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1、压缩机原理课程教学大纲 一、课程基本信息 课程代码：050007 课程名称：压缩机原理 英文名称：Principles of Compressor 课程类别：专业限选课 学 时：54 学 分：3.0 适用对象:热能与动力工程专业本科生（建筑环境与设备方向）考核方式：考试，平时成绩占总成绩的 30 先修课程：高等数学、普通物理 二、课程简介 中文简介 该课程是热能与动力工程专业本科生（建筑环境与设备方向）一门重要的专业限选课，制冷压缩机可以说是蒸汽压缩式制冷机的心脏，没有它，制冷循环就无法实现，制冷系统也不可能正常工作，完善的空调系统也失去了必备的条件。因此，该课程主要介绍了各种不同类型的制冷压
2、缩机的工作原理和零部件的作用及结构特点，仔细分析了影响压缩机性能指标的各种因素，重点讲述了压缩机能量调节的各种方法，为后续课程的学习及今后的工作打下了基础。英文简介 It is an important course for the field of refrigerating and air condition.The refrigerating compressor is the heart of refrigerating system.The refrigerating cycle couldnt be achieved,refrigerating system and air con
3、ditioning system couldnt work normally without the compressor.So,the working principle and characteristics of different kinds of compressor is introduced.It is analyzed of different factor on characteristics of compressor.It is he main point of different kinds of regulating energy.It make the founda
4、tion for the future study and work.三、课程性质与教学目的 本课程是热能与动力工程专业本科生（建筑环境与设备方向）的一门主要专业限选课。通过学习使学生掌握活塞式、回转式制冷压缩机的工作原理，掌握热力计算、动力计算、润滑方式、冷却、安全保护和输气量调节等方面的基本知识，熟悉各类压缩机的特点与结构，从而使学生具有设计压缩机的能力和分析解决压缩机实际问题的能力，为今后从事制冷压缩机的设计、制造、运行和管理工作打下良好基础。四、教学内容及要求 第一章 绪论（一）目的与要求 1制冷压缩机的种类：2各类压缩机的范围；3压缩机的发展状况。4掌握压缩机的分类方法；5熟悉不同种
5、类压缩机的应用范围。（二）教学内容 第一节 制冷压缩机的种类及分类 1主要内容 压缩机在系统中的作用 压缩机的种类及分类 第二节 制冷压缩机的当前发展概况 1.主要内容 压缩机的发展概况（三）教学方法与手段 采用多媒体的教学方式 利用动画演示和课堂讨论深入教学内容的理解 第二章 容积型制冷压缩机的热力学基础（一）目的与要求 1制冷压缩机的种类：2各类压缩机的范围；3压缩机的发展状况。4掌握压缩机的分类方法；5熟悉不同种类压缩机的应用范围。（二）教学内容 第一节 单级往复式压缩机的理论循环 1.主要内容 单级活塞式压缩机的理论循环的假设条件：1）压缩机没有余隙容积 2）吸汽与排汽过程中没有压力损
6、失 3）吸汽与排汽过程中无热量传递 4）无漏汽损失 5）无摩擦损失 一、活塞式压缩机的理论输汽量 1.气缸工作容积 Vp，单位为 m3 2.理论容积输气量 qvt(或称理论排量)，单位为 m3/h。是指压缩机按理论循环工作时，在单位时间内所能供给、按进口处吸气状态换算的气体容积。(1-2)3.压缩机的理论质量输气量 qm t，单位为 kg/h (1-3)二、压缩机消耗的理论功率 1.理论循环所消耗的理论功 Wts，单位为 J，W ts=12 Vd p (1-4)2.即单位绝热理论功 Wt s为，单位为 J，W ts=h 2-h 1 (1-4a)3.压缩机所消耗的理论功率 Pts，单位为 kw
