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第一章基础知识第一节基本定义1、物质的三态（相） ：固态 液态 气态，其中，物质处于气态时密度很小，分子之间有一定空隙，可以压缩，可以均匀地充满任何形状的空间；物质处于固态、液态时，分子彼此密集，相对不可压缩，液态时具有流动性。物质的三种状态可以在一定的条件下（温度、压力）相互转化，如水放热变为冰、冰吸热变为水，即存在加入热量或释放热量，即存在热量的转移。 制冷的基本出发点就是利用物质（制冷剂）的相变（液、气）来吸收或释放热量来达到热量的转移，即实现制冷的目的。2、温度温度是表示物质冷热程度的量度。它的高低反映物体内部分子无规则运动的剧烈程度,因此，温度是物质的状态参数。常用符号t、F、T表示。常用的温度单位（温标）有摄氏温标、华氏温标和绝对温标。摄氏温标（t ,）：是在一个大气压下，将纯水的冰点定义为0，沸点100，将0与100之间 分为100等份 ，每一等份称为1。华氏温标（F ,）：是在一个大气压下，将纯水的冰点定义为32，沸点212，将32与212之间分为180等份 ，每一等份称为1。绝对温标（T，ºK）：将纯水的冰点定义为273ºK，沸点373ºK，将273ºK与373ºK之间分为100等份 ，每一等份称为1ºK。绝对温标每ºK与摄氏温标每在数值上是相等的。摄氏温标、华氏温标和绝对温标相互之间有如下关系：F () = 9/5 * t() +32t（）= F（）-32 * 5/9T（ºK）= t() +2733、压力（P）在制冷中，压力是单位面积A上所受的垂直力F，即压强，P=F/A，压力表的读数指的就是压强。压力的常用单位有：Mpa,Kpa,bar,kgf/cm2,大气压(B0),mmHg。1 Mpa = 10 bar = 1000 KPa1bar1 kgf/cm21 B0=760mmHg对于气体来讲，压力的大小取决于分子热运动的情况，在一定的容积内，分子运动越剧烈，压力越高，可以看出压力和温度有着密切的内在关系，因此压力也是物质的状态参数。几种压力表示法：绝对压力（Pj）：在容器中，由于分子热运动而对容器内壁产生的压力。表压力（Pb）：制冷系统中用压力表测得的压力是容器内气体压力与大气压(B0)的差值，称为表压（力）。 Pb= Pj- B0真空度（H）：当表压是负值时，取它的绝对值，用真空度表示。H= B0- Pj或H= Pj- B04、蒸发和冷凝蒸发：指液体表面分子汽化变成蒸汽分子的过程。在自然状态下，任何液体都有蒸发的能力。（热运动）影响液体蒸发速度（或能力）的因素有：物质不同，表面分子克服引力不同；（氨、水、油）蒸发面积不同；液体温度越高，蒸发越快；液体表面气体的流速越快，蒸发越快；液体蒸发压力与周围空间压差越大，蒸发越快。沸腾：一定压力下，液体被加热到某一温度时，其内部产生气泡上升到液体表面破裂放出蒸气，这种剧烈的汽化现象叫做沸腾，沸腾时的温度叫沸点。蒸发在任何温度、压力下都能够发生，而沸腾是在一定压力下，只有达到一定的温度才能发生，温度和压力是密切相关的两个因素。同一种物质，压力不同时，沸点不同，例如高原烧水；同一压力下，物质不同沸点也不同，如一个标准大气压下，水的沸点是100，氨（R717）为-33.4，氟利昂22（R22）为-40.8。在制冷中，主要应用的是沸腾过程，为方便起见，把蒸发与沸腾统称为蒸发。液体蒸发时需要吸收热量，如果热量来自本身，将使自身温度下降（节流过程）；如果热量来自外界，将使外界温度降低（蒸发器）。冷凝：蒸发的逆过程（略）。5、饱和温度和饱和压力如图11所示，在密闭容器中给一定的热量，因为蒸发与冷凝是一个可逆的过程，最终汽化量与液化量相等，这时的状态称为饱和状态。处于饱和状态下的蒸汽（液体）称为饱和蒸汽（液体），所对应的温度、压力称为饱和温度和饱和压力。