第三章 热力性能参数(3).pdf

14:3214:321回转压缩机原理与结构回转压缩机原理与结构热力性能参数热力性能参数压缩机研究所压缩机研究所目录目录 绪论绪论 工作过程工作过程 热力性能参数热力性能参数 啮合原理基础啮合原理基础 双螺杆压缩机双螺杆压缩机 涡旋压缩机涡旋压缩机 涡旋压缩机涡旋压缩机 滚动活塞（转子）压缩机滚动活塞（转子）压缩机 单螺杆压缩机单螺杆压缩机 滑片压缩机滑片压缩机 喷液、喷油喷液、喷油 空气压缩机系统空气压缩机系统 制冷压缩机系统制冷压缩机系统XianJiaotong University14:32基本参数基本参数14:32XianJiaotongUniversity性能参数性能参数XianJiaotongUniversity14:3214:32空压机：比功率制冷机：性能系数性能参数性能参数一、容积效率一、容积效率定义：定义：压缩机的实际容积流量与理论容积流量的比值压缩机的实际容积流量与理论容积流量的比值tvVV/min)/(3mV积流量指折算到吸气状态的容量，回转压缩机的实际排气容积效率反映了压缩机几何尺寸利用的完善程度。两者的差值主要是由回转压缩机的气体泄漏引起。14:32min)/(3mVt和转速决于压缩机的几何尺寸量或容积流量，它取回转压缩机的理论排气性能参数性能参数一、容积效率一、容积效率各种回转压缩机的容积效率是有所差别的：螺杆式：各种回转压缩机的容积效率是有所差别的：螺杆式：0.750.95罗茨鼓风机：罗茨鼓风机：0.70.9转速低、容积流量小、压力比高、不喷液的压缩机，容积效率较低容积效率较低；转速高容积流量大压力比低喷液的压缩机容积效容积效转速高、容积流量大、压力比低、喷液的压缩机，容积效容积效率较高率较高。影响因素：影响因素：喷油与否、压差、转速、气体性质、型线等。设计选取：设计选取：1、参照类似机器的试验数值选取；2、通过回转压缩机工作过程数学模拟的方法进行计算。14:3214:3214:322性能参数性能参数一、容积效率一、容积效率14:32性能参数性能参数二、绝热效率二、绝热效率定义：定义：压缩机的等熵绝热压缩所需的理想功率与实际所需的轴功率的比值压缩机的等熵绝热压缩所需的理想功率与实际所需的轴功率的比值PPadad/）（率等熵绝热压缩所需的功kWP绝热效率反映了回转压缩机能量利用的完善程度。其数值依机型和工况不同而有明显的差别。低压力比、大中容积流量时：0.750.85高压力比、小容积流量时：0.650.7514:32）（率等熵绝热压缩所需的功kWadP）（回转压缩机的轴功率kWP性能参数性能参数二、绝热效率二、绝热效率等熵绝热压缩功率等熵绝热压缩功率1、理想气体、理想气体111kksdsadppVpkkP压缩机的等熵绝热压缩功率；压缩机的吸气压力；压缩机的排气压力；被压缩气体的绝热指数；压缩机的实际容积流量。14:32adPspdpkV性能参数性能参数二、绝热效率二、绝热效率等熵绝热压缩功率等熵绝热压缩功率2、非理想气体、非理想气体)(sdsmadhhqP压缩机的等熵绝热压缩功率；吸气状态下气体比焓；排气压力下，与吸气状态熵相等的状态下气体比焓；被压缩气体的实际质量流量。14:32adPshdshmq性能参数性能参数二、绝热效率二、绝热效率14:32性能参数性能参数三、绝热指示效率三、绝热指示效率定义：定义：压缩机的等熵绝热压缩所需的理想功率与压缩机指示功率的比值压缩机的等熵绝热压缩所需的理想功率与压缩机指示功率的比值iadiPP/）（率等熵绝热压缩所需的功kWP绝热指示效率反映了回转压缩机内部工作过程（热力过程）的完善程度。指示功率计算：1、实测工作过程pV图，根据其面积和转速得到；2、数值模拟14:32）（率等熵绝热压缩所需的功kWadP）（回转压缩机的指示功率kWiP14:3214:323性能参数性能参数四、机械效率四、机械效率定义：定义：压缩机的指示功率和轴功率的比值压缩机的指示功率和轴功率的比值iadmimPP/）（压缩机轴功率kWP轴功率轴功率等于回转压缩机指示功率与机械摩擦损失功率之和。一般来说，回转压缩机的机械效率在0.90.98之间；滑片压缩机的机械效率可低至0.7。为什么？为什么？14:32性能参数性能参数五、比功率五、比功率定义：定义：空气压缩机机组的输入功率和实际排气量的比值空气压缩机机组的输入功率和实际排气量的比值VWPpv/）（压缩机机组输入功率kWW）（压缩机机组输入比功率/min)kW/(m3pvP压缩机机组输入功率：指的是整个压缩机机组的所有用到的电机的总输入功耗值。