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活塞式制冷压缩机变工况下容积效率的试验研究摘要：本文通过对活塞式制冷压缩机在不同工况下的容积效率进行试验研究，探讨了压缩机在不同压力、温度、转速等因素影响下的容积效率变化规律。
实验结果表明，活塞式制冷压缩机的容积效率随着压力的增加而增加，随着温度的升高而降低，随着转速的增加而增加。
同时，本文还分析了影响容积效率的因素，提出了提高容积效率的措施。
关键词：活塞式制冷压缩机；容积效率；工况；压力；温度；转速一、引言活塞式制冷压缩机是制冷系统中的核心设备之一，其性能的好坏直接影响着制冷系统的效率和稳定性。
容积效率是评价压缩机性能的重要指标之一，它反映了压缩机在单位时间内所压缩的气体体积与活塞运动体积的比值，是压缩机压缩能力的重要参数。
因此，研究活塞式制冷压缩机在不同工况下的容积效率变化规律，对于提高压缩机性能，提高制冷系统效率具有重要意义。
二、试验装置和方法1.试验装置本文采用的试验装置如图1所示，主要由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器和数据采集系统组成。
其中，压缩机为活塞式制冷压缩机，型号为YK-5.5/3.5，制冷剂为R22。
2.试验方法本文选取了不同压力、温度、转速等工况下的容积效率进行试验研究。
具体方法为：先将压缩机工作室内的制冷剂排空，然后按照不同工况设定相应的压力、温度、转速等参数，记录下相应的压力、温度、功率、电流等数据，再根据数据计算出容积效率。
三、试验结果与分析1.不同压力下的容积效率本文选取了3个不同的压力（0.8MPa、1.0MPa、1.2MPa）下的容积效率进行试验研究，试验结果如表1所示。
表1 不同压力下的容积效率压力（MPa）容积效率0.8 0.731.0 0.771.2 0.81从表1中可以看出，随着压力的增加，容积效率也逐渐增加。
这是因为在高压力下，气体的压缩程度更大，压缩机的压缩能力更强，因此容积效率更高。
2.不同温度下的容积效率本文选取了3个不同的温度（5℃、10℃、15℃）下的容积效率进行试验研究，试验结果如表2所示。
制冷原理与设备_中原工学院中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.某螺杆式冷水机组, 在运行过程中制冷剂流量与蒸发温度保持不变, 冷却水供水温度降低, 其水量保持不变, 若用户负荷侧可适应机组制冷量的变化, 下列哪项的结果是正确的?参考答案:冷水机组的制冷量增大, 能效比增大2.采用开启式压缩机的制冷装置冷凝器的排热量近似于下列哪一项？参考答案:制冷量+压缩机轴功率3.有关回热循环压缩制冷的描述, 下列哪几项是正确的?参考答案:采用回热循环, 压缩机的排气温度比不采用回热循环的压缩机排气温度高_采用回热循环, 单位质量制冷剂的压缩功耗总会增加_采用回热循环, 单位质量制冷剂的制冷量总会增加4.离心式压缩机运行过程发生“喘振冶现象的原因, 可能是下列哪几项?参考答案:冷却水温过高_气体流量过小5.有三种容积式单级压缩机，当实际工况压缩比≥4 时，压缩机的等熵效率由低到高的排序应是下列选项的哪一个？参考答案:活塞式压缩机滚动转子式压缩机涡旋式压缩机6.分体式空调器在室外环境温度比较低的条件下，不能进行制热工况运行，其主要原因是下列哪一项?参考答案:压缩机排气温度过高，致使压缩机不能正常运行7.下列哪些蒸气压缩式制冷机组, 运行中不易发生喘振现象?参考答案:涡旋式压缩机_螺杆式压缩机_活塞式压缩机8.下列关于R407C，和R410A制冷剂的说法，哪一项是错误的？参考答案:两者都属于近共沸混合物制冷剂9.关于单级压缩开启式与单级压缩半封闭式离心式冷水机组的说法, 哪几项是正确的?参考答案:轴封需定期更换, 以防止制冷剂与润滑油的泄漏_开启式机组电动机采用空气或水冷却_半封闭式机组电动机采用制冷剂冷却10.某空调系统安装有一台冷水机组, 其一次冷水循环泵采用变频调速控制, 下列何项说法是错误的?参考答案:冷水循环泵转速降低时, 其水泵效率会得到提高11.直燃双效溴化锂吸收式冷水机组当冷却水温度过低时, 最先发生结晶的部位是下列哪一个装置?参考答案:低温溶液热交换器12.螺杆式压缩机转速不变、蒸发温度不同工况时, 其理论输气量(体积流量)的变化表述,下列何项是正确的?参考答案:蒸发温度变化的工况, 理论输气量不变13.已知某电动压缩式制冷机组处于额定负荷出力的是工况运行：冷凝温度是30 °C ，蒸发温度是 2 °C ，不同的销售人员介绍该工况下机组的制冷系数值，不可取信的为下列何项？参考答案:9.8214.热泵压缩机采用高低压旁通法进行能量调节时，下列哪一项说法是正确的？参考答案:可行，但要注意排气温度过高问题15.关于满液式蒸发器, 下列哪几项说法是正确的?参考答案:使用润滑油互溶的制冷剂时, 回油困难_满液式蒸发器具有较大的传热系数, 但制冷剂充注量大16.大型水冷冷凝器应设置的安全保护装置有下列哪几项?参考答案:安全阀_压力表_缺水报警17.下列关于空调冷水系统设置旁通阀的何项说法是错误的?参考答案:空调冷水机组冷水系统的供回水总管路之间均应设置旁通阀18.使用制冷剂R134a 的制冷机组, 采用的润滑油应是下列哪一项?参考答案:醇类(PAG)润滑油或酯类(POE)润滑油19.一个正在运行的水冷螺杆式冷水机组制冷系统, 发现系统制冷出力不足, 达不到设计要求。
