压缩式制冷循环空调器制冷系统设计.doc

1、 压缩式制冷循环空调器制冷系统设计1目 录摘要 2前言 3第一章 压缩式制冷技术概述 41.1 压缩式制冷技术原理 41.2 压缩式制冷技术应用概述 6第二章 压缩式制冷基本理论循环 82.1 压缩式制冷基本理论循环图示 82.2 压缩式制冷基本理论循环过程 82.3 压缩式制冷技术效率提高方法 13第三章 压缩式制冷循环空调器制冷系统设计 173.1 工程设计设计的一般方法与过程 173.2 压缩式制冷循环空调器制冷系统设计方法与过程 183.3 压缩式制冷循环空调器制冷系统工程图纸示例 21参考文献 24致谢 25压缩式制冷循环空调器制冷系统设计2摘 要制冷机械与空调设备在国民经济发展、人

2、民生活提高及国防装备保障中有着十分重要的作用。本文讲述了压缩式制冷空调器的制冷技术，首先对其最基本的压缩式制冷原理进行了阐述，通过介绍了解压缩式制冷技术应用的领域范围来强调压缩式制冷技术的重要性。接着对压缩式制冷基本理论循环进行了讲解，通过压缩式制冷基本理论循环图和其各个循环的过程进行详细的分析去寻找压缩式制冷技术提高制冷效率的方法。文章的最后设计了压缩式制冷循环空调器制冷系统，了解空调器工程设计的一般方法和过程后前提对压缩式制冷循环空调器进行设计，达到节能方便的目的。之后列举了一些压缩式制冷循环空调器制冷系统工程图纸示例。关键词 压缩式 制冷 空调器 设计压缩式制冷循环空调器制冷系统设计3前

3、 言随着时代的发展，制冷与空调行业已经成为衡量一个社会经济实力、科技水平与人民生活质量的重要标志之一，制冷技术在工业、农业、科学技术及国防等领域具有越来越重要的作用。与其他的技术型产业一样，环境保护、经济发展与技术进步的要求也是制冷空调产业发展的推动力。目前制冷空调业所面临的最重要的问题，也可以说最大的挑战与机遇就是如何实现环保与节能的产品发展目标。在环境保护方面，全球普遍关注的问题是，由臭氧层破坏和温室效应引起的日趋恶化的地球环境。蒙特利尔协议书的签署及其后相继通过的修订条例，都表明了世界各国对环境问题的普遍认知和国际上政府间的共识。这些协议的直接效果就是停止以及限制 CFCs和 HCFCs

4、 的使用，从而可以降低非环保型制冷剂的排放对大气的影响。在能源方面，自上世纪 70 年代的石油危机开始，全球的能源供求矛盾不但没有减轻，而且日趋突出。储量有限却不可再生的化石能源依然控制着世界经济发展的命脉，原油价格的飚升，战争的频繁出现，无不与能源的供求有关。在加大可再生能源的研究、开发与规模化利用的力度的同时，各种节能技术的推广应用就显得尤为重要，而制冷与空调行业又是关注的重点之一。以家用空调为例，在我国一些大城市中，空调的用电量已占居民用电量的 40%50%，刚刚过去的夏季电慌，再次敲响了节能的警钟。在国外，美日等工业发达国家的中央空调系统的全年能耗已占整个建筑物总能耗的 40%至 60

5、%，我国空气调节的耗电总量及其所占比重正处于增长期，节能任务任重道远。因此，探索、研究、开发、实践制冷与空调行业的新技术，以适应我国“节能优先”的能源战略的发展要求以及“资源持续利用、环境不断改善”的社会发展目标，是制冷行业义不容辞的责任。压缩式制冷循环空调器制冷系统设计4第一章 设计的方法压缩式制冷技术概述1.1 压缩式制冷技术原理1.1.1 压缩式制冷原理理论上，最简单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。从蒸发器出来的低温低压蒸气被吸入压缩机内，压缩成高压高温的过热蒸气，然后进入冷凝器。由于高压高温过热气体的温度高于其环境介质的温度，且其压力使气体能在常温下

6、冷凝成液体状态，因而排至冷凝器时，经冷却、冷凝成高压常温的液体。高压常温的液体通过膨胀阀时，因节流而降压，在压力降低的同时，液体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液体。把这种低压低温的液体引入蒸发器吸热蒸发，即可使其周围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。1.1.2 制冷压缩机的分类（1） 单级压缩制冷循环如前所述，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、汽液分离器及各种控制阀等

