单螺杆压缩机内容积比优化对部分负荷性能提升的研究
螺杆压缩机原理及故障分析
3）、Compair/Demag康普艾/德马格（以下简称Compair）
Compair是一家英国公司，主要以生产滑片式空压机（≤50 HP）而闻名 于业内。目前，并无资料显示其赢利来源。近年来，Compair 陆续并购了德 国Demag的螺杆式空压机部门和美国的Leroi空压机公司而成为全球性空压机 公司。 Compair在1993年设立了上海工厂，但目前其在中国国内的全国性销售 网络尚未建立，故并未具有很大影响。 Compair 的优势在于：a、滑片机的便宜；b、 Demag的螺杆机亦有价格 上的优势； c、产品品种的齐全；d、在中国国内设立有工厂。 Compare的劣势在于：①、产品品质一般；②、营销网络的不健全；③ 、知名度不够。
11
1.4螺杆压缩机应用行业
螺杆式空压机在现在的工矿行业中得到了广 泛的应用，主要分别在机械、冶金、发电、汽车 、造船、纺织、化工、石化、电子、造纸、食品 、等行业中得到的广泛的应用。
1.5主要厂家
1）、Atlas Copco阿特拉斯、柯普科（以下简称AC） AC是一个跨国集团，总部在瑞典，空压机生产企业只是其下属一个集团。 由 于多年的不断收购，AC几乎能生产各种形式的空压机，颇负盛名。估计其在全 球的占有率最高。 AC主要生产有油螺杆空压机，在全球有多个工厂，在中国无锡亦设有工厂。 AC在中国国内主要依靠其分公司销售，AC在北京、上海、广州等重要城市均设 有分公司。 AC最 大优势在于知名度，对于重要项目能采取灵活价格。 AC的劣势在于服务品质较差，服务费用高，同时对于小项目的关注不多。 AC目前是国内最赢利的无油螺杆空压机。
31
泄漏三角形
形成： 高压基元容积内气体向较低压力 基元容积泄漏，其泄漏面形状接近空 间曲边三角形，称为泄漏三角形，又 称轴向泄漏。
开利螺杆压缩机使用指南
开利螺杆压缩机制冷压缩机的构造1.开利螺杆制冷压缩机的工作过程开利螺杆制冷压缩机工作过程由吸气、压缩、排气三个过程组成。
转子的具体工作过程件图十一。
单级开利螺杆制冷压缩机内装有一对转子，主动转子为4个齿，从动转子为6个齿。
两个转子装入机体中，由主动转子带动从动转子相互啮合而转动图十一A未涂阴影部分表明机体上开设的吸气口和排气口位子，可以看到吸气到排气成对角线方向。
当转子转动时，一对相互啮合的槽相通，途中B、C、D表明进入吸气状态，并且可以看到D为吸气完了，齿槽进入封闭状态。
当转子继续转动时，如图中E、F所示，一对想啮互合的齿槽容积逐渐减少，使压力升高，形成了压缩过程。
如图G所示，当压缩的齿槽与排出口相通时，压缩机开始进图排挤状态，直到排气完了为止。
这样王府循环，开利螺杆制冷压缩机完成了吸气、压缩、排气的工作过程。
2.开利螺杆制冷压缩机的主要零部件开利螺杆制冷压缩机由集体、转子、滑阀、轴封和联轴器五个部分组成。
见图二十二。
1）.机体：由吸气端盖、吸气端座、机体排气端座和排气端盖所组成，这些零件均有HT200铸铁铸成。
与主动和从动转子配合的机体内孔加工形成8字形。
排气端座上直接加工出轴向排气孔口，孔口大小满足设计机器容积比的要求，吸、排气端座平面与机体平面间的密封是采用密封胶成O形圈来达到的。
2）转子：有主动的转子（阳转子）和从动转子（阴转子）之分。
它们都是由QT600—3球墨铁铸铁铸成，由专用铣床加工而成。
主动转子直接与电动机相连，转速为2960转/分，从动转子在主动转子推动下转动，其转速为1937转/分。
结构见图十二。
3.能量调节机构滑阀，结构见图十三滑阀由HT200铸铁铸成，其上面凹圆柱面按工艺要求经行加工。
压缩机的径向排气口设在滑阀上，根据使用工况不同（即内容积比不同）分别设置机组滑阀，其上所开径向排气开口与各工况下的容积相对应（即与各工况相对应），用户可根据使用工况选用其中一组滑阀装入机器上即可。
冰轮螺杆制冷压缩机
