制冷压缩机讲义第二章

Δ第二章，活塞式制冷压缩机的工作原理和基本热力计算熟悉活塞式制冷压缩机的工作过程，掌握理论工作过程和实际工作过程的差异，能正确分析影响活塞式制冷压缩机输气量和输气系数的各种因素，掌握输气系数、制冷量、功率和效率的计算方法。

能正确运用性能曲线图。

第一节，单级活塞式制冷压缩机的工作原理和理想工作过程，分析工作原理就是要研究压缩机的工作过程，一般要通过它的工作循环来说明。

压缩机工作循环：是指活塞在汽缸内往复运动一次，缸内汽体经过一系列状态变化重现原始状态所经过的全部过程。

为了便于分析实际工作过程，我们设想存在没有余隙容积损失和能量损失的理想工作过程，将它作为实际工作过程的比较标准。

（便于简化分析）一、活塞式制冷压缩机理论工作过程的理想条件。

1、压缩机没有余隙容积，理论输气量与汽缸容积相等。

2、吸气和排气过程没有压力损失，（吸气压力等于蒸发压力，排气压力等于冷凝压力）3、吸气与排气过程中无热量传递，即汽体与汽缸壁无热交换，绝热压缩。

4、无漏气损失。

高低压汽体不发生串漏。

5、无摩擦损失。

运动机件在工作中没有摩擦，不消耗摩擦功。

（电机功率消耗全部转化为压缩功。

）二、压缩机理论工作过程的组成。

压缩机的理论工作过程由吸气过程、压缩过程、排气过程组成。

1、吸气过程。

活塞从外止点向右运动时缸内容积增大，压力降低，吸气管中压力为P1的汽体顶开吸气阀进入汽缸内，直到活塞一向内止点，吸气完毕。

吸气过程结束。

吸气过程体积增大，压力不变，过程线为0——1.2、压缩过程，当活塞从内止点向左移动时，吸气阀关闭，缸内容积缩小，汽体压力逐渐升高，当压力身高到排气管压力P2时，排气阀会打开，此时压缩过程结束，如图1——2点，特点：体积缩小压力升高。

3、排气过程。

当汽缸内压力升高到P2时，汽体顶开排气阀片进入排气管，活塞继续向左移动，缸内体积缩小，压力不变。

直到活塞移到外止点。

此时缸内汽体排尽，排气过程结束。

过程线2——3，特点：体积缩小，压力不变。

上述三个过程共同组成一个循环，称为压缩机的理想工作循环。

在上述三个过程中，只有压缩过程存在汽体状态变化，（压力、比容、温度变化），是热力过程，其它过程是一般的汽体流动过程。

三、压缩机的理论排气量。

一个汽缸工作容积：Vp=(π/4)D²S (m³)设压缩机的汽缸数为i,转速为n.则压缩机理论排气量Vh=60*i*n*Vp=47.12insD²米³/时理论排气量可用来表示压缩机排气量的大小。

四、压缩机理想工作过程的耗功。

理论压缩循环示功图理论循环耗功：压缩机在理想工作过程中曲轴每旋转一周（一个工作循环），活塞对汽体所做的功：吸气过程：汽体对活塞做功为负值：P1V1,相当于面积：0-0’-1’-1-0.值：P1V1,单位：Kg/m²*m³=Kgm.压缩过程：活塞对汽体做功，正值，相当于面积：1’-1-2-2’-1’。

排气过程：活塞对汽体做功为正值，P2V2。

相当于面积：2-3-0’-2’-2.理论循环功耗Wth等于三部分面积之和，相当于两个正面积加上一个负面积，其值为面积：0-1-2-3-0.热工计算中单位绝热理论功Wth等于状态变化前后焓值的增量，即：Wth=h2-h1 千焦/公斤。

焓：气体内能u与该气体流动功PV之和。

h=u+pv kj/kg.复习思考题：1、什么叫压缩机的工作循环？2、活塞式压缩机理论工作过程的理想条件是什么？3、理论工作过程由哪几个部分组成？4、8AS125压缩机，活塞行程为10CM，转速为960转/分。

