活塞式制冷压缩机电效率的比较
容积式制冷压缩机电效率分析
容积式制冷压缩机电效率分析
马一太;刘忠彦;李敏霞
【期刊名称】《制冷学报》
【年(卷),期】2013(034)003
【摘要】对制冷压缩机的发展进行了简单的概述,统计计算了市场上几种主要容积式压缩机的电效率,并进行了对比和分析,结果表明:涡旋压缩机的电效率基本上在0.5 ～0.75之间,主要集中于0.6 ～0.7之间；活塞压缩机的效率基本上在0.4～0.7之间,而主要集中于0.5 ～0.65之间；螺杆压缩机的电效率基本在0.5 ～0.75之间,主要集中于0.65～0.75之间；压比为2～4时压缩机电效率达到最大.为制冷压缩机的设计、校核和计算提供基础和依据,为制冷系统的性能改进提供方向.
【总页数】7页(P1-7)
【作者】马一太;刘忠彦;李敏霞
【作者单位】天津大学中低温热能高效利用教育部重点实验室天津300072;天津大学中低温热能高效利用教育部重点实验室天津300072;天津大学中低温热能高效利用教育部重点实验室天津300072
【正文语种】中文
【中图分类】TB652
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单位内部认证船舶辅机知识考试(试卷编号1171)
单位内部认证船舶辅机知识考试(试卷编号1171)1.[单选题]锅炉内部检查时发现底部堆积泥渣多,说明____________。
A)水处理投药过多B)热水井过滤效果差C)下排污不及时答案:C解析:2.[单选题]活塞式制冷压缩机容量调节方法中，最经济的是______。
A)吸气节流法B)变速调节法C)排气回流法D)吸气回流法答案:B解析:3.[单选题]DSC遇险报警,后续通信可选用。
A)电话B)电传C)DSCD)电话或电传答案:D解析:4.[单选题]在Inmarsat系统中网络协调站的作用是A)负责对Inmarsat卫星的控制和管理B)提供和国际国内用户连接的接口C)负责对Inmarsat通信网的营运和管理D)负责对本洋区通信网的控制和管理答案:D解析:5.[单选题]双速液压马达轻载时使用重载挡，下列现象中：Ⅰ.转速不提高、Ⅱ.工作油压较高、Ⅲ.工作油压较低、Ⅳ.噪声增大，会出现的是()。
A)Ⅰ 、 ⅡB)Ⅰ 、 ⅢC)Ⅰ、Ⅱ、ⅣD)Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ6.[单选题]91.关小离心泵的排出阀后，泵本身的工作扬程________，管路中的有效扬程将________。
A)增加/降低B)降低/降低C)不变/降低D)降低/增加答案:A解析:7.[单选题]在下列制冷剂中:Ⅰ.R12、Ⅱ.R22、Ⅲ.R134a、Ⅳ.R717,卤素检漏灯不适用的___.A)ⅢB)ⅣC)Ⅲ、ⅣD)全适用答案:C解析:8.[单选题]收到NAVTEX报文的技术编码为AD00,这表示。
A)航行警告,必须打印B)气象预报,编号为00,不重复打印C)搜救信息,必须打印D)搜救通信,编号为00,不重复打印答案:C解析:9.[单选题]锅炉水含盐量超过临界值的主要危害是A)金属发生苛性脆化B)结垢量显著增加C)发生汽水共腾，蒸汽携带水剧增D)炉内腐蚀加剧答案:C解析:10.[单选题]空调装置取暖工况可用单温包直接作用式温度调节器感受_________温度，来调节加热蒸汽流量。
