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1、第二节 蒸气压缩式制冷装置的工作原理,11-2-1单级蒸气压缩式制冷循环 (1),制冷循环分析和计算，常用压焓图和温熵图 船用压缩式制冷装置大都使用中、高温制冷剂 高温制冷剂 标准沸点t。0的制冷剂属 中温制冷剂 0t。一70者，如氨、氟利昂12、氟利昂22等，并多采用单级压缩 低温制冷剂 t。一70者属 下面就借助于压焓图来研究单级压缩制冷循环,11-2-1-1 单级蒸气压缩式制冷循环(2),理论循环假设； (1)压缩过程不存在换热和流阻等不可逆损失 等熵过程 (2)制冷剂流过热交换器和管路时没有阻力损失 等压过程 (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
2、交换 等焓过程 下图为单级压缩制冷理论循环的压焓图制冷空调动画theory cycle.avi 制冷空调动画theory cycle 2.avi,11-2-1-1 单级蒸气压缩式制冷循环(3),过程线12 等熵压缩过程 压力由p0提高到pk 压缩机对制冷剂作功 制冷剂温度提高 点2处于过热蒸气状态 过程线23 制冷剂在冷凝器内的冷却、冷凝 过热蒸气在等压下先放热冷却降温，再继续放热冷凝，然后过冷,11-2-1-1 单级蒸气压缩式制冷循环(4),过程线34 冷剂通过膨胀阀的节流过程 压力由pk降到po，温度由tk降到t0，并进入两相区 节流前后制冷剂焓值不变 过程线4-1 等压气化过程 制冷剂吸
3、取热量不断气化 向干度增大方向，直到过热蒸气 由热力状态图和表 可确定循环中的各点参数,11-2-1-2单级蒸气压缩制冷的实际循环及热力计算,实际循环 压缩过程是熵值增加的多变过程 节流过程有吸热，焓值也略有增加 制冷剂在管道、热交换器和压缩机中流动时存在阻力损失和热交换,11-2-1-2单级压缩制冷热力计算(1),热力计算： (1)单位制冷量 q。 hlh5 kJkg 如吸气管中吸热可忽略不计，则5-1过程全在蒸发器中进行 (2)单位容积制冷量 qv = q0/vl kJkg (3)等熵压缩单位理论功 wi = h2 - h1 kJkg (4)理论制冷系数 = q0/w0 = h1-h5 /
4、 h2-h1,11-2-1-2单级压缩制冷热力计算(2),(5)制冷剂的质量流量 G = Q0q0 = Q0(h1一h5) kg/s (6)压缩机容积流量(按吸气状态容积计算) Vs = G v1 = Q0 v1/q0 = Q0/q0 (7)压缩机的理论流量 VT = Vs/ = Q0/( qv) m3/s (8)压缩机的理论功率 PTG w0 kW,11-2-1-2单级压缩制冷热力计算(3),(9)压缩机的指示功率 pi = G wi = G w0/i=PT/ i kW (10)压缩机的轴功率 p = pi/ m = pT/(m i ) = pT/ (11)单位轴功率制冷量 Ke=Q0/p=
5、 (12)冷凝器的热负荷 Qk=Q+pi kW,11-2-2 单级制冷压缩机工况和特性,制冷压缩机工况： 指决定其理论循环的温度条件 蒸发温度 对应于蒸发压力的饱和温度 蒸发压力 由蒸发器产气量和压缩机吸气量间的质量平衡决定 如库温降低，蒸发器传热不良，则蒸发量减少，p0就降低 冷凝温度 对应于冷凝压力的饱和温度 冷凝压力 由压缩机排气量与冷凝器冷凝量的质量平衡来决定 如压缩机吸气压力高，质量流量大，则冷凝压力就高,11-2-2-1工况参数对制冷工作影响,制冷压缩机制冷量可由下式表示： Q0Gq0VTq0v1 VTqv 制冷压缩机的轴功率则可写为： P = Gw0/ = VTw0 /v1 =
