蒸汽压缩式制冷装置工作原理工况.ppt

第二节 蒸气压缩式制冷装置的工作原理 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant 一、单级蒸气压缩式制冷循环 二、单级制冷压缩机的工况和特性 理论循环的假设，实际循环的热 力计算参数概念。 工况参数(冷凝温度、蒸发温度) 、过冷度、过热度变化对性能的 影响、压缩机工况的概念。 1 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant 一、单级蒸气压缩式制冷循环 compressor conden -sation liquid cooling superheat removal condenserevaporator l.p. liquid liquid & gas g a s suction to compressor compressor delivery expansion valve 2 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant 1. 压焓图pressure - enthalpy chart lgp 等压线 等温线 等干度线 等熵entropy线 等比容线 h 3 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant 2. 单级蒸气压缩式制冷的理论循环 理论循环的假设 压缩机的压缩过程不存在换热和流阻 制冷剂在流动过程中无阻力损失 制冷剂只与热交换器有热交换，流过 膨胀阀不作功 等熵过程 等压过程 等焓过程 4 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant 1 2 3 4 t0 tk h p 1:出蒸发器进压缩机 3:出冷凝器进膨胀阀 4:出膨胀阀进蒸发器 2:出压缩机进冷凝器 23：冷凝器内的等压冷却、冷凝、过冷过程 34：膨胀阀内的等焓节流过程 41：蒸发器内的吸热等压气化过程 12：压缩机中的等熵压缩过程 5 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant 3. 单级蒸气压缩式制冷的实际循环 g-1：蒸发器后至压缩机吸口之间存在压力损失和温升的过程1-a：在压缩机吸气通道和吸气阀时有阻力损失的过程a-b：蒸气受压缩机吸气通道和缸体加热的过程b-c：压缩时实际的多变的压缩过程c-2：流过排气阀和排气通道时有阻力损失的过程2-e：在排气管、液管中有流动阻力损失的换热过程e-f：在膨胀阀中有从外界吸热的节流过程f-g：在蒸发器和吸气管中有流阻损失和气化吸热的过程 h p ab c 22 3 d 4 e f 5 g 6 1 6 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant h p ab c 2 23 d 4 e f 5 g 6 1 2-4：等压冷却、冷凝、过冷过程 4-5：等焓节流过程 5-1：等压气化吸热和过热过程 1-2：多变压缩过程 简化 过程 7 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant 问题：制冷剂由高压变为低压以( 1 )为分界 点。冷剂流经膨胀阀( 2 )相等，冷剂由( 3 ) 液体变成( 4 )蒸气。冷剂在蒸发器进口是( 5 )、出口是( 6 )。冷剂在蒸发器中完全气化 前是( 7 )压( 8 )温过程、干度( 9 ) 。冷剂在 压缩机吸气管中吸热流动过热度( 10 ) 、压力( 11 ) ，冷剂在压缩机进口是( 12 )蒸气、出口 是( 13 )蒸气；冷剂在液管中流动一般是( 14 ) 压( 15 )温过程。 膨胀阀 比焓过冷 湿 湿蒸气过热蒸气 降增加 增加 降低过热 过热 降升 降 8 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant p hab c 2 23 d 4 e f 5 g 6 1 热力 计算 单位（质量 ）制冷量： 9 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant 热力 计算 单位容积制冷量 ： hab c 2 23 d 4 e f 5 g 6 1 10 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant 热力 计算 等熵压缩单位理论功 ： hab c 2 23 d 4 e f 5 g 6 1 1-2为等熵压缩线 11 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant 热力 计算 单位指示功： hab c 2 23 d 4 e f 5 g 6 1 12 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant 热力 计算 理论制冷系数： hab c 2 23 d 4 e f 5 g 6 1 coefficient of performance(cop) 13 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant 问题：冷剂在压缩机进口焓值为400kj/kg，出口 焓值为450kj/kg，冷凝器出口焓值为250kj/kg， 制冷系数为( )。 问题：压缩机进出口h1=412kj/kg， h2=464kj/kg ，冷凝器出口焓值为h3=250kj/kg，膨胀阀进口 h3=240kj/kg，蒸发器出口h1=392kj/kg，制冷系 数为( )。 14 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant 热力 计算 冷剂的质量流量： hab c 2 23 d 4 e f 5 g 6 1 refrigerant 按冷库条件计算 15 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant 热力 计算 压缩机的容积流量： hab c 2 23 d 4 e f 5 g 6 1 16 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant 热力 计算 压缩机的理论流量（活塞行程容积） ： hab c 2 23 d 4 e f 5 g 6 1 输气系数 volumetric efficiency ：含义、组成 、影响因素与空压机类似。 