《船舶辅机操作与维护》课件-项目四 船舶制冷装置

项目四

船舶制冷装置任务一

基础知识1制冷概述与制冷循环

第一节制冷概述2一、制冷在船上的应用制冷：用人工方法从被冷却对象中移出热量，使其温度降低到环境温度以下。

空气调节：空调装置冷源

冷藏运输：冷藏船、冷藏集装箱

专门用途：

渔船、海上作业船、军舰等

伙食冷藏：延长食品储存时间，保证质量二、食品[Foodstuff]的冷藏条件1.

果蔬及蛋乳类—

冷藏温度接近冰点[FreezingPoint]，抑制微生物活动，抑制食品呼吸、延缓成熟。高温库

(菜库、乳品、干货)

温度t=0~5oC，且均匀相对湿度

=85%~90%

t、

不宜较大波动果蔬专用冷藏舱换气次数2-4次、伙食冷库不需专门换气。换气次数：

用新鲜空气更换呼吸产生的水分和CO2，新鲜空气量/舱室容积。2.

肉类—

冷冻[Freeze]温度降低到使大部分汁液冻结。冻结过程(在陆上食品加工厂进行)：缓慢冻结：大冰晶，解冻后不鲜美快速冻结(速冻-23~-30C)：小冰晶，解冻后鲜美低温库

(肉类、鱼类)

长航线船：-18~-20C短航线船：-10~-12C=90%~95%

二、食品[Foodstuff]的冷藏条件3.气调储藏：

在冷藏的同时控制O2(2%~5%)和CO2(2%~8%)的含量果蔬储藏期延长0.5-1倍二、食品[Foodstuff]的冷藏条件4.冷库消毒、杀菌方法抗霉剂消毒剂臭氧发生器[OzoneGenerator]禁用食品：奶类、油脂类、含叶绿素多的蔬菜O3

O2+[O]臭氧发生器高压放电O2作用杀菌(氧化微生物细胞膜)抑制水果呼吸(乙烯[Ethylene])作用对鱼类除臭二、食品[Foodstuff]的冷藏条件5.干缩现象及影响因素：重量损失5％温度、相对湿度、空气流速、食品性质和外形、进入冷库的热量等。第二节蒸汽压缩式制冷循环的基本原理和组成Q1Q2Q3常温高压液体高温高压蒸汽低温低压蒸汽低温低压90%液体和10%蒸汽

一点：临界点。二线：饱和液体线、干饱和蒸汽线三区：过冷液体区、湿蒸汽区、过热蒸汽区。五状态：未饱和液体、饱和液体、湿蒸汽、干饱和蒸汽过热蒸汽制冷剂热力性质的压焓图回顾：制冷剂热力性质的压焓图。

压焓图归纳为；一点、两线、三区、五状态。1．单级蒸气压缩式制冷的理论循环假设：

l）压缩机的压缩过程不存在换热和流阻等不可逆损失，即假设是等熵过程。

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不变。

3）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。

符合假设条件制冷循环称理论循环。理论循环的P—h图见后图1: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2－3：冷凝器内的等压冷却、冷凝、过冷过程3－4：膨胀阀内的等焓节流过程4－1：蒸发器内的吸热等压气化过程1－2：压缩机中的等熵压缩过程2、实际循环：

①压缩过程是熵值增加的多变过程；②节流过程有吸热，焓值也略有增加；③制冷剂在管道、热交换器和压缩机中流动时④还存在阻力损失和热交换。

由于存在以上原因，实际循环的P—h图与理论循环的P—h图是有所不同。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hpabc22’3d4ef5g612-4：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hpabc22’3d4ef5g61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单位制冷量：

qo=h1－h4

kJ/kg

单位容积制冷量：

qv=q0/ν1

kJ/m3

等熵压缩单位理论功：

w0=h2`

－h1

kJ/kg

单位指示功：

wi=h2

－h1

kJ／kg

h2`为从吸气点按等熵线压缩至排气压力的制冷剂的焓值理论制冷系数：

ε=q0/w0=(h1－h4)

/(h2`

－h1)