各种压缩机优缺点解析
各种压缩机优缺点解析「活塞式压缩机」当活塞式压缩机的曲轴旋转时，通过连杆的传动，活塞便做往复运动，由气缸内壁、气缸盖和活塞顶面所构成的工作容积则会发生周期性变化。
活塞式压缩机的活塞从气缸盖处开始运动时，气缸内的工作容积逐渐增大，这时气体即沿着进气管，推开进气阀而进入气缸，直到工作容积变到最大时为止，进气阀关闭；活塞式压缩机的活塞反向运动时，气缸内工作容积缩小，气体压力升高，当气缸内压力达到并略高于排气压力时，排气阀打开，气体排出气缸，直到活塞运动到极限位置为止，排气阀关闭。
当活塞式压缩机的活塞再次反向运动时，上述过程重复出现。
总之，活塞式压缩机的曲轴旋转一周，活塞往复一次，气缸内相继实现进气、压缩、排气的过程，即完成一个工作循环。
活塞压缩机的优点：(1)不论流量大小，都能得到所需要的压力，排气压力范围广，最高压力可达320MPa（工业应用），甚至700MPa （实验室中）；(2)单机能力为在500m3/min以下的任意流量；(3)在一般的压力范围内，对材料的要求低，多采用普通的钢铁材料，加工较容易，造价也较低廉；(4)热效率较高，一般大、中型机组绝热效率可达0.7~0.85左右；(5)气量调节时，适应性强，即排气范围较广，且不受压力高低影响，能适应较广阔的压力范围和制冷量要求；(6)气体的重度和特性对压缩机的工作性能影响不大，同一台压缩机可以用于不同的气体；(7)驱动机比较简单，大都采用电动机，一般不调速，可维修性强；(8)活塞压缩机技术上较为成熟，生产使用上积累了丰富的经验；活塞压缩机的缺点：(1)结构复杂笨重，易损件多，占地面积大，投资较高，维修工作量大，使用周期较短，但经过努力可以达到8000小时以上；(2)转速不高，机器体积大而重，单机排气量一般小于500m3/min；(3)机器运转中有振动；(4)排气不连续，气流有脉动，容易引起管道振动，严重时往往因气流脉动、共振而造成管网或机件的损坏；(5)流量调节采用补助容积或旁路阀，虽然简单、方便、可靠，但功率损失大，在部分载荷操作时效率降低；(6)用油润滑的压缩机，气体中带油需要脱除；(7)大型工厂采用多台压缩机组时，操作人员多或工作强度较大。
压缩机制冷量、容积效率、能效比
容积效率容积效率（volumetric efficiency）指的是在进气行程时气缸真实吸入的混和气体积除以汽缸容积。
这代表了引擎的吸气能力。
容积效率对于扭力有决定性的影响，容积效率越大，引擎扭力越佳。
影响容积效率的变因有很多，如引擎转速，汽缸头进气道的流量，气门截面积的大小，凸轮轴的设计，进气岐管的长度，燃料雾化的程度等等等。
现今采用喷射供油的四行程引擎，其容积效率皆已达到90%。
若进气岐管的长度经过校调，便可以在特定的转速域达到超过100%的容积效率。
在进气口处加装涡轮增压器（turbo charger），也可以增加容积效率。
某些汽车杂志常把容积效率定义为每升的排气量可以产生多少匹马力，这是错误的。
真正的容积效率单位如同其他的效率单位，是百分比，而非hp/L。
容积效率表示液压泵或液压马达抵抗泄露的能力，等于泵（马达）的实际流量与泵（马达）的理论流量之比。
它与工作压力、液压泵或马达腔中的摩擦副间隙大小、工作液体的粘度以及转速有关。
因液体的泄露、压缩等损失的能量称为容积损失。
活塞式压缩机的输气系数在一定意义上可以理解为容积效率。