-4 -5 -6 -7 -8 -9 -10 -11 -12 -13 -14 -15 -16 -17 -18 -19 -20
Õ ÷¤ö ¿ µ ¹ ¿ Ó Ü ¦ ¡ 4.5 ê ¼ ¤ö ±×¹ ¿ Ó º ¦ £ 4.5~6.5
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双级配打中间冷却器的选用
中间冷却器面积=kW制冷量X0.0155 中间冷却器面积=万kcal/h制冷量 X0.18 向上圆整
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二、螺杆制冷压缩机组
水冷油冷螺杆制冷压缩机组 工质冷却油冷螺杆制冷压缩机组 不带经济器螺杆制冷压缩机组 自带经济器螺杆制冷压缩机组 二次进气螺杆制冷压缩机组 双级压缩低压级螺杆压缩机组
按压缩机运行工况确定压缩机制冷量 根据用户的总冷量确定压缩机组的台量 确定压缩机组的类型： (Pd+1)/(P0+1)≤4.5（4） 空调工况 4.5（4）＜(Pd+1)/(P0+1)≤6.5（6）标准工 况 (Pd+1)/(P0+1) ＞6.5 （6） 低温工况
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单级螺杆压缩机工况的确定
•干燥气体在压缩机排气所造成的虹吸作用的推动下而进 入蒸发式冷凝器。
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工质冷却壳管式油冷却器 适用范围
适用于水资源缺乏及水质较差的地区。 适用于采用蒸发冷冷凝器系统，可使机 房节省水路布置。 改变了水冷却油冷容易使螺杆式制冷压 缩机的油冷却器结垢，缩短了压缩机的 使用寿命的缺陷， 同时可采用高效换热管，大大降低了容 器体积
285 LG25BS
LG25BM LG25BL
《过程流体机械第二版》思考题答案_完整版
《过程流体机械》思考题参考解答2 容积式压缩机☆思考题2.1 往复压缩机的理论循环与实际循环的差异是什么？☆思考题2.2 写出容积系数λV 的表达式，并解释各字母的意义。
容积系数λV （最重要系数）λV ＝1－α（n1ε－1）＝1－⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫⎝⎛110ns d S p p V V （2-12）式中：α ——相对余隙容积，α ＝V 0（余隙容积）/ V s （行程容积）；α ＝0.07～0.12（低压），0.09～0.14（中压），0.11～0.16（高压），＞0.2(超高压)。
ε ——名义压力比（进排气管口可测点参数），ε ＝p d / p s ＝p 2 / p 1 ，一般单级ε ＝3～4；n ——膨胀过程指数，一般n ≤m （压缩过程指数）。
☆思考题2.3 比较飞溅润滑与压力润滑的优缺点。
飞溅润滑（曲轴或油环甩油飞溅至缸壁和润滑表面），结构简单，耗油量不稳定，供油量难控制，用于小型单作用压缩机；压力润滑（注油器注油润滑气缸，油泵强制输送润滑运动部件），结构复杂（增加油泵、动力、冷却、过滤、控制和显示报警等整套供油系统油站），可控制气缸注油量和注油点以及运动部件压力润滑油压力和润滑油量，适用大中型固定式动力或工艺压缩机，注意润滑油压和润滑油量的设定和设计计算。
☆思考题2.4 多级压缩的好处是什么？多级压缩优点：①.节省功耗（有冷却压缩机的多级压缩过程接近等温过程）；②.降低排气温度（单级压力比小）；③.增加容积流量（排气量，吸气量）（单级压力比ε降低，一级容积系数λV 提高）；④.降低活塞力（单级活塞面积减少，活塞表面压力降低）。
缺点：需要冷却设备（否则无法省功）、结构复杂（增加气缸和传动部件以及级间连接管道等）。
☆思考题2.5 分析活塞环的密封原理。
活塞环原理：阻塞和节流作用，密封面为活塞环外环面和侧端面（内环面受压预紧）；关键技术：材料（耐磨、强度）、环数量（密封要求）、形状（尺寸、切口）、加工质量等。