制冷高级应知习题一、制冷系统（单选题下列每题的选项中，只有1个正确，请将其代号填在空括号里）1.采用双级压缩制冷循环系统中，（）制冷剂比较适合。
A高温 B常温 C 中温 D低温2.双级压缩制系统冷在进行高低压的气缸容积比匹配时经常取（）。
A1：1或1：2 B1：1或1：3 C1：1或1：4 D1：2或1：33.单机双级氟利昂蒸汽压缩式制冷循环系统一般适宜采用的中间冷却方式为（）。
A一次节流中间不完全冷却 B一次节流中间完全冷却4.对于两级压缩制冷系统，当冷凝温度保持恒定而蒸发温度升高时，高压级的压缩比和低压级的压缩比将会（）。
A都降低 B不降低 C都升高 D 降低压5.在单机双级蒸发式制冷系统中为了提高低压级压缩机的输气系数，以获得较大的制冷量，通常低压级的压缩比（）高压级的压缩比。
A略高于 B略低于 C略大于 D略小于6.中间压力是指双级压缩制冷系统中的（）。
A中间双级冷却器内工质的压力 B中间单项冷却器内工质的压力C中间冷却器内工质的压力 D中间系统冷却器内工质的压力7.中间温度是指双级压缩制冷系统中的（）。
A中间温度冷却内工质蒸发温度 B中冷器内蒸发压力温度C中间冷却器内工质的温度 D中冷器内蒸发升高温度8.在氨为制冷剂的单机双级压缩机中，低压缸排气至（）。
A中间冷疑器 B中间冷却压缩器 C中间冷却器9.在双级压缩循环中，下面叙述中（）是正确的。
A高压级制冷剂流量小于低压级制冷剂的流量B高压级制冷剂流量大于低压级制冷剂的流量10.在双级压缩制冷热力循环中，已知高压级制冷循环量为G，高压级理论单位压缩功为W则系统高压级理论功率为（）。
A D.CB G.DC W.GD G.W11.在双级压缩制冷热力循环中，已知系统高压级指数功率为17kw,高压级摩擦率为3kw，则高压级轴功率为（）KWA14 KW B20KW12.在双级压缩制冷热力循环中，已知低压级制冷剂循环量为Gkg，低压级理论单位质量制冷量为q<sub>o</sub>,则系统制冷量为（）。
制冷工考试真题库一51、多选（江南博哥）制冷系统的正常停机是指（）。
A.制冷系统运行中B.制冷系统运行完毕C.按规定的程序让制冷系统停止运行D.并为下一次运行做好准备答案：B, C, D52、单选三星级的冷冻室温度为（）℃。
A.0B.-6C.-12D.-18答案：D53、单选舒适性低速空调系统的风道系统主管风速为（）m/s。
A.2~3B.2~5C.4~7D.5~8答案：C54、单选活塞式制冷系统运行时，压缩机的各摩擦部位允许的最高温度是（）。
A.30℃B.50℃C.70℃D.90℃答案：C55、单选（）mm不是国产活塞式压缩机的系列化汽缸直径。
A.50B.70C.100答案：D56、名词解释单级理论制冷循环制冷系数答案：单级理论制冷循环制冷系数是理论制冷循环中的单位制冷量和单位循环净功（单位理论功）之比，即理论制冷循环的效果和代价之比。
57、单选 170系列压缩机的吸气阀片开启度和排气阀片的开启度应分别是（）mm。
A.0.5、1B.1、1.5C.1.5、2.5D.2、3答案：C58、多选一台压缩机的曲轴箱盖板上有上、下两个视油镜，它所表示的意义是（）。
A.最大油量不能超过上镜的中线B.曲轴箱内有油冷却器C.最小油量不能低于下镜的中线D.曲轴箱内没有油冷却器答案：A, B, C59、单选溴冷机传热管被冻裂，可用圆锥铜销塞死，但数量不能超过传热管总数的（）。
A.3%B.5%C.8%D.10%答案：D60、多选我国系列活塞式压缩机的标准是（）。
A.6.3B.70D.125E.170F.250答案：B, C, D, E, F61、单选在氟利昂制冷系统中，冷凝压力与蒸发压力之比小于或等于（），均采用单级压缩制冷系统。
A.6B.8C.10D.12答案：C62、单选洗涤式油氨分离器在正常运行中，上部温度稍低于排气温度，下部温度比上部稍低，说明下部有足够（），且分油正常。
A.氨气B.氨液C.空间D.温度答案：B63、填空题在使用氨液分离器的重力供液系统中，应严格控制（）的开启度，以保证容器内的标准液位。
单螺杆压缩机发展现状及优越性分析章根国【摘要】This paper has introduced the developing current situation of single screw compressor in domestic and foreign,and compared and analyzed with piston compressor and double screw compressor in superiority.%介绍单螺杆压缩机国内外的发展现状,并分别与活塞压缩机、双螺杆压缩机进行了优越性对比分析.【期刊名称】《压缩机技术》【年(卷),期】2012(000)002【总页数】4页(P65-68)【关键词】单螺杆压缩机;现状;优越性【作者】章根国【作者单位】深圳振华亚普精密机械有限公司,广东深圳518109【正文语种】中文【中图分类】TH455;TH4571 压缩机技术发展压缩机是各行各业的通用机械设备，产品随着技术进步由活塞压缩机→双螺杆压缩机发展如今的单螺杆压缩机。
