(08)第八章：蒸气压缩式制冷装置的运行与调节

1、 南理工动力学院2007-2010 China江苏 江苏 Refrigeration For Undergraduate Student Student Nanjing University of Sci. & Tec. 余延顺 August 6, 2021 第八章:制冷系统 的运行与调节 南理工动力学院2007-2010 China江苏 江苏 Refrigeration For Undergraduate Student Student Nanjing University of Sci. & Tec. 余延顺 August 6, 2021 第十七讲：制冷系统的 运行与调节 Refriger

2、ation For Undergraduate Nanjing University of Science & Technology 南理工动力学院2007-2010 主要内容 l蒸气压缩式制冷系统的工作特性（重点） l制冷系统的运行调节 l制冷系统的自动控制（请自学） l制冷系统的故障分析（请自学） 3 3 南理工动力学院2007-2010 China江苏 江苏 Refrigeration For Undergraduate Student Student Nanjing University of Sci. & Tec. 一、蒸气压缩式制冷系统的工 作特性 Refrigeration Fo

3、r Undergraduate Nanjing University of Science & Technology 南理工动力学院2007-2010 简单制冷系统 5 5 室内机室外机 连接管 压缩机 气液分离器 四通阀 冷凝器 蒸发器 节流装置 制冷系统制冷系统 主要设备主要设备 （四大基（四大基 本部件）本部件） Refrigeration For Undergraduate Nanjing University of Science & Technology 南理工动力学院2007-2010 l制冷系统的设计 根据系统使用目的及使用环境参数 确定设计工况 选择最佳的部件和自动控制设备（

4、压缩机、冷凝器、蒸发器、制 冷剂流量控制机构、风机、电机及自控设备等） 使各设备能力匹配 实际使用中，内部参数（te、tc)与外部参数（冷凝器、 蒸发器通过介质流量、入口温度等）发生变化，其性能将 如何变化？各设备是否匹配？必须考虑的问题！ 6 6 必须研究制冷系统的性能！必须研究制冷系统的性能！ Refrigeration For Undergraduate Nanjing University of Science & Technology 南理工动力学院2007-2010 l制冷系统的性能 定义：制冷量、耗功率与外界参数间的关系 分析方法： 模拟法（系统仿真）：求解各设备所构成的特征方程

5、 组（工作特性方程、能量方程、质量平衡、动量平衡、 制冷剂状态方程），消除系统内在参数（Te、Tc）运 行工作性能 图解法：分析系统的稳态运行性能、直接表示各参数 的影响程度 7 7 Refrigeration For Undergraduate Nanjing University of Science & Technology 南理工动力学院2007-2010 1、主要设备的工作特性 l制冷压缩机的工作特性 工质一定的定容量压缩机（理论排量不变）： Qe=fQe(te,tc) Pin=fPin(te,tc) Qc=Qe+P=fQc(te,tc) 8 8 9 22 123456 222 2

6、789 eeecce c e ce ce c Qcc tc tc tc tc t t c t tc t tc t t 坐标坐标 变换变换 Refrigeration For Undergraduate Nanjing University of Science & Technology 南理工动力学院2007-20101010 22 123456 222 2 789 ineecce c e ce ce c Pdd td td td td t t d t td t td t t Refrigeration For Undergraduate Nanjing University of Scien

7、ce & Technology 南理工动力学院2007-20101111 Refrigeration For Undergraduate Nanjing University of Science & Technology 南理工动力学院2007-2010 l冷凝器的工作特性 冷凝器热平衡方程 Qc=Gc,mCc,m(tcm,o-tcm,i)=KcFc(tc-tcm,p) tcm,p=0.5(tcm,i+tcm,o) =tcm,i+0.5(tcm,o-tcm,i) =tcm,i+0.5Qc/(Gc,mCc,m) 1212 Qc=KcFc(tc-tcm,i)/1+0.5KcFc/(Gc,mCc,

8、m) lKc、Fc、Gc,m不变时，不变时， Qc(tc-tcm,i) lKc、Fc、Gc,m、tcm,i不变不变 时，时，Qc tc lQc=fQc(tc,tcm,i,Gc,m) Refrigeration For Undergraduate Nanjing University of Science & Technology 南理工动力学院2007-20101313 0 , () c F cc c mc wcmccc mc QdQ dQcGCdtKttdF Qc=fQc=fQc Qc(t (tc c， ，t tcm cm, ,i i， ，G Gc,m c,m) ) , () Rccccm

