制冷技术课件

制冷技术第一章蒸气压缩式制冷装置的基本原理

与热力计算1.蒸气压缩式制冷装置的基本原理及典型流程1.1基本组成及工作原理

压缩机（compressor）冷凝器（condenser）蒸发器（evaporator）节流阀（throttle）高温高压过热蒸气高温高压饱和液体低温低压两相流低温低压饱和蒸气or过热蒸气1.2理论循环

第一章蒸气压缩式制冷装置的基本原理

与热力计算理论循环：在没有任何实际损失下的制冷循环。条件：无温差传热；压缩过程是可逆绝热压缩过程即等熵过程；管路中无任何耗损。T-S图LgP-h图2.单级蒸气压缩制冷的理论循环及热力完善度

第一章蒸气压缩式制冷装置的基本原理

与热力计算理想制冷循环：逆卡诺循环逆卡诺循环特点：用节流阀代替膨胀机：损失膨胀功、产生“闪发气体”；但简化装置、便于调节。产生节流损失用干压缩代替湿压缩；实现“干冲程”；但耗功量、制冷量均增加，制冷系数下降。产生过热损失实际采用的制冷理论循环：两个定压过程；一个绝热压缩过程；一个绝热节流过程。实际理论循环2.1改善蒸气压缩制冷循环的措施第一章蒸气压缩式制冷装置的基本原理

与热力计算节流损失过热损失再冷度过热度Pk/P0>8膨胀阀前液态制冷剂的再冷却；蒸气回热循环；图图中间冷却的多级压缩图有再冷却器的蒸气压缩式制冷回热式蒸气压缩式制冷多级蒸气压缩式制冷循环2.2单级蒸气压缩式制冷理论循环的性能指标与热力计算第一章蒸气压缩式制冷装置的基本原理

与热力计算LgP-h图

单位质量制冷量q0kJ/kg

q0=h1-h4

单位容积制冷量qvkJ/m3

qv=q0/v1=(h1-h4)/v1制冷剂质量流量MR=Ø0/q0kg/s制冷剂体积流量VR=MRv1=Ø0/qvm3/s

单位质量冷凝热qkkJ/kg

qk=h2-h3冷凝器负荷Øk=MRqk=MR(h2-h3)kW第一章蒸气压缩式制冷装置的基本原理

与热力计算2.2单级蒸气压缩式制冷理论循环的性能指标与热力计算

单位质量耗功率wckJ/kg

wc=h2-h1压缩机的理论耗功率Pth=MRwc=MR(h2-h1)kW

理论制冷系数εth

εth=Ø0/Pth=q0/wc=(h1-h4)/(h2-h1)

理想循环制冷系数ε0

ε0=T0/(TK-T0)

热力完善度η

η=

εth/ε0=[(h1-h4)/(h2-h1)]/[T0/(TK-T0)]LgP-h图第一章蒸气压缩式制冷装置的基本原理

与热力计算ε:相同TK、T0的制冷循环η:不相同TK、T0的制冷循环评价制冷循环的经济型指标第二章制冷剂及载冷剂

§2-1制冷剂2.1制冷剂的基础知识制冷剂—在制冷装置中循环流动，通过自身热力状态的变化与外界发生能量交换，从而实现制冷作用的工作流体。制冷装置与制冷剂相互依存，相互适应，才能组成完美的制冷系统。根据现实工业条件，提出了对制冷剂的要求：首先，制冷剂的热力性质对制冷系数的影响可用制冷效率ηR来表述。制冷效率—理论循环的制冷系数εth与有温差的逆卡诺循环制冷系数εc’之比。

ηR=εth/εc’

其中：εc’=(T0-ΔT0)/[(TK+ΔTK)-(T0-ΔT0)]

ηR物理意义：表示了制冷剂的节流损失和过热损失的大小。除了制冷效率外，还应考虑如下的其他性能：

对制冷剂的要求：第二章制冷剂及载冷剂

热力学的性质：蒸发压力和冷凝压力适中；单位制冷量q0和单位容积制冷量qv要大；制冷剂的凝结温度要高；凝固温度要适当的低一些；绝热指数应低一些；防止空气渗入；减少装置承压，防止制冷剂外泄；压缩比小－减少压缩机的耗功量减少工质的循环量；缩小压缩机的尺寸便于用一般冷却水或空气冷凝；接近逆卡诺循环，节流损失小能得到较低的蒸发温度压缩机排气温度低－提高压缩机容积效率、对润滑油有好处第二章制冷剂及载冷剂

对制冷剂的要求：

物理化学的性质：制冷剂在润滑油中的可溶性；制冷剂的导热系数、传热系数要高；制冷剂的密度、粘度要小；制冷剂对金属和其它材料应无腐蚀和侵蚀作用；制冷剂在高温下应不分解，且不燃烧、不爆炸；

其它：制冷剂对人的生命和健康无危害，不具有毒性、窒息性和刺激性；制冷剂应易于购买，且价廉。提高换热效率，减少蒸发器、冷凝器的传热面积流动阻力小，降低耗功率、缩小管径第二章制冷剂及载冷剂2.2常用制冷剂常用制冷剂（氨及氟利昂）性能比较序号R717F对比1价廉易取比R717贵十几倍R717系统投资、运行费低2q0、qv大，MR小相反同Ø0下，R717com尺寸小、管径小3几乎不溶于油大多数易溶于油R717系统分油易，F系统分油难4λ

