冷热源工程.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,冷热源工程,（冷源部份）,0,绪论,一、能源与冷热源工程,能源的形式,按能源的形态可分为太阳能、电能、化学能、热能、核能、水力能、海洋能、生物能等。,通常把以原始状态存在于自然界中的能源叫做,一次能源,(,或初级能源,),，如煤炭、石油、天然气、水力等；把一次能源经过各种方式加工转换后得到的能源叫,二次能源,，如电能、蒸汽、热水等。,地球上能源的来源有两种：,太阳能和核能,。太阳能也是太阳热核反应产生的辐射能。,地球上的一次能源（如煤炭、石油、天然气、水力等）归根到底是太阳能在地球上的一种存在形式。,能源的重要性,人类社会的存在依赖于对能源的消耗。人类具有较强适应能力，也是由于掌握了能源应用方法。因此，能源短缺必然会严重影响社会发展。,现有能源的有限性,工业革命以来，过份依赖对化石能源的消耗，目前约占能源消耗总量的,85,。据估计，现在全世界一年所消耗的矿物燃料相当于地球史前,200,万年的储存量，如此下去，估计,30,40,年内矿物燃料即将枯竭，这就是所谓的“现有能源的有限性”。,重视能源的可持续性,其实，能源是无限的，只不过是我们应用能源的形式有问题，如果我们减少对化石能源的依赖，增加对太阳能和核能的应用，我们就能解决“现有能源的有限性”问题。这就是所谓的“能源的可持续性”。,目前世界各国都在大力研究开发利用太阳能、核聚变能、生物质能、水力能、风能、地热能等。但由于技术、经济及自然资源条件等的限制，在短期内还不能取代化石能源的主导地位，因此“能源的可持续性”理论又提出，要大力提倡节约能源，以此延缓化石能源的消耗，为新能源的开发利用提供充足的时间和条件。,冷热源设备的能耗,为采暖空调提供冷热介质的冷热源设备能耗十分巨大，欧美发达国家约占总能耗的,30,50,，我国约占,20,35,。因此，,冷热源设备的节能具有十分重大的意义。,二、冷热源与生态环境,臭氧,(O,3,),层破坏,80,臭氧集中在离地面,25-30km,的平流层内，俗称“臭氧层”。它对波长为,280-315nm,的太阳辐射,B,种紫外线,(UV-B),有很强的吸收能力。从而保护了地球生物圈。,UV-B,会严重损伤和干扰地球生物圈。据美国环保局的调研结果显示，,O,3,层的,O,3,浓度每减少,1,，地面,UV-B,增加,1.3,1.8,，皮肤癌患者上升,2,；死于皮肤癌人数增加,0.2,0.3,。另外，,UV-B,还会导致白内障患者增加；海洋鱼类减少；粮食作物减产；空气污染加剧等。,导致,O,3,浓度减少的主要原因人类的工业活动。其中，含氯的制冷剂气体在高空强紫外线照射下，释放出,O,3,分解催化剂,氯原子，产生如下化学反应：,CCl,2,F,2,(R12)CClF,2,Cl,Cl+O,3,ClO+O,2,ClO+O,3,Cl+2O,2,一个氯原子的催化活性可分解十万个,O,3,分子，有强烈破坏作用。,利,用率”就是不要用高品位能源去做可用低品位能源的工作，即用,适,当品位的能源作适当的工作。这样，就能有效地利用能源。,关于本课程的学习方法：,认真听课，记好笔记；,课后看书复习；,按时认真完成习题。,冷源部分要涉及到,工程热力学,的一些东西，请复习相关内容。,关于答疑时间确定。,第一篇 冷源及冷源设备,1,制冷的基本知识,1.1,概述,一、制冷的概念：,制冷,使某物体或空间达到并维持低于周围环境温度的过程。