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蒸汽制冷
中间补气对罗茨式水蒸气制冷压缩机工作性能的

  第 30卷第 4期 2016年 8月 制冷与空调 Refrigeration and Air Conditioning 、b1.3O No.4 Aug.2016.502~ 508 著作编号:1671.6612(2016)04.502.06 【摘 要 】 【合头词 】 中图分类号 中心补气对罗茨式 水蒸气制冷压缩机使命功能的影响 俞丽华 许树学 马邦远 (北京工业大学处境与能源工程学院 北京 1 00124) 关于中小冷量的水蒸气压缩式制冷编制,罗茨式压缩机为较理念的机型。为改观压缩机的使命过 程,异常是消浸其排气温度,提出了带中心补气的罗茨压缩机制冷编制。诈骗变质地编制热力学 道理,树立了带补气的罗茨压缩机使命历程的数学模子,着重剖释补宇量对压缩机容...

  第 30卷第 4期 2016年 8月 制冷与空调 Refrigeration and Air Conditioning 、b1.3O No.4 Aug.2016.502~ 508 著作编号:1671.6612(2016)04.502.06 【摘 要 】 【合头词 】 中图分类号 中心补气对罗茨式 水蒸气制冷压缩机使命功能的影响 俞丽华 许树学 马邦远 (北京工业大学处境与能源工程学院 北京 1 00124) 关于中小冷量的水蒸气压缩式制冷编制,罗茨式压缩机为较理念的机型。为改观压缩机的使命过 程,异常是消浸其排气温度,提出了带中心补气的罗茨压缩机制冷编制。诈骗变质地编制热力学 道理,树立了带补气的罗茨压缩机使命历程的数学模子,着重剖释补宇量对压缩机容积效能、排 气温度及轴功率等功能的影响。结果声明,当补气质地比为相应工况下最大值时,罗茨压缩机具 有最高的容积效能,同时排气温度最低,轴功率最小。联系结论可用于领导水蒸气压缩式制冷系 统 的开荒及策画 。 水蒸气;制冷;罗茨压缩机;补气:使命功能 TB61+1 文献标 识码 A Effect ofa VaporInjecf ion on W orking Performances of the Roots Compressor in W ater Vapor Compression Refrigeration System Yu Lihua Xu Shuxue Ma Guoyuan (College ofEnvironment a nd Energy Engineering,Beijing University ofTechnolog y,Beijing,100124) [Abstract] To water vapor compression refrigeration system ofsmall a nd moderate cold capacities.the Ro0ts compressor is the more idea1.T o improve the wor king process of the compr essoL especially decr ease the discharge temperature,the Root compr essor with a vapor injection Wa s pr esemed.Th e mat hematical model was built according to the t hermodynamic principle of the va riable mass system.The ef fects of injection ratio on the volume~c e f iciency,discha rge temperatur e,a nd shaf t power were mainly discussed.The results indicated wh en injection ratio was t he maximum in the corresponding work condition,th e volu m etric e