7、部件。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，经汽液分离器后，被压缩机吸入气缸内压缩成高压高温的过热蒸气。然后，经油分离器使其中所携带的润滑油分离出来，再进入冷凝器与冷却水进行热交换后凝结成高压中温的液体并流入贮液器。该高压液体通过调节站经膨胀阀节流降压后，再次进入汽液分离器。从汽液分离器出来的低压低温液体，进入蒸发器吸热蒸发产生冷效应，使周围温度下降，从而完成一个制冷循环。单级压缩制冷循环的性能指标：、单位制冷量 q0 即 1kg 制冷剂在蒸发器中所能制取的冷量。、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。、单位理论功。 指压缩机压缩每公斤制冷剂所消耗的

8、功。、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。、理论制冷系数 0 即单位制冷量与单位理论功之比。（2）两级压缩制冷循环制冷系统的冷凝温度（或冷凝压力）决定于冷却剂（或环境）的温度，而蒸发温度（或蒸发压力）取决于制冷要求。由于生产的发展，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。由理想气体的状态方程 Pv/TC 可知，此时若采用单级压缩制冷循环，则压缩终了过热蒸气的温度必然会很高（V 一定，PT） ，于是就会产生以下许多问题：、压缩机的输气系数 大大降低，且当压缩

9、比20 时，0 。、压缩机的单位制冷量和单位容积制冷量都大为降低。、压缩机的功耗增加，制冷系数下降。、必须采用高着火点的润滑油，因为润滑油的粘度随温度升高而降低。、被高温过热蒸气带出的润滑油增多，增加了分油器的负荷，且降低了冷凝器的传热性能。压缩式制冷循环空调器制冷系统设计5总上所述，当压缩比过高时，采用单级压缩循环，不仅是不经济的，而且甚至是不可能的。为了解决上述问题，满足生产要求，实际中常采用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，且操作也较复杂。因此，采用双级压缩制冷循环并非在任何情况下都是有利的，一般当压缩比8 时，采用双级压缩较为经济合

10、理。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

11、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单，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。因此实践中采用的基本上都是一次节流两级压缩制冷循环系统。至于采用哪一种中间冷却方式，由选用制冷剂的种类来决定。通常两级压缩氨制冷系统采用中间完全冷却，而两级压缩氟利昂制冷系统，则常采用中间不完全冷却。、 一次节流中间完全冷却的双级循环：这个系统的特点是采用盘管式中间冷却器。它既有两级节流的减少节流损失效果，又起到

12、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，被低压压缩机吸入并压缩成中间压力的过热蒸气，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。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，随后进入冷凝器被冷凝成制冷剂液体。然后分成两路，一路经膨胀阀节流降压后进入中间冷却器，大部分液体从另一路进入中间冷却器的盘管内过冷，但由于存在传热温差，故其在盘管内不可能被冷却到中间温度，而是比中间温度一般高 。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，最后进入蒸发器吸热蒸发，产生冷效应。这种循环系统只适用于717与22 的双级制冷循环系统中。

13、、一次节流中间不完全冷却的双级循环：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，最后经膨胀阀进入蒸发器吸热蒸发。这种循环系统，只适用于12 或22 的双级制冷循环系统中，而决不能用于氨的制冷系统中。这是因为：虽然高、低压级吸入蒸汽的过热度都比较大，但是因为氟利昂的绝热指数 K 值比氨要

14、小，故压缩机的排气温度不高。、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压缩式制冷循环空调器制冷系统设计6的中间液体分离器，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717 或22 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，采用双级压缩制冷循环，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，采用双级压缩循环的功耗也比单

15、级压缩循环的功耗降低。1.2 压缩式制冷技术应用概述1.2.1 压缩式制冷技术的应用制冷压缩机广泛的应用在各种制冷空调设备上，它取得如此快的发展，除了本身与往复式机器相比固有的优点外，还在于人们致力于对机器结构的不断研究和改进所得的成果，并付之实际应用。主要有以下几个方面：、普遍采用内容积比调节机构；、由于制冷装置采用两级压缩系统，设备费用较高等原因，他们研制了单机两级螺杆式压缩机，采用电动机直接驱动低压级的阳转子，通过它再驱动高压级阳转子；、改进螺杆式压缩机供油量和油质。机器吸气侧轴承润滑油，利用机械密封排出油，而排气侧轴承排出的油直接返回螺杆转子的基元容积中，这样使润滑油的用量控制在较低的

