摘要：建立了滚动转子式压缩机热力学稳态仿真模型，在相同理论容积输气量的条件下，分析了吸气过热度、蒸发温度、冷凝温度对以Ｒ22、Ｒ32和Ｒ290为制冷工质的滚动转子式压缩机热力性能的影响规律。
关键词：滚动转子式压缩机；热力学稳态仿真；Ｒ32；Ｒ290
1压缩机热力学稳态仿真模型
1.1计算公式
制冷剂质量流量mcom（kg/h）为
（1）
其中，Vth为压缩机的理论容积输气量，m3/h；λ为输气系数；vcom为压缩机的气缸吸气比容，m3/kg。
滚动转子式压缩机Vth（m3/h）为
（2）
其中，n为转速，r/min；L为气缸轴向长度，m；Ｒ为气缸半径，m；ε为偏心率，ε=e/Ｒ，e为偏心距，m。
容积系数λv为
（3）
排气压力损失为：
（4）
滚动转子式压缩机的相对余隙容积一般有c≤1．5%；由于压缩机压缩膨胀过程工作时间极短，近似绝热过程，因此多变指数k可近似取制冷剂绝热指数；pc为冷凝压力（即排气压力），kPa；pe为蒸发压力（即吸气压力），kPa；△pc为排气压力损失，kPa；Tc为冷凝温度，K。
压力系数λp：对于滚动转子式压缩机，压力系数大约为0.005，可忽略不计。
温度系数λT为：
（5）
其中，Te为蒸发温度，K；Tsuc为压缩机气缸吸气温度，K。
泄露系数λD：对于滚动转子式压缩机，转速为3000r/min时，λD=0．82～0．92。
压缩机输气系数为λ：
（6）
理论功率Nth（kW）：
（7）
实际输入功率Nel（kW）：
（8）
电效率：
（9）
指示效率ηi
（10）
其中，hsuc为压缩机气缸吸气比焓，kJ/kg；hdis
为压缩机排气比焓，kJ/kg。为简化计算，hdis采用下式算出的Tdis来计算得到：
（11）
滚动转子式压缩机机械效率ηm=0．7～0．85。
电机效率ηmo：
（12）
高效电机的效率随负载的变化关系有：
（13）
（14）
电机效率随频率f（Hz）的变化关系为：
（15）
对于全封闭或半封闭压缩机，其排气侧、吸气侧、电机与环境之间存在换热，因此压缩机内部存在能量关系：
（16）
上式中，hsuc为压缩机气缸吸气比焓，kJ/kg；hin为压缩机实际进口制冷剂比焓，kJ/kg；Qds为压缩机气缸高温排气侧与低温吸气侧之间的传热量，kW；Qmotor为电动机与从压缩机进口处来的吸气之间的传热量，kW；Qshell为压缩机机壳与周围环境之间的传热量（kW）。
换热量（kW）公式如下所示：
（17）
（18）
（19）
根据压缩机整体的能量平衡关系有：
（20）
容积式制冷剂压缩机的制冷量Qcom，cap（kW），根据GB/T5773－2004有：
（21）
其中，hin为压缩机实际进口处制冷剂比焓，kJ/kg；hdis，l为排气压力相对应饱和温度下液体比焓，kJ/kg。
压缩机性能系数：
（22）
1.2仿真模型验证
基于全封闭滚动转子式压缩机的空调器实验数据，并与本文所建模型的计算结果进行对比。压缩机结构参数为：汽缸直径54mm，汽缸轴向长度34mm，偏心量5mm，转速3000r/min，工质为Ｒ22，电机频率50Hz。表1表明，仿真值与实验值吻合较好，仿真模型的正确性得到验证。
表1仿真与实验数据对比
2压缩机热力性能仿真研究
对于压缩机结构参数、转速和频率，即理论容积输气量不变的情况下，对Ｒ22、Ｒ32和Ｒ290滚动转子式压缩机在不同蒸发温度Te、冷凝温度Tc、吸气过热度（以下简称过热度）下进行仿真分析。
2.1蒸发温度与过热度对性能参数的影响
维持冷凝温度45℃不变，进行仿真对比研究。
2.1.1质量流量
当其它工况参数不变时：若仅增加过热度，压缩机吸气比容增加较小，质量流量降低幅度较小，若仅降低蒸发温度，压缩机吸气比容增加较大，质量流量显著降低。在相同工况下，Ｒ32质量流量最大且与Ｒ22较为接近，Ｒ290质量流量最小。
2.1.2排气温度
当其它工况参数不变时，不论增加过热度还是降低蒸发温度，Ｒ32、Ｒ22和Ｒ290的排气温度都明显增加。在相同工况下，Ｒ32排气温度最高而Ｒ290最小。
2.1.3制冷量
当其它工况参数不变时：若仅增加过热度，制冷量几乎不变；若仅增加蒸发温度，压缩机制冷量明显增加，且Ｒ32的增加幅度最大，而Ｒ290的增加幅度最小。此外，在相同工况下，Ｒ32制冷量最大，而Ｒ290最小。
2.2冷凝温度与过热度对性能参数的影响
维持蒸发温度0℃不变，进行仿真对比研究。
2.2.1质量流量
在相同工况下，Ｒ32质量流量最大且与Ｒ22接近，Ｒ290质量流量最小。不论增加过热度还是降低冷凝温度，质量流量降低幅度都较小。
2.2.2排气温度
在其它工况参数不变时，不论增加过热度还是冷凝温度，Ｒ32、Ｒ22和Ｒ290的排气温度都有明显增加。在相同工况下，Ｒ32排气温度最高，而Ｒ290最小。
3结论
本文建立了滚动转子式压缩机热力学稳态仿真模型，并得到以下几点结论：
（1）在相同工况下，Ｒ22的COP最大，但Ｒ32的COP与Ｒ22接近，若压缩机压缩比降低，则COP增加显著。当压缩机压缩比不变时，随着吸气过热度的增加，Ｒ32、Ｒ22的COP变化很小，但Ｒ290的COP增加相对明显并逐渐接近Ｒ32和Ｒ22。
（2）当蒸发温度、冷凝温度变化时，压缩机热力性能变化显著，而吸气过热度改变时，仅排气温度有较大变化，而其它性能参数的变化幅度很小，因此吸气过热度对压缩机热力性能的影响较小，而蒸发温度、冷凝温度对压缩机热力性能的影响更大。
参考文献：
［1］陈伟，祁影霞，张华．HCFCs制冷剂替代物研究进展及性能分析［J］．低温与超导，2011，39（12）：41－44．
［2］王林．小型制冷系统仿真及不可逆性分析［D］．长沙：湖南大学，2002
论文作者:冀凯
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/18
标签：压缩机论文; 温度论文; 转子论文; 工况论文; 热度论文; 气缸论文; 制冷剂论文; 《基层建设》2019年第6期论文;