、α大，k大相反R717换热设备尺寸小5渗透力弱，易发现相反R717损耗小，运行费低6无限溶于水难溶于水F系统易产生冰堵7毒性大,有燃烧爆炸危险相反F可用于空调中直接蒸发冷却8含水对铜有腐蚀（系统中无铜）对天然橡胶有侵蚀（垫圈不能用橡胶）不同系统采用不同材料9分子量小，t排高相反R717com用水冷；Fcom用风冷10粘度小,密度小,阻力小相反R717系统管径小、com耗功小11对生态环境影响小某些F工质对生态环境影响大某些F工质渗透、排放造成人类生态环境恶化§2-2载冷剂

t＞0oC，用水；t≤0oC，用盐溶液。2.1盐水

盐水凝固温度与浓度有关。盐水浓度太低，会析出冰粒；浓度太高，比热小、比重大、流阻大、有盐粒析出。第二章制冷剂及载冷剂

浓度确定方法：盐水溶液浓度对应的凝固温度t凝=t0-(6~8)oC；且t凝>t合晶点；（NaCl为-21.2oC；CaCl2为

-55oC；）

一般使用时：0oC>t0>-16oC:可用NaCl；

-16oC>t0>-50oC:可用CaCl2；且ξ<

ξ合晶点。盐水腐蚀性强，还应加入缓蚀剂。由于盐水对金属有强烈腐蚀作用，溶液中要加入缓蚀剂。1m3CaCl2溶液：1.6kgNa2Cr2O7、0.45kgNaOH;1m3NaCl溶液：3.2kgNa2Cr2O7、0.89kgNaOH2.2乙二醇水溶液第二章制冷剂及载冷剂特点：冻结温度合适，适用范围广热物性较佳：比冷冻水差，但优于其它盐类不冻液腐蚀性低化学稳定好安全性好易于购买浓度确定方法同前。（查P28图2-2-3或P34表2-2-8）浓度确定后，再从P29~P36查对应的物性，计算流量、流阻，选择水泵。1.压缩机的分类第三章制冷压缩机容积型速度型往复式旋转式涡旋式螺杆式离心式活塞连杆式活塞斜盘式转子式旋转叶片式双螺杆式单螺杆式1.1活塞式制冷压缩机的型式（一）按气体在气缸内的流动情况分为：顺流式逆流式（二）按气缸排列和数目的不同，分为：

立式、卧式、角式三种。

立式卧式角式气缸排数：123412341234气缸总数：481216369122468（三）按结构不同，分为开启式、封闭式：

开启式——压缩机和驱动电机分别为两个设备，用联轴器连接为一体。

封闭式——压缩机和驱动电机被封闭在同一空间。空间用法兰螺栓封闭为半封闭：空间用焊接封闭为全封闭。

1.2开启式活塞制冷压缩机的构造第三章制冷压缩机2.活塞式制冷压缩机的性能2.1活塞式压缩机的活塞排量气缸的工作容积Vgm3式中D－气缸直径，m；

s－活塞行程，m。理论排气量or活塞排量Vhm3/s

如压缩机有z个气缸，转数为n（r/min），则压缩机可吸入的气体体积：活塞式制冷压缩机实际工作过程2.2活塞式压缩机的容积效率

ηv

压缩机的容积效率：压缩机的实际排气量永远小于压缩机的理论排气量，两者的比值称为压缩机的容积效率。第三章制冷压缩机影响因素气缸余隙容积进排气阀阻力吸气过程中气体被加热的程度漏气余隙系数λv节流系数λp预热系数λt气密系数λlη

v=λvλpλtλl在计算中，可按经验公式计算：ηv=0.94-0.085[(p2/p1)1/m-1]上式n>=720r.p.mm－多变指数，NH3:m=1.28;R12:m=1.13;R22:m=1.18当n<720r.p.m：ηv=0.94-0.0605[(p2/p1)1/m-1]2.3活塞式压缩机的制冷量和耗功率:

压缩机的实际排量

VRm3/sVR=ηvVh

压缩机的制冷量Ø0kW:

Ø0=VRqv=ηvVhqv

压缩机的轴功率PekW:指示功率Pi摩擦功率PmPe=Pi+Pm第三章制冷压缩机直接用于压缩气体Pi=MRwi=MRwth/ηi

=(ηvVh/v1)[(h2-h1)/ηi]ηi－指示效率，单位质量制冷剂的理论耗功量与单位质量实际耗功量之比。确定方法:(1)由com型式、工质、Tk、T0查设计手册；(2)由经验公式计算用于克服运动机构的摩擦阻力Pm=Pe-Pi=Pi/ηm-Pi=Pi(1/ηm-1)ηm－摩擦效率，指示功率与轴功率之比。一般：ηm=0.8~0.9=Pi/ηm=Pth/ηiηm=(ηvVh/v1)[(h2-h1)/ηiηm]2.3活塞式压缩机的制冷量和耗功率:

Pe

=(ηvVh/v1)[(h2-h1)/ηiηm]定义压缩机的总效率ηs=ηiηm一般：ηs=0.65~0.72

配用电机的输入功率PinkW：

Pin=Pe/η0ηd=(1.1~1.15)Pe/ηdη0－电机效率，一般：

η0=0.91~0.86（三相）；

ηd－传动效率，直联:ηd=1；皮带联接:ηd=0.9~0.95。

第三章制冷压缩机评价压缩机的性能如何，常用下列三项指标：•

压缩机制冷量：

Ø0=ηvVhqv=ηvVhq0/v1•

压缩机轴功率：

Pe=(ηvVh/v1)(wth/ηiηm])=Pth/ηiηm2.4影响活塞式制冷压缩机性能的主要因素•

性能评价指标：单位轴功率的制冷量－性能系数（Ke或COP）：（开启式）COP=Ø0/Pe=(Ø0/Pth)ηiηm=εthηiηm单位电机输入功率的制冷量－能效比（EER）：（封闭式）EER=Ø0/Pin=(Ø0/Pth)ηiηmηdη0=εthηiηmηdη0影响压缩机性能的主要因素是：T0，TK；T0的作用＞TKTK

不变，T0↓1°C，Ø0↓2～3%Pe↑1～2%COP↓3～4%T0

不变，Tk↑1°C，Ø0↓1～2%Pe↑1～2%COP↓2～3%由于ηv、qv、wth、ηiηm=f(T0,TK)因此影响压缩机性能的主要因素是：

T0,TKTK

、T0

对活塞式制冷压缩机性能的影响：冷凝温度

TK的影响当蒸发温度T0=const，冷凝温度TK上升时：(1)q0q0’；{PK/P0ηv；v1不变，Vh不变：Ø0=ηvVhq0/v1}(4)t排润滑油润滑不良(5)(PK-P0)