单螺杆空气压缩机执行的最新国家标准是GB/T26967-2011《一般用喷油单螺杆空气压缩机》。
因其结构简单，可靠性高等优点，近10年来在我国也得到快速发展，目前单螺杆压缩机技术及关键部件螺杆、星轮加工机床技术主要由日本、美国等少数发达国家所控制，核心产品和技术对我国实施禁运和封锁，我国目前技术在有些领域还与发达国家有一定差距。
1.1 单螺杆压缩机国外情况(1)1960年法国人辛麦恩将蜗杆传动技术应用于压缩机领域，发明了单螺杆压缩机，并获得专利权。
1962年试制出第一台空压机样机，此后，美国Chicago Pneumatic Tool及日本MITSUI SEIKI公司相继引进专利，进行系列生产。
20世纪70年代中期，荷兰Grasso公司和英国Hall公司先后将此机种扩展制冷领域，20世纪80年代初出现喷水空压机及喷液的制冷机，20世纪80年代末又推进技术，发展制造出可压缩多种气体的工艺压缩机。
制冷设备维修工：高级制冷设备维修工题库二121、单选（江南博哥）制冷压缩机电动机热继电器发生保护的原因是（）A、电路系统短路B、电磁阀失灵C、电源断电D、电机过载和断相答案：D122、单选（）调节是将压力导阀与主阀组合使用调节蒸发压力。
A、控制式蒸发压力B、控制式冷凝压力C、直动式蒸发压力D、直动式冷凝压力答案：A123、填空题通常的数码寄存器的输入输出方式为（）。
答案：并行输入串行输出124、单选扩管器夹紧紫铜管前，露出夹具表面高度应（）涨头的深度。
A、大于B、小于C、等于D、约等于答案：A125、填空题氨制冷系统中用于放空气的部件是（）。
答案：不凝性气体分离器126、单选溴化锂－水溶液是一种无色，无毒，入口有咸苦味的液体，常温下的饱和溶液浓度约为（）。
A、20％B、60％C、80％D、100％答案：B127、单选螺杆式式制冷压缩机广泛采用的能量调节系统的形式为（）。
A.改变转子的转速B.对吸气体节流C.排气回流到吸气腔D.滑阀调节答案：D128、单选（）是可压缩体。
A、液体B、固体C、气体D、海绵体答案：C129、填空题三极管作为开关应用时，相当于开关接通的三极管状态应处于()。
答案：饱和区130、填空题溴化锂双效吸收式冷水机组会因（）进行安全保护而停机。
答案：冷剂水低温继电器动作131、填空题利用液泵向（）输送制冷剂液体的系统叫液泵供液系统。
答案：蒸发器132、单选稳压电路的主要特性指标有（）。
A、最大输出电流及调节电压范围B、最大输出电流，最大输出电压及调节电压范围C、最大输出电流，最大输出电压D、最大输出电压及调节电压范围答案：B133、填空题家用空调器电子式温度控制器采用（）作为感温元件。
答案：热敏电阻134、单选（）称为符号法。
A.用函数表示正弦量的计算法B.用代数表示正弦量的计算法C.用矢量表示正弦量的函数计算法D.用复数表示正弦量的复数计算法答案：D135、填空题汽车空调压缩机的停与开由（）控制。
技能认证制冷工知识考试(习题卷29)第1部分：单项选择题，共58题，每题只有一个正确答案,多选或少选均不得分。
1.[单选题]目前应用于制冷系统上的螺杆式压缩机大都采用的形式是 （ ）。
A)单级开启式B)半封闭式C)全封闭式答案:A解析:2.[单选题]在小型制冷设备中， 作为节流装置的毛细管， 对于它的长度可变化与否， 下说法正确的是（ ）。
A)随意调节B)不能随意调节C)根据现场情况来定答案:B解析:3.[单选题]《中华人民共和国安全生产法》规定的安全生产管理方针是（）。
A)安全第一、预防为主、 综合治理B)安全为了生产，生产必须安全C)安全生产人人有责答案:A解析:4.[单选题]螺杆式压缩机能量指示标牌数值表示 （ ）。
A)滑阀位移百分数B)能量百分数C)能量的大小答案:A解析:5.[单选题]施工项目部必须制定安全检查制度。
项目负责人需要( )组织一次安全检查,检查人员应包括施工技术人员专职安全生产管理人员。
A)每周B)三月C)每月答案:A解析:6.[单选题]安全生产法》规定,从事( )作业的人员必须经过专门培训方可上岗作业。
A)普通B)日常C)特种答案:C解析:A)手动油分配阀B)四通电磁阀C)温控器答案:A解析:8.[单选题]进行氟里昂系统的气密性试验，试验介质宜采用（ ）。
A)多动型B)直动型C)加速型答案:B解析:9.[单选题]( )属于速度型压缩机。
A)螺杆式制冷压缩机B)滑片式制冷压缩机C)涡旋式制冷压缩机D)离心式制冷压缩机答案:D解析:10.[单选题]压缩机气缸中发生敲击声，可能是（ ）。
A)填料函固定螺栓脱落B)阀片固定螺栓过紧C)阀片固定螺栓过松D)阀片固定螺栓漏装答案:C解析:11.[单选题]车站废水系统不包括（ ）。
