《船舶輔機操作與維護》課件-項目四 船舶制冷裝置

項目四

船舶制冷裝置任務(wù)一

基礎(chǔ)知識1制冷概述與制冷循環(huán)

第一節(jié)制冷概述2一、制冷在船上的應(yīng)用制冷：用人工方法從被冷卻對象中移出熱量，使其溫度降低到環(huán)境溫度以下。

空氣調(diào)節(jié)：空調(diào)裝置冷源

冷藏運輸：冷藏船、冷藏集裝箱

專門用途：

漁船、海上作業(yè)船、軍艦等

伙食冷藏：延長食品儲存時間，保證質(zhì)量二、食品[Foodstuff]的冷藏條件1.

果蔬及蛋乳類—

冷藏溫度接近冰點[FreezingPoint]，抑制微生物活動，抑制食品呼吸、延緩成熟。高溫庫

(菜庫、乳品、干貨)

溫度t=0~5oC，且均勻相對濕度

=85%~90%

t、

不宜較大波動果蔬專用冷藏艙換氣次數(shù)2-4次、伙食冷庫不需專門換氣。換氣次數(shù)：

用新鮮空氣更換呼吸產(chǎn)生的水分和CO2，新鮮空氣量/艙室容積。2.

肉類—

冷凍[Freeze]溫度降低到使大部分汁液凍結(jié)。凍結(jié)過程(在陸上食品加工廠進行)：緩慢凍結(jié)：大冰晶，解凍后不鮮美快速凍結(jié)(速凍-23~-30C)：小冰晶，解凍后鮮美低溫庫

(肉類、魚類)

長航線船：-18~-20C短航線船：-10~-12C=90%~95%

二、食品[Foodstuff]的冷藏條件3.氣調(diào)儲藏：

在冷藏的同時控制O2(2%~5%)和CO2(2%~8%)的含量果蔬儲藏期延長0.5-1倍二、食品[Foodstuff]的冷藏條件4.冷庫消毒、殺菌方法抗霉劑消毒劑臭氧發(fā)生器[OzoneGenerator]禁用食品：奶類、油脂類、含葉綠素多的蔬菜O3

O2+[O]臭氧發(fā)生器高壓放電O2作用殺菌(氧化微生物細胞膜)抑制水果呼吸(乙烯[Ethylene])作用對魚類除臭二、食品[Foodstuff]的冷藏條件5.干縮現(xiàn)象及影響因素：重量損失5％溫度、相對濕度、空氣流速、食品性質(zhì)和外形、進入冷庫的熱量等。第二節(jié)蒸汽壓縮式制冷循環(huán)的基本原理和組成Q1Q2Q3常溫高壓液體高溫高壓蒸汽低溫低壓蒸汽低溫低壓90%液體和10%蒸汽

一點：臨界點。二線：飽和液體線、干飽和蒸汽線三區(qū)：過冷液體區(qū)、濕蒸汽區(qū)、過熱蒸汽區(qū)。五狀態(tài)：未飽和液體、飽和液體、濕蒸汽、干飽和蒸汽過熱蒸汽制冷劑熱力性質(zhì)的壓焓圖回顧：制冷劑熱力性質(zhì)的壓焓圖。

壓焓圖歸納為；一點、兩線、三區(qū)、五狀態(tài)。1．單級蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)假設(shè)：

l）壓縮機的壓縮過程不存在換熱和流阻等不可逆損失，即假設(shè)是等熵過程。

2）制冷劑在流過熱交換器和管路時沒有阻力損失，即認為是等壓過程。因此，冷凝壓力即等于排氣壓力，蒸發(fā)壓力即等于吸氣壓力，在制冷劑流動過程中冷凝溫度和蒸發(fā)溫度不變。

3）制冷系統(tǒng)中除熱交換器外，與外界無任何熱交換，流過膨脹閥時未作功，又無熱交換，因此是等焓過程。

符合假設(shè)條件制冷循環(huán)稱理論循環(huán)。理論循環(huán)的P—h圖見后圖1:出蒸發(fā)器進壓縮機3:出冷凝器進膨脹閥4:出膨脹閥進蒸發(fā)器2:出壓縮機進冷凝器2－3：冷凝器內(nèi)的等壓冷卻、冷凝、過冷過程3－4：膨脹閥內(nèi)的等焓節(jié)流過程4－1：蒸發(fā)器內(nèi)的吸熱等壓氣化過程1－2：壓縮機中的等熵壓縮過程2、實際循環(huán)：