f i ciency was the highest,the discharge temperature and shaf t power were t he lowest.It could be used to guide th e developmen t a n d design of water vapor compression refrigeration system. [Keywords] water vapor;refrigeration;Roots compressor;vapor injection;working performa nce 0 小引 跟着 《蒙特利尔议定书》中章程的 HCFCs完 全禁止 日期的挨近 ,全天下畛域氟利昂取代使命愈 显蹙迫,自然工质成为琢磨的主题【l,2J。水 (R718) 行为一种全部环保、平安、便宜的自然制冷剂,正在 这日从新受到 邦外里学者的注重 。琢磨声明,除环 境友爱外 ,水蒸气压缩制冷编制的功能系数正在必然 工况下乃至会优于古板制冷剂L3, 4J。水的物理性子 定夺了水蒸气压缩制冷编制具有小压差 、大压 比、 容积制冷量小、吸气 比容大、排气温度上等特色, 对压缩机的开荒提出了更苛刻 的请求。为满意大致 积流量,35okW 以上冷量的机组平日操纵高速离 心式或众级轴流式压缩机【5,6】;关于 中小型容量, 罗茨压缩机是水蒸气压缩式制冷 编制 的理念机型 作家 (通信作家)简介:俞丽华 (1980.02一),女,正在读博士琢磨生,工程师,E.mail:.edu.ca 收稿 日期:2015.06.12 第 3O卷第 4期 俞丽华,等:中心补气对罗茨式水蒸气制冷压缩机使命功能的影响 503 【刀。 可惜 的是,罗茨压缩机众用于呆滞再压缩热泵 编制【8. 9】,正在制冷编制中的行使 尚属空 白。 排气温渡过高对罗茨压缩机的水蒸气压缩运 行平安组成吓唬【l o.】。正在浩繁步骤 中,中心补气技 术相对成熟,并已行使正在平凡压缩机 的准二级压缩 编制 中【12,131,其道理是通过抽取高压侧的一局限工 质补入到压缩机腔内,进而改观压缩历程 。本文将 补气本领行使正在 以水为工质的罗茨压缩机中,针对 其使命历程 ,诈骗变质地编制热力学道理 ,树立数 学模子,揭示带补气的罗茨式水蒸气压缩机的使命 性情 ,切磋补宇量对容积效能、排气温度及轴功率 等功能的影响顺序,用 以领导水蒸气压缩制冷编制 的策画与开荒。 1 罗茨压缩机及带补气的制冷编制 p P4 P1 0 (c) (a)罗茨压缩机使命历程 (b)罗茨压缩机 PV弧线 罗茨压缩机的使命历程 Fig.1 W orking processes of the Roots compressor 罗茨压缩机使命历程如图 1所示 。由图可知, 压缩机 由相互啮合的两对阴阳转子及压缩腔组成。 跟着转子的回旋,被抽气体从吸气 口进入腔体 ,被 封 闭正在基元容积 之内,跟着两个转子的连续旋 转 ,当转子的顶部转过排气 口角落时, 空间与排 气侧相通 ,局限高压气体反流到 空间内,使压 力卒然升高抵达排气压力。由上可知,吸入 空 间内的气体没有被压缩 ,压缩历程为等容历程,因 此,排气温度会远高于等熵压缩的排气温度。过高 的温度会变成叶轮之间、叶轮与机壳及墙板之间的 热态间隙变得很小,首要时会互相卡住 。其它,轴 承离排气腔很近,对气体的传热斗劲敏锐 。工程上 大凡掌握排气温度畛域为 120-140~C[H】。 冷 凝器 图 2 带补气的罗茨式水蒸气压缩制冷编制 Fig.2 W ater vapor compression r e frigerat ion system using t he Roots compr essor wit h a vapor inject ion 带补气的罗茨式水蒸气压缩制冷编制 (图 2) 对应 的 lgph图如图 3所示。基础轮回与平凡的氟 利昂类压缩制冷编制相 同,分别之处正在于:正在基元 容积 由进气 口向排气 口转移的历程中,通过开 正在机壳或墙板上的导气孔 口,向其 内部预先导入高 压气体,以便正在基元容积与排气 口连通之前,使其 内部压力慢慢与排气 口压力抵达均衡 (或接 衡),以消浸压缩机排气温度 ,减缓排气 口的回流 报复 ,此办法称为预进气道理【l4J。