强对汽缸臂面的冷却，多变膨胀线斜率变陡， m增大，对提高 有利。,第三章,对膨胀过程，m应根据示功图，取等端点膨胀过程的多变膨胀指数值：,（3-8）,对压缩过程，其多变过程指数n 亦应取等端点过程指数值。 按等端点多变过程指数画出的

10、示功图，其面积略小于实际示功图。计算实际循环指示功时，可按等功法求取压缩或膨胀过程的不变的等功过程指数，称等功多变过程指数。,多变膨胀和压缩过程指数m和n 的取值,第三章,3-5：出现排气阀延迟关闭，高压侧气体从排气腔向汽缸倒流，等端点膨胀过程指数变小，容积效率下降。,p主要受 的影响，c的影响是次要的 。随 和c的增大，p下降； 对氨压缩机， =0.030.05; 对 氟里昂压缩机， =0.060.08。,2）压力系数：反映吸气阻力造成的吸气量损失,压缩机吸气过程中，吸气阀开启时要克服气阀弹簧力，且气体流过气阀时，通道截面较小，流速较高产生一定的流动阻力，使吸气过程中气缸内压力P1恒低于吸入

11、管中的压力Ps0 。要使气缸内的压力升高到Ps0 ，则要损失一部分活塞行程，使压缩机实际吸气量减少。,第三章,定义式：,计算式：,根据多变压缩过程方程计算，令压缩过程指数等于1。令c=0，得到近似式（3-10）,吸气终了相对压力损失；,吸气压力损失；,（3-2）,（3-9）,（吸气容积损失V”是由于吸气终了汽缸压力不等于Ps0所引起，一般 。）,3）温度系数：反映吸气过程中因气体预热对 输气量的影响,吸气过程中，吸入气体不断地受到所接触的各种壁面加热，使气体温度升高，比容增大，从而使吸入气体量减少。折算到吸气状态，小于实际吸入气体的容积。吸入气体与壁面的热交换是一个复杂过程，与制冷剂种类、压比

12、、汽缸尺寸、压缩机转速、汽缸冷却情况等因素有关。T大小还与压缩机运行工况有关，其数值不能从示功图上直接求得，通常用经验公式计算。,对全封闭压缩机,对顺流立式压缩机,第三章,定义式：,经验公式：,T0蒸发温度，K ； Tk冷凝温度，K ； T1吸气终了温度，K ； 吸气过热度，K； a：反映T1随Tk变化的系数，a=1.01.15,随压缩机尺寸减小， a值趋近1.15； b：反映压缩机向周围空气散热对T1的影响。b=0.250.8。当压缩机尺寸较大，向外界散热强度较弱（机壳自由空气冷却）时，b取较大值。,（3-3）,Vx折算容积； V”实际吸入气体容积。,（3-12）,（3-13）,第三章,温度

13、系数随工况的变化关系,4）泄漏系数：反映压缩机工作过程中由泄漏引起 的对输气量的影响,压缩机泄漏主要是由于活塞环与气缸壁面之间的不密封，吸、排气阀关闭不及时或不严密，造成制冷剂蒸气从高压侧泄漏到低压侧，从而引起输气量下降。泄漏量大小与压缩机制造质量、磨损程度、气阀设计、压差大小等因素有关。,第三章,定义式：,推荐值：,l的数值不能从示功图上直接求得，但气缸内制冷剂泄漏会引起示功图中过程线的变化。 压缩过程中，若高压腔蒸气因排气阀不严密漏入气缸，则压缩线变陡；若蒸气通过气缸和吸气阀的不严密处由气缸漏出，则曲线变平坦，膨胀过程相反。 要减少泄漏损失，必须注意气阀的设计、制造和安装质量，防止发生延迟

14、关闭引起的蒸气倒流。,（3-4）,第三章,（Vp：单缸理论排量）,容积效率与压缩机的运转工况和结构设计有关。即其不仅与压缩机本身结构及所用制冷剂性质有关，且与运行工况有关。不同类型压缩机，使用不同的制冷剂，及在不同工作条件下，容积效率数值不同 。,容积效率特性曲线（的影响）,a）在不同的余隙容积c时，小型封闭式压缩机的容积效率随压力比的变化关系，它随 c和的增大而减小； b) 在不同的单缸理论排量Vp时，开启式压缩机的容积效率随压力比的变化关系。,容积效率特性曲线（n的影响）,第三章,1：余隙容积造成的v减量； 2， 3 ：吸气阀压力损失和由此转化的热量对制冷剂加热造成的v减量； 4 ， 5：

15、制冷剂受热和泄漏造成的v减量。 转速增加， 1基本不变； 2， 3 随转速的上升急剧增大； 4 ， 5随转速的增加而减小。总合起来，在额定转速nn时容积系数最大，比这个转速大或小时，v值都要下降。由此可见，气阀通流能力是压缩机转速提高过程中影响容积效率的主要因素。,n,第三章,双级压缩机的容积效率,双机双级压缩 其容积效率定义与单机压缩机相同。对双级压缩的每一级，容积效率计算方法与单机压缩机相同，亦可用经验公式计算。 单机双级压缩 高压级与低压级汽缸在同一台压缩机上，在确定容积效率时，采用可比的容积效率（总容积效率）。即压缩机行程容积按总缸数计算，以便与同样缸数、尺寸和转速的单级压缩机具有可比

16、性。,（2）,第三章,双机双级压缩的容积效率,对高压级,对低压级,：中间压力。中间压力有最佳值，近似为 ； n：压缩多变过程指数。对NH3，n=1.28；对R22，n=1.18。,（3-14）,（3-15）,经验公式,第三章,单机双级压缩的容积效率,（3-16）,qma：实际输气量； qmt：按全部汽缸求得的理论输气量。,定义式：,试验表明：单机双级压缩机的可比容积效率在压比上升时，起初几乎不变，压比达到相当高数值后，才开始较明显降低。而单级压缩机的容积效率随压比增加，约成直线下降。,第三章,压缩机实际工作过程与理想工作过程的区别， 也影响到它的耗功。如吸、排气时压力损失、 运动机械的摩擦、压缩过程偏离等熵压缩过程 等，均使压缩机的耗功增