单螺杆挤出机螺旋沟槽固体段压力的实验研究
第 ４ 第 ４期 Ｏ卷
２１ ０ １年 ４月
当Hale Waihona Puke 代 化 工
Ｃ ｎ ｅ ｐ ｒ ｒ ｈ ｍ ｃ ｌＩ ｄ ｓ ｒ ｏ ｔ ｍ ｏ ａ ｙＣ ｅ ｉ ａ ｎ ｕｔ ｙ
Ｖ １４ ． Ｎ ． ｏ．Ｏ ０４ Ａ ｒ ｌ ２ １１ ｐ ｉ， ０
单螺杆 挤 出机螺旋沟槽 固体 段压 力的实验研究
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｅｘ ｅ ｍｅ ｔ ｌ ｅ ｅ ｒｈ ｏ ｅ ｐ ｅ ｓ ｒ ｆｓ ｌ ｏ ｖ ｙ ｎ ｅ ｔｏ ｎ ｈ ｌ ａ ｌ ｒ ｏ ｅ ｅ ｄ ｓｎ ｌ －ｃ ｅ ｓｒ ｃ ： ｐｒ ｉ ｎ ａ ｓ ａ ｃ ｎ ｔ ｒ ｓｕ ｅ ｏ ｏ ｉ ｃ ｎ ｅ ｉｇ ｓ ｃｉ ｎ ｉ ｅ ｉ ｌ ｇ ｏ ｖ ｄ ｆｅ ｉ ｇ ｅ ｓ ｒ ｗ ｒ ｈ ｄ ｃ ｙ
ｅ ｔｕ ｅ ｓｃｒｉｄ ｏ ｔｂ ｈ ｅｆｄ ｓ ｎ ｄ ｐ ｅ ｓ ｅｔｓｅ．Ｅ ｅ ｔ ｆｓｒｗ ｐ ｅ ， ｉ ｔｕ ｔｒｌｐ ｒｍ ｅｅｓｏ ｘｒｄ ｒｗａ ａｒｅ ｕ ｙ ｔ ｅｓｌ－ ｅｉ ｅ ｒｓｕ ｅｔｒ ｆ ｃｓｏ ｃｅ ｓ ｅ ｄ ｍａｎ ｓ ｃｕ ａ ａａ ｔｒ ｆ ｇ ｒ ｒ
苗立荣 ，潘 龙 ，薛 平 ，贾明印
‘ （ 北京 化工 大学 机 电工程 学 院 ，北 京 １０ ２ ００ ９）
摘
单螺杆泵设计及特性试验研究_沙毅
近二十年来 , 国内外学者对螺杆泵进行了大 量研究 , 也取得了一些进展[ 1-6] 。 但目前单螺杆泵 的设计还停留在经验系数在一定范围内自由选取 的阶段 。 针对这种情况 , 本文在总结和分析我国 一些优秀螺杆泵水力模型基础上 , 拟合出经验系 数 κ1 、κ2 和泵容积效率 ηV 的计算公式 , 提出一套 完整的单螺杆泵设计方法 。
Key words:screw pum p ;desig n ;pe rf o rm ance ;t est ;numerical calculatio n
0 引言
单螺杆泵是一种内啮合的密封式转子型容积 泵 , 特别适合于输送含固体颗粒杂质和高黏度介 质的液体 , 广 泛应用于污水处理 、石油 、化 工 、食 品 、制药 、造纸和其他工业 。笔者开发的潜水式螺 杆泵主要用于农村和草原 , 在口径受到限制的深 水井中抽水具有独特的效果 。
螺杆与衬套啮合后 , 在长度等于导程 T 的每
一段啮合副上形成的啮合线承受压差 , 即为单级
压力 pi 或单级扬程 H 。常用橡胶衬套泵的 pi 为 0.4 ～ 0.6MP a 。潜水式螺杆泵的衬套一般选用天 然橡胶(N R)或丁腈橡胶(NBR), 选定额定扬程 为 H = 50m 。单螺杆泵的理论流量 -理论扬程 (qVT —H T )曲线是一条直线 , 流量不随扬程变化 而变化 , 即 qVT 为常数 。但实际上随 着压力的增 大 , 通过螺杆 — 衬套副的漏损是增大的 , 所以单
基于多元非线性回归的单螺杆膨胀机性能分析
基于多元非线性回归的单螺杆膨胀机性能分析
张立栋;王伟;吴玉庭
【期刊名称】《应用物理》
【年(卷),期】2022(12)10
【摘要】单螺杆膨胀机作为有机朗肯循环系统的动力输出设备,其性能起着至关重要的作用。
通过之前的研究发现,传统的物理学工具解决膨胀机内效率和膨胀比的变化规律这一问题较为困难,因此需要借助数学工具进行简化问题。
而回归分析方法是一种基于数据之间建立定量化关系的统计数据分析工具,适用于解决该问题。
本文利用SPSS软件,选择内容积比、膨胀机转速、进气压力以及容积效率为特征参数,通过调研大量的单螺杆膨胀机实验文献作为样本空间,对螺杆直径为117 mm 的单螺杆膨胀机进行了多元非线性回归分析,得到了膨胀机内效率和膨胀比随特征参数变化的回归模型,并对这一模型进行合理性验证。
