制冷技术及设备培训教案

制冷技术及设备培训教案(共8６页）PAGEPAGE1————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期：ﻩ第一章绪论§１-１制冷慨述一、何谓制冷冷和热是同一范畴的两个物理概念，都是物质分子运动平均动能的标志。日常生活中常说的“热”或“冷”是指温度凹凸的相对概念,是人体对温度凹凸感觉的反应。在制冷技术中所说的冷,是指某空间内物体的温度低于四周环境介质（如水或空气）温度而言。因此“制冷”就是使某一空间内物体的温度低于四周环境介质的温度,并连续维持这样一个温度的过程。二、何谓人工制冷我们都知道，热量传递终是从高温物体传向低温物体,直至二者温度相等。热量决不行能自发地从低温物体传向高温物体，这是自然界的客观规律。然而，现代人类的生活与生产经常需要某个物体或空间的温度低于环境温度，甚至低得很多。例如,贮存食品需要把食品冷却到０℃左右或－15℃左右,甚至更低;合金钢在-70℃~－90℃低温下处理后可以提高硬度和强度。而这种低温要求自然 冷却是达不到的，要实现这一要求必需有另外的补偿过程(如消耗肯定的功作为补偿过程)进行制冷。这种借助于一种特地装置,消耗肯定的外界能量，迫使热量从温度较低的被冷却物体或空间转移到温度较高的四周环境中去,得到人们所需要的各种低温,称谓人工制冷。而这种装置就称谓制冷装置或制冷机。三、实现制冷的途径制冷的方法很多，可分为物理方法和化学方法。但绝大多数为物理方法。目前人工制冷的方法主要有相变制冷、气体绝热膨胀制冷和半导体制冷三种。１、相变制冷即利用物质相变的吸热效应实现制冷。如冰溶化时要吸取８０kcal／kg的熔解热;氨在1标准大气压下气化时要吸取327ｋcaｌ／kｇ的气化潜热;干冰在1标准大气压下升华要吸取13７kcａl/kg的热量，其升华温度为-７8.9℃。目前干冰制冷常被用在人工降雨和医疗上。2、气体绝热膨胀制冷利用气体通过节流阀或膨胀机绝热膨胀时,对外输出膨胀功，同时温度降低,达到制冷的目的。3、半导体制冷珀尔帖效应告知我们:两种不同金属组成的闭合电路中接上一个直流电源时,则一个接合点变冷,另一个接合点变热。但是纯金属的珀尔帖效应很弱，且热量通过导线对冷热端有相互干扰，而用两种半导体（N型和P型）组成的直流闭合电路，则有明显的珀尔帖效应且冷热端无相互干扰。因此,半导体制冷就是利用半导体的温差电效应实现制冷地。目前温差电制冷只用在小型制冷器中，如电子计算机恒温冷却、精密测量仪器的冷源及精密机床的油箱冷却器等等,都是温差电制冷。利用物理现象制冷的方法还有很多,我们不一一介绍。目前生产实际中广泛应用的制冷方法是：利用液体的气化实现制冷，这种制冷常称为蒸气制冷。它的类型有：蒸汽压缩式制冷（消耗机械能)、吸取式制冷（消耗热能)和蒸汽喷射式制冷（消耗热能)三种。四、制冷体系的划分制冷服务对象不同,要求的制冷温度也不同。在工业生产和科学争辩上，人们通常依据制冷温度的不同把人工制冷分为“普冷”和“深冷”两个体系。一般把制取温度高于－１２0℃的称为“普冷”、低于-１2０℃的称为“深冷”。其中深冷又可分为深度制冷、低温制冷与超低温制冷。由于低温范围的不同,制冷系统的组成也不同,因此,依据食品制冷要求,本课程我们只介绍一般制冷温度范围内的蒸气压缩制冷。§1－2制冷的进展简史及应用一、我国制冷的进展简史人类最早的制冷方法是利用自然界存在的冷物质-冰、深井水等。我国早在周朝就有了用冰的历史。到了秦汉,冰的使用就更进了一步,据《艺文志》记载：大秦国有五宫殿，以水晶为柱拱,称水晶宫，内实以冰，遇夏开发。”这实质是我国最早的空调房间。到了唐朝已生产冰镇饮料并已有了冰商。冰酪、奶冰也发源于中国,是冰淇淋的雏形,在元朝时由意大利有名旅行家马可·波罗带到了欧洲。人工制冷至今在世界上才有100多年的历史。旧中国制冷工业基本上是空白，解放前上海只有几家很小的“冰箱厂”且只搞修理业务,全国冷库也仅有几座。解放后，制冷工业得到飞速进展，特殊是八十年月通过引进国外先进技术,使我国的制冷、空调产品打入了国际市场。二、制冷技术的应用随着制冷工业的进展，制冷技术的应用也日益广泛，现已渗透到人们生活和生产活动的各个领域，从日常的衣、食、住、行，到尖端科学技术都离不开制冷技术。1、空调工程空调工程是制冷技术应用的一个宽敞领域。光学仪器仪表、精密计量量具、纺织等生产车间及计算机房等,都要求对环境的温度、湿度、洁净度进行不同程度的把握；体育馆、大会堂、宾馆等公共建筑和小汽车、飞机、大型客车等交通工具也都需有舒适的空调系统。2、食品工程易腐食品从选购或捕捞、加工、贮藏、运输到销售的全部流通过程中,都必需保持稳定的低温环境，才能延长和提高食品的质量、经济寿命与价值。这就需有各种制冷设施,如冷加工设备、冷冻冷藏库、冷藏运输车或船、冷藏售货柜台等。３、机械与电子工业精密机床油压系统利用制冷来把握油温,可稳定油膜刚度,使机床能正常工作。对钢进行低温处理可改善钢的性能，提高钢的硬度和强度,延长工件的使用寿命。多路通讯、雷达、卫星地面站等电子设备也都需要在低温下工作。4、医疗卫生事业血浆、疫苗及某些特殊药品需要低温保存。低温麻醉、低温手术及高烧患者的冷敷降温等也需制冷技术。5、国防工业和现代科学在高寒地区使用的发动机、汽车、坦克、大炮等常规武器的性能需要作环境模拟试验，火箭、航天器也需要在模拟高空条件下进行试验，这些都需要人工制冷技术。人工降雨也需要制冷。6、家用冰箱及空调等日常生活方面也是制冷技术的应用。7、水利工程水利工程中大坝浇注的混凝土降温,有一次风冷、二次风冷、片冰生产等。８、煤矿矿井施工及地铁施工煤矿矿井施工及地铁施工接受冻结法施工工艺。总之,制冷技术的应用是很广泛的，随着国民经济的进展，科学技术的进步,人民生活水平的不断提高,制冷技术的进展与应用将会走向新的领域。其次章制冷技术的热力学基础§2-1制冷工质的热力状态参数在制冷循环中，工质不断地进行着热力状态变化。描述工质所处热力状态的物理量称为工质的热力状态参数,简称状态参数。肯定的状态，其状态参数有确定的数值。工质状态变化时，初、终状态参数之间的差值，仅与初、终状态有关,而与状态变化的过程无关。制冷技术中常见的状态参数有:温度、压力、比容、内能、焓与熵等。这些参数对于进行制冷循环的分析和热力计算，都是格外重要的。一、温度温度是描述热力系统冷热状态的物理量,是标志物体冷热程度的参数。物体的温度可接受测温仪表来测定。为了使温度的测量精确     全都，就要有一个衡量温度的标尺，简称温标，工程上常用的温标有:1、摄氏温标又叫国际百度温标,常用符号ｔ表示,单位为℃。2、确定温标常用符号T表示，单位为开尔文(代号为K)。确定温标与摄氏温标仅是起点不同而已(t＝0℃时,Ｔ=２7３.16Ｋ)，它们每度的温度间隔确是全都的。在工程上其关系可表示为:T=27３+t(K)二、压力压力是单位面积上所承受的垂直作用力,常用符号Ｐ表示。压力可用压力表来测定。在国际单位制中,压力单位为帕斯卡（Pａ），实际应用时也可用兆帕斯卡（MPa)或巴(bａｒ)表示,１MＰa=１０6Ｐａ而１bar＝105Ｐa。压力的标记有确定压力、表压力和真空度三种状况。确定压力是指容器中气体的实际压力,用符号P表示;表压力（ＰB)是指压力表（或真空表）所指示的压力;而当气体的确定压力比大气压力（Ｂ)还低时,容器内的确定压力比大气压力低的数值,称为真空度（ＰK)。三者之间的关系是:P=PＢ+Ｂ或P＝B－PK作为工质的状态参数应当是确定压力,而不是表压力或真空度。三、比容比容是指单位质量工质所占有的容积,用符号υ表示。比容是说明工质分子之间密集程度的一个物理量。比容的倒数为工质的密度，即单位容积工质所具有的质量,用符号ρ表示。比容和密度之间互为倒数关系。