16、范围。另一方面，开发一种高品质的润滑油，机器内的制冷剂在油中溶解量少，产生闪发气体量小，油的粘度高，密封性号，但在低温的蒸发器里，要求油具有较低的粘度；、传统的螺杆式压缩机使用滑动轴承，径向间隙达 7100m 目前采用高质量的滚动轴承，径向间隙仅为 010m ，这样阳阴转子齿形间隙缩小，降低了接触线上的泄露，同时又可减少密封作用的喷油量，并且使用滚动轴承时它本身的用油量也减少，其运转40000h 后，转子轴径部位几乎无磨损；、采用水冷式电动机。机械效率提高；、在螺杆式气缸的适当位置开设中间补气孔口，与设置在机组上的经济器相连，组成带经济器的螺杆式制冷压缩机系统，节能效率十分明显。压缩式制冷系统

17、在航空中的应用，主要讨论一下其中的 LANTIRN 环控系统其优点如下：、 “蓄冷”节能；、高可靠性全封闭旋转活塞式压缩机吊舱环控系统采用了先进的全封闭旋转活塞式制冷压缩机，具有体积小、质量轻、能效比高、运转平稳、安全可靠等特点；、采用高效板翅式传热型面得紧凑三股流冷凝器/旁路热交换器合二为一，其芯体翅片层是由空气层、制冷剂层、空气层等交织而成。这种设计方案与单独另一个旁路回路相比较，在结构上要简单，质量和体积则节省很多；、采用适应变工作状态、宽蒸发温度范围的热力膨胀阀与民用地面制冷系统单一的工作状态不同吊舱的制冷系统的工作状态是随着飞行高度和速度的变化而急剧变化的。热力膨胀阀要求覆盖的蒸发温

18、度范围宽度达-2532并能实现工况下膨胀阀的膨胀比以压缩机排气量的迅速自动调节。此外压缩式制冷技术广泛的应用于钢铁、电力、冶金、造船、纺织、电子、化工、石油、矿山、轻工业、机械制造、造纸印刷、交通设施、食品医药、铸造喷涂、海运码头、军工科技、汽车工业、基础设施等领域： 、机械制造业：如加工中心程序控制、组合机床程序控制、零件检测、设备检测、压缩式制冷循环空调器制冷系统设计7汽车组装、制氧制氮设备的配套、生产流水线、喷涂、充气及工业机器人等等；、冶金工业：如金属的冶炼、烧结、冷轧、热轧、线材板材的打捆包装、连铸连轧的生产线等等； 、轻工业：如纺织、家用电器、皮鞋服装、印刷、包装、家具、卷烟、食品

19、、药厂、玻璃、建材等等； 、电子、实验、精密仪器行业：对于一些高精度的电子产品的生产、实验试验过程、精密仪空压机归属通用设备类，广泛应用于钢铁、电力、冶金、造船、纺织、电子、化工、石油、矿山、轻工业、机械制造、造纸印刷、交通设施、食品医药、铸造喷涂、海运码头、军工科技、汽车工业、航空航天、基础设施等领域： 、在化工、军工企业中，对于化工原料的输送、有害液体的灌装、炸药的包装、鱼雷的自动控制装置、舰艇的自动化设备、石油钻采等设备上已有大量应用； 、在电力行业中，电厂的辅机设备控制、燃煤的输送、除灰、工业水处理的配套等等应用必不可少； 、在交通运输业中，列车的制动闸、铁轨的变道装置、车辆门窗的开闭

20、、地铁的自动化控制、轮船的自动化设备、飞机的维修、汽车气垫船的充气、码头的装卸输送等等气动装置的应用很广； 、其它行业：如汽车维修、飞机场、医院、大型游乐场所等等 器的控制、检测起到很大作用。压缩式制冷循环空调器制冷系统设计8第二章 压缩式制冷基本理论循环2.1 压缩式制冷基本理论循环图示2.1.1 实际压缩式制冷循环示意图图 2-1-1-1 1 压缩机、2 冷凝器、3 节流阀、4 蒸发器理论上蒸汽压缩式制冷循环主要由压缩机（1） 、冷凝器（2） 、膨胀机和蒸发器（4）四个基本设备组成。实际上，由于膨胀机的构造复杂，而且收效不大，所以大多采用构造简单、操作方便的节流阀（3）代替。高压液态制冷剂

21、通过节流阀降压并降温，变成汽液混合物。然后经汽液分离器进行汽液分离，其中的液体制冷剂在蒸发器中吸收周围被冷却对象的热量而汽化，随即被压缩吸入并进行绝热压缩，压力和温度均上升。然后进入冷凝器中，被冷却介质冷却 凝结成同压力的液体。此后高压制冷剂液体又通过节流阀，进入下一轮制冷循环。2.2 压缩式制冷基本理论循环过程2.2.1 理想循环工作过程众所周知，逆卡诺循环和热力学第二定律奠定了实现制冷循环的基本理论。热力学第二定律告诉我们，热量从一个较低温度的物体流向较高温度的物体是一种不能自发实现的过程。为了实现这一过程，必须同时采取补偿过程。在人工制冷过程中，所采取的补偿方式，因制冷剂和制冷设备的不同