试计算起理论排气量。

（2课时）第二节，活塞式制冷压缩机的实际工作过程与输气系数。

一、实际工作过程与理想工作过程的差别。

理想工作过程是在假设条件下完成的，实际上这些假设条件无法成立，实际工作过程存在余隙容积，存在压力损失，存在热交换，存在泄漏，要消耗摩擦功。

二、实际工作过程。

实际工作过程由四部分组成。

1、压缩过程，活塞从下止点开始向上运动，压缩过程开始，此时吸气温度低于汽缸壁温度，从汽缸壁吸热膨胀，活塞向上运动，汽缸内体积缩小，压力升高，汽体温度也升高，当压力升高到一定程度，缸内汽体温度等于汽缸壁温度，压力继续上升，汽体温度将高于汽缸壁温度，此时缸内汽体向汽缸壁放热，当活塞压缩到一定程度时，缸内汽体压力高于排气腔压力，压差足以克服排气阀片重力和阀片弹簧力顶开排气阀片时，排气阀片被顶开，此时压缩过程结束，排气过程开始。

注意：压缩过程结束时汽缸内压力高于排气腔压力，它使压缩机内压力比高于外压力比。

2、排气过程：排气阀片打开，排气过程开始，活塞运动到外止点，排气过程结束，排气阀片关闭。

排气过程压力有波动，先高后低。

3、膨胀过程：排气终了，汽缸余隙内还有没有排完的高压汽体。

活塞从上止点向下运动时，由于汽缸内压力高于吸气腔压力，吸气阀片不开。

随着活塞向下运动，缸内汽体体积扩大，压力下降，当缸内汽体压力低于吸气腔压力，压差能克服吸气阀片重力和阀片弹簧力顶开吸气阀片时，膨胀过程结束，吸气过程开始。

注意：膨胀过程所占的容积是浪费的工作容积。

使汽缸实际工作容积小于理论工作容积。

使压缩机实际排气量减小。

4、吸气过程：缸内压力低于吸气腔压力，吸气阀片打开，吸气过程开始，吸气腔内低压汽体开始进入汽缸，由于吸入汽体温度低于汽缸壁温度，吸入的汽体将吸热膨胀。

当活塞运动到下止点时，吸气过程结束，吸气阀片关闭。

注意：吸气膨胀使实际吸气量低于理论吸气量，使压缩机排气量减少。

吸气压差的存在，使进入汽缸内的汽体密度低于吸气腔汽体密度，使压缩机质量排气量减少，制冷量减少。

由于实际工作过程与理想工作过程相比存在余隙容积，存在压力损失，存在汽体与汽缸壁热交换，存在泄漏，存在摩擦功，使实际工作过程比理想工作过程输气量减少，耗功量增大。

三、输气系数及其影响因素。

1、输气系数的定义。

定义：输气系数：指压缩机的实际排气量Vs与理论排气量Vh的比值。

称为压缩机的输气系数λ。

即λ=Vs/Vh.因为实际排气量总是小于理论排气量，所以λ值总是小于1. λ值越小，压缩机排气效率越低。

实际排气量低于理论排气量是各种原因造成的，包括余隙容积、吸排气压力损失、汽体与汽缸壁之间的热交换、泄漏等。

所以输气系数是个综合系数，可以写成是容积系数λv、压力系数λp、温度系数λt和泄漏系数λl的乘积的形式，即λ=λv*λp*λt*λl2、影响输气系数的因素。

（1）、余隙容积的影响——容积系数λv。

余隙容积存在，活塞从上止点向下运动时，不是马上吸气，而是余隙容积内汽体膨胀，膨胀所占的空间使实际吸气所占的空间减少。

使压缩机吸气量和排气量减少。

（2）吸气、排气压力损失的影响——压力系数λp。

由于吸气压力损失存在，使吸气过程缸内压力低于吸气腔压力，相应的比重低于吸气管内的比重，质量循环量下降。

由于排气压力损失的存在，排气压力高于排气管压力，使压缩比增加，导致排气量减少，（当压力比大于23.4时，排气压力为0）（3）、汽体与汽缸壁热交换的影响——温度系数λt。

