空调用制冷技术ppt课件

空调用制冷技术 绪论1 制冷的定义2 制冷的应用3 制冷的方式4 制冷技术的发展 一 制冷的定义从物体或流体中取出热量 并将热量排放到环境介质中去 以产生低于环境温度并保持这个温度的过程 制冷循环热力学第二定律 输入制冷系统的动力 机械能 电能 热能 太阳能等 制冷的温度范围 普通制冷 120K以上深度制冷 120 20K低温制冷 20 0 3K超低温制冷 0 3K以下制冷问题的研究内容 1 研究获得低温的方法和有关的机理以及与此相应的制冷循环 并对制冷循环进行热力学的分析和计算 2 研究制冷剂的性质3 研究实现制冷循环所必须的各种机械和技术设备 它们的工作原理 性能分析 结构设计计算以及各种制冷装置的流程 系统配置计算 保温 自动化等 二 制冷技术的应用1 商业 冷冻 冷藏2 降温和空气调节 工艺用 生活用3 工业生产4 农牧业 生物5 医疗6 建筑工程7 国防等应用范围 27 0热泵 空调0 10冷藏运输 10 33冷冻运输 食品保鲜 燃气液化 33 50矿井工作面的冻结 50 73低温环境实验室 制取干冰 73 123乙烯 乙烷的液化 低温医学 低温生物学 123 173天然气液化 173 223空气液化 空气分离等 223 253氖和氢的液化 宇航舱空间环境模拟 253 269超导 269 273 15物理研究 三 制冷方式1 液体汽化制冷2 气体膨胀制冷3 涡流管制冷4 热电制冷1 液体汽化制冷蒸汽压缩制冷吸收式制冷吸附式制冷2 气体膨胀制冷推导气体膨胀制冷制冷系数3 涡流管制冷4 热电制冷四 制冷技术的发展读书报告主要参考数目 主要中 英 文杂志 主要网站 蒸汽压缩式制冷的基本概念 一 基本系统1 蒸发器功能参数 蒸发压力的影响因素 2 压缩机功能 3 冷凝器功能参数 冷凝压力4 节流机构功能 5 系统除了4大件 还有 二 制冷剂种类7种 编号方法 制冷剂替代物种类简介三 制冷剂的热力参数图表图2 21点 临界点2线 饱和液 饱和汽线3区 过冷区 两相区 过热区6条等参数线 等压线 等焓线 等温线 等容线 等熵线 等干度线四 制冷量与制冷系数单位换算制冷系数 性能系数cop 蒸汽压缩制冷原理 一 理想的制冷循环1 逆卡诺循环 两个定温和两个绝热过程特点 无 热 力 损失画出与T S图对应的P V图2 为什么逆卡诺循环是理想的制冷循环 具有最大制冷系数图2 3 公式 2 6 2 8 2 9 公式 2 10 2 11 2 12 2 13 不可实现无传热温差 否则 无能耗 摩擦 涡流或扰动等等 损失T0与Tk谁的影响大满足 湿蒸汽区热力完善度 习题 1 用卡诺热泵加热某建筑物 室外温度为 8 建筑物温度为27 每小时加热量为200000Kj h 求 1 从室外环境输入到建筑物中的热量 2 输入热泵的功率 3 若要用电加热 则输入电功率为多少 2 设热源温度th 25 冷源温度tc 10 求 1 在这两个温度间运行的可逆制冷机的制冷系数 2 当制冷剂与冷 热源的传热温差为10 时的制冷系数 二 蒸汽压缩式制冷的理论循环 1 压焓图1点 临界点2线 饱和液 饱和汽线3区 过冷区 两相区 过热区6条等参数线 等压线 等焓线 等温线 等容线 等熵线 等干度线2 蒸汽压缩制冷的理论循环 a 用节流阀代替膨胀机 节流损失 b 用干压缩代替湿压缩 过热损失3 蒸汽压缩制冷的理论循环热力计算 a 蒸汽压缩制冷的理论循环在压焓图上的表示 图2 9 b 根据热力学第一定律进行各部件的计算 例题2 1 1 节流阀 2 压缩机 3 蒸发器 4 冷凝器单位质量制冷量q单位容积制冷量qv q v1制冷系数计算 单级蒸汽压缩制冷理论循环蒸发温度为 10 冷凝温度为35 工质为R22和R134a 循环的制冷量为55Kw 对循环进行热力计算 4 在p h图上分析蒸发温度 冷凝温度的影响 三 蒸汽压缩式制冷的实际循环 1 液体过冷对循环的影响好处 节流损失中的制冷量损失 对节流损失中的耗功增加无用 