验证结果表明,该模型计算准确度较高,误差较小,能够较好的反应单螺杆膨胀机内效率和膨胀比的变化规律。
【总页数】9页(P552-560)
【作者】张立栋;王伟;吴玉庭
【作者单位】北京工业大学环境与生命学部
【正文语种】中文
【中图分类】TQ3
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背压对单螺杆膨胀机内泄漏影响的数值分析与实验研究
背压对单螺杆膨胀机内泄漏影响的数值分析与实验研究1摘要：泄漏损失是影响单螺杆膨胀机性能的不可逆损失之一。
本文通过建立单螺杆膨胀机热力学工作过程和泄漏过程的数学模型，并结合实验研究，分析背压对单螺杆膨胀机内泄漏特性的影响。
结果表明：随着背压的增加，容积效率先增大后减小，当内外特性匹配时，容积效率达到最大值；考虑背压影响比未考虑背压影响的模拟结果更接近实验结果，平均欠膨胀度为0.107atm，容积效率平均下降14.76%；平均过膨胀度为0.113atm，容积效率平均下降9.05%。
关键词：单螺杆膨胀机；泄漏特性；数值模拟；实验研究；背压0前言随着我国经济持续快速发展，能源需求大幅度增加，能源环境问题日益严峻。
为了我国社会经济可持续发展，需大力发展各种节能、可再生能源技术。
在各种节能技术中，工业余能的回收利用是重要的技术领域。
其中，有机朗肯循环的低温工业余热回收发电技术的研究开发得到了广泛地重视。
单螺杆膨胀机作为一种新型的容积式膨胀机，采用单螺杆膨胀机的有机朗肯循环系统有望在低温热能发电领域获得应用，为节能环保贡献力量。
目前，王伟等[1]对单螺杆膨胀机进行了性能测试，得到膨胀机效率约为70%。
LU 等[2]对以压缩空气为工质的单螺杆膨胀机进行测试，其绝热效率达到65%以上。
ZIVIANI 等[3]对单螺杆膨胀机进行了理论分析计算和实验研究，测得转速在3000rpm时，绝热效率最大达到67%。
DESIDERI等[4]以Solkatherm为工质，对基于有机朗肯循环的单螺杆膨胀机进行了性能测试，测得膨胀机最大等熵效率为64.78％。
张业强等[5]以R123为工质，对基于有机朗肯循环的单螺杆膨胀机进行了性能测试，测得最大总效率和容积效率分别为46.8%和80%，且最大总效率随着背压的增加而降低。
然而，已经开展的单螺杆膨胀机的相关性能研究，一方面，绝大多数从系统设计方面对单螺杆膨胀机的应用进行优化，无法获知膨胀机内部工作过程，不能直接反映泄漏对膨胀机性能的影响；另一方面，由于膨胀机内部特性与系统的外部特性不匹配导致排气压力与背压腔的压力并不一定相等，进而使得内膨胀比和外膨胀比不相等，会产生附加的能量损失，以往的研究几乎没有分析背压对单螺杆膨胀机泄漏特性的影响。
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第１９卷第３期２ ０ １ ９年３月ＲＥＦＲＩＧＥＲＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＡＩＲ－ＣＯＮＤＩＴＩＯＮＩＮＧ ６１－６４收稿日期：２０１９－０１－２８作者简介：陈清，高级工程师，学士，研究方向：单螺杆制冷压缩机、离心式制冷制冷压缩机。
单螺杆压缩机内容积比优化对部分负荷性能提升的研究陈清 沈鹏飞 范士则（麦克维尔空调制冷（苏州）有限公司）摘 要 螺杆式冷水机组全年大部分时间运行在部分负荷，提升部分负荷运行时压缩机的能效比，可有效降低机组全年运行能耗。
现有的定频单螺杆式制冷压缩机，内容积比通常以１００％负荷的运行工况设计。
而部分负荷运行时，由于环境温度降低，机组冷凝温度低于１００％负荷工况，压缩机排气压力与吸气压力比值下降。
此时压缩机内容积比与压比不匹配，存在过压缩损失。
针对部分负荷工况优化压缩机内容积比设计，可有效提高压缩机综合部分负荷能效比（ＩＰＬＶ），实现机组运行全年节能减排。
