第九讲：船舶制冷装置二

1、课题四：船舶制冷装置课题四：船舶制冷装置第九讲第九讲第二节：蒸汽压缩式制冷装置的工作原理第二节：蒸汽压缩式制冷装置的工作原理1 1单级蒸气压缩式制冷的理论循环单级蒸气压缩式制冷的理论循环假设假设 ：（l 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。设是等熵过程。（2 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

2、不变。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 3）制冷系统中除热交换器外，与外界无任何热交换，流过膨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。胀阀时未作功，又无热交换，因此是等焓过程。 第二节：蒸汽压缩式制冷装置的工作原理第二节：蒸汽压缩式制冷装置的工作原理冷库蒸发器蒸发器膨胀阀膨胀阀压缩式制冷装置原理图冷凝器冷凝器冷却水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压缩机压缩机制冷剂制冷剂压缩机压缩机起着压缩和输送制冷剂蒸气并造成蒸发器中低压力、起着压缩和输送制冷剂蒸气并造成蒸发器中低压力、冷凝器中

3、高压力的作用，是整个系统的心脏；冷凝器中高压力的作用，是整个系统的心脏； 节流阀节流阀对制冷剂起节流降压作用并调节进入蒸发器的制冷剂对制冷剂起节流降压作用并调节进入蒸发器的制冷剂流量；流量；蒸发器蒸发器是输出冷量的设备，制冷剂在蒸发器中吸收被冷却物是输出冷量的设备，制冷剂在蒸发器中吸收被冷却物体的热量，从而达到制取冷量的目的；体的热量，从而达到制取冷量的目的； 冷凝器冷凝器是输出热量的设备，从蒸发器中吸取的热量连同压缩是输出热量的设备，从蒸发器中吸取的热量连同压缩机消耗的功所转化的热量的冷凝器中被冷却介质带走。机消耗的功所转化的热量的冷凝器中被冷却介质带走。30 大气大气+30+401630低

4、温饱和气体低温饱和气体低温过热气体低温过热气体蒸发器膨胀阀电磁阀视镜过滤器冷凝器过热（过冷）器过程线过程线1-2表示制冷剂蒸气在压缩机中表示制冷剂蒸气在压缩机中的等熵压缩过程的等熵压缩过程 ，压力由蒸发压力，压力由蒸发压力 升升高到冷凝压力高到冷凝压力 。因此该点可通过。因此该点可通过1点点的等熵线和压力为冷凝压力的等压线的等熵线和压力为冷凝压力的等压线的交点来确定。由于压缩过程中外界的交点来确定。由于压缩过程中外界对制冷剂作功，制冷剂温度升高，因对制冷剂作功，制冷剂温度升高，因此点此点2表示过热蒸气状态。表示过热蒸气状态。点点2表示制冷剂出压缩机时的状态，表示制冷剂出压缩机时的状态，也就是进

5、冷凝器时的状态。也就是进冷凝器时的状态。点点1表示制冷剂进入压缩机的状态。表示制冷剂进入压缩机的状态。压焓图中各状态点及各个过程叙述如下：压焓图中各状态点及各个过程叙述如下： 过程线过程线2-2-3表示制冷剂在冷凝器表示制冷剂在冷凝器内的冷却（内的冷却（2-2）和冷凝（）和冷凝（2-3）的过程）的过程。由于这个过程是在冷凝压力。由于这个过程是在冷凝压力 不变的情不变的情况下进行的，进入冷凝器的过热蒸气首况下进行的，进入冷凝器的过热蒸气首先将部分热量放给外界冷却介质，在等先将部分热量放给外界冷却介质，在等压下冷却成饱和蒸气（点压下冷却成饱和蒸气（点2），然后再），然后再在等压、等温下继续放出热量

6、，在等压、等温下继续放出热量， 直至最直至最后冷凝成饱和液体（点后冷凝成饱和液体（点3）。因此，冷凝）。因此，冷凝压力的等压线和压力的等压线和x0的饱和液体线的交的饱和液体线的交点即为点点即为点3的状态。的状态。 点点3表示制冷剂出冷凝器时的状态表示制冷剂出冷凝器时的状态点点4表示制冷剂出节流阀时的状态，也就是进入蒸发器时的状态表示制冷剂出节流阀时的状态，也就是进入蒸发器时的状态 过程线过程线3-4表示制冷剂在通过节流表示制冷剂在通过节流阀时的节流过程。在这一过程中，制冷阀时的节流过程。在这一过程中，制冷剂的压力由冷凝压力降到剂的压力由冷凝压力降到 蒸发压力蒸发压力 ，温度由冷凝温度降到蒸发温