17 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant 热力 计算 压缩机的理论功率： hab c 2 23 d 4 e f 5 g 6 1 18 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant 热力 计算 压缩机的指示功率： hab c 2 23 d 4 e f 5 g 6 1 指示效率(考虑非等熵压缩的损失，0.8) 19 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant 热力 计算 压缩机的轴功率： hab c 2 23 d 4 e f 5 g 6 1 机械效率(0.9) 总效率(0.7) 20 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant 热力 计算 单位轴功率制冷量： hab c 2 23 d 4 e f 5 g 6 1 21 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant 单位轴功率制冷量ke 压缩机每消耗单位轴功率所能得到的制冷量 ，相当于实际制冷系数。 开启式压缩机的ke值: r12：3.14.0 r22：3.44.3 高温工况 低温工况 22 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant 热力 计算 冷凝器的热负荷： hab c 2 23 d 4 e f 5 g 6 1 23 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant 问题：ke=4，每消耗1度电制冷量为( )kwh 。 4 热泵空调器冬季工作， ke=4，每消耗1度电向室 内供热( )kwh。5 压缩机进出口焓值分别为420kj/kg和475kj/kg， 冷凝器出口焓值为250kj/kg，单位制冷量为( )kj/kg，冷凝器单位排热量为( )kj/kg 。170225 24 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant 二、单级制冷压缩机的工况和特性 压缩机的工况：决定循环的蒸发、冷凝温度、过冷度等 蒸发温度冷凝温度 蒸发压力 蒸发器单位时间产气量 压缩机单位时间吸气量 ？ 冷凝压力 压缩机单位时间排气量 冷凝器单位时间冷凝量 ？ 库温降低 蒸发器传热不良 蒸发器供液不足 吸气压力高 质量流量大 冷凝器换热能力差 蒸发量 蒸发压力 冷凝压力 25 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant 1.工况参数对制冷工作的影响 制冷压缩机的制冷量 ： 制冷压缩机的轴功率 ： 压缩机的单位容积压缩功，即每压送1m3吸气状态下的 蒸气所消耗的理论功。 若压缩机转速n和工作缸数不变，则vt为定值 。 因此 26 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant (1)其他条件不变，冷凝温度tk变化(升高)的影响 h p 冷凝温度tk时：1-2-3-4-5-6-1 冷凝温度升高为tk时： 1-2-3-4-5-6-1 1 2 5 6 tk t0 34 tk 54 3 2 6 27 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant (1)其他条件不变，冷凝温度tk变化(升高)的影响 h p 1 2 5 6 tk t0 34 tk 54 3 2 6 q0 q0 不变 单位制冷量q0 输气系数 吸气比容v1 qv q0 28 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant (1)其他条件不变，冷凝温度tk变化(升高)的影响 h p 1 2 5 6 tk t0 34 tk 54 3 2 6 w0 w0 不变 单位压缩功w0 吸气比容v1 wv p 制冷系数 29 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant 问题：下列( )会使冷凝温度tk增高。 a. 冷却水流量减少 b. 空气进入系统 c. 制冷装置工作时间长 d. 冷凝器换热面脏污 e. 冷却水温度降低 f. 冷剂量过多换热管浸于液体中 切记：使冷凝效果下降或压缩机排气量升 高的因素，都会使冷凝温度(压力)升高。 反之降低。 30 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant (2)其他条件不变，蒸发温度t0变化(降低)的影响 h p 蒸发温度t0时：1-2-3-4-5-6-1 蒸发温度降低为t0时：1-2-2-3-4-5-6-6-1 1 25 6 tk t0 3 42 6 t0 1 31 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant (2)其他条件不变，蒸发温度t0变化(降低)的影响 p h 1 25 6 tk t0 3 42 6 t0 1 单位制冷量q0 吸气比容v1 制冷剂质量流量g q0 q0 q0 32 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant (2)其他条件不变，蒸发温度t0变化(降低)的影响 p h 1 25 6 tk t0 3 42 6 t0 1 w0 w0 p 单位压缩功w0 制冷剂质量流量g 时，p最大 下页解释 33 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant 将低压蒸气看作理想气体 单位容积压缩功 t0温度降低 pt q0 34 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant 问题：下列( )会使蒸发温度t0降低。 a. 冷库加入新食品 b. 蒸发器化霜 c. 膨胀阀开度调大 d. 压缩机工作缸数增加 e. 蒸发器风机转速降低 f. 蒸发器结霜加厚 g. 冷库库温降低 h. 压缩机皮带打滑 切记：使蒸 发器蒸发量 下降或压缩 机抽气量升 高的因素， 都会使蒸发 压力下降。 反之升高。