关键词 部分负荷；定频单螺杆制冷压缩机；内容积比优化；提高部分负荷能效比Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ＶＲ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｓｉｎｇｌｅ ｓｃｒｅｗ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｐａｒｔ ｌｏａｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＣｈｅｎ Ｑｉｎｇ Ｓｈｅｎ Ｐｅｎｇｆｅｉ Ｆａｎ Ｓｈｉｚｅ（ＭｃＱｕａｙ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ＆Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ（Ｓｕｚｈｏｕ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ．）ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｔｈｅ ｓｃｒｅｗ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｃｈｉｌｌｅｒ ｗｏｒｋｓ ｏｎ ｐａｒｔ ｌｏａｄ ａｔ ｍｏｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｔｉｍｅ ｉｎ ｔｈｅｆｕｌｌ ｙｅａｒ．Ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｐａｒｔ ｌｏａｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｃａｎ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｃｏｓｔ ｅｆｆｅｃ－ｔｉｖｅｌｙ．Ｎｏｒｍａｌｌｙ，ｔｈｅ Ｎｏｎ－ＶＦＤ ｓｉｎｇｌｅ ｓｃｒｅｗ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｉｎｄｅｘ ｖｏｌｕｍｅ ｒａｔｉｏ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｈｅ ｆｕｌｌ ｌｏａｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｂｕｔ ｗｈｅｎ ａｔ ｐａｒｔ ｌｏａｄ，ｔｈｅ ｃｈｉｌｌｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒａｔｉｏ ｗｉｌｌ ｇｏｄｏｗｎ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｒｏｐ．Ｔｈｕｓ ｔｈｅｒｅ ｗｏｕｌｄ ｂｅ ｏｖｅｒ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｌｏｓｓｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｍｉｓｍａｔｃｈ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｉｎｄｅｘ ｖｏｌｕｍｅ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒａｔｉｏ．Ｏｐｔｉ－ｍｉｚｅ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｉｎｄｅｘ ｖｏｌｕｍｅ ｒａｔｉｏ，ｃｏｕｌｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｐａｒｔ ｌｏａｄ ｖａｌｕｅ（ＩＰＬＶ）．ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ ｐａｒｔ ｌｏａｄ；ｎｏｎ－ＶＦＤ ｓｉｎｇｌｅ ｓｃｒｅｗ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ；ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｉｎｄｅｘ ｖｏｌｕｍｅ ｒａｔｉｏ；ｉｍｐｒｏｖｅ ｐａｒｔ ｌｏａｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ 目前，我国建筑能耗占比已达到社会总能耗的三分之一，其中，空调和采暖的能耗约占建筑能耗的２０％。
因此，降低冷水机组的运行能耗，对整个社会的节能减排工作，可起到重要作用。
建筑物冷水机组的选型，通常根据最大热负荷进行。
然而，由于室外温度的变化，建筑物热负荷通常是低于冷水机组选型时的最大热负荷的，这将导致冷水机组大部分时间处于部分负荷下运行。
以北京地区夏季负荷为例，５～９月空调制冷季节中，建筑物配用的冷水机组９８％的时间运行在７０％负荷以下［１］。
因此，单纯地追求满负荷高性能，对冷水机组的全年运行的节能减排作用并不明显；而提高部分负荷能效比，已成为冷水机组的关键课题。
国家相关标准ＧＢ １９５７７—２０１５已经提出了以综合部分负荷性能系数（ＩＰＬＶ）来认定冷水机组的能效等级［２］。
作为广泛应用于冷水机组的单螺杆式制冷压缩机，得益于变频和可变内容积比技术的应用，整机的ＩＰＬＶ可达到远超国家一级能效的标准。
然而不可否认的是，定频单螺杆冷水机组，由于其较为低廉的初始投资和较高的性价比，仍然占据市场的主流。
因此，我们仍需要研究如何提高定频 ·６２ ·第１９卷 单螺杆式制冷压缩机的部分负荷性能，以降低冷水机组的全年运行能耗。
１ 单螺杆压缩机的内容积比作为容积式压缩机的一种，单螺杆压缩机通过改变气体体积来提高其压力（图１）。
吸气结束时，单螺杆压缩机的螺杆转子、星轮片和机体外壳之间形成一个密闭的基元容积Ｖ１；随着压缩过程的进行，这个密闭腔体的体积逐渐变小而气体压力逐渐升高；当密闭腔体与滑阀的排气孔联通时，压缩过程结束，排气过程开始，此时容积为Ｖ２［３－４］。
因此，根据气体状态方程，在理想状态下，压缩过程结束时，气体压力为Ｐ２＝Ｐ１×（Ｖ１／Ｖ２）ｋ，ｋ为气体绝热指数。
容积的比值Ｖ１／Ｖ２称为内容积比［５］。
图１ 单螺杆压缩机工作过程定频单螺杆式制冷压缩机为了追求冷水机组整机满负荷工况的性能，一般根据满负荷的运行工况设置内容积比。
针对空调工况使用的水冷冷水机组，满负荷运行工况冷凝压力与蒸发压力的比值大约为２．６，单螺杆压缩机内容积比（ＶＲ）一般设计为２．０；而风冷冷水机组的应用工况，满负荷冷凝压力与蒸发压力的比值约为３．８，单螺杆压缩机的内容积比（ＶＲ）一般设计为３．０。
２ 部分负荷运行时的过压缩损失与双螺杆压缩机类似，单螺杆压缩机也存在过压缩和欠压缩现象［６］。
不管是过压缩还是欠压缩，都将造成压缩机额外的做功损失。
如图２所示，当压缩结束时，压缩腔内部压力小于外部排气压力，将造成欠压缩，此时腔内气体将产生定容压缩，升高腔内压力，再排出压缩腔，造成的额外功率见图２（ａ）阴影部分。
而当压缩终止时，压缩腔内部压力高于外部压力则称为过压缩。
此时腔内气体将发生定容膨胀，额外消耗的无用功见图２（ｂ）阴影部分。
理想的压缩过程为图２（ｃ），压缩终止压力与外部背压相同，无额外做功损失，压缩机图２ 容积式压缩机过压缩和欠压缩损失耗功最小，能效比最高。
由于定频单螺杆压缩机的内容积比是以满负荷运行工况设计的，因此，一般可以避免满负荷工况下的过压缩和欠压缩损失，获得较高的满负荷效率。
然而，当冷水机组处于部分负荷工况运行时，由于冷凝压力与蒸发压力的比值减小，导致压缩机处于过压缩状态，产生无效作功，降低压缩机能效比。
虽然，为了尽可能匹配内容积比与压缩机负荷，一般将排气口设置于压缩机的增减载滑阀上，使滑阀在减载的过程，内容积比逐渐降低，消除一定的过压缩损失。
