【doc】容积式压缩机启动力矩的分析

【doc】容积式压缩机启动力矩的分析 容积式压缩机启动力矩的分析 容积式压缩机启动力矩的分析 一 ,日lJ茜 西安变通太学钱兴牮 容积式压缩机(以电机驱动尤为突出)因 其启动电流大,而启动力矩却很小,易发生启 动过载,通常采用卸荷启动.此外,还应配置 相应的启动设施(微型机例外).电机启动力 矩和启动电流取决于选用的启动方式(见图 1).启动器选择是制造厂设计新产品或用户 更改压缩机时不可忽视的问题,其主要根据就 是压缩机的启动力矩.困启动器配套错误而烧 毁启动器或电机时有发生. 0306090 图1各种启动器启动电流特性比较 1.垒压2.电抗(6sNue)~8.白耦f80ue);4. 廷边Y,6.自耦(66ue);6.电阻(65ue). 容积式压缩机有定容积比式和变容积比式 两类,它们的启动特性却截然不同.属于后者 的往复活塞式,滚动转子式蝇仅存在内压缩, 故在卸荷启动的工作循环中没有界线分明的吸 气,压缩,排气,膨胀过程,不论是卸荷空载 启动还是卸荷背压启动,其指示功均非常小, 所以在确定驱动机的启动力矩时,只要计及克 服转动惯性的力矩即可;属于前者的罗菠式 单螺杆,双螺杆,滑片式,涡旋式存在内,外 压缩(膨胀),卸荷启动工作循环中的吸气, 压缩(膨胀),排气过程界线分明,其指示功 相当高,再加上克服转子惯性的功耗,故启动 负荷较变容积比大的多,所以不能用往复活塞 式压缩机的启动力矩来类比定容积比式. 图2各种启动器启动力矩特性比较 1.垒压;2.自耦(80Ue);3.廷边Y;4.电 抗(65);5.电阻(65ue);6.白耦(65 Ue)a 二,容积式压缩机驱动力矩 由转动定理知; M—M=J. 其中M=w,/e 式中M——一驱动力矩 M——阻力矩 J——转动惯性矩 e一一转动角加速度 (1) (2) —— 在M作用下转过的角度 Wy---M作用下转过口角所做的阻力 一 船一 功 如果压缩机转动一周(日=2)的指示功 为w,则阻力功为" w=w;/‰(3) 式中一一机械效率 根据式(1)一(3)可得 M=(4) 若额定工况下压缩机转动一周的指示功为 wto.因正常运行的旋转不均匀度很小", 可视=0,所以额定工况的驱动力矩为 M.=wj./2轧(5) 若起动时间为t,则 P=?/t=n#/30t(6) 式中m——压缩机角速度,1/sj 111——压缩机转速,r/mln. 把式(6)代入式(4)得出启动力矩 M'=+(7) 驱动机是电机时应注意,延长启动时间t 衰1电机量太启动时闻 10380 4,522030 14380 7220 20380 1022040 28380 14220 40380 20220 5538060 2B220 75380 40220 100380 5522080 l25380 75220 虽可减小启动力矩,但因启动电流较大,易使 电机绕组绝缘过热老化,为此对启动时间应作 限制(表1) 三,启动力矩的计算 关闭容积式压缩机卸荷阀的启动方式称为 卸荷启动.因运行系统梳程对压缩机出口 压力要求不同,卸荷启动又分为卸荷空载启动 和卸荷背压起动.前者指首末级吸排气腔连通 PjP.:l的无背压启动,后者指Pd/P.>l的 背压启动.按背压大小又分为放空启动和满载 (垒压)启动.因卸荷阀至一级吸气阀间的容 积有限,所以关闭卸荷阀启动时吸气腔压力将 大幅度下降并迅速达平衡,随吸气压力下降压 缩机阻力矩亦下降.为使问题简化,通常认为 整个启动过程是e=常数的匀加速过程,故将 压缩机阻力矩视为恒量,即忽略启动瞬间阻力 矩的变化,而将吸气腔的启动压力以平衡时的 压力计入. 1.变容积比压缩机 具有气阀(强制阀赊外)的往复活塞式, 滚动转子式(只有排气阀)属变容积比压缩 机,其转动一周的单级指示功为 mr,D,1 ?i号Tl(一1J(8) 其中V.=^(9) 扣一.[()}一](1.) 式中m——多方过程指数 P.,Pd——吸,排气压力 V.——压缩机转动一周的吸气容积 且——容积效率 V——压缩机转动一周的工作容积 a——相对余隙容积,a=VI/vh V.——余隙容积 多级压缩机指示功为各级指示功之和. (1)卸荷空载启动t此时进排气连通无 背压,P/p.=1,由式(8),(1O)得V.= V?启动指示功wt=0,见图3. 留3变容积比压缩机卸荷空载启动指示目 一一一一藕定工况遣抒指示圈(下同) } 冒4变容积比压缩机卸荷启动措示图 (a)卸荷空载启动;(b)卸毂背压启动 (2)卸荷背压启动:关闭卸荷阀启动使 有限容积的吸气腔压力P.迅速达,定真空, 而排气腔仍为某一背压P(包括放空压力), 所以压比Pa/P.相当可观(理论上无穷大) 由式(9),(1O)知,过大的压比将使^ =0,V.=0,故由式(8)得启动指示功w; =0,见图4. 在上述两种情况下,均有启动指示功w =:0,故由式(7)得启动力矩 Mdn~tJl30t(11) 式中J是压缩机组中垒部旋转质量的惯性矩, 包括连杆大端,飞轮,联轴器.