【文章內(nèi)容簡介】 活塞式制冷壓縮機(jī)的工作原及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 活塞式制冷壓縮機(jī)的工作原及特性 圖 活塞式壓縮機(jī)理想工作過程 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 1． 實際工作過程和理論工作過程的區(qū)別 活塞式壓縮機(jī)的實際工作過程比較復(fù)雜，有許多因素影響壓縮機(jī)的實際排氣量，因此實際排氣量永遠(yuǎn)小于理論排氣量。 實際工作過程與理論工作過程相比較主要有以下區(qū)別： （ 1）余隙容積 Vc的存在 由于余隙容積 Vc存在，排氣結(jié)束后活塞開始反向移動時，殘留在氣缸中的高壓（ P2）蒸氣首先膨脹，不能立即吸氣。余隙容積對理論壓縮的影響 見圖 ，其過程如下 活塞式制冷壓縮機(jī)的工作原及特性 活塞式壓縮機(jī)實際工作過程 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 壓縮過程： PV圖上 1— 2過程。吸、排氣閥關(guān)閉，壓縮機(jī)對氣體進(jìn)行絕熱壓縮，氣體壓力由 P1升高到 P2。 排氣過程： PV圖上 2— 3過程。到達(dá) 2點后，壓縮機(jī)繼續(xù)壓縮，氣體壓力繼續(xù)增大，當(dāng)氣體壓力略高于 P2時，在壓差的作用下排氣閥被頂開，氣缸內(nèi)外壓力瞬間達(dá)到平衡，在定壓狀態(tài)（ P2）下排氣，最后留有余隙容積 Vc時停止。 吸氣過程： PV圖上 3— 4和 4— 1過程。由于排氣結(jié)束時，缸內(nèi)還保留一小部分容積為 Vc、壓力為 P2的高壓氣體?；钊俜聪蜻\動時，只有當(dāng)這部分氣體膨脹到一定程度，壓力降到小于進(jìn)氣壓力 P1時，進(jìn)氣閥才能開啟，低壓氣體進(jìn)入氣缸。 活塞式制冷壓縮機(jī)的工作原及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 因此，過程 3— 4：活塞返回，氣缸容積增大， Vc部分絕熱膨脹，壓力由 P2降到 P1，氣體體積由 Vc變?yōu)?ΔV1+Vc。過程 4— 1：活塞繼續(xù)運動，氣缸容積繼續(xù)增大，當(dāng)缸內(nèi)壓力小于 P1時吸氣閥打開，氣缸內(nèi)外壓力瞬間達(dá)到平衡，在定壓下（ P1）吸氣，吸氣量為 V1。 這樣，氣缸每次吸入的氣體量不等于氣缸工作容積 Vg，而減小為 V1。 V1與氣缸工作容積的比值稱為余隙系數(shù)，即 λV=V1/Vg=(VgΔV1)/Vg () 活塞式制冷壓縮機(jī)的工作原及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 余隙系數(shù)的存在反映了余隙容積 Vc對壓縮機(jī)排氣量的影響程度。 由圖 還可以看出，氣缸減少的吸氣量ΔV1不僅與余隙容積 Vc有關(guān)，還與壓縮機(jī)運行的壓力比P2/P1有關(guān)。影響程度可用下式來表達(dá)： λV=1C[(PK/P0)1/m1] （ ） C=Vc/VP 100% （ ） 活塞式制冷壓縮機(jī)的工作原及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 由以上分析可知：余隙容積的存在直接減小了壓縮機(jī)的排氣量；余隙容積內(nèi)的氣體隨著活塞的往復(fù)運動，時而膨脹，時而又被壓縮，壓縮機(jī)需要對這一部分氣體不斷地做無用功；余隙容積過大會使壓縮機(jī)的生產(chǎn)能力和效率急劇下降，過小會增加活塞與氣缸端蓋相碰撞的危險性。因此，在保證壓縮機(jī)安全運行的前提下，應(yīng)盡可能減小余隙容積。 活塞式制冷壓縮機(jī)的工作原及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 （ 2）吸、排氣閥存在阻力 壓縮機(jī)實際工作過程中，吸、排氣閥片必須在兩側(cè)壓差足以克服氣閥彈簧力和運動零件的慣性力時才能開啟，這就造成了吸氣、排氣的阻力損失。阻力的存在勢必導(dǎo)致氣體產(chǎn)生壓力降，因此實際吸氣壓力低于吸氣管內(nèi)壓力（ ΔP1），排氣壓力高于排氣管內(nèi)壓力（ ΔP2），增大了吸排氣壓力差。 吸、排氣閥阻力的存在使壓縮機(jī)的實際吸氣量減小 (圖)， 與理想情況相比，僅相當(dāng)吸收了體積為 V2的氣體，吸氣量損失的大小用節(jié)流系數(shù)來衡量。