膨胀过程汽体先对汽缸壁放热，后从汽缸壁吸热，吸气过程汽体从汽缸壁吸热，压缩过程汽体先从汽缸壁吸热，后向汽缸壁放热，排气过程汽体向汽缸壁放热。

吸气过程汽体进汽缸内吸热膨胀后使实际吸气量减少。

（4）、压缩机的泄漏影响——泄漏系数λl。

压缩机排气阀片关闭滞后及排气阀片泄漏活塞环泄漏等都导致高压汽体返回低压区，使压缩机实际排气量减少。

四、输气系数求法。

简单的求法是查图表，如下图。

（2课时）五、实际输气量1、实际容积输气量Vs=λ*Vh.式中：λ为输气系数，查表求得。

Vh.理论输气量，计算求得。

2、实际质量输气量Gs的计算：Gs=Vs/v1=λ* Vh/v1.式中输气系数λ和吸气状态比容v1可以从图表查出，理论输气量Vh可以计算求出。

本节复习思考题：1、压缩机实际工作过程由哪几个部分组成？2、实际工作过程与理想工作过程有什么区别？3、什么是压缩机输气系数？试分析其影响因素。

4、实际容积输气量和质量输气量怎么计算？第三节，制冷量、功率和效率。

一、压缩机的制冷量压缩机的排气量不能反映其使用价值，压缩机是用来制冷的，只有制冷量才能反映它的工作能力，制冷量的定义：压缩机的制冷量，就是压缩机在一定的运行工况下，在单位时间内被它抽吸和压缩输送的制冷工质在蒸发制冷过程中从低温热源（被冷却物质）中所吸取的热量。

（压缩机本身不能制冷，它能输送制冷工质，制冷工质循环才能制冷）制冷量的求法：1、实测，生产厂将实测结果标在产品曲线图上。

2、计算。

在给定工况下制冷量Q0的计算公式：Q0=(Gs*q0)/3600=(λ*Vh*qv)/3600 (千瓦)式中：Gs为压缩机实际质量排气量，公斤/时。

q0为制冷工质在给定工况下的单位质量制冷量，千焦/公斤。

λ为输气系数。

Vh为理论容积制冷量。

立方米/小时qv为制冷工质在给定工况下的单位容积制冷量，千焦/立方米3600指每小时3600秒。

换算为工程单位，q0单位为千卡/公斤。

Qv单位为Kj/M³Q0=Gs* q0=λ*Vh*qv. （Kcal/h）换算关系：1千瓦=860千卡/时。

1KW=860Kcal/hq0=h1-h4蒸发过程结束和开始时工质焓值之差。

通过压焓图查出。

二、压缩机的功率和指示效率1、指示功率和指示效率。

指示功率定义：单位时间内压缩机直接用于压缩制冷工质汽体所消耗的功率，用Ni表示。

指示效率定义：指压缩机对汽缸中的汽体做绝热压缩所需的功率（Nth）与实际压缩所消耗的功率（Ni）的比值。

用ηi表示：ηi=Nth/Ni.Nth，理论功率。

Ni.实际功率。

第四节，活塞式制冷压缩机的性能曲线及工况。

一、活塞式制冷压缩机的性能曲线。

一台压缩机，当其转速不变时，其理论排气量不变，但由于工作温度的变化，其单位质量制冷量q0,指示功Wi，质量循环量Gs也要发生变化，因此，压缩机的制冷量及轴功率等性能指标也要发生变化，制冷压缩机的性能曲线是说明某种型号压缩机的制冷量和轴功率等随工况而变化的曲线。

曲线分析：当蒸发温度一定时，随冷凝温度上升，制冷量减少，而轴功率增大。

当冷凝温度一定时，随蒸发温度的下降，制冷量减少。

二、制冷压缩机的工况。

由于压缩机制冷量、轴功率等与其工作温度有关。

所以我们称呼和比较压缩机的制冷量和轴功率必须知道相应工况条件，只有工况相同，才能比较其制冷量大小。

作为压缩机设计依据的工况条件，是根据压缩机的用途和工作地点的气候条件等，从实践中总结出来的，我国对中小型活塞式制冷压缩机（单级）规定了“标准工况”和“空调工况”作为它的性能比较标准。

同一台压缩机不同工况有不同的制冷量和轴功率。

三、单级活塞式制冷压缩机的限定工作条件。

从安全性和经济性角度考虑，必须限定工作条件，第五节，活塞式制冷压缩机的排气温度。