与驱动机刚性 联接的还包括驱动机的转动部分,如与电机共 轴伸的垒(半)封活塞式及滚动转子式应计入 电机转子部分. 2.定容积比压缩机 (1)罗茨压缩机 因罗茂压缩机的容积比0=Va/v.:1,故 压缩过程为等容外压缩.图5中虚线表示其指 示图.指示功为排气功 圈8罗茨压缩机卸荷背压启动指示图 W=(Pd.一P..)V.(12) 式中PPa——额定进,排气压力 (It)卸荷空载启动 此时吸气压力由P..降至真空压力P., 且进排气腔连通,故指示图为进排气压力线 相重合的一条P.线(蹋5),由式(12)看 出共启动指示功W;=0,由(7)式得到其启 动力矩与变容积比压缩机相同,即 毗一 (b)卸荷背压启动 此时为卸荷放空启动其指示圈为图6实 线部分.由式(12)得启动指示功 W=(P.一P.)V.(13) 式中P..——为排气腔放空压力 把式(13)代入式(7)得出启动力矩; Md舞+(I4) (2)单螺杆,双螺杆,滑片式,涡旋式 压缩机 这类压缩机以内压缩为主,当偏离设计工 一 23— 况时将出现等容外压缩(膨胀).在基元容积 与排气孔口连通时刻,若P<P,则沿V 线作等容压缩,见图7(a);若P;>P,则 沿V;线作等容膨胀,见图7(b)逸两种情 况下的指示均为 wi=压缩功+排气功 =一 ] +(Pd—PI)V(15) 式中P——内压缩终了压力 V——内压缩终了容积 在设计工况运行时,因P严P,指示功 仅为压缩功. 因内压缩始末压力PP与内容积比0 的关系为" = 寺=()(16) 以及内,外压比为 P.P rt, 所以其指示功可表示为: w;=P.V.[..旨(r一一1) +fi(d—f,)l(17) w'[(一) +辛](18) (a)卸荷空载启动 此时P.为某一真空值,且rd=1,进排 气腔连通使排气腔压力线与P.重合,排气功 为零,见图8将f1代入式(18)得启 动指示功: w;_P.V.[ 代人式(7)得启动力矩为: —— 24—— (一) (19) P P{ P pc (&)Pi<Pa)Pi>Pa 图7具有内压缩的定容积比压缩机卸荷启 动指示图 图8具有内压缩的定容积比压缩机卸荷空 载启动指示图 圈9具有内压缩的定容积比压缩机卸荷背 压启动指示图 Ma=(一) +音]+(20) (b)卸荷背压启动 此时,卸荷阀关闭,因暖气压力P.为某 一 真空值,故内压缩终了压力远达不到背压 P,致使基元容积与排气孔口连通时不得不进 行等容外压缩,加上排气容积为恒定值V= V.,日,所以导致排气功(P一P)Vi剧增,见图 9.其启动指示功按式(18)计算,其启动力 矩为 Ma:j_I(]11一) +J+(21) 四,结论 1.组成容积式压缩机的变容积比式和定 容积比式压缩机的启动特性截然不同,通常后 者的启动力矩较前者大得多.当用定容积比武 取代运行系统中的变容积比式压缩机时应注意 更换启动器(如是补偿启动器应将二次抽头移 (1-接62页) ?皿岫j旺??皿} 一一 向高压端). 2.变容积比压缩机卸荷空载与卸荷背压 启动力矩均相同,所以其启动器可按同规格配 套.而定容积比压缩机的启动力矩与启动方式 有关且相差较大,故选择启动器时应严格按启 动方式进行. 3为减小启动负荷,容积式压缩机以选 撵卸荷空载启动方式为佳.在保证性能的前提 下减小旋转部分质量提高机械效率,适当增 长启动时间,可减小启动力矩.对定容积压缩 机可设置容积比调节机构(滑阀,转动环等), 启动时调至0=1,以使启动力矩为最小. 参考文献 [1]郁永章,括塞式压缩机,机械工业出版社, 1982 [2]邓定国,回转式压缩机,机械工业出版社, 1982 [3]工厂常用电气设备手册编写组,工厂常用电气 设备手册,机械工业出版社1971.5 图B1试验用换热器结构录意图 1.翅片擦度;2.制挎翦出IT;3.支管集管;4.村 冷剂避I:1;5.整个翅片高度;6.翅片长度 附录B试验换热嚣及翅片几何形状 试验用换热器垒是单排曲盘管,除翅片密度外, 整体结构均相同.有18根外径岫.525mm(0.375in), 壁厚o.4{}64mm(0.016in)的铜管联通在一起,以获 得换热器均匀的制冷剂温度分布(囤B1).整个翅片 高度和长度都是457.2mm(IBin).选些尺寸是受试 验设备大小的控制翅片由铝材(厚度0.i397mm) 制成,并在管排翻片间有切口或百叶切口. 符号 捧热,传质表面面积(m) 比热(]/kg?K) 总能量传递系数(W/ta"'kg'K) 能量系数(sm) 络(J,kg) 焓差(J/kg) 质量流量(kg/s) 质量传递(W/kg) 温差(K) 总传热系数(W/mkg?K) (编者挂,上述单位原为英制,现怍相应变换; 且C,0单位似有误巳更' 下棕 c玲}b{热}1;局部;mI平均js:显值' t;总数;:进口}out:出口 (参考文献12篇略) 列启海译自~lnt-J?Refrig?~1989 VoL12May,赵荣义校 -25一 AH.一.m.QU