《压缩机原理》

《压缩机原理》课程教学大纲一、课程基本信息课程代码：050007课程名称：压缩机原理英文名称：PrinciplesofCompressor课程类别：专业限选课学时：54学分：3.0适用对象:热能与动力工程专业本科生（建筑环境与设备方向）考核方式：考试，平时成绩占总成绩的30％先修课程：高等数学、普通物理二、课程简介中文简介该课程是热能与动力工程专业本科生（建筑环境与设备方向）一门重要的专业限选课，制冷压缩机可以说是蒸汽压缩式制冷机的＂心脏＂，没有它，制冷循环就无法实现，制冷系统也不可能正常工作，完善的空调系统也失去了必备的条件。因此，该课程主要介绍了各种不同类型的制冷压缩机的工作原理和零部件的作用及结构特点，仔细分析了影响压缩机性能指标的各种因素，重点讲述了压缩机能量调节的各种方法，为后续课程的学习及今后的工作打下了基础。英文简介Itisanimportantcourseforthefieldofrefrigeratingandaircondition.Therefrigeratingcompressoristheheartofrefrigeratingsystem.Therefrigeratingcyclecouldn’tbeachieved,refrigeratingsystemandairconditioningsystemcouldn’tworknormallywithoutthecompressor.So,theworkingprincipleandcharacteristicsofdifferentkindsofcompressorisintroduced.Itisanalyzedofdifferentfactoroncharacteristicsofcompressor.Itishemainpointofdifferentkindsofregulatingenergy.Itmakethefoundationforthefuturestudyandwork.三、课程性质与教学目的本课程是热能与动力工程专业本科生（建筑环境与设备方向）的一门主要专业限选课。通过学习使学生掌握活塞式、回转式制冷压缩机的工作原理，掌握热力计算、动力计算、润滑方式、冷却、安全保护和输气量调节等方面的基本知识，熟悉各类压缩机的特点与结构，从而使学生具有设计压缩机的能力和分析解决压缩机实际问题的能力，为今后从事制冷压缩机的设计、制造、运行和管理工作打下良好基础。四、教学内容及要求第一章绪论（一）目的与要求1．制冷压缩机的种类：2．各类压缩机的范围；3．压缩机的发展状况。4．掌握压缩机的分类方法；5．熟悉不同种类压缩机的应用范围。（二）教学内容第一节制冷压缩机的种类及分类1．主要内容压缩机在系统中的作用压缩机的种类及分类第二节制冷压缩机的当前发展概况1.主要内容压缩机的发展概况（三）教学方法与手段采用多媒体的教学方式利用动画演示和课堂讨论深入教学内容的理解第二章容积型制冷压缩机的热力学基础（一）目的与要求1．制冷压缩机的种类：2．各类压缩机的范围；3．压缩机的发展状况。4．掌握压缩机的分类方法；5．熟悉不同种类压缩机的应用范围。（二）教学内容第一节单级往复式压缩机的理论循环1.主要内容单级活塞式压缩机的理论循环的假设条件：1）压缩机没有余隙容积2）吸汽与排汽过程中没有压力损失3）吸汽与排汽过程中无热量传递4）无漏汽损失5）无摩擦损失一、活塞式压缩机的理论输汽量1.气缸工作容积Vp，单位为m32.理论容积输气量qvt(或称理论排量)，单位为m3/h。是指压缩机按理论循环工作时，在单位时间内所能供给、按进口处吸气状态换算的气体容积。(1-2)3.压缩机的理论质量输气量qmt，单位为kg/h(1-3)二、压缩机消耗的理论功率1.理论循环所消耗的理论功Wts，单位为J，Wts=∫12Vdp(1-4)2.即单位绝热理论功Wts为，单位为J，Wts=h2-h1(1-4a)3.