在制冷系统中，对于一种制冷剂来说，其饱和温度与饱和压力是一一对应的，饱和温度越高，饱和压力也越高。制冷剂在蒸发器中蒸发以及在冷凝器中冷凝都是在饱和状态下进行的，所以蒸发温度与蒸发压力、冷凝温度与冷凝压力都是一一对应的。对应关系可查制冷剂热力性质表。6、过热蒸汽 过冷液体在一定压力下，蒸汽的温度高于对应压力下的饱和温度，称为过热蒸汽。在一定压力下，液体的温度低于对应压力下的饱和温度，称为过冷液体。蒸汽温度超过饱和温度的数值称为过热度。液体温度低于饱和温度的数值称为过冷度。吸气过热度一般要求控制在510。蒸发压力（温度）：制冷剂在蒸发器内的压力（温度）。冷凝压力(温度)：制冷剂在冷凝器内的压力（温度）。吸气压力(温度)：压缩机吸气口处的压力(温度)。吸气压力比蒸发压力略低。排气压力(温度)：压缩机排气口处的压力(温度)。排气压力比冷凝压力略高。第二节 热力学基本概念1、热力学第一定律 焓（h）热力学：研究热、能及其相互转化的一门学科。内能（u）如图所示，1Kg水在一个带有活塞的容器中加热，使水在100下汽化成同温、同压的水蒸气。此过程加入40.2KJ热量，膨胀对活塞作功2.9KJ，吸收的热量还有37.3KJ变成内能，使分子间距离加大，运动速度加快。热力学第一定律：热源加入到系统中的能量等于系统内能（动能、位能等）增加和对外作功的机械能之和,即 q = u + A .式中，q 外界加入的热量 u 工质对外界作的功 A 内能的增加量或者说，在一个封闭系统中，能量不可能增加或消失，只能从一种形式转化成另一种形式，即能量守衡定律。焓（h）在稳定流动中（制冷剂的循环过程都是气、液的流动），外界加入的热量（q）都消耗在：增加内能：u = u2 - u1增加压力位能：（pv）= p2v2 - p1v1对外作功：A增加动能、重力位能等，一般可以忽略。所以，q = u + （pv）+ A= (u2+ p2v2)-( u1+ p1v1)+ A 。用 h2表示(u2+ p2v2)，h1表示( u1+ p1v1)，因为u、p、v都是状态参数，所以h也是状态参数，称为焓。q = ( h2 - h1 ) + A以制冷循环的几个过程来说明热、能的变化和关系。 绝热压缩时，q = 0，则A = h1 h2 或 -A= h2 - h1 ；蒸发和冷凝时，A = 0，则q = ( h2 - h1 )；节流时，q = 0，A = 0，则h2 = h1 。 2、热力学第二定律熵（s）热力学第二定律：热量不可能自发地从低温物体向高温物体转移；要使热量全部而且连续地转变为机械能是不可能的。热量的自发传递是有方向性，且有一定限度，温差是热量自发传递的动力。为了表示热传递的方向性，引入“熵”的概念s=q/T.因为T总大于0，当s为正值时，熵增加，表示系统加热；当s为负值时，熵减小，表示系统放热；当s=0时，表示没有热交换，称之为绝热过程。在制冷过程中，就是将能量从低温热源转移到高温热源，综合热力学第一、二定律，热量不能自发转移，必须对系统作功，这就是压缩机的作用，并且存在关系式 :Qa= Q0 + W, 衡量压缩机运行经济性的指标：Ke = Q0 / W 。第三节 传热学的基本概念制冷过程实际上是一个热量传递的过程，因此了解传热学的知识极为重要。制冷系统中的传热可分为两种类型：一种是力求增加传热的过程，如蒸发器、冷凝器等热交换器，在这些设备中增强传热过程可以缩小设备尺寸或提高它们的效率；另一种是力求减弱传热过程，如冷库和管道的隔热层，减弱传热过程可减少冷量损耗，节约能源。热量传递的基本方式不同物体或物体不同部位之间产生热量传递，其原因是它们之间存在温差，所以温差是产生热量流动的动力。所有的热传递可以归纳为下面三种方式：热传导（导热系数）：通过物体中分子或原子的微观运动将热量从高温部分传向低温部分。固体、液体和气体都会发生导热现象，但单纯的导热只有在固体中才能发生。影响热传导传递热量的因素有：导热面积F、导热壁的厚度、导热壁两侧的温差t。