通过补气进入基 元容积后 ,腔内的气体压力瞬时增大 ,从腔内排出 的气体还是遵从罗茨压缩机的使命道理举办压缩 。 补气的上风正在于,削减基元容积腔 内与高压气体间 的压力差,抬高压缩机 的容积效能,有用消浸其排 气温度。同时削减高压气体回流时发生的报复,降 低脉动噪声。 图 3 带补气的罗茨式水蒸气压缩制冷编制 lgp-h图 Fig.3 tgp-h diagram of the system 504 制冷与空调 2 数学模子树立 模子假设如下: (1)压缩历程瞬时达成, 器充气及等容压缩历程; kPa;P为充气后腔 内气体压力,kPa。 充气历程终结后,压力为冷凝压力时的充宇量 并可简化为刚性容 为: (2)补气压缩历程不酌量内走漏 ,不酌量机 壳 向外界散热; (3)预冷器执掌后的气体为饱和态; (4)低蒸发温度下 ,将水蒸气看作理念气体 ; (5)渺视部件及管道的阻力 。 刚性容器充气历程如图 4所示。 p2, , cJm, 图 4 刚性容器充气历程 Fig.4 Inf lation process in a rigid container 充气终结后,基元容积腔内的压力要紧取决于 充宇量,最高压力为来 自预冷器的气体压力,即冷 凝压力。以容器范围所围空间 (图 4中虚线所围部 分 )为琢磨对象 ,满意能量方程【l 5J: = 魄 + + 一ami. (h+ 1 c,2+gz) +(~gnet (1) 绝热充气并渺视气体的动 能及位能变革 ,积分 上式可得: m2 -m1ul= (2) 式中: 1为充气前腔 内气体质地,kg;m2为 充气后腔 内气体质地,kg; 。为充气前腔内气体热 力学能,kJ/kg; 为充气后腔 内气体热力学能 , kJ/kg: f为充气质地 ,kg;hf为充入气体焓,kJ/kg。乐享彩票 因为充气历程前后总容积稳固 ,由理念气体状 态方程得 出: T一 1 一 = ---------=-- -----一 /7 P1( 1+ f) (3) 式中: 为充气前腔内气体温度 ,K;丁为充 气后腔 内气体温度,K;Pl为充气前腔内气体压力, ( ,)一 = 丛 (4) plxlf 式 中: 2为冷凝压力,kPa: 为充气温度 ,K; k为比热比。 定容压缩终结之后,气体以等温、等压形态排 出。因而,将定容压缩终温行为压缩机的外面排气 温度。当罗茨压缩机举办补气后 ,定容压缩初始状 态为补气后的气体形态 和 P,终温可 由式 (5) 示意,终压为冷凝压力 P2。 = 1 k一1 77 k 一1 l+ 互. +l 十kTf 1+ x T (5) x : cYmi l 式中: 为压缩机排气温度,K; 为罗茨压 缩机容积效能 ;8为冷凝压力与蒸发压力比; 为 补气质地比。 罗茨压缩机容积效能为实践流量与外面流量 之 比,可由下式示意【14]: :1一C. (6) 式 中:C为与压缩机 内部机合相合 的参数;卸 为压缩机吸、排气 口压差,kPa:n为压缩机转速 , r/m in。 以长沙胀风机厂 JAS系列罗茨胀风机样本为 例 ,酌量所用工质及工况分别,遵从厂家给出的修 正公式 (7)对实践流量举办删改。并对容积效能 举办回归拟合,得 出结果如式 (8)所示。 L =Lth一( 一t ).[(273+ )/(273+20)×29/Mr (7) 式中: 为删改后的实践流量,m /min;L 为样本外面流量,m3/min;L 为样本实践流量 , m3/min;ts为压缩机吸气温度,℃; 为所用工质 分子量。 l_58.51 ,2 (8) 第 3O卷第 4期 俞丽华 ,等 :中心补气对 罗茨式水蒸气制冷压缩机使命功能的影响 505 罗茨压缩机轴功率包蕴压缩气体 的外面功率 和取胜 同步齿轮及轴承摩擦阻损的呆滞损 失功率 [14], 可 由下式示意: Nsh + (9) 式中: ^为轴功率,kW; 为呆滞失掉功 率,kW;C1为单元换算系数。 3 模仿结果及计划 3.1 基元容积关闭腔 内气体形态 遵从模子假设,将预冷器执掌后的饱和气体以 补气质地 比X充入罗茨压缩机的关闭基元容积,与 腔 内吸气点形态的低温低压气体举办混杂 。