制冷压缩机第二章-容积型压缩机热力学基础(2016).ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,制冷压缩机第二章-容积型压缩机热力学基础(2016),2-1 单级往复式制冷压缩机理论循环,容积型制冷压缩机的典型结构活塞式,吸气,排气,D,S,D-气缸直径,S-活塞行程,外止点,内止点,一、有关几何名称,外止点,：又称上止点，指活塞在气缸中作往复运动时，离曲轴旋转中心最远位置，如图中,A,点所示。,内止点,：又称下止点，指活塞在气缸中作往复运动时，离曲轴旋转中心最近位置，如图中,B,点所示。,活塞行程,S,：,活塞在气缸中作往复运动时上止点与下止点之间距离。,气缸直径,D,：,即气缸内径。,气缸工作容积,Vp,：,指气缸在外止点与内止点之间工作室容积，即活塞移动一个行程所扫过气缸容积，其中,Vp=(/4)D,2,S,二、活塞式压缩机工作特征,往复活塞式压缩机的工作过程实际上是一个能量转换过程，通过热力过程研究，确定压缩机输入与输出之间的关系，也就是确定输气量（制冷量）与功率消耗之间的关系。,输入功率消耗P,制冷压缩机,输出输气量（输出制冷量Q,0,),热力过程研究的是制冷压缩机经济性指标,三、研究理论循环的目的,简化基本热力参数之间的关系，提出提高压缩机性能指标的途径。,确定循环的极限指标，用以评价压缩机实际循环的热力学完善度。,四、理论循环的假设条件,压缩机没有余隙容积,吸气和排气过程中没有压力损失,吸气和排气过程中无热量传递,无漏气损失,无摩擦损失,五、理论循环工作过程,示功图,(,P-V,图,）,：曲轴旋转一周，气缸内部压力与气缸容积所对应的曲线,同时吸气、压缩、排气三过程完成一个工作循环。,如右图所示：,吸气过程：,da,压力为,P,s0,，,PV,图水平线；,压缩过程：,ab,可逆绝热压缩，绝热指数,n=k,的等熵线；,排气过程：,bc,压力为,P,dk,，,PV,图水平线。,a,0,d,c,b,V,P,p,dk,p,s0,V,p,n,=k,s,D,图2-1 单级往复式压缩机的理论循环,（a）理论工作过程（b）活塞气缸基本结构原理,（a）,（b）,六、理论循环的性能指标,理论输气量,单位时间内经过压缩并输送至排气管内气体量。,包括：,理论容积输气量,q,vt,和理论质量输气量,q,mt,。,其中v,1,-吸气比容,思考：,分析影响活塞式制冷压缩机理论输气量,q,vt,和,q,mt,的因素有哪些？对于同一台制冷压缩机，若运行在不同工况下，其理论输气量,q,vt,和,q,mt,变化又如何呢？,压缩机消耗的理论功,压缩机完成一个理论循环所消耗的理论功可由P-V示功图面积表示：,W,ts,=面积（a-b-c-d-a),=,=,=,理论功率(kW),a,b,c,d,0,v,p,p,s0,P,d,k,V,p,n=k,2-2 容积型压缩机的实际性能,影响实际循环的因素：,压缩机中的压力降,制冷剂的受热,气阀运动规律不完善,制冷剂泄漏,再膨胀过程,压缩过程偏离等熵过程,压缩过程的过压缩和欠压缩,润滑油循环量,压缩机的机械摩擦损失和内置电动机(封闭式压缩机)的功率损失。,2-3 内容积比固定压缩机的内容积比效率,对于,内容积比固定,的容积型压缩机，如螺杆式、涡旋式、滑片式压缩机，在工作中会发生,过压缩,和,欠压缩,过程。,问题提出：,何谓内容积比固定？,何谓过压缩、欠压缩？,一、定义,内容积比,V,i,指吸气终了容积,V,cys,与压缩终了容积,V,cyc,之比。,V,i,=,V,cys,/,V,cyc,内压力比,i,指内压缩终了压力,P,cyc,与吸气终了压力,P,cys,之比。,i,=,P,cyc,/,P,cys,外压力比,指排气管内气体压力,P,dk,与吸气压力,P,s0,之比。,=,P,dk,/P,s0,二、内外压力比不等时附加功损失,对于往复活塞机，压缩终了压力,P,cyc,与排气管内气体压力,P,dk,、,排气阀的弹簧力及气体流动阻力等有关，若忽略各种压损，则有：,P,cyc,=,P,dk,，,i,=,对于其它容积型压缩机，内压缩终了压力,P,cyc,与排气管内气体压力,P,dk,无关，而与压缩机的几何形状、吸排气孔口的大小和特定几何位置以及吸气压力等有关，即有,P,cyc,P,dk,当,P,cyc,P,dk,过压缩,（,i,）,当,P,cyc,P,dk,欠压缩,（,i,P,dk,（过压缩）,附加功损失过程：,c-d（定容膨胀）,（c）P,cyc,，发生过压缩过程，此时内容积比效率,vi,变化比较显著。,在等,i,（,V,i,）,曲线的峰值右侧，,i,，发生欠压缩过程，此时内容积比效率,vi,变化比较缓慢。,结论：,当压缩机的实际运行工况与设计工况相符的情况下，其内压力比与外压力比相等，无附加功损失，此时压缩机的内容积比效率最高。,当压缩机的实际运行工况与设计工况不相符时，其内压力比与外压力比不等，将产生附加功损失，从而降低压缩机的内容积比效率。此时对于具有固定内容积比的压缩机，选用一内容积比,V,i,并使其内压缩过程实现欠压缩，能使压缩机获得比较高的运行效率。