①壓縮過程是熵值增加的多變過程；②節(jié)流過程有吸熱，焓值也略有增加；③制冷劑在管道、熱交換器和壓縮機中流動時④還存在阻力損失和熱交換。

由于存在以上原因，實際循環(huán)的P—h圖與理論循環(huán)的P—h圖是有所不同。g-1：蒸發(fā)器后至壓縮機吸口之間存在壓力損失和溫升的過程a-b：蒸氣受壓縮機吸氣通道和缸體加熱的過程b-c：壓縮時實際的多變的壓縮過程c-2：流過排氣閥和排氣通道時有阻力損失的過程2-e：在排氣管、液管中有流動阻力損失的換熱過程e-f：在膨脹閥中有從外界吸熱的節(jié)流過程f-g：在蒸發(fā)器和吸氣管中有流阻損失和氣化吸熱的過程hpabc22’3d4ef5g612-4：等壓冷卻、冷凝、過冷過程4-5：等焓節(jié)流過程5-1：等壓氣化吸熱和過熱過程1-2：多變壓縮過程簡化過程hpabc22’3d4ef5g61問題：制冷劑由高壓變?yōu)榈蛪阂?1)為分界點。冷劑流經(jīng)膨脹閥(2)相等，冷劑由(3)液體變成(4)蒸氣。冷劑在蒸發(fā)器進口是(5)、出口是(6)。冷劑在蒸發(fā)器中完全氣化前是(7)壓(8)溫過程、干度(9)。冷劑在壓縮機吸氣管中吸熱流動過熱度(10)、壓力(11)，冷劑在壓縮機進口是(12)蒸氣、出口是(13)蒸氣；冷劑在液管中流動一般是(14)壓(15)溫過程。膨脹閥比焓過冷濕濕蒸氣過熱蒸氣降增加增加降低過熱過熱降升降單位制冷量：

qo=h1－h(huán)4

kJ/kg

單位容積制冷量：

qv=q0/ν1

kJ/m3

等熵壓縮單位理論功：

w0=h2`

－h(huán)1

kJ/kg

單位指示功：

wi=h2

－h(huán)1

kJ／kg

h2`為從吸氣點按等熵線壓縮至排氣壓力的制冷劑的焓值理論制冷系數(shù)：

ε=q0/w0=(h1－h(huán)4)

/(h2`

－h(huán)1)

制冷劑的質(zhì)量流量：G＝Qo／q0=Q0／h1－h(huán)4

kg/s

Qo——

制冷量。

KJ/s第三節(jié)．單級蒸氣壓縮制冷的實際循環(huán)及熱力計算

壓縮機的實際容積流量：

Vs＝G·υ1＝Qo·υ1/q0=Qo/qv

m3/s

（按吸氣狀態(tài)的容積計算）壓縮機的理論容積流量（活塞行程容積）：

VT=Vs/λ=Qo/（λ·qv）

m3/s

λ—壓縮機的輸氣系數(shù)

壓縮機的理論功率：

PT=G·w0

kw

壓縮機的指示功率：Pi=G·wi=G·w0/ηi=PT/ηi

ηi—指示效率（考慮壓縮機非等均壓縮的能量損失，一般取0.8左右）

壓縮機的軸功率：

P=Pi/ηm=PT/ηm·ηi=PT/η

kw

ηm—壓縮機的機械效率，一般取0．9左右；

η—壓縮機的總效率，一般約為0.7

性能系數(shù)COP（單位軸功率制冷量）：

COP=Qo/P=ε·η

COP值表示壓縮機每消耗單位軸功率所能得到的制冷量，相當于實際制冷系數(shù)，其值與壓縮機的總效率和制冷劑種類及運動工況有關(guān)。

COP值是評定制冷裝置的一項重要經(jīng)濟性指標。開啟式壓縮機的COP值在使用約為2.2～2.5W/W（制冷）和約為2.9～3.4，W/W（空調(diào)）。單位電功率制冷量（能效比EER）：

Pel=Pe/ηmo=Pt/ηiηmηmo=Pt/ηel

ηm—壓縮機的機械效率，一般取0．9左右；

ηmo—電動機效率，一般取0．9左右；

ηel—壓縮機加電動機的總效率。

能效比EER參數(shù)用在封閉式和半封閉式的壓縮機。冷凝器的熱負荷：（忽略了壓縮機和排氣管的散熱量）

Qk=Qo

＋Pikw

冷凝器的熱負荷一般約為制冷量Qo的1.2～1.3倍。二、單級制冷壓縮機的工況和性能曲線

制冷壓縮機的工況：指其所參加的制冷循環(huán)的溫度條件。

溫度條件：主要是蒸發(fā)溫度、吸氣溫度(過熱度)、冷凝溫度和膨脹閥前的過冷度。其中影響較大的是蒸發(fā)溫度和冷凝溫度。1．工況參數(shù)對制冷工作的影響