Q=Ft/(平壁换热)或Q=dt/()(圆管壁换热)式中：d（d1+d2）/2,圆管壁的平均直径； 形状系数，查有关资料。对流换热（放热系数）：由于流体不同部位之间的相对位移，而把热量从一处传到另一处的现象称为热对流。只有液体和气体才能产生热对流。热对流的流体与固体壁面之间的热量交换称为对流换热。对流换热分为两种情况：自然对流和强制对流换热。自然对流是在温度不同、密度不同时，自然地产生流体的相对运动。如：排管、暖气等。强制对流换热是用机械方法使流体强迫流动，并与壁面之间产生换热。如：冷风机、风机盘管等。对流换热是一个很复杂的过程，与很多因素有关。如流体的种类及状态、运动情况、与流体接触的表面的形状及表面光洁度等。用放热系数来表示流体和物体表面的热交换强度，对流换热可表示为：Q = F（tw2 -t2）。如图1-4所示。辐射换热：由于物质分子热运动的原因而发出的辐射能称为热辐射。物体不断向外发出辐射能时，也吸收其它物体发出的辐射能。这种以辐射方式进行的能量转移称为辐射换热。与传导和对流不同的是，热辐射不需要介质，也不需要温差。影响热辐射主要因素是温度。传热温差指传热壁两侧的两种流体的温度差，温差是热传递的推动力。在制冷设备的传热过程中，间壁两侧的温度不是固定不变的，而是随流体的位置及换热的时间而变；冷热流体的相对流动方向不同，传热温差也不同。冷热流体的相对流动方向有以下几种：（1）顺流。（2）逆流。（3）交叉流。（4）折流。由于传热温差的存在，使得蒸发温度比被冷却物温度低，冷凝温度比冷凝器冷却介质温度高。湿度湿度是影响换热的一个重要因素。湿度的三种表示方法：绝对湿度（Z）:每立方米含有水汽的质量。含湿量（d）:一千克干空气含有的水汽量（g）。相对湿度（）:在一定温度下，一定量的空气只能容纳一定的水汽，超过这一限度，多余的水汽就会凝结成雾，这种一定限量的水汽量称为饱和湿度。在饱和湿度下，有对应的饱和绝对湿度ZB，它随空气温度变化而变化。在一定温度下，空气湿度达到饱和湿度时称为饱和空气，它不能再接受更多的水汽；能够继续接受一定量水汽的空气称为未饱和空气。未饱和空气的绝对湿度Z与饱和绝对湿度ZB的比值即相对湿度，=Z/ZB 100%。用它来反映实际绝对湿度接近饱和绝对湿度的程度。应用：晒衣服、闷热、蒸发式冷凝器、干湿球温度计。第四节 压焓图（Ph图）以绝对压力为纵坐标，焓值为横坐标组成直角坐标系。以一个点（临界点）、两条线、三个区构成压焓图，如图。图中包含：等温线：t=C等压线：P=C等焓线：h=C等熵线：s=C等容线：v=C等干度线：x=CA区：汽、液两相区（饱和区）B区：过热区，汽体存在过热C区：过冷区，液体存在过冷饱和液体线：x=0饱和汽体线：x=1临界点K：对应临界压力、临界温度 第二章 制冷剂载冷剂第一节制冷剂1、制冷剂概述制冷剂就是在制冷系统中能够循环变化的物质，也叫工质。制冷过程就是制冷剂在循环过程中发生相变时（蒸发或冷凝）吸收或释放热量来达到热量从低温部分转移到高温部分。选用制冷剂的基本条件：使用条件下（蒸发温度）压力不要太低常温下能够冷凝，且冷凝压力不要太高凝固点较低，至少满足使用条件（如： 氨为-77.7，水为0），临界温度高化学稳定性和热稳定性好，不易分解（氨在260时分解）；无毒、无刺激性气味；燃、爆性小来源广，价格便宜绝热指数小，单位质量和单位容积制冷量大良好的溶水性和溶油性2、常用制冷剂水（H2O）标准沸点100，冰点0，适用于0以上的制冷温度。优点：无毒，无味，不然，不爆，安全便宜缺点：水蒸汽密度小，蒸发压力低，不适合在容积式压缩机中使用，只适合在吸收式和蒸汽喷射式冷水机组中使用。氨（NH3 R717）标准沸点-33.4，凝固温度-77.7。优点：有较好的热力性质和热物理性质，压力适中，单位容积制冷量大，粘性小，流动阻力小，比重小，传热性能好，价格便宜易获得。