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        吸排氣壓力對(duì)線性壓縮機(jī)性能影響分析

        2015-06-11 22:54:34孫偉偉房德琛孫小兵
        關(guān)鍵詞:影響

        孫偉偉 房德琛 孫小兵

        摘 要:對(duì)電冰箱而言,壓縮機(jī)在其中占據(jù)著非常重要的作用,與此同時(shí)也是電力消耗的重要組成部分,占據(jù)電冰箱與空調(diào)能耗的83%左右。目前復(fù)式壓縮機(jī)在電冰箱中占據(jù)著主導(dǎo)的位置,但是相對(duì)而言,機(jī)械的整體效率比較低。在應(yīng)用封閉壓縮機(jī)輸入功率中,只有50%左右的功率被應(yīng)用。本文就系排氣壓縮機(jī)對(duì)線性壓縮機(jī)性能的影響進(jìn)行分析。

        關(guān)鍵詞:系排氣壓力;線性壓縮機(jī)性能;影響

        線性壓縮機(jī)相對(duì)于復(fù)式壓縮機(jī)來說,活塞收到的徑向力減小,同時(shí)摩擦力也相對(duì)減少,這就提升了壓縮機(jī)整體的工作效率,并且線性壓縮機(jī)活塞行程會(huì)隨著輸入電壓的變化而發(fā)生變化,因此,啟動(dòng)與調(diào)節(jié)壓縮機(jī)相對(duì)而言比較容易,這樣也就有效減少了點(diǎn)擊頻繁啟動(dòng)能量的消耗。觀察LG實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)我們可以得知,300L的冰箱如果用線性壓縮機(jī)的話,總體電能可以節(jié)省25%。機(jī)器在運(yùn)行中,活塞位移所生成的大小、位移的上止點(diǎn)在受到電擊驅(qū)動(dòng)里影響的同時(shí),還會(huì)受到壓縮機(jī)進(jìn)排氣壓力的影響。

        1 系統(tǒng)模型

        在永磁材料研究不斷深入的過程中,要想取代傳統(tǒng)冰箱壓縮機(jī),動(dòng)圈式線性壓縮機(jī)最有可能。動(dòng)圈式線性壓縮的動(dòng)子由動(dòng)圈和活塞固定連接所組成,動(dòng)圈在貼心和永久磁鐵之間的空隙中間,氣缸頂部設(shè)置排氣閥,而活塞頂面上也同時(shí)布置著進(jìn)氣閥。當(dāng)電流通過動(dòng)圈時(shí),活塞在磁場(chǎng)的變動(dòng)下會(huì)受到和電流同頻率的推動(dòng)機(jī)振力,這樣就會(huì)促使動(dòng)圈式線性壓縮機(jī)的動(dòng)子形成進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng),進(jìn)而達(dá)到壓縮氣體的目的。動(dòng)子的往復(fù)運(yùn)動(dòng)從本質(zhì)上來說就與動(dòng)力學(xué)、電磁學(xué)與熱力學(xué)以及控制工程學(xué)等相關(guān)學(xué)科相關(guān),進(jìn)而可以將該系統(tǒng)模型分成為機(jī)械、電磁及熱力學(xué)三個(gè)系統(tǒng)。

        1.1 機(jī)械系統(tǒng)

        當(dāng)系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí),機(jī)械系統(tǒng)組成了動(dòng)子?;钊芰D和機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖,見圖1。

        通過牛頓第二定律就可以了解到,機(jī)械系統(tǒng)強(qiáng)迫震動(dòng)微方程式 可以表示為:

        在這個(gè)方程式中,x(t)表示的是活塞離開坐標(biāo)原點(diǎn)的距離m;t表示為時(shí)間s;m表示運(yùn)動(dòng)過程中的質(zhì)量,其中主要包括了連接板、活塞、動(dòng)圈與1/3的彈簧質(zhì)量,單位為kg;c則表示為線性阻尼系數(shù),包含電磁阻尼與活塞摩擦阻尼,Ns/m;方程式中的k是用來表示彈簧的剛度,N/m;fe為電磁驅(qū)動(dòng)里N;fg為氣動(dòng)力N;ff表示為摩擦力,通常情況下摩擦力是相對(duì)較小的,可以合并到線性阻尼N中。

        1.2 電磁系統(tǒng)

        動(dòng)圈在進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)的時(shí)候,就會(huì)產(chǎn)生一定的電動(dòng)勢(shì),其中電動(dòng)勢(shì)微εd與產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)εg,用式子表示則為:εi=εd+εg。在電動(dòng)勢(shì)欲外加電源電壓共同作用的情況下,就會(huì)產(chǎn)生回路電流i,在此過程中線圈電阻R會(huì)形成電壓降UR,通過克希荷夫定律與電磁關(guān)系就可以得到電壓微分方程:

