1、船舶制冷装置,集美轮机工程学院 杨爱民,第十章 船舶制冷装置 11-1 概 述 一、 制冷在船舶上的应用 1伙食冷藏：主要作用: 抑制微生物在动物性食品中的繁殖。 延缓蔬菜、水果的生长成熟。 2空气调节：制冷装置为空气调节提供了必需的冷源。 3冷藏运输：专用冷藏船,冷藏集装箱船必须装设专门的制冷装置。,二、食品的冷藏条件 （冷却和冻结） 1果蔬及蛋乳类食品的冷却及其条件食品的冷却：使食品的温度降低到接近于冰点，以抑制微生物的活动，并抑制水果、蔬菜的呼吸，延缓其成熟，以便延长新鲜食品的储存期。冷却贮藏的条件： 合适的温度、湿度、CO2、臭氧、氧气等。（主要是前两项）合适的温度：保持在05 之间。
2、过高会使食品早熟或腐烂，过低会使食品冻伤。合适的湿度：相对湿度8590。过小会使食品干缩，过大容易使食品发霉腐烂变质。合适的二氧化碳：一般CO2浓度控制在28之间，O2浓度控制25之间。 合适的二氧化碳会抑制蔬菜和水果的生长，延长储藏期。,解释：高温库：船舶伙食的菜库和乳品库等习惯称为高温库。低温库：船舶储藏冻结后的肉、鱼类食品的冷库称为低温库。 舱室的换气次数：更换了多少个舱室容积的新鲜空气来表示的换气量，称为舱室的换气次（果、蔬类冷藏舱或冷藏集装箱的换气次数为每昼夜24次）。“气调储藏”法：指在冷藏的同时将冷库内O2和CO2含量控制在规定的范围内。,2肉类食品的冻结和冷藏条件 食品的冻结：
3、使食品温度降低到大部分汁液冻结的程度 。冻结的目的：更有效地抑制微生物的活动。冻结的食品其储藏期比冷却食品要长得多。,冻结分为：缓慢冻结和快速冻结。冻结贮藏的条件： 合适的温度、湿度及冻结速度。合适的温度：对长航线船舶，其储藏温度以-18-20 为宜。对短航线船舶，库温以控制在-10-12 较为经济。合适的湿度：相对湿度一般保持在9095为宜。合适的冻结速度：对大多数肉类食品，保持冻结过程温度为-23 -30 ，冻结速度为 25 cm/h，其冻结后品质与新鲜时相近。食品干缩现象：食品在冷却或冻结的冷藏期间会发生干缩现象影响食品干缩程度因素：库内温度；库内湿度；库内空气流速；食品的性质和外形；进
4、入库内的热量。,3.臭氧在冷藏中的应用 臭氧的产生：臭氧发生器。 臭氧的作用：对冷库杀菌和消毒，还可抑制水果的呼吸作用，防止其过快地成熟，臭氧对鱼类等还具有除臭的作用。臭氧应用范围的限制：不能用于奶制品和油脂类食物，因为这些食物易被氧化并产生脂肪酸，从而使食物变质。对含叶绿素较多的蔬菜，如菠菜、青菜等，也不宜使用臭氧。臭氧会使绿色的菜叶出现深色的斑点和凹陷，当臭氧浓度较高对，还会使蔬菜中维生素C的含量减少，但对水果影响不大。,三、机械制冷方法 机械制冷主要有：蒸发制冷、气体膨胀制冷和半导体制冷等。蒸发制冷分为：蒸气压缩式制冷、吸收式制冷和蒸气喷射式制冷三种。 1. 蒸气压缩式制冷原理： 船舶使
5、用最广泛的制冷方式。,图 蒸汽压缩式制冷原理图,高温高压过热制冷剂,高温高压过冷制冷剂,低温低压湿蒸汽冷剂,低温低压过热制冷剂,制冷剂,2吸收式制冷原理： 广泛应用的只有氨一水溶液（氨为制冷剂，水为吸收剂）和溴化锂一水溶液（水为制冷剂，溴化锂为吸收剂）两种。前者可用于低温系统，后者适用于空气调节系统。,3蒸汽喷射式制冷： 它用水作制冷剂。只要让水在高真空下气化吸热，即可获得0以上的低温。由于其多采用蒸汽喷射器来作为抽真空的设备，故称“蒸汽喷射制冷”。4.其他的制冷方式： 热电制冷（半导体制冷、温差电制冷）、吸附式制冷、空气膨胀制冷、涡流管制冷等。,11 - 2 蒸气压缩式制冷装置的工作原理 一
6、、单级蒸气压缩式制冷循环 制冷循环的研究方法：研究蒸气压缩制冷装置的工作情况常用工质的压焓图和温熵图来表示（压焓图的应用更为广泛）。制冷剂以蒸发温度分类：高温制冷剂、中温制冷剂、低温制冷剂。标准沸点 to 0的称为高温制冷剂 标准沸点 0to - 70称为中温制冷剂 标准沸点 to 70称为低温制冷剂 一般船舶的制冷装置多采用单级压缩，中、高温制冷剂。回顾 ： 制冷剂热力性质的压焓图。 压焓图归纳为；一点、两轴、三区、八线。,一点：临界点。二轴：两条坐标轴。三区：过冷液体区、 湿蒸汽区、 过热蒸汽区。八线：等温线、等 压线、等焓线、等熵线、等容线、等干度线、饱和液体线、干饱和蒸汽线。,制冷剂热