,根据热力学第二定律（克劳修斯说法）：“不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。”,制冷过程必然要消耗能量。,二、制冷的方法及分类：,三、蒸气压缩式制冷装置的基本形式,液体气化制冷产生的蒸气，经压缩、冷凝后，再次成为液体，经节流降压，回到蒸发器中再次气化制冷，形成一种制冷的循环，这就是工程中最常用的蒸气压缩式制冷循环。,右图是完成上述循环所用的蒸气压缩式制冷装置的基本形式。,另外，还有很多利用物理现象的制冷方法，这里就不讲了。,工程中，按制冷达到的温度把制冷的技术分为四类：,（,1,）普通制冷：环境温度,-100,；,（,2,）深冷：,-100,-200,；,（,3,）低温：,-200,-268.95,；,（,4,）极低温：,-268.95,（,4.2K,）。,制冷技术的应用十分广泛。本专业主要用于空调工程、冷库的冷源，最常用的是蒸气压缩式制冷循环。,从图中可以看出，蒸气压缩式装置能够制冷的基本条件：,1,、必须由四个基本部件组成，依次完成四个热力过程；,即：蒸发器,蒸发过程,作用：让低压,液体气化吸热制冷；,压缩机,压缩过程,作用：给蒸气加压升温，并使其流动；,冷凝器,冷凝过程,作用：让高温高压的蒸气放热冷凝液化；,膨胀阀,节流过程,作用：使高压液体节流降压。,2,、在装置中必须有能发生相变的制冷剂；,3,、必须给制冷装置的压缩机输入能量。,所以，满足上述条件，不断向制冷装置输入能量，推动其中的制冷剂依次进行蒸发、压缩、冷凝、节流制冷循环过程，就能够把某物体或空间的热量源源不断地送到高温环境中去，使某物体或空间的温度低于周围环境。,为了进一步研究蒸气压缩式制冷循环的规律和性能，我们首先应该了解一下理想制冷循环,逆卡诺循环。,二、制冷剂,T-S,图的构成,制冷剂,T-S,图中有“一个点、三个区、七条线”（见下图），,它们分别是：,x=0,线,饱和液相线；,x=1,线,饱和气相线；,上述两线相交于,K,点，把,T-S,图分为三个区域：过冷液区、湿蒸气区（两相区）、过热蒸气区；,dx=0,线,等干线，在饱和液、气相线之间；,dT=0,线,等温线，垂直于,T,轴的,线；,ds=0,线,等熵线，垂直于,S,轴的线；,dp=0,线,等压线，折线，在湿蒸气区与等温线重合；,dh=0,线,等焓线，下斜曲线；,由于在湿蒸气区，制冷剂气体与液体能在等温条件下相互转变，其它两区不具备此条件，逆卡诺循环只能在该湿蒸气区进行。,每循环,1kg,制冷剂，有：,（,1,）制冷量,q,0,=,面积,1-4-S,4,-S,1,=T,0,（,S,1,-S,4,）,kJ/kg,（,2,）放热量,q,k,=,面积,2-3-S,4,-S,1,=T,K,（,S,1,-S,4,）,kJ/kg,（,3,）循环的耗功量,w,0,=,面积,1-2-3-4=q,k,-q,0,=(T,K,-T,0,)(S,1,-S,4,),=S,1,(T,K,-T,0,)-S,4,(T,K,-T,0,)=w,c,-w,e,kJ/kg,其中：,w,c,=S,1,(T,K,-T,0,)-,压缩机压缩制冷剂所消耗的压缩功，,kJ/kg,；,w,e,=S,4,(T,K,-T,0,)-,制冷剂绝热膨胀得到的膨胀功，,kJ/kg,；,（,4,）制冷系数,c,=q,0,/w,0,=T,0,/(T,K,-T,0,),；,（,5,）,供热系数,=q,k,/w,0,=T,k,/(T,K,-T,0,)=1+,c,；,从上述分析，我们可以看出：,a),由,q,0,/w,0,=T,0,/(T,K,-T,0,),，,得,w,0,=q,0,(T,K,-T,0,)/T,0,循环的耗功量,w,0,与,q,0,(T,K,-T,0,),成正比；与,T,0,成反比。