制冷剂的质量流量：G＝Qo／q0=Q0／h1－h4

kg/s

Qo——

制冷量。

KJ/s第三节．单级蒸气压缩制冷的实际循环及热力计算

压缩机的实际容积流量：

Vs＝G·υ1＝Qo·υ1/q0=Qo/qv

m3/s

（按吸气状态的容积计算）压缩机的理论容积流量（活塞行程容积）：

VT=Vs/λ=Qo/（λ·qv）

m3/s

λ—压缩机的输气系数

压缩机的理论功率：

PT=G·w0

kw

压缩机的指示功率：Pi=G·wi=G·w0/ηi=PT/ηi

ηi—指示效率（考虑压缩机非等均压缩的能量损失，一般取0.8左右）

压缩机的轴功率：

P=Pi/ηm=PT/ηm·ηi=PT/η

kw

ηm—压缩机的机械效率，一般取0．9左右；

η—压缩机的总效率，一般约为0.7

性能系数COP（单位轴功率制冷量）：

COP=Qo/P=ε·η

COP值表示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，其值与压缩机的总效率和制冷剂种类及运动工况有关。

COP值是评定制冷装置的一项重要经济性指标。开启式压缩机的COP值在使用约为2.2～2.5W/W（制冷）和约为2.9～3.4，W/W（空调）。单位电功率制冷量（能效比EER）：

Pel=Pe/ηmo=Pt/ηiηmηmo=Pt/ηel

ηm—压缩机的机械效率，一般取0．9左右；

ηmo—电动机效率，一般取0．9左右；

ηel—压缩机加电动机的总效率。

能效比EER参数用在封闭式和半封闭式的压缩机。冷凝器的热负荷：（忽略了压缩机和排气管的散热量）

Qk=Qo

＋Pikw

冷凝器的热负荷一般约为制冷量Qo的1.2～1.3倍。二、单级制冷压缩机的工况和性能曲线

制冷压缩机的工况：指其所参加的制冷循环的温度条件。

温度条件：主要是蒸发温度、吸气温度(过热度)、冷凝温度和膨胀阀前的过冷度。其中影响较大的是蒸发温度和冷凝温度。1．工况参数对制冷工作的影响

影响的主要制冷参数：制冷量Q0、轴功率P、制冷系数ε

制冷压缩机的制冷量：

Q0=G.q0=λVTq0/υ1=λ·VT·

qv

kJ／s

λ—压缩机的输气系数

制冷压缩机的轴功率：

P=G·w0/η=λVTw0/υ1η=λVTwv/η

kw

wv—压缩机的单位容积压缩功.

kJ／m3

l）当其他条件不变时，冷凝温度tk变化的影响：

（冷凝温度是对应于冷凝压力的饱和温度）设：

冷凝温度tk上升：

①装置的制冷系数ε降低。因为：ε=q0/w0

q0`＜q0w0`

＞w0→

ε↓②轴功率P增大。因为：P=G·w0/η=λVTw0/υ1ηυ1不变；λ下降不大；w0↑③制冷量Qo降低。因为：

Q0=G.q0=λVTq0/υ1

υ1不变；λ下降不大；q0↓

2）当其他条件不变时，蒸发温度t0变化的影响：

（蒸发温度是对应于蒸发压力的饱和温度）设：蒸发温度t0降低:

①装置的制冷系数降低。因为：ε=q0/w0

q0`＜q0w0`

＞w0→

ε↓②制冷量Q0稍有降低。

因为：

Q0=G.q0=λVTq0/υ1

υ1↑；λ下降不大；q0↓③轴功率降低。因为：P=G·w0/η=λVTw0/υ1η

υ1↑；λ下降不大；q0↓

w0↑不能直接判断。轴功率的变化情况视压力比pk/po而定。一般制冷剂，该值在3左右，压缩机轴功率最大。通常制冷装置工作时压力比都大于。3）其他条件不变，供液过冷度的影响设：过冷度增加：①制冷系数提高。因为：q0↑；

w0不变

→

ε↑②制冷量Q0增加。因为：

Q0=G.q0=λVTq0/υ1

υ1和λ不变；q0↑③轴功率不变。

因为：P=G·w0/η=λVTw0/υ1ηυ1和λ及

w0不变。说明：为了提高过冷度，常设气液换热器；过冷度一般约为3～5℃；冷凝器到膨胀阀这段液管因流阻及管路上行导致的压降不宜超过40～70kPa，否则过冷度可能会消失而提前闪气，使制冷量降低。