压缩机输气系数是这样定义的：压缩机实际容积流量与理论容积流量之比。
输气系数（λ）可以用下式表示：λ=λVλpλtλl其中，λV——容积系数，与余隙容积有关；λp——压力系数，与吸气过程的压力损失有关；λt——温度系数，与压缩机气缸内温度有关；λl——气密系数，与压缩机的密封程度有关。
输气系数在一定意义上可以理解为容积效率。
能效比能效比是在额定工况和规定条件下，空调进行制冷运行时实际制冷量与实际输入功率之比。
这是一个综合性指标，反映了单位输入功率在空调运行过程中转换成的制冷量。
空调能效比越大，在制冷量相等时节省的电能就越多。
1基本定义在制冷和降噪之外，在日益追求环保和节能的今天，用电量的多少也是大家所关注的。
对于消费者来说，选择节能空调可将日后使用过程中的电费一点一滴的节省下来，无疑是精明的选择。
各型式压缩机比较
双螺杆制冷压缩机的特点：1、需喷油压缩（也可采用少量喷液）。
一旦失油时可能产生金属与金属的啮合摩擦，影响运行和转子寿命。
2、转子径向负荷及轴向推力大，尤其是轴向推力非常大，需体积和强度大的轴承或平衡活塞来抵消轴向力，轴承使用寿命受影响。
3、油不仅用于螺杆阴阳转子之间之冷却、密封，并作润滑及动力传递（25～60%的动力）。
运行时一般需持续起动油泵。
油耗量大，油路系统复杂。
4、一般轴承寿命为20,000-30，000小时，30,000小时即需大修。
5、主要部件仅为活塞式制冷压缩机的十分之一。
6、单级压缩比高。
低温工况时可以采取独有的经济器结构，节能性好，但成本相应有所提高。
7、压缩机效率比单螺杆略高。
8、单机头最大制冷量较单螺杆大。
9、对液击不敏感，可以湿行程运转。
单螺杆压缩机之主要特性及优点：1、使用寿命长，可靠性极高。
基于下列理由故有很长耐用寿命（一般25年以上）：(a)螺杆转子与星轮间的啮合压缩为金属与非金属。
转子材料为六齿钢制涂铝保护层，星轮为十一齿52层增强纤维复合强化材料。
可以实现柔性零间隙接触密封。
(b)零部件及易损件极少，主要运动部件仅为五件，一个转子，两个星轮，两个滑阀。
(c)由于转子径向和轴向受力完全平衡，故轴承径向和轴向推力极小，轴承可靠性极高，轴承设计寿命达100,000小时，为双螺杆的3～5倍。
(d)运转时采取喷液取代喷油，密封、润滑和冷却效果更好，啮合阻力低，具有经济有效之润滑。
无油润滑方式，不需要复杂的油路系统，只须少量冷冻机油，油路较双螺杆简明。
(e) 20,000小时后方需检查，30,000～40,000小时后方需较大保养。
星轮可以单独拆卸，维修简便。
(f)由于星轮处于一种柔性承载状态，可以调整它与主转子之间的间隙，所以液击不敏感，可以湿行程运转。
(g)半封闭单螺杆电机液体冷却，保持长期冷却状态，电机寿命长。
(h)由于转子受力平衡，轴封负荷极度小，寿命长，远高于双螺杆压缩机轴封寿命。
四大压缩机性能大PK
四大压缩机性能大PK文中就螺杆式压缩机、活塞式压缩机、滚动转子式压缩机、涡旋式压缩机的性能进行对比。
1.效率性涡旋式压缩机没有吸、排气阀，旋转涡旋盘上所有接触线转动半径小，摩擦速度低，损失小，效率高。
滚动转子式压缩机滑片与汽缸壁面之间的泄露、摩擦和磨损较大，限制了它的工作寿命和效率的提高。
活塞式压缩机由于活塞、活塞环、与汽缸壁面的摩擦及驱动润滑油泵的功率等损失，使得压缩机的机械效率一般在0.75-0.9之间。