制冷系数 膨胀阀坏处 设备 冷凝温度40 蒸发温度 5 过冷温度35 工质R22 R134a 制冷量为50Kw求两种情况下单位制冷量的变化 单位容积制冷量的变化 质量流量的变化 容积流量的变化 制冷系数的变化 是否过冷度越低越好 2 蒸汽过热对循环的影响有效与无效过热 保温制冷系数的变化 冷凝温度40 蒸发温度 5 过热度10 工质R22 R134a 制冷量为50Kw求两种情况下单位制冷制冷量的变化 单位容积制冷量的变化 质量流量的变化 容积流量的变化 制冷系数的变化 3 回热对循环的影响不同制冷剂 冷凝温度40 蒸发温度 5 过热度10 工质R22 R134a 确定回热器中液体的出口温度和循环的性能指标 并与理论循环比较 4 实际循环 热交换及压力损失对循环性能的影响 a 吸气管道传热 压降 b 排气管道传热 压降 c 冷凝器 膨胀阀传热 压降设离开储液器的氨液为34 压力为13 5bar 垂直向上绝热流动 试确定氨液变为饱和液体时所允许上升的高度 d 膨胀阀到蒸发器传热 压降 e 蒸发器传热 压降 f 冷凝器传热 压降 g 压缩机压缩过程 余隙容积 吸排气损失泄漏输气系数 实际输气量 理论输气量 h 不凝性气体的影响在P H图上画出实际循环 双级压缩和复叠式制冷循环 压缩比大 过热节流损失大 单位容积制冷量减小 排气温度升高 压缩机容积效率减小 两级节流完全中间冷却 减少节流和过热损失 降低排气温度 压缩机容积效率 一级节流完全中间冷却 避免闪发蒸汽影响膨胀阀 一级节流不完全中间冷却 过热度较大 不能用于氨制冷 复叠式制冷 获得很低温度热泵循环1 制热系数永远大于12 使用低品位热能 制冷剂和载冷剂 1 制冷剂的表达 2 对制冷剂的要求 3 共沸与非共沸制冷剂 4 替代一 制冷剂制冷剂是制冷机中的工作介质 它在制冷机系统中循环流动 通过自身热力状态的变化与外界发生能量交换 从而实现制冷的目的 制冷剂有三类 1 无机物 2 氟里昂 3 碳氢化合物无机物 R7 分子量 取整 写出下列物质的表达制冷剂NH3H2OCO2SO2N2O分子量1718446444氟里昂 通式cmhnfxclybrzN x y z 2m 2表达式 R m 1 n 1 x B z 分子中含氯 氟 碳的完全卤代烃表达为CFC 如CFC11分子中含氢 氯 氟 碳的不完全卤代烃表达为 HCFC 如HCFC22分子中含氢 氟 碳的无氯卤代烃表达为 HFC 如HFC134a共沸混合物表达式 R5 按先后命名如R500 R501 R502非共沸混合物 直接写出混合物符号 并用 分开 如R22 R152a 二 对制冷剂的要求1 环境可接受性2 热力性质满足要求蒸发压力及冷凝压力适中单位容积制冷量较大 但是 单位质量制冷量较大 但是 临界温度要高凝固温度要适当低些绝热指数低些 排气温度低等熵压缩的比功小制冷系数大3 传热性和流动性好 密度粘度小 4 化学稳定性和热稳定性好 使用可靠 水 冰堵 镀铜 5 无毒 无刺激 不燃 不爆 完全6 电绝缘7 与润滑油的互容8 价格便宜 来源广 三 对环境的影响1 对臭氧层的影响ODP 臭氧层破坏指数R11 1氯以R11为例 Ccl3F 紫外线 Ccl2F clCl O3 clo O2Clo O Cl O2Clo NO N02 Cl一个氯原子由于连锁反应可破坏上万个O3原子O3被破坏 紫外线对地球的辐射大所以 皮肤癌和白内障上升人体抵抗力下降多种农作物 微生物 海洋生物被破坏建筑物 绘画 包装 老化加剧温室效应 2 对温室效应的影响GWP 温室效应指数CO2 1 a 病虫害 b 海平面上升写出 京都议定书 关于 替代的内容 特别是替代的期限 制冷剂的毒性与分类 四 混合制冷剂为提高制冷机的性能 扩大制冷机的使用范围 需要不断寻找新的工质 由于纯工质在性质和品种规格上的局限性 不能完全满足要求 发展了混合制冷工质 混合工质一般比构成它的纯组分能耗小 排温低 腐蚀性小 标准蒸发温度低 