第一章容积型制冷压缩机的热力学基础

《制冷压缩机》电子教案第一章容积型制冷压缩机的热力学基础容积型压缩机是蒸气压缩式制冷机中应用领域最广泛、使用数量最多的压缩机，它们的功率可以从几十瓦到几千千瓦的宽广范围。尽管容积型压缩机的结构形式众多，但究其热力学基础还有许多部分是相同的。第一节单级活塞式压缩机的理论循环单级活塞式压缩机的理论循环的假设条件：1、压缩机没有余隙容积2、吸汽与排汽过程中没有压力损失3、吸汽与排汽过程中无热量传递4、无漏汽损失5、无摩擦损失一、活塞式压缩机的理论输汽量1.气缸工作容积Vp，单位为m32.理论容积输气量qvt(或称理论排量)，单位为m3/h是指压缩机按理论循环工作时，在单位时间内所能供给、按进口处吸气状态换算的气体容积。(1-2)3.压缩机的理论质量输气量qmt，单位为kg/h(1-3)二、压缩机消耗的理论功率1.理论循环所消耗的理论功Wts，单位为J，Wts=∫12Vdp(1-4)2.即单位绝热理论功Wts为，单位为J，Wts=h2-h1(1-4a)3.压缩机所消耗的理论功率Pts，单位为kw第二节容积型压缩机的实际性能1、压缩机中的压力降2、制冷剂的受热3、气阀运动规律不完善带来的效率下降。4、制冷剂泄漏的影响。5、再膨胀的影响6、压缩过程偏离等熵过程7、压缩过程的过压缩和欠压缩。8、润滑油循环量的影响。9、压缩机的机械摩擦损失和内置电动机(封闭式压缩机)的电动机损失。第三节内容积比固定的压缩机的附加功损失在那些具有固定内容积比的容积型压缩机中，在工作中会发生过压缩和欠压缩的压缩过程。一、内容积比1.内容积比εV是指这类压缩机吸汽终了的最大容积V1与压缩终了的容积V2的比值，即(1-6)2.内压力比工作容积内压缩终了压力P2与吸汽压力P1的比值，称为内压力比二、附加功损失内压力比与外压力比不相等时，会产生附加功损失。讨论三种情况：①PdP2②Pd=P2。③PdP2。由此，当压缩机内压缩终了压力与排汽管内气体的压力不相等，即内压力比与外压力比不等时，将产生附加功损失，从而降低压缩机的指示效率。所以，应力求压缩机的实际运行工况与设计工况相等或接近，以使压缩机获得运行的高效率。第四节制冷压缩机的基本性能参数一、实际输气量在一定工况下，单位时间内由吸气端输送到排气端的气体质量称为在该工况下的压缩机质量输气量qma，单位为kg/h。(1-8)二、输汽系数压缩机的实际输汽量与理论输汽量之比称为输汽系数。(1-9)它用于衡量容积型压缩机气缸工作容积的有效利用程度。三、制冷量所谓压缩机的制冷量，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（被冷却的物体）中所吸取的热量。在给定工况下压缩机的制冷量Q0可用下式计算。即：Q0=qmaq0=qvtλqvkW(1-10)为了便于比较和选用，有必要根据其不同的使用条件规定统一的工况来表示压缩机的制冷量，表1-1和表1-2列出了我国有关国家标准所规定的不同形式的单级小型活塞式制冷压缩机的名义工况及工作温度。表1-1有机制冷剂压缩机名义工况(单位：℃)类型吸入压力饱和温度排出压力饱和温度吸入温度环境温度高温7.254.1(1)18.3357.218.9(2)18.335中温-6.748.918.335低温-31.710.618.335(1)为高冷凝压力工况(2)为低冷凝压力工况表中工况制冷剂液体的过冷度为0℃表1-2无机制冷剂压缩机名义工况(单位：℃)类型吸入压力饱和温度排出压力饱和温度吸入温度制冷剂液体温度环境温度低温-1330-102532四、制(排)热量制(排)热量是压缩机的制冷量和部分压缩机输入功率的当量热量之和，从图1-3a上所示的实际制冷循环或热泵循环P－h图可见，在一定工况下的排热量Qh为Qh=qma（h2－h3）=qma[(h1－h4)+(h2－h1)]=qmaq0+qma(h2－h1)=QO+qma(h2－h1)从图1-3b的压缩机的能量平衡关系图上不难发现qma（h2－h1）＝Pel－Qr于是可得Qh=Q0+Pel－Qr=Q0+fPel(1-11)五、指示功率和指示效率单位时间内实际循环所消耗的指示功就是压缩机的指示功率Pi，单位为kW，它等于(1-12)制冷压缩机的指示效率ηi是指压缩1kg工质所需的等熵循环理论功ω与实际循环指示功ωi（单位为J/kg）之比。（1-13）ηi是用以评价压缩机气缸或工作容积内部热力过程完成的完善程度。六、轴功率、摩擦功率和轴效率、机械效率由原动机传到压缩机主轴上的功率称为轴功率Pe，它的一部分，即指示功率Pi直接用于完成压缩机的工作循环，另一部分，即摩擦功率Pm用于克服压缩机中各运动部件的摩擦阻力和驱动附属的设备。(1-14)轴效率ηe是等熵压缩理论功率与轴功率之比，用它可以评定主轴输入功率的利用完善程度，较适用于开启式压缩机。(1-15)机械效率ηm是指示功率和轴功率之比，用它可以评定压缩机摩擦损耗的大小程度。(1-16)(1-17)七、电功率和电效率输入电动机的功率就是压缩机所消耗的电功率Pel，电效率ηel是等熵压缩理论功率与电功率之比，它是用以评定利用电动机输入功率的完善程度。(1-18)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，所以电效率对它较为适用(1-19)八、性能系数为了最终衡量制冷压缩机的动力经济性，采用性能系数COP(Coefficientofperformance)，它是在一定工况下制冷压缩机的制冷量与所消耗功率之比。对于开启式压缩机，其性能系数COPe，(单位为w/w)为(1-20)对于封闭式压缩机，其性能系数为(1-21)性能系数也有另一种名称――单位输入功率制冷量，其定义相同。对于封闭式制冷压缩机，性能系数还有另一种表达形式――能效比EER(EnergyEfficiencyRatio)，其单位为W/W或Btu/(w-h)，使用时要注意其单位。