蒸汽压缩制冷原理

*第一节*

蒸气压缩式制冷装置的工作原理一、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山东交通学院吴硕11-2-1单级蒸气压缩式制冷循环制冷循环分析和计算，常用压焓图和温熵图，其中压焓图使用广泛。船用压缩式制冷装置大都使用中、高温制冷剂，高温制冷剂标准沸点t。>0℃的制冷剂；中温制冷剂0℃>t。>一70℃者；低温制冷剂t。<一70℃者属于低温制冷剂。如氨、氟利昂12、氟利昂22等，并多采用单级压缩。下面就借助于压焓图来研究单级压缩制冷循环2山东交通学院吴硕补充内容焓熵焓是系统的状态参数，具有能量的意义。若在一可逆的微小状态变化过程中，1kg工质与外界交换的热量为δq，工质的温度为T，则工质熵的微小变化量ds定义为：ds=δq/T3山东交通学院吴硕X=0X=1lgPh压焓图干度线比容线等熵线饱和液体线等压线湿蒸气区饱和蒸气线补充内容等温线等温线T1>t2t1t2过热干蒸汽区过冷液体区临界点s1s2S1<S24山东交通学院吴硕11-2-1-1单级蒸气压缩式制冷的理论循环1、理论循环假设；

(1)压缩过程不存在换热和流阻等不可逆损失等熵过程(2)制冷剂流过热交换器和管路时没有阻力损失等压过程(3)制冷系统中除热交换器外，与外界无任何热交换，流过膨胀阀时未作功，又无热交换等焓过程5山东交通学院吴硕11-2-1-1单级蒸气压缩式制冷的理论循环2、理论循环在压焓图上的表示过程线1—2等熵压缩过程压力由p0提高到pk压缩机对制冷剂作功制冷剂温度提高点2处于过热蒸气状态过程线2—3制冷剂在冷凝器内的冷却、冷凝、过冷，蒸气在等压下先放热冷却降温，再继续等压等温放热冷凝，然后等压过冷。6山东交通学院吴硕11-2-1-1单级蒸气压缩式制冷的理论循环过程线3—4冷剂通过膨胀阀的节流过程压力由pk降到po，温度由tk降到t0，并进入两相区节流前后制冷剂焓值不变过程线4---1等压气化过程制冷剂吸取热量不断气化向干度增大方向，直到过热蒸气由热力状态图和表可确定循环中的各点参数7山东交通学院吴硕11-2-1-2单级蒸气压缩制冷的

实际循环及热力计算实际循环压缩过程是熵值增加的多变过程节流过程有吸热，焓值也略有增加制冷剂在管道、热交换器和压缩机中流动时存在阻力损失和热交换8山东交通学院吴硕11-2-1-2单级蒸气压缩制冷的

实际循环及热力计算b-c压缩机多变压缩过程g1bae2cfg-1:蒸发器后到压缩机吸口有压力损失及温升过程。1-a压缩机吸气通道和吸气阀阻力损失的过程a-b压缩前受吸气通道和刚体的加热过程ph9山东交通学院吴硕11-2-1-2单级蒸气压缩制冷的

实际循环及热力计算f-g蒸发器中和吸气管中流阻损失的汽化过程g1bae2cfc-2压缩机排气通道和排气阀阻力损失的过程2-e排气管、冷却、冷凝管、和液管流动阻力的换热过程e-f膨胀阀中从外界吸热的节流过程ph10山东交通学院吴硕11-2-1-2单级蒸气压缩制冷的

实际循环及热力计算g-1:蒸发器后到压缩机吸口有压力损失及温升过程。1-a压缩机吸气通道和吸气阀阻力损失的过程a-b压缩前受吸气通道和刚体的加热过程b-c压缩机多变压缩过程c-2压缩机排气通道和排气阀阻力损失的过程2-e排气管、冷却、冷凝管、和液管流动阻力的换热过程e-f膨胀阀中从外界吸热的节流过程f-g蒸发器中和吸气管中流阻损失的汽化过程g1bae2cfph11山东交通学院吴硕11-2-1-2单级蒸气压缩制冷的

实际循环及热力计算g1bae2cf354为了计算简单，分析方便，进行简化处理：即1-2-3-4-5-1过程ph12山东交通学院吴硕11-2-1-2单级蒸气压缩制冷的