四、内能内能是工质内部所具有的分子动能和分子位能的总和，用符号u表示。分子动能包括分子的直线运动动能、旋转运动动能和分子内部振动能三项,其大小与气体的温度有关。而分子位能的大小与分子间的距离有关，亦即与工质的比容有关。既然气体的内动能打算于气体的温度、内位能打算于气体的比容,所以气体的内能是其温度和比容的函数。也就是说内能是一个状态参数。五、焓焓是一个复合的热力状态参数,表征系统中全部的总能量，它是内能与压力之和。对1kｇ工质而言，可表示为:h=ｕ+Pυ（kJ／kg)或(kｃal/ｋg）式中h—焓或称比焓(ｋJ/kg或kcal/kg）υ—比容(m3/kｇ)u—内能(kＪ/kｇ或kcａl／kｇ）Ｐ—确定压力(N/m２或[wqp1]HYPＥRLINＫ＂ｈｔtp:／/ｌyac5.lｙ/cｏｕrseware/2００0_200１/zhiｌeｎｇjisｈｕ／reｆｅrｅnce／diｅｒzhaｎｇ/＂［wqp２]Pａ)在工程单位制中,压力单位常用工程气压、物理大气压和毫米水柱等单位。由于内能和压力位能都是温度的参数,所以焓也是状态参数。精确     地说,焓是肯定质量的流体,从某一初始状态变为任一热力状态所加入的总热量。六、熵熵是一个导出的热力状态参数，熵的中文意义是热量被温度除所得的商,熵的外文原名意义是“转变”，指热量可以转变为功的程度,它表征工质状态变化时,与外界热交换的程度。熵是通过其他可以直接测量的数量间接计算出来的。§２-2热力学其次定律与抱负制冷循环一、热力学其次定律在热量传递和热、功转换时,热力学第肯定律只能说明它们之间的数量关系，的确不能揭示热功转换的条件和方向性。对于能量传递和转换过程进行的方向、条件和限度则是由热力学其次定律来揭示的，它指出：“热量能自发的从高温物体传向低温物体，而不能自发的从低温物体传向高温物体”。这正像石头或水不行能自发的从低处向高处运动一样。但这并不是说石头和水在任何条件下都不行能由低处移向高处，只要外界给它们足够大的作用力，在这个力的作用下石头或水就能由低处移向高处，这个外界作用力称为补偿。同样，不能把热力学其次定律的说法理解为:“不行能把热量从低温物体传到高温物体”。而是只要有一个补偿过程,热量就能自低温物体传到高温物体。制冷装置就是以消耗肯定的外间功作为补偿过程而实现人工制冷的。二、循环与抱负制冷循环1、正循环及热效率1、正循环及热效率膨胀--压缩循环按顺时针方向进行的，称为正循环。在Ｐ—υ图上,正循环的膨胀线1—2—3位于压缩线3—４—1之上。正循环的单位质量净功ｗ０为正值，若设高温热源加给工质的热量为ｑ１,工质放给低温热源的热量为q2，则:

评价正循环的好坏，通常用循环热效率ηt来衡量,循环热效率是指工质在整个热力循环中,对外界所作的净功w0与循环中外界所加给工质的热量q1的比值。即:qq1q2q1=q1w0ηt=q1-q2=1-２.逆循环及性能系数膨胀--压缩循环按逆时针方向进行的，称为逆循环。如图2-１所示。逆循环的压缩线3—2—1位于膨胀线1—4—３之上。其循环的净功为负值。若用q1表示工质向高温热源放出的热量，用q２表示工质从低温热源吸取的热量，则有:w０=ｑ１-q2或ｑ1=q２+ｗ０上式说明,外界对工质做功，且热量的传递方向也全部转变。也就是说，逆循环的效果是消耗外界的功，将热量从低温物体传递给高温物体。如逆循环的目的是从低温物体中吸取热量,则称为制冷循环。如逆循环的目的是给高温物体供热，则称为热泵循环。逆循环的好坏通常用性能系数ε来衡量。对于制冷机来说,是指从冷源吸取的热量ｑ2与消耗的循环净功w0的比值ε１称为制冷系数。对于热泵来说,是指供应热源的热量q１与消耗的循环净功w0的比值ε2称为供热系数。则有:εε1=q2/w0w0ε2=q1/w0=q2+w0=ε1+1从上述分析可见，伴随着低温热源把一部分热量q2传送到高温热源中去的同时,循环的净功w0也将转变为热量并流向高温热源,这就是使热量从低温热源传给高温热源所必需的补偿条件。没有这个补偿条件,热量是不行能从低温热源传给高温热源的。(二)抱负制冷循环抱负制冷循环可通过逆卡诺循环来说明。逆卡诺循环如图2－2所示，它由两个等温过程和两个绝热过程组成。假设低温热源（即被冷却物体)的温度为T0，高温热源（即环境介质)的温度为Tｋ，则工质的温度在吸热过程中为T0,在放热过程中为Tk，就是说在吸热和放热过程中工质与冷源及高温热源之间没有温差,即传热是在等温下进行的,压缩和膨胀过程是在没有任何损失状况下进行的。其循环过程为:首先工质在Ｔ０下从冷源(即被冷却物体)吸取热量q0，并进行等温膨胀4－1,然后通过绝热压缩1－２,使其温度由T0上升至环境介质的温度Ｔk,再在Tｋ下进行等温压缩2-3，并向环境介质（即高温热源)放出热量ｑk，最终再进行绝热膨胀3-４，使其温度由Ｔｋ降至T０对于逆卡诺循环来说,由图2-2可知:ｑ0＝Ｔ0(S1－S4)qk=Tk(Ｓ２－Ｓ3)＝Ｔk（Ｓ1－S４)ｗ0=ｑk-ｑ0=Tk(S1-Ｓ4)-Ｔ0(Ｓ1－Ｓ4)＝（Tk-T0)(S１－S4）则逆卡诺循环制冷系数εｋ为:TT0(S1—S4）(Tk—T0)(S1—S4）εk=q0w0==Tk—T0T0由上式可见,逆卡诺循环的制冷系数与工质的性质无关,只取决于冷源（即被冷却物体)的温度T0和热源(即环境介质）的温度Ｔk;降低Tｋ，提高T0,均可提高制冷系数。此外,由热力学其次定律还可以证明:“在给定的冷源和热源温度范围内工作的逆循环，以逆卡诺循环的制冷系数为最高”。任何实际制冷循环的制冷系数都小于逆卡诺循环的制冷系数。总上所述,抱负制冷循环应为逆卡诺循环。而实际上逆卡诺循环是无法实现的,但它可以用作评价实际制冷循环完善程度的指标。通常将工作于相同温度间的实际制冷循环的制冷系数ε与逆卡诺循环制冷系数εk之比,称为该制冷机循环的热力完善度,用符号η表示。即:η=ε/εｋ热力完善度是用来表示制冷机循环接近逆卡诺循环循环的程度。它也是制冷循环的一个技术经济指标,但它与制冷系数的意义不同,对于工作温度不同的制冷机循环无法按其制冷系数的大小来比较循环的经济性好坏，而只能依据循环的热力完善度的大小来推断。§2-3制冷剂的相态变化及其状态图一、制冷剂的相态变化众所周知,物质有三种状态,就是固态、液态和气态。通常我们把固态的物体叫固体,液态的物体叫液体，气态的物体叫气体。物质的三种状态,在肯定的压力和温度条件下是可以相互转化的。其转化过程分别称为：１.汽化物质从液态转变为气态的过程称为汽化。汽化有蒸发和沸腾两种形式。其中,在液体表面进行的汽化过程叫蒸发，在液体内部产生气泡的猛烈汽化过程叫沸腾。在肯定压力下，蒸发在任何温度下都可进行,而沸腾只有液体被加热到肯定温度才开头进行。当汽液两相共存并且保持平衡状态时称为饱和状态。此时的蒸汽和液体分别叫做饱和蒸汽和饱和液体，处于饱和状态的压力与温度称为饱和压力与饱和温度。饱和压力与饱和温度总是相互对应的,即肯定的饱和压力对应着肯定的饱和温度,反之亦然。二者之间的对应关系是:饱和温度愈高,饱和压力也愈高。反之，饱和压力愈高，饱和温度也愈高。这是饱和状态的一个重要特点。２.冷凝物质从汽态转变为液态的过程称为冷凝或叫做液化。汽体的液化温度与压力有关,增大压力,可使汽体在较高的温度下液化。液化的基本方法是降低温度和增加压力。３.升华物质由固态直接转变为气态的过程称为升华。4.凝华物质由气态直接转变为固态的过程称为凝华。例如空气中的水蒸汽在膨胀阀上结霜时发生的过程。二、制冷剂的压—焓图及热力性质表制冷剂的热力状态可以用其热力性质表来说明(常用制冷剂的饱和热力性质表见附表),也可以用压—焓图来表示。压—焓图（lｇP—h图)是一种以确定压力的对数值lgP为纵坐标,焓值为横坐标的热工图表。接受对数值lgP(而不接受Ｐ)为纵坐标的目的是为了缩小图的尺寸,提凹凸压区域的精确度，但在使用时仍旧直接从图上读出P的数值即可。