活塞式壓縮機(jī)的工作過程制冷技術(shù)及設(shè)備62課件講解

活塞式壓縮機(jī)的工作過程——《制冷技術(shù)及設(shè)備》

一、活塞式壓縮機(jī)的工作過程（一）活塞式壓縮機(jī)的活塞排量活塞式壓縮機(jī)的理想工作過程包括進(jìn)氣、壓縮、排氣三個(gè)過程，如圖4-10所示。進(jìn)氣：活塞從上端點(diǎn)a向右移動(dòng)，氣缸內(nèi)壓力急劇下降，低于進(jìn)氣壓力p1，進(jìn)氣閥開啟，低壓氣體在定壓下被吸入氣缸，直到活塞達(dá)到下端點(diǎn)b的位置，在p—v圖上4→1過程線。圖4-10活塞式壓縮機(jī)理想工作過程

活塞式壓縮機(jī)的工作過程壓縮：活塞從下端點(diǎn)開始向右移動(dòng)，氣缸內(nèi)壓力稍高于進(jìn)氣口壓力，進(jìn)氣閥關(guān)閉，缸內(nèi)氣體被絕熱壓縮。當(dāng)活塞左行到一定位置，缸內(nèi)氣體被壓縮至壓力稍高于排氣口的壓力p2時(shí)，排氣閥打開，p—v圖上1→2過程。排氣：排氣閥打開后，活塞繼續(xù)向左移動(dòng)，將氣缸內(nèi)的高壓氣體以定壓排出，直到活塞達(dá)到上端點(diǎn)位置，即p—v圖上2→3過程。活塞進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，不斷重復(fù)進(jìn)氣、壓縮、排氣這三個(gè)過程。這樣，曲軸每旋轉(zhuǎn)一圈，均有一定數(shù)量的低壓氣體被吸入，并被壓縮為高壓氣體，排出氣缸。在理想工作過程下，曲軸每旋轉(zhuǎn)一圈，壓縮機(jī)一個(gè)氣缸所吸入的低壓氣體體積Vg稱為氣缸的工作容積，對(duì)于單級(jí)壓縮機(jī)

πVg=——D2S（m3）（4-1）

4

式中D——?dú)飧字睆剑╩）；S——活塞行程（m）。如果壓縮機(jī)有z個(gè)氣缸，轉(zhuǎn)數(shù)為n（r/min），壓縮機(jī)吸入氣體體積

πVh=Vg.nZ/60=——D2SnZ（m3/s）（4-2）

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Vh就是壓縮機(jī)理論排氣量，也稱活塞排量。它只與壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)和氣缸的結(jié)構(gòu)尺寸、數(shù)目有關(guān)，與運(yùn)行工況和制冷劑性質(zhì)無關(guān)。（二）活塞式壓縮機(jī)的容積效率

壓縮機(jī)實(shí)際工作過程比較復(fù)雜，有許多因素影響壓縮機(jī)的實(shí)際排氣量VR，因此，壓縮機(jī)實(shí)際排氣量永遠(yuǎn)小于其活塞排量，兩者的比值稱為壓縮機(jī)的容積效率，用ηV表示。即

VRηV=———（4-3）

Vh

容積效率實(shí)際上表示壓縮機(jī)氣缸工作容積的有效利用率，它是評(píng)價(jià)壓縮機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。影響壓縮機(jī)實(shí)際工作過程的因素主要是氣缸余隙容積、吸排氣閥阻力，吸氣過程中氣體被加熱的程度以及漏氣等四個(gè)方面，這樣，可認(rèn)為容積效率等于四個(gè)系數(shù)的乘積。即

ηV=λV

·λP·λt·λL

（4-4）式中λV

——余隙系數(shù)λP——節(jié)流系數(shù)

λt——預(yù)熱系數(shù)λL——泄漏系數(shù)

圖4-11余隙容積的影響

1、余隙系數(shù)λV

活塞在氣缸中進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞行程的上端點(diǎn)與氣缸頂部，均需留有一定間隙，以保證運(yùn)行安全可靠。由于此間隙的存在，對(duì)壓縮機(jī)排氣量造成的影響，稱余隙系數(shù)，它是造成實(shí)際排氣量降低的主要因素。

如圖4-11，活塞達(dá)到上端點(diǎn)a，即排氣結(jié)束時(shí)，缸內(nèi)還保留有一小部分容積為VC，壓力為P2的高壓氣體?；钊俜聪蜻\(yùn)動(dòng)時(shí)，只有當(dāng)這部分氣體膨脹到一定程度，使缸內(nèi)壓力降到小于進(jìn)氣壓力P1時(shí)，進(jìn)氣閥方能開啟，低壓氣體才開始進(jìn)入氣缸。氣缸每次吸入的氣體量就不等于氣缸工作容積Vg，而減小為V1，V1與氣缸工作容積的比值為

余隙系數(shù)，即

V1Vg–△V1λV

=——=————

（4-5）

VgVg

活塞在氣缸中進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞行程的上端點(diǎn)與氣缸頂部，均需留有一定間隙，以保證運(yùn)行安全可靠。由于此間隙的存在，對(duì)壓縮機(jī)排氣量造成的影響，稱余隙系數(shù)，它是造成實(shí)際排氣量降低的主要因素。