并能是适应不同制冷装置的要求 1 共沸混合工质 共沸溶液和单一的化合物一样 在一定的压力下蒸发时保持恒定的蒸发温度 并且它的气相与液相具有相同的组分 特点 a 在适当选择纯工质后 共沸混合工质的标准蒸发温度比构成它的纯工质的蒸发温度低 b 单位容积制冷量比构成它的纯组分的单位容积制冷量大 c 压缩终温低 d 改善制冷剂的物理 化学性质 2 非共沸混合工质 无共同的沸点 在定压下蒸发或凝结时 汽相与液相的组成成分不同 且在不断变化 温度也随之不断变化 由于相变过程不等温 非共沸混合工质更适合于变温热源 因为这样可缩小传热温差 降低不可逆损失 所以非共沸混合工质主要用与不等温制冷装置中 使用非共沸混合工质后 装置的蒸发和冷凝温度能与外部条件相是适应 读书报告 不同制冷剂的适用压缩机与用途 二 载冷剂载冷剂 在间接制冷系统中 用以传送制冷量的中间介质 要求 1 比热大 2 导热系数高 3 黏度小 4 凝固点低 5 腐蚀性小 6 载冷剂与空气混合物不燃烧 无毒 7 无活性 不会使其他物质变色和变质 8 来源充沛 价格低廉常用载冷剂水 无机盐水溶液 有机物载冷剂 乙二醇等 制冷压缩机一 分类1 按工作原理容积式 往复 活塞式 回转式 滚动转子 旋转叶片 螺杆 涡旋速度式 离心式 轴流式2 按制冷量大型 550kW以上中型 550kW 25kW小型 25kW以下 高温 10 10 中稳 20 10 低温 45 20 高速 1000rpm以上中速 300 1000 rpm 低速 300rpm以下3 按密封方式开启式半封闭全封闭 二 活塞式压缩机常用术语 活塞的上 下止点 活塞行程 气缸工作容积 余隙容积 相对余隙容积 1 单级活塞式压缩机的理论循环 a 理论循环的假设无余隙无阻力无泄漏压缩过程为绝热过程 b 理论循环的P V图 c 理论输气量Vh i n D2s 4 2 单级活塞式压缩机的实际循环a 余隙容积b 吸排气损失c 压力脉动d 泄漏e 吸气在压缩机内被加热f 压缩过程的热交换h 润滑油与制冷剂的混合i 湿蒸汽实际循环的P V图 3 压缩机的工况与性能指标 标准 名义工况最大压差工况 考核制冷机的零部件强度 排气温度 油温和电机绕组温度 最大轴功工况 考核压缩机的噪音 振动及机器能否正常启动 工况举例全封闭压缩机各种工况 蒸发冷凝过冷吸气名义7 254 446 135最大压差 5504515最大轴功10555015性能指标1 反映压缩机制冷能力的输气性能指标a 输气量实际输气量 理论输气量 Qh Q Qh 输气系数b 输气系数 v p t l v 容积系数 衡量余隙容积对输气系数的影响简化的计算公式 v 1 c 1 m 1 c 相对余隙容积m 膨胀指数 膨胀过程蒸汽被加热 名义压力比讨论c m 对 v的影响问题 设c 0 04m 1问在什么条件下压缩机无排气一般 10如何减小c 全封闭压缩机c在2 6 低温用单级压缩机c在2 4 高速 3000rpm 压缩机m可近似等于k 为什么 一般对氟里昂m 0 95 1 05 对氨1 10 1 15 p 压力系数 由于进气过程产生的阻力 使进气终了时的压力降到名义吸气压力以下 将该压力折算到名义吸气压力而使有效吸气进程的减少 p 1 c 1 v ps ps ps f 制冷剂密度 流速 压力脉动 气阀性能 工况 氟里昂 ps 0 05 0 1 ps 氨 ps 0 03 0 05 ps排气 t 温度系数 制冷剂进入压缩机后 在进入汽缸前 被加热 将这个因素折算到进气温度 则吸气量减少 t To a1Tk b1 To 蒸发温度 Ts To 过热度Tk 冷凝温度1 a1 1 150 25 b1 0 8 l 泄漏系数0 97 0 99c 制冷量Q mqm Vqv v2 反映压缩机功率及效率的性能指标压缩机耗功 轴功 直接用于压缩工质的功 指示功 克服机械摩擦的功 摩擦功 a 指示功率 pi 单位时间内消耗的指示功 b 指示效率 i 压缩1kg工质所需理论绝热循环功与实际循环指示功之比 