影響的主要制冷參數(shù)：制冷量Q0、軸功率P、制冷系數(shù)ε

制冷壓縮機的制冷量：

Q0=G.q0=λVTq0/υ1=λ·VT·

qv

kJ／s

λ—壓縮機的輸氣系數(shù)

制冷壓縮機的軸功率：

P=G·w0/η=λVTw0/υ1η=λVTwv/η

kw

wv—壓縮機的單位容積壓縮功.

kJ／m3

l）當其他條件不變時，冷凝溫度tk變化的影響：

（冷凝溫度是對應(yīng)于冷凝壓力的飽和溫度）設(shè)：

冷凝溫度tk上升：

①裝置的制冷系數(shù)ε降低。因為：ε=q0/w0

q0`＜q0w0`

＞w0→

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

Q0=G.q0=λVTq0/υ1

υ1不變；λ下降不大；q0↓

2）當其他條件不變時，蒸發(fā)溫度t0變化的影響：

（蒸發(fā)溫度是對應(yīng)于蒸發(fā)壓力的飽和溫度）設(shè)：蒸發(fā)溫度t0降低:

①裝置的制冷系數(shù)降低。因為：ε=q0/w0

q0`＜q0w0`

＞w0→

ε↓②制冷量Q0稍有降低。

因為：

Q0=G.q0=λVTq0/υ1

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

υ1↑；λ下降不大；q0↓

w0↑不能直接判斷。軸功率的變化情況視壓力比pk/po而定。一般制冷劑，該值在3左右，壓縮機軸功率最大。通常制冷裝置工作時壓力比都大于。3）其他條件不變，供液過冷度的影響設(shè)：過冷度增加：①制冷系數(shù)提高。因為：q0↑；

w0不變

→

ε↑②制冷量Q0增加。因為：

Q0=G.q0=λVTq0/υ1

υ1和λ不變；q0↑③軸功率不變。

因為：P=G·w0/η=λVTw0/υ1ηυ1和λ及

w0不變。說明：為了提高過冷度，常設(shè)氣液換熱器；過冷度一般約為3～5℃；冷凝器到膨脹閥這段液管因流阻及管路上行導(dǎo)致的壓降不宜超過40～70kPa，否則過冷度可能會消失而提前閃氣，使制冷量降低。

4）設(shè)其他條件不變，壓縮機吸氣過熱度的影響

：壓縮機吸氣的過熱度增加；（分兩種情況）圖

一種是：如果過熱過程是由冷劑離開蒸發(fā)器后在壓縮機吸氣管中吸取外界熱量而造成的，則制冷劑的單位制冷量實際并未提高，裝置的制冷量和制冷系數(shù)會下降，這種情況稱為有害過熱。

另一種是：如果過熱是在蒸發(fā)器內(nèi)完成，過熱度提高時：由于：q0↑；

w0↑

①制冷系數(shù)：采用R134a、NH3時，吸氣過熱度增加則制冷系數(shù)減少；R22則影響不大（略有下降）。

②制冷量：采用R134a時，吸氣過熱度增加則制冷量略有下降；R22則影響不大；而氨制冷裝置制冷量減小。

③軸功率：過熱度增加都使軸功率P減少！

因為：P=G·w0/η=λVTw0/υ1η

λ基本不變；υ1和w0都增加，但υ1增加率比w0大。壓縮機吸氣過熱度不超過5～8℃；氟利昂蒸發(fā)器出口過熱度一般控制在3～6℃

2．回?zé)嵫h(huán)

具有回?zé)徇^程的制冷循環(huán)。圖示

h4－h(huán)4`=h1`－h(huán)1

增加的制冷量△qv

；

△qv=h4－h(huán)4`

增加的壓縮功△w0

；

△w0=（h2`－h(huán)1`）－（h2－h(huán)1）如果設(shè)置回?zé)崞鲃t：

R22

—

對制冷量和制冷系數(shù)影響不大，但可以防止“閃氣”，減少吸氣管有害過熱。

R717

—

降低制冷量和制冷系數(shù)，所以不宜設(shè)回?zé)崞鳌?/p>

R404A

—防止吸氣結(jié)霜，減少吸氣管有害過熱。3．采用蒸發(fā)式過冷器的過冷循環(huán)