7、力性质的压焓图,1单级蒸气压缩式制冷的理论循环 假设 ： l）压缩机的压缩过程不存在换热和流阻等不可逆损失，即假设是等熵过程。2）制冷剂在流过热交换器和管路时没有阻力损失，即认为是等压过程。因此，冷凝压力即等于排气压力，蒸发压力即等于吸气压力，在制冷剂流动过程中冷凝温度和蒸发温度不变。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，因此是等焓过程。 符合假设条件制冷循环称理论循环。理论循环的Ph图见后图,制冷理论循环的Ph图： 冷剂从点12341完成了一个理论制冷循环。,4,图 单级压缩式制冷的理论循环,p,3,2,1,h,2单级蒸气压缩制冷的实际循环及热力计算
8、 1）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还存在阻力损失和热交换。由于存在以上原因，实际循环的Ph图与理论循环的Ph图是有所不同。,制冷实际循环的Ph图：蒸发器后至压缩机吸口之间存在压力损失和温升的流动过程g 一1；蒸气流过压缩机吸气通道和吸气阀时有阻力损失的过程 la；蒸气在压缩之前受到压缩机吸气通道和缸体加热的过程ab；压缩时实际的多变压缩过程bC；蒸气流过排气阀和排气通道时有阻力损失的过程C2；在排气管、冷凝管和液管中有流动阻力损失的换热过程 2e；在膨胀阀中有从外界吸热的节流过程 ef ；在蒸发器和吸气管中有流阻
9、损失的气化吸热过程f g 。,在工程上常将它简化成123451的循环，简化后的循环就和理论循环相似。其中： 24是等压冷却、冷凝和过冷过程；45是等焓节流过程；51是等压气化吸热和过热过程；l2是多变压缩过程。,2）热力计算及单位 ：单位制冷量： q o = h 1h 5 kJ/kg单位容积制冷量： q v = q 0 / 1 kJ/m3等熵压缩单位理论功： w 0 = h2 h 1 kJ/kg 单位指示功： wi = h 2 h 1 kJkg h2 为从吸气点按等熵线压缩至排气压力的制冷剂的焓值理论制冷系数： = q 0 / w0 = h 1h 5 / h2 h 1 制冷剂的质量流量 ： G
10、 Q oq 0 = Q 0h 1h 5 kg / s Qo 制冷量。 KJ/s,压缩机的容积流量 ：Vs G 1Q o1 /q 0 = Q o / q v m3 / s （按吸气状态的容积计算）压缩机的理论流量 （活塞行程容积）： V T = Vs / = Q o / （q v） m3 / s 压缩机的输气系数 压缩机的理论功率： P T = G w 0 kw压缩机的指示功率 ： P i = G w i = G w 0 / i = P T / i,i 指示效率（考虑压缩机非等均压缩的能量损失，一般取0.8左右）,压缩机的轴功率 ：P = P i /m = P T/mi = P T/ kw m压
11、缩机的机械效率，一般取09左右； 压缩机的总效率，一般约为0.7 单位轴功率制冷量： Ke = Qo / P = Ke值表示压缩机每消耗单位轴功率所能得到的制冷量，相当于实际制冷系数，其值与压缩机的总效率和制冷剂种类及运动工况有关。Ke值是评定制冷装置的一项重要经济性指标。开启式压缩机的Ke值在使用R12时约为3.14，使用R22时约为3.44.3，下限和上限分别适用于低温工况和高温工况。冷凝器的热负荷：（忽略了压缩机和排气管的散热量） Q k = Qo P i kw 冷凝器的热负荷一般约为制冷量Qo的1.21.3倍。,二、单级制冷压缩机的工况和特性 制冷压缩机的工况：指决定其理论循环的温度条
12、件。温度条件：主要是蒸发温度、吸气温度、冷凝温度和膨胀阀前的过冷度。其中影响较大的是蒸发温度和冷凝温度。 1工况参数对制冷工作的影响 影响的主要制冷参数：制冷量Q 0、轴功率P、制冷系数 制冷压缩机的制冷量： Q 0 = G .q 0 =V T q 0 /1 =V T q v kJs 压缩机的输气系数 制冷压缩机的轴功率： P = G w 0 / =V T w0 /1 =V T wv / kw wv 压缩机的单位容积压缩功. kJm3,l）当其他条件不变时，对冷凝温度t k变化的影响： （冷凝温度是对应于冷凝压力的饱和温度） 设： 冷凝温度t k上升 ： 装置的制冷系数降低。因为： = q 0
