空气调节用制冷技术-运行11

作业一R22制冷系统，制冷量142Kw,蒸发温度0℃。冷凝温度40℃，排气温度90℃，压缩机吸气过热度5℃（均为有害过热），冷凝器出口制冷剂过冷5℃，吸气管当量管长100米，排气管当量管长60米，采用无缝钢管。试求：吸气管、排气管管径。查图过程：由制冷剂流量求管径和比摩阻（确定允许管长）：流量（垂直线向上）－管径（水平线）－温度、状态线（垂直向上）－比摩阻由制冷剂比摩阻、流量求管径：

比摩阻（垂直向下）－温度、状态线（水平线）交点流量（垂直线向上）·已知Q、当量管长求管径计算过程：1、确定流量；2、确定允许压降；3、确定比摩阻；4、查图（由流量、比摩阻）求出管径；5、校核带油速度。作业二氨制冷系统，冷凝温度40℃。冷凝器排出的氨液过冷度5℃，试求：在垂直上升管道中，不产生气化的最大上升高度是多少？第七章蒸汽压缩式制冷的运行与调节了解制冷量和外在参数的关系；方法：计算机模拟；图解法。目的：制冷系统的合理匹配和运行。第一节蒸汽压缩式制冷系统的工作特性

一、主要设备的工作特性制冷量与蒸发温度冷凝温度的关系曲线（一）压缩机蒸发温度不变，冷凝温度升高；制冷量下降；冷凝温度不变，蒸发温度下降；制冷量下降；总结：是受蒸发温度、冷凝温度的函数。（式7－1）冷凝热与蒸发温度冷凝温度的关系曲线（一）压缩机（冷凝器排热）蒸发温度不变，冷凝温度升高；冷凝器排热量下降；冷凝温度不变，蒸发温度下降；冷凝器排热量下降耗功与蒸发温度冷凝温度的关系曲线（一）压缩机（输入功）蒸发温度不变，冷凝温度升高；输入功升高；冷凝温度不变，蒸发温度升高；输入功升高。（二）冷凝器与蒸发器的工作特性（二）冷凝器与蒸发器的工作特性冷凝器特性进口空气温度不变，冷凝温度升高；冷凝器排热量增加；冷凝温度不变，进口空气温度下降；冷凝器排热量增加原因：传热温差加大。见式（7－3）蒸发器特性进口空气湿球温度不变，蒸发温度升高；制冷量下降；蒸发温度不变，进口空气湿球温度下降；制冷量下降原因：传热焓差变小。见式（7－5）反之亦然。二、压缩机和冷凝器联合工作叠和压缩机性能与冷凝器性能曲线曲线交点为联合工作的工作点交点显示，进口空气温度不变，蒸发温度升高；制冷量增加；当进口空气温度、蒸发温度、冷凝温度一定时，找到A’点二、压缩机和冷凝器联合工作二、压缩机和冷凝器联合工作叠和压缩机性能与冷凝器性能曲线曲线交点为联合工作的工作点交点显示，进口空气温度不变，蒸发温度升高；冷凝排热量增加；当进口空气温度、蒸发温度、冷凝温度一定时，找到A点二、压缩机和冷凝器联合工作叠和压缩机性能与冷凝器性能曲线曲线交点为联合工作的工作点交点显示，进口空气温度不变，蒸发温度升高；输入功增加；当进口空气温度、蒸发温度、冷凝温度一定时，找到A”点二、压缩机和冷凝器联合工作遍历所有状态，将得到的空气进口温度与制冷量关系提出，构成左图风量一定，冷凝器进口空气温度不变，蒸发温度升高；制冷量增加；图中，冷凝温度不再出现，原因在于已成为与进口空气温度相关内部参数，进口空气温度成为制约性能的参数。二、压缩机和冷凝器联合工作遍历所有状态，将得到的空气进口温度与制冷量关系提出，构成左图风量一定，冷凝器进口空气温度不变，蒸发温度升高；输入功增加；图中，冷凝温度不再出现，原因在于已成为与进口空气温度相关内部参数，进口空气温度成为制约性能的参数。三、压缩机、冷凝器和蒸发器联合工作叠和冷凝－压缩机组性能与蒸发器性能曲线曲线交点为联合工作的工作点交点显示，蒸发器进口湿球空气温度不变，蒸发温度升高；制冷量增加；当进口空气温度、蒸发温度、冷凝器进口温度一定时，找到交点三、压缩机、冷凝器和蒸发器联合工作叠和冷凝－压缩机组性能与蒸发器性能曲线曲线交点为联合工作的工作点交点显示，蒸发器进口湿球空气温度不变，蒸发温度升高；输入功增加；当进口空气温度、蒸发温度、冷凝器进口温度一定时，找到交点三、压缩机、冷凝器和蒸发器联合工作遍历所有状态，将得到的空气进口温度与制冷量关系提出，构成左图风量一定，冷凝器进口空气温度不变，蒸发器进口空气湿球温度升高；制冷量增加；图中，蒸发温度不再出现，原因在于已成为与进口空气湿球温度相关内部参数，进口空气湿球温度成为制约性能的参数。三、压缩机、冷凝器和蒸发器联合工作遍历所有状态，将得到的空气进口温度与制冷量关系提出，构成左图风量一定，冷凝器进口空气温度不变，蒸发器进口空气湿球温度升高；输入功量增加；图中，蒸发温度不再出现，原因在于已成为与进口空气湿球温度相关内部参数，进口空气湿球温度成为制约性能的参数。总结对于制冷机组，蒸发温度、冷凝温度体现在外部参数上，因此制冷机性能与通过冷凝器、蒸发器的外部流体温度有关，且与其流量有关，见式（7－8）；蒸发器面积偏小时，蒸发器曲线平缓（图7－3），影响制冷量发挥。原因：制冷量变动时，传热温差变化大，使蒸发温度变化剧烈，制冷能力受蒸发温度下降影响增加；传热系数降低，相当与缩小了传热面积。对容积式压缩机组，性能变化还与容积效率变化有关。第二节、蒸汽压缩式制冷装置的性能调节趋势：高效化、多元化、智能化调节内容：容量调节；制冷剂流量控制；安全保护控制。一、制冷装置的容量调节在负荷变化时，四大件均可进行容量调节。其中：