6、VTwv 式中： wv = w0 /v1 压缩机单位容积压缩功 压缩机在n和工作缸数不变情况下 理论吸气量VT将为定值，从式看出 压缩机的Q0随输气系数和单位容积制冷量qv而变 而P则与、压缩机总效率和单位容积压缩功wv有关 事实上 、 Q0 、 和wv 均随工况温度条件而变,11-2-2-1 冷凝温度tk变化的影响(1),假设冷凝温度由tk升高到tk 理论循环由1234561改变为1234561 由于循环的单位制冷量q0减少，即 q0 q0 减少 (压力比pkp0增加) 而吸气比容v1却并未改变 所以qv和Q0都将相应变小,11-2-2-1 冷凝温度tk变化的影响(2),另一方面，由于单位压
7、缩功增大 即w0w0，而v1没有变化 所以Wv和轴功率P都将增大，装置制冷系数也会降低 反之，当tk降低时，则情况相反,11-2-2-1蒸发温度t0变化的影响(1),当蒸发温度从t0降低到t0 循环由1234561变为1234561 循环制冷量稍有降低 即 q0vl 制冷剂流量G减小 因此，Q0也减小,11-2-2-1蒸发温度t0变化的影响(2),制冷机轴功率变化情况 因单位压缩功增大 即 w0w0 但制冷剂的流量G减小，而不能直接判断 热力学分析表明 在达到某压力比pk时(一般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，故当蒸发温度降低时轴功率降低,11-2-2-1过冷度
8、和过热度的影响(1),循环过冷度增加 过冷温度由t4降到t4, Q0则会因q0增加而增加 压缩机轴功率不变，提高 装置过冷度为35 液管压降不宜超过4070kPa 否则闪气，制冷量降低 为提高过冷度 设气液换热器 使从冷凝器出来的制冷剂液体与从蒸发器出来的制冷剂蒸气换热以实现过冷,11-2-2-1过冷度和过热度的影响(2),压缩机吸气过热度影响 如果过热过程是在吸气管中吸取外界热量造成. 单位制冷量实际并未提高,Q0和下降，这称为有害过热。 如果过热在蒸发器内完成. 过热度提高时,q0增加了h1-h1,单位压缩功增加 (h2-h1),对的影响取决于制冷剂的性质. R12，过热度增加则提高 R
9、22, 影响不大(略有下降) 氨制冷装置, 减小,11-2-2-1过冷度和过热度的影响(3),过热度增加 q0增加 v1也增大, 使G减少 Q0要视具体情况而定 资料表明 过热度每提高1 R12、R22和氨的G减少0.4 而qo则分别增加0.5，0.4和0.2 所以R12的Q0提高，氨的Q0减少，而R22则影响不大,11-2-2-1过冷度和过热度的影响(4),当吸气过热度提高时 单位压缩功w0的增加不如G减少的快，故P减少 合适过热度(主要是根据对的影响)可以： 防止压缩机吸人液体 减少有害过热 过热太高会使排气温度和滑油温度过高 氨制冷装置，过热度不超过58 氟利昂过热度一般控制在36 用回
10、热器使节流前液体与压缩机吸人前蒸气进行热交换，使液体过冷，气体过热 具有回热过程的制冷循环称为回热循环,11-2-2-2 制冷压缩机性能曲线,指制冷压缩机Q0、P随工况条件的变化趋势 图为8 FSl0型压缩机性能曲线 tk升高 Q0减小，P增大 t0降低 Q0减小，P减小 由性能曲线 可方便地查得压缩机在不同工况下的制冷量和轴功率，并可算出单位轴功率制冷量Ke值,11-2-2-3 制冷压缩机的工况 (1),压缩机Q0和P等指标都随工况不同而改变 为了衡量和比较机器性能，需制定出公认的温度条件，作为名义工况，并以该工况制冷量作为标准 我国名义工况是 “标准工况”、“空调工况” 如表111所示（P231） 为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 为便于制造厂家测试，又规定了三种名义工况 高温工况, 中温工况, 低温工况（P231）,见表112。,11-2-2-3 制冷压缩机的工况 (2),制冷机实际运行工况随运行地区的气候条件和使用情况而变 实际工作工况下的制冷量，可从性能曲线上查得 如无性能曲线可查，则可式(1113)、(1114)估算 制冷机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和使用条件见表113、114（P232）,