13、 / w0 q 0 q 0 w0 w0 ,轴功率P增大。因为： P = G w 0 / =V T w0 /1 1不变； 下降不大； w0制冷量Qo降低。因为：Q 0 = G .q 0 =V T q 0 /1 1不变； 下降不大；q 0 ,2）当其他条件不变时，蒸发温度t 0变化的影响： （蒸发温度是对应于蒸发压力的饱和温度） 设：蒸发温度t 0降低: 装置的制冷系数降低。因为： = q 0 / w0 q 0 q 0 w0 w0 制冷量Q 0稍有降低。 因为： Q 0 = G .q 0 =V T q 0 /1 1；下降不大；q 0 轴功率降低。 因为：P = G w 0 / =V T w0 /1
14、 1；下降不大；q 0 w0 不能直接判断。轴功率的变化情况视压力比p k / p o而定。一般制冷剂，该值在3左右，压缩机轴功率最大。通常制冷装置工作时压力比都大于。,3）其他条件不变，供液过冷度的影响 设：过冷度增加：制冷系数提高。因为： q 0 ； w0 不变 制冷量Q 0增加。因为： Q 0 = G .q 0 =V T q 0 /1 1 和不变；q 0 ,轴功率不变。 因为：P = G w 0 / =V T w0 /1 1和 及 w0 不变。,说明：为了提高过冷度，常设气液换热器；过冷度一般约为35；冷凝器到膨胀阀这段液管因流阻及管路上行导致的压降不宜超过 40 70 kPa，否则过冷
15、度可能会消失而提前闪气，使制冷量降低。,4）其他条件不变，压缩机吸气过热度的影响 设：压缩机吸气的过热度增加；（分两种情况）图13-6 一种是 ：如果过热过程是由冷剂离开蒸发器后在压缩机吸气管中吸取外界热量而造成的，则制冷剂的单位制冷量实际并未提高，装置的制冷量和制冷系数会下降，这种情况称为有害过热。,另一种是 ：如果过热是在蒸发器内完成，过热度提高时：由于： q 0 ； w0 制冷系数：采用R12时，吸气过热度增加则制冷系数提高；R22则影响不大（略有下降）；而氨制冷装置制冷系数减小。 制冷量：采用R12时，吸气过热度增加则制冷量提高；R22则影响不大；而氨制冷装置制冷量减小。 轴功率：过热
16、度增加都使轴功率P减少！,因为：P = G w 0 / =V T w0 /1 基本不变；1和w0 都增加，但1增加率比w0 大。 压缩机吸气过热度不超过58； 氟利昂蒸发器出口过热度一般控制在36,解释： 2制冷压缩机的性能曲线 （以国产8FS10型压缩机由实验方法 得到的性能曲线为例）通过性能曲线可以方便地查得压缩机在不同工况下的制冷量和轴功率，并可算出对应工况下单位轴功率制冷量Ke值。,解释：3制冷压缩机的工况：为了衡量和比较机器的性能，制定出公认的温度条件，作为名义工况，并以压缩机在名义工况的制冷量来作为比较和选用的标准。我国所定义的名义工况为：“标准工况”、“空调工况”（表111 ）我
17、国所定义的名义工况新的标准为： “ 高温工况”、“ 中温工况” 和“ 低温工况”。 （见表112 ）注意：各标准所定义的冷凝温度和蒸发温度。我国所定义的其它名义工况：为了考察压缩机的强度和电动机的工作，还定有“最大压差工况”、“ 最大轴功率工况”。制冷机的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113、114。,11 3 制冷剂、载冷剂和冷冻机油 一、制 冷 剂1. 无机化合物 （如氨、水等） 无机类制冷剂的统一编号为 R7 X X；编号的后两位数表示该无机化合物的分子量。 例如：氨NH3编号为R717，二氧化碳CO2编号为R7
18、44，水H2O的编号为R718。 2. 饱和烃的卤化物 商品名统称氟利昂 它们的统一编号是R后带二或三个数字；依次为碳原子数m-l 、氢原子数n1和氟原子数 x ；异构物加a、b等。 例如： 二氟一氯甲烷CHClF2：m = 1，n = l，x = 2，即写为R22 二氟二氯甲烷CC12F2 ：m = 1，n = 0，x = 2，即写为R12,氟利昂制冷剂优点：无毒的，没有气味。在实际应用的温度范围内不燃烧，没有爆炸危险，而且热稳定性好。氟利昂分子量大，绝热指数小，凝固点低。氟利昂制冷剂缺点：含水时会腐蚀镁及镁合金、铁等金属。氟利昂制冷剂的单位容积制冷量小，密度大，节流损失大，导热系数小，通火