压—焓图(lgP—h图）的结构压—焓图中有两条比较粗的曲线,左边一条为饱和液体线(干度χ＝0)，右边一条为干饱和蒸汽线(干度χ=１)，两线交于一点K,且将图分成了三个区域。其中K称为临界点,饱和液体线左侧为过冷液体区，干饱和蒸汽线右侧为过热蒸汽区,两线之间为湿蒸汽区。压—焓图中有六种等状态参数线，如图２压—焓图中有六种等状态参数线，如图２—３所示:①等压线P：水平细直线。②等焓线h:竖直细直线。③等温线t:点划线,其在过冷液体区为竖直线,在湿蒸汽区为水平线,在过热蒸汽区为略微向右下方弯曲的曲线。④等熵线S:为从左到右稍向上弯曲的实线。区中,为从左到右稍向上弯曲的虚线，但比等熵线平坦,液体区无等比容线，由于不同压力下的液体容积变化不大。⑥等干度线χ：只存在于湿蒸汽区和过热蒸汽区域内,走向与饱含液体线或干饱和蒸汽线基本全都。压—焓图上每一点都代表制冷剂的某一状态，在温度、压力、比容、焓、熵、干度六个状态参数中,只要知道其中任意两个独立的状态参数,就可以在图中确定其状态点,从而查出其它几个状态参数。制冷工程中,高压区和湿蒸汽区的中间部分很少用到，所以有些压一焓图中往往将这两部分删去不画。不同的制冷剂，其压—焓图(lgP—ｈ图）的外形也有所不同,常用制冷剂R7１7、R12及R2２的饱和热力性质表见附表。在工程计算中,依据需要可以查取制冷剂的饱和热力性质表，依据一个状态参数，再查取制冷剂的饱和液体或干饱和蒸汽的其它状态参数。２.压—焓图(lgP—h图）的应用压—焓图（lgＰ—h图）是进行制冷循环分析和计算的重要工具,在进行制冷循环的热力分析和计算之前，必需首先确定循环的工作参数，以便利用压—焓图再来确定循环的各有关状态点的参数值,如图2—4所示。点１:为制冷剂蒸汽进入压缩机的状态。如不考虑管路的冷量损失,则压缩机的吸汽温度t１点１:为制冷剂蒸汽进入压缩机的状态。如不考虑管路的冷量损失,则压缩机的吸汽温度t１即为制冷剂出蒸发器时的温度ｔ0，即t1=t0，在抱负状况下,进压缩机的制冷剂蒸汽为饱和状态。如已知蒸发温度t0，便能知道制冷剂蒸发压力P０，这样便能依据Ｐ0=C的等压线和干饱和蒸汽线的交点得出点1。点2：为制冷剂出压缩机的状态,也是进冷凝器的状态。过程l—2为制冷剂在压缩机中绝热压缩过程。绝热过程中熵不变,即Ｓ１=Ｓ２，该过程沿点１的等墒线进行,它与Pk＝Ｃ的等压线的交点即为点2。点5:为制冷剂在冷凝器中分散成饱和液体的状态。它可由Pk=C的等压线与饱和液体线相交得到。点3：为制冷剂液体过冷后的状态。由于制冷剂液体在过冷过程中的等于冷凝压力Ｐk,它的温度低于冷凝温度,所以Pk=Ｃ的等压线和tg＝Ｃ的等温线交点即为点３。点４：为制冷剂出节流阀(膨胀阀)的状态,也是进蒸发器的初态。由于节流前后的焓值不变，而压力降低至蒸发压力Ｐ0，温度为蒸发温度t0，所以由点3作垂线(即等焓线)与ｔ0＝Ｃ的等温线相交即得点４。４—1：为制冷剂在蒸发器中的汽化吸热过程。这样依据图上所得的状态点,即可查得各状态点的热力参数值。例2—1确定压力为２ｂaｒ,比容为0.７m3解:所求的状态是1ｇP一ｈ图上Ｐ=2bar的水平线和υ=0.7m3/kｇ的等比容线的交点A(见图２—4）。由于A点在过热区内，所以这时氨的状态是过热蒸汽,该状态点的温度为20℃,焓值约为1４７０ｋJ/ｋｇ。例2—2确定压力为10ｂar,温度为2０℃的氟利昂—22呈何种状态?解:所求状态可由10bａｒ的等压线和２０℃等温线的交点Ｂ来表示(见图2—5)。由于B点在过冷区内,所以这时氟利昂—22的状态为过冷液体，其焓值为224.08kＪ/kg。例2—３氟利昂—２２压缩机吸入的汽体为－５℃的干饱和蒸汽,如将其绝热压缩到PK为1２ｂaｒ时,其压缩终态的温度是多少?解:压缩机吸入状态可由－5℃等温线与干饱和蒸汽线的交点C来确定（见图２—6)。点C的熵值S=１．76kJ/kｇ·K,因其为绝热压缩过程，故压缩过程熵值不变。因此压缩终点D是压力PK=１2bar的等压线与S=1．76kＪ/ｋｇ·K的等熵线的交点。由图上查得此点的温度Ｔd=４7℃即为所求压缩终态温度。综上所述,压一焓图不仅可以简便地确定制冷剂的状态参数,并且能表示出制冷循环及过程中参数的变化和能量变化,它可以用线段的长短来表示能量多少。由于制冷剂在蒸发器和冷凝器中的吸热和放热过程都是在定压下进行,而定压过程中热量的变化以及压缩机在绝热压缩过程中所消耗的功都可以用焓差来计算,并且制冷剂在节流阀前后的焓值又保持不变,所以利用１ｇP一h图来分析制冷循环及进行热力计算最为便利。第三章制冷剂与载冷剂§３-１制冷剂制冷剂又称制冷工质,它是在制冷系统中不断循环并通过其本身的状态变化以实现制冷的工作物质。制冷剂在蒸发器内吸取被冷却介质(水或空气等）的热量而汽化,在冷凝器中将热量传递给四周空气或水而冷凝。它的性质直接关系到制冷装置的制冷效果、经济性、平安性及运行管理，因而对制冷剂性质要求的了解是不容忽视的。一、对制冷剂性质的要求１.临界温度要高，凝固温度要低。这是对制冷剂性质的基本要求。临界温度高，便于用一般的冷却水或空气进行冷凝;凝固温度低，以免其在蒸发温度下凝固，便于满足较低温度的制冷要求。2．在大气压力下的蒸发温度要低。这是低温制冷的一个必要条件。３．压力要适中。蒸发压力最好与大气压相近并稍高于大气压力,以防空气渗入制冷系统中,从而降低制冷力量。冷凝压力不宜过高(一般≯１2～1５确定大气压），以削减制冷设备承受的压力，以免压缩功耗过大并可降低高压系统渗漏的可能性。４.单位容积制冷量qv要大。这样在制冷量肯定时,可以削减制冷剂的循环量，缩小压缩机的尺寸。5．导热系数要高,粘度和密度要小。以提高各换热器的传热系数，降低其在系统中的流淌阻力损失。６．绝热指数k要小。由绝热过程中参数间关系式可知，在初温存压缩比相同的状况下，Ｋ↑→T2↑。可见,ｋ小可降低排气温度。7.具有化学稳定性。不燃烧、不爆炸、高温下不分解、对金属不腐蚀、与润滑油不起化学反应、对人身健康无损无害。8.价格廉价,易于购得。且应具有肯定的吸水性,以免当制冷系统中渗进极少量的水分时，产生“冰塞”而影响正常运行。二、制冷剂的一般分类依据制冷剂常温下在冷凝器中冷凝时饱和压力Pk和正常蒸发温度T0的凹凸,一般分为三大类：１.低压高温制冷剂冷凝压力Pk≤2～3Kｇ/cｍ２(确定）,T０＞0℃如R11(CFＣl3),其T０=2３．7℃。这类制冷剂适用于空调系统的离心式制冷压缩机中。通常３0℃时,Pk≤３.06Ｋg/ｃm2。２.中压中温制冷剂冷凝压力Pｋ<2０Ｋｇ／cm2(确定）,0℃<Ｔ0>－60℃。如R717、Ｒ１2、Ｒ２2等,这类制冷剂一般用于一般单级压缩和双级压缩的活塞式制冷压缩机中。３.高压低温制冷剂冷凝压力Pk≥２０Kg/cm２(确定),T0≤-７0℃。如R１3(ＣF３Ｃｌ)、R１４(CＦ4)、二氧化碳、乙烷、乙烯等,这类制冷剂适用于复迭式制冷装置的低温部分或-70℃以下的低温装置中。三、常用制冷剂的特性目前使用的制冷剂已达7０～80种,并正在不断进展增多。但用于食品工业和空调制冷的仅十多种。其中被广泛接受的只有以下几种:1.氨(代号：R７1７)氨是目前使用最为广泛的一种中压中温制冷剂。氨的凝固温度为-7７.7℃,标准蒸发温度为-33.３℃,在常温下冷凝压力一般为1.１～１.3ＭPa，即使当夏季冷却水温高达３0℃时也决不行能超过1．5MＰa。氨的单位标准容积制冷量大约为５20ｋcａl/ｍ3。氨有很好的吸水性,即使在低温下水也不会从氨液中析出而冻结，故系统内不会发生“冰塞”现象。氨对钢铁不起腐蚀作用,但氨液中含有水分后,对铜及铜合金有腐蚀作用，且使蒸发温度稍许提高。因此,氨制冷装置中不能使用铜及铜合金材料,并规定氨中含水量不应超过０．２%。氨的比重和粘度小,放热系数高,价格廉价,易于获得。