压缩机所消耗的理论功率Pts，单位为kw第二节容积型压缩机的实际性能1.知识点1、压缩机中的压力降①通过吸、排气截止阀②通过吸气过滤器③通过内置电动机④流过吸排气管道和室腔⑤通过吸排气阀和阀孔⑥通过内部消声器⑦通过内部分油器⑧通过单向阀2、制冷剂的受热①从内置电动机吸热②与压缩机中各种零部件的热交换③吸收从摩擦损耗所转换的热量如润滑油等3、气阀运动规律不完善带来的效率下降。4、制冷剂泄漏的影响。5、再膨胀的影响6、压缩过程偏离等熵过程7、压缩过程的过压缩和欠压缩。8、润滑油循环量的影响。9、压缩机的机械摩擦损失和内置电动机(封闭式压缩机)的电动机损失。第三节内容积比固定的压缩机的内容积比效率1.知识点在那些具有固定内容积比的容积型压缩机中，在工作中会发生过压缩和欠压缩的压缩过程。一、内容积比1.内容积比εV指这类压缩机吸汽终了的最大容积V1与压缩终了的容积V2的比值，即(1-6)2.内压力比工作容积内压缩终了压力P2与吸汽压力P1的比值，称为内压力比二、过压缩和欠压缩内压力比与外压力比不相等时，会产生过压缩和欠压缩。讨论三种情况：①PdP2欠压缩②Pd=P2。③PdP2。过压缩由此，当压缩机内压缩终了压力与排汽管内气体的压力不相等，即内压力比与外压力比不等时，将产生附加功损失，从而降低压缩机的指示效率。所以，应力求压缩机的实际运行工况与设计工况相等或接近，以使压缩机获得运行的高效率。第四节制冷压缩机的基本性能参数1.知识点一、实际输气量在一定工况下，单位时间内由吸气端输送到排气端的气体质量称为在该工况下的压缩机质量输气量qma，单位为kg/h。(1-8)二、容积效率压缩机的实际输汽量与理论输汽量之比称为容积效率。(1-9)它用于衡量容积型压缩机气缸工作容积的有效利用程度。三、制冷量所谓压缩机的制冷量，就是压缩机在一定的运行工况下，在单位时间内被它抽吸和压缩输送的制冷工质在蒸发制冷过程中从低温热源（被冷却的物体）中所吸取的热量。在给定工况下压缩机的制冷量Q0可用下式计算。即：Q0=qmaq0=qvtλqvkW(1-10)四、制(排)热量制(排)热量是压缩机的制冷量和部分压缩机输入功率的当量热量之和。五、指示功率和指示效率单位时间内实际循环所消耗的指示功就是压缩机的指示功率Pi，单位为kW，它等于(1-12)制冷压缩机的指示效率ηi是指压缩1kg工质所需的等熵循环理论功ω与实际循环指示功ωi（单位为J/kg）之比。（1-13）ηi是用以评价压缩机气缸或工作容积内部热力过程完成的完善程度。六、轴功率、摩擦功率和轴效率、机械效率由原动机传到压缩机主轴上的功率称为轴功率Pe，它的一部分，即指示功率Pi直接用于完成压缩机的工作循环，另一部分，即摩擦功率Pm用于克服压缩机中各运动部件的摩擦阻力和驱动附属的设备。(1-14)轴效率ηe是等熵压缩理论功率与轴功率之比，用它可以评定主轴输入功率的利用完善程度，较适用于开启式压缩机。(1-15)机械效率ηm是指示功率和轴功率之比，用它可以评定压缩机摩擦损耗的大小程度。(1-16)(1-17)七、电功率和电效率输入电动机的功率就是压缩机所消耗的电功率Pel，电效率ηel是等熵压缩理论功率与电功率之比，它是用以评定利用电动机输入功率的完善程度。(1-18)对于封闭式制冷压缩机，其电动机转子直接装在压缩机的主轴上，所以电效率对它较为适用(1-19)八、性能系数为了最终衡量制冷压缩机的动力经济性，采用性能系数COP(Coefficientofperformance)，它是在一定工况下制冷压缩机的制冷量与所消耗功率之比。对于开启式压缩机，其性能系数COPe，(单位为w/w)为(1-20)对于封闭式压缩机，其性能系数为(1-21)（三）教学方法与手段采用多媒体的教学方式利用动画演示和课堂讨论深入教学内容的理解a)往复式制冷压缩机（一）目的与要求1．制冷压缩机的种类：2．各类压缩机的范围；3．压缩机的发展状况。4．掌握压缩机的分类方法；5．熟悉不同种类压缩机的应用范围。