螺杆式压缩机具有强制输气的特点，即输气量几乎不受压力的影响。
在较宽的工作范围内，仍可保持较高的效率。
螺杆式压缩机虽然具有单级压力比高的优点，但随着压力比的增加，泄露损失也急速增加，因此低温工况运转时效率显著降低。
2.平衡性、振动螺杆式压缩机没有往复质量惯性力，动力平衡性能好。
螺杆式压缩机属于旋转型的压缩机,它没有离心式或往复式的压缩运动方式。
而它的压缩排气的压力震动是非常低的，因为螺杆旋转时，回收压缩一周就发生6次，如压缩操作过程中放上一枚硬币也不会因震动跌落。
活塞式压缩机在运行时震动大。
涡旋式压缩机由于吸气、压缩、排气过程是同时连续进行的，压力上升较慢，因此转矩变化幅度小，震动小。
在任何频率下，涡旋式压缩机的震动和噪声都比活塞式压缩机和滚动转子式压缩机的低，这是因为涡旋式压缩机的压缩过程长，转矩变化非常平缓，且通过惯性力的二次平衡其动力平衡很好，所以震动和噪声水平较低。
3.输气系数涡旋压缩机吸气、压缩、排气连续单向进行，直接吸气，吸入气体有害过热小，且没有余隙容积中气体的膨胀过程，因而输气系数高。
滚动转子式压缩机没有吸气阀片，余隙容积小，输气系数高，而且吸气过程阻力很小(因吸气速度小,又无吸气阀),因而输气系数比同容量的活塞式压缩机高20%左右。
活塞式压缩机由于余隙容积、吸气和排气压力损失，气体与汽缸壁之间的热量交换以及泄露等因素的影响。
压缩机的实际输气量总是小于它的理论输气量。
螺杆式制冷压缩机，工况不同时，输气系数不同，大致为0.7～0.92，小输气量高压比时取下限，大输气量低压比时取上限。
各种压缩机比较
各种压缩机比较离心式、活塞式、螺杆式压缩机在制冷中的原理和优缺陷以及它们的应用范围离心式压缩机属速度型,活塞式、螺杆式压缩机属容积型离心式压缩机主要靠高速叶片将能量传递给管道中连续流动的制冷剂气体使之获得极大的速度,同时提高压力.具有制冷量大,单位功率机组的重量轻,体积小,占地少,没有气阀,活塞,活塞环等易损零件,可实现无油压缩,运转平稳可靠,设备基础轻,供气脉动性小维护费用低等优点.不足之处是效率较低,单机容量必须较大,变工况适应能力不强,而且噪声较活塞式大.螺杆式压缩机属容积型回旋式压缩机中的一种,由于不出现余隙容积中剩余气体的再膨胀过程,在转子,机壳之间具有很小的间隙,相互之间没有滑动摩擦所以内效率和机械效率都比较高.由于它无吸排气阀装置,易损件少维护管理方便,使用寿命长,目前已得到广泛应用而且必将获得进一步推广.不足之处是噪声较大,单机容量不宜太小.活塞式压缩机是传统型容积式压缩机,目前使用最为广泛.这种机型工艺比较成熟,有宽阔的工作压力范围,变工况适应性较强,热效应较螺杆式压缩机稍低,额定转速一般较低,输气有脉动,运转有一定的振动.且结构较复杂,易损件多,维修周期短.噪声相对于离心式压缩机和螺杆式压缩机要低,在中小型制冷中占主导地位.一般来说,离心式压缩机和螺杆式压缩机适用于大型制冷空调设备,活塞式压缩机常用于中小型制冷空调设备.螺杆机的特点与应用范围螺杆机的优点：1.可靠性高，零部件少，没有易损件，因而它运转可靠，寿命长，优耐特斯螺杆机达30年。
2.操作维护方便，自动化程度高，操作人员无需经过长时间专业培训，实现无人值守运转。
3.动力平衡性好，没有不平衡惯性力，机器可平稳地高速工作，实现无基础运转。