但是，氨有较强的毒性和可燃性。若以容积计，当空气中氨的含量达到０.５%～0．６%时,人在其中停留半个小时即可中毒,达到11%～1３%时即可点燃,达到1６%时遇明火就会爆炸。因此,氨制冷机房必需留意通风排气,并需经常排解系统中的空气及其它不凝性气体。总上所述，氨作为制冷剂的优点是:易于获得、价格低廉、压力适中、单位制冷量大、放热系数高、几乎不溶解于油、流淌阻力小，泄漏时易发觉。其缺点是：有刺激性臭味、有毒、可以燃烧和爆炸,对铜及铜合金有腐蚀作用。2.氟利昂－1２(代号:Ｒ1２)R１２为烷烃的卤代物，学名二氟二氯甲烷。它是我国中小型制冷装置中使用较为广泛的中压中温制冷剂。Ｒ１２的标准蒸发温度为－29．8℃,冷凝压力一般为０.78～0.９8MPa,凝固温度为-１５５℃,单位容积标准制冷量约为28８ｋcａl/ｍ3。R12是一种无色、透亮     、没有气味，几乎无毒性、不燃烧、不爆炸，很平安的制冷剂。只有在空气中容积浓度超过8０％时才会使人窒息。但与明火接触或温度达４00℃以上时,则分解出对人体有害的气体。R１２能与任意比例的润滑油互溶且能溶解各种有机物，但其吸水性极弱。因此,在小型氟利昂制冷装置中不设分油器，而装设干燥器。同时规定R12中含水量不得大于0．002５％，系统中不能用一般自然 橡胶作密封垫片,而应接受丁晴橡胶或氯乙醇等人造橡胶。否则，会造成密封垫片的膨胀引起制冷剂的泄漏。３.氟利昂－22(代号:Ｒ2２)R22也是烷烃的卤代物,学名二氟一氯甲烷,标准蒸发温度约为-41℃，凝固温度约为-1６0℃,冷凝压力同氨相像,单位容积标准制冷量约为4５４kcal/ｍ3。Ｒ22的很多性质与R12相像,但化学稳定性不如Ｒ12,毒性也比Ｒ１２稍大。但是,R2２的单位容积制冷量却比R1２大的多，接近于氨。当要求-40~-70℃的低温时，利用R22比R１２适宜,故目前R２２被广泛应用于－4０~-60℃的双级压缩或空调制冷系统中。§３-２载冷剂载冷剂是用来先接受制冷剂的冷量而后去冷却其它物质的媒介物质，又称冷媒。它在间接制冷系统中起着传递制冷剂冷量的作用。一、对载冷剂的要求选择载冷剂时应考虑因素有:冰点、比热、对金属腐蚀性和价格等。1．比热要大比热大,载冷量就大，从而可减小载冷剂的循环量。2.粘度低、导热系数高。３．凝固点低且要适宜,因凝固点过低将导致比热减小、粘度增大。4.无臭、无毒、使用平安,且对金属的腐蚀性要小。5.价格低廉,易于购得。二、常用载冷剂及性质载冷剂的种类较多，可以是气体、液体或固体。常用载冷剂有空气、水和盐水溶液。1.空气和水空气或水是最廉价、最易获得的载冷剂。都具有密度小、平安无害、对设备几乎无腐蚀性等优点。但空气的比热小，所以只有利用空气直接冷却时才接受空气作载冷剂。水虽有比热大的优点，但水的冰点高，所以水仅能用作制出0℃以上的载冷剂。0℃以下应接受盐水作载冷剂。2.盐水溶液盐水是最常用的载冷剂，由盐溶于水制成。常用的盐水主要有氯化钠水溶液和氯化钙水溶液。盐水的性质于溶液中含盐量的多少有关。特殊需要指出，盐水的凝固点取决于盐水的浓度。图2-1中的曲线表示盐水溶液的凝固点与浓度的关系。图中曲线Ⅰ（实线)为氯化钠盐水的凝固曲线,曲线Ⅱ(虚线)为氯0℃化钙盐水的凝固曲线。由这两条曲线-１0可知,无论哪一种盐水,当盐水的浓-20度小于某肯定值时,其凝固温度随浓-３０度的增加而降低，当浓度大于这肯定-４０值以后,凝固温度随浓度的增加反而－50上升。此转折点称为冰盐共晶点,对-6０应的浓度称共晶浓度。该点相当于全0１0２０3０４050％部盐水溶液冻结成一块冰盐结晶体,它是最低的凝固点。图3-1盐水的凝固点与浓度的关系在共晶点的左侧,假如盐水的浓度不变，而温度降低，当低于该浓度所对应的凝固点时，则有冰从盐水中析出,所以共晶点左面的曲线称为析冰线。当盐水的浓度超过共晶浓度时（即在共晶点的右面),假如盐水的浓度不变,而当温度降低到该浓度所对应的凝固点以下时,从溶液中析出的不再是冰而是结晶盐,因此共晶点右面的曲线称为析盐线。不同的盐水溶液其共晶点是不同的，如氯化钠盐水的共晶温度为－21.2℃，共晶浓度为22.4%;而氯化钙盐水的共晶温度为－5５℃,共晶浓度为29.9%。盐水虽具有原料充分、成本低、凝固点可调等优点,但由于盐水的浓度对盐水溶液的性质具有很大影响，故盐水作为载冷剂时应留意以下问题:(１)要合理地选择盐水的浓度。盐水的浓度增高，虽可降低凝固点,但使盐水密度加大、比热减小。而盐水密度加大与比热减小,都会使输液泵的功率消耗增大。因此，不应选择过高的盐水浓度,而应依据使盐水的凝固点低于载冷剂系统中可能消灭的最低温度为原则来选择盐水的浓度。目前一般在选择盐水浓度时，使其凝固温度比制冷剂的蒸发温度低５~8℃为宜。（2)留意盐水对设备及管道的腐蚀问题。盐水对金属的腐蚀随溶液中含氧量的削减而变慢。为此,最好接受闭式盐水系统，以削减盐水与空气接触机会,从而降低对设备及管道的腐蚀。此外，盐水的含氧量随盐水浓度的降低而增高。因而,从含氧量与腐蚀性来要求,盐水浓度不行太低。另外,为了减轻盐水的腐蚀性,还应在盐水中加入肯定量的防腐剂并使其具有合适的酸碱性。一般1ｍ３氯化钠水溶液中应加３．２ｋg重铬酸钠和０.８8kｇ氢氧化钠；1m3氯化钙水溶液中应加１.6kg重铬酸钠和0．４4kg氢氧化钠。加入防腐剂后，必需使盐水呈弱碱性（pH=７．５～8．5）,这可通过氢氧化钠的加入量进行调整。添加防腐剂时应特殊当心并留意毒性。(3)盐水载冷剂在使用过程中,会因吸取空气中的水分而使其浓度降低。为了防止盐水的浓度降低，引起凝固点温度上升，必需定期检测盐水的比重。若浓度降低，应适当补充盐量，以保持在适当的浓度。§３-3润滑油一、润滑油的作用润滑油在制冷工程上通常称为冷冻机油，它在制冷压缩机的运行中起着重要作用。主要有如下几方面:1.起润滑作用减小机器运动部件的摩擦和磨损，延长使用寿命。２.降低温度冷冻机油在制冷压缩机内不断循环,能够带走制冷压缩机工作过程中产生的很多热量,使机器保持较低的温度,从而提高制冷压缩机的效率和使用牢靠性。3．起密封作用冷冻机油在轴封及汽缸与活塞间起密封作用,防止制冷剂泄漏。4．供应卸载机构的动力带有卸载装置的制冷压缩机中,利用冷冻机油的油压作为卸载机构的动力。二、润滑油的性能指标及选用（一)润滑油的性能指标1.粘度粘度是润滑油的一个主要性能指标,不同制冷剂对粘度有不同要求，如Ｒ1２与润滑油能相互溶解，会使润滑油粘度降低,故应选用粘度较高的润滑油。压缩机中润滑油的粘度过大和过小都不好。粘度过大会使压缩机摩擦功率和摩擦发热量增加,启动力矩增大,机器效率降低；粘度过小,则因不能建立起所需油膜而加速轴承等处的磨损。因此粘度必需适中。润滑油的粘度随温度变化而有很大变化（例如温度由５0℃上升到100℃时,矿物油的粘度值降低到原来值的１／3—1／6）。故应选用温度对粘度影响小的润滑油。2.浊点润滑油的浊点是表示当温度降低到某一数值时，润滑油中开头析出石蜡(即润滑油变得混浊）时的温度。制冷压缩机中所使用的润滑油，其浊点应低于制冷剂的蒸发温度。特殊在氟系统中，一部分润滑油溶解于制冷剂中而随制冷剂流到制冷系统各处，若油中有石蜡析出,它会积存在节流阀处引起堵塞，或积存在蒸发器的传热表面，减弱传热效果。３．凝固点润滑油在试验条件下，冷却到停止流淌的温度,称为凝固点。用于制冷压缩机的润滑油,凝固点应越低越好。一般凝固点应低于-４０℃。当润滑油与制冷剂相互溶解时，凝固点将会降低。4．闪点润滑油（在开口盛油器内)加热到它的蒸汽与火焰接触时,发生闪火的最低温度称为闪点。制冷压缩机所用的润滑油其闪点应比排汽温度高25—35℃,以免引起润滑油的燃烧与结焦。通常对氨、R12和Ｒ22用的润滑油,其闪点应在16０—１70℃以上。５．