,（即欠压缩比过压缩好）,2-4 制冷压缩机的基本性能参数,分两大类：,表征制冷能力的输气性能指标,实际输气量,容积效率,制冷量,（,制冷场合,）,排热量,（,制热场合,）,表征功率消耗的动力性能指标,指示功率和指示效率,轴功率、轴效率和机械效率,电功率和电效率,性能系数,一、表征制冷能力的输气性能指标,实际输气量（简称输气量）,定义,：在一定,工况,下，单位时间内由吸气端输送到排气端的气体量称为在该工况下压缩机的（实际）质量输气量,(,q,ma,kg/h,),或（实际）容积输气量,(q,va,m,3,/h),。,容积效率,v,定义,：实际质量输气量q,ma,（或容积输气量q,va,）与理论质量输气量q,mt,（或容积输气量q,vt,）之比,用,v,表示。,含义,：衡量容积型压缩机气缸工作容积有效利用程度，其中0v1。,制冷量,定义,：制冷系统在单位时间内产生的冷量称制冷量，用Q,0,（kW)表示。,式中:,q,0m,制冷剂在给定工况下单位质量制冷量，单位为J/kg；,q,0v,制冷剂在给定工况下单位容积制冷量，单位为J/m,3,。,排热量,该参数是热泵系统用压缩机表征其制热性能的一项重要指标，对于制冷系统而言也是设计冷凝器的重要参数。,定义,：单位时间内通过热泵系统中由冷凝器向制热对象排出的热量称排热量，用Q,h,（kW)表示。,h,p,0,1,2,3,4,(a)p-h图,q,km,q,0m,排热量的计算公式：,式中：Q,r,压缩机向环境的散热量；,P,el,压缩机的输入功率；,f考虑到压缩机散热量系数，,对小型机组，f0.75，,对大型机组，f0.9。,其中：,如下图：,Q,r,P,el,q,ma,h,2,(b)能量平衡关系,对于全封闭压缩机，由能量平衡方程知：,吸气,排气,q,ma,h,1,二、表征功率消耗的动力性能指标,指示功率,P,i,和指示效率,i,P,i,定义,：单位时间内实际循环所消耗的指示功称指示功率，用,P,i,表示。,其中：i气缸数；,n压缩机转速，转/分钟；,W,i,每一气缸或工作容积的实际循环指示功，J。,指示效率,i,：,i,定义,：压缩1kg工质所需等熵循环理论功W,ts,与实际循环指示功W,i,之比称指示效率，用,i,表示。,i,含义,：评价压缩机气缸或工作容积内部热力过程的完善程度。,轴功率,P,e,、,轴效率,e,和机械效率,m,P,e,定义,：对于开启式压缩机而言，由原动机传到压缩机主轴上的功率称轴功率。,包括两部分,：直接压缩气体的指示功率P,i,及摩擦功率P,m,（P,m,主要用来克服压缩机本身各部件间的摩擦阻力和驱动辅助设备如润滑油泵等所需功率）。,P,e,=P,i,+P,m,轴效率,e,和机械效率,m,：,e,定义,：等熵压缩理论功率与轴功率之比。,e,=P,ts,/P,e,e,含义,：评价压缩机主轴输入功率利用完善程度，适用于开启式压缩机。,m,定义,：指示功率与轴功率之比。,m,=P,i,/P,e,m,含义,：评价压缩机磨损大小程度指标，它取决压缩机结构、加工精度、润滑条件与保养等。,e,=,i,m,电功率,P,el,和电效率,el,对于封闭式压缩机来说，由于内置电动机的存在，其电动机的损耗功率对机体内部工质的影响最终导致压缩机性能进一步下降。,P,el,定义,：,从电源输入驱动电动机功率称电功率。,el,定义,：,等熵压缩理论功率与电功率之比。,el,=P,ts,/P,el,el,含义,：,评价电动机输入功率完善程度指标。,对于封闭式压缩机：,el,=,i,m,m0,其中：,m0,电动机效率,性能系数,COP,性能系数cop又称制冷系数，是制冷机一个重要技术经济指标，其值越大表明越经济,。,cop定义,：一定工况下制冷压缩机的制冷量与所消耗功率之比称性能系数。,对于：开启式COP,e,=Q,0,/P,e,封闭式COP,el,=Q,0,/P,el,cop含义,：衡量压缩机最终动力消耗方面性能指标，它与制冷循环的工作参数、制冷剂的种类等都有关。,对于往复活塞式压缩机来说，各功率及其转化关系总结如下：,电,动,机,吸气,排气,P,i,P,e,（,P,el,）,P,ts,P,i,i,m,（,m,m0,）,输入电能P,el,输入轴功率P,e,电动机损失,m0,理论绝热功率P,ts,指示功率P,i,传动损失,m,内部不可逆,损失,i,el,本章小结：,要求了解容积型制冷压缩机热力学基础，掌握往复式制冷压缩机的理论循环及其性能参数，了解影响实际循环的因素有哪些。,掌握回转式压缩机实际工作中常出现过压缩及欠压缩现象，理解附加功的损失及其内容积比效率的影响因子。,加深理解掌握表征压缩机的关于制冷能力及其动力消耗的各种性能指标的定义及其含义，要求能把握各指标之间内在的区别及其联系。,思考：（参考本章第四节内容）,对于一实际制冷系统，压缩机参数一定，请联系制冷系统P-h图分析压缩机动力消耗（即理论功率、指示功率、轴功率等）及制冷能力（即各输气指标及制冷量）与图中对应的各个过程焓差之间的差别与联系？,h,p,0,1,2,3,4,t,k,t,0,