为0 6 0 8 压缩比大的工况取低值c 摩擦功率 pm 克服机械摩擦的功率d 轴功率 pe Pe pi pm f 机械效率 m m pi pe一般在0 8 0 9之间g 轴效率 e e m ih 电机效率 mo 一般在0 6 0 95间 大功率三相取上限 小功率单相取下限i 电效率 el el mo ek 性能系数copCop 制冷量 输入功率 理论循环制冷系数 e开启式压缩机封闭式压缩机 4 压缩机的运行特性曲线与运行界限1 2 最低蒸发温度2 3 最大排气温度3 4 最大压差4 5 最高冷凝温度5 6 最高蒸发温度蒸发温度下降 制冷量下降 指示功率上升 轴功率上升 cop下降 排气温度上升冷凝温度提高 压比提高 指示功率上升 cop下降 制冷量下降 排气温度上升排气温度上升 润滑油变质 机械磨损 腐蚀电机 积碳 电机寿命下降 经验 排气温度上升10度 寿命下降一半水解 冰堵等 5 练习1 空调系统 使用制冷剂为R22 R134a 需要制冷量为50kW 空调用冷水温度为10 冷却水温度为30 蒸发器端部传热温差为5 冷凝器端部的传热温差为8 请就两种工质对制冷机做热力计算 取液体过冷度为5 吸气过热度为5 压缩机的输气系数为0 8 指示效率为0 8 单位制冷制冷量单位容积制冷量理论比功 指示比功制冷系数冷凝器单位热负荷所需质量流量 实际输气量压缩机消耗的功率冷凝器热负荷热力学完善度 2 一冷库 库温要求为 20 水冷冷凝器冷却水进水温度30 已知 压缩机汽缸直径为100mm 行程为70mm 双缸 转速为16r s 蒸发器传热温差为10 冷凝器传热温差为5 工质为R134a 蒸发器过热度为5 管路过热度为15 液体无过冷 压缩机机械效率为0 9 指示效率为0 6 输气系数为0 5 求单位制冷 容积 制冷量理论 指示 比功理论 实际 输气量制冷机质量流量压缩机各种耗功制冷系数冷凝器热负荷 6 压缩机的润滑1 飞溅润滑2 压力润滑 7 压缩机的冷却1 汽缸的冷却2 润滑油的冷却3 电机的冷却 8 压缩机的保护1 防液击 a 假盖b 油加热c 气液分离器2 高低压保护3 润滑油压差保护4 温度保护a 压缩机内保b 排气保护 9 压缩机的气量调节1 压缩机间歇运行2 顶开吸气阀3 变频 10 压缩机的启动卸载顶开吸气阀 分级启动等 二 螺杆式压缩机1 工作原理2 螺杆压缩机的特点a 结构紧凑 零部件少b 易损件少 操作 维护简单c 气体无脉动d 压缩机排气温度低e 对湿行程不敏感f 可在较高的压比下运行h 油处理设备复杂在标准制冷量600 2300kW的范围内广泛使用螺杆压缩机开启式 半封闭 全封闭3 螺杆压缩机的系统组成a 制冷剂系统b 润滑油系统 4 螺杆压缩机的气量调节a 滑阀调节b 变频5 螺杆压缩机的经济器运行的原理与系统及压焓图a 闪蒸式经济器b 换热器式经济器6 螺杆式压缩机的制冷量与功率制冷量 容积效率 a 泄露b 节流c 预热功率 图3 31 如果 宁可 二 滚动转子式压缩机工作原理图3 38 1 余隙损失2 预热损失3 泄露损失三 涡旋式压缩机1 工作原理图3 40 2 特点a 效率高b 力矩变化小 振动小 噪音低c 结构简单 体积小 重量轻 运动部件少 易损件少 可靠性高d 加工精度高 四 离心式压缩机1 工作原理2 工作特性曲线图3 45 M点 最大流量点 滞止工况 D点 设计工作点 S点 喘振点 影响 蒸发温度 冷凝温度 转速 重大教材 3 五种调节方法4 喘振的原因及预防主要原因 冷凝压力过高或蒸发压力过低另外 调节压缩机制冷量 当负荷过小时 也会产生喘振预防 旁通调节法 冷凝器与蒸发器制冷系统换热设备的特点 1 制冷设备的工作压力 0 1 2 0MPa 温度范围 60 50 比较窄2 换热介质的传热温差小 几度至十几度3 制冷换热器与压缩机匹配结构 材料 工作压力 JB T6917 98 制冷装置用压力容器 一 冷凝器1 