实际循环及热力计算热力计算：(1)单位质量制冷量

qo＝hl—h5kJ／kg如吸气管中吸热可忽略不计，则5-1过程全在蒸发器中进行(2)单位容积制冷量

qv=q0/vlkJ／kg(3)等熵压缩单位理论功

wi=h2-h1kJ／kg(4)理论制冷系数

ε=q0/w0=h1-h5/h2-h1

g1bae2cf354ph13山东交通学院吴硕11-2-1-2单级蒸气压缩制冷的

实际循环及热力计算热力计算：(5)制冷剂的质量流量G=Q0／q0=Q0／(h1一h5)kg/s(6)压缩机容积流量(按吸气状态容积计算)Vs=G·v1=Q0·v1/q0=Q0/qv(7)压缩机的理论流量VT=Vs/λ=Q0/(λ·qv)m3/s(8)压缩机的理论功率PT＝G·w0kWg1bae2cf354ph14山东交通学院吴硕11-2-1-2单级蒸气压缩制冷的

实际循环及热力计算(9)压缩机的指示功率pi=G·wi

=G·w0/ηi=PT/ηikW(10)压缩机的轴功率p=pi/ηm=pT/(ηmηi)=pT/η

(11)单位轴功率制冷量Ke=Q0/p=ε·η

(12)冷凝器的热负荷

Qk=Qo+pikWg1bae2cf354ph15山东交通学院吴硕问题：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11-2-1-2单级蒸气压缩制冷的实际循环及热力计算16山东交通学院吴硕11-2-2单级制冷压缩机工况和特性制冷压缩机工况：指决定其理论循环的温度条件：主要指蒸发温度、吸气温度、冷凝温度、膨胀阀前过冷度。蒸发温度对应于蒸发压力的饱和温度蒸发压力由蒸发器产气量和压缩机吸气量间的质量平衡决定如库温降低，蒸发器传热不良，则蒸发量减少，p0就降低冷凝温度对应于冷凝压力的饱和温度冷凝压力由压缩机排气量与冷凝器冷凝量的质量平衡来决定如压缩机吸气压力高，质量流量大，则冷凝压力就高17山东交通学院吴硕11-2-2-1工况参数对制冷工作影响制冷压缩机制冷量可由下式表示：Q0＝Gq0＝λVTq0／v1＝λVT·qv

制冷压缩机的轴功率则可写为：P=Gw0/η=λVTw0/v1η=λVTwvη式中：wv=w0/v1——压缩机单位容积压缩功压缩机在转速n和工作缸数不变情况下：理论吸气量VT将为定值，从式看出，压缩机的Q0随输气系数λ和单位容积制冷量qv而变。而轴功率P则与λ、压缩机总效率η和单位容积压缩功wv有关。事实上λ、Q0、η和wv均随工况温度条件而变

18山东交通学院吴硕(1)其他条件不变，冷凝温度tk变化(升高)的影响hp冷凝温度tk时：1-2-3-4-5-6-1冷凝温度升高为t´k时：1-2´-3´-4´-5´-6´-11256tkt034t´k5´4´3´2´6´11-2-2-1-1冷凝温度tk变化(升高)的影响19山东交通学院吴硕(1)其他条件不变，冷凝温度tk变化(升高)的影响hp1256tkt034t´k5´4´3´2´6´q´0q0不变单位制冷量q0输气系数吸气比容v1

qvQ011-2-2-1-1冷凝温度tk变化(升高)的影响20山东交通学院吴硕(1)其他条件不变，冷凝温度tk变化(升高)的影响hp1256tkt034t´k5´4´3´2´6´w0w0‘不变单位压缩功w0

吸气比容v1

wvP制冷系数11-2-2-1-1冷凝温度tk变化(升高)的影响21山东交通学院吴硕问题：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。11-2-2-1-1冷凝温度tk变化(升高)的影响22山东交通学院吴硕11-2-2-1-1冷凝温度tk变化(升高)的影响空23山东交通学院吴硕蒸发温度t0时：1-2-3-4-5-6-1蒸发温度降低为t´0时：1´-2´-2-3-4-5-6-6´-1´hp1256tkt0342´6’t´01´11-2-2-1-2蒸发温度t0变化(降低)的影响24山东交通学院吴硕ph1256tkt0342´6´t´01´单位制冷量q0