压缩机需改变制冷能力；

冷凝器、蒸发器需改变传热温差－实际是改变蒸发和冷凝温度、压力；

节流机构需改变通流能力。一、制冷装置的容量调节（一）压缩机的容量调节通常，压缩机的使用者总是根据装置或系统所需的最大容积流量来选择压缩机。（设计工况）压缩机的实际工况随工艺流程或制冷设备的需要而变化的。当制冷剂需求量小于压缩机的排气量时，便需要对压缩机进行容量调节，以使压缩机的排气量适应需求量的要求。1、转速调节转速调节即通过改变压缩机的转速来调节排气量。这种调节的优点是气量连续，比功率消耗小，压缩机上不需设专门的调节机构。电动机驱动下，则需要采用变频技术。配置变频器－调压调频（VVVF)。2、机械式容量调节（1）台数调节：多台机组，按负荷比例投入，较好的方法是N（定容量机）+1（变容量机）2、机械式容量调节（2）吸气节流：通过吸气节流，减少压缩机的进、排气量。但制冷效率下降。实质是进口管道阻力增加，压力下降，比容增加，压缩机的压比变大，输气量减少。2、机械式容量调节（3）排气旁通：吸气管经由旁通管路和旁通阀门与进气管相连接，调节时只要开启旁通阀，部分排气便又回到进气管路中。这种调节方法比较灵活，而且简单易行，配上自动控制系统调节精度也比较高，但是因为多余气体的全部压缩功都损耗掉，所以经济性差，因此，这种方法适用于偶尔调节或调节幅度小的场合。2、机械式容量调节（4）可变行程：改变活塞行程，主要用于汽车压缩机。汽车空调压缩机是由发动机直连驱动的，对于定排量压缩机汽车空调系统，用蒸发器出风温度来控制电磁离合器吸合或脱离，用间歇运行来控制系统制冷能力和车内空调负荷相适应。这种控制方式除了车内空调温度波动大，系统的频繁开停的不可逆损失使系统能耗增加等缺点外，最大的一个问题是压缩机的周期性离合对汽车发动机引起的干扰，这种情况在汽车发动机容量较小时显得更为突出。为了解决这个问题，变排量压缩机应运而生。汽车变排量压缩机摇板式变排量压缩机