7、第二节 容积型压缩机的实际性能 1.知识点 1、压缩机中的压力降 通过吸、排气截止阀 通过吸气过滤器 通过内置电动机 流过吸排气管道和室腔 通过吸排气阀和阀孔 通过内部消声器 通过内部分油器 通过单向阀 2、制冷剂的受热 从内置电动机吸热 与压缩机中各种零部件的热交换 吸收从摩擦损耗所转换的热量如润滑油等 3、气阀运动规律不完善带来的效率下降。4、制冷剂泄漏的影响。5、再膨胀的影响 6、压缩过程偏离等熵过程 7、压缩过程的过压缩和欠压缩。8、润滑油循环量的影响。9、压缩机的机械摩擦损失和内置电动机(封闭式压缩机)的电动机损失。第三节 内容积比固定的压缩机的内容积比效率 1.知识点 在那些具有固
8、定内容积比的容积型压缩机中，在工作中会发生过压缩和欠压缩的压缩过程。一、内容积比 1.内容积比V 指这类压缩机吸汽终了的最大容积 V1与压缩终了的容积 V2的比值，即 (1-6)2.内压力比 工作容积内压缩终了压力 P2与吸汽压力 P1的比值，称为内压力比 二、过压缩和欠压缩 内压力比与外压力比不相等时，会产生过压缩和欠压缩。讨论三种情况：PdP2 欠压缩 Pd=P2。PdP2。过压缩 由此，当压缩机内压缩终了压力与排汽管内气体的压力不相等，即内压力比与外压力比不等时，将产生附加功损失，从而降低压缩机的指示效率。所以，应力求压缩机的实际运行工况与设计工况相等或接近，以使压缩机获得运行的高效率。
9、第四节 制冷压缩机的基本性能参数 1.知识点 一、实际输气量 在一定工况下，单位时间内由吸气端输送到排气端的气体质量称为在该工况下的压缩机质量输气量qma，单位为 kg/h。(1-8)二、容积效率 压缩机的实际输汽量与理论输汽量之比称为容积效率。(1-9)它用于衡量容积型压缩机气缸工作容积的有效利用程度。三、制冷量 所谓压缩机的制冷量，就是压缩机在一定的运行工况下，在单位时间内被它抽吸和压缩输送的制冷工质在蒸发制冷过程中从低温热源（被冷却的物体）中所吸取的热量。在给定工况下压缩机的制冷量Q0可用下式计算。即：Q0=qmaq 0=qvtqv kW(1-10)四、制(排)热量 制(排)热量是压缩机
10、的制冷量和部分压缩机输入功率的当量热量之和。五、指示功率和指示效率 单位时间内实际循环所消耗的指示功就是压缩机的指示功率Pi，单位为 kW，它等于 (1-12)制冷压缩机的指示效率i是指压缩1kg工质所需的等熵循环理论功与实际循环指示功i（单位为 J/kg）之比。（1-13）i是用以评价压缩机气缸或工作容积内部热力过程完成的完善程度。六、轴功率、摩擦功率和轴效率、机械效率 由原动机传到压缩机主轴上的功率称为轴功率Pe，它的一部分，即指示功率Pi直接用于完成压缩机的工作循环，另一部分，即摩擦功率Pm用于克服压缩机中各运动部件的摩擦阻力和驱动附属的设备。(1-14)轴效率e是等熵压缩理论功率与轴功
11、率之比，用它可以评定主轴输入功率的利用完善程度，较适用于开启式压缩机。(1-15)机械效率m 是指示功率和轴功率之比，用它可以评定压缩机摩擦损耗的大小程度。(1-16)(1-17)七、电功率和电效率 输入电动机的功率就是压缩机所消耗的电功率Pel，电效率el 是等熵压缩理论功率与电功率之比，它是用以评定利用电动机输入功率的完善程度。(1-18)对于封闭式制冷压缩机，其电动机转子直接装在压缩机的主轴上，所以电效率对它较为适用 (1-19)八、性能系数 为了最终衡量制冷压缩机的动力经济性，采用性能系数COP(Coefficient of performance)，它是在一定工况下制冷压缩机的制冷量
12、与所消耗功率之比。对于开启式压缩机，其性能系数COPe，(单位为 w/w)为 (1-20)对于封闭式压缩机，其性能系数为 (1-21)（三）教学方法与手段 采用多媒体的教学方式 利用动画演示和课堂讨论深入教学内容的理解 a)往复式制冷压缩机（一）目的与要求 1制冷压缩机的种类：2各类压缩机的范围；3压缩机的发展状况。4掌握压缩机的分类方法；5熟悉不同种类压缩机的应用范围。（二）教学内容 第一节 基本结构和工作原理 1.知识点 1、基本结构 各种活塞式制冷压缩机的制冷量、外形、制冷剂、用途等不尽相同，但其基本结构和组成的主要零部件都大体相同，即包括机体、曲轴、连杆组件、活塞组件、吸排汽组件、汽缸