冷凝器的种类与特点冷凝器是制冷设备中的放热设备按冷却介质不同 分为水冷冷凝器风冷冷凝器蒸发式冷凝器 a 水冷冷凝器 1 壳管式冷凝器 立式 卧式 2 套管式冷凝器 3 板式b 风冷冷凝器 1 自然对流 2 强制对流换热器布置翅片型式翅片间距风机匹配迎面风速及风速的均匀性各分路制冷剂的流速不同工况问题 高效换热管 c 蒸发式冷凝器2 冷凝器的选择计算目的 选择冷凝器型式确定换热面积确定冷却介质流量阻力计算a 冷凝器负荷热力学第一定律Qk Qe WQk Qe 1 15 1 25b 对数平均温差制冷剂侧简化为单一冷凝态 温度不变 tm tout tin ln tc tin tc tout 对数平均温差及tc取值的影响 一般 水冷冷凝器 对数平均温差取5 7 风冷冷凝器 对数平均温差取8 12 c 冷却介质的流量与温度变化冷却介质的流量m Qk c tout tin c 比容立式壳管式冷凝器 tout tin 为1 5 4 卧式壳管式冷凝器 tout tin 为4 8 空冷冷凝器 tout tin 不大于8 蒸发式冷凝器 tout tin 为2 3 d 传热系数k管内制冷剂的换热系数管外冷却介质的换热系数管壁热阻污垢系数 练习1 有一R22系统 使用水冷冷凝器 进水温度为30 蒸发温度为 10 时 压缩机制冷量为100kW 计算卧式壳管式冷凝器的传热面积 冷却水流量 2 以R22为制冷剂的空冷器 要求冷凝器有5 过冷 压缩机在蒸发温度为5 冷凝温度为50度时的实际排气量为180kg h 空气进风温度为35 翅片管为正三角形排列 换热管外径为9 52mm 壁厚为0 12mm 式设计该换热器 一 蒸发器1 蒸发器的种类与特点蒸发器是吸热设备 在蒸发器中低压液体制冷剂汽化 从被冷却的物体或空间吸热 从而使被冷却的物体或空间的温度降低 因此 蒸发器是制冷装置中产生和输出冷量的设备 冷却液体冷却空气按供液方式分为 A 满液式蒸发器蒸发器内充满液体制冷剂 液体与传热表面接触好 换热系数高 制冷剂充注量大回油困难B 非满液式蒸发器液态制冷剂在管内流动蒸发 它的传热效果不如满液式 制冷剂充注量小 约是满液式的1 3 易回油C 再循环式蒸发器 壳管式干式壳管式套管式板式 翅片管式2 蒸发器的选择计算a 换热量b 对数平均温差c 传热系数析湿系数d 被冷却介质循环量 练习设计一台表面式空气冷却的蒸发器 进口空气的干球温度为27 湿球温度为19 5 管内R22的蒸发温度为5 大气压101325pa 要求出风干球温度17 5 湿球温度14 6 蒸发器的制冷量20000w 节流机构一 节流机构的作用a 降压 保证两器压差b 调节供液量二 种类1 手动膨胀阀氨制冷系统或实验装置中使用 氟制冷系统中在旁通管路中作备用阀2 浮球式膨胀阀适用于满液式系统 广泛用于氨制冷系统 阀前装截止阀 3 热力膨胀阀外平衡式用于蒸发器压降大的情况 或带分液器的蒸发器调节的热惰性 超调 一般热力膨胀阀容量应取蒸发器的1 2 1 3倍4 毛细管无法调节 用于负荷相对稳定的环境5 电子膨胀阀分热电膨胀阀和电子脉冲膨胀阀 后者用于精细流量调节三 热力膨胀阀1 各种过热度关闭过热度 最大 最小 静装配过热度 阀门由全闭到开始开启时所需过热度有效过热度工作过热度额定状态可变过热度备用过热度 2 热力膨胀阀的力平衡感温包内的力 p3 弹簧力 p2 蒸发器的压力 p1 3 内平衡式膨胀阀计算 R12 第一种情况进蒸发器压力为5 过热度为5 求打开弹簧的力第二种情况若蒸发器内有压力降0 278bar 则打开弹簧的力为多少第三种情况若蒸发器内有压力降0 54bar 则打开弹簧的力为多少4 外平衡式膨胀阀求蒸发器内有压力降0 54bar时 打开弹簧的力5 热力膨胀阀的选择余量 响应 厂家 四 膨胀阀的安装与选配1 选配 根据R Q0 t0 tk 液体管路及阀件的阻力损失来进行1 1确定膨胀阀两端的压力差 确定阀的形式 选择阀的型号与规格 选择时应符合下述要求 1 所选择的热力膨胀阀的