包括驱动压缩机的电机、风扇电机等。和以前的比功率（1999年标准及2003年标准）相比，要求提高。功率项为压缩机的轴功率（1999）。14:32性能参数性能参数五、比功率五、比功率以螺杆空压机为例：老标准：JB/T 53056-1999一般用喷油螺杆空气压缩机产品质量分等老标准：GB 19153-2003 容积式空气压缩机能效限定值及能效等级新标准：GB 19153-2009 容积式空气压缩机能效限定值及能效等级区别：区别：14:321、1999使用合格、优等等说法，使用合格、优等等说法，2009全部采用能效级别全部采用能效级别2、能效标准提高、能效标准提高3、使用了“能效限定值”，不能大于新标准的、使用了“能效限定值”，不能大于新标准的3级能效级能效4、提出了“目标能效限定值”，、提出了“目标能效限定值”，4年后将替代年后将替代3级能效级能效产品类型能效等级补贴（元产品类型能效等级补贴（元/kW）喷油螺杆空压机12002100喷油单螺杆空压机12202120性能参数性能参数五、比功率五、比功率200920031999能效等级比功率 能效等级比功率 等级比功率16.2优等品 6.152节能评价值7.0节能评价值 7.0一等品 6.43能效限定值8 0能效限定值 8 0合格品 6 6水冷螺杆空压机，电机额定输入功率22kW，额定排气压力0.7MPa14:323能效限定值8.0能效限定值 8.0合格品 6.6T目标能效限定值 7.9200920031999能效等级比功率 能效等级比功率 等级比功率16.8优等品 6.52节能评价值7.6节能评价值 7.6一等品 6.83能效限定值8.4能效限定值 8.9合格品 7.0T目标能效限定值 8.3风冷螺杆空压机，电机额定输入功率22kW，额定排气压力0.7MPa性能参数性能参数五、比功率五、比功率200920031999能效等级比功率 能效等级比功率 等级比功率17.8优等品 5.52节能评价值8.8节能评价值 8.8一等品 5.73能效限定值9 8能效限定值 9 8合格品 5 8水冷螺杆空压机，电机额定输入功率315kW，额定排气压力1.25MPa14:323能效限定值9.8能效限定值 9.8合格品 5.8T目标能效限定值 9.7200920031999能效等级比功率 能效等级比功率 等级比功率18.2优等品 5.72节能评价值9.2节能评价值 9.2一等品 5.93能效限定值10.5能效限定值 10.5合格品 6.1T目标能效限定值 10.4风冷螺杆空压机，电机额定输入功率315kW，额定排气压力1.25MPa性能参数性能参数六、性能系数（六、性能系数（COP）定义：定义：某一工况下制冷量与同一工况下某一工况下制冷量与同一工况下输入功率输入功率比值（全封和半封）某一工况下制冷量与同一工况下比值（全封和半封）某一工况下制冷量与同一工况下轴功率轴功率比值（开启）比值（开启）WQCOP/14:32WQCOP/）（者轴功率制冷压缩机输入功率或kWW）（制冷压缩机制冷量kWQ14:3214:324性能参数性能参数六、性能系数（六、性能系数（COP）以螺杆为例：标准：以螺杆为例：标准：GB/T194102008螺杆式制冷压缩机名义工况螺杆式制冷压缩机名义工况类型吸气饱和（蒸类型吸气饱和（蒸发发）温度温度排气饱和（冷排气饱和（冷凝凝）温度温度吸气温吸气温度度b吸气过吸气过热度热度b过冷度过冷度14:32发发）温度温度凝凝）温度温度度度b热度热度b高温(高冷凝压力)550200高温(低冷凝压力)40中温(高冷凝压力)104510或5a中温(低冷凝压力)40低温35a用于R717b 吸气温度用于高温名义工况，吸气过热度用于中、低温名义工况性能参数性能参数六、性能系数（六、性能系数（COP）以螺杆为例：标准：以螺杆为例：标准：GB/T194102008螺杆式制冷压缩机设计和使用条件螺杆式制冷压缩机设计和使用条件类型类型吸气饱和吸气饱和(蒸发蒸发)温度温度排气饱和排气饱和(冷凝冷凝)温度温度14:32类型类型吸气饱和吸气饱和(蒸发蒸发)温度温度排气饱和排气饱和(冷凝冷凝)温度温度高冷凝压力低冷凝压力高温(热泵)151225602545高温(制冷)512中温2502555低温502020502045排气温度排气温度 在干式螺杆压缩机和喷液螺杆压缩机中，压缩机的排气温度有着很大的不同。