怎么计算制冷压缩机的排气温度？

排行榜 2025年08月14日 11:45 0 admin

在蒸汽压缩式制冷系统中，压缩机通过提高制冷剂的压力和温度，实现制冷剂的循环流动和相变传热。压缩机排气温度是衡量压缩机性能和运行状态的关键指标。

过高的排气温度一方面会使润滑油碳化，加剧压缩机部件的磨损，缩短其使用寿命；另一方面会导致制冷剂发生化学分解，产生有害物质，污染系统。此外，高温排气还会增加冷凝器的传热负荷，降低系统的制冷效率。

计算公式：

T2=T1(P2÷P1)^[(k-1)÷k]

其中:

T2：排气温度;

T1：吸气温度 ;

P2：排气压力;

P1：吸气压力

K：气体的绝热指数（空气的K=1.4）。

此公式体现了吸气温度（T1）的重要性及压力比(P2÷P1)重要性。这二种数据直接关系到空压机的使用温度及质量。因为吸入温度越高，压缩比越高，排气温度就成倍的高！

根据上面的公式，我们可以得出以下结论：

排气温度过热的原因主要有以下几种：

1、回气温度高（吸气过热度大）

2、压缩比高

3、冷凝压力高

4、冷冻油冷却不行，电机加热量过大

5、制冷剂的原因

二、排气温度的形成肌理

（一）压缩功

压缩机的基本功能是对气态制冷剂做功，使其压力和温度同时升高。在理想条件下，假设制冷剂经历可逆绝热压缩，压缩功可表示为：W=qm(h2s-h1)

式中，W为压缩功，qm为质量流量，h2s和h1分别为排气点和吸气点的比焓值。压缩功的大小决定了制冷剂获得的焓升，进而影响排气温度。在实际压缩过程中，还需要考虑容积效率、传热损失等因素，对压缩功进行修正。

（二）吸气过热度

吸气过热度是衡量制冷系统运行状态的关键参数，表现为压缩机入口处气态制冷剂温度超出其所在蒸发压力对应饱和温度的差值。这一参数的合理控制对保障压缩机安全运行至关重要：适度的过热度能有效避免液态制冷剂回流至压缩机气缸，从而规避因液体不可压缩性引发的液击损伤；但过高的过热度会导致压缩过程功耗增加，显著推高排气温度，加剧润滑油碳化风险。从热力学机制分析，过热现象可分为机械性过热与热力性过热两类：前者源于蒸发器出口至压缩机入口管路中环境热量的渗透，后者则因蒸发器内部制冷剂在蒸发过程中吸收超过管壁温度的热量所致。实际应用中，技术人员可通过测量蒸发压力对应的饱和温度与实际吸气温度，结合压焓（p-h）图上的焓值差进行定量分析，进而判断系统运行状态是否处于最佳效率区间

（三）压缩比

压缩比作为压缩机性能的核心参数，定义为排气压力与吸气压力的比值，直接表征设备对制冷剂的压力提升能力。在多级压缩系统中，该参数可分解为各级独立压缩比的组合，这种分级设计通过中间冷却技术有效控制温升，使整体压缩过程更趋近等温压缩，从而提升能效。压缩比的增大会显著增加压缩功耗，同时导致排气温度呈指数级上升，这对润滑系统稳定性和材料耐热性提出更高要求。

对于定容式压缩机（如活塞式），其压缩比存在固有上限，由气缸工作容积与余隙容积的比值决定。当实际压缩比超过该阈值时，将引发过压缩现象：排气阀开启瞬间，高压气体因压力突降产生反向流动，造成能量损失和容积效率下降。这种非理想工况要求设计阶段必须精确匹配压缩比与容积比参数，通过优化余隙容积、调整排气阀启闭时序等手段，将压缩过程控制在最佳效率区间。实际工程中，多级压缩机通过级间冷却将总压缩比分解为多个较低的单级比值，既可降低单级负荷，又能通过减少压缩功提升系统整体能效比。

（四）压缩过程

压缩过程的能效特性与热力学路径对排气温度具有决定性影响。在理想状态下，等熵压缩过程（熵值恒定）可实现最低排气温度，该过程遵循可逆绝热原理，其温度变化严格遵循公式T₂=T₁(P₂/P₁)^。然而实际压缩过程存在气体泄漏、阀片摩擦、气体再膨胀等不可逆损失，导致实际压缩线偏离等熵线，熵增引发的温度升高可达15-40℃。多级压缩技术通过将总压比分解为多级压缩（如双级压缩可将单级压比降低30-50%），配合级间冷却使压缩过程更接近等温过程，实验数据显示多级压缩可使排气温度降低20-35℃。喷液增焓技术则通过向压缩腔注入液态制冷剂（通常为过冷液体），利用其相变潜热吸收压缩热，某型号螺杆压缩机应用该技术后排气温度从102℃降至78℃，同时容积效率提升12%。这两种技术协同应用时，可使高压缩比工况下的排气温度控制在90℃安全阈值内。

（五）润滑油

压缩机润滑油除了起润滑、密封作用外，还具有冷却功能。高温排气会带走部分润滑油，在排气管中与制冷剂混合。润滑油吸收排气热量，降低了排气温度。同时，油的存在也会增加排气管阻力，提高压缩功耗。