7、度温度由冷凝温度降到蒸发温度 ，并进，并进入两相区。由于节流前后制冷剂的焓值入两相区。由于节流前后制冷剂的焓值不变，因此由点不变，因此由点3作等焓线与蒸发压力作等焓线与蒸发压力的等压线的交点即为点的等压线的交点即为点4的状态。由于的状态。由于节流过程是一个不可逆过程，所以用一节流过程是一个不可逆过程，所以用一虚线表示虚线表示3-4过程。过程。 在压缩制冷循环中，在压缩制冷循环中，从膨胀阀至压缩机吸口为系统的低压从膨胀阀至压缩机吸口为系统的低压部分部分，制冷剂，制冷剂在蒸发器中流动因流阻而蒸发压力和温度略有降在蒸发器中流动因流阻而蒸发压力和温度略有降低，干度和焓值因吸热而不断增低，干度和焓值因吸

8、热而不断增加，在出口略有过热加，在出口略有过热。在。在蒸发蒸发器至压缩机的吸气管中制冷剂压力略降，管外要包隔热层，减器至压缩机的吸气管中制冷剂压力略降，管外要包隔热层，减少制冷剂温度和过热度因吸热而有害增高少制冷剂温度和过热度因吸热而有害增高。从。从压缩机排出口到压缩机排出口到膨胀阀进口为系统的高压部分膨胀阀进口为系统的高压部分。压缩机至冷凝器的排气管无须压缩机至冷凝器的排气管无须隔热隔热，冷凝器一般无明显压降，但制冷剂在冷凝器至膨胀阀的，冷凝器一般无明显压降，但制冷剂在冷凝器至膨胀阀的液管中却要避免吸热降压过多，防止过冷度提前消失闪发汽化。液管中却要避免吸热降压过多，防止过冷度提前消失闪发汽

9、化。在此循环中，在此循环中，冷剂在蒸发器中所吸收的热量加上压缩冷剂气体冷剂在蒸发器中所吸收的热量加上压缩冷剂气体耗功所转换成的热量，经冷凝器传给冷却介质带走。耗功所转换成的热量，经冷凝器传给冷却介质带走。 1、蒸气压缩式制冷是利用、蒸气压缩式制冷是利用_吸热。吸热。 A气体膨胀气体膨胀 B液体膨胀液体膨胀 C液体气化液体气化 D化学变化化学变化2、完成蒸气压缩式制冷循环的基本元件及其按制冷剂流动顺、完成蒸气压缩式制冷循环的基本元件及其按制冷剂流动顺序排列是序排列是_。 A压缩机、冷却器、干燥器、蒸发器压缩机、冷却器、干燥器、蒸发器 B压缩机、冷却器、节流元件、回热器压缩机、冷却器、节流元件、回

10、热器 C冷凝器、节流元件、蒸发器、压缩机冷凝器、节流元件、蒸发器、压缩机 D冷凝器、蒸发器、回热器、压缩机冷凝器、蒸发器、回热器、压缩机3、压缩制冷装置中制冷剂由高压变为低压是以、压缩制冷装置中制冷剂由高压变为低压是以_元元件为分界点。件为分界点。 A电磁阀电磁阀 B回热器回热器 C膨胀阀膨胀阀 D蒸发压力调节阀蒸发压力调节阀4、压缩制冷装置中制冷剂由低压变为高压是以、压缩制冷装置中制冷剂由低压变为高压是以_元元件为分界点。件为分界点。 A电磁阀电磁阀 B压缩机压缩机 C膨胀阀膨胀阀 D蒸发压力调节阀蒸发压力调节阀5、制冷剂在压缩机进口和出口通常是、制冷剂在压缩机进口和出口通常是_和和_。 A

11、湿蒸气湿蒸气/饱和蒸气饱和蒸气 B饱和蒸气饱和蒸气/过热蒸气过热蒸气 C湿蒸气湿蒸气/过热蒸气过热蒸气 D过热蒸气过热蒸气/过热蒸气过热蒸气6、制冷剂从冷凝器进口至出口通常由、制冷剂从冷凝器进口至出口通常由_变成变成_。 A饱和蒸气饱和蒸气/饱和液体饱和液体 B过热蒸气过热蒸气/饱和液体饱和液体 C湿蒸气湿蒸气/饱和液体饱和液体 D过热蒸气过热蒸气/过冷液体过冷液体7、制冷剂在冷凝器中放热时基本不变的是、制冷剂在冷凝器中放热时基本不变的是_。 A温度温度 B压力压力 C相态相态 D焓值焓值8、制冷剂流过膨胀阀后应是、制冷剂流过膨胀阀后应是_。 A过冷液体过冷液体 B饱和液体饱和液体 C湿蒸气湿