對于整個循環(huán)系統(tǒng)：①制冷系數(shù)：不變。

②制冷量：不變。

③軸功率：不變。采用蒸發(fā)式過冷器的目的：

①液管壓降較大需要提高過冷度；

②防止壓縮機吸、排氣和滑油溫度過高

R22常使用蒸發(fā)式過冷器。4．制冷壓縮機的性能曲線

（以國產(chǎn)8FS10型壓縮機由實驗方法得到的性能曲線為例）

通過性能曲線可以方便地查得壓縮機在不同工況下的制冷量和軸功率，并可算出對應(yīng)工況下單位軸功率制冷量Ke值。

解釋：制冷壓縮機的工況：為了衡量和比較機器的性能，制定出公認的溫度條件，作為名義工況，并以壓縮機在名義工況的制冷量來作為比較和選用的標準。

我國所定義的名義工況舊標準為：“標準工況”、“空調(diào)工況”

我國定義的名義工況新的標準為：

“高溫工況”、“中溫工況”和“低溫工況”。

注意：各標準所定義的冷凝溫度和蒸發(fā)溫度。

我國所定義的其它名義工況：為了考察壓縮機的強度和電動機的工作，還定有“最大壓差工況”、“最大軸功率工況”。

制冷機的工況必須限定在一定的范圍內(nèi)，以保證運行的安全與可靠。船用氟利昂活塞式單級制冷壓縮機規(guī)定的設(shè)計壓力。項目四

船舶制冷裝置任務(wù)二蒸汽壓縮制冷裝置的設(shè)備制冷壓縮機31第一節(jié)制冷壓縮機按壓縮的熱力學(xué)原理分類速度式(離心式)[Centrifugal]容積式[PositiveDisplacement]活塞式[Reciprocating]回轉(zhuǎn)式[Rotary](單、雙)螺桿式[Screw]滑片式[Sliding-Vane]滾動轉(zhuǎn)子式[Rotor]漩渦式[Scroll]

活塞式制冷壓縮機使用最廣泛,其制造、管理和維修的經(jīng)驗都比較成熟。因其流量受轉(zhuǎn)速限制于Q<200kW。的中、小制冷量范圍,是船舶制冷裝置采用的主要機型。螺桿式壓縮機轉(zhuǎn)速高,輸氣量較大,過去適用制冷量Q。的范圍是150~1500kW,在船上主要用于冷藏艙制冷裝置渦旋式壓縮機一般Q.<11kW,在船上主要見于冷藏集裝箱。離心式壓縮機輸氣量大,用于Q,>350kW的大制冷量范圍,有用于大型客船空調(diào)制冷裝置的。33按工作的蒸發(fā)溫度分類高溫制冷壓縮機(-10~0oC)中溫制冷壓縮機(-15~0oC)低溫制冷壓縮機(-40~-15oC)注：1.劃分方法不統(tǒng)一；2.單級。34按密封結(jié)構(gòu)形式分類開啟式[OpenType]壓縮機半閉式[Semi-Hermetic]壓縮機閉式[Hermetic]壓縮機35開啟式壓縮機曲軸輸入端伸出機殼以外(此處必須安裝軸封)，通過傳動裝置與電動機相連。36電動機和壓縮機連成整體，裝在同一機體內(nèi)共用一根軸，無軸封。電動機室內(nèi)充有冷劑和滑油(內(nèi)置電動機，解決材料相溶問題)。各端蓋用墊片和螺栓相連防漏。半閉式壓縮機3738電動機和壓縮機連成整體，裝在同一機體內(nèi)共用一根軸。壓縮機和電動機組裝在一個密閉的薄壁機殼內(nèi)，機殼由兩部分焊接而成，取消軸封。露在機殼外的只焊有吸排氣管、工藝管、其他(如噴液管)必要管道和電源線。閉式壓縮機3940一、活塞式制冷壓縮機特點(1)采用單作用、逆流式、多缸結(jié)構(gòu)，吸排氣閥設(shè)在氣缸頂部。大型機排氣閥裝在“假蓋”上。(2)容量大的多缸壓縮機設(shè)有能量調(diào)節(jié)機構(gòu)。(3)強度按R12、R22、R717等多工質(zhì)通用設(shè)計，可使用不同冷劑工作。(4)氟利昂壓縮機曲軸箱內(nèi)設(shè)滑油加熱器，起動前可加熱滑油，使溶解的氟利昂分離。(5)開啟式壓縮機一般都采用機械軸封。418FS10壓縮機8FS10壓縮機假蓋及假蓋彈簧：液擊時打開，保護零件。8FS10壓縮機8FS10壓縮機吸氣集管，內(nèi)置濾網(wǎng)8FS10壓縮機8FS10壓縮機缸套凸緣與缸體上部隔板間設(shè)有墊片，墊片厚度會改變余隙容積。8FS10壓縮機8FS10壓縮機鋁制活塞，鋼制活塞銷，二者過盈配合。8FS10壓縮機8FS10壓縮機曲軸設(shè)2個曲拐，每個曲拐上連接4個連桿。8FS10壓縮機8FS10壓縮機能量調(diào)節(jié)機構(gòu)：根據(jù)吸氣壓力，控制氣缸的加載或卸載。8FS10壓縮機8FS10壓縮機單端面機械軸封8FS10壓縮機8FS10壓縮機安全閥：1.72MPa打開，高壓氣體流回吸氣腔。588FS10壓縮機59缸徑：100mm氣缸夾角：45

