1、1,第二节 蒸气压缩式制冷装置的工作原理,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,对于 60 以上的普冷，以采用蒸气压缩制冷方法最为普遍。 - 25 使用单级压缩制冷 - 25 使用双级压缩制冷 或 复叠制冷,制冷技术的温度分类： 0 高温制冷,2,第二节 蒸气压缩式制冷装置的工作原理,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,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， 实际循环 参数及其变化、热力分析。,工况参数(冷凝温度、蒸发温度)、过冷度、过热度等参数变化对性能的影响、压缩机
2、工况。,3,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,一、单级蒸气压缩式制冷循环,R22: 1atm, 40.8 ; 30 1.20MPa,4,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,基本元件及其作用： 蒸发器：冷剂在低压下，低温蒸发吸热的场所。 压缩机：保持蒸发器低压，便于冷剂低温蒸发；提高冷剂气体压力，便于在常温下冷凝回收循环。 冷凝器：移走冷剂热量，将气态冷剂冷凝成液体。 膨胀阀：对高压液态冷剂节流降压，使之能低温蒸发。,5,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Pla
3、nt,冷剂在制冷循环中的状态变化,6,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,p,v,液体的气化过程pv图,饱和液体线,饱和蒸气线,过冷液体区,过热蒸气区,湿蒸气区,等干度线,等压线?,等容线?,等温线?,7,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,1. 压焓图Pressure - Enthalpy Chart复习,等焓线,8,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,2. 单级蒸气压缩式制冷的理论循环,理论循环的假设, 压缩机的压缩过程不存在换热和流阻,制冷剂在蒸
4、发、冷凝及管路流动过程中无阻力损失,制冷剂流过膨胀阀无能量变化,等焓过程 （等焓节流）,9,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,1:出蒸发器进压缩机,3:出冷凝器进膨胀阀,4:出膨胀阀进蒸发器,2:出压缩机进冷凝器,23：冷凝器内的等压冷却、冷凝、过冷过程,34：膨胀阀内的等焓节流过程,41：蒸发器内的吸热等压气化过程,理论制冷循环在压焓图上的表示,关键状态点：,热力状态变化过程：,10,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,实际制冷循环与理论循环的差别：,制冷剂在蒸发、冷凝及流动过程中存在阻力损失
5、降压过程 （降压蒸发、冷凝）,制冷剂流过回气管时有阻力、从外界吸少量热 降压吸热过程（压力降低、过热度增加）,制冷剂流过膨胀阀从外界吸少量热 近似等焓过程 （焓值、干度增加）,压缩机的压缩过程存在换热和流阻 多变过程、存在气阀压力降,11,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,3. 单级蒸气压缩式制冷的实际循环,g-1：蒸发器后至压缩机吸口之间存在压力损失和温升的过程,1-a：在压缩机吸气通道和吸气阀时有阻力损失的过程,a-b：蒸气受压缩机吸气通道和缸体加热的过程,b-c：压缩时实际的多变的压缩过程,c-2：流过排气阀和排气通道时有阻力损失的过程,
6、2-e：在排气管、液管中有流动阻力损失的换热过程,e-f：在膨胀阀中有从外界吸热的节流过程,f-g：在蒸发器和吸气管中有流阻损失的气化吸热的过程,h,p,a,b,c,2,2,3,d,4,e,f,5,g,6,1,12,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,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( 1
7、1 ) ，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。（在实际制冷循环中）,13,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,理想制冷循环的热力分析,单位制冷量：单位重量冷剂制取的冷量,单位容积制冷量：每立方米冷剂气体制取的冷量,14,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,热力分析,1-2为等熵压缩线,单位压缩功：压缩单位重量气体冷剂所需要的功,15,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,热力
8、分析,理论制冷系数：,衡量制冷效率的标志,16,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,问题：冷剂在压缩机进口焓值为400kJ/kg，出口焓值为450kJ/kg，蒸发器进口焓值为250kJ/kg，制冷系数为( )。,问题：压缩机进出口h1=412kJ/kg， h2=464kJ/kg，冷凝器出口焓值为h3=250kJ/kg，膨胀阀进口h3=240kJ/kg，蒸发器出口h1=392kJ/kg，制冷系数为( )。,17,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,热力计算,冷剂的质量流量：单位时间的冷剂循环质量 G,
9、装置的制冷量：单位时间装置制取的冷量 Q0,18,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,热力计算,压缩机的容积流量：以吸气状态计,19,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,热力计算,压缩机容积流量与理论流量的换算,输气系数 Volumetric Efficiency ：含义、影响因素与空压机类似。,20,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,热力计算,单位容积压缩功：压缩单位容积冷剂气体需要的功,压缩机的理论功率：单位时间压缩冷剂需要的功,压缩机轴功率：输
10、入压缩机的功率,21,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,热力计算,压缩机的指示功率：压缩机传给冷剂的功率,22,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,热力计算,单位轴功率制冷量：,压缩机每消耗单位轴功率所能得到的制冷量。相当于装置的实际制冷系数。 kW/kW,23,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,开启式压缩机的Ke值:,24,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,热力计算,冷凝器的热负荷： 单位时间散热
11、量,25,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,问题：Ke=4，每消耗1度电制冷量为：( )kWh。,4,热泵空调器冬季工作， Ke=4，每消耗1度电向室内供热( )kWh。,5,压缩机进出口焓值分别为420kJ/kg和475kJ/kg，冷凝器出口焓值为250kJ/kg，单位制冷量为：( )kJ/kg，冷凝器单位排热量为：( )kJ/kg 。,170,225,26,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,二、单级制冷压缩机的工况和特性,压缩机的工况：压缩机的排气量、制冷量、功率、吸、排气压力和温度 决定于
12、蒸发、冷凝温度、过冷度、过热度等，称为压缩机的工况参数。,1.工况参数变化对制冷工作的影响,27,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,(1)其他条件不变，冷凝温度tk变化(升高)的影响,h,p,28,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,(1)其他条件不变，冷凝温度tk变化(升高)的影响,不变,29,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,(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,30,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Ma
