《制冷压缩机》第2章 容积型制冷压缩机热力学基础

制冷压缩机第二章

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。

复习p d-a 为气体引入气缸； c 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 d 即进气和排气过程都不 是热力过程，只是气体 0 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。p dkb

b

n,k,1Wt Vdpa

ps0Vp

a V

DS

(1)往复式压缩机的理论输气量p 气缸直径为D,活塞行程 c 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 d 于活塞移动一个行程所扫 过的气缸工作容积Vp。 0p dkb

b

n,k,1Wt Vdpa

ps0Vp

a V

Vp

4

D 2 S (m3)D

S

(1)往复式压缩机的理论输气量p 压缩机的输气量有容积输 c 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， d 在单位时间内所能供给按 进口处吸气状态换算的气 0 体容积。p dkb

b

n,k,1Wt Vdpa

ps0Vp

a V

qvt 60inVp

(m3/h)

i—气缸数 n—压缩机的转速r/min

DS

(1)往复式压缩机的理论输气量p 理论理论质量输气量qmt c 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 d 体质量。 qvt 0p dkb

b

n,k,1Wt Vdpa

ps0Vp

a V

qmt

s0 ——进气口处吸气状态下气体的比体 积m3/kg

s0

(kg/h)

DS

(2)往复式压缩机消耗的理论功率p 理想气体等熵压缩理 c 论功Wtp dkb

b

n,k,1Wt Vdpa

Wts

b

a

Vdp

d 0

对理想气体的绝热压 缩过程：

ps0Vp

a V

pV const.k kk 1 k 1 Wts ps 0V p k 1

DS

(2)往复式压缩机消耗的理论功率对理想或实际气体：p c dp dkb

b

n,k,1Wt Vdpa

Wts H dk H s 0下标s0表示进口， 下标dk表示出口。

压缩比： pdk ps 0 0

ps0Vp

a V

DS

(2)往复式压缩机消耗的理论功率p 压缩机消耗的理论功率 cp dkb

b

inWts Pts 60 1000单位：kW

n,k,1Wt Vdpa

d 0

ps0Vp

a V

DS

§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。

(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。

(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。

§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。

内容积比、内压力比内容积比：Vi 内压力比： i

Vcys Vcyc

p c

p dk

b a V

pcyc pcys

Vi n

d0

外压缩比或 pdk 运行压力比： ps 0

ps0 Vp

过压缩与欠压缩当工作容积中的pcyc大于排 气压力pdk,则压缩机的内压力比 i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 i ps 0 膨胀到 pdk 可视为 等容过程。增加的额外功耗由图 中阴影面积表示。

pcyc pdk

i

过压缩与欠压缩当工作容积中的pcyc小于排 气压力pdk,则压缩机的内压力比 i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 i ps 0 升高到 pdk 可视为 等容过程。增加的额外功耗由图 中阴影面积表示。

pcyc pdk

i

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： nn 1 n i ps 0Vcys i 1 ps 0Vcys n 1 Vi

不存在过压缩和欠压缩时， i 示功为：

则所耗指

ps 0Vcys

n n 1

n 1 n

1

内容积比效

率上述两项指示功之比即内容积比效率 Vi : nn 1 n 1 n 1 Vi n Vi n 1 1 Vi n / Vi n 1 内容积比效率 Vi 为 ,Vi 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 i 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。

§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 qma 单位kg/h。容积输气量(按吸气状态容 q 积计算)为va 单位m3/h qva 此参数与压缩机的 qma s0 制冷量有关

(2)容积效率： 容积效率 V 是实际输气量与理论输气量之比。 qma qva 反映了气缸容积的有效 V qmt qvt 利用率，也称输气系数(3)制冷量： 单位时间内所产生的冷量 Q0 单位kW.工 质 热 物 性 图 表

Q0 qma q0m / 3.6 10 = qva q0v6

/ 3.6 10 6

工质在给定工况下 单位质量制冷量 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

制冷压缩机的名义工况

T 蒸发温度(吸入压力对应的饱和温度): 0冷凝温度(排气压力对应的饱和温度): k T

吸气温度： Ts 0液体过冷温度：Tl 环境温度：Ta

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