School of Power Engineering
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压缩机消耗的理论功率
� 常用制冷剂的等熵指数： 制冷剂 R717 1.32 R22 1.194 R502 1.133 R134a 1.11 R744 1.295
k
*参考：吴业正，小型制冷装置设计指导，机械工业出版社
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第一节 单级往复式压缩机的理论循环
� 几个假设条件:
� � � � �
压缩机没有余隙容积； 吸、排气过程没有压力损失； 吸、排气过程中与外界没有热量交换； 没有泄漏； 压缩机在工作中没有摩擦损失。
由于理想工作过程不存在任何容积和能量损失。因此， 对给定的压缩机而言，它就能达到输气量最大，而耗功 量最小的状态。
qvt qmt = vs0
(kg/h)
vs0 —吸气状态下的比容, m3/kg
理论排量由压缩机结构参数和转速确定，与制冷剂种类和 运行工况无关。
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3. 压缩机消耗的理论功率
� 研究依据：稳定流动能量方程
对准静、稳流过程，有：
三种压缩过程：
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理论功计算
� 设活塞对气体所做的功为正值，压缩机一个气缸完成一个理论循环所 消耗的理论功可用 P-V图面积 ab-c-d-a 求得； a-b-c-d-a � 被压缩工质为过热蒸气，可将其视为理想气体； � a-b为等熵压缩过程（ 绝热、可逆）。
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(2) 理论容积输气量qvt (理论排量)
压缩机按理论循环工作时，单位时间内所能供给的按进口 吸气状态换算的气体容积，与压缩机结构参数有关。
qvt = 60inVp = 47.12inSD 2
i —气缸数；n —转速，r/min
(m3/h)
(3) 理论质量输气量qmt
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1. 压缩机的理想工作过程
吸气过程 （d-a）
P
d
a
V
当活塞自左死点（上止点）向右 移动时，进气阀打开，排气阀关 闭，初态气体吸入汽缸。气缸容 积逐渐增大。当活塞到达右死点 （下止点）时，进气阀关闭，吸 气过程结束。
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第三节 内容积比固定的压缩机 的内容积比效率
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1. 内容积比固定的压缩机
� 类型
� 螺杆式压缩机 � 涡旋式压缩机 � 滑片式压缩机
� 制冷剂的受热
� 从内置电动机吸热（封闭式压缩机）； � 与压缩机中各种零部件的热交换； � 吸收从摩擦损耗所转换的热量，如润滑油等。
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影响容积型压缩机性能的因素
� 气阀运动规律不完善带来的效率下降； � 制冷剂泄漏的影响； � 再膨胀的影响（余隙容积的影响）； � 压缩过程偏离等熵过程（由于压缩机内部阻力、 机械摩擦和热交换，实际压缩过程为多变过 程）；
（不存在过压缩和欠压缩的情况下所消耗的指示功,与出现过 压缩和欠压缩的情况下每一循环所消耗的指示功之比。）
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1
0.9
ei=3.54
ei=4.92
0.8
0.7 ei=2.22 0.6
Yvi
0.5
ei=1.5 ei=6.37
� 欠压缩
� 当Pcyc小于Pdk时，此时内压力比ɛ小于系统压力比 ɛi，即ɛi< ɛ，压缩机中的压缩过程发生欠压缩 (图 2-2a) ，产生等容压缩额外功耗。
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2
等容 膨胀
1
1
等容 压缩
2
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Wபைடு நூலகம் = ∫ vdp
a
b
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� 取等熵压缩过程的理论循环功为制冷压缩机的理论功 Wts：
� 对理想气体： W
ts
k = ps0Vp (ε k −1
k −1 k
−1)
� 对理想气体和实际气体：
Wts = Hdk − Hs0 = qmt (hdk − hs0 )
无气阀，吸排气孔口的启闭完全为几 何结构所定，对于固定内容积比压缩 机，由于其结构已定，就具有固定的 内容积比，这与活塞式压缩机有很大 区别。
� 特点
� 无吸、排气阀，属强制性吸排气； � 压缩终了压力取决于吸、排气孔口位置，与排 气管中的压力无关； � 产生过压缩和欠压缩，导致功耗增加。
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2. 往复式压缩机的理论输气量 (1) 气缸工作容积
当余隙容积为零，按压缩机 进口吸气状态（Ps0, Ts0 ）计 算，活塞移动 一个行程所扫 过的气缸容积Vp，即每一循 环从气缸中排出的气体容积。
S D
π D2 Vp = S 4
(m3)
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� 压缩机消耗的理论功率
Pts ：
inWts Pts = 60 ×1000
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(kW)
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第二节 容积型压缩机的实际性能
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余隙容积:
由于压缩机结构、制造、装配、运转等方面的需要，气缸中某些 部位留有一定的空间或间隙，将这部分空间或间隙称为余隙容积
存在的部位：
1. 活塞运动排气行程终了时，其端面与气缸端面之间的间隙； 2. 气缸镜面与活塞外圆（从端面到第一道活塞环）之间的间隙； 3. 由气阀至气缸容积的通道所形成的容积。气阀本身所具有的 容积，如阀座的通道、弹簧孔等（通道容积所占比例最大，环形 间隙其值甚微）
影响容积型压缩机性能的因素
� 压缩机中的压力降
� � � � � � � � 通过吸、排气截止阀的压力降； 通过吸气过滤器的压力降； 通过内置电动机的压力降（封闭式压缩机）； 流过吸、排气管道和室腔的压力降； 通过吸、排气阀和阀孔的压力降； 通过内部消声器的压力降； 通过内部分油器的压力降； 通过单向阀的压力降等。
第二章 容积型制冷压缩机的热力学基础
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第二章
容积型制冷压缩机的热力学基础
容积型制冷压缩机：
� 在蒸气压缩式制冷机中应用最广泛 � 使用数量最多 � 单机功率范围宽广 � 结构型式众多 � 最常用：往复式压缩机
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1. 压缩机的理想工作过程
压缩过程 （a-b） （可逆绝热、等熵过程） 活塞在外力推动下向左回行， 此时进、排气阀处于关闭状 态，缸内工作容积逐渐减小。 制冷剂蒸汽被压缩，温度和压 力逐渐升高。
d
b
a
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2. 内容积比和内压力比
� 内容积比Vi
指压缩机吸气终了、压缩刚要开始时的工作容积，与压缩终 了刚要开始打开排气口时的工作容积间的几何比例关系，即 吸气容积与压缩终了时的容积之比。
Vcys Vi = Vcyc
� 内压力比εi
Pcyc Vcys n εi = = ( ) = Vi n P Vcyc cys
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1. 压缩机的理想工作过程
排气过程（b-c） 活塞行至相应于b态位置， 气体压力升高到略高于排气 腔中制冷剂压力时，排气阀 打开，活塞继续左行，将处 于排气压力的气体不断推出 气缸，直至活塞到达左死 点，排气过程结束。
c d
b a
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第一节 单级往复式压缩机的理论循环
� 研究理论循环的目的
� 找出循环基本热力参数间的关系； � 找出提高循环指标的基本途径； � 确定循环的极限指标，用于评价实际循环完善程度。
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4. 内容积比效率 ηvi
� 过压缩或欠压缩消耗的指示功：
n ps0Vcys [ε n −1
n−1 n i
ε − εi −1] + ps0Vcys Vi
� 不存在过压缩或欠压缩（εi=ε），指示功：
n ps0Vcys [ε n −1