针对润滑油的降温作用，一些大型压缩机设置了喷油冷却装置。通过在压缩腔内喷射雾化润滑油，强化对压缩热的吸收，从而有效控制排气温度。

三、排气温度的影响因素

综合以上分析，影响压缩机排气温度的主要因素可归纳为以下几点：

（一）吸气参数

吸气温度与吸气压力作为制冷循环的核心热力学参数，对排气温度具有决定性影响。吸气温度升高时，制冷剂比容增大导致压缩过程需处理更多气体体积，这不仅增加了压缩功（理论计算表明压缩功与吸气温度呈指数关系），更通过热力学路径的偏移显著推高排气温度。当吸气压力降低时，压缩比（排气压力/吸气压力）的增大使得压缩过程偏离理想等熵状态，实际压缩功因不可逆损失（如泄漏、摩擦）而额外增加15-30%，直接反映为排气温度的跃升。

在双级压缩系统中，中间压力作为连接低压级与高压级的关键参数，其设定直接影响一级排气温度。中间冷却器的换热效率决定了低压级排气的过热程度：若中间冷却不足，低压级排气温度将携带过量热量进入高压级，导致高压级压缩比被动升高，形成"温度叠加效应"。研究表明，中间压力每偏离理论最佳值（通常为冷凝压力与蒸发压力的几何均值）10%，高压级排气温度将上升约8-12℃。因此，双级压缩机需通过实时监测中间压力与温度，结合制冷剂物性参数动态调整级间冷却强度，以维持压缩过程接近等温状态，从而将排气温度控制在安全阈值内。

（二）系统参数

冷凝温度与蒸发温度作为制冷循环的核心热力学参数，其协同作用对排气温度具有决定性影响。当冷凝温度升高或蒸发温度降低时，压缩比（P_k/P_0）呈指数级增长，导致压缩功显著增加（理论计算表明压缩功与压缩比的三次方成正比），同时实际压缩过程因不可逆损失（如阀片摩擦、气体再膨胀）使排气温度额外升高10-25℃。这种温度叠加效应在高温工况下尤为显著，例如当冷凝温度从35℃升至45℃时，R134a制冷系统的排气温度可上升约18℃。

过冷度与过热度的动态平衡对吸气状态参数产生关键影响：过冷度每提升5℃，单位质量制冷量增加3-5%，同时降低压缩比0.2-0.3；而过热度增加10℃则使吸气比容扩大15-20%，导致压缩功提升8-12%。这种参数联动效应要求系统必须维持优化的过冷度（通常4-8℃）和适度过热度（5-15℃），通过中间冷却器和膨胀阀的协同调节实现热力循环的能效最大化。

热负荷波动通过改变蒸发器传热温差引发蒸发温度偏移，当冷负荷增加10%时，蒸发温度可能下降2-3℃，迫使压缩比被动升高0.15-0.2，进而导致排气温度上升5-8℃。制冷剂物性参数的差异则通过热力学路径影响压缩过程：例如R32相比R410A具有更高的比热容（1.18 kJ/kg·K vs 1.04 kJ/kg·K）和潜热（170 kJ/kg vs 160 kJ/kg），在相同工况下可使排气温度降低4-6℃，同时减少压缩功消耗约7%。这种物性差异要求系统设计时必须根据制冷剂特性优化换热器结构和控制策略。

（三）结构参数

压缩机的结构设计参数如容积比、气阀型式、泄漏间隙等会影响压缩过程，进而影响排气温度。容积比决定了压缩比的上限，气阀的流动特性影响了吸排气阻力，泄漏间隙的大小制约了容积效率。

排气管路的设计如截面积、长度、布置方式等会影响排气阻力和传热效果，从而影响排气温度。喷油冷却装置的结构参数如喷嘴直径、安装位置等则直接关系到排气温度的控制效果。

四、排气温度的计算方法

（一）基于压缩过程模型

基于压缩机物理模型，建立压缩过程的数学方程，是预测排气温度的一种重要方法。根据对压缩过程的不同简化假设，压缩过程模型可分为理想绝热模型、多变量绝热模型和准静态模型等。

理想绝热模型假设制冷剂绝热可逆压缩，满足等熵方程：

P2/P1=(V1/V2)^k 式中，P为压力，V为比容积，k为绝热指数。

结合状态方程和能量方程，可得排气温度：
T2=T1(P2/P1)^((k-1)/k) 多变量绝热模型在理想模型的基础上，引入容积效率η_v、指示功效率η_i等修正系数，以反映实际压缩过程的损：T2=T1[1+(1/η_i)((P2/P1)^((k-1)/k)-1)]

准静态模型进一步考虑了压缩过程的传热损失、气体泄漏等因素对排气状态的影响，通过对压缩机控制容积的微元分析，建立压缩过程的质量守恒和能量守恒方程，求解排气温度。

（二）基于热力学模型

另一种常用的排气温度计算方法是基于压缩机系统的热力学模型。通过对压缩机各组件进行焓值平衡，建立吸气、排气状态参数之间的函数关系。

以单级活塞式压缩机为例，假设吸气管和排气管中的热损失分别为q1和q2，压缩功为W，则有：
qm(h2+q2)=qm(h1-q1)+W 引入等熵效率η_s，表征压缩过程对可逆过程的偏离程度，可得：h2=h1+(h2s-h1)/η_s+q1/qm-q2/qm

进一步引入过热度ΔT_sh、回热损失系数f_q等修正参数，建立排气温度计算公式：T2=T1+ΔT_sh+(T2s-T1)/η_s+f_q(T_w-T1) 式中，T_w为气缸壁温度，f_q为回热损失占压缩功的比例。

类似地，可以建立多级压缩机、螺杆压缩机、离心压缩机等的排气温度计算模型。这些模型均需要引入适当的修正系数，以兼顾计算精度与实用性。

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