学稳定性及抗氧化性润滑油应具有良好的化学稳定性和抗氧化，否则在高温或金属的催化作用下，与制冷剂等接触反应,会生成焦炭、酸性物等有害物质。６.含水量与机械杂质润滑油中不应含有水分,由于水分不但会使蒸发压力下降，蒸发温度上升,而且会加剧油的化学变化及腐蚀金属的作用。水分在氟利昂压缩机中还会引起“镀钢现象”,使铜零件与氟利昂发生作用而分解出铜，并积聚在轴承、阀门等零件的钢质表面上。结果使这些表的厚度增加,破坏了轴承的间隙,使机器运转不良。这种现象消灭在封闭式和半封闭式压缩机中较多。一般新油中不含有水分和机械杂质,由于用于制冷机的润滑油,在生产过程中都经过了严格的脱水处理。但脱水润滑油具有很强的吸湿性,所以在储运、加油时，应尽量避开和空气接触。用汽油或苯将润滑油溶解稀释，并用滤纸过滤后所残存的物质称为润滑油的机械杂质。润滑油中的机械杂质会加速零件的磨损和油的绝缘性能的降低、堵塞润滑油通道,所以杂质也是越少越好，一般规定不超过0.０１％。７.击穿电压击穿电压是一个表示润滑油绝缘性能的指标，纯润滑油绝缘性能很好,但当其含有水分、纤维、灰尘等杂质时,绝缘性能就会降低。半封闭式和全封闭式压缩机，一般要求润滑油的击穿电压在25kV以上。由于润滑油直接和电机绕组接触。(二)国产冷冻机油的规格及选用我国目前冷冻机油规格是依据石油化工总公司颁布的《ＺＢＥ34003—8６》的标准生产的，本标准的产品,按４0℃时运动粘度中心值分为N１5、N22、N３2、N４６和N68五个粘度等级,都可用于以氨为制冷剂的冷冻机。其主要性能指标如表2—1所示。但是以前颁布的冷冻机油规格是按50℃时的运动粘度值而分为13、18、25和3０四个牌号。选用时可参考冷冻机油新旧粘度等级对比表。实践中，一般R12压缩机选用N３2（１8号)，R22压缩机选用Ｎ４6（25号）,氨压缩机选用Ｎ２2(1３号)或N４6(25号)。表2—１国产冷冻机油的规格及主要性能指标项目质量指标粘度等级N1５N22N32N46N6８运动粘度(ｍm2／ｓ)闪点(℃)≤15016016017０180凝点（℃)≤-40-35酸值(mgＫOH/g)≤０．020.0３0.0５氧化后酸值≤氧化沉淀物≤０.05０.００５％0.2０.0２％0．050.0０5%０．１0.0２%水分无机械杂质无第四章蒸气压缩式制冷循环§4－1压缩式制冷循环原理前面我们讲过，液体气化的吸热作用可用来制冷，如氨液气化、氟利昂气化都有良好的吸热制冷力量。但是,假如液体气化后排放到大气中,则既铺张又污染环境，且制冷效应只能维持到液体全部气化为止。为了解决上述问题,必需设法将气化后的蒸汽恢复到液体状态重复利用。这就需要通过压缩机和冷凝器等来完成。以下我们以氨为例来说明蒸气压缩式制冷循环原理。理论上,最简洁的压缩式制冷循环系统由：蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀四大部件组成,如图所示。从蒸发器出来的氨的低温低压蒸气（状态1)被吸入压缩机内，压缩成高压高温的过热蒸气（状态2)，然后进入冷凝器。由于高压高温过热氨气的温度高于其环境介质的温度，且其压力使氨气能在常温下冷凝成液体状态,因而排至冷凝器时,经冷却、冷凝成高压常温的氨液（状态３）。高压常温的氨液通过膨胀崐时,因节流而降压,在压力降低的同时,氨液因沸腾蒸发吸热使其本身的温度也相应下降，从而变成了低压低温的氨液（状态4）。把这种低压低温的氨液引入蒸发器吸热蒸发，即可使其四周空气及物料的温度下降而达到制冷的目的。从蒸发器出来的低压低温氨气重新进入压缩机，从而完成一个制冷循环。然后重复上述过程。§4－2单级压缩制冷循环一、单级压缩制冷循环的基本组成如前所述，蒸气压缩式制冷，是由压缩机、冷凝器、膨胀阀(或毛细管)和蒸发器四大部件组成的。实际上,单级压缩制冷循环的组成,除上述四大部件外，一般还有分油器、贮液器、汽液分别器及各种把握阀等部件，如下图所示。图4－1单级压缩制冷循环示意图二、单级压缩制冷机的工作过程来自蒸发器内的低温低压蒸气,经汽液分别器后，被压缩机吸入气缸内压缩成高压高温的过热蒸气。然后，经氨油分别器使其中所携带的润滑油分别出来，再进入冷凝器与冷却水进行热交换后分散成高压中温的氨液并流入贮液器。该高压液体通过调整站经膨胀阀节流降压后,再次进入汽液分别器。从汽液分别器出来的低压低温液体,进入蒸发器吸热蒸发产生冷效应,使库房内的空气及物料的温度下降，从而完成一个制冷循环。这里需要说明一点，上述两次提到了汽液分别器,这说明该部件在制冷循环中有很重要的作用。关于这一点,我们后面再讲。三、单级压缩制冷循环的性能指标1.单位制冷量q０即1kg制冷剂在蒸发器中所能制取的冷量。2.单位容积制冷量qｖ指压缩机吸入每立方米制冷剂蒸气所能制取冷量。3.单位理论功w。指压缩机压缩每公斤制冷剂所消耗的功。４．单位冷凝热负荷ｑK指1kg制冷剂蒸气在冷凝器中放出的热量。5.理论制冷系数ε0即单位制冷量与单位理论功之比。§4-３双级压缩制冷循环一、接受两级压缩的缘由制冷系统的冷凝温度(或冷凝压力)打算于冷却剂（或环境)的温度，而蒸发温度（或蒸发压力)取决于制冷要求。由于生产的进展,对制冷温度的要求越来越低，因此，在很多制冷实际应用中,压缩机要在高压端压力（冷凝压力)对低压端压力（蒸发压力)的比值（即压缩比)很高的条件下进行工作。由抱负气体的状态方程Pｖ/T≡Ｃ可知,此时若接受单级压缩制冷循环,则压缩终了过热蒸气的温度必定会很高(V肯定,P↑→Ｔ↑)，于是就会产生以下很多问题。１.压缩机的输气系数λ大大降低,且当压缩比≥２0时,λ=0。2．压缩机的单位制冷量和单位容积制冷量都大为降低。3．压缩机的功耗增加,制冷系数下降。4．必需接受高着火点的润滑油,由于润滑油的粘度随温度上升而降低。５.被高温过热蒸气带出的润滑油增多，增加了油分别器的负荷,且降低了冷凝器的传热性能。总上所述,当压缩比过高时,接受单级压缩循环,不仅是不经济的,而且甚至是不行能的。为了解决上述问题，满足生产要求，实际中常接受带有中间冷却器的双级压缩制冷循环。但是，双级压缩制冷循环所需的设备投资较单级压缩大的多,且操作也较简单。因此，接受双级压缩制冷循环并非在任何状况下都是有利的,一般当压缩比≥8时,接受双级压缩较为经济合理。二、双级压缩制冷循环的组成及常见形式两级压缩制冷循环,是指来自蒸发器的制冷剂蒸气要经过低压与高压压缩机两次压缩后,才进入冷凝器。并在两次压缩中间设置中间冷却器。两级压缩制冷循环系统可以是由两台压缩机组成的双机(其中一台为低压级压缩机,另一台为高压级压缩机)两级系统,也可以是由一台压缩机组成的单机两级系统,其中一个或两个汽缸作为高压缸,其余几个汽缸作为低压缸,其高、低压汽缸数量比一般为１:3或１:2。两级压缩制冷循环由于节流方式和中间冷却程度不同而有不同的循环方式，通常分为：两次节流中间完全冷却、两次节流中间不完全冷却、一次节流中间完全冷却和一次节流中间不完全冷却四种两级压缩制冷循环方式。其中,两次节流是指制冷剂从冷凝器出来要先后经过两个膨胀阀再进入蒸发器,即先由冷凝压力节流到中间压力,再由中间压力节流到蒸发压力,而一次节流只经过一个膨胀阀,大部分制冷剂从冷凝压力直接节流到蒸发压力,相比之下,一次节流系统比较简洁,且可以利用其较大的压力差实现远距离或高层冷库的供液。因此实践中接受的基本上都是一次节流两级压缩制冷循环系统。至于接受哪一种中间冷却方式,由选用制冷剂的种类来打算。通常两级压缩氨制冷系统接受中间完全冷却，而两级压缩氟利昂制冷系统,则常接受中间不完全冷却。1、一次节流中间完全冷却的双级循环图４-２一次节流中间完全冷却的双级循环这个系统的特点是接受盘管式中间冷却器。它既有两级节流的削减节流损失效果,又起到对低压级排气完全冷却的作用。其工作过程是:在蒸发器中产生的低压低温制冷剂蒸气(状态１），被低压压缩机吸入并压缩成中间压力的过热蒸气(状态2）,然后进入同一压力的中间冷却器,在中冷器内被冷却成干饱和蒸气（状态3)。