22、而分成蒸气压缩式、吸收式及蒸汽喷射式等制冷方法。螺杆式压缩制冷循环属于蒸气压缩制冷循环(其他尚有活塞式、离心式、涡旋式等) 之中一种。由于制冷剂在亡述的设备中的压缩过程处寸：过热蒸气状态，故统称为蒸气压缩制冷循环。螺杆式压缩制冷循环系统由螺杆式制冷压缩机、冷凝器、蒸发器及节流装置四大部件组成。空调用螺杆式压缩制冷系统一般采用单级螺杆式制冷压缩机，它属于回转式中的容积式制冷压缩机。其循环原理图如下：压缩式制冷循环空调器制冷系统设计9图 2-2-1-1 单机螺杆式压缩制冷循环原理图a单机螺杆式制冷压缩机，b冷凝器；c节流阀；d蒸发器 。理想循环工作过程:能够获得最大制冷系数的制冷循环，称为理想制冷

23、循环。其循环过程的方向与热机的理想卡诺循环过程的方向相反，故又称为逆卡诺循环。了解逆卡诺循环，可用来判断实际制冷循环优劣的一种准绳。应用热力学第二定律，描述为：在制冷循环中，为了将低温热源( )中吸取的热量(0T)连续地传向高温热源( )，必须从外界不断地加入该系统一定的能量，即循环功 ( )。0qkT 0W这样，上述制冷循环方能连续进行下去。连续制冷这种情况，与把低位水提高到高水位时，必须采用水泵对水施以外界能量的原理是相似的。图 2-2-1-2 水泵与螺杆式制冷压缩机的类似作用逆卡诺循环中可描述为：1kg 工质(制冷剂) 从低温热源吸收 q0 的热量，然后将它和所消耗的循环净功 w0 所转

24、换的热量，一齐排给高温热源（环境介质，如空气） ，它的热量为 qk.故，单位质量工质的热平衡式为(kJ/kg)0wqk对任意质量的工质（制冷剂） ，则上式可写成(Kj)Q逆卡诺循环的制冷系数与热力完善度：逆卡诺循环的制冷系数，如图 2-2-1-3 中，制冷剂在蒸发（4-1）产生的制冷量 ，与0q压缩过程（1-2）所消耗功的热当量 之比，称为逆卡诺循环的理论制冷系数，以符号0表示。对没 1kg 制冷剂而言，可表示成0 0wq式中 -每 1kg 制冷剂所制取的制冷量，kJ/kg ；0q-压缩 1kg 制冷剂所消耗的循环净功 ,kJ/kg。w从工程热力学知道，在图 2-2-1-3 上，每一过程曲线下

25、的面积大小即表示热量的多少。对制冷剂而言，熵增加的过程（4-1）即为吸热过程，熵减少的过程（2-3 ）即为放热过程。在 4-1 过程中，制冷剂的熵由 增加到 ，过程曲线下的面积为 4-1- - -4，所吸bsa asb收热量为 （即单位制冷量）：0q)(0basTq压缩式制冷循环空调器制冷系统设计10在 2-3 过程中，制冷剂所放出的热量 qk 用用过程曲线下的面积 2-3- - -2 表示，则bsa与两者的差值用面积 1-2-3-4-1 表示，即压缩 1kg 制冷剂所消耗的循环净功 w0 为= - =( )( - )0wkq00Tkasb故逆卡诺循环的理论制冷系数 可表示为：0000 )(T

26、sqkbakk 上式所表达的制冷系数 即为该理想循环中的最大制冷数。热力完善度。在实际制冷循环中，制冷剂在蒸发器中的吸热过程(41) 和在冷凝器中的放热过程(23)，总是存在一定的传热温差；在螺杆式制冷压缩机的压缩过程 (12)，存在机械摩擦、气动力学等的不可逆过程损失。在相同的高、低温热源温度情况下，实际制冷循环的制冷系数 E，与逆卡诺循环的制冷系数 之比称为热力善 n。0图 2-2-1-3 逆卡诺循环在 T-s 图上的表示1-2 为绝热压缩过程；2-3 为等温放热过程；3-4 为绝热膨胀过程；4-1 为等温吸热过程。2.2.2 双极蒸汽压缩式制冷循环2.2.2.1 一次节流、完全中间冷却的