缺点：毒性大，易燃易爆，有强烈刺激性气味，对食品易产生污染；空气中氨的容积浓度达到0.50.6%时，人在其中停留半小时就会引起中毒；容积浓度达到1114%时，可以燃烧；容积浓度达到1625%时，遇明火可以引起爆炸；氨在高温（260）时会分解出氢气（H2），遇空气及明火会产生强烈的爆炸，因此氨系统必须安装空气分离器，及时排放系统中的空气及其它不凝性气体。优、缺点共存：氨极易溶于水，可以与水以任意比互溶，因此在氨系统中不会产生冰塞，可以不加干燥过滤器；但有水存在，极易腐蚀金属，并提高蒸发温度；纯氨不腐蚀钢、铁，但含水时会腐蚀锌、铜及铜合金（除磷青铜），因此在氨制冷机及系统中不允许使用铜及铜合金部件（包括压力表，氨压力表必须标有“氨”字样），只有个别起耐磨、密封的部件才可以使用高锡磷青铜。氨与油不互溶，并且氨比油轻，油沉在氨液的下部，有利于从容器的底部放油；但在换热器表面会形成油膜，影响换热；在管路上凝结，停机后会形成油封或再次开机时引起液击。在吸（排）气管路上尽量避免出现“U”形弯。强烈的刺激性气味会引起窒息，但有利于发现泄漏；氨与水结合显碱性，可用石蕊（变蓝）或酚酞（变红）试纸检漏，但不要用肥皂水检漏。氟利昂氟利昂是碳氢化合物的卤（氟、氯、溴）代物的总称。优点：大多数氟利昂无毒、无味，燃烧、爆炸的可能性小；绝热指数小，压缩终了温度低；对金属材料腐蚀小，但腐蚀镁及镁含量超过2%的铝镁合金，同时，对天然橡胶、树脂、塑料等非金属材料有“膨润”作用。维修氟机时，如果需要更换密封垫或“O”形圈时，注意使用耐氟材料。缺点：分子量大，比重大，阻力损失大，传热性质差溶水性极差，易产生“冰塞”，系统中需要安装干燥过滤器；与水会发生水解反应产生酸性物质，出现“镀铜”现象，因此要求氟利昂中含水量极小（R22中要求含水量不大于0.0025%）遇明火或电弧光会分解出有毒的HCl、HF及光气渗透性极强并且无味，极易泄漏又不易被发现价格高破坏臭氧层（ODP）及产生温室效应（GWP）其它特点 ：与油部分溶解，并且与氟利昂种类及润滑油种类不同而不同。一般来说，温度高溶解度大或者互溶，当温度降低时，溶油能力减小，会使油分离出来并且分层，分离出来的油会浮在氟利昂上面，对于满液式蒸发器来说，会使回油困难并使蒸发温度提高。第二节 载冷剂（第二制冷剂）用载冷剂的优点载冷剂：又称冷媒，是被用来将制冷系统产生的冷量传递给被冷却物体的媒介物质。直接冷却：蒸发器安装在用冷场所，直接冷却被冷却对象。如：冷风机、排管间接冷却：通过冷媒来冷却被冷却对象的冷却方式。如：冷水机组、盐水机组采用载冷剂系统的优点：制冷剂系统集中在机房或很小范围内，便于密封和检漏。制冷剂充注量大大减少。在大型用冷系统中便于冷量的分配和控制。便于安装，制冷系统和载冷剂系统相互独立。载冷剂性质的要求载冷剂在蒸发器和用冷场所之间循环，通过显热传递热量，因此要求：无毒，无可燃性，无刺激性气味；化学稳定性好，不分解，不氧化，不腐蚀设备，对人体无害。使用温度范围内呈液态，凝固点温度低于蒸发温度48（不结冰），沸点远高于使用温度（不挥发，减少损失）。比重小，粘度小（减少泵功耗），传热性好，比热大（减少循环量及换热面积）。常用载冷剂及其特点空气比热小，只有在采用空气直接冷却时才使用，如小型的空调器。水比热大，无毒无害，但凝固点高（0），因此只用于0以上的冷水机组。盐水在0以下的系统中，常使用无机盐（NaCl、CaCl2等）按一定比例配置成不同浓度的水溶液作为载冷剂。盐水的冰点是随浓度的增加而降低的，一般要求盐水的冰点温度要低于使用温度1014。浓度过大，盐水比重增加，水泵耗功增大，盐耗增加；浓度过低，接近冰点温度，盐水粘度增加，阻力增大，水泵、搅拌器耗功增大，蒸发器管路表面有结冰可能。并且浓度不能过大，如果浓度超过共晶点的浓度，冰点的温度反而随浓度的增加而升高（此时析出的是晶体盐而不是冰），如图18所示。NaCl、CaCl2、MgCl水溶液的共晶温度分别为-21、-55、-34。