19、焰时会分解出有毒气体，易漏泄而不易察觉。含氯的氟里昂在高空会分解出Cl离子，对大气臭氧层有破坏作用使到达地面的太阳光紫外线失去臭氧层的屏蔽作用而大大加强，对人类健康和农作物、海洋浮游生物的生长不利，并可能引起气候异常,氟里昂气体会产生“ 温室效应”。,解释： 对臭氧层破坏性的强弱用臭氧消耗潜能值（ODP）表示 ； 氟里昂气体会产生“ 温室效应”其影响大小用全球变暖潜能值（GWP）表示。 制冷剂标识表示的意义：CFC表示不含氢的氯氟烃：CFC在大气中不易分解，寿命相当长，对臭氧层的破坏作用和温室效应都很强，经国际协议决定已于1996年起禁用，发展中国家可推迟10年。（例如F12） HCFC表示含
20、氢的氯氟烃： HCFC使用量将于2016年冻结在2015年的水平，然后于2040年完全禁用，工业化国家则将于2020年禁用。（例如F22）HFC表示含氢而无氯的氟化烃。 （例如R134a）,3. 碳氢化合物（烃类）烷烃类:（命名法与氟利昂相同）如甲烷CH4（R50）、乙烷C2H6（R170）。烯烃类:（R后加 1，其余与烷烃同）如乙烯C2H4（Rll50）、丙烯C3H6（R1270）等。烃类的特点；凝固点低，临界温度低，对金属无腐蚀作用，溶于润滑油，价格低廉，对大气臭氧层无破坏作用，但分子量小，与水不发生作用且难溶于水，易燃，与空气混合后有爆炸危险。,4. 共沸制冷剂 用R5表示。这类制冷剂是
21、由两种或两种以上特定的制冷剂按一定的比例混合而成。 由于在一定的压力下，共沸混合制冷剂标准沸点比组成它的各种纯冷剂的标准沸点都低，因此，在相同的工作温度条件下，采用共沸混合制冷剂的制冷压缩机也就具有压力比小，压缩终温低，单位容积制冷量大等优点。用过的共沸混合冷剂有 R500（R152aR12）、R502（R22Rll5）等，现多因含 CFC而停用。5. 非共沸制冷剂用 R4 X X表示 非共沸制冷剂也是由不同制冷剂按一定比例混合而成，但其不存在共沸点。在定压下蒸发或凝结时，气相与液相的组成成分不断变化，温度也随之不断变化。由于相变过程不等温，所以更适于在变温热源的场合下应用。常用的中温冷剂的主
22、要性质见表115、表116。,常用制冷剂及其性质： 1）R22（二氟一氯甲烷 CHClF2） （欧共体提议2014年禁用R22，我国定为2040年禁用R22。）2）R12（二氟二氯甲烷，CC12F2） （从1996年起已被禁用，发展中国家可推迟10年）3）R134a（四氟乙烷，CH2FCF3） 4）R717（HN3）,二、载 冷 剂载 冷 剂：在间接制冷系统中用以传递冷量的中间介质。优良的载冷剂应满足下列条件： 比热大；导热系数大；粘度低；凝固点与使用温度范围相适应；腐蚀性小；无毒、不燃、不爆；化学稳定性好；价格低廉。常用的载冷剂 ：1水 （性质见P236）2盐水溶液 盐水溶液一般为氯化钠（N
23、aCl）、氯化钙（CaCl ）、或氯化镁（M2Cl）的水溶液。这类载冷剂是最普遍采用的载冷剂，适用于中、低温制冷系统。,盐水的性质和凝固点：取决于盐水浓度。见右图用盐水作载冷剂对应注意三个问题： l）要合理地选择盐水的浓度； 2）注意盐水溶液对设备、管道的腐蚀问题； 3）必须定期用比重计测定盐水的比重。当浓度降低时，应补充盐量，以保持盐水适当的浓度。,3乙二醇（CH2OHCH2OH）水溶液 乙二醇水溶液是无色、无味、不燃、无电解性的载冷剂，但挥发性强，应注意浓度降低，它可代替对金属腐蚀性很强的盐水。（乙二醇水溶液的凝固点见表117）,三、冷冻机油 冷冻机油的主要作用：润滑、密封、冷却、过滤，在
24、多缸压缩机中，润滑油还可用来控制卸载机构。冷冻机油主要应满足下列几项要求： 1凝固点应至少比工作时的最低蒸发温度低2.5。 2闪点应比最高然气温度高出 1530。 3具有适当的粘度。 4含水量低（国外有的规定每千克滑油含水应不超过 30 mg）。冷冻机油必须密封存放。 5全封闭式和半封闭式压缩机要求润滑油的电绝缘性好；全封闭压缩机要求510年不需换油，故对油的化学稳定性和抗氧化安定性要求较高。 6酸值低、抗腐蚀性好、灰分及机械杂质含量少等,说明：1. 用R134a为制冷剂的应选择与之相溶的润滑油，而不能使用现用的矿物油。一般用POE等脂类油或PAG（聚烯烃乙二醇）2. 国产冷冻机油的牌号与性能