13、rine Refrigeration Plant,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,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。,31,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,(2)其他条件不变，蒸发温度t0变化(降低)的影响,h,p,32,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,(2)其他条件不变，蒸发温度t0变化(降低)的影响,
14、p,q0,q0,33,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,(2)其他条件不变，蒸发温度t0变化(降低)的影响,p,w0,w0, = q0 /0,34,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,蒸发温度降低:,制冷量 q0 、Q0 减小,单位压缩功 w0 增加,但v1，G。,P,P = G w0 ?,理想气体：压力比 = 3时，功率呈最大值。,一般工作范围，制冷压缩机的压力比都 3。所以，蒸发温度降低时，功率呈降低趋势。,只是冷凝压力升高时，压力比也 ，功率？,G 变化不大 ，功率。,35,船舶辅机第9章
15、船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,问题: 蒸发温度降低时,压缩机的排气温度是升高还是降低?,36,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,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。,37,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Pla
16、nt,(3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响,p,h,38,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,(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,不变,不变,39,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,(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,?,40,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,(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,w0,41,船舶
17、辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,(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,如过热在吸气管发生,不变, = q0 /0,42,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,(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。应减少。,过热度大小（蒸发器出口）的确定：,43,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,(3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度
18、的影响,回热循环Regeneration Cycle ：,利用气液换热器(回热器)使膨胀阀节流Throttle前的常温冷剂液体与蒸发器流出的低温冷剂蒸气进行热量交换，是液体过冷、气体过热的工作循环。,44,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,在回热器中，冷剂状态变化？,45,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,(3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响,h,p,回热循环-氟利昂系统,46,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,(3)其他条件不变，供
19、液过冷度、吸气过热度的影响,h,p,47,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,(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?,48,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,49,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,2、制冷压缩机的性能曲线,Refrigeration Compressor Performance Curve,压缩机在系统中工作时， 、 、 都随冷剂的 、 、 、 而变。所以，压缩机的性能与系统的工作参数工况条件有
20、关。,50,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,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,51,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,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
21、、w0、P)。,52,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,3、制冷压缩机的工况Condition,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，必须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，则标空调工况。,53,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,活塞式制冷压缩机的标准工况和空调工况,54,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,3、制冷压缩机的
22、工况Condition,名义工况(新)表9-3,高温工况High Temp. Condition,中温工况Medium Temp. Condition,低温工况Low Temp. Condition,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。未给出,55,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,中型活塞式制冷压缩机的名义工况(GB10873-89) (oC),56,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,3、制冷压缩机
23、的工况Condition,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。未给出,57,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,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。,58,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,船用氟利昂活塞式制冷压缩机设计、使用条件,59,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Re
24、frigeration Plant,船用氟利昂活塞式制冷压缩机最大工作范围,60,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,作业：R22制冷系统，制冷量为50000kJ/h，冷凝温度30 C，过冷度5 C；蒸发温度为-15C，压缩机的吸气温度-5C。画出简化制冷循环logp-h图，写出各状态点的焓值，并计算：q0、G、Qk、P。（压缩按等熵过程计算） 请各班学委收齐作业，下周三交给老师。,61,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,解：简化制冷循环如下图1-2-3-4所示：,其中：1点：蒸发器出口及压缩机进口状态2点：压缩机出口及冷凝器进口状态3点：冷凝器出口及膨胀阀进口状态4点：膨胀阀出口及蒸发器进口状态 查R22 lgp-h图,62,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,