1960年美国人P.B.Loomis申请了可变角度摇板的专利。二十多年后，美国GM公司Harrison散热器部(现在的DelphiAutomotivesystems公司)于1983年研制成功了首台无级变排量摇板式压缩机----V5变排量压缩机，并于1985年8月在高级轿车上使用［1］。

图1为V5变排量压缩机的结构图。它共有5个气缸，是摇摆斜盘结构，其中摇摆斜盘用双向球形连杆与活塞连接，它的基本元件主要有轴和驱动凸耳部件、滑动轴套、旋转轴颈、和将轴劲旋转运动转换成活塞直线运动的摇板等。内部控制阀在压缩机的后盖中（见图2），它主要由锥阀和球阀构成；锥阀控制摇板箱与吸气腔（波纹管室）之间的通道，球阀控制排气腔与摇板箱之间的通道，锥阀和球阀通过阀杆建立联系，从而使两个阀的开度呈互补关系；排气压力影响控制阀设定值的变化，承受着排气压力的升高，设定值降低；吸气压力与设定值比较,推动控制阀杆运动，改变锥阀和球阀的开度，进而改变摇板箱与排气腔间及其摇板箱与吸气腔间的流通阻力从而改变摇板箱压力与吸气压力之差；该压力差推动摇摆斜盘的倾斜角的变化，从而改变压缩机制活塞行程，使压缩机的排量改变。可见V5变排量压缩机根据车内负荷变化改变空调系统的制冷量，改变了传统的离合器启闭压缩机的调节方式，实现了系统平稳连续运行，不会引起汽车发动机周期性的负荷变化。图1V5变排量摇板式压缩机的结构

图2V5变排量压缩机内部控制阀的结构

SDV710变排量压缩机1985年日本Sanden公司开始开发摇板式变排量压缩机[2]，图3为该公司推出的SDV710变排量压缩机结构，该压缩机是以技术成熟的定排量压缩机SD7系列为基础根据变排量原理研制而成。与V5机型相比，简化了变摇板角度机构和摇板防旋转机构，且内部控制阀的结构和控制原理也不同。排气通过一个固定管径的节流短管从排气腔到摇板箱，从而改善了低排量情况下的控制阀的动作反应。内部控制阀安装在阀板的中心（见图4），波纹管伸缩由摇板箱压力控制，控制阀的开关受波纹管（即摇板箱压力Pc）、排气压力Pd、以及吸气压力Ps共同作用的控制。采用排气压力推杆可以调节波纹管阀的开阀压力，这样可以补偿大负荷时压缩机吸入管道的压力降增大引起的蒸发温度增高，使蒸发温度保持一个合适的温度。图3SDV710变排量压缩机的结构图4SDV710压缩机内部控制阀的结构

2、机械式容量调节（6）吸气旁通：滚动转子压缩机、螺杆式压缩机一般可采用吸气旁通。主要方法是改变内部结构。以常见的螺杆式为例，采用滑阀结构实现吸气旁通。螺杆制冷压缩机能量调节－吸气旁通螺杆制冷压缩机采用滑阀调节吸气旁通量。即在两个转子高压侧，装有一个能够相对于螺杆轴向移动的滑阀，通过改变螺杆的有效轴向工作长度，使螺杆压缩中间位置气体旁通至吸气口，可在100%和10%之间连续无级调节。