25、列于P238表118（表8是92部标，现已由国标GB/T16632-1996替代）国外冷冻机油的牌号与性能列于P239表119中3. 国标GB/T16632-1996 把冷冻机油分为4大类，其中： L -DRA/A适用制冷剂为氨； L -DRA/B适用制冷剂为氟利昂（除F134a以外）。每大类又以 40时的运动粘度等级分成15、22、32、46、68 9种规格。质量指标不是原来的16种，而是29种（如增加了介电强度、燃点、U形管流动性、残炭、化学稳定性，但没有凝固点）,11-4 制 冷 压 缩 机 活塞式（属容积型） 活塞式压缩机因其活塞作往复运动，具有惯性力，并受吸、排气阀等限制转速不能太高
26、，主要用于中、小制冷量的场合。回转式（属容积型） 有螺杆式、滑片式、滚动转子式和涡旋式等多种。 回转式压缩机没有往复运动部件和吸、排气阀，转速较高，除螺杆式用于中等以上制冷量的场合外，其它型式多用于小制冷量或低压力比场合。,离心式 离心式压缩机转速高，适用于大流量，主要用于大型空调制冷装置 。,一、活塞式制冷压缩机 （船上主要使用 50、70、100 mm缸径的各型活塞式压缩机。） 1活塞式制冷压缩机的典型结构 （以8FS10型开启式压缩机为例） 该机缸径为 100 mm，每两缸配成一列，四列气缸布置成扇形，相邻两列气缸的中心线夹角为45。,解释: 回油均压孔 、假盖 、能量调节机构、卸载启动
27、、多用通道 、三通阀 、奔油 。回油均压孔作用： 1）使活塞环漏入曲轴箱的制冷剂能经吸气腔抽走； 2）让吸气从系统中带回的滑油流回曲轴箱； 3）必要时能用压缩机本身抽空曲轴箱，以回收其中的冷剂或抽除其中的空气。,假盖的作用： 防止“液击” 使缸内压力不致过高而损坏零件。,能量调节机构作用： 可使压缩机根据热负荷的大小，相应地以8缸、6缸或4缸投入工作，防止制冷系数降低，减少频繁启停。卸载启动的作用： 减少原动机的启动负载。多用通道：（吸、排截止阀都设置） 常开通道和多用通道可用来接装压力表和压力继电器，在操作、检修时多用通道还可有其他多种用途。,三通阀及滑油系统：,奔油： 氟利昂易溶于曲轴箱的
28、滑油中，压力高油温低，溶解量将增大。压缩机起动时因曲轴箱压力迅速下降，氟利昂就会从油中逸出，如果逸气量较多则油会产生大量泡沫而涌起，俗称“奔油”。“奔油”的危害： 会使油泵建立不起油压，严重时会因多量滑油进人气缸而产生液击。防止“奔油”方法： 压缩机当停车时间较长时，应先关吸气阀，将曲轴箱压力降低，停车后则应关闭排气阀。万一起动时发生，可关吸入阀作多次瞬时起动，以使油中的氟利昂逐渐逸出；起动前将油预热至30左右，运行中油温最高不应高于76。,活塞式压缩机的特点： 采用单作用、逆流式、多缸结构，吸、排气阀设在气缸顶部。较大的机型排气阀装在发生“液击”时可被抬起的“假盖”上，以免吸入液态制冷剂时发
29、生液击损坏机器； 容量较大的多缸压缩机设有起动卸载和可调节排气量的能量调节装置； 强度按R12、R22、R717等多工质通用设计，换用制冷剂只需重调安全阀、换用某些密封件或换用带冷却水腔的缸盖（R717）等少数元件即可； 氟利昂压缩机曲轴箱内设有滑油加热器，必要时起动前可加热滑油，使溶解于其中的氟利昂逸出； 开启式压缩机一般都采用机械轴封。,我国“钢质海船入级与建造规范”（1996年）规定：制冷压缩机的最大工作压力和设计压力（如表1110所示）要求：压缩机和压力容器（冷凝器、贮液器等）安全阀开启压力（或安全膜爆破压力）应不大于压缩机设计压力，其中压缩机安全阀开启压力（或安全膜爆破压力）应略低于
30、压力容器。当压缩机原动机功率不超过10 kw时，可不设安全阀（膜）。,2压缩机的能量调节 1）间歇运行法 ：当库温降到设定的下限时，使压缩机停转，而当库温上升到规定温度的上限时，再使压缩机起动。 2）吸气节流法 ：这种调节方法是通过改变压缩机吸气阀的开度来实现的。 3）排气回流法 ：是在吸、排气管之间设旁通管，调节管上的旁通间的开度，就能改变压缩机的有效排气量，这种方法最不经济，而且会提高压缩机的排气温度，故该方法仅用于不带能量调节机构的小型压缩机。 4）变速调节法 ：变速调节经济性好，但转速降低的下限必须考虑润滑的可靠性。,5）吸气回流法 ：这是多缸压缩机广泛采用的一种调节方法原理：通过将部
