技术分享：关于制冷压缩机排气温度的影响因素及计算方法

在蒸汽压缩式制冷系统中，压缩机作为核心动力部件，通过机械做功将低温低压的制冷剂蒸气压缩为高温高压状态，这一过程不仅驱动制冷剂在系统内形成定向循环流动，还通过压力与温度的协同提升为后续的相变传热创造必要条件。当压缩机将制冷剂蒸气压缩至高于冷凝压力的高压状态时，其温度的显著升高（通常超过环境温度）使得制冷剂在冷凝器中能够向外界释放潜热并完成液化，而低压区的制冷剂则通过蒸发吸热实现制冷效应。在此过程中，压缩机排气温度作为反映设备运行状态的核心参数，直接影响润滑油的黏度特性、电机冷却效率以及系统热力学循环的稳定性。若排气温度过高，将导致润滑性能劣化、金属部件热膨胀加剧甚至积碳生成，同时反映系统可能存在冷凝压力异常、制冷剂流量失衡或压缩比过高等潜在问题。因此，对压缩机排气温度的精准监测与控制，既是保障制冷效率的关键手段，也是预防设备故障的重要依据。       

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。

（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) （1）

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。

在制冷循环中，压缩功的数值直接影响制冷剂焓值的增加量，这一能量转化过程最终反映为排气温度的升高幅度。实际运行中，由于压缩机内部存在容积效率不足导致的实际吸气量偏差，以及传热损失引发的热量叠加效应，理论压缩功需通过效率系数进行修正，从而更精准地描述系统能量转换过程。

（二）吸气过热度   

在制冷循环中，吸气过热度表现为压缩机入口处制冷剂蒸气的实际温度与其所处压力对应饱和温度的差值。这一参数具有双重作用：适度的过热度（通常5-15℃）能有效避免液态制冷剂回流至压缩机气缸，通过确保工质完全气化防止湿压缩引发的液击损伤；但过高的过热度（如超过设计范围）会导致压缩过程初始温度升高，经绝热压缩后显著推高排气温度，进而增加压缩功耗并加速润滑油碳化。值得注意的是，吸气过热度包含有效过热（蒸发器内制冷剂完全蒸发所需热量）与无效过热（吸气管路额外温升）两部分，后者会降低系统能效。

在制冷循环中，过热现象根据热源不同可分为两类： 机械性过热表现为制冷剂在蒸发器出口至压缩机入口的管路中吸收环境热量，导致工质温度超过蒸发压力对应饱和温度的现象；热力性过热则源于蒸发器内部传热特性，当管壁温度高于制冷剂饱和温度时，工质在相变过程中吸收额外热量形成过热。这两种过热形态通过压焓（p-h）图可进行定量表征——技术人员通过测量蒸发压力对应的饱和温度与实际吸气温度，结合p-h图上对应压力线的焓值差，可精确计算出吸气过热度数值。该参数对判断系统运行状态具有重要价值，有效过热（如蒸发器充分换热产生的过热）与无效过热（如管路保温不良导致的热量渗入）需通过热力学分析加以区分。

（三）压缩比   

在制冷系统中，压缩比表征压缩机对制冷剂的压力提升能力，其数值等于排气绝对压力与吸气绝对压力的比值。对于多级压缩系统，该参数可分解为各级独立压缩比的组合，通过级间冷却技术实现分段压缩，有效控制温升并提升整体能效。压缩比的增大会显著增加压缩机的理论输气量需求，同时导致压缩功呈指数级增长——这是因为实际压缩过程存在不可逆损失（如泄漏、摩擦），且高温工质会加剧润滑油碳化与材料热应力损伤。实验数据表明，当压缩比超过8时，排气温度可能突破润滑油闪点，引发设备故障风险，这也是多级压缩机普遍采用分级压缩的核心原因。

对于定容式压缩机，压缩比的上限受限于其容积比。当压缩比过高时，会出现过压缩现象，排气阀打开时的压力突降会导致气体回流，降低压缩效率。因此，需权衡设计压缩比与容积比的匹配关系。

（四）压缩过程   

在制冷循环中，压缩过程的能效特性直接决定排气温度水平。理论上，等熵压缩过程（无能量损失的理想状态）可使熵值恒定，此时排气温度达到理论最低值。然而实际运行中，压缩机内部存在气体泄漏、阀片摩擦、工质再膨胀等不可逆损失，导致实际压缩线偏离等熵线，形成额外的熵增现象。这种热力学路径的偏离不仅造成压缩功效率下降（实验数据显示实际压缩功可比理想值高15-30%），更通过热力学第二定律使排气温度显著升高，例如某型号活塞压缩机在相同工况下，实际排气温度可比等熵理论值高出25-40℃ 。多级压缩技术通过分级压缩和级间冷却，可将单级压比降低30-50%，有效抑制熵增效应，使排气温度下降20-35℃。

多级压缩能够有效降低单级压缩比，减小偏离等熵线的程度，从而获得较低的排气温度。此外，喷液增焓技术通过在压缩过程中喷入液态制冷剂，吸收压缩热，也能显著改善排气温度。

（五）润滑油   

在制冷系统中，压缩机润滑油具有多重功能：

润滑与密封： 在运动部件表面形成油膜，减少摩擦损耗的同时增强动静部件间的密封性，防止制冷剂泄漏；

热力学调控： 高温排气携带部分润滑油进入排气管（通常占循环油量的3-8%），通过强制对流换热吸收约15-25%的压缩热，使排气温度降低8-15℃；

系统能效影响： 润滑油的存在会增加管路压降（约0.02-0.05MPa），导致压缩功耗上升3-5%，同时油膜覆盖换热管表面会降低蒸发/冷凝效率约5-10%。

值得注意的是，现代螺杆压缩机通过喷油冷却技术（油量占比达循环量的15-25%）可将排气温度控制在80-100℃安全范围，但过量喷油会导致容积效率下降超过12% 。

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。

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   

吸气温度和吸气压力是影响排气温度的两个关键参数。吸气温度越高，吸气比容积越大，压缩功耗增加，排气温度上升。吸气压力越低，压缩比越大，做功越多，排气温度也随之升高。

在双级压缩机中，一级排气温度取决于中间冷却器的制冷效果，因此中间压力也是影响排气温度的重要参数。

（二）系统参数   

冷凝温度和蒸发温度对排气温度有显著影响。在其他条件不变时，冷凝温度越高，蒸发温度越低，压缩比越大，排气温度越高。此外，过冷度和过热度的变化也会影响吸气状态参数，进而影响排气温度。

系统的热负荷特性和制冷剂的类型也与排气温度有关。热负荷的波动会引起蒸发温度和冷凝温度的变化，使得压缩比发生改变。制冷剂的热物性参数如比热容、潜热等影响压缩功和排气焓值。

（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。

（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 （2）

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) （3）

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失：

T2=T1[1+(1/η_i)((P2/P1)^((k-1)/k)-1)] （4）

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 （5）

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 （6）

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) （7）

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。

【免责声明】：本文章版权归原作者所有，内容为作者个人观点。如有侵权，请联系删除。