中压干饱和蒸气又被高压压缩机吸入并压缩到冷凝压力的过热蒸气（状态4),随后进入冷凝器被冷凝成制冷剂液体(状态５）。然后分成两路,一路经膨胀阀F节流降压后(状态８）进入中间冷却器，大部分液体从另一路进入中间冷却器的盘管内过冷(状态6),但由于存在传热温差，故其在盘管内不行能被冷却到中间温度，而是比中间温度一般高△t＝3－5℃。过冷后的液体再经过主膨胀阀节流降压成低温低压的过冷液(状态7)，最终进入蒸发器吸热蒸发，产生冷效应。这种循环系统只适用于R71７与R22的双级制冷循环系统中。2、一次节流中间不完全冷却的双级循环图４-3一次节流中间不完全冷却的双级循环一次节流中间不完全冷却的双级循环,主要适用于氟利昂制冷装置,接受回热循环。如图３－4所示的SD2——4Ｆ——１0A型两级压缩氟利昂制冷装置系统图,就是按图3-３的循环设计的。这种循环系统的特点是:制冷剂主流先经盘管式中间冷却器过冷,再经回热器进一步冷却；且低压压缩机的吸气有较大的过热度;此外，低压级的排气没有完全冷却到饱和状态。其工作过程为:从蒸发器出来的蒸汽经回热器后被低压压缩机吸入，压缩到中间压力并与中冷器出来的干饱和蒸汽在管路中进行混合,使从低压机排出的过热蒸汽被冷却后再进入高压压缩机，经压缩到冷凝压力并进入冷凝器,冷凝后的高压制冷剂液体进入了中冷器的蛇形盘管进行再冷却,然后进入回热器与从蒸发器出来的低温低压蒸汽进行热交换,使从中冷器蛇形盘管中出来的过冷液体再一次得到冷却,最终经膨胀阀进入蒸发器吸热蒸发。图4—4SD2——４Ｆ——１0A型两级压缩氟利昂制冷装置系统图这种循环系统,只适用于Ｒ12或R22的双级制冷循环系统中，而决不能用于氨的制冷系统中。这是由于：虽然高、低压级吸入蒸汽的过热度都比较大，但是由于氟利昂的绝热指数K值比氨要小,故压缩机的排气温度不高。3、两次节流中间完全冷却的双级循环图4—５两次节流中间完全冷却的双级循环这个系统的特点是选用了闪发式中间冷却器。它起两个作用，其一是相当于两次节流的中间液体分别器,其二是利用一小部分液体的吸热蒸发作用,对低压机的排气进行完全中间冷却。这种型式的制冷循环系统，只适用于Ｒ７1７或Ｒ２2的双级压缩制冷循环系统中。为了防止从中间冷却器出来的饱和液体在管路中闪发成蒸汽，通常要求中间冷却器与蒸发器之间的距离要近。综上分析可知，接受双级压缩制冷循环,不但降低了高压机的排气温度,改善了压缩机润滑条件,而且由于各级压缩比都较小，压缩机的输汽系数大大提高。此外,接受双级压缩循环的功耗也比单级压缩循环的功耗降低。第五章制冷压缩机§５-1制冷压缩机概述制冷压缩机的作用:制冷压缩机是制冷装置中最主要的设备，通常称为制冷装置中的主机。制冷剂蒸气从低压提高为高压以及气体的不断流淌、输送,都是借助于压缩机的工作来完成的。蒸发器内吸取制冷剂蒸气，以保证蒸发器内肯定的蒸发压力。提高压力将低温低压的制冷剂蒸气提高为高温高压的过热蒸气,以制造在较高温度(如夏季３5℃左右的气温)下冷凝。输送并推动制冷剂在系统内流淌，完成制冷循环。制冷压缩机的种类及工作原理:制冷压缩机的种类和形式很多，依据其工作原理,可分为容积型和速度型两大类,如图所示。容积型容积型压缩机是靠工作腔容积的转变实现吸气、压缩、排气等过程。容积型压缩机依据其工作部件的运动形式,又分为往复式和回转式,前者活塞在气缸内作往复运动，而后者是工作部件在气缸内作回转运动，如图5-1所示的螺杆式、滑片式等压缩机均为回转式。但目前制冷工业使用最广泛的为活塞式压缩机，且机型有几十种之多。速度型速度型压缩机是靠高速旋转的工作叶轮对蒸气做功,使压力上升并完成输送蒸气的任务。这类压缩机依据蒸气的流淌方向分为离心式和轴流式两种，其中应用较广的是离心式。§5-2活塞式压缩机一、活塞式压缩机的分类1、按所接受的工质分类,一般有氨压缩机和氟利昂压缩机两种。(a)(b)直流式非直流式图(a)(b)直流式非直流式图5—2压缩机的作用方式图5—3压缩机中气体流淌方式按作用方式分类，有单作用压缩机和双作用压缩机。单作用式如图5－2a所示,其制冷剂蒸气仅在活塞的一侧进行压缩，活塞来回一个行程,吸气排气各一次。而双作用压缩机如图5-２ｂ所示，制冷剂蒸气轮番在活塞两侧的气缸内进行压缩，活塞来回一个行程，吸、排气各两次。所以同样大小的气缸,双作用压缩机的吸气量较单作用的大。但是由于双作用压缩机的结构较简单，因而目前大都是接受单作用压缩机。3、按制冷剂蒸气在气缸中的运动分类，有直流式和逆流式,如图５-3所示。所谓直流式是指制冷剂蒸气的运动从吸气到排气都沿同一个方向进行，而逆流式,吸气与排气时制冷剂蒸气的运动方向是相反的。从理论分析来看,直流式与逆流式相比,由于蒸气在气缸中温度及比容的变化较少,故直流式性能较好。但是由于直流式压缩机的进汽阀需装在活塞上，这样便相对增加了活塞的长度和重量,因而功的消耗就增加、检修也麻烦，所以目前生产的压缩机大都接受逆流式。4、按气缸中心线的位置分类，有立式压缩机、卧式压缩机、V型、W型和Ｓ型压缩机等。立式压缩机如图５-2a及图５－3所示，卧式压缩机如图5-２b所示，前者气缸中心线呈垂直位置而后者气缸中心线是水平的。Ｖ型、W型和Ｓ型是高速、多缸、现代型压缩机，其速度一般为９6０~1440转/分,气缸数目多为2、４、６、8四种,其中，字母表示气缸的排列形式。5、活塞式制冷压缩机,依据其结构特征,还可分为开启式、半封闭式和全封闭式三种。虽然构造各异,但它们之间也有很多共同之处,只是其结构特征不同。开启式制冷压缩机的结构特征在于:压缩机的动力输入轴伸出机体外,通过联轴器或皮带轮与电动机联结,并在伸出处用轴封装置密封。目前，氨压缩机和容量较大的氟利昂压缩机都接受这种结构形式。半封闭式制冷压缩机的结构特点是：压缩机与电动机共用一主轴，并共同组装于同一机壳内,但机壳为可拆式,其上开有各种工作孔用盖板密封。全封闭式制冷压缩机的结构特点在于:压缩机与其驱动电动机共用一个主轴,二者组装在一个焊接成型的密封罩壳中。这种压缩机结构紧凑,密封性好，使用便利,振动小、噪音小,广泛使用在小型自动化制冷和空调装置中。二、活塞式制冷压缩机的工作原理排气三个过程，如图5-4所示。吸气过程4-1:活塞由上止点向下运动时，气缸容积增大压力降排气三个过程，如图5-4所示。吸气过程4-1:活塞由上止点向下运动时，气缸容积增大压力降低,当气缸内压力低于吸气管路中的压力时，在压力差作用下使吸气阀门打开，制冷剂蒸气便被吸入活塞上部的气缸内，当活塞移到下止点位置时停止吸气，吸气阀在弹簧力和阀片本身的重力作用下关闭,完成吸气过程。吸气过程一般被看作是等压过程。压缩过程1-2：活塞从下止点向上运动,吸、排汽阀处于关闭状态,气体在密闭的气缸中被压缩，由于气缸容积渐渐缩小，则压力、温度渐渐上升直至气缸内气体压力与排气压力相等。压缩过程一般被看作是等熵过程。排气过程2-3:活塞连续向上移动,致使气缸内的气体压力大于排气压力,则排气阀开启,气缸内的气体在活塞的推动下等压排出气缸进入排气管道，直至活塞运动到上止点。此时由于排气阀弹簧力和阀片本身重力的作用，排气阀关闭排气结束。至此,压缩机完成了一个由吸气、压缩和排气三个过程组成的工作循环。此后,活塞又向下运动，重复上述三个过程,如此周而复始地进行循环。这就是活塞式制冷压缩机的抱负工作过程与原理。三、活塞式制冷压缩机产品型号的表示方法每一台压缩机的基本型式都用肯定的符号表示。这些符号亦称为型号,单级产品型号主要由气缸数目、所用制冷剂的种类、气缸布置形式与气缸直径四个方面的内容组成,如下表所示。表5—1压缩机型号举例压缩机型号汽缸数工质种类汽缸布置形式汽缸直径（cｍ)备注８AS—12.58氨(A）S型1２.5直接传动6ＡW—１76氨(A)Ｗ型17直接传动４FV—1０Ｂ4氟利昂(Ｆ)V型10皮带传动３ＦW5(Ｂ)3氟利昂(Ｆ)W型5半封闭式S８—１2.58

