吸排氣壓力對線性壓縮機性能影響分析

孫偉偉 房德琛 孫小兵

摘 要：對電冰箱而言，壓縮機在其中占據(jù)著非常重要的作用，與此同時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)式壓縮機在電冰箱中占據(jù)著主導(dǎo)的位置，但是相對而言，機械的整體效率比較低。在應(yīng)用封閉壓縮機輸入功率中，只有50%左右的功率被應(yīng)用。本文就系排氣壓縮機對線性壓縮機性能的影響進行分析。

關(guān)鍵詞：系排氣壓力；線性壓縮機性能；影響

線性壓縮機相對于復(fù)式壓縮機來說，活塞收到的徑向力減小，同時摩擦力也相對減少，這就提升了壓縮機整體的工作效率，并且線性壓縮機活塞行程會隨著輸入電壓的變化而發(fā)生變化，因此，啟動與調(diào)節(jié)壓縮機相對而言比較容易，這樣也就有效減少了點擊頻繁啟動能量的消耗。觀察LG實驗數(shù)據(jù)我們可以得知，300L的冰箱如果用線性壓縮機的話，總體電能可以節(jié)省25%。機器在運行中，活塞位移所生成的大小、位移的上止點在受到電擊驅(qū)動里影響的同時，還會受到壓縮機進排氣壓力的影響。

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，動圈式線性壓縮機最有可能。動圈式線性壓縮的動子由動圈和活塞固定連接所組成，動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布置著進氣閥。當(dāng)電流通過動圈時，活塞在磁場的變動下會受到和電流同頻率的推動機振力，這樣就會促使動圈式線性壓縮機的動子形成進行往復(fù)運動，進而達到壓縮氣體的目的。動子的往復(fù)運動從本質(zhì)上來說就與動力學(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)，進而可以將該系統(tǒng)模型分成為機械、電磁及熱力學(xué)三個系統(tǒng)。

1.1 機械系統(tǒng)

當(dāng)系統(tǒng)在運行時，機械系統(tǒng)組成了動子?；钊芰D和機械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，見圖1。

通過牛頓第二定律就可以了解到，機械系統(tǒng)強迫震動微方程式 可以表示為：

在這個方程式中，x（t）表示的是活塞離開坐標原點的距離m；t表示為時間s；m表示運動過程中的質(zhì)量，其中主要包括了連接板、活塞、動圈與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)動里N；fg為氣動力N；ff表示為摩擦力，通常情況下摩擦力是相對較小的，可以合并到線性阻尼N中。

1.2 電磁系統(tǒng)

動圈在進行往復(fù)運動的時候，就會產(chǎn)生一定的電動勢，其中電動勢微εd與產(chǎn)生電動勢εg，用式子表示則為：εi=εd+εg。在電動勢欲外加電源電壓共同作用的情況下，就會產(chǎn)生回路電流i，在此過程中線圈電阻R會形成電壓降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為磁場磁通密度T，le為導(dǎo)線有效長度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刂迫莘e做功表示為正，不計進、出控制容器氣體動能與勢能，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 壓縮機受吸氣壓力影響

壓縮機在標準狀態(tài)下運轉(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等情況下會對排氣壓力產(chǎn)生不同的性能影響。從實際的運行狀態(tài)就可以了解到，在吸氣壓力不斷提高的時候，壓縮機的制冷量與排氣量比例會不斷增加，吸氣壓力、壓比與容積系數(shù)都會對壓縮機的指示功率產(chǎn)生影響。如果吸氣壓力不斷增加，壓比將會減小，這時，容積系數(shù)將會增加，隨之壓縮機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候，壓縮機所消耗的電功率卻會增加，增幅會遠遠高于制冷的幅度。所以，吸氣壓力的升高會使壓縮機的功率產(chǎn)生降低趨勢。

3 壓縮機受到排氣壓力的影響

在平時應(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的時候，排氣壓力發(fā)生變化就會引起壓縮機發(fā)生變化。在吸氣壓力與吸氣溫度不發(fā)生變化的情況下，壓縮機的制冷量、電功率與排氣量以及性能指數(shù)值都會有所降低。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候，壓比會持續(xù)升高，使得排氣量在不斷加強的情況下，即使在吸氣值與密度保持一定，飽和液體的值會不斷地增加，這樣就導(dǎo)致了壓縮機單位制冷量逐漸下降。在壓縮機運行制冷量不斷下降的時候，壓縮機的循環(huán)性能指數(shù)也會相應(yīng)的下降。在實際啟動壓縮機的時候，排氣壓力并不會發(fā)生變化。但是在壓縮機剛開始使用的時候，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，將會產(chǎn)生不利影響。與此同時，在制冷工藝需求的過程中，壓縮機的排氣量與排氣壓力會隨著變化而發(fā)生改變。

4 結(jié)語

在壓縮機吸氣壓力不斷升高的情況下，制冷量與電功率會不斷增加，即使電功率與制冷量同時增加，但是制冷量的幅度顯然低于點高功率。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。與此同時還應(yīng)當(dāng)注意壓縮機運行的經(jīng)濟性能。

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