第二節(jié)蒸氣壓縮式制冷裝置的工作原理

1、第二節(jié)第二節(jié)蒸氣壓縮式制冷裝置的工作原理蒸氣壓縮式制冷裝置的工作原理11-2-1單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán) (1)w 制冷循環(huán)分析和計算，常用壓焓圖和溫熵圖w 船用壓縮式制冷裝置大都使用中、高溫制冷劑n高溫制冷劑 標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)t。0的制冷劑屬n中溫制冷劑 0t。一70者，如氨、氟利昂12、氟利昂22等，并多采用單級壓縮n低溫制冷劑 t。一70者屬w 下面就借助于壓焓圖來研究單級壓縮制冷循環(huán) 11-2-1-1 單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)(2)w 理論循環(huán)假設(shè)； n(1)壓縮過程不存在換熱和流阻等不可逆損失l等熵過程n(2)制冷劑流過熱交換器和管路時沒有阻力損失l等壓過程n(3)制冷系統(tǒng)中除熱交換器外，與外界

2、無任何熱交換，流過膨脹閥時未作功，又無熱交換l等焓過程w 下圖為單級壓縮制冷理論循環(huán)的壓焓圖制冷空調(diào)動畫theory cycle.aviw 制冷空調(diào)動畫theory cycle 2.avi11-2-1-1 單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)(3)w 過程線12n等熵壓縮過程n壓力由p0提高到pkn壓縮機(jī)對制冷劑作功n制冷劑溫度提高n點(diǎn)2處于過熱蒸氣狀態(tài)w 過程線23n制冷劑在冷凝器內(nèi)的冷卻、冷凝n過熱蒸氣在等壓下先放熱冷卻降溫，再繼續(xù)放熱冷凝，然后過冷11-2-1-1 單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)(4)w 過程線34n冷劑通過膨脹閥的節(jié)流過程n壓力由pk降到po，溫度由tk降到t0，并進(jìn)入兩相區(qū)n節(jié)流前后制冷劑

3、焓值不變w 過程線4-1n等壓氣化過程n制冷劑吸取熱量不斷氣化n向干度增大方向，直到過熱蒸氣w 由熱力狀態(tài)圖和表n可確定循環(huán)中的各點(diǎn)參數(shù)11-2-1-2單級蒸氣壓縮制冷的實際循環(huán)及熱力計算w 實際循環(huán)n壓縮過程是熵值增加的多變過程n節(jié)流過程有吸熱，焓值也略有增加n制冷劑在管道、熱交換器和壓縮機(jī)中流動時存在阻力損失和熱交換11-2-1-2單級壓縮制冷熱力計算(1)w 熱力計算：n(1)單位制冷量 q。 hlh5 kJkg 如吸氣管中吸熱可忽略不計，則5-1過程全在蒸發(fā)器中進(jìn)行n(2)單位容積制冷量 qv = q0/vl kJkgn(3)等熵壓縮單位理論功 wi = h2 - h1 kJkgn(4

4、)理論制冷系數(shù) = q0/w0 = h1-h5 / h2-h1 11-2-1-2單級壓縮制冷熱力計算(2)n(5)制冷劑的質(zhì)量流量 G = Q0q0 = Q0(h1一h5) kg/s n(6)壓縮機(jī)容積流量(按吸氣狀態(tài)容積計算) Vs = G v1 = Q0 v1/q0 = Q0/q0n(7)壓縮機(jī)的理論流量 VT = Vs/ = Q0/( qv) m3/sn(8)壓縮機(jī)的理論功率 PTG w0 kW11-2-1-2單級壓縮制冷熱力計算(3)n(9)壓縮機(jī)的指示功率 pi = G wi = G w0/i=PT/ i kWn(10)壓縮機(jī)的軸功率 p = pi/ m = pT/(m i ) =

5、pT/ n (11)單位軸功率制冷量 Ke=Q0/p= n (12)冷凝器的熱負(fù)荷 Qk=Q+pi kW11-2-2 單級制冷壓縮機(jī)工況和特性w 制冷壓縮機(jī)工況：n指決定其理論循環(huán)的溫度條件w 蒸發(fā)溫度n對應(yīng)于蒸發(fā)壓力的飽和溫度w 蒸發(fā)壓力n由蒸發(fā)器產(chǎn)氣量和壓縮機(jī)吸氣量間的質(zhì)量平衡決定l如庫溫降低，蒸發(fā)器傳熱不良，則蒸發(fā)量減少，p0就降低w 冷凝溫度n對應(yīng)于冷凝壓力的飽和溫度w 冷凝壓力n由壓縮機(jī)排氣量與冷凝器冷凝量的質(zhì)量平衡來決定l如壓縮機(jī)吸氣壓力高，質(zhì)量流量大，則冷凝壓力就高11-2-2-1工況參數(shù)對制冷工作影響w 制冷壓縮機(jī)制冷量可由下式表示： Q0Gq0VTq0v1 VTqv w 制冷