活塞压力，

com的工作条件恶化(2)wthwth’；{∵wth

增加比ηv减少多∴Pe=(ηvVh/v1)(wth/ηiηm)}(3)COP=Ø0/Pe第三章制冷压缩机蒸发温度T0的影响当冷凝温度TK=const，蒸发温度T0下降时：(1)q0q0’，PK/P0，

v1v1’，

Vh不变；qv=q0/v1

，ηv：Ø0=ηvVhqv(2)t排润滑油润滑不良(4)无论Peor，COP=Ø0/Pe(3)wthwth’，ηiηm

变化很小，MR=ηiVh/v1

Pe=MRwth/ηiηmor

？经分析可以得到：Pemax出现在PK/P0=3处所以：PK/P0<3时，T0：Pe

PK/P0>3时，T0：Pe关于压缩机的四个规定温度工况

为了比较压缩机的性能，设计和考核压缩机的机械强度，国家规定了如下的四个温度工况：

工况

蒸发温度

°C

吸气温度

°C

冷凝温度

°C

再冷温度

°C标准工况R717R12R22

-15

-10+15+15

+30

+25空调工况R717R12R22

+5

+10+15+15

+40

+35最大功率工况R717R12R22

+5+10+5

+10+15+15

+40+50+40

+40+50+40最大压差工况R717R12R22

-20-30-30

-150+15

+40+50+40

+40+50+40§3-3螺杆式压缩机1.工作原理阴、阳螺杆的齿槽与机壳内壁构成基元容积。螺杆转动时，基元容积的位置及大小随之改变，使基元容积连续重复地进行“吸气－压缩－排气”工作过程。第三章制冷压缩机螺杆式压缩机的工作原理

螺杆式压缩机与活塞式压缩机相比，具有结构简单、体积小、易损件少、振动小、容积效率高、对湿压缩不敏感等特点。序号类别活塞式压缩机螺杆式压缩机1压缩元件气缸活塞及曲轴连杆机构阴、阳转子2气缸密封方式气缸活塞环接触润滑密封喷润滑油密封3吸、排气元件气缸套及进排气阀组合件吸气口、排气口4卸载及能量调节装置油压启阀式卸载装置，包括：顶杆启阀机构、油压推杆机构滑阀及轴向移动控制机构5润滑系统油泵、分油阀油泵、油分离器、油冷却器、粗油过滤器、精油过滤器及分油阀6余隙系数有无（无余隙容积）7节流系数有无（无进、排气阀片）8容积效率较低较高9单级压缩的最高压缩比8~102010能量调节范围100%、75%、50%、25%15~100%无级调节

活塞式压缩机与螺杆式压缩机比较2.螺杆式制冷压缩机的运行调节

螺杆式压缩机均带有能量调节机构，可使冷量在15%～100%之间无级调节。能量调节通过两螺杆转子间的底部的滑阀和轴向移动控制机构实现。滑阀打开后，转子底部有一间隙与吸气口相通，使基元容积的吸气量减少，排气也减少，制冷量减少，调节滑阀间隙的大小，就能控制制冷量；滑阀关闭后，基元容积的吸气量达100%，制冷量达100%。3.螺杆式制冷压缩机的设计和使用条件螺杆式压缩机应在下列温度条件下使用。

制冷剂R717R12R22

工况最高冷凝温度ºC4555最低蒸发温度ºC-40最高蒸发温度ºC+5+10最高排气温度ºC≤105904.螺杆式压缩机的计算螺杆式压缩机属于容积式压缩机，因此，Vh、Ø0、Pe的计算与活塞式基本相同。

理论排气量Vhm3/h（见Ｐ73，3-4-10式）

Vh=60·Cn·L·n·D2式中D－主动转子的公称直径，m；

L－转子的工作长度，m；

n－主动转子的转速，r/min；

Cn－齿形系数，近似可取0.46~0.508螺杆式压缩机制冷量与耗功量

制冷量Ø0

W（见Ｐ73，3-4-11式）

Ø0=Vh

ηvqv/3.6w

式中

ηv－螺杆式压缩机的容积效率，由厂家资料提供，一般可取0.75~0.9；

qv

－单位容积制冷量，由热力计算求得，kJ/m3；

轴功率

PekW（见Ｐ73，3-4-12式）

Pe

=ηvVh

(h2-h1)/(3600ηsv1)式中h2－com排气比焓，kJ/kg；

h1－com吸气比焓，kJ/kg；

v1－com吸气比容，m3/kg；

ηs－压缩机总功率，由厂家提供。§3-4制冷压缩机的选择计算氨压缩机的计算1.1一般原则1)应根据各蒸发温度机械负荷分别选定，一般不设备用机；2)当压力比PK/P0≤8

时，选用单级压缩机；当压力比PK/P0＞8

时，选用双级压缩机；3)氨压缩机的工作条件不得超过制造厂规定的允许条件；（见P59-60)4)选配的压缩机，其制冷量宜大小搭配；5)机房内压缩机的系列不宜超过两种，若仅二台机时，应选同一系列；6)制冷装置中各设备的选择均应与压缩机的制冷量相适应；7)氨压缩机的标准工况和空调工况应符合国家规定。(见P55)1.2实际选择设计计算的工作步骤计算冷库各房间冷负荷（§7中介绍）；计算压缩机的机械负荷Ø0（§7中介绍）