其損失大小與壓縮機(jī)吸、排氣通道，以及閥片結(jié)構(gòu)和彈簧力的大小有關(guān) 活塞式制冷壓縮機(jī)的工作原及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 節(jié)流系數(shù)為實際吸氣量與沒有阻力損失的理想吸氣量之比，用 λP表示，它反映了吸、排氣閥阻力所造成的吸氣量損失的大小，吸氣量損失越大，系數(shù)越小。此損失還可用吸氣壓力和吸氣閥產(chǎn)生的壓力降表示。 λP=V2/V1 =(V1ΔV2)/V1 =1(1+C)/λVΔP1/P1 （ ） 活塞式制冷壓縮機(jī)的工作原及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 （ 3）吸入蒸氣過熱的影響 壓縮機(jī)在實際工作時，制冷劑氣體被壓縮后溫度升高而向壓縮機(jī)壁面?zhèn)鬟f熱量，同時活塞與氣缸壁之間存在摩擦而產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致一個壓縮周期完畢后，活塞氣缸壁面溫度升高。下一個循環(huán)的吸氣過程開始，來自蒸發(fā)器的低溫制冷劑蒸氣進(jìn)入氣缸后吸收氣缸壁的熱量而升溫過熱，蒸氣比熱容增大，而氣缸的容積一定，因此進(jìn)入缸內(nèi)的氣體質(zhì)量減少。 活塞式制冷壓縮機(jī)的工作原及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 氣體質(zhì)量減少的程度用預(yù)熱系數(shù) λt來衡量，它與氣缸壁和氣體的傳熱溫差有關(guān)，而傳熱溫差取決于氣缸的吸氣溫度（ T0）和排氣溫度 (Tk)。當(dāng)吸氣溫度 T0越低，排氣溫度 Tk越高，進(jìn)入氣缸的制冷劑熱交換量增加，預(yù)熱系數(shù)變小。一般 λt的取值范圍為 ～ 。 活塞式制冷壓縮機(jī)的工作原及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 （ 4）泄漏的影響 由于制冷壓縮機(jī)、排氣閥以及活塞與氣缸壁之間并非絕對嚴(yán)密，壓縮后的高壓氣體通過這些不嚴(yán)密處向低壓部分泄漏，造成了壓縮機(jī)實際排氣量減小，減少的程度用泄漏系數(shù) λL來衡量，泄漏越嚴(yán)重，系數(shù)越小。 λL與壓縮機(jī)的加工制造有關(guān)系，同時隨著排氣壓力的增加和進(jìn)氣壓力的降低而減小。一般 λL的取值范圍為～ 。為了減少泄漏，應(yīng)提高零件的加工精度和裝配精度，控制適當(dāng)?shù)膲嚎s比。 活塞式制冷壓縮機(jī)的工作原及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 2． 活塞式制冷壓縮機(jī)的容積效率 由于上述原因的存在，活塞式壓縮機(jī)實際工作過程的排氣量（ VR）總小于理論排氣量 (Vh)，兩者的比值稱為壓縮機(jī)的容積效率，用 ηV表示，即 ηV=VR/Vh () 容積效率是評價壓縮機(jī)性能的一個重要指標(biāo)，表示壓縮機(jī)氣缸工作容積的有效利用率。將實際過程中余隙容積、吸排氣閥存在的阻力、吸入蒸氣過熱的影響以及泄漏的影響考慮進(jìn)去，容積效率可表示如下： ηV=λVλPλtλL () 活塞式制冷壓縮機(jī)的工作原及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 對于單缸、高速多缸壓縮機(jī)，一般轉(zhuǎn)速等于或大于720r/min，相對余隙容積為 ～ ，容積效率可按照以下經(jīng)驗公式計算： ηV=[(P2/P1)1/m1] () 對于雙機(jī)壓縮機(jī)的低壓級，容積效率經(jīng)驗公式為： ηV=[(P2/()1/m1 ] () 由公式（ ）可看出，容積效率與壓縮比成反比關(guān)系，因此活塞式壓縮機(jī)的壓縮比不能太高，一般不大于8～ 10。 活塞式制冷壓縮機(jī)的工作原及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 活塞式制冷壓縮機(jī)的工作原及特性 圖 余隙容積對理想壓縮過程的影響 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 活塞式制冷壓縮機(jī)的工作原及特性 圖 余隙容積對理想壓縮過程的影響 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 活塞式制冷壓縮機(jī)的工作原及特性 圖 活塞式壓縮機(jī)實際工作過程 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 1． 