但是，以满负荷工况设定压缩机内容积比，部分负荷时的过压缩损失无 第３期陈清等：单螺杆压缩机内容积比优化对部分负荷性能提升的研究·６３ · 法完全消除。
如图３所示，以水冷应用为例，随着滑阀的移动，部分负荷内容积比下降；当内容积比低于２２％时，位于机体上的固定排气口打开，内容积比进一步下降。
但是，由于满负荷内容积比的限制，部分负荷时的内容积比无法与运行工况完全匹配，运行时仍然存在一定的过压缩损失，导致压缩机效率下降。
图３ 理论最佳内容积比与实际运行内容积比对比３ 基于部分负荷工况的内容积比优化为了消除部分负荷时的过压缩损失，可以考虑基于部分负荷工况，优化减小压缩机的设计内容积比，以进一步消除部分负荷时的过压缩损失，提高部分负荷能效比。
虽然，基于部分工况优化设计后的内容积比，将造成满负荷存在一定的欠压缩损失，导致满负荷性能下降。
但是，由于冷水机组大部分时间处于部分负荷运行，相对于满负荷性能的下降，部分负荷的性能提升，对冷水机组全年的能耗降低能起到决定作用。
以机组综合部分负荷能效比（ＩＰＬＶ）的计算来看，１００％负荷性能占到的权重仅为２．３％，而７５％、５０％、２５％负荷占到的权重则分别为４１．５％、４６．１％、１０．１％。
因此部分优化单螺杆压缩机的内容积比，提高部分负荷能效比，如果能实现机组ＩＰＬＶ的提升，则可以降低机组全年的运行能耗。
以水冷冷水机组应用为例，根据ＧＢ／Ｔ １８４３０．１中，关于水冷冷水机组的部分负荷水温和流量规定［７］，压缩机的在不同负荷下的运行工况见表１。
表１ 水冷冷水机组部分压缩机运行工况负荷／％工况／℃Ｔｅ Ｔｃ ＳＨ ＳＣ权重／％１００ ５．５ ３７ ０．１ ４．５ ２．３７５ ５．６ ３１．５ ０．１ ３．５ ４１．５５０ ５．８ ２８ ０．１ ２ ４６．１２５ ５．９ ２２ ０．１ １ １０．１ 从表１可见，部分负荷运行时机组冷凝温度低，压比小于满负荷工况。
以满负荷工况设计压缩机内容积比，部分负荷时，存在压缩机过压缩损耗，降低压缩机能效比。
我们通过计算水冷冷水应用不同满负荷与部分负荷内容积比之间的关系，发现当满负荷内容积比设计为为１．８时，部分负荷运行时的内容积比与实际运行压比最匹配，可获得最佳的部分负荷效率。
同时，为了调整２５％负荷工况的内容积比，我们优化了机体上固定排气口的开口尺寸，进一步降低了２５％负荷时的内容积比，以获得最佳的部分负荷运行效率。
优化后的部分负荷内容积比变化如图４所示。
图４中，内容积比曲线在低负荷时的转折是由于固定排气口地作用。
图４ 优化前后部分负荷内容积比对比４ 内容积比优化后的部分负荷性能为了实际验证内容积比优化对定频单螺杆压缩机部分负荷性能的影响，我们使用同一台压缩机，首先测试了优化前的压缩机性能；然后根据内容积比优化后压缩机排气口的几何尺寸，对滑阀和机体进行了加工更改，优化前后的压缩机排气口对比见图５。
图５ 优化前后排气口对比针对表１水冷冷水机组压缩机运行的工况，测试内容积比优化前后压缩机在不同负荷下的性能见表２。
·６４ ·第１９卷 表２ 内容积比优化前压缩机性能项目内容积比／％１００ ７５ ５０ ２５ＩＰＬＶ优化前ＣＯＰ ６．０８ ６．６５ ７．０２ ５．０１ ６．６４优化后ＣＯＰ ６．０１ ６．８２ ７．３３ ５．２９ ６．８８由测试结果可见，将水冷冷水应用的定频单螺杆压缩机，内容积比由２．０ＶＲ更改为１．８ＶＲ，同时针对部分负荷运行工况内容积比的需求，优化机体固定排气口。
虽然满负荷ＣＯＰ下降了约１．２％，但是部分负荷工况ＣＯＰ均有不同程度的提升，综合部分负荷能效比（ＩＰＬＶ）提高约３．６％。
不同负荷ＣＯＰ对比见图６。
图６ 内容积比优化前后压缩机性能对比５ 结束语由于冷水机组大部分时间运行在部分负荷工况下，因此以综合部分性能系数（ＩＰＬＶ）来评价冷水机组的性能，是一种较为科学和客观的方式。
传统的定频单螺杆式制冷压缩机，内容积比是以满负荷运行工况设计的，虽然满负荷运行时性能较高，但是部分负荷存在过压缩损失。