27、双极压缩制冷循环循环过程：与单极压缩制冷循环之区别：大部分制冷剂必须在高、低压级两只汽缸中进行压缩，因此高、低压级两只压缩机的制冷剂质量循环量不同，同时增设了中间冷却器及膨胀阀。高压级压缩机吸入来自中间冷却器中状态 3 的饱和蒸汽，经绝热压缩后为状态4，并进入冷凝器中冷凝，状态 5 的冷凝饱和液体分为两部分：其中以部分经膨胀阀 1 节流至状态 6，这部分节流后的低温湿蒸汽用来冷却另以部分未经节流的饱和液体 5，以及冷却由低级压缩机排入中间冷却器中的过热蒸汽 2，相应变化为 5-7 和 2-3 过程。过冷液体 7 一次节流为状态 8 的低压湿蒸气，然后进入蒸发器中吸热、制冷并气化为状态 1，这部

28、分蒸气再由低压级压缩机吸入和压缩为状态 2 的过热蒸气，让后排入中间冷却器中冷却为状态3 饱和蒸气，被高级压缩机再次吸入并进行循环。当蒸发温度较低时，双极制冷循环可以达到以下目的：、降低压缩机的排气温度；、降低压力比；、减少节流损失（因膨胀阀 2 前的制冷剂已充分过冷，节流后干度较低）该制冷循环主要用于氨制冷系统。压缩式制冷循环空调器制冷系统设计11一级节流、中间完全冷却的双级压缩循环系统原理图及相应的 图：图 2-2-2-1-1 (a) 系统原理图 (b)p-h 图A-低压压缩机；B- 高压压缩机； C-冷凝器；E-蒸发器； F-中间冷却器；G-节流阀。2.2.2.2 一次节流、不完全中间冷

29、却的双极压缩制冷循环循环过程：与一次节流、完全中间冷却的双极压缩制冷循环之区别：低压级压缩机排出的过热蒸气（状态 2）不进入中间冷却器冷却，而直接与来自中间冷却器的饱和蒸气（状态 3）相混合，然后再被高压级压缩机吸入并压缩。同时，为了提高低压级压缩机的吸气过热度，增设了过冷器（即回热热交换器） ，使流出蒸发器的低温蒸气由 t0 升至 t1，而流出中间冷却器的过冷液体（状态 7）再进一步冷却至状态 8。该制冷系统主要使用于 R12、 R22 等氟利昂制冷系统。一级节流、中间不完全冷却的两级压缩循环系统原理图及相应的 图：图 2-2-2-2-2 (a) 系统原理图 (b)p-h 图A-低压压缩机；

30、B- 高压压缩机； C-冷凝器；E-蒸发器； F-中间冷却器；G-节流阀。过冷、过热都可以提高制冷量，但过热却要使压缩机多做功，所以提高过热是否能提高制冷系数还要看所增加的制冷量与额外增加的做工量的比值是否能大于理论循环的制冷系数值。另还需区别由于过热的位置不同将增加不同形式的制冷量：蒸发器内过热产生的制冷量为有效制冷量；在压缩机的吸气管中吸收环境空气中的热量而损失，这种吸气过热称为有害过热，有害过热始终使制冷系数降低。2.2.2.3 两级压缩制冷循环中间压力的选择压缩式制冷循环空调器制冷系统设计12在选择中间压力之前，先确定循环的型式和采用的制冷剂。通常在两级压缩中采用的制冷剂为 R717，

31、R22，R12 ，R502 等。当确定了循环型式,制冷剂种类,蒸发温度,冷凝温度以及制冷量之后，再确定循环的中间压力并计算循环的各项性能指标。 中间压力的选择有以下三种情况 在设计任务中已经规定了中间温度 这种情况下中间压力已经确定，无其它选择余地。如在有中间压力蒸发器的两级压缩制冷系统中，如下图制冷循环装置： 图 2-2-2-3-1 制冷循环装置A低压级蒸发器 B低压压缩机 C中间冷却器 D高压压缩机 E冷凝器 F中间压力蒸发器 G节流阀 具有中间压力蒸发器的两级压缩制冷机 已知一个蒸发温度和一个冷凝温度，要求出最佳中间压力，并根据这一中间压力确定高压级和低压级压缩机的理论输气量。 这种情况