补气后 基元容积关闭腔 内的气体形态如图 5所示 ,固然压 缩机吸气点的气体为饱和或略有过热形态 ,补气点 气体为饱和形态 ,但补气后的气体为过热形态 ,其 焓值均大于补气前两气体的焓值。这是 因为补气为 非不变活动历程 ,与闪发器等不变活动历程不 同。 当补宇量抵达最大值时,补气后的气体压力为冷凝 压力 ,温度即为排气温度 。 图 5 补气后基元容积腔内的P-h联系 ( 5℃,=5, l0℃) Fig.5 Vapor states after a injection in the basic-volume (fe=5℃=5,tr=10℃) 3.2 补气对容积效能的影响 图6 容积效能随补气质地比的变革 Fig.6 Ef fectofinject ionmassrat ioOHthevolumetrice f idency 容积效能随补气质地 比的变革如图 6所示。由 式 (6)可知,罗茨压缩机 的容积效能与基元容积 腔 内气体和排出气体的压力差亲切联系。中心补气 历程使基元容积腔内的气体压力升高,消浸 了该压 力差,削减压缩机的内部回流,从而抬高容积效能。 跟着补气质地比的加众,罗茨压缩机的容积效能近 似呈线性加众。当抵达必然质地比时,容积效能增 加急速,直到补气至冷凝压力,容积效能靠近为 1。 同时,分别工况下,类似质地比所抵达的容积效能 并不类似,质地 比越靠近该工况下的最大值,容积 效能越靠近 1。 3.3 最大补气质地 比 图 7所示为不 同工况下的最大补气质地 比随 压比的变革顺序。正在罗茨压缩机补气历程 中,应对 分别工况下的最大补气质地 比举办筹算,以抵达最 佳容积效能。由图 7可能看出,最大补气质地比随 压比的加众呈线性增大 。相 同蒸发温度及压比下, 最大补气质地 比随吸气过热度的加众略有增大,且 随压 比的加众增大的幅度显明。 : 5 i 2 0 2 4 6 8 l0 l2 S 图 7 最大补气质地比随压比的变革 Fig.7 Chang of the maximum injection mass ratio with pressure rat io 3.4 补气对排气温度的影响 500 400 300 e 200 100 0 图 8 排气温度随补气质地比的变革 Fig.8 Ef fect of injection mass rat io on the discharge temperatur e 图 8所示为排气温度随补气质地 比的变革 。由 图可知,类似工况下,补气式罗茨压缩机的排气温 2 l 8 6 4 2 9 8 O 9 9 9 9 8 l O 0 0 0 0 毫 506 制 冷与空调 2016正 度随补气质地 比的加众急速 消浸 。当抵达必然质地 比时,排气温度消浸减缓 ,最大补气质地 比时排气 温度降至最低 。好比,当蒸发温度为 5℃,吸气过 热度为 0℃,压 比诀别为 5、7、lO时,排气温度 诀别可降至 96.96℃、111.88℃、127.26℃,均正在罗 茨压缩机应允畛域内。当补气质地比抵达必然数值 时,带补气的罗茨压缩机的排气温度与等熵压缩机 的排气温度相当 。 图 9 排气温度的消浸成绩随补气质地比的变革顺序 Fig.9 Reducing effect of injeetion mass ration on the discharge temperature 图 9所示为排气温度 消浸率随补气质地比的 变革。由图 8可知 ,以类似的补气质地比补气后, 罗茨压缩机的排气温度有所分别,乐享彩票但关于不带补气 的罗茨压缩机 ,分别工况下相 同的补气质地 比对排 气温度 的消浸率是一概的。排气温度消浸率先随补 气质地比的加众急速抬高,然后变缓,两者之间的 联系可由拟合公式 (10)来示意,相对偏差均正在士6% 之内。 =20.89.1n(x)+47.61 (101 式中: 为排气温度消浸率 。 3.5 补气对压缩机轴功率的影响 图 l0 外面功率随补气质地比的变革 Fig.10 Ef fectofinjectionmassratioonthet heoreticalpower 由图 l(b)可知,关于罗茨压缩机 的基元容 积 来说,当进气压力Pl和排气压力 P4必然时, 气体从外部获得的功可由长方形 P厂卜4 4的面积 来示意。