蒸汽壓縮制冷原理

*第一節(jié)*

蒸氣壓縮式制冷裝置的工作原理一、單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)二、單級(jí)制冷壓縮機(jī)的工況和特性理論循環(huán)的假設(shè)，實(shí)際循環(huán)的熱力計(jì)算參數(shù)概念。工況參數(shù)(冷凝溫度、蒸發(fā)溫度)、過(guò)冷度、過(guò)熱度變化對(duì)性能的影響、壓縮機(jī)工況的概念。1山東交通學(xué)院吳碩11-2-1單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)制冷循環(huán)分析和計(jì)算，常用壓焓圖和溫熵圖，其中壓焓圖使用廣泛。船用壓縮式制冷裝置大都使用中、高溫制冷劑，高溫制冷劑標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)t。>0℃的制冷劑；中溫制冷劑0℃>t。>一70℃者；低溫制冷劑t。<一70℃者屬于低溫制冷劑。如氨、氟利昂12、氟利昂22等，并多采用單級(jí)壓縮。下面就借助于壓焓圖來(lái)研究單級(jí)壓縮制冷循環(huán)2山東交通學(xué)院吳碩補(bǔ)充內(nèi)容焓熵焓是系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)，具有能量的意義。若在一可逆的微小狀態(tài)變化過(guò)程中，1kg工質(zhì)與外界交換的熱量為δq，工質(zhì)的溫度為T，則工質(zhì)熵的微小變化量ds定義為：ds=δq/T3山東交通學(xué)院吳碩X=0X=1lgPh壓焓圖干度線比容線等熵線飽和液體線等壓線濕蒸氣區(qū)飽和蒸氣線補(bǔ)充內(nèi)容等溫線等溫線T1>t2t1t2過(guò)熱干蒸汽區(qū)過(guò)冷液體區(qū)臨界點(diǎn)s1s2S1<S24山東交通學(xué)院吳碩11-2-1-1單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)1、理論循環(huán)假設(shè)；

(1)壓縮過(guò)程不存在換熱和流阻等不可逆損失等熵過(guò)程(2)制冷劑流過(guò)熱交換器和管路時(shí)沒(méi)有阻力損失等壓過(guò)程(3)制冷系統(tǒng)中除熱交換器外，與外界無(wú)任何熱交換，流過(guò)膨脹閥時(shí)未作功，又無(wú)熱交換等焓過(guò)程5山東交通學(xué)院吳碩11-2-1-1單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)2、理論循環(huán)在壓焓圖上的表示過(guò)程線1—2等熵壓縮過(guò)程壓力由p0提高到pk壓縮機(jī)對(duì)制冷劑作功制冷劑溫度提高點(diǎn)2處于過(guò)熱蒸氣狀態(tài)過(guò)程線2—3制冷劑在冷凝器內(nèi)的冷卻、冷凝、過(guò)冷，蒸氣在等壓下先放熱冷卻降溫，再繼續(xù)等壓等溫放熱冷凝，然后等壓過(guò)冷。6山東交通學(xué)院吳碩11-2-1-1單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)過(guò)程線3—4冷劑通過(guò)膨脹閥的節(jié)流過(guò)程壓力由pk降到po，溫度由tk降到t0，并進(jìn)入兩相區(qū)節(jié)流前后制冷劑焓值不變過(guò)程線4---1等壓氣化過(guò)程制冷劑吸取熱量不斷氣化向干度增大方向，直到過(guò)熱蒸氣由熱力狀態(tài)圖和表可確定循環(huán)中的各點(diǎn)參數(shù)7山東交通學(xué)院吳碩11-2-1-2單級(jí)蒸氣壓縮制冷的

實(shí)際循環(huán)及熱力計(jì)算實(shí)際循環(huán)壓縮過(guò)程是熵值增加的多變過(guò)程節(jié)流過(guò)程有吸熱，焓值也略有增加制冷劑在管道、熱交換器和壓縮機(jī)中流動(dòng)時(shí)存在阻力損失和熱交換8山東交通學(xué)院吳碩11-2-1-2單級(jí)蒸氣壓縮制冷的

實(shí)際循環(huán)及熱力計(jì)算b-c壓縮機(jī)多變壓縮過(guò)程g1bae2cfg-1:蒸發(fā)器后到壓縮機(jī)吸口有壓力損失及溫升過(guò)程。1-a壓縮機(jī)吸氣通道和吸氣閥阻力損失的過(guò)程a-b壓縮前受吸氣通道和剛體的加熱過(guò)程ph9山東交通學(xué)院吳碩11-2-1-2單級(jí)蒸氣壓縮制冷的

