第二节 蒸汽压缩式制冷原理

1、1第二节 蒸气压缩式制冷装置的工作原理船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 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性能曲线理论循环的假设，实际循环的热力计算参数概念。工况参数(冷凝温度、蒸发温度)、过冷度、过热度变化对性能的影响、压缩机工况的概念。2船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant一、单级蒸气压缩式制冷循环CompressorConden-sationLiquid CoolingSuperheat RemovalCondenserEvaporatorL.P.

2、LiquidLiquid & GasGasSuction to CompressorCompressor DeliveryExpansion Valve3船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant1. 压焓图Pressure - Enthalpy Chartlgp等压线等温线等干度线等熵Entropy线等比容线h4船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant2. 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流动过程中无阻力损失制冷剂只与热交换

3、器有热交换，流过膨胀阀不作功等熵过程等压过程等焓过程5船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant1234t0tkhp1: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12：压缩机中的等熵压缩过程6船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant3. 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

4、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和气化吸热的过程hpabc223d4ef5g617船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Planthpabc223d4ef5g612-4：等压冷却、冷凝、过冷过程4-5：等焓节流过程5-1：等压气化吸热和过热过程1-2：多变压缩过程简化过程8船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 M

5、arine 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( 11 ) ，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。膨胀阀比焓过冷湿湿蒸气过热蒸气降增加增加降低过热过热降升降9船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Ref

6、rigeration Plantphabc223d4ef5g61热力计算单位（质量）制冷量：kJ/kg 510hhq10船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant热力计算单位容积制冷量：3kJ/m /10vqqvhabc223d4ef5g6111船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant热力计算等熵压缩单位理论功：habc223d4ef5g61gkJ/ 120khhw1-2为等熵压缩线12船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant热力

7、计算单位指示功：gkJ/ 12khhwihabc223d4ef5g6113船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant热力计算理论制冷系数：125100/hhhhwqhabc223d4ef5g61Coefficient Of Performance(COP)14船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 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，冷凝器出口焓值为250kJ/kg，制冷系数为( )。340045025040000q问题：压缩机进出口h1=412k

8、J/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( )。92. 241246424039200q15船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant热力计算冷剂的质量流量：habc223d4ef5g61Refrigerantkg/s /51000hhQqQG按冷库条件计算16船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant热力计算压缩机的容积流量：svsqQqvQvGV/3m /00101hab

9、c223d4ef5g6117船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant热力计算压缩机的理论流量（活塞行程容积）：habc223d4ef5g61svsTqQVV/3m )/(/0输气系数 Volumetric Efficiency ：含义、组成、影响因素与空压机类似。18船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant热力计算压缩机的理论功率：kW 0wGPThabc223d4ef5g6119船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant热力计算

10、压缩机的指示功率：kW /0iTiiiPGwwGPhabc223d4ef5g61指示效率(考虑非等熵压缩的损失，0.8)20船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant热力计算压缩机的轴功率：kW /)/(/TimTmiPPPPhabc223d4ef5g61机械效率(0.9) 总效率(0.7)21船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant热力计算单位轴功率制冷量：/ )()(12510hhGhhGPQKehabc223d4ef5g6122船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Mari

11、ne Refrigeration Plant单位轴功率制冷量Ke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。开启式压缩机的Ke值:R12：3.14.0R22：3.44.3高温工况低温工况23船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant热力计算冷凝器的热负荷：倍一般为制冷量的1.31.2kW 0ikPQQhabc223d4ef5g6124船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 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

12、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 。17022525船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant二、单级制冷压缩机的工况和特性压缩机的工况：决定循环的蒸发、冷凝温度、过冷度等蒸发温度冷凝温度蒸发压力蒸发器单位时间产气量压缩机单位时间吸气量？冷凝压力压缩机单位时间排气量冷凝器单位时间冷凝量？库温降低蒸发器传热不良蒸发器供液不足吸气压力高质量流量大冷凝器换热能力差蒸发量蒸发压力冷凝压力26船舶辅机第1

13、2章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant1.工况参数对制冷工作的影响制冷压缩机的制冷量：制冷压缩机的轴功率：kJ/h 00vTqVGqQkW /)/(/100vTTwVvwVGwP)3mkJ/(kg /10vwwv压缩机的单位容积压缩功，即每压送1m3吸气状态下的蒸气所消耗的理论功。若压缩机转速n和工作缸数不变，则VT为定值。),(0vqfQ),(vwfP因此27船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant(1)其他条件不变，冷凝温度tk变化(升高)的影响hp冷凝温度tk时：1-2-3-4-5-6-