A)风亭雨水B)便池排水C)结构渗漏水D)凝结水答案:B解析:12.[单选题]职业道德的作用之一是( ).A)规范人们的职业活动B)规范人们的社会生活C)规范人们的法律行为D)规范人们的技术水平答案:A解析:13.[单选题]皮肤接触氨处理正确的是（ ）。
5W@80K自由活塞斯特林制冷机工况及重力特性实验研究贾红书;洪国同;陈厚磊;刘彦杰【摘要】In order to find out the Stirling cryocooler's performace, water cooler of the hot end was designed and performance testing was conducted on an existing pulse tube refrigerator performance tester. The influences of operating frequency, filling pressure, input power on Stirling cryocooler were investigated during experiments, so as to determine the optimized operating conditions. The results show that the optimized operating condition was 2.0 MPa of filling pressure and 42 Hz of working frequency. The gravity characteristic was done by changing the cold head arrangement direction and result showed that the cooling performance under the condition of vertical downward cold head was better than horrizon and upward, however, the difference was only 1.2 K, which indicated that the ratio of spring plate axial stiffness to mass was large enough to ignore the effect of gravitation on the displacer static displacement. The cooling performance had little change when cold head was at different circumference position in horizontal direction, which indicated that the displacer had a excellent clearance seal.%利用现有的脉冲管制冷机性能测试实验台,针对某型号自由活塞斯特林制冷机,设计了热端水冷器并进行了性能测试.实验研究了工作频率、充气压力、输入功率等参数对制冷机性能的影响规律,结果表明斯特林制冷机的最佳运行工况为充气压力2.0 MPa,频率42 Hz.改变冷头在竖直方向和水平面不同的朝向,实验结果表明冷头竖直向下时最低制冷温度低于冷头水平布置和冷头向上的情况,但差距最大1.2 K,证明板弹簧的轴向刚度与排出器质量的比值较大,排出器重力产生的静位移较小;冷头水平放置处于不同圆周方位的制冷性能变化很小,证明排出器的密封间隙保持较好.【期刊名称】《低温工程》【年(卷),期】2011(000)003【总页数】5页(P6-10)【关键词】斯特林制冷机;性能测试;重力特性【作者】贾红书;洪国同;陈厚磊;刘彦杰【作者单位】中国科学院理化技术研究所,北京100190;中国科学院研究生院,北京100049;中国科学院理化技术研究所,北京100190;中国科学院理化技术研究所,北京100190;中国科学院理化技术研究所,北京100190;中国科学院研究生院,北京100049【正文语种】中文【中图分类】TB6511 引言低温技术是为适应尖端技术与工农业生产的发展而迅速发展起来的一门重要学科，小型低温制冷机是低温技术在特殊条件下的重要分支［1－3］。