另外，盐水具有腐蚀性，尤其与空气混合时极易腐蚀金属材料，应当尽量使盐水系统密封，减少与空气接触，并加入适量缓蚀（防腐）剂。防腐剂常用重铬酸钠（Na2Cr2O7）和氢氧化钠（NaOH）重量比为100：27混合，使溶液PH值为7.0左右。盐水有较强的吸水性，使用过程中浓度会逐渐降低，应定期检查浓度（常用测比重法）。有机载冷剂甲醇、乙醇及其水溶液 纯的甲醇、乙醇冰点为-97、-117，可以在很低的温度下作载冷剂，粘度小，但有挥发性和可燃性，使用时注意防火及减少消耗。乙二醇、丙二醇、丙三醇及其水溶液乙二醇、丙二醇、丙三醇本身粘度很大，但配成溶液后粘度降低，共晶温度可达-60，挥发性较小。丙三醇（甘油）无毒，可以与食品直接接触；乙二醇、丙二醇基本无毒。价格比较高。第三章制冷原理第一节单级压缩蒸汽式制冷原理1、制冷循环的四大部件单级压缩制冷循环可以简单地用图1-9来表示。制冷剂在制冷系统内相继经过压缩、冷凝、节流、蒸发四个过程，便完成单级压缩制冷循环，即达到制冷的目的。在制冷循环中，蒸发器、压缩机、冷凝器、节流阀是必不可少的四大部件。 蒸发器：制冷剂在低压（蒸发压力）下以较低的温度（蒸发温度）蒸发，吸收被冷却物质的热量实现制冷，是输送冷量的设备。压缩机：是系统的心脏，起到输送制冷剂蒸汽的作用，同时保证蒸发器在低压下运行、冷凝器在高压（冷凝压力）下运行。是输入功的设备。冷凝器：制冷剂蒸汽在高压下将从蒸发器吸收的热量以及压缩功转化的热量传递给冷却介质，冷凝成温度较高的（冷凝温度）的液体。是放出热量的设备。 节流阀：将从冷凝器冷凝的制冷剂液体节流降压（降到蒸发压力）后进入蒸发器，同时控制和调节制冷剂的流量，并将系统分为高压侧和低压侧两部分。在实际的制冷系统中，为了提高运行的经济性、可靠性和安全性，还设有一些辅助设备，如油分离器、油冷却器、空气分离器、贮液器、集油器等。2、用压焓图表示制冷循环理论循环利用热力学第一定律q = ( h2 - h1 ) + A 来描述，压缩时，q=0，-A= h2 - h1 ，或w0= h2 - h1 ；冷凝时，A=0，qa=h2-h4；节流时，q=0，A=0，h4=h5 ；蒸发时，A=0，q0=h1-h5。所以qa = h2-h4 = h2 - h5=(h2-h1)+(h1-h5)=w0+q0。 即冷凝时释放的热量等于蒸发时吸收的热量与压缩作功转化的热量之和，符合利用热力学第一定律，即能量守恒定律。实际循环在实际循环中，会存在吸气过热及液体过冷。液体过冷对制冷系数的影响液体过冷时，q0= h1-hd h1-h5 = q0,而w0不变，制冷系数ke=q0/ w0ke= q0/w0 。获得液体过冷度的方法很多，但可能增加设备或运行成本，所以通过提高过冷度来提高循环经济性是一个系统优化的过程。吸气过热对循环性能的影响排气温度升高： TkT0(Pk/P0)n-1单位质量制冷剂压缩功增加冷凝器热负荷增加压力相同，温度升高，减小，质量流量减小无效过热：气体从吸气管道至压缩机前，从周围环境中吸取热量产生过热。对于无效过热，单位质量制冷量不变，质量流量减少，制冷量减小；单位质量压缩功增加，制冷系数减小。所以，对于回气管路要采取保温措施，减少无效过热。有效过热：过热发生在蒸发器后部或被冷却室内的吸气管路上。对于有效过热，单位质量制冷量增加，但比容增加，单位容积制冷量有可能增加，也有可能减小，这与制冷剂的性质有关。如图1-11所示，不同制冷剂单位容积制冷量及制冷系数随过热度增加的变化情况。但无论如何，吸气过热度最终受排气温度所限制。3、运行工况与经济性指标蒸发温度不变，冷凝温度变化冷凝温度升高，单位质量制冷量减少，单位功增加，吸入点状态不变，质量流量不变。所以，总的制冷量减少，功率增加，制冷系数减小，经济性降低。反之亦然。冷凝温度不变，蒸发温度变化蒸发温度降低，单位质量制冷量减少，吸气比容增大（密度减小），质量流量减小，单位容积制冷量和总制冷量都降低；单位功增加，但质量流量减小，不能直接看出总功率是增大还是减小。