14、1冷凝温度升高为tk时： 1-2-3-4-5-6-11256tkt034tk5432628船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant(1)其他条件不变，冷凝温度tk变化(升高)的影响hp1256tkt034tk54326q0q0不变单位制冷量q0输气系数吸气比容v1 qvQ029船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant(1)其他条件不变，冷凝温度tk变化(升高)的影响hp1256tkt034tk54326w0w0不变单位压缩功w0 吸气比容v1 wvP制冷系数00wq30船舶辅机第12

15、章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine 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. 冷剂量过多换热管浸于液体中切记：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12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant(2)其他条件不变，蒸发温度t0变化(降低)的影响hp蒸发温度t0时：1-2-3-4-5-6-1蒸发温度降低为t0时：1-2-2-3-4-5-6-6-11256

16、tkt03426t0132船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant(2)其他条件不变，蒸发温度t0变化(降低)的影响ph1256tkt03426t01单位制冷量q0 吸气比容v1 制冷剂质量流量GQ0q0q033船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant(2)其他条件不变，蒸发温度t0变化(降低)的影响ph1256tkt03426t01w0w0P单位压缩功w0 制冷剂质量流量G 时，P最大3/0ppk下页解释34船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refriger

17、ation Plant将低压蒸气看作理想气体kW 101136003100kkkTTpppkkVP3kJ/m 101131011010kkkvppvvpkkvww单位容积压缩功kppp00000TvPw在此期间有最大值t0温度降低PTQ035船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 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

18、力下降。反之升高。(假设每一行程压缩机抽气量不变）36船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant(3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响冷凝器21回热器44膨胀阀5蒸发器1Sub-cooling degreeSuper-heating degree37船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant(3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响ph125pkp0344251无过冷过热时： 1-2-3-4-5-1有过冷过热时： 1-2-2-3-4-4-5-5-1-138船舶辅机第12章

19、 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant(3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响ph125pkp0344251q0q0Q0过冷度q0P不变39船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant(3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响ph125pkp0344251q0q0w0w0过热度q0w000wq?R12R22R717不变(略降)40船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant(3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响ph125pkp

20、0344251q0q0w0w0过热度q0Pv1GQ0R12R22R717不变(w0 G )41船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 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。过热度大小的确定：氨蒸发器出口：干饱和蒸气压缩机吸气过热度：58oC氟利昂：蒸发器出口过热度36oC对制冷系数的影响防止液击Liquid strike，减少有害过热42船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant(3)其他条件不变，供

21、液过冷度、吸气过热度的影响回热循环Regeneration Cycle ：利用气液换热器(回热器)使膨胀阀节流Throttle前的冷剂液体与压缩机吸入前的冷剂蒸气进行热量交换，是液体过冷、气体过热的工作循环。冷凝器21回热器44膨胀阀5蒸发器143船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant过冷循环：利用少部分流量供入过冷器蒸发汽化吸热使大部分液态冷剂过冷。44船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant问题：在回热器中，为什么液态冷剂能向气态冷剂放热？压力温度焓值过冷度液态冷剂流过回热器时

22、：气态冷剂流过回热器时： 压力温度焓值过热度45船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant(3)其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响h125pkp0344251p1144hhhh)()(11 44ttCttC CC 过热度过冷度4411tttt46船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 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?YesYes (防止闪气)NoR12R22R717从冷凝器出来的冷剂由于过冷度低，在膨胀阀前降低到气化对应的压力而产生气泡，

23、使进入膨胀阀的冷剂量减少的现象。47船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant2、制冷压缩机的性能曲线Refrigeration Compressor Performance Curve-30-20-1001009018027030456075蒸发温度t0/oC制冷量Q0 /(103kcal/h)轴功率P/kW冷凝温度tk=40oC冷凝温度tk=30oC48船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 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 、

24、 t )为参变量。由tk和t0可确定(q0、Q0、Pi、w0、P)。49船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant工况/参数q0w0 Q0Ptk t0 t t R12 R22R717 50船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant3、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，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，则为空调工况。名义工况(旧

25、)标准工况Standard Condition空调工况Air-conditioning Condition51船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant3、制冷压缩机的工况Condition名义工况(新)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。52船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 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。TvTVQqVQ00则相同工况下高温低温00QQ53船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant工况制冷剂 (oC)冷凝温度(oC)蒸发温度(oC)过冷