收稿日期:2007-09-17基金项目:山东省技术创新项目(9010123025)作者简介:王子彪(1957—),男,博士,主要从事制冷工艺、空气调节系统中机组的研究.文章编号:1671-2021(2008)06-1070-05提高活塞式单级制冷压缩机K e 值及可靠性研究王子彪1,朱 立2,王 珏3,李云霞4(11沈阳建筑大学市政与环境工程学院,辽宁沈阳110168; 21武汉商业服务学院机电工程系,湖北武汉430050;31长春工程学院能源动力学院吉林长春130012; 41烟台市芝罘区环保局,山东烟台264001)摘 要:目的为提高中小型活塞式单级制冷压缩机在大压比工况下的单位功率制冷量K e 值等综合性能指标.方法采用数值计算及试验的方法对压缩机的性能进行分析研究,优化气阀结构,用有限元法进行结构强度设计.结果在缸径100mm 、行程100mm 、转速1485r/min 、工质R717、工况+30℃/-15℃下,研制的制冷压缩机全性能试验结果,单位功率制冷量K e 值达到3162kW/kW ,已超过目前国际同类产品水平,该压缩机填补了国内空白.对气阀运动规律进行了试验数据的对比,模拟计算结果与试验结果吻合较好,证明所建立的模型基本正确,模型能良好地反映实际气阀运动规律,能提出一些切实可行的压缩机结构参数,并由此决定制冷压缩机设计的最佳选择.结论数学模型及理论分析可靠,结论可信,为工程实际提供了理论参考依据.关键词:制冷压缩机;计算机模拟;结构优化;综合性能指标;气阀系统中图分类号:TB651;TH457 文献标志码:A 0 引 言气阀是压缩机中最主要的部件之一,又是易于损坏的部件,其设计优劣将影响制冷压缩机的功率消耗及运转可靠性.活塞式制冷压缩机的主要零件的结构和边界问题相当复杂,以往的粗简计算很难反映零件内部的真实应力作为准确判断依据,无法对零件的应力状态,有确切的了解.随着科学技术的迅速发展,对现代压缩机气阀的工作效率和可靠性提出了越来越高的要求.笔者在建立了制冷压缩机的各种物理过程的数学模型之后,通过计算机模拟运算,可以迅速地获得大量的数据资料.对于这些数据的整理分析,可增进对各种相互联系而又变化复杂的现象的深刻认识,并由此可能找出制冷压缩机设计的最佳选择.目前压缩机气阀工作性能的稳定及整机工作的可靠性,仍是中小型活塞式单级制冷压缩机中一个亟待解决的问题.1 提高活塞式单级制冷压缩机K e值111 优化气阀结构活塞式制冷压缩机气阀对整机性能及运转可靠性有着举足轻重的影响,因而合理设计气阀组件是十分重要的.采用计算机的计算模型,在设计起初阶段可进行大量方案的比较,为压缩机的研制提供坚实的基础,在试验阶段,使试验工作只限于一些最必需的项目,减少试验工作量,降低对试验环境的要求,节省大量时间与资金,借助数学上的各种优化方法,能比较方便地求得各种最佳参数,实现计算机模拟并为制冷压缩机整机的优化设计打下基础.模拟计算关键在于模型的建立.一是气阀主要结构参数设计计算,根据制冷压缩机的基本参数和气体的热物性参数,计算气阀的主要结构参数,但要考核计算出的气阀结构参数是否在限定2008年11月第24卷第6期 沈阳建筑大学学报(自然科学版)Journal of Shenyang Jianzhu University (Natural Science ) Nov. 2008Vol 124,No 16的范围之内;二是根据计算出来的气阀结构参数,对气阀的运动规律进行模拟,考核气阀在压缩机运转过程中工作的好坏;三是对气阀主要结构参数进行优化设计,利用最优化求解方法,得到阀组结构参数的最佳组合,使预定的目标函数为最优.模拟计算结果是否可靠取决于所采用的数学模拟是否正确,取决于建立该模型所作的简化和假设是否合理,模型中的经验系数是否符合实际情况.研究气阀的运动规律也就是研究进、排气过程中气体的热力状态与阀片的运动关系,考虑气流脉动的模型其程序庞大,而在气阀的优化设计中,要多次求解阀片的运动规律方程组,这里暂不考虑气流脉动.11111 环状阀升程的计算压缩机的气体流动系统由一系列节流组成,在这之中由于节流必有压力损失,阀是主要的节流装置.根据功损失最小的原理可得到环状阀的最佳升程的计算公式为h=πbφρ64g KZ∑D i・D2C miα21/3,(1)式中:h为阀片升程,m;b为阀座通道宽度,m;φ为阀座通道面积利用系数;ρ为气体密度,kg・m-3;g为弹簧剪切弹性模量,N・m-2;K为阀弹簧刚度,N・m-1;Z为气阀弹簧个数,D i为阀片中径,m;D为活塞直径,m;C m为活塞平均速度, m・s-1;i为同名气阀个数;α为流量系数.阀片升程是气阀的关键结构尺寸,合理的增大升程,可以增加气阀的有效时间截面,降低气流速度,减少功损失.但过大的升程会增加阀片的撞击速度,降低气阀寿命,因此对阀片升程应做优化设计.从进、排气阀升程的计算结果可见,当阀组其他尺寸不变时,仅改变气阀升程,当升程增加时,为了防止阀片发生倾斜运动和减少阀片撞击力,弹簧力的范围应增大.11112 弹簧力范围计算根据不可压缩流体力学理论,在阀片完全关闭时,由于气阀的顶推力应与气阀合并时的总弹簧力相等,可以从压缩机有关参数直接算出弹簧力的界限值P S1、P S2为P S1=14×10-4×A A p S n2αAρPM hA V R T0,(2)P S2=1125×10-4×B(A p S n2αA)ρPR T0,(3)其中, A=1排气阀0167吸气阀B=0185排气阀1吸气阀,式中:A P为活塞顶面积,m2;S为活塞行程,m;n为压缩机转速,rpm;A0为阀隙面积,m2;P0为进、排气腔压力,Pa;M为阀片重量,kg;A V为阀座通道面积,m2;R为气体常数,j・(kg・k)-1;T0为进、排气腔温度,k.