但总的来说，随着蒸发温度的降低，制冷量都减小，制冷系数减小，经济性降低。反之亦然。 根据上面的分析，要提高制冷系统的经济性，在运行时要尽量降低冷凝温度（但要作整体的经济性分析）和提高蒸发温度，只要能满足被冷却物的温度就可以了。4、不凝性气体对循环性能的影响一般来说，空气等不凝性气体都存积在冷凝器的上部，不能通过冷凝器（或贮液器）的液封，占据一定的冷凝空间，减小换热面积，同时，使冷凝压力提高，压缩机功耗增加，冷量减小，Ke降低。对氨系统增加爆炸的可能性。所以，要及时排放系统中的不凝性气体。可采取空气分离器或冷凝器上的放空气阀（小型的氟系统）进行排放。第二节两级（双级）压缩蒸汽式制冷原理1、为什么要采用双级压缩在制冷循环中，当工质选定后，蒸发压力（P0）和冷凝压力（Pk）是由蒸发温度(T0)和冷凝温度(Tk)决定的。T0是由用冷装置要求决定，Tk由环境介质（水或空气）决定，由于环境介质温度变化是有限的，通常PK变化也不大，所以压缩比PK/P0受P0（T0）的影响要大一些，当P0（T0）降低时，压比明显上升。当压比过大时，会产生以下问题：内泄漏增加，输气系数明显降低。对于活塞压缩机，由于余隙容积的存在，当压比达到20时，压缩机几乎不吸气。实际压缩过程偏离等熵过程的程度增加，耗功增加，排气温度升高。节流损失增大，单位质量和单位容积制冷量都减小，压缩机制冷量减小。排气温度升高（尤其对于活塞机），TkT0(Pk/P0)n-1，润滑油变稀，润滑条件减弱，甚至油会出现结碳现象，达到闪点温度有爆炸危险。限制活塞压缩机压比的最大因素就是排气温度。油蒸气大量进入系统，影响换热器的换热效果。一般来说，单级氨制冷压缩机压比不超过8，氟机不超过10。因此，若要达到比较低的蒸发温度，就要采用双级压缩甚至多级压缩。2、双级压缩制冷循环的原理双级压缩制冷循环是将压缩过程分为两个阶段进行。来自蒸发器的低压气体（压力为P0）先经过低压级压缩机压缩至中间压力（Pm），经过中间冷却器冷却后再进入高压级压缩机，压缩到冷凝压力（Pk）排入到冷凝器中。两个阶段的压缩比各自都保持在10以内。双级压缩制冷循环由于节流级数和中间冷却方式不同而有不同的循环形式。有两级节流和一级节流，中间完全冷却和中间不完全冷却。通常双级压缩氨制冷系统采用中间完全冷却，而氟制冷系统采用中间不完全冷却。这是因为氟的绝热指数（n）比氨小，在相同压比时，氟机压缩终了温度比氨低，所以允许氟机吸气有较大过热度。3、实现双级压缩的办法双级压缩制冷系统可以是多台压缩机组成的双级系统（双级配搭），其中一台或几台作为低压级，一台作为高压级；也可以由一台压缩机组成的单机双级系统，如单机双级活塞制冷压缩机和单机双级螺杆制冷压缩机。通常高、低压级的体积排气量之比为1：2或1：3，并以Pm=P0Pk 时最为经济。4、采用双级压缩制冷循环的优点由于各级压比均减小，压缩机的输气系数大大提高。采用中间冷却，降低了高压级排气温度，改善了压缩机润滑条件。这对氨压缩机具有重要意义。功耗降低。例如，t0=-30,tk=30时，采用双级压缩的功耗要比采用单级压缩减少12%。 但是，采用双级压缩要比单级压缩多一台压缩机、一个中间冷却器、一只节流阀，投资成本增加。因此，只有在低蒸发温度时采用双级压缩才较为合理。第四章螺杆式制冷压缩机第一节螺杆式制冷压缩机的工作原理1、螺杆式制冷压缩机的特点与活塞压缩机的往复容积式不同，螺杆式压缩机是一种回转容积式压缩机。与活塞压缩机相比，螺杆式制冷压缩机有以下优点：a.体积小重量轻，结构简单，零部件少，只相当于活塞压缩机的1/31/2；b.转速高，单机制冷量大；c.易损件少，使用维护方便；d.运转平稳，振动小；e.单级压比大，可以在较低蒸发温度下使用；f.排气温度低，可以在高压比下工作；g.对湿行程不敏感；h.制冷量可以在10%100%之间无级调节；i.