6、壓縮機(jī)的軸功率則可寫為： P = Gw0/ = VTw0 /v1 = VTwv 式中： wv = w0 /v1 壓縮機(jī)單位容積壓縮功w 壓縮機(jī)在n和工作缸數(shù)不變情況下n理論吸氣量VT將為定值，從式看出l壓縮機(jī)的Q0隨輸氣系數(shù)和單位容積制冷量qv而變l而P則與、壓縮機(jī)總效率和單位容積壓縮功wv有關(guān)n事實上l、 Q0 、 和wv 均隨工況溫度條件而變 11-2-2-1 冷凝溫度tk變化的影響(1)w 假設(shè)冷凝溫度由tk升高到tkn理論循環(huán)由1234561改變?yōu)?234561n由于循環(huán)的單位制冷量q0減少，即 q0 w0，而v1沒有變化n所以Wv和軸功率P都將增大，裝置制冷系數(shù)也會降低n反之，當(dāng)tk

7、降低時，則情況相反11-2-2-1蒸發(fā)溫度t0變化的影響(1)w 當(dāng)蒸發(fā)溫度從t0降低到t0n循環(huán)由1234561變?yōu)?234561n循環(huán)制冷量稍有降低l即 q0vll制冷劑流量G減小n因此，Q0也減小11-2-2-1蒸發(fā)溫度t0變化的影響(2)w 制冷機(jī)軸功率變化情況n因單位壓縮功增大l即 w0w0n但制冷劑的流量G減小，而不能直接判斷w 熱力學(xué)分析表明n在達(dá)到某壓力比pk時(一般3左右), 壓縮機(jī)軸功率最大n通常制冷裝置工作時壓力比都大于3，故當(dāng)蒸發(fā)溫度降低時軸功率降低11-2-2-1過冷度和過熱度的影響(1)w 循環(huán)過冷度增加n過冷溫度由t4降到t4, nQ0則會因q0增加而增加n壓縮機(jī)

8、軸功率不變，提高n裝置過冷度為35l液管壓降不宜超過4070kPal否則閃氣，制冷量降低n為提高過冷度l設(shè)氣液換熱器l使從冷凝器出來的制冷劑液體與從蒸發(fā)器出來的制冷劑蒸氣換熱以實現(xiàn)過冷 11-2-2-1過冷度和過熱度的影響(2)w 壓縮機(jī)吸氣過熱度影響n如果過熱過程是在吸氣管中吸取外界熱量造成.l單位制冷量實際并未提高,Q0和下降，這稱為有害過熱。n如果過熱在蒸發(fā)器內(nèi)完成.l過熱度提高時,q0增加了h1-h1,單位壓縮功增加 (h2-h1),對的影響取決于制冷劑的性質(zhì).wR12，過熱度增加則提高wR 22, 影響不大(略有下降)w氨制冷裝置, 減小11-2-2-1過冷度和過熱度的影響(3)w

9、過熱度增加nq0增加nv1也增大, 使G減少nQ0要視具體情況而定w 資料表明n過熱度每提高1nR12、R22和氨的G減少0.4n而qo則分別增加0.5，0.4和0.2n所以R12的Q0提高，氨的Q0減少，而R22則影響不大11-2-2-1過冷度和過熱度的影響(4)w 當(dāng)吸氣過熱度提高時n單位壓縮功w0的增加不如G減少的快，故P減少n合適過熱度(主要是根據(jù)對的影響)可以：l防止壓縮機(jī)吸人液體l減少有害過熱n過熱太高會使排氣溫度和滑油溫度過高l氨制冷裝置，過熱度不超過58l氟利昂過熱度一般控制在36w 用回?zé)崞魇构?jié)流前液體與壓縮機(jī)吸人前蒸氣進(jìn)行熱交換，使液體過冷，氣體過熱 n具有回?zé)徇^程的制冷循

10、環(huán)稱為回?zé)嵫h(huán)11-2-2-2 制冷壓縮機(jī)性能曲線w 指制冷壓縮機(jī)Q0、P隨工況條件的變化趨勢w 圖為8 FSl0型壓縮機(jī)性能曲線ntk升高 Q0減小，P增大nt0降低 Q0減小，P減小w 由性能曲線n可方便地查得壓縮機(jī)在不同工況下的制冷量和軸功率，并可算出單位軸功率制冷量Ke值11-2-2-3 制冷壓縮機(jī)的工況 (1)w 壓縮機(jī)Q0和P等指標(biāo)都隨工況不同而改變n為了衡量和比較機(jī)器性能，需制定出公認(rèn)的溫度條件，作為名義工況，并以該工況制冷量作為標(biāo)準(zhǔn)w 我國名義工況是 “標(biāo)準(zhǔn)工況”、“空調(diào)工況”n如表111所示（P231）w 為考察壓縮機(jī)的強(qiáng)度和電動機(jī)的工作，還定有n最大壓差工況;最大軸功率工況w 為便于制造廠家測試，又規(guī)定了三種名義工況n高溫工況, 中溫工況, 低溫工況（P231）,見表112。11-2-2-3 制冷