32、对于生产厂家在设计制造单机配打两级压缩制冷机中具有现实的意义。此时循环的中间压力按制冷系数最大这一原则确定。由于循环的型式不同，制冷系数的表达式也不同，同时制冷系数都是以焓值表示的，而制冷剂的焓值与压力,温度之间又有相当复杂的关系，因此用试凑法或图解法求中间温度较为方便。具体步骤是先选取几个不同的中间温度1，2，3，算出相应的制冷系数 1，2，2， （采用E电子表格可以方便计算）然后画在以 和为坐标的图上。连接这些点，形成一条光滑曲线，找出对应于 的最佳中间温度，查制冷剂的热力性质表即可得最佳中间压力。此方法也可先选取几个不同的中间压力 Pm，画出 Pm 与 的曲线。对应于 的即为最佳中间压力

33、 P，查制冷剂的热力性质表即可得最佳中间温度。 在文献资料中，许多作者提出了确定最佳中间压力的经验公式和图线。按照这些经验公式和图线求得的中间压力与最佳中间压力很接近，在实用上是颇有价值的。在设计单机配打两级压缩制冷机时，可以作为选取中间温度（中间压力）的参考值，从而避免设计计算过程中的盲目性。下面列举几个经验公式和图线： a.按修正比例中项确定中间压力 （）P中间压力； Pe蒸发压力；Pc冷凝压力；压缩式制冷循环空调器制冷系统设计13修正系数，与制冷剂的种类有关，R22，0.90.95；R717，0.951。 （2）按温度的比例中项确定中间温度，然后根据制冷剂的热力学性质图,表确定最佳中间压

34、力（K）T中间温度； Te蒸发温度；Tc冷凝温度； b.贝林格对氨制冷机在蒸发温度 te=-35-10，tc=2035的范围内，过冷 5时的中间温度提出下列经验公式 Tm=Tp+5 （K ）T中间温度； Tp按压力比例中项相对应的中间温度； c.拉赛提出了蒸发温度 te=-40+40范围内对 R717 和 R12 都适用的经验公式 tm=0.4tc+0.6te+3 ()tm中间温度； tc冷凝温度；te蒸发温度。 根据（3）公式分别取一系列的c 和e 值作出诺模图，再根据的关系曲线。可直接在诺模图上查得中间温度 tm 和中间压力 Pm。 已知循环中使用的高压级和低压级压缩机的理论输气量以及蒸发

35、温度 te 和冷凝温度 tc，要求条符合这些输气量的中间压力。 这一情况对制造厂是有现实意义的，目前我国制冷压缩机大都已按系列化标准生产，压缩机的缸径,行程,转速以及适用的制冷剂分成几档。因此一般在设计两级压缩制冷系统时，均选用已生产的压缩机产品，而不是重新设计和制造压缩机。 当选用两台现有制冷压缩机时，其理论体积输气量 VH 和 VL 均已确定，因而此时的约束条件应是： （定值）理论体积输气量之比； VH高压级体积输气量；VL低压级体积输气量；H高压级质量流量；L低压级质量流量；H 高压级吸气比容；L低压级吸气比容；H 高压级输气系数；L低压级输气系数。 这一方法也可用试算法求解，即先预取一

36、系列的中间压力值 (可参见 3.2 中经验公式计算值作为预取值参考) ，即 Pm1，Pm2，Pm3，并计算出相应的高压级和低压级的理论输气量之比，1，2，3，绘制 和 Pm 的变化曲线，曲线同 =C 定值的交点即给出所求的中间压力 Pm。此方法也可先预取一系列的中间温度值绘出 和 Tm 的变化曲线，曲线同 =C 定值的交点即给出所求的中间温度 Tm。由 Tm 可求出中间压力Pm。 对于一个实际的设计任务，当用此法确定中间压力时，如果高压级和低压级的压缩机选配不当，会使制冷循环的经济性有所降低，此时就需要重新选择，重新进行计算。因此最好的办法是先按 3.2 的步骤确定出最佳中间压力及最佳中间压力

37、时的理论输气量比，再选配适宜的高,低压级制冷压缩机，使其理论输气量比尽可能接近最佳中间压力时的理论输压缩式制冷循环空调器制冷系统设计14气量，然后再 3)步骤根据已选择的高 ,低压级制冷压缩机确定实际运行的中间压力及其它各项技术经济指标。2.3 压缩式制冷技术效率提高方法2.3.1 压缩机的研究众所周知，压缩机是制冷系统的核心和心脏。压缩机的能力和特征决定了制冷系统的能力和特征。某种意义上，制冷系统的设计与匹配就是将压缩机的能力体现出来。因此，世界各国制冷行业无不在制冷压缩机的研究上投入了大量的精力，新的研究方向和研究成果不断出现。压缩机的技术和性能水平日新月异。 2.3.1.1 压缩机的高效