操作方便，便于实现自动控制；j.体积小，便于实现机组化。缺点：转子、机体等部件加工精度要求高，装配要求比较严格；油路系统及辅助设备比较复杂；因为转速高，所以噪声比较大。2、螺杆式制冷压缩机工作原理双螺杆（压缩机）是由一对相互啮合、旋向相反的阴、阳转子，阴转子为凹型，阳转子为凸型。随着转子按照一定的传动比旋转，转子基元容积由于阴阳转子相继侵入而发生改变。侵入段（啮合线）向排气端推移，于是封闭在沟槽内的气体容积逐渐缩小，压力逐渐升高，压力升高到一定值（或者说转子旋转到一定位置）时，齿槽（密闭容积）与排气孔相通，高压气体排出压缩机，进入油份。3、内压比与螺杆压缩机经济性的关系螺杆压缩机是没有气阀的容积型回转式压缩机，吸、排气孔的打开和关闭完全为几何结构决定的，即吸气终了的体积和压缩结束时的体积是固定的，即内容积比是固定的。而活塞压缩机的吸、排气阀片的打开是由吸、排气腔的压力决定的。内容积比：Vi=VS/V2VS吸气终了时的容积，Vd压缩终了时的容积内压力比：Za = Pd / P0Pd压缩终了压力，P0吸入压力可见，内压比是由内容积比决定的。所以，压缩终了压力Pd是由吸气压力和内容积比决定的。外压力比：Zy = Pk / P0Py排气背压力，或者说冷凝压力外压比是由蒸发温度和冷凝温度决定的，即由运行工况所决定的。当压缩机内压比小于外压比时（内容积比小），压缩终了压力小于冷凝压力，气体进入排气口后不能排出压缩机，会受到下一个齿槽排出的气体继续压缩（等容压缩），直到压力达到冷凝压力时，才会排出排气口，进入排气管路；当压缩机内压比大于外压比时（内容积比大），压缩终了压力大于冷凝压力，气体进入排气口后压力迅速降低至冷凝压力（等容膨胀）。不论是等容压缩还是等容膨胀，都会使压缩机功耗增加。因为一台压缩机的内压比一般都是固定的，而工况的变化会导致内、外压比不一致。所以在选用压缩机时，应选用内压比与使用工况对应的外压比相同或接近的，才能获得节能。常用的调节内压比的办法有：更换具有不同开口位置的滑阀（滑阀上开有径向排气口），通过改变排气口位置来改变内压比；采用具有可以调节内容积比的压缩机（可调内容积比螺杆压缩机）。第二节 螺杆式压缩机的结构螺杆制冷压缩机一般可分为机体部件、转子部件、滑阀部件、轴封部件和联轴器部件。1、机体部件机体部件主要是由机体、吸气端座、吸气端盖、排气端座、排气端盖及轴封压盖等零件组成。2、转子部件转子部件由主动转子（一般为阳转子）、从动转子（一般为阴转子）、主轴承、止推轴承、轴承压盖、平衡活塞以及平衡活塞套等零件组成。3、滑阀部件：滑阀部件主要由滑阀、滑阀导管、滑阀导管套、螺旋管、油活塞、指示器以及“O”型圈和密封环等零件组成。螺杆制冷压缩机最常用的能量调节方法就是在两个转子之间设置一个可以轴向移动的滑阀，即滑阀能量调节方法。如图2-14所示，滑阀位置改变，与滑阀固定端脱离，打开一条与吸气腔相通的通道，基元容积中的气体没有得到压缩就旁通回吸气腔，相当于改变了转子的有效工作长度。滑阀位置不同，旁通气体的量也不同，滑阀的连续移动，能量可以在10%100%之间无级调节。滑阀位置的改变，也改变了径向排气口的位置，使原本设计好的内压比发生改变，压缩比减小，使功耗的变化与冷量的变化不成比例，效率降低。滑阀的另一个作用是将润滑油引入滑阀内部的空腔，并通过滑阀上的若干小孔将油喷到机体与转子之间。油在压缩机中的作用是润滑、冷却、密封和消声。因为螺杆压缩机向工作腔中喷入润滑油，所以称为喷油螺杆，也因此螺杆压缩机排气温度比较低。滑阀的运动是靠油活塞运动带动的。油活塞在吸气端座的油缸内，油缸的两端有进出油孔与控制系统相连。螺杆制冷压缩机能量调节控制原理见图2-15。4、轴封部件：对于开启式压缩机，驱动轴的一端要伸出机体外部，为了防止制冷剂向外泄漏或空气渗漏入系统，必须在轴的伸出部位及机体之间设置轴封装置。在轴封的前端，一般装有油封，其作用是保证轴封室内充满润滑油。