13、套组件等。2、名词术语 1外止点（上止点）2内止点（下止点）3活塞行程：4余隙容积：5相对余隙容积：第二节 热力性能 1.主要内容 一、压缩机的工作过程 1、理想工作过程 2、实际工作过程 压缩机的实际工作过程与理想工作过程存在着较大的区别 二、影响性能参数的因素 由于余隙容积，吸汽和排汽压力损失，汽体与汽缸壁之间的热量交换以及泄漏等因素的影响。压缩机的实际输汽量总是小于它的理论排汽量。压缩机的实际输汽量 qVa 与理论输汽量 qV t 的比值，称为压缩机的容积效率，即 容积效率综合了影响压缩机实际排汽量的各种因素，是评价压缩机性能的一个重要指标，输汽系数越小，表示压缩机的实际排汽量与理论排汽
14、量相差越大。显然，压缩机的输汽系数值总是小于1 的。软件效率可以写成容积系数 v、压力系数 p、温度系数 t和泄漏系数 l 乘积形式，即：（2-1）1、影响压缩机容积效率的各种因素：1）容积系数 V、它反映了压缩机中余隙容积的存在对压缩机输气量的影响。由理论分析和推导可知，容积系数 V、可由下式进行计算：(2-2)pC对 V的影响较小，可以略去不计，则式(2-2)可以简化为(2-3)2）压力系数 它反映了吸气压力损失对压缩机输气量的影响。经推导和分析可知，可用下式表示：(2-4)3）温度系数 T 它反映在吸气过程中，因气体的预热对输气量的影响。吸入气体与壁面的热交换是一个复杂的过程，与制冷剂的
15、种类、压缩比、气缸尺寸、压缩机转速、气缸冷却情况等因素有关。T的数值通常用经验公式计算。对于开启式压缩机为 (2-5)对于封闭式制冷压缩机为 (2-6)4）泄漏系数 它反映压缩机工作过程中由于泄漏而引起的对输气量的影响。泄漏是的大小与压缩机的制造质量、磨损程度、气阀设计、压力差大小等因素有关。对于高速多缸压缩机的输气系数，可由上述四个系数的乘积求出，也可由试验结果整理出来的经验公式求出。例如日本的木村亥之助推荐的经验公式(简称木村公式)如下 1)当转速大于 720r/min，c=3%4%时 (2-7)2)对双级压缩机的低压级 (2-8)2、特性曲线 三、压缩机的功率和效率 1、指示功率与指示效
16、率 单位时间内所消耗的指示功，称为压缩机的指示功率。理想循环中压缩 1kg 制冷剂所消耗的功 Wts，与实际循环中所消耗的功 Wi 的比值，称为压缩机的指示效率，用i 表示。(2-9)开启式压缩机中的 可用下列经验公式计算：i=T+bte (2-10)影响指示功率和指示效率的因素有压缩比，吸、排气过程的压力损失，相对余隙容积，吸气预热程度及制冷剂泄漏等。2、轴功率、磨擦功率与机械效率 由原动机传到曲轴上的功率称为轴功率，用 Pe 表示。轴功率的一部分直接用于压缩气体，称为指示功率，用 Pi 表示；另一部分用于克服曲柄连杆机构等的摩擦阻力，称为摩擦功率，用 Pm 表示。两者之比值称为机械效率，用
17、m 表示。即 （2-11）制冷压缩机的机械效率一般在 0.750.9 之间。指示效率i 与机械效率m 的乘积，称为压缩机的轴效率，用e 表示。一般在 0.60.7 之间。3、配用电动机功率 制冷压缩机所需要的轴功率，是随工况的变化而变化的，选配电动机功率时，应考虑到这一因素。如果压缩机本身带有卸载装置，可以空载起动，则电动机的轴功率可按运行工况下的轴功率，再考虑适当裕量(10%15%)选配。四、压缩机的排汽温度 制冷压缩机的排汽温度虽不是主要性能指标，但它对压缩机能否良好运行却是一个很重要的因素。1.影响因素 2.降低排温的措施 五、压缩机的运行特性曲线和工况 1、运行特性曲线 压缩机的运行特