38、节能研究压缩机是制冷系统的核心耗能部件，提高制冷系统效率的最直接有效手段是提高压缩机的效率，它将带来系统能耗的显著降低。同时这样还能避免仅在系统上采取措施（如一味加大换热器面积等）所造成的材料消耗的大量增加。近年来，随着世界上能源紧缺形势的日益严重，各个国家越来越重视节能工作、对耗能产品的效率提出了越来越高的要求。由于各种损失诸如摩擦、泄漏、有害传热、电机损失、流动阻力、噪声振动等的存在，压缩机工作时实际效率远低于理论效率。因此，从理论上讲，任何能够降低任意一种损失的措施都能够提高压缩机的效率。这一客观事实导致了对压缩机的节能研究范围广、方向宽，研究课题与研究成果多种多样。目前国际上对压缩机的

39、节能研究工作主要集中在几个方面：研究润滑特性、压缩机轴承部位的摩擦特性以降低摩擦功耗、提高压缩机效率；降低泄漏损失以提高压缩机的效率；采用变频或变容技术通过制冷系统的出力与用户负荷的最佳匹配来实现节能，有关这方面的内容特别是变频技术目前已相对较为成熟且广为人知，在此不予赘述；气阀的研究是一个古老的课题但也是一个永恒的课题，改进气阀的设计以提高压缩机效率的研究永无止境也永有收获。这方面的研究非常之多，从气阀材料、运动规律、结构优化到适用理论、测试方法等包罗万象。总之，关于压缩机节能方面的研究已成为近年来制冷行业的一个首要热点问题。限于篇幅，本文在此不作具体的专题讨论。近年来国内的制冷压缩机行业对

40、产品的节能研究也给予了极大的关注。进展较大的产品主要是冰箱压缩机行业。在 UNDP/GEF 中国节能冰箱项目的推动和支持下，无论是企业对节能产品的认识还是冰箱压缩机的性能都产生了质的飞跃。目前国内企业冰箱压缩机产品的最高能效已达到 1.95 左右。国内的冰箱压缩机企业采取了大量的技术措施诸如高效电机甚至同步电机、凹形气阀、平面止推轴承、低粘度润滑油、新型吸气消音器、降低摩擦损失等，取得了巨大的效果。主要的问题在于目前国内企业缺乏自由技术、所采取的技术路线还以模仿为主，多数的企业对建立自己的技术基础还无意识、也无兴趣，制约了企业的技术发展能力。相对于冰箱压缩机行业，国内空调压缩机的节能研究还显得

41、波澜不惊、多年来压缩机的效率没有质的变化，较大的市场需求使得大多数的空调压缩机企业将精力集中在扩大产能上。随着国家对空调器能效水平要求的进一步提高以及我国空调器出口各种隐患的逐步呈现，国内空调压缩机企业的这种短视将无法适应节能形势发展的要求，也使企业的后续发展乏力。2.3.1.2 压缩机的噪音与振动研究目前，噪声已被视为严重污染之一。作为家用制冷设备的动力源和心脏，制冷压缩机的噪声问题，以成为衡量其综合性能的一个重要指标。实际上对于一台压缩机来讲，大部分噪声都是由于壳体被某些噪声源激发所产生的（例如被弹簧、制冷剂压力脉动、排气管、润滑油量等激发） 。但压缩机的噪声源和传递途径复杂多样，这就给压

42、缩机的消声降噪带来压缩式制冷循环空调器制冷系统设计15了很大困难。关于压缩机的噪声、振动，各国学者已经进行了大量且长期的研究。这里将这方面的主要研究工作成果概括如下：制冷压缩机的主要噪声源由进、排气辐射的空气动力噪声、机械运动部件产生的机械噪声和驱动电机噪声三部分组成：、 空气动力噪声压缩机的进气噪声是由于气流在进气管内的压力脉动而产生的。进气噪声的基频与进气管里的气体脉动频率相同，与压缩机的转速有关。压缩机的排气噪声是由于气流在排气管内产生压力脉动所致。排气噪声比进气噪声弱，所以，压缩机的空气动力性噪声一般以进气噪声为主。、 机械噪声压缩机的机械性噪声，一般包括构件的撞击、摩擦、活塞的振动、

43、气阀的冲击噪声等，这些噪声带有随机性，呈宽频带特性。、 电磁噪声压缩机的电磁噪声是由电动机产生的。电机噪声与空气动力性噪声和机械性噪声相比是较弱的。压缩机噪声源中进、排气空气动力性噪声最强，其次为机械性噪声和电磁噪声。通过深入研究，可以进一步认为压缩机噪声主要来自壳体振动（系由弹簧、制冷介质压力脉动和吸、排气管以及润滑油激励产生）并向周围空气介质传播而形成噪声。围绕降低压缩机辐射噪声，众多文献（略）提出了一系列的降噪减振措施和方案：、增加壳体结构整体刚性以提高共振频率且降低振动幅值；、避免壳体曲率的突变，对于曲面而言，固有频率与曲率半径成反比，因此壳体形状应采用最小的曲率半径；、将悬挂弹簧支承