；由工艺要求确定工作工况（即t0、tk、trc、tsh、t中、t排)，作lgP-h图，查得热力计算所需的状态参数；计算工作工况下的ηv、qv；由Vh=Ø0

/(

ηv•

qv)计算得到压缩机的理论排气量Vh；由Vh查表选择压缩机；校核配用电机功率。1.3制冷工况的确定

•

蒸发温度

t0

一般情况：

t载－t0=5oC；

t冷藏间－t0=10oC；当采用卧式壳管式蒸发器时，t0按对数平均温差公式求解计算：

Δtm=(t2-t1)/{ln[(t2-t0)/(t1-t0)]}=4~6oC式中Δtm－对数平均温差；

t1－流出蒸发器的载冷剂温度；

t2－流进蒸发器的载冷剂温度。(2)当采用螺旋管式or直立管式水箱式蒸发器时：

t0=t1-(4~6)oC〔注意：当水为载冷剂时，t0>0oC〕当采用直接蒸发表面式空气冷却器时，

t0=t1-(8~10)oC

式中t1－流出蒸发器的空气温度；(4)冷库采用冷排管时，t0一般比库温低5~10oC。库温越低，差值越小；相对湿度要求大，差值选小。•冷凝温度tK(1)当采用水冷冷凝器时，

tK=(ts1+ts2)/2+(5~7)oC式中ts1－冷凝器冷却水的进水温度；

ts2－冷凝器冷却水的出水温度；

ts1=ts＋Δts式中ts－当地夏季室外平均每年不保证50小时的湿球温度；

Δts－安全值，冷却水喷水池：Δts=5~7oC

机械通风冷却塔：Δts=3~4oC

冷凝器的进出水温差确定：立式冷凝器：ts2－ts1=2~4oC

卧式or组合式冷凝器：ts2－ts1=4~8oC

淋水式or蒸发式冷凝器：ts2－ts1=2~4oC(2)当采用风冷冷凝器时，

tK=t干+(5~10)oCt干—当地夏季室外干球温度，oC。•

吸气温度t1查书中P61，表3-4-2；制冷剂为氨，过热温度取5oC；制冷剂为氟利昂，采用回热循环时，过热温度取15oC。

•

再冷温度tr.c设再冷器时，再冷度Δtr.c=3~5oC；或trc比再冷器进水温度高4oC；或trc比再冷器进水温度高2~3oC；如系统中使用卧式壳管式or套管式冷凝器，可增大10~15％的冷凝面积进行再冷，再冷度Δtr.c=2~3oC；立式冷凝器不考虑再冷。•中间冷却温度根据tK、t0按“冷藏库设计手册”P201计算。（§6中讲）•排气温度根据tK、t0查书中P61，表3-4-3。1.4热力计算根据以上六个(蒸发温度、冷凝温度、吸气温度、再冷温度、排气温度、中间冷却温度)参数，在lgP－h图上做出该制冷循环，进行热力计算，求得q0

、qv

、qk、MR、Wth等值。1.5求压缩机的容积效率ηv：活塞式压缩机可用经验公式求ηv（见P503-2-9式）；螺杆式压缩机的ηv，可由制造厂提供，或查有关设计手册求得。1.6用制冷量ø0公式求理轮排气量Vh：

活塞式压缩机按P51（3-2-9）式求理论排气Vh。

螺杆式压缩机按P73（3-4-11）式求理论排气Vh。

1.7

用求出的理轮排气量Vh选定压缩机型号及台数：

查样本，按理论排气量Vh选定压缩机型号及台数，并查出所选压缩机的理论排气量Vh,和压缩机所配电机的功率Pin,。

1.8校核电机输入功率Pin：

活塞式压缩机按P53（3-2-15）式求得输入功率Pin。

螺杆式压缩机按P73（3-4-12）式求得Pe，再按公式Pin=Pe/(ηd•

η

0)求得输入功率Pin。

若Pin≤Pin,

则原配电机合格；

反之，则按求得的输入功率Pin重新选配电机。§4-1冷凝器1.1冷凝器的种类第四章冷凝器和蒸发器冷凝器立式壳管式卧式壳管式套管式壳管式水冷冷凝器风冷冷凝器蒸发式冷凝器淋激式冷凝器传热系数高，占地面积小，清洗方便；耗水量大，体型笨重传热系数高，耗水量小，占空间小；水质要求高，清洗不易，留出拔管空间传热系数高，机组占地面积小，结构简单；金属耗量大，清洗困难，水阻力大不需水，安装简单，可置于屋面；传热系数小，受环境温度影响大，恶化环境，除尘困难省水，造价低，结构简单，水垢易清除，体积小省水，造价低，结构简单，可现场制作，水垢易清除；金属耗量大，占地面积大立式壳管式冷凝器卧式壳管式冷凝器套管式冷凝器风冷冷凝器蒸发式冷凝器淋激式冷凝器第四章冷凝器和蒸发器1.2冷凝器的传热系数1.2.1传热过程制冷剂侧的放热金属壁和垢层的导热冷却剂侧的放热1.2.2传热系数水冷冷凝器(以传热管外表面计算)(式中各参数见书注解):风冷冷凝器(以传热管外表面计算，制冷剂管内流动):制冷剂侧放热热阻油膜热阻管壁导热热阻冷却剂侧污垢热阻冷却剂侧放热热阻金属壁内侧油膜的导热第四章冷凝器和蒸发器1.3冷凝器的选择计算确定冷凝器的热负荷确定冷凝器的型式计算传热温差计算传热面积计算冷却水量根据以上确定的面积FK，由于考虑到：使用后的污垢热阻将降低传热效率；制冷系统的容量波动，故要加上安全系数：5~10%，因此FK*=(1.05~1.1)FKQK=MR(h2-h3)=Ø0+Pth经验公式：开启式QK=Ψ·Q0

冷负荷系数Ψ=f(tK,t0,工质,气缸冷却方式)

全封闭式QK=Q0(A+BtK)28oC=<tK=<54OC:R12:A=0.9,B=0.053R22:A=0.88,B=0.042FK=QK/(K·Δtm)传热系数查表冷凝的对数平均温差：