干式机器的排气温度主要取决于介质物性和运行压比。14:32 喷油等喷液机器的排气温度在上述基础上，还要取决于喷入的液量和温度。排气温度排气温度干式干式回转压缩机的排气温度排气温度：mmsdTT1dT压缩机的气温度，K；14:32STm压缩机的吸气度，K；压缩机的外压力比；多方程指数。排气温度排气温度干式回转压缩机的排气温度影响因素：从理论上讲，在没有热损失的情况下，由于被压缩气体吸收了功，从而引起温度从吸气温度升高到更高的排气温度。在实际过程中，热量会通过许多途径从被压缩气体中传出，这些途径包括壳体冷却套、润滑系统、转子冷却系统对流以及辐射从被压缩气体中传出热量的多少除取14:32、对流以及辐射。从被压缩气体中传出热量的多少，除取决于上述因素外，还取决于压缩机所产生的温升、气体与转子及机壳间的温差，也与气体的密度有关，因为气体的密度会影响到热传导率。干式压缩机的转速通常很高，容积流量也较大。因而当气体通过压缩机时，气体被冷却的时间很短。所以，干式压缩机中的冷却常常是为了保持压缩机的几何尺寸和间隙不变，而不是为了冷却气体。排气温度排气温度干式回转压缩机的排气温度：（以螺杆为例）1.当排气温度低于 100时，转子和机壳并不需要专门的冷却装置，向空气的散热即足以保证机壳的几何尺寸不发生改变。2.当排气温度更高时，由于螺杆压缩机的气缸是双孔形状，故其整个表面的膨胀是不均匀的。因此为保证气缸的形14:32故其整个表面的膨胀是不均匀的。因此为保证气缸的形状不发生改变，常在气缸的周围布置冷却套，用水、油或其它液体冷却。冷却介质吸收的热量取决于气缸内气体的压力和温度，一般为压缩机输入功的510%。3.当不采用冷却套时，干式螺杆压缩机的排气温度可达200。当有冷却套时，排气温度可达 240250。为留有一定的安全系数，压缩机连续运转的最高排气温度可达 220230。14:3214:325排气温度排气温度喷液喷液回转压缩机的排气温度排气温度：喷液压缩机的排气温度不由工作压比和介质物性决定，而是压缩机功耗、被压缩气体的比热容以及所喷入的液量联合作用的结果。如果供入足量温度很低的油或其它液体，甚至可以使这14:32供低其类压缩机的排气温度低于进气温度。在上述情况下，有时会误认为实现了等温压缩过程，能获得比绝热压缩时更高的效率。但实测数据表明，实际压缩机的最高效率仍比绝热压缩时的效率低一点。所以，在实际工作中一般将压缩机效率与绝热压缩而不是等温压缩联系起来。排气温度排气温度喷液喷液回转压缩机的排气温度排气温度：喷油压缩机的排气温度是可控制的，而且允许的排气温度高会带来一定的好处：所需的油冷却器越小，这是因为排气温度也是需通过油冷却器将热量传出的油的温度。允许的排气温度越高，所需循环流动的油量也越少。14:32那是不是排气温度越高越好？压缩机中为考虑膨胀影响而留的间隙也越大，压缩机的效率也就会降低。会导致更多的润滑油处于气相，增加油分离的困难。还会降低油的寿命。特别是矿物油，在高温的情况下，会发生氧化、碳化或分解。排气温度排气温度喷液喷液回转压缩机的排气温度排气温度：（以螺杆为例）喷油螺杆空气压缩机：上限：上限：额定的排温极限一般设定为约100，有些机器的排气温度可高达120，但在这种温度下，矿物油的寿命很低，故多采用高级合成油，它不仅有长的寿命和适应高温的能力，而且润滑特性也得到了提高。14:32下限：下限：即不得低于气体压缩后水蒸汽分压力所对应的饱和温度，它与压力比及吸气状态下水蒸汽的原始分压力有关。在100%的相对湿度时，从20的环境温度压缩到0.8MPa时，相应的饱和温度约为59。考虑到工况的不稳定，为了保证在这种条件下绝对不出现冷凝水，通常控制排气温度不得低于70。一旦在系统中出现冷凝水，应将压缩机停车56小时，让油与水充分分离并排放水份。否则，会使油质恶化并降低轴承寿命。一般来说，排气温度在7585排气温度排气温度喷液喷液回转压缩机的排气温度排气温度：（以螺杆为例）喷油螺杆制冷或者工艺压缩机：也采用同样的额定排温上限，即100。而且即使采用高级合成油，也很少会运行至超过这一上限。对密度大的气体如R22、丙烷等，排气温度趋于更低，大约14:32对密度大的气体如R22、丙烷等，排气温度趋于更低，大约为70 80。这是由于在设计压缩机时，同一压缩机往往要能用于压缩多种气体，为能满足小密度气体的排温要求，设计时所给的油流量往往偏大。