9.2蒸汽压缩制冷原理

1、山东交通学院 吴硕,1,*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。,山东交通学院 吴硕,2,11-2-1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 0t。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

2、来研究单级压缩制冷循环,山东交通学院 吴硕,3,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q，工质的温度为 T，则工质熵的微小变 化量ds定义为： ds= q/ T,山东交通学院 吴硕,4,X=0,X=1,lgP,h,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,过热干蒸汽区,过冷液体区,临界点,s1,s2,S1S2,山东交通学院 吴硕,5,11-2-1-1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

3、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,山东交通学院 吴硕,6,11-2-1-1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12 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23 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。,山东交通学院 吴硕,7,11-2-1-1单级蒸气压缩式制冷的理论循环,过程线34 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

4、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,山东交通学院 吴硕,8,11-2-1-2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,山东交通学院 吴硕,9,11-2-1-2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,g,1,b,a,e,2,c,f,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

5、,a-b压缩前受吸气通道和刚体的加热过程,p,h,山东交通学院 吴硕,10,11-2-1-2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,g,1,b,a,e,2,c,f,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,p,h,山东交通学院 吴硕,11,11-2-1-2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

6、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,g,1,b,a,e,2,c,f,p,h,山东交通学院 吴硕,12,11-2-1-2单级蒸气压缩制冷的实际循环及热力计算,3,5,4,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,p,h,山东交通学院 吴硕,13,11-2-1-2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 hlh5 kJkg 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

7、 = q0/vl kJkg (3)等熵压缩单位理论功 wi = h2 - h1 kJkg (4)理论制冷系数 = q0/w0 = h1-h5 / h2-h1,3,5,4,p,h,山东交通学院 吴硕,14,11-2-1-2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 = Q0q0 = 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/ = Q0/( qv) m3/s (8)压缩机的理论功率 PTG w0 kW,3,5,4,p,h,山东交通学院 吴

8、硕,15,11-2-1-2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/i=PT/ i kW (10)压缩机的轴功率 p = pi/ m = pT/(m i ) = pT/ (11)单位轴功率制冷量 Ke=Q0/p= (12)冷凝器的热负荷 Qk=Qo+pi kW,3,5,4,p,h,山东交通学院 吴硕,16,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 )

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。,11-2-1-2单级蒸气压缩制冷的实际循环及热力计算,山东交通学院 吴硕,17,11-2-2 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

10、 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,山东交通学院 吴硕,18,11-2-2-1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： Q0Gq0VTq0v1 VTqv 制冷压缩机的轴功率则可写为： P = Gw0/ = VTw0 /v1 = VTwv 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随输气系数和单位容积制冷量qv而变。而轴功率P则与、压缩机总效率和单位容积压缩功wv有关。事实上、 Q0 、 和wv 均随工况温度条件而变,山东交通学院

11、 吴硕,19,(1)其他条件不变，冷凝温度tk变化(升高)的影响,h,p,11-2-2-1-1 冷凝温度tk变化(升高)的影响,山东交通学院 吴硕,20,(1)其他条件不变，冷凝温度tk变化(升高)的影响,不变,11-2-2-1-1 冷凝温度tk变化(升高)的影响,山东交通学院 吴硕,21,(1)其他条件不变，冷凝温度tk变化(升高)的影响,w0,w0 ,不变,制冷系数,11-2-2-1-1 冷凝温度tk变化(升高)的影响,山东交通学院 吴硕,22,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

12、度降低,F. 冷剂量过多,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,山东交通学院 吴硕,23,11-2-2-1-1 冷凝温度tk变化(升高)的影响,空,山东交通学院 吴硕,24,11-2-2-1-2蒸发温度t0变化(降低)的影响,山东交通学院 吴硕,25,p,q0,q0,11-2-2-1-2蒸发温度t0变化(降低)的影响,山东交通学院 吴硕,26,p,11-2-2-1-2蒸发温度t0变化(降低)的影响,山东交通学院 吴硕,27,问题：下列( )会使蒸发温度t0降低。,A. 冷库加入新食品,B. 蒸

13、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,山东交通学院 吴硕,28,11-2-2-1-2蒸发温度t0变化(降低)的影响,空,山东交通学院 吴硕,29,(3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响,11-2-2-1-3过冷度和过热度的影响,山东交通学院 吴硕,30,(3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响,p,h,1

14、1-2-2-1-3过冷度和过热度的影响,山东交通学院 吴硕,31,(3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响,p,h,q0,q0,不变,11-2-2-1-3过冷度和过热度的影响,山东交通学院 吴硕,32,(3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响,p,h,q0,q0,w0,w0,?,11-2-2-1-3过冷度和过热度的影响,山东交通学院 吴硕,33,(3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响,p,h,q0,q0,w0,w0,11-2-2-1-3过冷度和过热度的影响,山东交通学院 吴硕,34,(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

15、的过热过程，装置的q0未增加，Q0和下降。,过热度大小的确定：,11-2-2-1-3过冷度和过热度的影响,山东交通学院 吴硕,35,(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。,11-2-2-1-3过冷度和过热度的影响,山东交通学院 吴硕,36,问题：在回热器中，为什么液态冷剂能向气态冷剂放热？,11-2-2-1-3过冷度和过热度的影响,山东交通学院 吴硕,37,(3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响,h,p,11-2-2-1-3过冷度和过热

16、度的影响,山东交通学院 吴硕,38,(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?,11-2-2-1-3过冷度和过热度的影响,氨气,山东交通学院 吴硕,39,11-2-2-1-3过冷度和过热度的影响,山东交通学院 吴硕,40,2、制冷压缩机的性能曲线,Refrigeration Compressor Performance Curve,-30,-20,-10,0,10,0,90,180,270,30,45,60,75,蒸发温度t0/oC,制冷量Q0 /(103kcal/h),轴功率P/kW,11-2-2-2制冷压缩机性能曲线,山东交通学院 吴硕,41,11-2-2-

17、2制冷压缩机性能曲线,山东交通学院 吴硕,42,11-2-2-2制冷压缩机性能曲线,山东交通学院 吴硕,43,11-2-2-2制冷压缩机性能曲线,山东交通学院 吴硕,44,11-2-2-3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。,山东交通学院 吴硕,45,11-2-2-3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。,山东交通学院 吴硕,46,11-2-2-3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。,山东交通学院 吴硕,47,11-2-2-3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(1113)、(1114)估算 制冷机工况必须限定在一定的范