4）设其他条件不变，压缩机吸气过热度的影响

：压缩机吸气的过热度增加；（分两种情况）图

一种是：如果过热过程是由冷剂离开蒸发器后在压缩机吸气管中吸取外界热量而造成的，则制冷剂的单位制冷量实际并未提高，装置的制冷量和制冷系数会下降，这种情况称为有害过热。

另一种是：如果过热是在蒸发器内完成，过热度提高时：由于：q0↑；

w0↑

①制冷系数：采用R134a、NH3时，吸气过热度增加则制冷系数减少；R22则影响不大（略有下降）。

②制冷量：采用R134a时，吸气过热度增加则制冷量略有下降；R22则影响不大；而氨制冷装置制冷量减小。

③轴功率：过热度增加都使轴功率P减少！

因为：P=G·w0/η=λVTw0/υ1η

λ基本不变；υ1和w0都增加，但υ1增加率比w0大。压缩机吸气过热度不超过5～8℃；氟利昂蒸发器出口过热度一般控制在3～6℃

2．回热循环

具有回热过程的制冷循环。图示

h4－h4`=h1`－h1

增加的制冷量△qv

；

△qv=h4－h4`

增加的压缩功△w0

；

△w0=（h2`－h1`）－（h2－h1）如果设置回热器则：

R22

—

对制冷量和制冷系数影响不大，但可以防止“闪气”，减少吸气管有害过热。

R717

—

降低制冷量和制冷系数，所以不宜设回热器。

R404A

—防止吸气结霜，减少吸气管有害过热。3．采用蒸发式过冷器的过冷循环

对于整个循环系统：①制冷系数：不变。

②制冷量：不变。

③轴功率：不变。采用蒸发式过冷器的目的：

①液管压降较大需要提高过冷度；

②防止压缩机吸、排气和滑油温度过高

R22常使用蒸发式过冷器。4．制冷压缩机的性能曲线

（以国产8FS10型压缩机由实验方法得到的性能曲线为例）

通过性能曲线可以方便地查得压缩机在不同工况下的制冷量和轴功率，并可算出对应工况下单位轴功率制冷量Ke值。

解释：制冷压缩机的工况：为了衡量和比较机器的性能，制定出公认的温度条件，作为名义工况，并以压缩机在名义工况的制冷量来作为比较和选用的标准。

我国所定义的名义工况旧标准为：“标准工况”、“空调工况”

我国定义的名义工况新的标准为：

“高温工况”、“中温工况”和“低温工况”。

注意：各标准所定义的冷凝温度和蒸发温度。

我国所定义的其它名义工况：为了考察压缩机的强度和电动机的工作，还定有“最大压差工况”、“最大轴功率工况”。

制冷机的工况必须限定在一定的范围内，以保证运行的安全与可靠。船用氟利昂活塞式单级制冷压缩机规定的设计压力。项目四

船舶制冷装置任务二蒸汽压缩制冷装置的设备制冷压缩机31第一节制冷压缩机按压缩的热力学原理分类速度式(离心式)[Centrifugal]容积式[PositiveDisplacement]活塞式[Reciprocating]回转式[Rotary](单、双)螺杆式[Screw]滑片式[Sliding-Vane]滚动转子式[Rotor]漩涡式[Scroll]