44、移至具有较高刚性的位置；、壳体应采用尽可能少的平面；弯曲应力与膜应力的耦合（只出现在曲面上）会使壳体本身具有较大的刚性，因此压缩机壳体应尽可能少地采用平面结构；、避免排气管路和冷凝器的激励，优化排气气流脉动，采用在排气管路中引入附加容积的方法来消除压力脉动谱中的高阶谐波量；、采用非对称的壳体形状；具有对称结构意味着具有三维主轴，沿主轴应力最大且阻力最小。因此具有不对称压缩机壳体结构意味着能够大大减小沿某一主轴方向作用力同时出现的几率；、设置进、排气消声器，封闭式压缩机中的消声器一般为抗性消声器，它利用管道截面变化、共振腔引起声阻抗改变来反射或消耗声能，或利用声程差使声波相位相差 180度来抵消

45、消声器内的噪声。在压缩机壳体外侧封闭联通一个 Helmholtz 共鸣器，即：由Helmholtz 共鸣器的腔室通过孔颈与压缩机壳体内部空腔相连成，以降低压缩机腔内受激声学模态的幅值。实验结果表明：将共鸣器共振频率调制到实际压缩机空腔的最大受激振动模式上，会大幅降低共振峰值和导致响应频谱的显著改变。但是这样会影响压缩机外观和在冰箱中的布置，其研究结果尚未应用于产品中。剩余润滑油量和电机端线圈绕组也会导致同种型号成批压缩机声级之间存在差异（偏离声级平均值） 。通过改变壳体外部支承来增加扭转刚度，且减小振动面；噪声研究的复杂性要求研究者具有较强的理论素质、要求企业具有较好的技术基础、并且需要较大的

46、投资和较长的时间。这方面是国内压缩机企业的薄弱环节之一，目前基本上处于定性的实验研究阶段，伴随着很大的随意性和偶然性。2.3.1.3 新制冷剂的应用压缩式制冷循环空调器制冷系统设计16基于环保要求的新制冷剂的应用也是制冷压缩机行业的一个热点问题，随着用于冰箱产品的 R22 制冷剂替代工作的结束，新制冷剂压缩机的研究近年来主要集中在空调行业。除了目前已比较成熟的 R410A、R407C 方面的研究外，近年来最大的热点问题是二氧化碳压缩机的研究。本文仅对这方面的问题作一介绍。目前关于 CO2 的研究和应用主要集中于三个方面：一方面是最急需替代制冷剂的应用场合，如汽车空调，由于制冷剂排放量大，对环境

47、的危害也大，必须尽早采用对环境无危害的制冷剂；另一方面是考虑到 CO2 循环的特点，最利于采用这种循环的应用场合，如热泵热水器则是考虑到 CO2 在超临界条件下放热存在一个相当大的温度滑移有利于将热水加热到一个更高的温度的特点而倍受关注；再一方面是考虑到 CO2 的热物理性质和迁移性质特点，采用 CO2 作为制冷剂，如考虑到 CO2 良好的低温流动性能和换热特性，采用它作为复叠制冷循环低温级制冷剂。压缩机作为跨临界二氧化碳空调系统效率及可靠性影响最大的部件，应当充分结合二氧化碳超临界循环具体特点重新进行设计。CO2 和氨一样，其绝热指数 K 值较高，达1.30，这可能会使压缩机排气温度偏高，但

48、由于 CO2 需要的压缩机的压比小，因此不需要对压缩机本身进行冷却。正因为绝热指数高，压比小，可减小压缩机余隙容积的再膨胀损失，使压缩机容积效率较高。经过实验和理论研究，Jurgen SUB 和 Horst Kruse 发现，往复式压缩机有良好的油膜滑动密封，成为 CO2 系统的首选。BOCK 对其二氧化碳压缩机排气阀进行了改进，排气改良后的二氧化碳压缩机效率提高了 7%。由于二氧化碳系统压力远远大于传统的压临界循环系统，压缩机的轴封设计要求比原有压缩机高得多，压缩机的轴封泄漏在一段时间内仍将是目前阻碍其实用化的主要原因。Danfoss、Denso 、ZEXEL 等已进入二氧化碳压缩机小批量生产阶段。IEA 在 1999 年 3 月，联合日本、挪威、瑞典、英国和美国启动 “Se