滑阀的移动与能量调节的原理图数码涡旋技术也属于吸气旁通压缩机容量是通过涡旋盘的周期性啮合与脱开来改变的.当外部电磁阀关闭时,数码涡旋像标准型压缩机机一样工作,容量达到100%.当外部电磁阀打开时,两个涡旋盘稍微脱离.此时压缩机无制冷剂被压缩,从而也无容量输出.所以,在一个10秒钟的循环中,如果涡旋盘加载2秒钟,卸载8秒钟,其平均时间容量就是20%.加载时间占循环周期的比例可以在10%到100%输出容量的范围内任意改变.数码涡旋技术数码涡旋技术（二）冷凝压力调节冷凝压力Pk应保持在合理范围：夏季：Pk太高，则制冷机性能下降；其他季节：冷凝压力低，则高低压差过小，造成制冷机的节流机构通流能力不足。方法：a、冷却剂流量调节；b、冷凝面积改变。（二）冷凝压力调节1、冷却剂流量调节方法水冷冷凝器：水流量调节阀控制水流量，有压力控制型、温度控制型两种。工作过程：冷凝压力（温度）升高，阀开大，水量增加；反之，阀关小。风冷冷凝器：改变风扇转速，台数，以及风阀调节。

冷凝压力调节阀一般安装在冷凝器的冷却水管路上（通常安装在冷凝器的进水端），它根据冷凝压力的变化来调节冷却水的流量。当压缩机的排出压力升高（即冷凝压力升高）时，阀会自动开大，使较多的冷却水进入冷凝器，加快制冷剂冷凝的速度；反之，当排出压力下降时，阀会自动关小，使进入冷凝器的冷却水量减少。从而，使冷凝压力保持在一定的范围内。

（二）冷凝压力调节2、冷凝器传热面积调节方法多台（通路）冷凝器（管排）并联，通过改变投入的台（通路）数，实现面积调节。离心式制冷机组的能量调节，决定于用户热负荷大小的改变。一般情况下，当制冷量改变时，要求保持从蒸发器流出的载冷剂温度tS2为常数（这是由用户给定的），而这时的冷凝温度是变化的。改变压缩机及换热器参数可对机组的能量进行调节，为防止发生喘振，还必须有防喘振措施。1.压缩机对机组能量的调节（1）进气节流调节

（2）采用可调节进口导流叶片调节图6-22所示为空调用制冷机组中进口导流叶片自动能量调节的示意图。（三）蒸发压力调节蒸发压力Po应保持在合理范围：负荷变化时：Po波动，导致制冷环境温度变化剧烈，温度环境质量变差，系统能耗增加；而蒸发温度过高，还会引起自动保护停机，所以应合理控制蒸发温度。基本控制过程：与冷凝器类似。二制冷装置的自动保护保证制冷装置正常运行，需要一些自动控制的仪表，确保机组发生故障或异常时的正确反应。故障或异常：液击、排气压力过高、润滑油不足、蒸发器水路冻结、电机过载等。压缩机作为制冷装置的主机，它的安全可靠对系统的正常运行起决定作用。其保护方法是当工作参数出现异常将危及到压缩机安全时，立即或者延时中止运行。S1、S2—电磁阀TE—外平衡热力膨胀阀T—注液阀CPC—旁通能量调节阀CPR—恒压调节阀NRV—止回阀KP75—温度控制器KPl5—高低压控制器MP55—油压差控制器

SGI—视液镜CPT—温度式蒸发压力调节器69G-流体分配器

空调用制冷装置的控制系统（1）高低压继电器（1）吸排气压力保护制冷系统工作时应防止压缩机排气压力过高和吸气压力过低。高压控制器在压力升到设定值的上限时，切断电路，在压力降到设定值的下限时，接通电路，用作排气压力保护。低压控制器在压力降到设定值下限时切断电路，在压力升到设定值上限时，接通电路，用作吸气压力保护。（2）油压差保护采用油泵强制供油润滑的压缩机，如果油压不足，油就不能正常循环，从而导致润滑不良损坏压缩机。另外，对于有气缸卸载机构的压缩机，若油压不足，卸载机构也无法工作。因此，对这类压缩机必须设油压保护。因为油循环的动力是油泵出口压力与曲轴箱压力(即吸气压力)之差，所以油压保护以该压力差为信号，实现对压缩机的安全保护。由于油压差控制器有延时执行的功能，因此，在开机前油压尚未建立起来时并不影响压缩机的启动运转