1２.5单机双级四、活塞式制冷压缩机的基本构造活塞式制冷压缩机主要由机体、曲轴、连杆、活塞组、阀门、轴封、油泵、能量调整装置、油循环系统等部件组成。1、机体：包括汽缸体和曲轴箱两部分，一般接受高强度灰铸铁(HT20-40）铸成一个整体。它是支承汽缸套、曲轴连杆机构及其它全部零部件重量并保证各零部件之间具有正确的相对位置的本体。汽缸接受汽缸套结构，安装在汽缸体上的缸套座孔中,便于当汽缸套磨损时修理或更换。因而结构简洁,检修便利。２、曲轴:曲轴是活塞式制冷压缩机的主要部件之一，传递着压缩机的全部功率。其主要作用是将电动机的旋转运动通过连杆转变为活塞的往复直线运动。曲轴在运动时,承受拉、压、剪切、弯曲和扭转的交变复合负载,工作条件恶劣，要求具有足够的强度和刚度以及主轴颈与曲轴销的耐磨性。故曲轴一般接受40、45或50号优质碳素钢锻造,但现在已广泛接受球墨铸铁（如QＴ50-１.５与QT6０-2等）铸造。3、连杆:连杆是曲轴与活塞间的连接件,它将曲轴的回转运动转化为活塞的往复运动,并把动力传递给活塞对汽体做功。连杆包括连杆体、连杆小头衬套、连杆大头轴瓦和连杆螺栓。连杆体在工作时承受拉、压交变载荷,故一般用优质中碳钢锻造或用球墨铸铁(如QT40-１０)铸造,杆身多接受工字形截面且中间钻一长孔作为油道。连杆小头通过活塞销与活塞相连,销孔中加衬套以提高耐磨、耐冲击力量。连杆小头衬套常用锡磷青铜ZQＳｎ10-1做成整体筒状,外圆面车有环槽并钻有油孔,内表面开有轴向油槽。连杆大头与曲轴连接。连杆大头一般做成剖分式，以便于装拆和检修。为了改善连杆大头与曲柄销之间的磨损状况,大头孔内一般均装有轴承合金轴瓦即连杆大头轴瓦。连杆大头轴瓦分薄壁和厚壁两种,系列制冷压缩机都接受薄壁轴瓦。轴瓦的上瓦与连杆油孔相应的地方也开有油孔。连杆螺栓用于连接剖分式连杆大头与大头盖。连杆螺栓是曲柄连杆机构中受力严峻的零件，它不仅受反复的拉伸且受振动和冲击作用，很简洁松脱和断裂,以致引起严峻事故。所以对连杆螺栓的设计、加工、装配均有严格要求。连杆螺栓常用4０Cｒ、45Cｒ钢等制造,且接受细牙螺纹,其安装时要求有肯定的预紧力,以免在载荷变化时连杆大头上下瓦和曲柄销之间松动敲击，加速机器零件的损坏。但预紧力过大也是不利的。所以在上紧连杆螺栓时,最好用扭力扳手按说明书规定施力，若无规定可参照P1２1表中数值或以下式计算施力。当8≤d≤１8时,连杆螺栓上紧力:Ｆ＝９77.2－397.613d＋63.２2-４.９1０４23+０．１8754-0.0028125５4、活塞组:活塞组是活塞、活塞销及活塞环的总称。活塞组在连杆带动下,在汽缸内作往复直线运动,从而与汽缸等共同组成一个可变的工作容积,以实现吸气、压缩、排气等过程。活塞－－-活塞可分为筒形和盘形两大类。我国系列制冷压缩机的活塞均接受筒形结构,它由顶部、环部和裙部三部分组成。活塞顶部组成封闭汽缸的工作面。活塞环部的外圆上开有安装活塞环的环槽，环槽的深度略大于活塞环的径向厚度,使活塞环有肯定的活动余地。活塞裙部在汽缸中起导向作用并承受侧压力。活塞的材料一般为铝合金或铸铁。灰铸铁活塞过去在制冷压缩机中应用较广,但由于铸铁活塞的质量大且导热性能差,因此,近年来系列制冷压缩机的活塞都接受铝合金活塞。铝合金活塞的优点是质量轻、导热性能好，表面经阳极处理后具有良好的耐磨性。但铝合金活塞比铸铁活塞的机械强度低、耐磨性差也差。活塞销－－－活塞销是用来连接活塞和连杆小头的零件,在工作时承受简单的交变载荷。活塞销的损坏将会造成严峻的事故,故要求其有足够的强度、耐磨性和抗疲惫、抗冲击的性能。因此,活塞销通常用２0号钢、２0Cr钢或45号钢制造。图5-图5-5油环的布油及刮油作用(a)斜面式油环(b)槽式油环图5—图5—6汽阀图5—7轴封轴封-－－轴封的作用在于防止制冷剂蒸汽沿曲轴伸出端向外泄漏，或者是当曲轴箱内压力低于大气压时,防止外界空气漏入。因此,轴封应具有良好的密封性和平安牢靠性、且结构简洁、装拆便利、并具有肯定的使用寿命。轴封装置主要有机械式和填料式两种。目前常用的机械式轴封主要有摩擦环式和波纹管式。其中,国产系列活塞式制冷压缩机大都接受摩擦环式轴封，这种轴封由活动环（摩擦环）、固定环、弹簧及弹簧座、压圈和两个“0”形耐油橡胶圈所组成,如图５—图5—8卸载机构构造原理6、能量调整装置:在制冷系统中,随着冷间热负荷的变化,其耗冷量亦有变化,因此压缩机的制冷量亦应作必要的调整。压缩机制冷量的调整是由能量调整装置来实现的,所谓压缩机的能量调整装置实际上就是排气量调整装置。它的作用有二,一是实现压缩机的空载启动或在较小负荷状态下启动,二是调整压缩机的制冷量。压缩机排气量的调整方法有：1°顶开部分汽缸的吸气阀片;２°转变压缩机的转速;３°图5—8卸载机构构造原理顶开部分汽缸吸气阀片的输气量调整装置的原理很简洁，即用顶杆将部分汽缸的吸气阀片顶起,使之常开,使活塞在压缩过程中,压力不能上升,吸入蒸汽又通过吸气阀排回吸气侧，故该汽缸无排气量,从而达到调整输气量的目的即能量调整。顶开吸气阀片能量调整装置可分为执行机构、传动机构和油安排机构三部分，主要由油安排阀、油缸、油活塞、拉杆、转动环、顶杆和弹簧等部件组成。拉杆上有两个凸圆,分别嵌在两个汽缸套外部的转动环中。若不向油缸中供油,由于油活塞左侧弹簧的作用,油活塞处于油缸的右端位置,汽缸套外部的顶杆都是处在转动环斜槽的最高位置,将吸汽阀片顶开,于是该汽缸卸载(图５—8ａ）。当压力油经油安排阀向油缸供油时,因油压的作用,克服弹簧力使油活塞及拉杆向左移动，并通过拉杆上的凸圆使转动环转动吸汽阀片在重力和弹簧力作用下降落在阀座上并可以自由启闭，则该汽缸处于工作状态。压缩机起动时,由于机器尚未转动，油压为零，因而全部汽缸的吸汽阀片都被顶杆顶开,汽缸不起压缩作用，从而实现了空载启动。我国系列活塞式制冷压缩机，以两个汽缸为一组,即每一个油活塞和拉杆把握两个汽缸。8AS—１２.5型压缩机的油安排阀上标有０、1／4、１／2、和1五个挡位，也就是说可以依据制冷量的需要，使制冷量按0、２5%、50%、７5%及10０％来进行调整。利用卸载装置来调整压缩机的制冷量,比接受温度把握器和低压继电器来把握压缩机的停、开要好得多。特殊是大功率的电动机，停开过于频繁是电源所不允许的。§5－3离心式制冷压缩机一、离心式制冷压缩机的构造与工作原理离心式制冷压缩机的构造和工作原理与离心式鼓风机极为相像。但它的工作原理与活塞式压缩机有根本的区分,它不是利用汽缸容积减小的方式来提高汽体的压力,而是依靠动能的变化来提高汽体压力。离心式压缩机具有带叶片的工作轮，当工作轮转动时,叶片就带动汽体运动或者使汽体得到动能，然后使部分动能转化为压力能从而提高汽体的压力。这种压缩机由于它工作时不断地将制冷剂蒸汽吸入，又不断地沿半径方向被甩出去,所以称这种型式的压缩机为离心式压缩机。其中依据压缩机中安装的工作轮数量的多少,分为单级式和多级式。假如只有一个工作轮，就称为单级离心式压缩机,假如1、轴2、轴封3、工作轮1、轴2、轴封3、工作轮4、扩压器5、蜗壳6、工作轮叶片7、扩压器叶片