18、性是指在规定的工作范围内运行时，压缩机的制冷量和功率随工况变化的关系。第三节 制冷系统中压缩机运行平衡点 第四节 驱动机构和机体部件 1.主要内容 1、机体的作用与结构 2、曲轴的作用与结构 3、连杆的作用与结构 4、活塞体 5、活塞环、密封原理与泵油原理 6、活塞销 7、轴封的作用 第五节 气阀 1.主要内容 1、气阀的工作原理及组成部分 2、气阀的种类及特点 第七节 润滑油和润滑系统 1.知识点 一、润滑方式 1、润滑的作用 2、润滑的方式 二、润滑设备 1、润滑油泵 三、润滑油的性能 1、润滑油的性能：第八节 输气量调节 1.知识点 1、能量调节装置的作用 2、常用的能量调节方式 第九节
19、 总体结构 第十节 往复式制冷压缩机的振动与噪声 1.知识点 一、开启式压缩机 1、压缩机的特点 2、总体结构实例 二、半封闭式压缩机 1、结构特点 2、总体结构实例 三、封闭式压缩机 1、结构特点 2、总体结构实例 四、单机双级压缩机 1、单机双级压缩机的特点 2、总体结构实例 五、活塞式压缩机机组 1、冷水机组的构成及特点 2、冷凝机组的构成及特点 第十一节 安全保护 1.主要内容 安全器件 1、安全器件的作用 2、安全器件的结构（三）教学方法与手段 采用多媒体的教学方式 利用动画演示和课堂讨论深入教学内容的理解 b)滚动式转子式制冷压缩机（一）目的与要求 1工作过程和结构特点；2主意热力
20、性能参数；3受力分析及主要结构参数（二）教学内容 第一节 工作过程和结构特点 1.主要内容 一、工作原理 滚动转子式压缩机主要由汽缸、转子、滑片、排汽阀和汽缸端盖等部件组成 滚动转子式压缩机与往复活塞式压缩机相比，具有下列特点：1、零部件少，结构简单 2、易损零件少，运行可靠 3、没有吸气阀片，余隙容积小，输气系数较高 4、在相同的冷量情况下，压缩机体积小、重量轻、运转平衡 5、加工精度要求较高 6、密封线较长，密封性能较差，泄漏损失较大 二、工作过程 由工作过程可以看出：1、转子回转一周，将完成上一工作循环的压缩和排气过程及下一工作循环的吸气过程。2、由于不设进汽阀，吸气开始的时机和汽缸上吸
21、气孔口位置有严格的对应关系，不随工况的变化而变动。3、由于设置了排汽阀，压缩终了的时机将随排气管中压力的变化而变动。第二节 主要热力性能参数 1.主要内容 一、汽缸工作容积的变化规律 二、输气量及其影响因素 三、压缩过程 四、功率及效率 第三节 受力分析及主要结构参数 1.主要内容 一、转子受力分析 二、滑片受力分析 三、主要结构参数（三）教学方法与手段 采用多媒体的教学方式 利用动画演示和课堂讨论深入教学内容的理解 c)涡旋式制冷压缩机（一）目的与要求 1工作原理、结构和特点；2热力过程的分析；（二）教学内容 第一节 工作原理、总体结构及其特点 1.主要内容 涡旋压缩机的基本结构与工作原理
22、机架主轴环）防自转机构（如十字滑动涡盘静涡盘主要零部件：涡旋压缩机的特点 第二节 热力过程分析 1.主要内容 1 典型型线及主要几何参数 圆的渐开线方程：cossinsincosayax 考虑到涡圈的壁厚t，涡圈内、外侧渐开线的方程为：ooooooooiiiiiiiiayaxayaxcossinsincoscossinsincos 涡圈的主要几何参数：基元半径a；涡圈壁厚t；渐开线起始角；涡旋圈数：m 涡圈节距Pt；涡圈高度H；压缩腔对数：N；涡圈中心面渐开线最终展角 E 2 基元容积变化规律计算 （三）教学方法与手段 采用多媒体的教学方式 利用动画演示和课堂讨论深入教学内容的理解 d)螺杆式
23、制冷压缩机（一）目的与要求 1基本结构和工作原理；2螺杆转子齿形及结构参数；3热力性能；4吸排气孔口和输气量调节机构；5开启式和封闭式螺杆式压缩机；6螺杆式压缩机装置系统。（二）教学内容 第一节 基本结构和工作原理 1.主要内容 结构：同步齿轮（无油）轴承机体阳转子、阴转子一对转子 基元容积的组成：接触线端面气缸内壁螺旋面 特点：第二节 螺杆转子齿形及结构参数 1.主要内容 改进齿形的考虑因素包括：1）提高压缩机的热力性能 v型线）度（尽量减少节圆上的提高接触线上的相对速、短、销齿圆弧）横向泄漏（接触线连续、点啮合摆线）轴向泄漏（泄漏三角形 ad：流线型型线 2）提高可靠性 3）提高面积利用系