气候条件水质水量工艺要求用户要求第四章冷凝器和蒸发器2.蒸发器2.1蒸发器的种类蒸发器满液式非满液式循环式喷淋式盘管中全为制冷剂。沸腾放热系数高；工质充灌量大，对于F系统，com回油困难。盘管内为气、液共存状态。工质充灌量少，易于com回油；传热效果较满液式差。泵强制工质循环。沸腾放热系数高，com回油较易；系统投资高，运行费高。用泵将工质喷淋在传热面上。沸腾放热系数高，工质充灌量小，能消除静液高度对蒸发温度的影响；设备费用高2.2常用蒸发器的种类第四章冷凝器和蒸发器蒸发器冷却液体的蒸发器冷却空气的蒸发器立管式蒸发器满液式壳管蒸发器干式壳管蒸发器冷却盘管冷却机氟利昂直接蒸发式空气冷却器满液式非满液式非满液式满液式非满液式立管式蒸发器满液式壳管蒸发器干式蒸发器冷却盘管有：顶排管、墙排管、单层管、多层管等多种形式。氟利昂直接蒸发式空气冷却器第四章冷凝器和蒸发器2.2蒸发器的传热系数2.2.1传热过程蒸发器传热过程与冷凝器相同：制冷剂侧的放热金属壁和垢层的导热载冷剂侧的放热蒸发器的传热系数K的计算与冷凝器基本相同，但制冷剂侧的放热为沸腾放热，故放热系数与冷凝器不同，Ｋ值也不同。金属壁内侧油膜的导热第四章冷凝器和蒸发器2.3蒸发器的选择计算确定蒸发器的冷负荷确定蒸发器的型式计算传热温差计算传热面积计算载冷剂流量根据以上确定的面积F0，由于考虑到：使用后的污垢热阻将降低传热效率；制冷系统的容量波动，故要加上安全系数：10~15%，因此F0*=(1.1~1.15)F0已知值Q0=MRq0=MCp(t1-t2)F0=Q0/(K·Δtm)传热系数查表对数平均温差：

根据需要选择第五章节流机构和辅助设备1.节流机构

作用降压降温，保证压差：PKP0，TKT0

调节蒸发器的供液量。分类氨系统氟系统手动膨胀阀浮球式膨胀阀热力膨胀阀毛细管电子膨胀阀直通式浮球膨胀阀非直通式浮球膨胀阀内平衡式热力膨胀阀外平衡式热力膨胀阀手动膨胀阀

由工作人员根据负荷大小，手动调节阀门开度，管理不方便；结构同普通截止阀。直通式浮球膨胀阀

依靠浮球室中的浮球受液面的影响，控制阀门的启闭。直通式：构造简单，浮球受液面波动大，易损坏，下部供液。非直通式浮球膨胀阀依靠浮球室中的浮球受液面的影响，控制阀门的启闭。非直通式：液面平稳，不易损坏，构造、安装较复杂氨浮球阀选择计算（1）查表氨浮球阀：标准工况下的标准制冷量Kcal/h浮球阀通道面积（mm2）接管直径（mm）60000以下171560000~1400002025140000~2800005032280000~56000010040560000~110000020050（2）计算f=G/[50.4μ(ΔP·r)1/2]mm2式中G－质量流量Kg/hμ－流量系数，R717:μ=0.35;R12:μ=0.6~0.8ΔP－膨胀阀前后压差，若con到E的进口压力损失不大，则

ΔP=PK-P0Kgf/cm2r－阀前液态制冷剂的容重，Kg/Lf－浮球阀通道断面积考虑变工况运行，f‘=1.3f内平衡式热力膨胀阀

根据感温包内制冷剂的饱和压力控制阀的开启，自动调节供液量，以保证蒸发器的出口过热度为3~5oC。内平衡式：阀内膜片下方承受的压力为：E进口压力P0和弹簧作用力；外平衡式热力膨胀阀

根据感温包内制冷剂的饱和压力控制阀的开启，自动调节供液量，以保证E的出口过热度为3~5oC。外平衡式：阀内膜片下方承受的压力为：E出口处压力和弹簧作用力；根据制冷量，考虑一定的裕量，查样本选择。但应注意设计工况与标准工况的转换：毛细管液体比气体非常容易通过，气体流动阻力>液体流动阻力。结构简单，制造方便，无运动部件，不易出故障，有自补偿特点，停机后，con与E内压力能很快自平衡。过冷度对毛细管的流量影响较大。合理选择：在规定的TK、T0下，使毛细管的阻力足以在毛细管进口处保持一个液封，而又无过多的液体存于冷凝器内。电子膨胀阀

由检测、控制、执行三部分组成。由检测部分完成调节系统的输入值（过热度），控制系统由程序控制，根据检测到的数据与规定数据的比较，调节阀门。电子膨胀阀对供液量调节范围宽，调节反应快，能保证蒸发器的出口过热度稳定在1～2ºC内，并能配合变频调节。毛细管热力膨胀阀电子膨胀阀制冷剂与阀的选择是否相关无关由感温包充注的制冷剂决定无关制冷剂流量调节范围小较大大流量调节机构毛细管流动阻力调节阀开度调节阀开度调节控制信号过冷度蒸发器出口过热度蒸发器出口过热度调节方法回热循环，降低毛细管出口段温度检测出口过热度，控制调节阀开度检测出口过热度，控制调节阀开度对蒸发器过热度控制偏差大较小，4~7°C，但蒸发温度低时大很小，1~2°C流量调节特性补偿困难困难可以调节的过渡过程特性不好较好优允许负荷波动很小较大，但不适合于能量可调节系统很大，适合于能量可调节系统流量前馈调节困难困难可以价格便宜较高高电子膨胀阀与毛细管、热力膨胀阀的特点比较第五章节流机构和辅助设备2.辅助设备