λV

值的大小，反映了余隙容積對(duì)壓縮機(jī)排氣量的影響程度，由圖4-11可知，氣缸減少的吸氣量△V1不但與余隙容積VC的大小有關(guān)，而且與壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)的壓力比p2/p1有關(guān)。VC及p2/p1增大時(shí)，則△V1也增大，余隙系數(shù)λV降低。

2、節(jié)流系數(shù)λP

當(dāng)制冷劑氣體通過進(jìn)、排氣閥時(shí)，斷面縮小，氣體進(jìn)出氣缸需要克服流動(dòng)阻力。也就是說，進(jìn)排氣過程氣缸內(nèi)外有一定壓力差ΔP1和ΔP2，其中排氣閥阻力很小，主要是進(jìn)氣閥阻力影響容積效率。由于氣體通過進(jìn)氣閥進(jìn)入氣缸時(shí)有一定的壓力損失，進(jìn)入氣缸的壓力將低于進(jìn)氣壓力P1，比容增加，因此，雖然吸入的氣體體積仍為V1，但吸入氣體質(zhì)量有所減少。如圖4-12所示。只有當(dāng)活塞把吸入的氣體由1′點(diǎn)壓縮到1″點(diǎn)時(shí)，缸內(nèi)氣體的壓力才等于吸氣管壓力。與理想情況相比，僅相當(dāng)吸收了體積為V2的氣體，體積V2與V1的比值稱為節(jié)流系數(shù)。

V2V1–ΔV2λP

=——=—————（4-6）

V1V1

λP值的大小，反映了壓縮機(jī)吸、排氣閥阻力所造成的吸氣量損失。損失的吸氣量ΔV2主要與P1和ΔP1有關(guān)，吸氣壓力P1降低，阻力ΔP1越大，則ΔV2越大，節(jié)流系數(shù)λP也就越小。圖4-12活塞式壓縮機(jī)實(shí)際工作過程

3、預(yù)熱系數(shù)λt

壓縮機(jī)在實(shí)際工作過程中，由于氣體被壓縮后溫度升高，以及活塞與氣缸壁之間存在磨擦，故氣缸壁溫較高，因此，進(jìn)入氣缸的低壓氣體從缸壁吸收熱量，溫度有所提高，從而使吸入氣缸內(nèi)的氣體比容增大，進(jìn)入缸內(nèi)氣體的質(zhì)量減少。氣體質(zhì)量的減少與氣缸壁和氣體的溫度有關(guān)。在正常情況下，這兩個(gè)溫度實(shí)際上取決于冷凝溫度TK和蒸發(fā)溫度TO。冷凝溫度tK升高，氣缸壁溫也升高，而tO降低，則吸入的氣體溫度也降低。進(jìn)入氣缸的制冷劑熱交換量越大，預(yù)熱系數(shù)越低，通常可用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。開啟式制冷壓縮機(jī)：

TO273+tOλt=——=————

（4-7）

TK273+tK

對(duì)于封閉式制冷壓縮機(jī)，由于制冷劑先進(jìn)入電機(jī)腔，然后再進(jìn)入吸氣腔和氣缸，因此，封閉式壓縮機(jī)吸入的制冷劑蒸氣不但被氣缸壁預(yù)熱，而且被電機(jī)預(yù)熱，制冷劑蒸氣的比容增加更大，所以在相同工況下，封閉式制冷壓縮機(jī)的預(yù)熱系數(shù)λt通?？傂∮陂_啟式。這是封閉式制冷壓縮機(jī)在運(yùn)行時(shí)的一個(gè)缺點(diǎn)。

4、泄漏系數(shù)λL

由于制冷壓縮機(jī)進(jìn)、排氣閥以及活塞與氣缸壁之間并非絕對(duì)嚴(yán)密，壓縮機(jī)工作時(shí)，少量氣體將從高壓部分向低壓部分滲漏，從而造成壓縮機(jī)實(shí)際排氣量減少。泄漏系數(shù)λL就是考慮這種滲漏對(duì)壓縮機(jī)實(shí)際排氣量的影響。泄漏系數(shù)與壓縮機(jī)的構(gòu)造、加工質(zhì)量、部件磨損程度等因系有關(guān)，此外，還隨著排氣壓力的增加和進(jìn)氣壓力的降低而減小。一般約為0.95～0.98。

通過上述分析可以得知，余隙系數(shù)、節(jié)流系數(shù)、預(yù)熱系數(shù)及泄漏系數(shù)，除與壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)、加工質(zhì)量等因素有關(guān)以外，還有一個(gè)共同的規(guī)律，就是均隨排氣壓力的增高和進(jìn)氣壓力的降低而減小。我國中小型活塞式制冷壓縮機(jī)系列產(chǎn)品的相對(duì)余隙容積約為0.04，轉(zhuǎn)數(shù)等于或大于720r/min，容積效率按以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算

P2ηV=0.94–0.085(—)

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