弹簧力P必须满足P S1<P S<P S2,如果P S1>P S2,则需重新调整有关参数.11113 气阀CAD主程序软件为了满足制冷压缩机计算机辅助设计要求,将气阀的计算机辅助设计软件作为整个制冷机CAD软件的一个子软件,将气阀的各子程序联在一起,即气阀结构参数计算子程序、模拟气阀运动规律子程序、气阀结构参数优化子程序联在一起,形成一总的气阀CAD软件.使用气阀CAD软件对气阀进行一系列的计算,可计算出气阀主要结构参数和性能系数,模拟气阀的运动规律,并对气阀主要结构参数和气阀弹簧的主要结构参数进行优化,从而选择一组比较好的气阀组,满足制冷压缩机性能和可靠性的需要,为制冷压缩机的研制提供较好的理论指导.气阀CAD软件能基本满足制冷压缩机环状阀组的设计,检验气阀运动的好坏,并通过优化设计对气阀提出设计意见.根据实际经验,在压缩机运转过程中,首先是弹簧损坏导致阀片的损坏,而且弹簧力对气阀运动规律有较大地影响,因此笔者对气阀弹簧结构参数进行优化设计.通过优化设计的弹簧即可以保证它的强度,又可以使阀片运转平稳;另外气阀CAD软件可以代替一些繁杂的试验.比如说,压缩机运行时气阀弹簧选用的是否合适,通常要一组一组地做试验,而使用弹簧优化软件能很快解决.再如要测试某一参数对气阀运动规律的影响,要做很多试验,绘成曲线,才能看出,而使用气阀CAD软件能很快地得出某一参数对气阀运动影响趋势.112 用有限元计算方法进行结构强度分析活塞式制冷压缩机的主要零件的结构和边界问题相当复杂,以往的计算方法相当粗简,其计算结果很难反映零件内部的真实应力作为准确判断依据,即使用解析法进行分析也有困难,无法对零第24卷王子彪等:提高活塞式单级制冷压缩机K e值及可靠性研究1071件的应力状态,有确切的了解,更谈不上对结构进行优化设计,只能凭经验设计.笔者采用数值计算不仅能对复杂结构的零部件计算温度场、应力场和变形等成为可能,而且可以模拟比较与工程实践相符的边界条件,以使计算精度得到提高,加之软件前后有CAD处理,从而提高了压缩机零件设计制造的经济性和可靠性.笔者进行的活塞、连杆、曲轴、气缸盖等零件的数学模型的处理方法,满足了在恶劣工况下的强化设计要求,例如采用有限元法通过计算机对曲轴进行了整体计算和局部细化分析,获得曲轴旋转一周时的应力分布规律和刚度变形规律,确定出最危险的截面,给出了强度和刚度数据为曲轴的优化设计提供了依据. 11211 曲轴受力分析曲轴是压缩机中重要运动零件之一,它不仅应该有足够的疲劳强度,而且还应该有足够的刚性及耐磨性.曲轴形状复杂,在承受负荷时,各断面突变处、油孔口处均能造成应力集中.这些应力集中的部位,实际应力往往大于名义应力几倍,当承受交变的弯曲和扭转负荷时,这些应力集中处便可能出现疲劳裂纹,并导致曲轴破坏.通常弯曲疲劳破坏起始于曲拐的内侧,使轴颈断裂或使曲柄断裂.扭转疲劳起始于油孔,所以在曲轴设计中,应力集中问题应予足够重视.影响应力集中最主要的因素是轴颈与曲柄的过渡圆角,当然还有其他一些因素.对于轴颈,按允许的最大压比值估算,即k max=F l maxd1(l1-2r),(4)式中:k max为最大压比,N・m-2;F l max为作用在曲轴上的最大力,N;d1为曲柄销直径,m;l1为曲柄销长度,m;r为过渡圆角半径,m.11212 曲轴强度计算曲轴受力情况较为复杂,两拐以上的曲轴常是多支点的静不定系统,且四列以上时可能伴有扭转振动的附加应力.制冷压缩机曲轴本质上是一个三维实体结构,严格地讲应按三维有限元模型计算其变形及应力.但是,如果就曲轴在弯曲平面内的弯曲情况而言,由于其法向力都处在曲柄平面内,其弯曲变形和弯曲应力有近似平面应力问题的特点.曲轴上各点的应力是随时间而变化的交变应力,曲轴的主要破坏将是疲劳失效,必须进行疲劳强度校核.弯曲疲劳安全系数为nσ=σ-1kσεσσa+Ψσσm,(5)式中:σ-1为材料的弯曲疲劳极限,N・m-2;kσ为弯曲时的应力集中系数;εσ为弯曲时的尺寸系数;σa为弯曲时的应力振幅,N・m-2;Ψσ为弯曲时的平均应力影响系数;σm为弯曲时的平均应力振幅,N・m-2.扭转疲劳安全系数为n r=τ-1kτεττa+Ψττm,(6)式中:τ-1为材料的扭转疲劳极限N・m-2;kτ为扭转时的应力集中系数;ετ为扭转时的尺寸系数;τa为扭转时的应力振幅,N・m-2;Ψτ为扭转时的平均应力影响系数;τm为扭转时的平均应力振幅,N・m-2.总的安全系数为n=nσn rn2σ+n2τ.曲轴作三维有限元计算,载荷处理精确,应力计算精确,所以选取n≥112～118合适.2 试验结果及分析211 试验结果研制的810AC活塞式单级制冷压缩机试验在经国家制冷设备产品质量监督检测中心认可的ASY50S试验台进行,压缩机性能试验包括主要试验和校核试验,两者应同时进行测量.校核试验和主要试验的试验结果之间的偏差应在±4%以内,并以主要试验的测量结果为计算依据.主要试验方法采用“制冷剂气体流量计法”,校核试验方法采用“压缩机排气管道量热器法”.