2.1油分离器作用：分离压缩机排气中的润滑油，以防止润滑油进入冷凝器和蒸发器，形成油膜，降低其传热效果。原理及分类：

利用流通截面积的突然扩大，降低气流速度来分离油滴。外加冷却水套的干式氨油分离器干式氨油分离器

分油效果差，无法分离油蒸气。利用冷却水降低混合气体温度，使部分油蒸气冷凝，提高了分油效果。

改变气体流向or利用离心力将油滴从制冷剂中甩出。离心式氨油分离器分油效果好于干式油分离器。2.1油分离器

采用液体制冷剂对含油的制冷剂蒸气洗涤分油洗涤式氨油分离器不仅使油蒸气凝结，而能分离出油滴。分油效果较好。

通过过滤层分油滤过式氨油分离器高效油分离器

氟利昂油分离器

在氨干式油分离器的基础上，在进气管下端加设过滤器，实现双重作用。其下部设有自动回油的浮球阀。选择计算：式中dy－油分离器直径(m)；λ－氨压缩机的容积效率；

V－氨压缩机的理论排气量(m3/h)；

wy－油分离器中的气体速度(m/s)，wy=0.8~1.0m/s。第五章节流机构和辅助设备干式氨油分离器外加冷却水套的干式氨油分离器离心式氨油分离器第五章节流机构和辅助设备洗涤式氨油分离器洗涤式氨油分离器安装要求滤过式氨油分离器氟利昂油分离器第五章节流机构和辅助设备2.2集油器（仅用于氨系统）

收集油分离器中分离出来的润滑油，以及残留在冷凝器、蒸发器、贮液器等容器中的润滑油。在压缩机吸气作用下，能分离油中混合的制冷剂，使操作安全、方便。集油器应安装在整个制冷系统的最低处。高压侧、低压侧应各自使用一个集油器，不能混用。集油器2.3气液分离器工作原理：利用制冷剂蒸气流速的急剧降低和流向的急剧改变，实现：分离蒸发器回气中的液体制冷剂，防止压缩机湿压缩。分离进入蒸发器供液中的闪发蒸气，提高蒸发器的传热效果。右图为：氨液分离器2.4贮液器按用途和所承受的压力贮存冷凝器排出的高压制冷剂液体，以供应和调节系统供液量贮存气液分离器分离出的氨液，位于气液分离器后用于氨泵供液制冷系统，作气液分离器和低压贮液桶用，为氨泵提供所需的低压氨液维修和检修设备以及设备冲霜时，贮存设备排出的制冷剂高压贮液器低压贮液器循环贮液桶排液桶贮液器的贮液容量按整个系统制冷剂小时循环量的1/3~1/2选取贮液器贮存制冷剂的最大允许容量为本身容量的80%贮存制冷剂的最大允许容量为本身容量的70~80%卧式循环贮液桶的液面不应超过其直径的1/3立式循环贮液桶的液面不应超过其桶高的1/4最大氨液贮存容积不小于氨泵每小时循环量的30%高压贮液器氟利昂液体积计算式：（P1205-2-4式）式中VZ－贮液器的体积，m3；

Ψ－贮液器的体积系数；

β－贮液器的氨液充满度，取70%；

v－冷凝温度下氨饱和液体的比体积（m3/kg）－制冷装置中每小时氨液的总循环量（kg）氨液低压贮液器循环贮液桶直径计算式：（P1235-2-5式）式中dd－低压循环贮液器的直径，m；

λ－氨压缩机的容积效率；

V－氨压缩机的理论排气量，m3/h；

Wd－低压循环贮液桶内的气流速度,(m/s)；

ξd

－低压循环贮液桶截面积系数；

nd－低压循环贮液桶气体进气口的个数。体积计算式：（P1235-2-6式）（1）上进下出式供液系统：式中Vd－低压循环贮液器的体积，m3；

θq－冷却设备蒸发器的设计灌氨量的体积百分比（％）；

Vq－冷却设备蒸发器的体积，m3；

Vh－回气管体积,m3；（2）上进下出式供液系统：（P1235-2-7式）式中Vq’－冷却设备灌氨量最大的一冷间蒸发器的体积，m3；

Vb－一台氨泵的体积流量，m3/h；

tb－由氨泵启动到液体自系统返回低压循环贮液桶的时间，h；循环贮液桶排液桶2.5空气分离器作用：原理：

在低温下，制冷剂会冷凝，而空气不冷凝。将混合气体在冷凝压力下降温到一值，使混合气体中的大部分制冷剂冷凝为液体，而分离出空气，将空气排出。

由于高压贮液桶出液管的液封作用，所以都聚积在冷凝器和高压贮液桶中，故空气分离器连接在冷凝器和高压贮液器上。排出制冷系统的不凝性气体套管式空气分离器套管式空气分离器立式空气分离器第五章节流机构和辅助设备2.6紧急泄氨器2.7过滤器紧急情况时，防止氨系统发生爆炸，将氨液加以稀释后排入消防允许的下水道内；与贮氨量较多的容器相连液体过滤器气体过滤器安装在节流阀前，氨泵进液管上安装在压缩机的吸气管上滤网铁丝网铜丝网氨系统氟系统2.8干燥过滤器2.9气液热交换器第五章节流机构和辅助设备干燥剂：硅胶orCaCl2分子筛经冷凝后的液体在交换器内的蛇形管内流动；由E出来的蒸气在交换器内的蛇形管外流动；逆向流动2.10中间冷却器对于中间冷却器的选择，应按其直径和蛇形管冷却面积计算确定，相关内容可查阅教材P129~130或其它参考文献。用于多级压缩中，冷却低压级压缩机排出的过热蒸气，使其冷却到中间压力，以便保证高压级压缩机的正常工作；同时还起到了油分离器的作用（洗涤式油分离器）。2.11氨泵第五章节流机构和辅助设备用于冷库制冷系统中的氨泵供液系统。用来：输送氨液；克服阻力。齿轮泵离心泵输液量恒定，抗气蚀能力强；装配间隙小，要求氨液纯净流量与压力呈一定比例变化，抗气蚀能力差选择计算：流量：qv=nxqzvzqv－氨泵体积流量,m3/hnx－循环倍数qz－氨泵所供同一蒸发温度的氨液蒸发量，kg/hvz－蒸发温度下氨饱和液体的比体积,m3/kg扬程：克服泵出口至蒸发器进液口的沿程阻力损失；氨泵中心至最高的蒸发器进液口上升管静压阻力损失、加速度阻力损失；蒸发器节流阀前应留有足够压力（1~1.5kgf/cm2）。为防止氨泵发生气蚀，氨泵进液处压力应有不小于0.5m液柱的裕度第六章双级蒸气压缩制冷为什么使用双级压缩？

com的压力差超过允许值，导致机件损坏；压力比过大，排气温度升高，导致润滑油稀化，增加润滑油的消耗；导致润滑油的碳化，引起润滑不良；压力比过大，导致容积效率ηV和制冷量ø0大大降低。下表列出常用制冷剂在Pk/P0=10时的最低蒸发温度：