4.适应性强，具有强制输气的特点，容积流量几乎不受排气压力的影响，在宽广的工况范围内能保持较高的效率，在压缩机结构不做任何改动的情况下，适用于多种工况，所以易于定型批量生产。
5.多相混输，转子齿面间实际上留有间隙，因而能耐液体冲击，可压送含液体的气体，含粉尘气体，易聚合气体等。
压缩机制冷量容积效率能效比
压缩机制冷量容积效率能效比压缩机是一种重要的制冷设备，其冷却效果由三个关键参数决定，包括制冷量、容积效率和能效比。
下面将详细介绍这三个参数。
首先是制冷量。
制冷量是指压缩机单位时间内从制冷剂中吸收的热量，通常以单位时间内传热的能力来衡量。
制冷量的大小决定了压缩机的制冷效果，即能否达到所需的低温及冷却效果的强弱。
制冷量的计算方法是根据制冷循环中的制冷剂流量和制冷剂的焓变化来确定。
当制冷量较大时，压缩机的制冷效果较好。
其次是容积效率。
容积效率指的是压缩机在单位时间内压缩的气体体积与理论理想工作时所需的压缩气体体积之比。
容积效率是测量压缩机内部损失的一种指标，它衡量了压缩机在实际工作中的效能。
容积效率越高，表示压缩机在单位时间内所需的能量损失越小，其工作效率越高。
一般来说，容积效率高的压缩机在单位时间内能够压缩更多的气体，从而实现更高的制冷量。
最后是能效比。
能效比（COP）是指压缩机在单位制冷量下所提供的制冷功率与所消耗的电能之比。
能效比是衡量压缩机能源利用率的重要指标，也是制冷系统的关键参数之一、能效比越高，表示压缩机在提供相同的制冷量时所消耗的能量越少，效率越高。
较高的能效比将带来较低的能耗和运行成本。
能效比的计算方法是将制冷量除以所消耗的电能，通常以Joule/Watt（ J/W）或British thermal unit per hour (BTU/h)来表示。
在选购压缩机时，较高的能效比是用户的首选，因为它既能够提供需要的制冷效果，又能够降低能源的消耗。
综上所述，压缩机的制冷量、容积效率和能效比是评价其性能的重要指标，直接影响其冷却效果和能源消耗。
用户在选购压缩机时应该综合考虑这三个参数，并根据实际需要选择合适的压缩机。
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活塞式制冷压缩机电效率的比较
一、前言?
在各种类型制冷压缩机中，活塞式压缩机是问世最早、至今还广为应用的一种机型，这无疑是因为它具有一系列其他类型压缩机所不及的优点：
1、能适应较广阔的压力范围和制冷量要求；?
2、热效率较高，单位耗电量较少，特别是气阀的存在使偏离设计工况运行时更为明显；
3、对材料要求低，多用普通钢铁材料，加工比较容易，造价比较低廉；?
4、技术上较为成熟，生产使用上积累了丰富的经验；?
5、装置系统比较简单；
活塞式压缩机的上述优点使它在各种制冷空调装置，特别在中、小冷量范围内，成为制冷机中应用最广、生产批量最大的一种机型。
?而半封闭式压缩机既保持了开启式压缩机易于拆卸、修理的优点，同时又取消了轴封装置，改善了密封情况，机组更加结构紧凑，噪声低，当用吸入的低温工质冷却电动机时，有利于机器的小型轻量化。
目前采用R22用于中、低温的半封闭活塞式制冷压缩机广泛应用于冷库、冷藏运输、冷冻加工、陈列柜和厨房冰箱等场合。
但有关半封闭活塞式制冷压缩机的研究还比较少，尤其对电效率方面的研究和分析就更少，本文在这方面进行了一些工作。
二、压缩机特点?