在4种冷凝温度,分别对应几种蒸发温度下,当压缩机转速在1485r/min采用氨工质为制冷剂时,其全性能试验结果见表1.212 测试结果与计算机模拟计算情况的分析在810AC活塞式单级制冷压缩机研制过程中,模拟计算与试验测试结果对比如图1～图3所示.图中冷凝温度用t K、蒸发温度用t0、单位功率制冷量K e、排气温度用t P代表.由图可见,模拟计算结果与试验测试数据基本吻合,说明所采用的计算机模拟软件能够用于活塞式制冷压缩机1072 沈阳建筑大学学报(自然科学版)第24卷的研究,利用计算机的模拟,为制冷压缩机结构的确定提供了基础,使压缩机的研制趋于最佳选择.表1 全性能试验结果蒸发温度/℃冷凝温度/℃30Q 0/kW K e /(kW ・kW -1)排气温度/℃35Q 0/kW K e /(kW ・kW -1)排气温度/℃40Q 0/kW K e /(kW ・kW -1)排气温度/℃46Q 0/kW K e /(kW ・kW -1)排气温度/℃10785912462187607177731572861538315701514592195659715369196286140801659751409413571164168102140532612578195125127874874153101144604117111-542351218916409414397123873181110123683133119-73934163911637519410810211356316311412333311012215-1034341339611324316710811313313511716290218512714-152631231621081425131081211923521751271622611214013915-20201219311818189216012716175213413715161210314712-23166216212415156112137133145211214114-25151215112710140212313611128119614413-30108210813510103119014215图1 810AC 制冷量曲线图2 810AC 单位功率制冷量曲线图3 810AC 机体冷却与机体不冷却时排气温度曲线3 结 论(1)为适应高冷凝温度的要求,主机结构上改变了仅缸盖冷却,采用机体冷却,使其能在压比接近10、压差超过116MPa 的工况下,排气温度不超标,仍能满足压缩机可靠运行,特别适合于南方各地区应用. (2)在缸径100mm 、行程100mm 、转速1485r/min 、工质R717、工况+30℃/-15℃下,研制的810AC 活塞式单级制冷压缩机单位功率制冷量实测值K e =3162kW/kW ,已超过目前国际同类产品的主要性能指标.(3)气阀运动规律的模拟计算可以代替部分的试验测定,能正确地反映各主要参数对运动规律的影响,对压缩机的合理设计有一定的指导作用,同时为气阀优化设计模型的建立打下了良好的基础.模拟计算和试验数据的主要差别在于模拟计算未考虑进、排气腔的气流脉动对压缩机工作过程的影响.(4)计算机辅助设计计算模型,有利于进行各第24卷王子彪等:提高活塞式单级制冷压缩机K e 值及可靠性研究1073 种设计方案的比较,保证其优化设计的要求.模拟计算和试验结果表明,模型能良好地反映气阀实际运动规律,能提出一些切实可行的压缩机结构参数,并由此决定制冷压缩机设计的最佳选择,它也能为处理类似问题的复杂计算模型提供参考.参考文献:[1] 朱立.制冷压缩机[M ].北京:高等教育出版社,2005.[2] 朱立.制冷压缩机与设备[M ].北京:机械工业出版社,2005.[3] 缪道平,吴业正.制冷压缩机[M ].北京:机械工业出版社,2001.[4] 邢子文.螺杆压缩机—理论、设计及应用[M ].北京:机械工业出版社,2000.[5] 朱瑞琪.制冷装置自动化[M ].西安:西安交通大学出版社,2002.[6] 彦启森.制冷技术及其应用[M ].北京:中国建筑工业出版社,2006.[7] Riegger O K.Design criteria and performance of anadvanced reciprocating compressor.Proc of the 1990ICECP [M ].West Lafayette :Purdue University ,1990.[8] Arbon I M.The design and application of rotary twin-shaft compressors in the oil and gas process indus 2try [M ].London :Mechanical Engineering Publica 2tions Limited ,1994.[9] Riffe D R.High efficiency refrigerator freezer recipro 2cating compressors.Proc of the 1992ICECP [M ].West Lafayette :Purdue University ,1992:623-632.