活塞式壓縮機(jī)的制冷量和制冷劑質(zhì)量流量 活塞式壓縮機(jī)的實際排氣量為： VR=ηVVh () 如果制冷劑的理論單位容積制冷能力為 qV，活塞式壓縮機(jī)的實際制冷量等于理論制冷量與容積效率的乘積，即活塞式壓縮機(jī)的實際制冷量應(yīng)為： Q0=VRqV=ηVVhqV=ηVQ0理 () 用 MR表示制冷劑質(zhì)量流量（ kg/s），則： MR=VR/v1=ηVVh/v1 () 活塞式制冷壓縮機(jī)的工作原及特性 活塞式壓縮機(jī)的制冷量和耗功率 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 2. 活塞式制冷壓縮機(jī)的耗功率 壓縮機(jī)的耗功率是指由電動機(jī)傳至壓縮機(jī)軸上的功率，稱為壓縮機(jī)的軸功率 Pe。其中，一部分直接用于壓縮氣體，稱為指示功率 Pi；另一部分用于克服運動機(jī)構(gòu)的摩擦阻力和帶動油泵工作，稱為摩擦功率 Pm。因此壓縮機(jī)的軸功率為： Pe=Pi+Pm () 活塞式制冷壓縮機(jī)的工作原及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 （ 1）指示效率和指示功率 理想工作下，壓縮機(jī)的單位質(zhì)量制冷劑的理論耗功量可用示功圖（ PV圖）上的面積表示， 見圖 12341所包圍的面積，用 wth表示。而 圖 1′2′3′4′1′所包圍的面積為單位質(zhì)量制冷劑的實際耗功量，也稱為單位質(zhì)量指示功，用 wi表示。 單位質(zhì)量制冷劑的理論耗功量與實際耗功量之比稱為指示效率，即： ηi=wth/wi () 活塞式制冷壓縮機(jī)的工作原及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 因此，活塞式制冷壓縮機(jī)的指示功率可用下式表示： Pi=MRwi=MRwth/ηi=ηVVh/v1w th/ηi=Pth/ηi () 活塞式壓縮機(jī)的指示效率與壓縮比有關(guān)， 圖 出了指示效率和壓縮比的關(guān)系。 由圖 看出，壓縮機(jī)的壓縮比越大，指示效率越低，且低中速活塞壓縮機(jī)的指示效率高于高速多缸活塞壓縮機(jī)的指示效率。 活塞式制冷壓縮機(jī)的工作原及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 （ 2）摩擦效率和摩擦功率 活塞式壓縮機(jī)的摩擦功率是克服壓縮機(jī)各運動部件（軸承和軸、活塞、活塞環(huán)與氣缸之間）的摩擦阻力以及帶動潤滑油泵所消耗的功率。 摩擦功率與運行工況和制冷劑性質(zhì)有關(guān)，一般可通過摩擦效率計算。摩擦效率 ηm是指示功率與軸功率之比，即： ηm=Pi/Pe () 活塞式壓縮機(jī)的摩擦效率同樣與壓縮比有關(guān)， 圖 給出 了摩擦效率和壓縮比的關(guān)系。由圖中可看出，摩擦效率的變化與指示功率的變化趨勢相同，隨著壓縮比的增加而減小，且低中速活塞壓縮機(jī)的摩擦效率高于高速多缸活塞壓縮機(jī)的摩擦效率。 活塞式制冷壓縮機(jī)的工作原及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 （ 3）軸功率和總效率 活塞式制冷壓縮機(jī)的軸功率可表示為： Pe=Pi+Pm=Pi/ηm=Pth/ηmηi () 式 ()中指示效率 ηi與摩擦效率 ηm的乘積稱為壓縮機(jī)的軸效率或總效率，通常取值為 ～ 。壓縮機(jī)的壓縮比越大，總效率越小。 活塞式制冷壓縮機(jī)的工作原及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 （ 4）制冷壓縮機(jī)配用電動機(jī)的功率 確定制冷壓縮機(jī)配用電動機(jī)的功率，除了要考慮壓縮機(jī)的運行工況外，還要考慮它與電動機(jī)之間的連接方式。一般配用電動機(jī)的功率為： P=(～ )Pe/ηd () 活塞式制冷壓縮機(jī)的工作原及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 活塞式制冷壓縮機(jī)的工作原及特性 圖 余隙容積對理想壓縮過程的影響 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 活塞式制冷壓縮機(jī)的工作原及特性 圖 活塞式壓縮機(jī)實際工作過程 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 活塞式制冷壓縮機(jī)的工作原及特性 圖 活塞式壓縮機(jī)的指示效率 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 活塞式制冷壓縮機(jī)的工作原及特性 圖 活塞式