9、i QcF K F tt Refrigeration For Undergraduate Nanjing University of Science & Technology 南理工动力学院2007-20101414 Refrigeration For Undergraduate Nanjing University of Science & Technology 南理工动力学院2007-2010 l蒸发器的工作特性 对于水冷蒸发器及空冷的干工况而言，蒸发器的 工作特性与冷凝器相似 其工作特性公式与冷凝器类似 1515 Refrigeration For Undergraduate Nanji

10、ng University of Science & Technology 南理工动力学院2007-2010 l对于空冷蒸发器湿工况而言：同时发生能量和质量 交换，推动力为比焓差（或湿球温度差） l结构确定后，故制冷量 1616 , () 1 exp() eReweea wie eapa ewe R eweeapa QF KF tt G C KF F KFG C Refrigeration For Undergraduate Nanjing University of Science & Technology 南理工动力学院2007-20101717 Refrigeration For Und

11、ergraduate Nanjing University of Science & Technology 南理工动力学院2007-2010 2. 压缩机与冷凝器联合工作特性 压缩冷凝机组（压缩机冷凝器） l由压缩机性能曲线和冷凝器性能曲线消去冷 凝温度tc 1818 压缩机压缩机冷凝器冷凝器 消去消去tc tc Refrigeration For Undergraduate Nanjing University of Science & Technology 南理工动力学院2007-2010 风冷式压缩冷凝机组的性能 1919 冷凝温度（） (a) 70 60 50 40 30 20 冷凝温

12、度（） 35 40 45 50 55 60 10 5 0 -5 冷凝器排热量（KW） (b) 蒸发温度 A 制冷量（KW） 35 40 45 50 55 60 10 5 0 -5 60 50 40 30 20 10 蒸发温度 13 12 11 10 9 8 冷凝温度（） 35 40 45 50 55 60 10 5 0 -5 输入功率（KW） (c) 蒸发温度 14 30 30 25 35 40 进口空气温度 25 35 40 进口空气温度 A A A” a a a” 蒸发温度（） 制冷量（KW） -10 -5 0 15 10 5 10 20 30 40 50 60 冷凝器进口空气温度 25

13、30 35 40 (a) 冷凝器风量一定(10800m3/h) 蒸发温度（） 输入功率（KW） -10 -5 0 15 10 5 8 9 10 11 12 13 冷凝器进口空气温度 冷凝器风量一定(10800m3/h) 25 30 35 40 14 (b) 图 7-5 压缩冷凝机组的性能图（二） 消去消去t tc c 消去消去tctc A a A” a” 25 35 30 40 进口空气温度 叠叠 加加 Refrigeration For Undergraduate Nanjing University of Science & Technology 南理工动力学院2007-2010 关于压缩

14、-冷凝机组的结论 l压缩冷凝机组的性能取决于COM和CON的性能 l结构一定的压缩冷凝机组，其性能与Gm、tcai及te 有关（性能标定时，必须规定冷却介质的入口温度 和系统的蒸发温度） l使用中，因下列因素造成冷凝器传热面积与传热系 数降低，机组冷凝温度升高、性能下降 传热系数减小 集尘、结垢、油膜；冷却介质流量减小等 传热面积减小 冷凝器存液过多；存在不凝性气体等 2020 Refrigeration For Undergraduate Nanjing University of Science & Technology 南理工动力学院2007-2010 3. 制冷系统的联合工作特性 制冷

15、机组（压缩机冷凝器蒸发器） l（压缩机+冷凝器性能曲线）蒸发器性能曲线消去 蒸发温度te 2121 压缩冷凝机组压缩冷凝机组蒸发器蒸发器 消去消去tete Refrigeration For Undergraduate Nanjing University of Science & Technology 南理工动力学院2007-20102222 蒸发温度（） 制冷量（KW） -10 -5 0 15 10 5 10 20 30 40 50 60 冷凝器进口空气温度 25 30 35 40 (a) 冷凝器风量一定(10800m3/h) 蒸发温度（） 输入功率（KW） -10 -5 0 15 10

16、5 8 9 10 11 12 13 冷凝器进口空气温度 冷凝器风量一定(10800m3/h) 25 30 35 40 14 (b) 蒸发器进口空气湿球温度蒸发器进口空气湿球温度 蒸发器风量一定蒸发器风量一定 (6800m3/h) 24 22 20 18 16 24 22 18 16 20 蒸发器风量一定蒸发器风量一定 (6800m3/h) 蒸发器进口空气湿球温度蒸发器进口空气湿球温度 （压缩机冷凝器（压缩机冷凝器) （压缩机冷凝器）蒸发器（压缩机冷凝器）蒸发器 蒸发器进口空气湿球温度（） 制冷量（KW） (a) 14 16 18 20 22 24 26 25 30 35 40 45 50 25