45

45

45

曲軸箱可設(shè)加熱器：防止啟動時“奔油”(冬季啟動前或停車時間長油溫下降，溶入的氟利昂增多。重新啟動時壓力下降，氟利昂逸出產(chǎn)生大量氣泡的現(xiàn)象)6162回油均壓孔：使漏入曲軸箱的制冷劑能經(jīng)該孔被抽走；使吸氣中所帶的滑油流回曲軸箱；經(jīng)此孔抽空壓縮機的曲軸箱。6364缸徑：100mm氣缸夾角：45

45

45

45

658FS10壓縮機缸套氣閥組件油壓啟閥式能量調(diào)節(jié)機構(gòu)661-閥體2-閥芯3-閥座4-常開通道5-閥座6-閥桿7-填料8-墊片9-壓蓋10-閥帽11-多用通道雙閥座截止閥67問題：壓縮機采用雙閥座截止閥是為了()。A.

加強閥氣密性B.

減小閥流動阻力C.

可啟閉多用通道D.

提高閥使用壽命制冷壓縮機雙閥座截止閥多用通道接壓力表時使用中()。A.

要么全開，要么全關(guān)B.

開啟時開一半為宜C.

開足后應(yīng)退回一圈D.

關(guān)足后應(yīng)退回一圈68滑油系統(tǒng)規(guī)定：油壓差>0.1MPa注意：油壓差=油泵排壓

油泵吸壓(壓縮機吸入壓力)規(guī)定：氟利昂壓縮機曲軸箱滑油溫度<70C69奔油：壓縮機啟動時，曲軸箱內(nèi)壓力迅速降低，氟里昂從油中以氣體形式逸出，如逸氣量較大，則油產(chǎn)生大量泡沫而涌起的現(xiàn)象。危害：油泵無油壓；

滑油進入氣缸產(chǎn)生液擊。預(yù)防：壓縮機需長時間停車，先關(guān)吸氣閥，壓縮機運轉(zhuǎn)一段時間(抽空冷劑)，然后停車，停車后關(guān)排出閥。發(fā)生奔油，關(guān)吸入閥多次瞬時啟動，使氟里昂逐漸逸出。70間歇運行法吸氣節(jié)流法排氣回流法變速調(diào)節(jié)法吸氣回流法據(jù)吸氣壓力或庫溫，起停壓縮機改變壓縮機吸氣閥的開度在吸、排氣閥之間設(shè)旁通管(閥)，改變旁通閥的開度交流電動機變頻無級調(diào)速以吸氣壓力為被調(diào)參數(shù)，使部分吸氣閥常開，或使兩缸旁通2.壓縮機的能量調(diào)節(jié)(排氣量調(diào)節(jié))油壓啟閥式卸載機構(gòu)氣動啟閥式卸載機構(gòu)71問題：設(shè)有油壓啟閥式能量調(diào)節(jié)機構(gòu)的制冷壓縮機的卸載機構(gòu)在()時會卸載。A.

壓縮機過載B.

膨脹閥開度過大C.

吸氣壓力過低D.

啟動未建立油壓時E.

油壓調(diào)節(jié)閥開度過大F.

滑油泵斷油油壓啟閥式制冷壓縮機頂桿伸出一半，導(dǎo)致吸氣閥片敲擊的原因是()。油壓不足72工況Ⅰ、ⅡⅢ、ⅣⅤ、Ⅵ