實(shí)際循環(huán)及熱力計(jì)算f-g蒸發(fā)器中和吸氣管中流阻損失的汽化過(guò)程g1bae2cfc-2壓縮機(jī)排氣通道和排氣閥阻力損失的過(guò)程2-e排氣管、冷卻、冷凝管、和液管流動(dòng)阻力的換熱過(guò)程e-f膨脹閥中從外界吸熱的節(jié)流過(guò)程ph10山東交通學(xué)院吳碩11-2-1-2單級(jí)蒸氣壓縮制冷的

實(shí)際循環(huán)及熱力計(jì)算g-1:蒸發(fā)器后到壓縮機(jī)吸口有壓力損失及溫升過(guò)程。1-a壓縮機(jī)吸氣通道和吸氣閥阻力損失的過(guò)程a-b壓縮前受吸氣通道和剛體的加熱過(guò)程b-c壓縮機(jī)多變壓縮過(guò)程c-2壓縮機(jī)排氣通道和排氣閥阻力損失的過(guò)程2-e排氣管、冷卻、冷凝管、和液管流動(dòng)阻力的換熱過(guò)程e-f膨脹閥中從外界吸熱的節(jié)流過(guò)程f-g蒸發(fā)器中和吸氣管中流阻損失的汽化過(guò)程g1bae2cfph11山東交通學(xué)院吳碩11-2-1-2單級(jí)蒸氣壓縮制冷的

實(shí)際循環(huán)及熱力計(jì)算g1bae2cf354為了計(jì)算簡(jiǎn)單，分析方便，進(jìn)行簡(jiǎn)化處理：即1-2-3-4-5-1過(guò)程ph12山東交通學(xué)院吳碩11-2-1-2單級(jí)蒸氣壓縮制冷的

實(shí)際循環(huán)及熱力計(jì)算熱力計(jì)算：(1)單位質(zhì)量制冷量

qo＝hl—h5kJ／kg如吸氣管中吸熱可忽略不計(jì)，則5-1過(guò)程全在蒸發(fā)器中進(jìn)行(2)單位容積制冷量

qv=q0/vlkJ／kg(3)等熵壓縮單位理論功

wi=h2-h1kJ／kg(4)理論制冷系數(shù)

ε=q0/w0=h1-h5/h2-h1

g1bae2cf354ph13山東交通學(xué)院吳碩11-2-1-2單級(jí)蒸氣壓縮制冷的

實(shí)際循環(huán)及熱力計(jì)算熱力計(jì)算：(5)制冷劑的質(zhì)量流量G=Q0／q0=Q0／(h1一h5)kg/s(6)壓縮機(jī)容積流量(按吸氣狀態(tài)容積計(jì)算)Vs=G·v1=Q0·v1/q0=Q0/qv(7)壓縮機(jī)的理論流量VT=Vs/λ=Q0/(λ·qv)m3/s(8)壓縮機(jī)的理論功率PT＝G·w0kWg1bae2cf354ph14山東交通學(xué)院吳碩11-2-1-2單級(jí)蒸氣壓縮制冷的

