【文章內(nèi)容簡介】 活塞式制冷壓縮機的工作原及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 活塞式制冷壓縮機的工作原及特性 圖 活塞式壓縮機理想工作過程 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 活塞式壓縮機的實際工作過程比較復(fù)雜，有許多因素影響壓縮機的實際排氣量，因此實際排氣量永遠小于理論排氣量。 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 活塞式制冷壓縮機的工作原及特性 活塞式壓縮機實際工作過程 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，壓縮機對氣體進行絕熱壓縮，氣體壓力由 P1升高到 P2。 排氣過程： PV圖上 2— 3過程。到達 2點后，壓縮機繼續(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，壓力降到小于進氣壓力 P1時，進氣閥才能開啟，低壓氣體進入氣缸。 活塞式制冷壓縮機的工作原及特性 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)，還與壓縮機運行的壓力比P2/P1有關(guān)。影響程度可用下式來表達： λV=1C[(PK/P0)1/m1] （ ） C=Vc/VP 100% （ ） 活塞式制冷壓縮機的工作原及特性 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 壓縮機在實際工作時，制冷劑氣體被壓縮后溫度升高而向壓縮機壁面?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，因此進入缸內(nèi)的氣體質(zhì)量減少。 活塞式制冷壓縮機的工作原及特性 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、排氣閥以及活塞與氣缸壁之間并非絕對嚴密，壓縮后的高壓氣體通過這些不嚴密處向低壓部分泄漏，造成了壓縮機實際排氣量減小，減少的程度用泄漏系數(shù) λL來衡量，泄漏越嚴重，系數(shù)越小。 λL與壓縮機的加工制造有關(guān)系，同時隨著排氣壓力的增加和進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． 活塞式制冷壓縮機的容積效率 由于上述原因的存在，活塞式壓縮機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的容積效率，用 ηV表示，即 ηV=VR/Vh () 容積效率是評價壓縮機性能的一個重要指標(biāo)，表示壓縮機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去，容積效率可表示如下： ηV=λVλPλtλL () 活塞式制冷壓縮機的工作原及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 對于單缸、高速多缸壓縮機，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] () 對于雙機壓縮機的低壓級，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，因此活塞式壓縮機的壓縮比不能太高，一般不大于8～ 10。 活塞式制冷壓縮機的工作原及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 活塞式制冷壓縮機的工作原及特性 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 活塞式制冷壓縮機的工作原及特性 圖 活塞式壓縮機實際工作過程 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 1． 活塞式壓縮機的制冷量和制冷劑質(zhì)量流量 活塞式壓縮機的實際排氣量為： 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 () 活塞式制冷壓縮機的工作原及特性 活塞式壓縮機的制冷量和耗功率 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 2. 活塞式制冷壓縮機的耗功率 壓縮機的耗功率是指由電動機傳至壓縮機軸上的功率，稱為壓縮機的軸功率 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。因此壓縮機的軸功率為： Pe=Pi+Pm () 活塞式制冷壓縮機的工作原及特性 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，壓縮機的壓縮比越大，指示效率越低，且低中速活塞壓縮機的指示效率高于高速多缸活塞壓縮機的指示效率。 活塞式制冷壓縮機的工作原及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 （ 2）摩擦效率和摩擦功率 活塞式壓縮機的摩擦功率是克服壓縮機各運動部件（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的摩擦效率高于高速多缸活塞壓縮機的摩擦效率。 活塞式制冷壓縮機的工作原及特性 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的乘積稱為壓縮機的軸效率或總效率，通常取值為 ～ 。壓縮機的壓縮比越大，總效率越小。 活塞式制冷壓縮機的工作原及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 （ 4）制冷壓縮機配用電動機的功率 確定制冷壓縮機配用電動機的功率，除了要考慮壓縮機的運行工況外，還要考慮它與電動機之間的連接方式。一般配用電動機的功率為： P=(～ )Pe/ηd () 活塞式制冷壓縮機的工作原及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 活塞式制冷壓縮機的工作原及特性 圖 余隙容積對理想壓縮過程的影響 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 活塞式制冷壓縮機的工作原及特性 圖 活塞式壓縮機實際工作過程 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 活塞式制冷壓縮機的工作原及特性 圖 活塞式壓縮機的指示效率 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 活塞式制冷壓縮機的工作原及特性 圖 活塞式