当压力差（Pk-P0）＞12~14和压力比Pk/P0＞8~10时，单级压缩机会发生：制冷剂

冷凝温度（°C）

30

35

40

45

50R717

-30.5

-27.3

-24.4

—

—R22

-37.2

-34.2

-31.5

—

—R12

-36.8

-33.8

-31.1

-28.3

-25.4

由于环境温度、压力差（Pk-P0）和压力比Pk/P0的限制，单级压缩机不能达到很低的蒸发温度，为了获得更低的蒸发温度，就需要使用多级压缩。§6-1.双级压缩制冷循环与系统组成双级压缩制冷循环仅压缩过程为两级压缩，其他与单级相同：

低温低压制冷剂蒸气中间压力下过热蒸气低压级com过热蒸气被冷却中间冷却器冷凝压力下过热蒸气高压级com单机双级系统：气缸数比常为1:3or1:2双级制冷系统组成双机双级系统两台压缩机一台压缩机，高、低压气缸中间冷却程度中间完全冷却中间不完全冷却低压级com排气在中间冷却器中被冷却到中间压力下的饱和温度。用于氨系统低压级com排气与中间冷却器中蒸发的蒸气相混合，被冷却到某一过热点。用于氟利昂系统

两级节流中间完全冷却原理图两级节流中间完全冷却lgP-h图双级压缩氨制冷循环1.1.1双级节流中间完全冷却循环节流级数双级单级采用两个节流阀，制冷剂经过两次节流采用一个节流阀，制冷剂经过一次节流MR2MR1MR1MRMRMR1MR1MRMR31.1.2两级节流中间完全冷却制冷循环流量计算

•

由总流量与各分流量关系得：

MR=MR1+MR2+MR3(6-1)

其中：MR1—蒸发器中气化的制冷剂流量；

MR2—中间冷却器冷却初级排气而气化的制冷剂流量；

MR3—一级节流气化的制冷剂流量。

•

由中间冷却器热平衡方程得：

MR1(h2,-h3)=MR2(h3-h4)(6-2)

•

一级节流气化的制冷剂流量MR3为：

MR3=MR(h10-h4)/(h3-h4)(6-3)

•

蒸发器中气化的制冷剂流量MR1为：

MR1=ø0/(h1-h5)(6-4)

•

求解(6-1)、(6-2)、(6-3)、(6-4)式组成的方程组，即可求得各流量值。1.2.1一次节流中间完全冷却循环一次节流中间完全冷却双级压缩系统图一次节流中间完全冷却双级压缩lgP-h图M1MDMGM1MDMGMD1.2.2一次节流中间完全冷却制冷循环流量计算

•

由总流量与各分流量关系得：

MG=M1+MD(6-5)

其中：MG—高级压缩机的制冷剂流量；

M1—中间冷却器冷却初级排气而气化的制冷剂流量；

MD—低级压缩机的制冷剂流量。

•

由中间冷却器热平衡方程得：

M1(h3-h10)=MD(h9-h4,)+MD(h2-h3)(6-6)

又∵h10=h9(6-7)

•

求解(6-5)、(6-6)、(6-7)式组成的方程组，即可求得:

MG=MD(h2-h4,)/(h3-h9)(6-8)1.2.3双级压缩氨制冷系统

一次节流中间完全冷却双级压缩氨制冷系统图MGM1MDMD1.3.1一次节流中间不完全冷却制冷循环

（双级压缩氟利昂制冷循环）一次节流中间不完全冷却原理图一次节流中间不完全冷却LgP-h图MGM1MDM1MDMG1.3.2一次节流中间不完全冷却流量计算

•

由总流量与各分流量关系得：

MG=M1+MD(6-8)

其中：MG—高级压缩机制冷剂流量；

M1--中间冷却器使饱和液体过冷而气化的制冷剂流量；

MD--低级压缩机的制冷剂流量。

•

由中间冷却器热平衡方程得：

M1(h3-h10)=MD(h9-h4,)(6-9)

又∵h10=h9(6-10)

•

求解(6-8)、(6-9)、(6-10)式组成的方程组，即可求得:

MG=MD(h3-h4,)/(h3-h9)(6-11)

另外，6点的压力为中间压力PZ，焓值h6应由热平衡求得，才能确定6点的位置：

(MG-MD)(h6-h3)=MD(h2-h6)

∴h6=[MG•h3+MD•(h2-h3)]/MG

=h3+(h3-h9)(h2-h3)/(h3-h4’)(6-12)M1M1MDMDMG§6-2.双级压缩制冷的热力计算

在进行双级压缩热力计算前，首先应解决制冷剂和循环形式的选择，以及工作参数的确定，现介绍如下：

制冷剂选择：根据需要达到的最低蒸发温度t0，按

•

每级压缩比Pk/P0≤8~10；

•P0>0.1~0.15bar（绝对压力）。选择能达到上述条件的制冷剂作为双级压缩的制冷剂。

循环形式的选择：循环形式与制冷剂密切相关。一般，氨宜选择一级节流中间完全冷却制冷循环，氟利昂宜选择一级节流中间不完全冷却制冷循环。

1.工作参数的确定：（即：tk、t0、tz、Pk、P0、Pz等参数）

tk、t0的确定同单级压缩，而中间温度tz和中间压力Pz是双级压缩特有的问题，因此，我们着重讨论这个问题。1.1选配压缩机时中间压力的确定最佳中间压力：使压缩机在最佳状态下运行，使压缩机的运行经济性最好。其方法如下：（1）多次试算，求最佳值；（2）氨制冷剂根据Tk、T0查图6-2-1；（3）Tz=0.4Tk+0.6T0+3OC，(-40~+40OC);（4）Pz=(Pk·P0)1/2。1.2对已选com系统确定中间压力（1）按高、低压缩机的排气量的比值确定中间压力。单机双级：ξ=1:3or1:2双机双级：根据制冷剂工质、蒸发温度选择合适的比值