實(shí)際循環(huán)及熱力計(jì)算(9)壓縮機(jī)的指示功率pi=G·wi

=G·w0/ηi=PT/ηikW(10)壓縮機(jī)的軸功率p=pi/ηm=pT/(ηmηi)=pT/η

(11)單位軸功率制冷量Ke=Q0/p=ε·η

(12)冷凝器的熱負(fù)荷

Qk=Qo+pikWg1bae2cf354ph15山東交通學(xué)院吳碩問(wèn)題：制冷劑由高壓變?yōu)榈蛪阂?1)為分界點(diǎn)。冷劑流經(jīng)膨脹閥(2)相等，冷劑由(3)液體變成(4)蒸氣。冷劑在蒸發(fā)器進(jìn)口是(5)、出口是(6)。冷劑在蒸發(fā)器中完全氣化前是(7)壓(8)溫過(guò)程、干度(9)。冷劑在壓縮機(jī)吸氣管中吸熱流動(dòng)過(guò)熱度(10)、壓力(11)，冷劑在壓縮機(jī)進(jìn)口是(12)蒸氣、出口是(13)蒸氣；冷劑在液管中流動(dòng)一般是(14)壓(15)溫過(guò)程。膨脹閥比焓過(guò)冷濕濕蒸氣過(guò)熱蒸氣降增加增加降低過(guò)熱過(guò)熱降升降11-2-1-2單級(jí)蒸氣壓縮制冷的實(shí)際循環(huán)及熱力計(jì)算16山東交通學(xué)院吳碩11-2-2單級(jí)制冷壓縮機(jī)工況和特性制冷壓縮機(jī)工況：指決定其理論循環(huán)的溫度條件：主要指蒸發(fā)溫度、吸氣溫度、冷凝溫度、膨脹閥前過(guò)冷度。蒸發(fā)溫度對(duì)應(yīng)于蒸發(fā)壓力的飽和溫度蒸發(fā)壓力由蒸發(fā)器產(chǎn)氣量和壓縮機(jī)吸氣量間的質(zhì)量平衡決定如庫(kù)溫降低，蒸發(fā)器傳熱不良，則蒸發(fā)量減少，p0就降低冷凝溫度對(duì)應(yīng)于冷凝壓力的飽和溫度冷凝壓力由壓縮機(jī)排氣量與冷凝器冷凝量的質(zhì)量平衡來(lái)決定如壓縮機(jī)吸氣壓力高，質(zhì)量流量大，則冷凝壓力就高17山東交通學(xué)院吳碩11-2-2-1工況參數(shù)對(duì)制冷工作影響制冷壓縮機(jī)制冷量可由下式表示：Q0＝Gq0＝λVTq0／v1＝λVT·qv

制冷壓縮機(jī)的軸功率則可寫為：P=Gw0/η=λVTw0/v1η=λVTwvη式中：wv=w0/v1——壓縮機(jī)單位容積壓縮功壓縮機(jī)在轉(zhuǎn)速n和工作缸數(shù)不變情況下：理論吸氣量VT將為定值，從式看出，壓縮機(jī)的Q0隨輸氣系數(shù)λ和單位容積制冷量qv而變。而軸功率P則與λ、壓縮機(jī)總效率η和單位容積壓縮功wv有關(guān)。事實(shí)上λ、Q0、η和wv均隨工況溫度條件而變

18山東交通學(xué)院吳碩(1)其他條件不變，冷凝溫度tk變化(升高)的影響hp冷凝溫度tk時(shí)：1-2-3-4-5-6-1冷凝溫度升高為t′k時(shí)：1-2′-3′-4′-5′-6′-11256tkt034t′k5′4′3′2′6′11-2-2-1-1冷凝溫度tk變化(升高)的影響19山東交通學(xué)院吳碩(1)其他條件不變，冷凝溫度tk變化(升高)的影響hp1256tkt034t′k5′4′3′2′6′q′0q0不變單位制冷量q0輸氣系數(shù)吸氣比容v1

qvQ011-2-2-1-1冷凝溫度tk變化(升高)的影響20山東交通學(xué)院吳碩(1)其他條件不變，冷凝溫度tk變化(升高)的影響hp1256tkt034t′k5′4′3′2′6′w0w0‘不變單位壓縮功w0

吸氣比容v1

wvP制冷系數(shù)11-2-2-1-1冷凝溫度tk變化(升高)的影響21山東交通學(xué)院吳碩問(wèn)題：下列()會(huì)使冷凝溫度tk增高。A.冷卻水流量減少B.空氣進(jìn)入系統(tǒng)C.制冷裝置工作時(shí)間長(zhǎng)D.冷凝器換熱面臟污E.冷卻水溫度降低F.冷劑量過(guò)多換熱管浸于液體中切記：使冷凝效果下降或壓縮機(jī)排氣量升高的因素，都會(huì)使冷凝溫度(壓力)升高。反之降低。11-2-2-1-1冷凝溫度tk變化(升高)的影響22山東交通學(xué)院吳碩11-2-2-1-1冷凝溫度tk變化(升高)的影響空23山東交通學(xué)院吳碩蒸發(fā)溫度t0時(shí)：1-2-3-4-5-6-1蒸發(fā)溫度降低為t′0時(shí)：1′-2′-2-3-4-5-6-6′-1′hp1256tkt0342′6’t′01′11-2-2-1-2蒸發(fā)溫度t0變化(降低)的影響24山東交通學(xué)院吳碩ph1256tkt0342′6′t′01′單位制冷量q0

吸氣比容v1

制冷劑質(zhì)量流量GQ0q′0q011-2-2-1-2蒸發(fā)溫度t0變化(降低)的影響25山東交通學(xué)院吳碩ph1256tkt0342′6’t′01′w’0w0P單位壓縮功w0