（二）教学内容第一节基本结构和工作原理1.知识点1、基本结构各种活塞式制冷压缩机的制冷量、外形、制冷剂、用途等不尽相同，但其基本结构和组成的主要零部件都大体相同，即包括机体、曲轴、连杆组件、活塞组件、吸排汽组件、汽缸套组件等。2、名词术语1．外止点（上止点）2．内止点（下止点）3．活塞行程：4．余隙容积：5．相对余隙容积：第二节热力性能1.主要内容一、压缩机的工作过程1、理想工作过程2、实际工作过程压缩机的实际工作过程与理想工作过程存在着较大的区别二、影响性能参数的因素由于余隙容积，吸汽和排汽压力损失，汽体与汽缸壁之间的热量交换以及泄漏等因素的影响。压缩机的实际输汽量总是小于它的理论排汽量。压缩机的实际输汽量qVa与理论输汽量qVt的比值，称为压缩机的容积效率，即容积效率综合了影响压缩机实际排汽量的各种因素，是评价压缩机性能的一个重要指标，输汽系数越小，表示压缩机的实际排汽量与理论排汽量相差越大。显然，压缩机的输汽系数λ值总是小于1的。软件效率可以写成容积系数λv、压力系数λp、温度系数λt和泄漏系数λl乘积形式，即：（2-1）1、影响压缩机容积效率的各种因素：1）容积系数λV、它反映了压缩机中余隙容积的存在对压缩机输气量的影响。由理论分析和推导可知，容积系数λV、可由下式进行计算：(2-2)△pC对λV的影响较小，可以略去不计，则式(2-2)可以简化为(2-3)2）压力系数它反映了吸气压力损失对压缩机输气量的影响。经推导和分析可知，可用下式表示：(2-4)3）温度系数λT它反映在吸气过程中，因气体的预热对输气量的影响。吸入气体与壁面的热交换是一个复杂的过程，与制冷剂的种类、压缩比、气缸尺寸、压缩机转速、气缸冷却情况等因素有关。λT的数值通常用经验公式计算。对于开启式压缩机为(2-5)对于封闭式制冷压缩机为(2-6)4）泄漏系数它反映压缩机工作过程中由于泄漏而引起的对输气量的影响。泄漏是的大小与压缩机的制造质量、磨损程度、气阀设计、压力差大小等因素有关。对于高速多缸压缩机的输气系数，可由上述四个系数的乘积求出，也可由试验结果整理出来的经验公式求出。例如日本的木村亥之助推荐的经验公式(简称木村公式)如下1)当转速大于720r/min，c=3%~4%时(2-7)2)对双级压缩机的低压级(2-8)2、特性曲线三、压缩机的功率和效率1、指示功率与指示效率单位时间内所消耗的指示功，称为压缩机的指示功率。理想循环中压缩1kg制冷剂所消耗的功Wts，与实际循环中所消耗的功Wi的比值，称为压缩机的指示效率，用ηi表示。(2-9)开启式压缩机中的可用下列经验公式计算：ηi=λT+bte(2-10)影响指示功率和指示效率的因素有压缩比，吸、排气过程的压力损失，相对余隙容积，吸气预热程度及制冷剂泄漏等。2、轴功率、磨擦功率与机械效率由原动机传到曲轴上的功率称为轴功率，用Pe表示。轴功率的一部分直接用于压缩气体，称为指示功率，用Pi表示；另一部分用于克服曲柄连杆机构等的摩擦阻力，称为摩擦功率，用Pm表示。两者之比值称为机械效率，用ηm表示。即（2-11）制冷压缩机的机械效率一般在0.75~0.9之间。指示效率ηi与机械效率ηm的乘积，称为压缩机的轴效率，用ηe表示。一般在0.6~0.7之间。3、配用电动机功率制冷压缩机所需要的轴功率，是随工况的变化而变化的，选配电动机功率时，应考虑到这一因素。如果压缩机本身带有卸载装置，可以空载起动，则电动机的轴功率可按运行工况下的轴功率，再考虑适当裕量(10%~15%)选配。四、压缩机的排汽温度制冷压缩机的排汽温度虽不是主要性能指标，但它对压缩机能否良好运行却是一个很重要的因素。1.影响因素2.降低排温的措施五、压缩机的运行特性曲线和工况1、运行特性曲线压缩机的运行特性是指在规定的工作范围内运行时，压缩机的制冷量和功率随工况变化的关系。第三节制冷系统中压缩机运行平衡点第四节驱动机构和机体部件1.主要内容1、机体的作用与结构2、曲轴的作用与结构3、连杆的作用与结构4、活塞体5、