( 假设每一行程压 缩机抽气量不变 ） 35 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant (3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响 冷凝器 2 1 回热器 4 4 膨胀阀 5 蒸发器 1 sub-cooling degreesuper-heating degree 36 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant (3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响 p h 1 2 5 pk p0 3 44 2 51 无过冷过热时： 1-2-3-4-5-1 有过冷过热时： 1-2-2-3-4-4-5-5-1-1 37 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant (3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响 p h 1 2 5 pk p0 3 44 2 51 q0 q0 q0 过冷度 q0 p 不变 38 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant (3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响 p h 1 2 5 pk p0 3 44 2 51 q0 q0 w0 w0 过热度 q0 w0 ? r12 r22 r717 不变(略降) 39 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant (3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响 p h 1 2 5 pk p0 3 44 2 51 q0 q0 w0 w0 过热度 q0 p v1 g q0 r12 r22 r717 不变 (w0 g ) 40 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant (3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响 有害过热 ： 发生在蒸发器后的吸气管中的过热 过程，装置的q0未增加，q0和下降 。 过热度大小的确定 ： 氨 蒸发器出口：干饱和蒸气 压缩机吸气过热度：58oc 氟利昂：蒸发器出口过热度36oc 对制冷系数的影响 防止液击liquid strike，减少有害过热 41 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant (3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响 回热循环regeneration cycle ： 利用气液换热器(回热器)使膨胀阀节流throttle前 的冷剂液体与压缩机吸入前的冷剂蒸气进行热 量交换，是液体过冷、气体过热的工作循环。 冷凝器 2 1 回热器 4 4 膨胀阀 5 蒸发器 1 42 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant 问题：在回热器中，为什么液态冷剂能向气态冷 剂放热？ 压力 温度 焓值 过冷度 液态冷剂流过回热器时： 气态冷剂流过回热器时： 压力 温度 焓值 过热度 43 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant (3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响 h 1 2 5 pk p0 3 44 2 51 p 过热度过冷度 44 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant (3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响 装置是否可采用回热循环? yes yes (防止闪气 ) no r12 r22 r717 从冷凝器出来的冷剂由于过冷度低，在膨胀 阀前降低到气化对应的压力而产生气泡，使 进入膨胀阀的冷剂量减少的现象。 45 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant 2、制冷压缩机的性能曲线 refrigeration compressor performance curve -30-20-10010 0 90 180 270 30 45 60 75 蒸发温度t0/oc 制冷量q0 /(103kcal/h) 轴功率p/kw 冷凝温度tk=40oc 冷凝温度tk=30oc 46 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant 问题：制冷压缩机性能曲线以(tk、t0 、t、 t ) 为横坐标，以(tk、t0 、t、 t )为参变量。由tk 和t0可确定(q0、q0、pi、w0、p)。 47 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant 工况/参数q0w0q0p tk t0 t t r12 r22 r717 48 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant 3、制冷压缩机的工况condition 压缩机的制冷量和轴功率等参数随工况条件 变化，为了衡量、比较压缩机性能，制定公 认的温度条件(名义工况)，作为压缩机制冷 量选用和比较的标准。 铭牌上标示的制冷量和功率一般是在标准工 况下的值，如为空调专用，则为空调工况。 名义工况(旧 ) 标准工况standard condition 空调工况air-conditioning condition 49 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant 3、制冷压缩机的工况condition 名义工况(新 ) 高温工况high temp. condition 中温工况medium temp. condition 低温工况low temp. condition 最大压差工况：用来考核压缩机零件强度 、 排气温度、油温、电机绕组温度。 最大轴功率工况：用来考核压缩机噪声、 振动，并依此选配电动机。 50 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant 问题：同一台压缩机用于冷库和空调，制冷量 在( )工况时较大。空调 压缩机a的高温工况和b的低温工况制冷量相等 ，那么压缩机( a、b )的活塞行程容积较大。 51 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant 工况 制冷剂 (oc) 冷凝温 度(oc) 蒸发温 度(oc) 过冷温 度(oc) 吸入温 度(oc) 标准工 况 r71730152510 r2230152515 r1230152515 r50230152515 空调工 况 r7174053510 r224053515 r124053515 活塞式制冷压缩机的标准工况和空调工况 52 船舶辅机第11章 船舶制冷装置 marine refrigeration plant 中型活塞式制冷压缩机的名义工况(gb10873