SANYO半封闭活塞式制冷压缩机所用工质为R22，蒸发温度范围-40℃～-5℃，冷凝温度30℃～54.4℃，排气温度130℃以下，吸气温度18℃以下，采用空气冷却电机壳外壁。
SANYO半封闭压缩机体积效率高，冷却性能优异，无需喷液冷却仅靠风冷，噪音低，振动少，加工技术高，可靠性好。
BITZER半封闭活塞式制冷压缩机采用R22、R134a、R404a、R507为工质，可用于空调、中温和低温冷却，蒸发温度范围-50℃～15℃，采用风机附加冷却(低温时喷液冷却)。
BITZER半封闭活塞式制冷压缩机采用高质量材料和零件，结构可靠耐用，加大铁芯电机，制冷量大，制冷系数高，运行范围广。
三、电效率对比
电效率ηel是等熵理论功率Pts与电功率Pel之比，即：
ηel=Pts/Pel?它是用以评定电动机输入功率利用的完善程度。
对于封闭式制冷压缩机，其电动机转子直接装在压缩机的主轴上，所以其电效率为：
ηel=ηiηmηmo
式中：ηmo-电动机效率
ηm-机械效率
ηi-压缩机指示效率
本文根据已有的压缩机制冷量、输入功率、结构参数和测试工况，经过计算求出SANYO 和BITZER半封闭活塞式制冷压缩机在不同温度和不同冷量时电效率，并对二者进行对比。
图中t0为蒸发温度，tk为冷凝温度，对比的压缩机，SANYO有三种，型号分别为：C-L15M8H，C-L28M8G和C-L55M8E；而BITZER也有三种，型号分别为2HC-1.2，2EL-2.2和2N-5.2，二者对应压缩机冷量比较接近。
如图1至图4为SANYO和BITZER半封闭压缩机在不同冷量时，同一厂家，电效率随蒸发温度的变化关系。
由图可知，同一生产厂家，同一压缩机在不同冷凝温度时，电效率随蒸发温度变化并不相同；而同一生产厂家，在相同冷凝温度下，不同冷量压缩机，电效率随蒸发温度变化相差较大。
从图1至图4可知，绝大多数压缩机，在t0≥-20℃以后，电效率随蒸发温度变化较小，即基本趋向稳定值；而在t0＜-20℃时，随蒸发温度下降，电效率下降，但各压缩机变化大小不同。
从实验数据看，并非压缩机制冷量大，其电效率就高；而冷凝温度变化，似乎对电效率影响不大。
图5至图8为SANYO和BITZER半封闭压缩机在不同冷凝温度时电效率随压力比变化关系。
由图可知，各曲线变化较大，SANYO压缩机随压力比减小，电效率增加，而ITZER 压缩机压比小于8时，随压比减小，电效率增加，而大于8时，电效率变化很小。
图9至图14为SANYO和BITZER半封闭压缩机在不同冷量时不同厂家，电效率随蒸发温度变化时的对比。
由图可知，从整体看，BITZER压缩机比SANYO压缩机的电效率值大，尤其低温下，差值更大，即SANYO压缩机随蒸发温度，在低温下电效率值变化较大，而BITZER压缩机随蒸发温度，电效率值变化平坦。
为了考核电效率ηel随压力比变化线性关系，本文还取lgηel值，看取对数后的压比与lgηel之间的相关系数(相关系数r是判断被测函数是否线性相关的参数，
r=lxy√lxxlyy其中
0≤r≤1，r为0表示x、y无线性相关的关系，r越接近1则X、Y之间的线性关系越好)，从计算可知各拟合直线的线性相关系数(见图15和图16)，显然，采用直线最小二乘拟合时误差较大。
四、结论
目前中温和低温下使用R22的半封闭压缩机容量范围已很广，应用范围已十分广泛，使用也越来越多。
本文对目前比较常用的SANYO和BITZER半封闭活塞式制冷压缩机在不同温度和不同冷量下的特点和电效率进行了分析和对比，为采用R22用于中温和低温的半封闭活塞式制冷压缩机的设计、校核和计算提供了依据。
由对比可知，不同压缩机的电效率相差较大，BITZER压缩机的电效率比SANYO压缩机电效率稍高。
另外，电效率随压比变化的线性相关系数较低。