中心补气 时,压缩历程为 P广卜34 , 可睹,两者 的功相当。但补气对罗茨压缩机的容积 效能发生影响,外面功率随补气质地 比的变革如图 10所示。分别工况下 ,补气式罗茨压缩机 的外面 功率与不带补气 的外面功率之 比随补气质地 比的 增大而急速减小 。当补气质地比为该工况下最大值 时,外面功率比抵达最小值 。如:当蒸发温度为 5 ℃,吸气过热度为 0℃,压比诀别为 5、7、10时, 外面功率比诀别为 0.93、0.91、0.89。其它,正在补 气历程中,基元容积腔 内压力升高,正在叶循环旋方 向上发生一个 出格推力 ,使得所 需压缩功略微降 低 。因而 ,罗茨压缩机的中心补气有利于功率的降 低 ,当补气质地比为相应工况下最大值时,压缩机 功率最低。 4结论 本文提 出了带补气的罗茨式水蒸气压缩制冷 编制,树立 了压缩历程的数学模子,得出结论如下: (1)罗茨压缩机基元容积腔内补气达成后 , 气体形态为焓值大于两混杂气体的过热形态; (2)各工况下均有相应 的最大补气质地比, 遵从该质地比举办补气 ,罗茨压缩机具有最高的容 积效能、最低的排气温度和最小的轴功率; (3)跟着补气质地 比的增大,罗茨压缩机 的 排气温度慢慢消浸 。当抵达某一质地 比时,排气温 度与等熵压缩的排气温度相当 。当大于该质地 比 时,排气温度低于等熵压缩 的排气温度 ,补气成绩 凸显 ; (4)分别工况下,相 同的补气质地比使得罗 茨压缩机 的排气温度有所分别。但关于不带补气的 罗茨压缩机的排气温度来说,类似的补气质地 比正在 分别工况下对排气温度的消浸率一概,可 由下式外 不 : =2O.89.1n(x)+47.6l 参考文献: 【1】 Brandon F Lachner Jr,Gregory F Nellis,Douglas T Reind1.The commercial feasibility of the use of water vapor a s a ref rigerant[J]. International Journal of Refrigeration,2007,30:699708. 粥 帅 如 如 加 m 0 棋谜嚼 枯单世 ㈨哪唧 ㈣哪 第 30卷第 4期 俞丽华,等:中心补气对罗茨式水蒸气制冷压缩机使命功能的影响 507 (上接第478页) 朝 向冬季无采暖房间温度基础可 以满意人体关于 热安逸度的请求。南向窗墙比越大 ,跟着室内温度 的升高,处于安逸畛域一0.5 MV0.5的功夫越众, 但过大的窗墙 比会 使亲密 窗户 的人受到猛烈眩光 影响且职员长功夫正在 高强度太 阳辐射 下会产 生不 适感 (2)窗墙比越大,室内热安逸目标变革速率 越疾,这也会使人体对处境发生不适感。因而 ,正在 确定南 向窗墙比的巨细时,应归纳酌量众种要素对 职员使命时的影响,以抵达职员或许顺心的室 内热 处境及光处境。 (3)窗墙比的巨细对拉萨市室内湿度影响小, 本地冬季室内相对湿度低且关于安逸度 也有必然 影响,因而应着重对室 内湿度的掌握,可正在室 内增 加加湿装备等对处境举办改观。 参考文献: 【1】 刘艳峰,刘加平,杨柳,等.拉萨被动太阳能古板民居测 试琢磨【J】.太阳能学报,2008,29(4):391394. [2】 王丽娟.严寒区域办公修造节能策画参数琢磨【D】.西安: 西安修造科技大学,2007. [3】 JCJ262010,厉寒和严寒区域栖身修造节能策画圭臬 【S】.北京:中邦修造工业出书社,2010. 【4] 4 郑洁,宋庆龙.室内热安逸性参数权重的吞吐判别[J].制 冷与空调,2013,l3(1):1417. 【5】 DB54/00152007,民用修造采暖策画圭臬[S1.西藏:西 藏百姓出书社,2008. 【6】 王晓军,程绍敏.西藏要紧天气特质剖释【J】.高原山地气 象琢磨,2009,29(4):8184. 【7】 张海滨.严寒区域栖身修造体型策画参数与修造节能 的定量联系琢磨[D】.天津:天津大学,2012. 【8】 桑邦臣.西藏区域低能耗栖身修造构制系统琢磨【D].西 安:西安修造科技大学。2009.