注意事项：对于氟利昂压缩机，“O”型圈应使用耐氟橡胶；轴封少量渗漏是允许的；润滑油中制冷剂过多会严重损坏轴封。5、联轴器部件螺杆压缩机的联轴器有橡胶柱销式和挠性（膜片式）联轴器两种。橡胶柱销式联轴器由两个半联轴节、飞轮、传动芯子以及螺钉等组成。这种联轴器的橡胶传动芯容易磨损，磨损后会导致机器运动不平稳，对转子、轴承、轴封都会产生不良影响。目前逐渐被挠性联轴器取代。挠性联轴器是由两半联轴节、接筒、传动垫片以及螺钉等组成。这种联轴器的两个半联轴节是经过动平衡试验的，安装时相对位置是固定的。联轴器是将电动机的动力传递到压缩机主动转子的重要部件。由于螺杆压缩机的转速较高，对联轴器的安装精度（同轴度）要求也较高。联轴器安装不当，不但会引起机器运转不平稳、噪声增高，而且对转子、主轴承、止推轴承和轴封会产生异常损伤。对于新运行的机组，因为油分或机架的应力变化，会使压缩机、电机的同轴度发生改变，应定期检查同轴度，直至机组应力消除方可连续运转。第三节 螺杆式制冷压缩机组与循环系统1、螺杆制冷压缩机组螺杆压缩机工作时要不断向工作腔喷入润滑油，起着润滑、冷却、密封和消声作用，以及润滑主轴承、止推轴承、轴封的润滑油，推动油活塞、平衡活塞的压力油，这些油最后和高压气体混合着排出压缩机。这些油必须分离出来，经过冷却、过滤、加压后循环使用。为防止制冷系统中的杂质随吸气进入压缩机对转子、机体造成磨损，必须设置吸气过滤器。吸气过滤器吸气过滤器主要由壳体和金属过滤网等组成。壳体上安装吸气温度计、压力表和加油阀。加油阀是机组运行时加油的部位。注意事项：拆卸端盖时防止被弹簧弹出伤人；安装时应注意过滤网一端的胶圈是完好的，如破损或变形应更换。加油时通过调节吸气截止阀使吸气压力稍低于大气压，通过油管将油吸入，操作应缓慢进行。对于氟利昂机组，蒸发温度比较低时，如果系统含水量比较大时，过滤器会出现冰堵现象。可以通过更换干燥过滤器滤去水分，也可以通过吸气过滤器过滤水分。油分离器螺杆压缩机组的油分离器主要有立式和卧式两种，并且以填料式为主。我公司目前普遍采用卧式二级油分、三种分油方式，分油效率高，可达10PPm。油分离器并且也是压缩机、电机的基础，使机组结构紧凑。油分内部分隔成三个腔，靠压缩机一侧桶体是保持油位的，其外部壳体上有两个上下布置的视油镜，是监视油位高度（自动机组有油位控制器）。靠电机一侧的桶体是安装二次油分高效分油滤芯的，其外侧也有一个视油镜，根据油位判断是否采取回油措施。注意事项：油位控制：两个视油镜之间；分油滤芯前后部分筒内的回油操作；油加热器的作用；分油滤芯如果污染严重，会增加排气阻力，耗功增加，效率降低，应当更换；因为油分长度较长，受温度、振动的影响会产生应力变形，使电机和压缩机的同轴度改变，压缩机初期运行时应随时调整同轴度。具体间隔时间由前次找正时测得的偏差植决定。油冷却器油分分离出来的润滑油因为吸收摩擦热及气体的热量而使温度升高（接近排气温度）。润滑油正常使用温度是3060，油温过高粘度降低，会使密封作用减弱，内泄漏增加，降低压缩机的效率，所以润滑油必须经过冷却才能循环使用。油冷却器就是起冷却油的作用。一般油冷却器采用水冷却方式。油走壳程，水走管程，清洗水路方便。优点是系统简单，油温可以降低至比较低的温度（根据水温而定）；缺点是水侧管路易腐蚀。工质冷却：油走管程，工质走壳程。优点是油冷不易腐蚀，操作维护简单；节省一套水路系统，适用于水质差或供水困难的场合；油温比较稳定。缺点是油温的最低温度受冷凝温度控制，系统需增加辅助贮液器或氨泵。辅助贮液器出液口与油冷之间至少要有1米以上的高度差。粗油过滤器为保护油泵的正常工作，在润滑油进入油泵之前通过粗油过滤器滤去杂质。过滤器由壳体和金属滤网组成，壳体上设有加油阀，初次加油都是通过此阀。加油可以通过系统抽真空加油，也可以通过油泵加油。对于初次运转的机器，初运转后要检查粗油过滤器的清洁度，并根据系统清洁度定期拆检过滤网。可使用汽