活塞式压缩机的工作过程制冷技术及设备62课件讲解

活塞式压缩机的工作过程——《制冷技术及设备》

一、活塞式压缩机的工作过程（一）活塞式压缩机的活塞排量活塞式压缩机的理想工作过程包括进气、压缩、排气三个过程，如图4-10所示。进气：活塞从上端点a向右移动，气缸内压力急剧下降，低于进气压力p1，进气阀开启，低压气体在定压下被吸入气缸，直到活塞达到下端点b的位置，在p—v图上4→1过程线。图4-10活塞式压缩机理想工作过程

活塞式压缩机的工作过程压缩：活塞从下端点开始向右移动，气缸内压力稍高于进气口压力，进气阀关闭，缸内气体被绝热压缩。当活塞左行到一定位置，缸内气体被压缩至压力稍高于排气口的压力p2时，排气阀打开，p—v图上1→2过程。排气：排气阀打开后，活塞继续向左移动，将气缸内的高压气体以定压排出，直到活塞达到上端点位置，即p—v图上2→3过程。活塞进行往复运动，不断重复进气、压缩、排气这三个过程。这样，曲轴每旋转一圈，均有一定数量的低压气体被吸入，并被压缩为高压气体，排出气缸。在理想工作过程下，曲轴每旋转一圈，压缩机一个气缸所吸入的低压气体体积Vg称为气缸的工作容积，对于单级压缩机

πVg=——D2S（m3）（4-1）

4

式中D——气缸直径（m）；S——活塞行程（m）。如果压缩机有z个气缸，转数为n（r/min），压缩机吸入气体体积

πVh=Vg.nZ/60=——D2SnZ（m3/s）（4-2）

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Vh就是压缩机理论排气量，也称活塞排量。它只与压缩机的转数和气缸的结构尺寸、数目有关，与运行工况和制冷剂性质无关。（二）活塞式压缩机的容积效率

压缩机实际工作过程比较复杂，有许多因素影响压缩机的实际排气量VR，因此，压缩机实际排气量永远小于其活塞排量，两者的比值称为压缩机的容积效率，用ηV表示。即

VRηV=———（4-3）

Vh

容积效率实际上表示压缩机气缸工作容积的有效利用率，它是评价压缩机性能的一个重要指标。影响压缩机实际工作过程的因素主要是气缸余隙容积、吸排气阀阻力，吸气过程中气体被加热的程度以及漏气等四个方面，这样，可认为容积效率等于四个系数的乘积。即

ηV=λV

·λP·λt·λL

（4-4）式中λV

——余隙系数λP——节流系数

λt——预热系数λL——泄漏系数

图4-11余隙容积的影响

1、余隙系数λV

活塞在气缸中进行往复运动时，活塞行程的上端点与气缸顶部，均需留有一定间隙，以保证运行安全可靠。由于此间隙的存在，对压缩机排气量造成的影响，称余隙系数，它是造成实际排气量降低的主要因素。

如图4-11，活塞达到上端点a，即排气结束时，缸内还保留有一小部分容积为VC，压力为P2的高压气体。活塞再反向运动时，只有当这部分气体膨胀到一定程度，使缸内压力降到小于进气压力P1时，进气阀方能开启，低压气体才开始进入气缸。气缸每次吸入的气体量就不等于气缸工作容积Vg，而减小为V1，V1与气缸工作容积的比值为

余隙系数，即

V1Vg–△V1λV

=——=————

（4-5）

VgVg

活塞在气缸中进行往复运动时，活塞行程的上端点与气缸顶部，均需留有一定间隙，以保证运行安全可靠。由于此间隙的存在，对压缩机排气量造成的影响，称余隙系数，它是造成实际排气量降低的主要因素。

λV

值的大小，反映了余隙容积对压缩机排气量的影响程度，由图4-11可知，气缸减少的吸气量△V1不但与余隙容积VC的大小有关，而且与压缩机运行时的压力比p2/p1有关。VC及p2/p1增大时，则△V1也增大，余隙系数λV降低。

2、节流系数λP

当制冷剂气体通过进、排气阀时，断面缩小，气体进出气缸需要克服流动阻力。也就是说，进排气过程气缸内外有一定压力差ΔP1和ΔP2，其中排气阀阻力很小，主要是进气阀阻力影响容积效率。由于气体通过进气阀进入气缸时有一定的压力损失，进入气缸的压力将低于进气压力P1，比容增加，因此，虽然吸入的气体体积仍为V1，但吸入气体质量有所减少。如图4-12所示。只有当活塞把吸入的气体由1′点压缩到1″点时，缸内气体的压力才等于吸气管压力。与理想情况相比，仅相当吸收了体积为V2的气体，体积V2与V1的比值称为节流系数。

V2V1–ΔV2λP

=——=—————（4-6）

V1V1

λP值的大小，反映了压缩机吸、排气阀阻力所造成的吸气量损失。损失的吸气量ΔV2主要与P1和ΔP1有关，吸气压力P1降低，阻力ΔP1越大，则ΔV2越大，节流系数λP也就越小。图4-12活塞式压缩机实际工作过程

3、预热系数λt

压缩机在实际工作过程中，由于气体被压缩后温度升高，以及活塞与气缸壁之间存在磨擦，故气缸壁温较高，因此，进入气缸的低压气体从缸壁吸收热量，温度有所提高，从而使吸入气缸内的气体比容增大，进入缸内气体的质量减少。气体质量的减少与气缸壁和气体的温度有关。在正常情况下，这两个温度实际上取决于冷凝温度TK和蒸发温度TO。冷凝温度tK升高，气缸壁温也升高，而tO降低，则吸入的气体温度也降低。进入气缸的制冷剂热交换量越大，预热系数越低，通常可用经验公式计算。开启式制冷压缩机：

TO273+tOλt=——=————

（4-7）

TK273+tK

对于封闭式制冷压缩机，由于制冷剂先进入电机腔，然后再进入吸气腔和气缸，因此，封闭式压缩机吸入的制冷剂蒸气不但被气缸壁预热，而且被电机预热，制冷剂蒸气的比容增加更大，所以在相同工况下，封闭式制冷压缩机的预热系数λt通常总小于开启式。这是封闭式制冷压缩机在运行时的一个缺点。

4、泄漏系数λL

由于制冷压缩机进、排气阀以及活塞与气缸壁之间并非绝对严密，压缩机工作时，少量气体将从高压部分向低压部分渗漏，从而造成压缩机实际排气量减少。泄漏系数λL就是考虑这种渗漏对压缩机实际排气量的影响。泄漏系数与压缩机的构造、加工质量、部件磨损程度等因系有关，此外，还随着排气压力的增加和进气压力的降低而减小。一般约为0.95～0.98。

通过上述分析可以得知，余隙系数、节流系数、预热系数及泄漏系数，除与压缩机的结构、加工质量等因素有关以外，还有一个共同的规律，就是均随排气压力的增高和进气压力的降低而减小。我国中小型活塞式制冷压缩机系列产品的相对余隙容积约为0.04，转数等于或大于720r/min，容积效率按以下经验公式计算

P2ηV=0.94–0.085(—)

-1（4-8）

P1