        方程式中,Re為等效電阻Ω,Be為磁場(chǎng)磁通密度T,le為導(dǎo)線有效長(zhǎng)度m,le為等效電感H。

        1.3 熱力學(xué)系統(tǒng)

        通過質(zhì)量守恒、能量守恒以及氣體狀態(tài)三方面的方程,可以獲得壓縮機(jī)氣缸容積內(nèi)狀態(tài)發(fā)生變化的全過程。依據(jù)熱力學(xué)的第一定律,能夠?qū)⑼饨鐚?duì)控制容積做功表示為正,不計(jì)進(jìn)、出控制容器氣體動(dòng)能與勢(shì)能,這樣可以將控制其內(nèi)容積壓力變化規(guī)律用方程式表示為:

        方程式中,m為控制容積氣體的質(zhì)量kg,v為氣體速度m/s,h為焙值kJ/kg,Q為交換熱量kW,控制容積分別為p、T、Vc,壓力表示為Pa;溫度用K表示;體積則為m3,o表示出口。

        2 壓縮機(jī)受吸氣壓力影響

        壓縮機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn),參數(shù)沒有發(fā)生任何變化,吸氣壓力在0.5MPa、0.6MPa與0.8MPa等情況下會(huì)對(duì)排氣壓力產(chǎn)生不同的性能影響。從實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)就可以了解到,在吸氣壓力不斷提高的時(shí)候,壓縮機(jī)的制冷量與排氣量比例會(huì)不斷增加,吸氣壓力、壓比與容積系數(shù)都會(huì)對(duì)壓縮機(jī)的指示功率產(chǎn)生影響。如果吸氣壓力不斷增加,壓比將會(huì)減小,這時(shí),容積系數(shù)將會(huì)增加,隨之壓縮機(jī)的指示功率也隨之增加。從這就可以看出,電功率也在不斷增大,吸氣壓力不斷增大的時(shí)候,壓縮機(jī)所消耗的電功率卻會(huì)增加,增幅會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于制冷的幅度。所以,吸氣壓力的升高會(huì)使壓縮機(jī)的功率產(chǎn)生降低趨勢(shì)。

        3 壓縮機(jī)受到排氣壓力的影響

        在平時(shí)應(yīng)用的狀況下,參數(shù)沒有發(fā)生變化,吸氣壓力在0.051MPa、0.062MPa與0.081MPa的時(shí)候,排氣壓力發(fā)生變化就會(huì)引起壓縮機(jī)發(fā)生變化。在吸氣壓力與吸氣溫度不發(fā)生變化的情況下,壓縮機(jī)的制冷量、電功率與排氣量以及性能指數(shù)值都會(huì)有所降低。產(chǎn)生這種結(jié)果的主要原因就是在排氣壓力不斷增加的時(shí)候,壓比會(huì)持續(xù)升高,使得排氣量在不斷加強(qiáng)的情況下,即使在吸氣值與密度保持一定,飽和液體的值會(huì)不斷地增加,這樣就導(dǎo)致了壓縮機(jī)單位制冷量逐漸下降。在壓縮機(jī)運(yùn)行制冷量不斷下降的時(shí)候,壓縮機(jī)的循環(huán)性能指數(shù)也會(huì)相應(yīng)的下降。在實(shí)際啟動(dòng)壓縮機(jī)的時(shí)候,排氣壓力并不會(huì)發(fā)生變化。但是在壓縮機(jī)剛開始使用的時(shí)候,排氣壓力處于零狀態(tài)。在此種情況下,如果沒有將輸入功率調(diào)低,將會(huì)產(chǎn)生不利影響。與此同時(shí),在制冷工藝需求的過程中,壓縮機(jī)的排氣量與排氣壓力會(huì)隨著變化而發(fā)生改變。

        4 結(jié)語

        在壓縮機(jī)吸氣壓力不斷升高的情況下,制冷量與電功率會(huì)不斷增加,即使電功率與制冷量同時(shí)增加,但是制冷量的幅度顯然低于點(diǎn)高功率。因此,在此種情況下應(yīng)當(dāng)盡可能保持壓力穩(wěn)定,不可將吸氣壓力升得過高。與此同時(shí)還應(yīng)當(dāng)注意壓縮機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性能。

        參考文獻(xiàn):

        [1]韓占華,孫曉明,林子良,等.壓縮機(jī)性能試驗(yàn)裝置排氣壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[J].流體機(jī)械,2009,12(02):92.

        [2]高啟明,魏昇,戴琳,等.水冷冷凝器法在壓縮冷凝機(jī)組性能評(píng)價(jià)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].制冷技術(shù),2015,17(01):67.

        [3]黃東升,陳麟,李辛沫,等.微小型斜盤式制冷壓縮機(jī)的力學(xué)行為分析[J].五邑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012,10(08):36-37.

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