往复压缩机气缸传热对压缩过程的影响研究

赵淑红

摘 要： 工作状态下的往复压缩机，其气缸内的气体一旦受到泄漏以及出现传热现象都会导致其往复压缩机压缩过程中形成较大的影响。本文针对其实际运行的数据所构建的模型进行检验，进一步发现影响往复压缩机气缸在压缩过程中温度大幅度变化的因素为传热以及内泄露，但是传熱以及泄露对其压缩过程中的压力变化值并不大。

关键词： 往复压缩机;压缩过程;影响

【中图分类号】TP277 【文献标识码】A 【文章编号】1674-3733（2020）24-0149-01

1 往复压缩机气缸传热对压缩过程的数学模型

众所周知控制容积具体是指取气缸内的容积，同时规定外界对气体作功为正，不做工为负。而气体要是吸热就为负，不吸热就为正。了解这一规律后，就可以推导出影响往复压缩机内部压缩过程的因素众多，比如有受到介质流动、传热、传质以及工作部件内部摩擦等，那么为了更加了解其中的因素运作，进一步对其做出假设。比如让气缸中内部气体具有相同状态参数，同时在气缸运作时进一步管控容积空间位置、其气体流入与流出的速度变化值，忽视往复压缩机气缸压缩过程中的气缸气体动能以及位能的少量值变化，同时保证其曲柄旋转角速度正常。由此而推断出往复压缩机气缸内气体的质量变化率以及压缩过程中气体状态方程。

不仅如此，还可对其进行压缩过程中的传热模型的假设，比如保持反复压缩机气缸壁的温度，同时将外界作用传递给缸内所有质点，促使形成参数均匀的气缸内气体。此压缩过程中曲轴运动过程中有固定的曲轴旋转速度。不仅如此计算气缸内的换算面积时，一定要将压缩气体与活塞端面的换热、被压缩气体与气缸盖表面的换热充分考虑进去，不太追究其排气过程其节流损失所产生的热能。以此来推导出建模过程中的冷却水与被压缩气体间的传热系数、气体与气缸壁的传热系数。最后分析往复压缩机在压缩过程中的泄露模型，众所周知，其压缩机压缩运作过程中，会有具体的三种原因导致其活塞环使用不当，导致其运作过程中活塞的泄漏。即其活塞环切口处的泄漏、活塞环与活塞间的泄漏以及其气缸镜面的泄漏。从这一方面而言，其压缩开始后其气体就会从气缸盖侧方向处进行泄漏，那么移动活塞，其气体又会从轴侧向盖侧向外界泄漏。如此以来就可以轻易的推算出具体的泄漏公式。

2 往复压缩机气缸传热对压缩过程的影响分析

2.1 传热模型的求解

通过相关的计算程序可以探测其气缸传热对于工作过程的影响，即进一步推测出瞬时性的往复压缩机气缸传热的气体状态参数。往复压缩机气缸在压缩传热时，当气体通过冷却水时，其气缸内的热量就会被进一步带走，从而让气缸内气体不能被冷却，促使往复压缩机的传热线总是处于等温过程线。

2.2 传热对压缩过程中的影响

众所周知，往复压缩机整个工作过程会促使气体焓值增加，气体焓值一旦增加，就会增加气缸壁的温度，造成冷却流水量的下降。尤其是当冷却水流量值为零时，就会让往复压缩机气缸压缩过程线无限接近绝热过程线，其原因就不用过多说明，即缸内气体传给气体的热量无法被冷却水带走，而气缸壁却可以借助大气对外界散发的热量，进一步促使压缩过程线处于绝热过除夕拿下方。当然冷却水流量达到一定值时，就会让压缩过程线置于等温和绝热压缩过程线之间。压缩机稳定运行状态下，冷却水是可以一定程度上带出气缸壁产生的热量的，进一步保障气缸以及活塞的正常使用。同时还能降低活塞的损坏率，减少气缸经期的预热时间，全面降低排气温度。当然，冷却水流量在达到某一个值就会形成压缩过程线无限接近等温过程线。那这个状态下的气缸的冷却水与气缸壁所形成的对流换热就比较好，足够能量将压缩气体传递给气缸壁热量。当然冷却水并不鞥带走气缸壁的所有热量，实际过程线经常性会高于等温加压缩线。那么实际的工程应用中，就要充分考虑到往复压缩机的型号，避免应用高冷却水流量的往复压缩机，进一步节约水资源。总体分析，基于构建的传热模型，进一步改变压缩机气缸内冷却水流量，进一步改变气缸壁温度，影响压缩机工作过程。众所周知，增大冷却水流量可以达到实际压缩过程的等温过程，进一步降低活塞损耗度，减少其进气预热，降低排气温度。

2.3 气缸传热对于压缩机功耗的影响

对于压缩机的功耗分析，可以发现不同型号的压缩机其工作状态下所消耗的能量有所差异，那么就对于某一个特定型号的压缩机其功耗的影响分析。基于构建的气缸传热模型分析，在改变冷却水流量后进一步改变其气缸壁温度，借助定量分析传热进一步影响其压缩过程。分析其冷却水的体积流量以及工作循环示意图，可以进一步借助传热模型计算出压缩机气缸内的冷却水流量以及压缩机的功耗。同时整体压缩机指示功率会随着冷却水量的不断变化而增大与减少。比如要是压缩机冷却水流量不断增大，其压缩机的指示功率就会进一步减少，但是减少到一定范围值后，就会还原回来，即指示功率就会不断增大。而压缩机的冷却水一旦增加，就会改变其气缸壁散热情况，降低其压缩指示功率。但是后期就会形成无限增加的排气量，又一次将指示功率增大。压缩机的指示功率与标准排气量之比被称之为压缩机的比指示功率。那么整个比指示功率就会随着冷却水流量的变化趋势而发生变化，即指示功率越大，其冷却水流量却越小。而排气温度的降低，就会进一步促进指示功率变大，一同将标准排气量增加。同一时间内的单位排气量就会消耗。当然，气缸内冷却效果会趋于一定值的，达到极限的冷却水量，所对应的比指示功率的下降趋势就会延缓。

参考文献

[1] 曹志祥.浅析往复式压缩机常见故障的判断与处理措施[J].当代化工研究，2018，No32（08）：174-175.

[2] 郁永章，姜培正，孙嗣莹，压缩机工程手册[M].中国石化出版社，2011.

[3] 李辛沫，耿爱农，罗耀鹏，等.滚动活塞压缩机径向间隙泄漏特性试验研究[J].流体机械.2020，（2）.1-7.doi：10.3969/j.issn.1005-0329.2020.02.001.

[4] Tuhovcak J.，Jicha M.，Hejcik J..Comparison of heat transfer models for reciprocating compressor[J].Applied thermal engineering：Design，processes，equipment，economics，2016.103.