吸气比容v1

制冷剂质量流量GQ0q´0q011-2-2-1-2蒸发温度t0变化(降低)的影响25山东交通学院吴硕ph1256tkt0342´6’t´01´w’0w0P单位压缩功w0

制冷剂质量流量G

时，P最大下页解释11-2-2-1-2蒸发温度t0变化(降低)的影响t0温度降低PTQ026山东交通学院吴硕问题：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）11-2-2-1-2蒸发温度t0变化(降低)的影响27山东交通学院吴硕11-2-2-1-2蒸发温度t0变化(降低)的影响空28山东交通学院吴硕(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44’膨胀阀5’蒸发器111-2-2-1-3过冷度和过热度的影响29山东交通学院吴硕(3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响ph125pkp0344´2´5´1´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´11-2-2-1-3过冷度和过热度的影响30山东交通学院吴硕(3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响ph125pkp0344´2´5´1´q´0q0Q0过冷度q0P不变11-2-2-1-3过冷度和过热度的影响31山东交通学院吴硕(3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响ph125pkp0344´2´5´1´q´0q0w´0w0过热度q0w0?R12R22R717不变(略降)11-2-2-1-3过冷度和过热度的影响32山东交通学院吴硕(3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响ph125pkp0344´2´5´1´q´0q0w´0w0过热度q0Pv1GQ0R12R22R717不变(w0G)11-2-2-1-3过冷度和过热度的影响33山东交通学院吴硕(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：5~8oC氟利昂：蒸发器出口过热度3~6oC对制冷系数的影响防止液击，减少有害过热11-2-2-1-3过冷度和过热度的影响34山东交通学院吴硕(3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响回热循环：利用气液换热器(回热器)使膨胀阀节流前的冷剂液体与压缩机吸入前的冷剂蒸气进行热量交换，使液体过冷、气体过热，这个工作循环就是~~。冷凝器2’1’回热器44’膨胀阀5’蒸发器111-2-2-1-3过冷度和过热度的影响35山东交通学院吴硕问题：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11-2-2-1-3过冷度和过热度的影响36山东交通学院吴硕(3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响h125pkp0344´2´5´1´p过热度>过冷度11-2-2-1-3过冷度和过热度的影响37山东交通学院吴硕(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?YesYes(防止闪气)NoR12R22R717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。11-2-2-1-3过冷度和过热度的影响氨气38山东交通学院吴硕11-2-2-1-3过冷度和过热度的影响39山东交通学院吴硕2、制冷压缩机的性能曲线[RefrigerationCompressor][PerformanceCurve]-30-20-1001009018027030456075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=30oC11-2-2-2制冷压缩机性能曲线40山东交通学院吴硕问题：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)。11-2-2-2制冷压缩机性能曲线41山东交通学院吴硕工况/参数q0w0Q0Ptkt0过冷t——过热tR12??R22——R71711-2-2-2制冷压缩机性能曲线42山东交通学院吴硕11-2-2-2制冷压缩机性能曲线43山东交通学院吴硕11-2-2-3制冷压缩机的工况

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)标准工况空调工况44山东交通学院吴硕11-2-2-3制冷压缩机的工况名义工况(新)高温工况中温工况低温工况最大压差工况：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。45山东交通学院吴硕11-2-2-3制冷压缩机的工况问题：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。46山东交通学院吴硕11-2-2-3制冷压缩机的工况制冷机实际运行工况随运行地区的气候条件和使用情况而变实际工作工况下的制冷量，可从性能曲线上查得如无性能曲线可查，则可式(11—13)、(11—14)估算制冷机工况必须限定在一定的范围内，以保证运行的安全与可靠船用氟利昂活塞式单级制冷压缩机规定的设计和使用条件见表11—3、11—4（P232）47山东交通学院吴硕11-2-2-3制冷压缩机的工况工况制冷剂(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R71730－1525－10R2230－152515R1230－152515R50230－152515空调工况R7174053510R224053515R124053515活塞式制冷压缩机的标准工况和空调工