12、蒸气 D饱和蒸气饱和蒸气9、制冷剂流经膨胀阀的节流过程前后、制冷剂流经膨胀阀的节流过程前后_近似相等。近似相等。 A压力压力 B温度温度 C焓值焓值 D比容比容10、制冷循环的蒸发过程是、制冷循环的蒸发过程是_液体的气化过程。液体的气化过程。 A高温低压高温低压 B高温高压高温高压 C低温高压低温高压 D低温低压低温低压11、制冷剂在蒸发器中流动在完全汽化前、制冷剂在蒸发器中流动在完全汽化前_增高。增高。 A温度温度 B过热度过热度 C干度干度 D压力压力12、制冷装置中液管是指从、制冷装置中液管是指从_通通_的管路。的管路。 A冷凝器冷凝器/蒸发器蒸发器 B冷凝器冷凝器/膨胀阀膨胀阀 C蒸发

13、器蒸发器/压缩机压缩机 D压缩机压缩机/冷凝器冷凝器1234t0tkhp1: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3. 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：

14、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hpabc223d4ef5g61hpabc223d4ef5g612-4：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

15、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phabc223d4ef5g61热力计算单位（质量）制冷量：单位（质量）制冷量：kJ/kg 510hhq热力计算单位容积制冷量：3kJ/m /10vqqvhabc223d4ef5g61热力计算等熵压缩单位理论功：habc223d4ef5g61gkJ/ 120khhw1-2为等熵压缩线热力计算单位指示功：gkJ/ 12khhwihabc223d4ef5g61热力计算理论制冷系数：125100/hhhhwqhabc223d4ef5g61Coefficient

16、 Of Performance(COP)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=412kJ/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. 241246424039200q热力计算冷剂的质量流量：habc223d4ef5g61Refrigerantkg/s /51000hhQqQG按冷库条件计算热力计算压缩机的容积流量：svsqQqvQv

17、GV/3m /00101habc223d4ef5g61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。热力计算压缩机的理论功率：kW 0wGPThabc223d4ef5g61热力计算压缩机的指示功率：kW /0iTiiiPGwwGPhabc223d4ef5g61指示效率(考虑非等熵压缩的损失，0.8)热力计算压缩机的轴功率：kW /)/(/TimTmiPPPPhabc223d4ef5g61机械效率(0.9) 总效率(0.7)热力计算单位轴功率制冷量

18、：/ )()(12510hhGhhGPQKehabc223d4ef5g61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高温工况低温工况热力计算冷凝器的热负荷：倍一般为制冷量的1.31.2kW 0ikPQQhabc223d4ef5g61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( )

19、kJ/kg 。170225第二节: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1.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

20、定值。),(0vqfQ),(vwfP因此(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：1-2-3-4-5-6-1冷凝温度升高为tk时： 1-2-3-4-5-6-11256tkt034tk54326(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 qvQ0(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00wq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

21、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。(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： 1-2-2-3-4-5-6-6-11256tkt03426t01(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GQ0q0q0(2)其他条件不变，蒸发温度t0变化(降低)的影响ph1256tkt03426t01w0w0P单位压

22、缩功w0 制冷剂质量流量G 时，P最大3/0ppk下页解释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PTQ0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，都会使蒸发压力下降。反之升高。(假设每一行程压缩机抽气量不变）(3)其他条件

23、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 degree(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： 1-2-2-3-4-4-5-5-1-1(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(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)(3)其他条件不变，供液过冷

24、度、吸气过热度的影响ph125pkp0344251q0q0w0w0过热度q0Pv1GQ0R12R22R717不变(w0 G )(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(3)其他条件不变，供液过冷度、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

25、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1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：气态冷剂流过回热器时： 压力温度焓值过热度(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4411tttt(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，使进入膨胀阀的冷剂量减少的现象。

26、2、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=30oC问题：制冷压缩机性能曲线以(tk、t0 、t 、 t )为横坐标，以(tk、t0 、t 、 t )为参变量。由tk和t0可确定(q0、Q0、Pi、w0、P)。工况/参数q0w0 Q0Ptk t0 t t R12 R22R717 3、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)标准工况Standard Condition空调工况Air-conditioning Condition3、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