17、 30 35 40 冷凝器风量 10800m3/h 蒸发器风量 6800m3/h 冷凝器进口空气温度 蒸发器进口空气湿球温度（） 输入功率（KW） (b) 14 16 18 20 22 24 26 9 10 11 12 13 14 25 30 35 40 冷凝器风量 10800m3/h 蒸发器风量 6800m3/h 冷凝器进口空气温度 消去消去te 消去消去te Refrigeration For Undergraduate Nanjing University of Science & Technology 南理工动力学院2007-2010 制冷系统的联合工作特性 2323 蒸发器进口空气湿

18、球温度（） 制冷量（KW） (a) 14 16 18 20 22 24 26 25 30 35 40 45 50 25 30 35 40 冷凝器风量 10800m3/h 蒸发器风量 6800m3/h 冷凝器进口空气温度 蒸发器进口空气湿球温度（） 输入功率（KW） (b) 14 16 18 20 22 24 26 9 10 11 12 13 14 25 30 35 40 冷凝器风量 10800m3/h 蒸发器风量 6800m3/h 冷凝器进口空气温度 Refrigeration For Undergraduate Nanjing University of Science & Technolo

19、gy 南理工动力学院2007-2010 思考题 l如该机组为水冷冷凝器、水冷蒸发器，如何 得到机组的性能图？ 2424 Refrigeration For Undergraduate Nanjing University of Science & Technology 南理工动力学院2007-2010 关于制冷机组运行特性的结论 l制冷系统（制冷机组）的性能取决于压缩机、冷凝 器和蒸发器的性能 l对于给定的制冷机组，其性能取决于冷却介质与被 冷却介质入口温度（或湿球温度）和流量（性能标 定时，必须规定上述介质的温度） l影响压缩冷凝机组性能的因素直接影响制冷机组性 能，规律也相同 l蒸发器性能

20、曲线的斜率Qe/(tea,wi-te)与FRFeKew三者乘 积成正比，设计时，Fe或Ge取得过小，性能曲线平 坦，制冷能力不能充分发挥 2525 Refrigeration For Undergraduate Nanjing University of Science & Technology 南理工动力学院2007-2010 l运行过程中，如果蒸发器因下列原因造成传热面积 与传热系数减小，蒸发器的性能曲线将变平缓，系 统的蒸发温度必定降低，制冷能力得不到充分发挥 传热系数减小 结垢、油膜；结冰、结霜；被冷却介质流量减小等 传热面积减小 节流装置：毛细管过长、膨胀阀过小，造成过热度过 大；冰

21、堵、脏堵；存油等 2626 Refrigeration For Undergraduate Nanjing University of Science & Technology 南理工动力学院2007-2010 4. 小结 l制冷系统的性能是系统设计、运行与调节的 基础 l系统性能不仅取决于压缩机、冷凝器、蒸发 器以及膨胀阀的匹配关系，而且与外部参数 有着密切关系 2727 南理工动力学院2007-2010 China江苏 江苏 Refrigeration For Undergraduate Student Student Nanjing University of Sci. & Tec. 2

22、828 二、蒸气压缩式制冷系统 的性能调节 Refrigeration For Undergraduate Nanjing University of Science & Technology 南理工动力学院2007-2010 l制冷装置的性能取决于： 工作条件 组成系统各部件之性能 各部件的匹配关系 2929 优化设计优化设计与与优化控制优化控制是保证制冷装置可靠、是保证制冷装置可靠、 高效运行的两大重要问题！高效运行的两大重要问题！ Refrigeration For Undergraduate Nanjing University of Science & Technology 南理工动

23、力学院2007-2010 1、制冷系统自控阀门 l电磁阀 双位自动阀门 直动型用于较小口径 大口径(6mm)导压式 3030 Refrigeration For Undergraduate Nanjing University of Science & Technology 南理工动力学院2007-2010 l主阀 大口径管路：主阀-导阀组，主阀由导阀控制启闭 或按比例开启 3131 导压可用电磁阀、恒压导阀、恒温导阀导压可用电磁阀、恒压导阀、恒温导阀 Refrigeration For Undergraduate Nanjing University of Science & Technol

24、ogy 南理工动力学院2007-2010 l压力调节阀 蒸发器压力调节阀（背压阀） 保持蒸发器压力（阀入口压力）恒定 应用于小系统，大系统：主阀与恒压导阀 吸气压力调节阀 保持压缩机吸气压力不超过某一设定值 恒压导阀 正恒压阀升压开大 反恒压阀升压关小 3232 Refrigeration For Undergraduate Nanjing University of Science & Technology 南理工动力学院2007-20103333 Refrigeration For Undergraduate Nanjing University of Science & Technolo