制冷劑質(zhì)量流量G

時(shí)，P最大下頁(yè)解釋11-2-2-1-2蒸發(fā)溫度t0變化(降低)的影響t0溫度降低PTQ026山東交通學(xué)院吳碩問(wèn)題：下列()會(huì)使蒸發(fā)溫度t0降低。A.冷庫(kù)加入新食品B.蒸發(fā)器化霜C.膨脹閥開度調(diào)大D.壓縮機(jī)工作缸數(shù)增加E.蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低F.蒸發(fā)器結(jié)霜加厚G.冷庫(kù)庫(kù)溫降低H.壓縮機(jī)皮帶打滑切記：使蒸發(fā)器蒸發(fā)量下降或壓縮機(jī)抽氣量升高的因素，都會(huì)使蒸發(fā)壓力下降。反之升高。(假設(shè)每一行程壓縮機(jī)抽氣量不變）11-2-2-1-2蒸發(fā)溫度t0變化(降低)的影響27山東交通學(xué)院吳碩11-2-2-1-2蒸發(fā)溫度t0變化(降低)的影響空28山東交通學(xué)院吳碩(3)其他條件不變，供液過(guò)冷度、吸氣過(guò)熱度的影響冷凝器2’1’回?zé)崞?4’膨脹閥5’蒸發(fā)器111-2-2-1-3過(guò)冷度和過(guò)熱度的影響29山東交通學(xué)院吳碩(3)其他條件不變，供液過(guò)冷度、吸氣過(guò)熱度的影響ph125pkp0344′2′5′1′無(wú)過(guò)冷過(guò)熱時(shí)：1-2-3-4-5-1有過(guò)冷過(guò)熱時(shí)：1′-2′-2-3-4-4′-5′-5-1-1′11-2-2-1-3過(guò)冷度和過(guò)熱度的影響30山東交通學(xué)院吳碩(3)其他條件不變，供液過(guò)冷度、吸氣過(guò)熱度的影響ph125pkp0344′2′5′1′q′0q0Q0過(guò)冷度q0P不變11-2-2-1-3過(guò)冷度和過(guò)熱度的影響31山東交通學(xué)院吳碩(3)其他條件不變，供液過(guò)冷度、吸氣過(guò)熱度的影響ph125pkp0344′2′5′1′q′0q0w′0w0過(guò)熱度q0w0?R12R22R717不變(略降)11-2-2-1-3過(guò)冷度和過(guò)熱度的影響32山東交通學(xué)院吳碩(3)其他條件不變，供液過(guò)冷度、吸氣過(guò)熱度的影響ph125pkp0344′2′5′1′q′0q0w′0w0過(guò)熱度q0Pv1GQ0R12R22R717不變(w0G)11-2-2-1-3過(guò)冷度和過(guò)熱度的影響33山東交通學(xué)院吳碩(3)其他條件不變，供液過(guò)冷度、吸氣過(guò)熱度的影響有害過(guò)熱：發(fā)生在蒸發(fā)器后的吸氣管中的過(guò)熱過(guò)程，裝置的q0未增加，Q0和下降。過(guò)熱度大小的確定：氨蒸發(fā)器出口：干飽和蒸氣壓縮機(jī)吸氣過(guò)熱度：5~8oC氟利昂：蒸發(fā)器出口過(guò)熱度3~6oC對(duì)制冷系數(shù)的影響防止液擊，減少有害過(guò)熱11-2-2-1-3過(guò)冷度和過(guò)熱度的影響34山東交通學(xué)院吳碩(3)其他條件不變，供液過(guò)冷度、吸氣過(guò)熱度的影響回?zé)嵫h(huán)：利用氣液換熱器(回?zé)崞?使膨脹閥節(jié)流前的冷劑液體與壓縮機(jī)吸入前的冷劑蒸氣進(jìn)行熱量交換，使液體過(guò)冷、氣體過(guò)熱，這個(gè)工作循環(huán)就是~~。冷凝器2’1’回?zé)崞?4’膨脹閥5’蒸發(fā)器111-2-2-1-3過(guò)冷度和過(guò)熱度的影響35山東交通學(xué)院吳碩問(wèn)題：在回?zé)崞髦?，為什么液態(tài)冷劑能向氣態(tài)冷劑放熱？壓力溫度焓值過(guò)冷度液態(tài)冷劑流過(guò)回?zé)崞鲿r(shí)：氣態(tài)冷劑流過(guò)回?zé)崞鲿r(shí)：壓力溫度焓值過(guò)熱度11-2-2-1-3過(guò)冷度和過(guò)熱度的影響36山東交通學(xué)院吳碩(3)其他條件不變，供液過(guò)冷度、吸氣過(guò)熱度的影響h125pkp0344′2′5′1′p過(guò)熱度>過(guò)冷度11-2-2-1-3過(guò)冷度和過(guò)熱度的影響37山東交通學(xué)院吳碩(3)其他條件不變，供液過(guò)冷度、吸氣過(guò)熱度的影響裝置是否可采用回?zé)嵫h(huán)?YesYes(防止閃氣)NoR12R22R717從冷凝器出來(lái)的冷劑由于過(guò)冷度低，在膨脹閥前降低到氣化對(duì)應(yīng)的壓力而產(chǎn)生氣泡，使進(jìn)入膨脹閥的冷劑量減少的現(xiàn)象。11-2-2-1-3過(guò)冷度和過(guò)熱度的影響氨氣38山東交通學(xué)院吳碩11-2-2-1-3過(guò)冷度和過(guò)熱度的影響39山東交通學(xué)院吳碩2、制冷壓縮機(jī)的性能曲線[RefrigerationCompressor][PerformanceCurve]-30-20-1001009018027030456075蒸發(fā)溫度t0/oC制冷量Q0