31、分气缸的吸气阀常开，或调节活塞反向运动的相邻气缸间旁通的卸荷孔道控制阀的开度，使吸入缸内的气体在活塞上行时返回吸气腔（或相邻缸），以减少压缩机的实际排气量，从而实现能量调节。（此法同时可使压缩机实现卸载起动）这种调节机构驱按气缸吸气阀或卸荷孔道启闭动力的不同，又有电磁式、油压式和气动式等。 见后两种结构不论用那种方式来卸载，一般都是以吸气压力为被调参数。因为吸气压力高即反映蒸发器的热负荷大，需要压缩机加载；反之，吸气压力低，则压缩机即应卸载。,常用卸载机构： （吸气回流法） 1）油压启阀式卸载机构 ： 以丹麦沙勃罗（SABROE）公司生产的SMC型八缸压缩机，采用的由双电磁阀控制的油压启阀式卸
32、载机构为例。后图详细说明,2）气动启阀式卸载机构：以日本DAIKIN公司生产的RKS型八缸压缩机的卸载机构为例 。,二、螺杆式制冷压缩机 1螺杆式制冷压缩机的结构和工作原理结构: （双螺杆式）,特点：凸形螺纹的转子3称为阳转子，通常，阳转子为主动转子，阴转子为从动转子。 为了相互啮合，主动转子为左旋螺纹，阴转子为右旋螺纹，两转子螺纹部分的轴向长度相等，并均小于一个螺旋导程，转子的长度与直径之比称为长径比，一般为1.01.7。 转子的端面齿形有对称圆弧齿形和形形色色的不对称齿形。不对称齿形效率高，并可在低转速时保持良好的性能，但加工较复杂。 图示 设有能量调节滑阀。,“喷油”是通过滑间上的喷油孔
33、向上喷射至两转子的啮合部位。 左图1120 喷油式压力润滑：在压缩机工作过程中，通过油泵将油喷射至两螺杆的工作部位及需润滑的部位，除对运动部件起到良好润滑作用外，还起到冷却、密封和降低噪声的作用。 （喷油式压缩机的排气温度一般不超过80）三角形的径向吸气口和径向排气口分别开在机体中段气缸内壁的前上方和后下方。右图1118,螺杆式制冷压缩机工作原理： 螺杆式制冷压缩机每一对啮合齿糟的工作分为吸气、压缩和排气三个过程。吸气、压缩、排气三个过程在同一时刻同时存在，只不过它们是发生在不同的齿槽空间。 下图所示 2螺杆式制冷压缩机的性能特点 1）理论排气量 ：VT 60 Cn C D L n m3/h
34、C n- 面积利用系数； C - 扭角系数； D - 阳转子外径，m； L - 转子的长度，m； n - 阳转子的转速，rmin。,结论： 当D、n、Cn、C一定时，螺杆式压缩机的理论排气量主要取决于转子的长度L。,2）螺杆式压缩机压缩终点压力不一定等于排气腔的压力。 因为螺杆式压缩机压缩终了时的压力仅与吸气压力、排气口的位置、转子的几何形状（即内容积比 吸入终了时容积与压缩终了时容积之比）和采用的制冷剂品种有关，而与装置的冷凝压力（即排出腔内压力）无关。 只有在外压力比（冷凝压力与蒸发压力之比）接近内压力比时，压缩机的工作才最经济。 通过修改压缩机径向和轴向排气口大小的方法去改变内容积比，使
35、之与外压力比的变化相适应。我国规定内容积比为2、6.3、6.5三种，相应制作生成排气h大小不同的滑阀，用更换滑阀来满足空调、一般冷藏、低温冷藏三种工况的需要。,3）输气系数随压力比的增加而减小。 因为在螺杆式压缩机中，输气系教主要取决于漏泄损失，而漏泄的多少又主要取决于压力比。4）可采用较高的转速（ 500 30 000 rmin），从而具有体积小、重量轻、金属材料消耗较少的优点。 因为螺杆式压缩机运动机构没有往复惯性，而且不需设置吸、排气阀 。 5）即使在低蒸发温度和高压力比的情况下工作时也能具有良好的性能。 螺杆式压缩机没有余隙容积，因而在压缩比较大时输气系数就要比往复式压缩机大得多。6）
36、在压力比较大时也可采用单级压缩。 因为喷油式螺杆压缩机因喷入大量润滑油，故排气温度可以降低。,螺杆式压缩机特点综述：螺杆式与活塞式压缩机相比，具有结构简单、体积小、输气系数高、然气温度低、单级压力比大、对吸入温蒸气不敏感、排气脉动小、易损件少、检修周期长、能量可无级调节等优点。但油路系统和辅助设备较复杂，耗油量大，噪声较大、转子加工精度要求高，价格高。 3螺杆式压缩机的能量调节方法 1）间断运行法； 2）吸气节流法； 3）变速调节法； 4）排气回流法； 5）吸气回流法。图示,4轴向力及其平衡 工作时，转子上存在着以下两个轴向力： 1）主动转子带动从动转子旋转所产生的轴向力： 作用在主动转子上的