活塞式制冷压缩机使用最广泛,其制造、管理和维修的经验都比较成熟。因其流量受转速限制于Q<200kW。的中、小制冷量范围,是船舶制冷装置采用的主要机型。螺杆式压缩机转速高,输气量较大,过去适用制冷量Q。的范围是150~1500kW,在船上主要用于冷藏舱制冷装置涡旋式压缩机一般Q.<11kW,在船上主要见于冷藏集装箱。离心式压缩机输气量大,用于Q,>350kW的大制冷量范围,有用于大型客船空调制冷装置的。33按工作的蒸发温度分类高温制冷压缩机(-10~0oC)中温制冷压缩机(-15~0oC)低温制冷压缩机(-40~-15oC)注：1.划分方法不统一；2.单级。34按密封结构形式分类开启式[OpenType]压缩机半闭式[Semi-Hermetic]压缩机闭式[Hermetic]压缩机35开启式压缩机曲轴输入端伸出机壳以外(此处必须安装轴封)，通过传动装置与电动机相连。36电动机和压缩机连成整体，装在同一机体内共用一根轴，无轴封。电动机室内充有冷剂和滑油(内置电动机，解决材料相溶问题)。各端盖用垫片和螺栓相连防漏。半闭式压缩机3738电动机和压缩机连成整体，装在同一机体内共用一根轴。压缩机和电动机组装在一个密闭的薄壁机壳内，机壳由两部分焊接而成，取消轴封。露在机壳外的只焊有吸排气管、工艺管、其他(如喷液管)必要管道和电源线。闭式压缩机3940一、活塞式制冷压缩机特点(1)采用单作用、逆流式、多缸结构，吸排气阀设在气缸顶部。大型机排气阀装在“假盖”上。(2)容量大的多缸压缩机设有能量调节机构。(3)强度按R12、R22、R717等多工质通用设计，可使用不同冷剂工作。(4)氟利昂压缩机曲轴箱内设滑油加热器，起动前可加热滑油，使溶解的氟利昂分离。(5)开启式压缩机一般都采用机械轴封。418FS10压缩机8FS10压缩机假盖及假盖弹簧：液击时打开，保护零件。8FS10压缩机8FS10压缩机吸气集管，内置滤网8FS10压缩机8FS10压缩机缸套凸缘与缸体上部隔板间设有垫片，垫片厚度会改变余隙容积。8FS10压缩机8FS10压缩机铝制活塞，钢制活塞销，二者过盈配合。8FS10压缩机8FS10压缩机曲轴设2个曲拐，每个曲拐上连接4个连杆。8FS10压缩机8FS10压缩机能量调节机构：根据吸气压力，控制气缸的加载或卸载。8FS10压缩机8FS10压缩机单端面机械轴封8FS10压缩机8FS10压缩机安全阀：1.72MPa打开，高压气体流回吸气腔。588FS10压缩机59缸径：100mm气缸夹角：45

45

45

45

曲轴箱可设加热器：防止启动时“奔油”(冬季启动前或停车时间长油温下降，溶入的氟利昂增多。重新启动时压力下降，氟利昂逸出产生大量气泡的现象)6162回油均压孔：使漏入曲轴箱的制冷剂能经该孔被抽走；使吸气中所带的滑油流回曲轴箱；经此孔抽空压缩机的曲轴箱。6364缸径：100mm气缸夹角：45

45

45

45

658FS10压缩机缸套气阀组件油压启阀式能量调节机构661-阀体2-阀芯3-阀座4-常开通道5-阀座6-阀杆7-填料8-垫片9-压盖10-阀帽11-多用通道双阀座截止阀67问题：压缩机采用双阀座截止阀是为了()。A.

加强阀气密性B.

减小阀流动阻力C.

可启闭多用通道D.

提高阀使用寿命制冷压缩机双阀座截止阀多用通道接压力表时使用中()。A.

要么全开，要么全关B.

开启时开一半为宜C.

开足后应退回一圈D.

关足后应退回一圈68滑油系统规定：油压差>0.1MPa注意：油压差=油泵排压

油泵吸压(压缩机吸入压力)规定：氟利昂压缩机曲轴箱滑油温度<70C69奔油：压缩机启动时，曲轴箱内压力迅速降低，氟里昂从油中以气体形式逸出，如逸气量较大，则油产生大量泡沫而涌起的现象。危害：油泵无油压；

滑油进入气缸产生液击。预防：压缩机需长时间停车，先关吸气阀，压缩机运转一段时间(抽空冷剂)，然后停车，停车后关排出阀。发生奔油，关吸入阀多次瞬时启动，使氟里昂逐渐逸出。70间歇运行法吸气节流法排气回流法变速调节法吸气回流法据吸气压力或库温，起停压缩机改变压缩机吸气阀的开度在吸、排气阀之间设旁通管(阀)，改变旁通阀的开度交流电动机变频无级调速以吸气压力为被调参数，使部分吸气阀常开，或使两缸旁通2.压缩机的能量调节(排气量调节)油压启阀式卸载机构气动启阀式卸载机构71问题：设有油压启阀式能量调节机构的制冷压缩机的卸载机构在()时会卸载。A.

压缩机过载B.

膨胀阀开度过大C.

吸气压力过低D.

启动未建立油压时E.

油压调节阀开度过大F.

滑油泵断油油压启阀式制冷压缩机顶杆伸出一半，导致吸气阀片敲击的原因是()。油压不足72工况Ⅰ、ⅡⅢ、ⅣⅤ、Ⅵ