/(103kcal/h)軸功率P/kW冷凝溫度tk=40oC冷凝溫度tk=30oC11-2-2-2制冷壓縮機(jī)性能曲線40山東交通學(xué)院吳碩問(wèn)題：制冷壓縮機(jī)性能曲線以(tk、t0、t、t)為橫坐標(biāo)，以(tk、t0、t、t

)為參變量。由tk和t0可確定(q0、、Q0、Pi、w0、P)。11-2-2-2制冷壓縮機(jī)性能曲線41山東交通學(xué)院吳碩工況/參數(shù)q0w0Q0Ptkt0過(guò)冷t——過(guò)熱t(yī)R12??R22——R71711-2-2-2制冷壓縮機(jī)性能曲線42山東交通學(xué)院吳碩11-2-2-2制冷壓縮機(jī)性能曲線43山東交通學(xué)院吳碩11-2-2-3制冷壓縮機(jī)的工況

壓縮機(jī)的制冷量和軸功率等參數(shù)隨工況條件變化，為了衡量、比較壓縮機(jī)性能，制定公認(rèn)的溫度條件(名義工況)，作為壓縮機(jī)制冷量選用和比較的標(biāo)準(zhǔn)。銘牌上標(biāo)示的制冷量和功率一般是在標(biāo)準(zhǔn)工況下的值，如為空調(diào)專用，則為空調(diào)工況。名義工況(舊)標(biāo)準(zhǔn)工況空調(diào)工況44山東交通學(xué)院吳碩11-2-2-3制冷壓縮機(jī)的工況名義工況(新)高溫工況中溫工況低溫工況最大壓差工況：用來(lái)考核壓縮機(jī)零件強(qiáng)度、排氣溫度、油溫、電機(jī)繞組溫度。最大軸功率工況：用來(lái)考核壓縮機(jī)噪聲、振動(dòng)，并依此選配電動(dòng)機(jī)。45山東交通學(xué)院吳碩11-2-2-3制冷壓縮機(jī)的工況問(wèn)題：同一臺(tái)壓縮機(jī)用于冷庫(kù)和空調(diào)，制冷量在()工況時(shí)較大?？照{(diào)壓縮機(jī)A的高溫工況和B的低溫工況制冷量相等，那么壓縮機(jī)(A、B)的活塞行程容積較大。46山東交通學(xué)院吳碩11-2-2-3制冷壓縮機(jī)的工況制冷機(jī)實(shí)際運(yùn)行工況隨運(yùn)行地區(qū)的氣候條件和使用情況而變實(shí)際工作工況下的制冷量，可從性能曲線上查得如無(wú)性能曲線可查，則可式(11—13)、(11—14)估算制冷機(jī)工況必須限定在一定的范圍內(nèi)，以保證運(yùn)行的安全與可靠船用氟利昂活塞式單級(jí)制冷壓縮機(jī)規(guī)定的設(shè)計(jì)和使用條件見表11—3、11—4（P232）47山東交通學(xué)院吳碩11-2-2-3制冷壓縮機(jī)的工況工況制冷劑(oC)冷凝溫度(oC)蒸發(fā)溫度(oC)過(guò)冷溫度(oC)吸入溫度(oC)標(biāo)準(zhǔn)工況R71730－1525－10R2230－152515R1230－152515R50230－152515空調(diào)工況R7174053510R224053515R124053515活塞式制冷壓縮機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)工況和空調(diào)工