37、这种轴向力与作用在从动转子上的力大小相等，但方向相反。在主动转子上是指向吸气端，而在从动转子上则是指向排气端。2）作用在转子上的气体压力所产生的轴向力（由以下两部分组成）：由作用在转子两端上的吸、排压力差所产生的轴向力。（其方向指向吸气端）因转子螺旋两侧气体压力不同而产生的轴向力。（在对称齿型中，这部分输向力在转子上可互相抵销。而在非对称齿型中，这部分轴向力的方向在阳转子上指向吸气端，而在阴转子上则指向排气端。） 轴向力的总和，在阳转子上较大，在阴转子上较小。,平衡轴向力的方法： 在阳转子上装有平衡活塞，以作为轴向力的主要承受装置，同时另设止推滚动轴承以作为辅助止推装置；而阴转子则往往只装设止
38、推滚动轴承。 新型螺杆式制冷压缩机采用多组全滚动轴承来承受全部径向力和轴向力。 5喷油式螺杆压缩机实例 WRVD 20411型船用喷油式螺杆压缩机,三、滚动转子式压缩机 （属容积型回转式压缩机）基本结构与工作原理：图示理论排气量： VT = /4 （DCDr）2 L n m3/s VT 理论排气量，m3/s ； DC、Dr 分别代表气缸和转子的直径，m； L 转子的长度，m； n 转子的转速，rmin。实际排气量： VS VT 输气系数,输气系数与下述三项损失有关：1）余隙损失；2）预热损失；3）泄漏损失。损失越大，输气系数越小。 影响三项损失的因素：压缩机的结构、转速、润滑油量、压力比、机器
39、的磨损程度等。对于既定的压缩机，输气系数主要与压力比有关。输气系数比较：在同样压力比的情况下，滚动转子式压缩机的输气系数比往复式压缩机高，可达0.70.9。原因：滚动转子式压缩机的余隙损失和吸气口的节流损失（无吸气阀）都比较小。,四、涡旋式制冷压缩机 （属回转容积式压缩机）基本结构：,工作原理：见图特点：效率高、体积小、重量轻、噪声低、结构简单且运转平稳、气体漏泄量少、不需排气阀组，故工作可靠、输气系数高，允许气体制冷剂中少量带液，可较好地用于小型制冷装置的新型压缩机，它与往复式压缩机相比，在同等制冷量条件下体积减少约40，重量减轻15。,11 5 冷凝器和蒸发器 一、冷 凝 器 1船用冷凝器
40、的功用和构造（卧式壳管式）冷凝器的功用： 将压缩机排出的高压高温的气态制冷剂冷却和冷凝成液态，供系统循环使用。,冷凝器构造及附件： l）安全阀;2）放空气阀;3）水室放气旋塞; 4)水室泄水旋塞;5)防蚀锌棒或表面涂以防蚀涂层。 当将冷凝器的下部空间兼作贮液器时，还设有液位计或液位镜。,2冷凝器的性能 （冷凝器排热能力应与压缩机热负荷相称）冷凝器的热负荷Q K ： 单位时间内所必须排出的热量，近似等于压缩机的制冷量Q 0和指示功率Pi之和。冷凝器的排热量 QK： 冷凝器在单位时间内被冷却介质所带走的热量。冷凝器的排热量： QK = K A（tk tw）K - 冷凝器的传热系数； A - 冷却水
41、管外表总面积 m2； tK - 冷凝温度 ； tw - 冷却水平均温度。,冷却水平均温度： tw = （tw1+ tw2） 1/2 = tw1tw 1/2 注：tw = tW2 tW1 为进、出口水的温升，一般取tw = 23 tK - tw2 = 35 即 tK - tw1 = 59 排热量 QK = G WCW（tW2 tW1） GW - 质量流量; CW - 比热进、出口水的温升： tw= QK /G WCW 得排热量： QK = （tk tw1）定义冷凝器的排热系数： = 1/（1/KA1/2 G WCW） 结论：QK 是 tk 的一次函数,tg = 1/（1/KA1/2 G WCW）
42、,冷凝器与压缩机的性能曲线：将冷凝器的排热量曲线QK与冷凝器热负荷曲线Qk作于同一座标图上 右图分析：从图中可以看出所有影响装置pk（tk）的因素。压缩机排气压力过高的原因：1）冷凝器脏污或有空气（K减小）、水量不足（GW减少）、冷凝器换热面积被制冷剂液体浸没过多或选用过小（A减小）；,2）冷却水进水温度tw1增高； 3）压缩机吸入压力增高（P。、t0增高）。,二、 蒸 发 器 1蒸发器的分类及构造按被冷却介质的不同分为两大类：,1）冷却液体的蒸发器： 指间接冷却系统的蒸发器。构造见图2）冷却空气的蒸发器： 制冷剂在管内蒸发直接冷却空气。,按空气流动方式分为两大类： 蒸发盘管：见下图优点：结构