25、gy 南理工动力学院2007-2010 l主阀-导阀组 主阀：启动执行机构 导阀：信号传递机构 3434 调节吸气压力调节吸气压力调节蒸发压力调节蒸发压力 Refrigeration For Undergraduate Nanjing University of Science & Technology 南理工动力学院2007-2010 l止回阀 3535 Refrigeration For Undergraduate Nanjing University of Science & Technology 南理工动力学院2007-20103636 Refrigeration For Underg

26、raduate Nanjing University of Science & Technology 南理工动力学院2007-20103737 恒压阀 膨胀阀 温度继 电器 电磁阀 Refrigeration For Undergraduate Nanjing University of Science & Technology 南理工动力学院2007-2010 l高低压保护器 控制压缩机启停，避免吸气压力过低（自动启停） 或排气压力过高（人工恢复） l油压差控制器：避免油压过低 3838 Refrigeration For Undergraduate Nanjing University o

27、f Science & Technology 南理工动力学院2007-20103939 Refrigeration For Undergraduate Nanjing University of Science & Technology 南理工动力学院2007-2010 2、制冷装置的自动调节 l制冷装置自动调节主要包括： 制冷装置的容量调节 压缩机、冷凝器、蒸发器等的容量调节 压缩机：改变压缩机制冷能力，适应负荷变化 E&C：调节冷凝压力与蒸发压力 制冷剂流量调节/控制节流机构 安全保护控制 外部参数变化 装置故障 容量调节时内在参数超限 4040 Refrigeration For Und

28、ergraduate Nanjing University of Science & Technology 南理工动力学院2007-2010 2.1 制冷装置的容量调节 （1）压缩机容量调节 活塞式压缩机： 4141 On/off控制控制 变频控制变频控制 汽车空调汽车空调 螺杆、滚动转子、涡旋螺杆、滚动转子、涡旋 吸气全程旁通吸气全程旁通 经济性差经济性差 NextNext Refrigeration For Undergraduate Nanjing University of Science & Technology 南理工动力学院2007-2010 排气旁通 4242 lgP-h表示表

29、示? 能量调节阀能量调节阀 l喷液阀向吸气管喷液喷液阀向吸气管喷液 l排气旁通至排气旁通至E E入口或入口或 中间位置中间位置 问题：问题： l蒸发器回油 l排气温度高 Refrigeration For Undergraduate Nanjing University of Science & Technology 南理工动力学院2007-20104343 Refrigeration For Undergraduate Nanjing University of Science & Technology 南理工动力学院2007-2010 吸气旁通 将压缩过程中的气体旁通至吸气腔减小排出压缩机

30、 制冷剂流量 4444 Refrigeration For Undergraduate Nanjing University of Science & Technology 南理工动力学院2007-2010 缸数卸载调节 4545 吸气压力吸气压力 Refrigeration For Undergraduate Nanjing University of Science & Technology 南理工动力学院2007-2010 l数码涡旋（Digital Scroll）式变容量调节 4646 1mm 0.6mm 静涡盘轴向柔性静涡盘轴向柔性 调节室调节室 静涡盘与动涡盘分离静涡盘与动涡盘分离

31、 Refrigeration For Undergraduate Nanjing University of Science & Technology 南理工动力学院2007-2010 （2）冷凝器的调节 Pc（Tc）偏高压缩比大、v、Qe减小、P增大、 排气温度升高 夏季 Pc过低膨胀阀前后压差小、膨胀阀容量减小 供液量不足、制冷量降低 冬季或过渡季节（全年制冷） 冷凝压力如何调节？ 实质：调节冷凝器换热能力（冷凝器容量） 冷却介质温度：受制环境条件 传热系数：取决冷却剂流量 冷凝器面积 4747 Refrigeration For Undergraduate Nanjing Univers

32、ity of Science & Technology 南理工动力学院2007-2010 l冷却剂流量调节方法 水冷系统：水流量调节阀 水流量调节阀：压力控制型、温度控 制型 压力控制型：冷凝压力为控制信号 温度控制型：冷却水出口温度为控制信 号 风冷系统： 风扇转速 调节运行台数 进或出风口设风量调节阀 4848 Refrigeration For Undergraduate Nanjing University of Science & Technology 南理工动力学院2007-20104949 Refrigeration For Undergraduate Nanjing University of Science & Technology 南理工动力学院200