中间压力的确定有两种不同情况：一种是为制冷循环选择压缩机需要中间压力；另一种是对已有的压缩机确定中间压力。下面就按这两种情况讨论。(6-2-1)

（2）任取几个中间温度，宜取负值，每两值之差5~10°C为宜，然后计算各中间温度的ξ值，以ξ—tz作图。图中对应于(6-2-1)式计算出的ξ值的中间温度即为该既定循环的中间温度。（具体作法请参考P144例2）2.双级压缩氨制冷循环的热力计算确定了工作参数后，就可以作lgP-h图，查取各点的状态参数值，进行热力计算。

热力计算的任务就是求出循环的性能指标、各换热器的热负荷、压缩机的输气量及功率、或制冷量等。下面以P134图6-1-3所示的双级压缩氨制冷循环为例，说明双级压缩制冷循环的热力分析和计算方法。该循环的lgP-h图见P134图6-1-4。

(1)双级压缩的制冷量是低压级蒸发过程5’-1，其单位质量制冷量q0为：

q0=h1-h5’(kJ/kg)(6-2-2)(2)低压级消耗的单位质量理论功为：

wtD=h2-h1(kJ/kg)(6-2-3)(3)当已知冷负荷为Q0(kW)时，低压级制冷剂循环量mD为：

mD=Q0/(h1-h5’)(kg/s)(6-2-4)(4)低压级压缩机的理论耗功率为：

NtD=mD•wtD=Q0(h2-h1)/(h1-h5’)(kW)(6-2-5)(5)高压级消耗的单位质量理论功为：

wtG=h7-h3(kJ/kg)(6-2-6)(6)根据前述一次节流中间完全冷却循环流量计算(6-8)式，高压级制冷剂循环量mG为：

mG=mD(h2-h4’)/(h3-h9)(kg/s)(6-2-7)(7)高压级压缩机的理论耗功率为：

NtD=mG•wtG=[Q0(h2-h4’)(h7-h3)]/[(h1-h5’)(h3-h9)](kW)(6-2-8)(8)双级压缩制冷循环的理论耗功率为：

Nth=NtD+NtG(kW)（9）制冷系数ε为：

ε=Q0/Nth=Q0/(ND+NG)=Q0/(mD·WtD+mG·WtG)=q0/(wtD+mG·wtG/mD)(6-2-9)

以上是一次节流中间完全冷却双级压缩制冷理论循环的热力分析和计算。由于随后要进行的一次节流中间完全冷却双级压缩制冷实际循环的热力分析和计算，以及涉及到理论排气量Vh、容积效率ηv、指示效率ηi等的计算，与单级压缩制冷循环相同，这里不再重述，请同学们参见P59§3-4。

但是，在计算中间冷却器的热平衡及高、低压级的流量比mG/mD和冷凝器热负荷时都需要用到压缩机实际压缩过程的排气焓值。这里介绍一下实际排气焓值的计算方法：（10）高、低压com实际过程排气焓值h7S、h2S

根据指示效率定义式：ηi=wth/wi

，对于低压级压缩机有

ηiD=(h2-h1)/(h2S-h1)

∴

h2S=h1+(h2-h1)/ηiD

(kJ/kg)(6-2-10)

同理，对于高压级压缩机实际压缩过程的排气焓值为：

h7S=h3+(h7-h3)/ηiG(kJ/kg)(6-2-11)

另外，在相同压缩比下，双级压缩低压级压缩机输气系数λaD比单级压缩机输气系数λ约低10%，即：

(11)λaD=0.9λ(6-2-11’)

以上是一次节流中间完全冷却双级压缩制冷循环装置选择设计的热力计算。对于已确定的双级压缩制冷机，常常需要计算制冷量Q0，其计算方法如下：

•

根据双级压缩制冷机运行中测得的温度、压力，在lgP-h图上作出制冷循环，确定出各点的状态参数值；

•

制冷量的计算公式如下：

Q0=VhD•λaD•(h1-h5’)/v1(kW)(6-2-11’’)其中：VhD--双级压缩低压级压缩机的理论排气量，m3/s；

λaD--双级压缩低压级压缩机的输气系数；

v1--双级压缩低压级压缩机吸气的比容，m3/kg。

一次节流中间不完全冷却双级压缩制冷循环热力计算，与前面讲的一次节流中间完全冷却双级压缩制冷循环基本相同，其区别仅在于中间冷却器的热平衡方程不同，由此得到的流量计算也不同。现在重述一下热力计算中需要用到的流量计算结果：

(1)高、低压级压缩机的流量关系:

MG=MD(h3-h4,)/(h3-h9)(6-11)(2)6点的压力为中间压力PZ，焓值h6是由两部分气体混合而成，应由热平衡求得，才能确定6点的位置：

(MG-MD)(h6-h3)=MD(h2-h6)

∴h6=[MG•h3+MD•(h2-h3)]/MG=h3+(h3-h9)(h2-h3)/(h3-h4’)(6-12)

焓值h6求得后，就能在PZ线上作出6点，查出6点的其它状态参数值，即可进行一次节流中间不完全冷却双级压缩制冷循环热力计算。肉类生产性冷藏库平面类型之一:1-冻结间；2-常温脱盘、脱钩间；3-走道；4-冻结物冷藏间；5-贮冰间；6-快速制冰间；7-值班室；8-站台；9-机房及设备间；10-配电室；11-露天变压器；12-机修间。肉类生产性冷藏库平面类型之二：1-冻结间；2-冻结物