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正航活塞式制冷压缩机通用工作过程

来源:正航仪器  日期:2019-11-12

 

 
 
 
 
 
1. 理想工作过程
(1)理想的蒸汽制冷压缩机应具备的条件:
① 压缩机气缸内不存在余隙容积;② 吸入和排出蒸汽时没有阻力损失;③ 制冷剂和气缸壁之间不发生热交换;④ 机器内部非常严密,没有泄漏现象。
工作过程:包括进气、压缩、排气三个过程。
进气:活塞从上端点a向右移动,气缸内压力降低,降到进气压力p1时,进气阀打开,等于蒸发压力p1的蒸汽进入气缸,直到活塞下端点b,在p-v图上为过程4—1;
压缩:活塞从下端点向左移动,气缸内压力稍高于进气压力,吸气阀关闭,蒸汽在缸内绝热压缩。当活塞到达某一位置时,缸内气体压力等于冷凝压力pk,排气阀打开。,在p-v图上为过程1—2;
排气:排气阀打开后,活塞继续左移,将气缸内高压气体定压排出。考虑到没有流动阻力,故排出压力等于冷凝压力。因无余隙容积,所以缸内气体全部排净。在p-v图上为过程2—3。活塞到了上止点后又开始向右运动吸气。这样循环不息。
(2)理论排气量
曲轴转一圈,活塞往复一次,完成吸气、压缩、排气等过程,排出气缸工作容积Vg体积的蒸汽。
 
2. 实际工作过程及容积效率
活塞式制冷压缩机的实际工作过程比理想工作过程要复杂得多。下图为实际工作过程在p-V图上的表示(虚线为理想工作过程),也称为实际示功图。实际示功图与理论示功图差别很大,而且压缩机的实际输气量也小于理论输气量。
影响实际工作的主要原因是:① 在压缩机的结构上,不可避免地会有余隙容积;② 吸、排气阀门有阻力;③ 吸气过程中,气缸与制冷剂气体之间有热量交换;④ 气阀部分及活塞与气缸壁之间不严密,有内部泄漏。因此,实际排气量VR<理论排气量Vh,两者的比值称作容积效率(也称为输气系数),用ηV表示,为了寻求提高活塞式制冷压缩机容积效率的途径,下面分别叙述影响压缩机容积效率的各项因素。
(1)余隙容积的影响
活塞在气缸中进行往复运动时,活塞行程的上端点(上止点)并不与气缸顶部完全重合,而是留有一定的间隙,以保证运行安全可靠和便于制造安装。这个间隙称为余隙。余隙所占的容积称作余隙容积,用Vc表示。余隙容积与气缸工作容积的比值称为相对余隙容积,用c表示。现代中小型活塞式制冷压缩机的相对余隙容积c=0.02~0.06。
 
由于余隙容积的存在,减少了排气量。另外,当排气过程结束时,气缸内仍留有Vc体积的高压气体,活塞开始向下止点移动时,吸气阀尚不能打开,吸气腔内的低压蒸气不能进入气缸,而首先是残留在气缸内的高压蒸气因容积增大膨胀,压力下降,直至气缸内的压力下降到低于吸气压力p1后,吸气阀才能打开,压缩机开始吸气,这样便减少了压缩机的实际吸气量。气缸每次的吸入量不是Vg而是V1。余隙容积中高压气体的膨胀过程如图中的3-4所示,ΔV1就是因气缸存在余隙容积所减少的吸气体积量。V1与Vg之比称为压缩机的余隙系数λv。
(2)吸、排气阀门阻力的影响
图中求出吸气过程的压力为(p1-Δp1),而排气过程的压力等于(p2+Δp2),Δp1和Δp2分别是由于吸气阀门或排气阀门的阻力所引起的压力损失。吸气时为了克服阀门的阻力,须使气缸中蒸汽压力降低Δp1才能克服阀门的阻力吸气。由于气缸中蒸汽压力降低,则气体的比容增大,使吸气量减少。当压缩机的排气压力为p2时,气缸内的压力要升至(p2+Δp2)才能排出。这些阻力都会影响压缩机的吸气量,特别是吸气阀阻力Δp1的影响较大。由于吸、排气阀门使吸气容积由V1减少到V2,即V2=V1-ΔV2,V2与V1的比值称为节流系数λp。λp的计算:1'-1''的时间很短,近似为等温过程。

活塞式制冷压缩机通用


λp值的大小反映了压缩机吸、排气阀门阻力所造成的吸气量损失的大小。P1和Δp1是影响节流系数的主要因素,当吸气压力降低时,节流系数λp相应降低。
(3)制冷剂与气缸壁热交换的影响
在实际的工作过程中,制冷剂蒸汽与气缸壁要进行热量交换。蒸汽被压缩时,温度不断升高,并将热量传给气缸壁,使之温度升高;吸气时,制冷剂蒸气与温度较高的气缸壁接触并从中吸收热量。蒸气受热而膨胀,比容增大,使压缩机吸入制冷剂蒸气的质量减少。气缸壁与制冷剂热交换所引起的压缩机吸气量的减少可以用预热系数λt来表示。
影响预热系数的因素很多,例如压力比p2/p1、压缩机的结构、制冷剂的性质等都会影响预热系数,所以λt很难确切计算。但是可以肯定p2越大,p1越小,制冷剂与气缸壁热交换量越大,则预热系数越小。
(4)压缩机内部泄漏的影响
压缩机工作时,由于活塞与气缸壁之间的密封不严、吸排气阀门关闭不严或关闭滞后等,都会造成部分蒸气从高压部分向低压部分泄漏,从而造成压缩机实际排气量的减少。内部泄漏对排气量的影响用气密系数λm表示。
λm不仅与压缩机的结构、加工质量、零部件磨损程度等因素有关,而且与压缩机的运行工况有关。λm的值不能直接测量,通常取λm=0.95~0.98。压缩比pk/p0<8~10,否则ηv很小,实际排气量VR=ηvVh。
 
 
 
 

 
 
 活塞式制冷压缩机通用工作过程
 
 
 
 
 
4 冷凝器和蒸发器
蒸汽压缩制冷循环有4个热力过程,因此必不可少的有4个热力设备。
· 压缩——通过压缩机;
· 放热(冷凝)——通过冷凝器;
· 节流——通过膨胀阀;
· 吸热(制冷)——通过蒸发器;
冷凝器和蒸发器都是换热设备。制冷循环的换热设备的特点:
(1)工作压力及温变的范围比较窄。如冻结间t0=-23~-30℃,冷却间t0=0~-2℃
(2)传热温差小。如:冷凝器,水冷 Δt=5~7℃;气冷 Δt=10~15℃。温差小,热流密度ψ↓,∴ 传热F↑,设备体积重量↑,若提高Δt,则不可逆损失↑,s↑,使整机运行不经济。
(3)换热器与制冷压缩机相匹配。压缩机排出热=冷凝器换热,当冷凝器F↓时,会使pk↑,制冷量与蒸发器面积相适应,当蒸发面积↓,会引起湿冲程。http://www.zhenghang88.net 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

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