24、数（提高齿高半径、减薄齿厚）4）便于加工（避免尖点、半径很小的圆弧、直线段）第三节 热力性能 1.主要内容 一、输气量 二、内压缩过程 第四节 吸排气孔口和输气量调节机构 1.主要内容 吸排气孔口 输气量调节 1.滑阀调节 2.塞柱阀调节 第六节 开启式和封闭式螺杆式压缩机 第七节 螺杆式压缩机的装置系统 1.主要内容 一、螺杆式压缩机组 二、带经济器的螺杆式制冷压缩机系统 三、喷液冷却螺杆式压缩机系统（三）教学方法与手段 采用多媒体的教学方式 利用动画演示和课堂讨论深入教学内容的理解 e)其它形式的容积型制冷压缩机（一）目的与要求 1 掌握滑片式制冷压缩机；旋叶式制冷压缩机；螺旋叶片式制冷压
25、缩机三种压缩机的工作原理、2滑片式压缩机的输气量计算。3熟悉三种压缩机的结构与特点。（二）教学内容 第一节 滑片式制冷压缩机 1.主要内容 工作原理 特点 热力过程分析 第二节 旋叶式制冷压缩机 1.主要内容 特点：1）结构紧凑，体积小、重量轻，适合于汽车空调压缩机。2）作用在转子上的气体力几乎完全平衡，轴承负荷小。第三节 螺旋叶片式制冷压缩机 1.主要内容 工作原理 螺旋叶片式压缩机与滚动转子式和涡旋式相比较有许多优点。1、效率高 流动阻力小。减少了吸气加热损失。气缸和螺旋叶片间的摩擦功耗可以大大降低。2、阻力矩变化均匀 3、振动小，噪声低 。（三）教学方法与手段 采用多媒体的教学方式 利用
26、动画演示和课堂讨论深入教学内容的理解 f)离心式制冷压缩机（一）目的与要求 1掌握离心式制冷压缩机的损失、功率与效率、制冷量的调节 2熟悉各元件的作用和压缩机的结构，了解减振与降噪措施。（二）教学内容 第一节 概述 1.主要内容 离心式制冷压缩机属于速度型压缩机，是一种叶轮旋转式的机械。它是靠高速旋转的叶轮对气体做功，以提高气体的压力。气体的流动是连续的，其流量比容积型制冷压缩机要大得多。一、压缩机的工作原理与主要结构 1.工作原理 离心式制冷压缩机有单级、双级和多级等多种结构型式。单级压缩机主要由吸气室、叶轮、扩压器、蜗壳等组成，对于多级压缩机，还设有弯道和回流器等部件。离心式制冷压缩机与往
27、复活塞式制冷压缩机相比，具有的特点：目前所使用的离心式制冷机组大致可以分成两大类：冷水机组和离心式制冷机组。2.主要零部件的结构与作用 （1）吸气室 吸气室的作用是将从蒸发器或级间冷却器来的气体，均匀地引导至叶轮的进口。吸气室有轴向进气和径向进气两种形式。（2）进口导流叶片 进口导流叶片可用来调节制冷量。转动导叶时可采用杠杆式或钢丝绳式调节机构。（3）叶轮 叶轮也称工作轮，是压缩机中对气体做功的惟一部件。叶轮按结构型式分为闭式、半开式和开式三种，通常采用闭式和半开式两种。（4）扩压器 气体从叶轮流出时有很高的流动速度，为了将这部分动能充分地转变为压力能，在叶轮后面设置了扩压器，如图6-2 所示
28、。一般采用无叶扩压器。（5）弯道和回流器 弯道和回流器是为了把由扩压器流出的气体引导至下一级叶轮。第二节 离心式制冷压缩机的基本理论 1.主要内容 欧拉方程式 能量方程式 伯努力方程式 连续方程式 状态方程式 压缩过程和压缩功 离心式治理压缩机的损失、功率和效率 第三节 叶轮 1.主要内容 结构形式及主要参数 第四节 固定元件 第六节 性能曲线及制冷量的调节 1.主要内容 一、性能曲线 二、喘振及堵塞工况 三、防喘调节 第八节 辅助设备 1.主要内容 一、换热设备 二、节流装置（三）教学方法与手段 采用多媒体的教学方式 利用动画演示和课堂讨论深入教学内容的理解 五、各教学环节学时分配 教学环节
29、 教学时数 课程内容 讲 课 习 题 课 讨 论 课 实验 其他教学环节 小 计 第一章 2 3 5 第二章 4 4 第三章 14 3 17 第四章 4 4 第五章 4 4 第六章 10 10 第七章 4 4 第八章 6 6 合计 48 6 54 六、推荐教材和教学参考资源 1、缪道平，吴业正主编.制冷压缩机，北京：机械工业出版社，2001 2、缪道平主编.活塞式制冷压缩机，北京：机械工业出版社，1992 3、常鸿寿，周子成编.制冷离心式压缩机，北京：机械工业出版社，1989 4、李文林，周瑞秋，赵超人编.回转式制冷压缩机，北京：机械工业出版社，1991 七、其他说明 修订日期：2007-4-25 审定日期：2007-4-27