压缩机的效率(The Efficiency of Compressor)
压缩机主要的作用即是压缩气体
如图的所示为往复式压缩机的基本构造图,当活塞B下行时,排气阀D关闭,吸气阀C开启,蒸发器中的低温度气体则自吸气阀进入汽缸,如活塞进行至汽缸*端时,低压低温气体即充满于整个汽缸内;当活塞由汽缸最底端开始上行时,气缸中的低压低温气体即开始被压缩,吸气阀因压缩而关闭,故气缸中的气体则因活塞上行而体积逐渐减少,因体积的减少而压力、温度逐渐增高,当压缩的气体压力大于排气阀的压力时,排气阀即开启,压缩的高温高压气体即由排气阀排除经高压气管而注入冷凝器中,当活塞行至最高点时(活塞行程的最高点,惯称为死点),气体均被排出,而活塞又开始下行,如此继续不断地上下运行,蒸发器中蒸发的低温低压气体则不断地被压缩机吸入而压缩为高压高温的气体,排至冷凝中,推动完成冷冻系统的循环。
因此,压缩机的效率即压缩机压缩出的气体与汽缸实际体积之比,因完全讨论气体与气缸体积的关系,故压缩机的效率又称为容积效率(Volumetric Efficiency).在理论上讲,容积效率为100%,即活塞上行时,将汽缸中全部的气体均压出;但实际上活塞上行至最高点时,并非汽缸的顶点,活塞与汽缸盖之间,必须保留一个安全的空间,以免彼此的撞击,此安全的空间称为压缩机的气隙(Clearance)。气隙、吸排气阀及活塞与汽缸间的泄漏……等,均影响容积效率。故实际上压缩机的容积效率为:实际吸入气体的体积,与活塞所行径的实际体积的百分比。
活塞在汽缸中由*点行至最高点的行程,称为活塞移位(Displacement),故在下图中,如以V表示汽缸的体积,Vc表示气隙体积,V1表示实际吸入体积,Vp表示活塞位移,则
影响容积效率的最大因素为气隙体积Vc,因为在实际压缩过程中,为避免活塞与汽缸盖撞击,产生震动、噪音及损坏,汽缸顶端必留有适当的间隙,如在下图a及b中所示。高压蒸汽在压缩后,气隙Vc所残留的高压气体P2,于图b中示,当活塞开始作吸气过程时,留于气隙内的高压蒸气Vc,随活塞的下降而膨胀至V2,压力亦随之降至P1与吸气压力P1相等时,吸入气管内的低压蒸气才开始被吸入汽缸内,此时活塞所再能移动的容积,亦即实际吸入汽缸的气体容积,仅为V1=V-V2,由气隙内高压蒸气所膨胀的容积为V-V2。
根据波义耳定律知,如温度不变的情况,气体压力与体积成反比。即
PV=constant
但如压缩过程,温度随压缩而变,则波义耳定律为:
PVn=constant
上式n为体积随温度变化的膨胀指数,当绝热膨胀过程时,n=K,当变熵膨胀过程时,K>n>1;K为比热率(The Ratio of Specific Heat),等于气体定压比热与定容比热之比。即K=Cp/Cv,Cp为定压比热,Cv为定容比热。
故当活塞开始下移时,气隙中的高压气体(P2)先膨胀至吸入管内的蒸发压力P1,膨胀变化如下:
P2Vcn=P1V2n
故容积效率
影响容积效率的因素主要有下列四点:
1、气隙:气隙愈大,容积效率愈低,故气隙在安全范围内愈小愈好。
2、吸气压力不变时,排气压力愈高,效率愈低;但排气压力不变时,吸气压力愈低,刚效率变愈低。
3、吸排气阀及活塞与汽缸间之泄漏愈小愈好。
4、过热的影响:汽缸内部的过热,对吸入气体量影响很大,汽缸内壁愈热,吸入气体愈少,效率愈低。
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