43、简单、管理方便.缺点：自然对流传热系数小，放管路长、耗材多安装麻烦，充注制冷剂量大，变温也较麻烦。, 冷风机 优点；传热系数比普通盘管大46倍，结构紧凑，安装方便，冷库降温速度快，库内温度分布均匀，并可采用电热融霜，融霜简便并易于实现自动控制，所以使用日趋普遍。缺点；使食品干耗大、蓄冷能力小，结霜严重时会堵塞冷风气流等缺点，而且风机还会增加热负荷。,2蒸发器的性能 蒸发器的制冷量 Qoz： （单位时间的吸热能力） Qoz= A K t = A K（trto） A - 蒸发器的传热面积； K - 传热系数； t - 传热温差（近似地用被冷却介质的平均温度tr和平均蒸发温度to之差表示）。蒸发器的
44、传热温差： 冷却空气的冷风机、蒸发盘管取510 ； 冷却液体的则氨取5，氟利昂取610。 蒸发器的设计制冷量：一般取冷库额定热负荷的1.11.2倍。 蒸发器实际换热性能降低的原因：冷剂供液不足；结霜严重；风速降低；滑油积存太多；脏堵。,压缩机与蒸发器的性能变化对制冷量的影响。见右图,蒸发器实际换热性能降低其它原因：如果设计时蒸发器面积太小或单机多库中部分库停用，也会有同样影响。使用中压缩机性能下降，蒸发器的蒸发温度（蒸发压力）和制冷量也会降低。压缩机启停频繁原因之一：由于设计不匹配或管理不当，导致库温未到下限时蒸发压力过低，会使压缩机在低压继电器作用下提前停车，从而导致启停频繁。,116 制冷
45、装置的辅助设备,辅助设备：滑油分离器、贮液器、干燥器、过滤器及回热器等。,一、滑油分离器 滑油分离器作用：将制冷剂蒸气中混入的滑油分离出来，以免过多的滑油进入冷凝器和系统，阻塞管道和影响换热。结构： （氟利昂制冷装置多采用过滤式滑油分离器见左图）、（有的制冷装置在回油管上安装有其它元件见右图）,二、贮 液 器 贮液器作用： 在制冷剂循环量减少时避免制冷剂液位升高，浸没冷凝器冷却管，妨碍冷凝； 在冷剂循环量增大及系统稍有漏泄时仍保持足够 制冷剂液位； 制冷装置检修或长期停用时，可将系统中全部冷剂收存在贮液器中，减少漏失。,贮液器的平衡管的功用： 使冷凝器和贮液器压力平衡，便于制冷剂流入贮液器；
46、将贮液器中的制冷剂蒸气引入冷凝器。贮液器的存液井的作用： 在船舶可能摇摆的条件下，减少对出液管口液封所需要的液体数量； 使杂质和污物沉于底部，防止堵塞管路和阀件。,三、干燥器 作用：主要作用是吸收水分。水分在系统中的危害： 腐蚀金属，形成杂质； 产生冰塞 干燥剂：常用硅胶，可以再生。,四、回热器（专用于氟利昂系统）作用： 使液态制冷剂过冷； 防止闪气； 使气态制冷剂过热，防止压缩机液击。,117制冷装置的自动化元件 热力膨胀阀 高压继电器 低压继电器 温度继电器 油压差继电器 电磁阀 蒸发压力调节阀 水量调节阀等。,一、热力膨胀阀,1内平衡式热力膨胀阀的结构和工作原理 工作原理： 膜片所受力的
47、平衡条件为 : p1 = pops p1温包内压力 po蒸发压力 ps弹簧张力,压力随温度的变化曲线：见图,解释： 静止过热度或关闭过热度；使膨胀阀刚好回到关闭位置时的过热度 工作过热度；膨胀阀处于某一开度所对应的过热度。 过热度变化量；膨胀阀从额定开度到全关位置过热度的变化值。 我国规定将过热度变化量为时阀的开度定为额定开度。,蒸发器出口过热度与热力膨胀阀开度的关系图：见图,2外平衡式热力膨胀阀的结构和工作原理 结构：见右图工作原理：见下图,选用内平衡式或外平衡式热力膨胀阀的原则： 如果冷剂在蒸发盘管中的流动压力损失较大，则可以采用外平衡式结构； 同样大小的蒸发器用于高温库时可选用内平衡式膨
48、胀阀，而用于低温库则可能需选用外平衡式。,3热力膨胀阀的容量和选配 热力膨胀阀的容量Q：（阀在额定开度时流过的制冷剂完全气化时的吸热量。） Q = Gqo = C A（2 p qo）1/2 G-通过膨胀阀的制冷剂流量 kg/s ; qo-蒸发器中制冷剂的焓值增量 KJ/Kg ; A-阀的流通截面积 m2 ; p-阀前后的压力差 Pa ; -阀入口处制冷剂的密度Kg/m3 ; C-流量系数 C值一般是R12为 0.75085；R22为0.7；R717为0.50.6 。 膨胀阀容量大小首先取决于: 阀的型号（有不同的流通截面积A） ； 型号既定的膨胀阀，其容量取决于制冷剂性质和工况条件（阀前后压力差、蒸发温度和阀前液体过冷度），它们会影响 G 和qo的大小。,