[10] Afjei T ,Suter P ,Favrat D.Experimental analysis ofan inverter -drives scroll compressor with liquid in 2jection.Proc of the 1992ICECP [M ].West Lafayette :Purdue University ,1992.[11] Shaw D N.Twin -screws of future for air condition 2ing and refrigeration.Proc of the 1990ICECP[M ].West Lafayette :Purdue University ,1990.[12] Sjoholm L J.Twin -screw compressor performanceand suitable lubricants with HFC -134a.Proc of the 1990ICECP[M ].West Lafayette :Purdue Universi 2ty ,1990.Improvement of K e and R eliability of the Single -StageR eciprocating R efrigeration CompressorsW A N G Zibiao 1,ZHU L i 2,W A N G J ue 3,L I Y unxia4(1.School of Municipal and Environmental Engineering ,Shenyang Jianzhu University ,Shenyang China ,110168;2.Department of Mechanical Engineering ,Wuhan Commercial Service Collage ,Wuhan China ,430050;3.College of Energy and Dynamic ,Changchun Institute of Technology ,Changchun China ,130012;4.Bureau of Environmental Conservation ,Zhifu District of Y an 2tai ,Y antai China ,264001)Abstract :This paper studies how to improve the refrigeration capacity per unit power (K e )of the small and medium -sized single stage piston refrigeration compressor in the working condition of high pressure ratio.We used numerical calculation and experimentation to analyze the performance of the compressor and opti 2mize the valve structure.And we also used finite element method to devise structural strength.As a result ,the full performance tests of the refrigeration compressor showed the refrigeration capacity per unit power (K e )achieved 3162kW/kW when at +30℃/-15℃,with the diameter of cylinder being 100mm ,the stroke 100mm ,the rev 1485r/min and the refrigerant R717.The simulative calculation result preferably match the experimentation result ,which proves our method is basically correct.The research indicates that mathematics model and theory analysis of the research is credible ,and it offers theoretical reference for pro 2ject practice.K ey w ords :refrigeration compressor ;computer simulation ;structure optimization ;comprehensive perfor 2mance index ;atmospheric valve1074 沈阳建筑大学学报(自然科学版)第24卷。