图5—9单级离心式制冷压缩机压缩机工作时制冷剂蒸汽由吸汽口轴向进入吸汽室,并在吸汽室的导流作用引导由蒸发器（或中间冷却器）来的制冷剂蒸汽均匀地进入高速旋转的工作轮３(工作轮也称叶轮，它是离心式制冷压缩机的重要部件,由于只有通过工作轮才能将能量传给汽体)。汽体在叶片作用下,一边跟着工作轮作高速旋转,一边由于受离心力的作用,在叶片槽道中作扩压流淌,从而使汽体的压力和速度都得到提高。由工作轮出来的汽体再进入截面积渐渐扩大的扩压器4(由于汽体从工作轮番出时具有较高的流速,扩压器便把动能部分地转化为压力能,从而提高汽体的压力)。汽体流过扩压器时速度减小，而压力则进一步提高。经扩压器后汽体汇合到蜗壳中，再经排气口引导至中间冷却器或冷凝器中。二、离心式制冷压缩机的特点与特性离心式制冷压缩机与活塞式制冷压缩机相比较,具有下列优点:。(２)由于它没有汽阀活塞环等易损部件,又没有曲柄连杆机构，因而工作牢靠、运转平稳、噪音小、操作简洁、维护费用低。（３）工作轮和机壳之间没有摩擦,无需润滑。故制冷剂蒸汽与润滑油不接触，从而提高了蒸发器和冷凝器的传热性能。（４）能经济便利的调整制冷量且调整的范围较大。（５)对制冷剂的适应性差,一台结构肯定的离心式制冷压缩机只能适应一种制冷剂。(6)由于适宜接受分子量比较大的制冷剂，故只适用于大制冷量,一般都在２5~３0万大卡/时以上。如制冷量太少，则要求流量小，流道窄,从而使流淌阻力大,效率低。但近年来经过不断改进,用于空调的离心式制冷压缩机,单机制冷量可以小到10万大卡/时左右。量与冷凝温度、蒸发温度的关系。由物理学可知,回转体的动量矩量与冷凝温度、蒸发温度的关系。由物理学可知,回转体的动量矩的变化等于外力矩，则T＝m（Ｃ2UＲ2-C1UR1）两边都乘以角速度ω,得Ｔω=ｍ（C２UωR２-Ｃ1UωR１）也就是说主轴上的外加功率Ｎ为：N＝m(U2Ｃ2U－U1Ｃ上式两边同除以m则得叶轮赐予单位质量制冷剂蒸汽的功即叶轮的理论能量头。W=U2Ｃ2U－U1C１U≈U2Ｃ2Ｕ（由于又C２U=Ｕ２-Ｃ2rcｔgβＣ2ｒ=V1/(A22)故有W=U22(1W=U22(1-V1ctgβ)A22U212——分别为叶轮入口和出口处的蒸汽比容(ｍ3/kg)A2、U２—叶轮外缘出口面积（ｍ２)与圆周速度（ｍ/s)β—叶片安装角由上式可见,理论能量头W与压缩机结构、转速、冷凝温度、蒸发温度及叶轮吸入蒸汽容积流量有关。对于结构肯定、转速肯定的压缩机来说,Ｕ2、Ａ２、β皆为常量,则理论能量头W仅与流量V、蒸发温度、冷凝温度有关。依据离心式制冷压缩机的特性,宜接受分子量比较大的制冷剂，目前离心式制冷机所用的制冷剂有Ｆ—1１、F—１２、Ｆ—22、F—113和F—１１4等。我国目前在空调用离心式压缩机中应用得最广泛的是F—11和F—１２,且通常是在蒸发温度不太低和大制冷量的状况下,选用离心式制冷压缩机。此外，在石油化学工业中离心式的制冷压缩机则接受丙烯、乙烯作为制冷剂，只有制冷量特殊大的离心式压缩机才用氨作为制冷剂。三、离心式制冷压缩机的调整离心式制冷压缩机和其它制冷设备共同构成一个能量供应与消耗的统一系统。制冷机组在运行时，只有当通过压缩机的制冷剂的流量与通过设备的流量相等时，以及压缩机所产生的能量头与制冷设备的阻力相适应时，制冷系统的工况才能保持稳定。但是制冷机的负荷总是随外界条件与用户对冷量的使用状况而变化的，因此为了适应用户对冷负荷变化的需要和平安经济运行，就需要依据外界的变化对制冷机组进行调整,离心式制冷机组制冷量的调整有:1°转变压缩机的转速；2°接受可转动的进口导叶;3°转变冷凝器的进水量;４°进汽节流等几种方式,其中最常用的是转动进口导叶调整和进汽节流两种调整方法。所谓转动进口导叶调整,就是转动压缩机进口处的导流叶片以使进入到叶轮去的汽体产生旋绕，从而使工作轮加给汽体的动能发生变化来调整制冷量。所谓进汽节流调整，就是在压缩机前的进汽管道上安装一个调整阀,如要转变压缩机的工况时,就调整阀门的大小,通过节流使压缩机进口的压力降低,从而实现调整制冷量。离心式压缩机制冷量的调整最经济有效的方法就是转变进口导叶角度，以转变蒸汽进入叶轮的速度方向（C1U）和流量V。但流量V必需把握在稳定工作范围内，以免效率下降。§5－４螺杆式制冷压缩机螺杆式制冷压缩机和活塞式制冷压缩机在汽体压缩方式上相同,都属于容积型压缩机,也就是说它们都是靠容积的变化而使气体压缩的。不同点是这两种压缩机实现工作容积变化的方式不同。螺杆式制冷压缩机是利用置于机体内的两个具有螺旋状齿槽的螺杆相啮合旋转及其与机体内壁和吸、排气端座内壁的协作,造成齿间容积的变化，从而完成气体的吸入、压缩及排出过程。螺杆式压缩机可分为无油式和喷油式两种。无油螺杆压缩机本世纪30年月问世时主要用于压缩空气，５0年月才用于制冷装置中。60年月消灭了气缸内喷油的螺杆式制冷压缩机,性能得到提高。近年来，随着齿形和其他结构的不断改进,性能又有了很大提高。再加上螺杆式压缩机无余隙容积,效率高,无吸、排气阀装置等易损件。因此，目前螺杆式制冷压缩机已成为一种先进的制冷压缩机,特殊是喷油式螺杆压缩机已是制冷压缩机中主要机种之一,得到了广泛的应用。螺杆式压缩机是一种高速回转的容积式压缩机，通过工作容积缩小进行气体压缩，除了两个高速回转的螺杆转子外,没有其它运动部件，具有回转式压缩机（如离心式压缩机）和往复式压缩机（如活塞式压缩机）各自的优点,如体积小、重量轻、运转平稳、易损件少、效率高、单级压比大、能量无级调整等,在压缩机行业得到快速进展及应用。由于螺杆制冷压缩机单级有较大的压缩比及宽广的容量范围,故适用于高、中、低温各种工况，特殊在低温工况及变工况状况下仍有较高的效率,这一优点是其它机型(如吸取式、离心式等）不具备的。因此，螺杆式制冷压缩机被广泛用于空调、冷冻、化工、水利等各个工业领域,是制冷领域特殊是工业制冷领域的最佳机型。由于螺杆制冷压缩机属于容积式压缩机，适用于NH3(氨)、R２２(氟利昂２2)等各种制冷工质,不需要对机器结构作任何转变,所以一般认为螺杆式制冷压缩机不存在困扰制冷界的CFCS工质替代问题。我国的螺杆式压缩机最早由合肥通用所组织国内有关厂家共同开发研制,于1974年下达联合设计任务书,４～5个行业厂家同时研制,最终只有武冷厂一家在研制,1９78年,武冷厂成功地运行了国产第一台螺杆式压缩机ＫＡ20C（现型号LＧ2０A）,并于１9７9年领先通过部级鉴定,八十年月初投入批量生产,开头了我国螺杆式压缩机的生产。一、螺杆式制冷压缩机的总体构造与工件原理吸气(a)螺杆式制冷压缩机结构简图(b)吸气(a)螺杆式制冷压缩机结构简图(b)螺杆式制冷压缩机结构立体图1．吸汽端座2．机体3．螺杆4．排气端座5．能量调整阀

图5—10螺杆式制冷压缩机

4下面介绍我国具有代表性的螺杆式制冷压缩机，以武汉新世界制冷工业有限公司产品为例。１、螺杆Ⅰ型制冷压缩机螺杆Ｉ型压缩机垂直剖面图ﻩﻩ ﻩﻩﻩ螺杆I型压缩机水平剖面图1．能量指示ﻩ２.滑阀 ３.联轴器４.阳转子5.机体6．平衡活塞7.阴转子螺杆Ⅰ型系列制冷压缩机是我国最早开发并广泛使用的第一代螺杆式制冷压缩机，具有八十年月螺杆式制冷压缩机的典型结构,一对转子装入由吸气端座、机体、排气端座组成的机壳中，通过特殊的吸排气通道和转子的啮合回转而完成吸气、压缩、排气三个过程,转子下部的滑阀装置除完成能量调整功能外，还保证压缩机空载起动。主轴承接受滑动轴承，装在吸、排气端座上,必需用一个较大的油泵进行强制而充分地润滑，同时,也对转子主轴颈表面硬度提出了较高的要求。内容积比可调整机构属于武新制冷公司国际首创，它克服了内外压力不等时的等容压缩或等容膨胀损失功，可使压缩机运行在最省功状态,它最先应用在ＬＧ２０和ＬＧ16螺杆式制冷压缩机上。LG1２.5和LG25螺杆式制冷压缩机是固定排气口,内容积比不能调整,为适应不同工况（不同压力比）而配备了3种不同的内容积比滑阀，供用户订货时选用一种，当外压比变化时内压力不能同步变化而增加了压缩机的功耗。目前、国内的开启式用于制冷螺杆压缩机生产厂家主要有3家：武冷、大冷、烟冷,大冷、烟冷供应市场仍为Ⅰ型压缩机,武冷已基本不生产Ⅰ型压缩机。2、螺杆III（ＩI)型制冷压缩机螺杆III(ＩI)型压缩机垂直剖面图螺杆ＩII(ＩI)型压缩机水平剖面图１．油活塞２.吸气过滤网3.滑阀４.联轴器５．阳转子6.机体7.平衡活塞8.能量测定装置9.阴转子