,b),等温传热,T,K,=T,K,，,T,0,=T,0,，,c,=T,0,/(T,K,-T,0,)=T,0,/(T,K,-T,0,),逆卡诺循环的制冷系数,c,与制冷剂无关，只与,T,K,、,T,0,有关；,一般，,T,0,对,c,的影响比,T,K,对,c,的影响大。,由于实际的制冷循环存在各种损失，所以其制冷系数都小于逆卡诺循环。,因此，逆卡诺循环的制冷系数,c,是相同,T,0,、,T,K,条件下的各种制冷循环中最大的。,为了衡量各种实际制冷循环的不可逆损失程度，我们定义热力完善度,来衡量其大小：,=,/,c,其中：,-,实际制冷循环的制冷系数；,c,-,逆卡诺循环的制冷系数，,c,=T,0,/(T,K,-T,0,),。,0,，,说明制冷循环的不可逆损失很大，应改善循环；,1,，,说明制冷循环的不可逆损失很小，经济性好。,1.3,蒸气压缩式制冷理论循环,虽然 逆卡诺循环的制冷系数最大，经济性好，但在技术上存在三个无法解决的问题，使得这种循环不能在工程上实现：,（,1,）无温差的传热过程无法实现；,（,2,）膨胀功很小，无法使用膨胀机；,膨胀机是一种保持工质物态，依靠工质体积膨胀，压力降低，对外作功的机械。从,T-S,图可看出，膨胀功由液体膨胀功和气体膨胀功两部分组成。液体几乎不可压缩或膨胀，因而液体膨胀功为零；而气体膨胀功很小，不能推动膨胀机；另外，体积很小的膨胀机制造技术又十分困难，因此，无法使用膨胀机。,（,3,）压缩机不能吸入湿蒸气；,压缩机吸入了湿蒸气后，会产生：液滴从压缩机气缸壁吸热，迅速膨胀，使压缩机吸气量、制冷量下降；液滴不能吸热气化时，会发生压缩液体的“液击”现象，损坏压缩机。,总之，理论上逆卡诺循环可行，但现有技术却无法实现它。因此，必须根据技术现实对其进行必要的改进，这样就产生了蒸气压缩式制冷理论循环。一、蒸气压缩式制冷理论循环的定义及特点,由定压吸热、绝热干压缩、定压放热、绝热节流四过程依次组成的制冷循环，称为蒸气压缩式制冷理论循环。,蒸气压缩式制冷理论循环与逆卡诺循环相比，有三个特点：,（,1,）用定压换热过程代替定温换热过程；（有温差的传热）,（,2,）用节流阀代替膨胀机；,（,3,）用绝热干压缩代替湿压缩。,上述“三代替”使蒸气压缩式制冷理论循环能在现有技术条件下得到工程应用，成为目前冷源工程的主流。但是与逆卡诺循环相比，每一“代替”，都必然伴随相应的不可逆损失。现在我们就来分析一下，这样的“代替”有些什么样的损失。,（一）定压换热过程代替定温换热过程,定温换热过程是无温差的换热过程，定压换热过程是有温差的换热过程，由于存在传热温差，就会产生不可逆的温差损失，这在前节已作分析，就不再重述。,（二）采用节流阀代替膨胀机,节流阀内进行的绝热节流过程是十分复杂的。由于这一过程是绝热的，故节流阀进、出口的焓值相等；又因为存在摩擦损失、涡流损失等，绝热节流过程必然产生不可逆损失。,在这一过程中，膨胀功因克服摩阻转变为热量，被制冷剂吸收，引发部分液体制冷剂,气化，,过,3,点的等焓线与等,T,0,线相交于,4,点，,3-4,连线就是,绝热节流过程,线。与逆卡诺循环的绝热膨胀过程,3-4,相比，采用节流阀后：,（,1,）过程由绝热膨胀（等熵）变成绝热节流过程；,（,2,）制冷量,q,0,减少,q,0,；,（,3,）循环的耗功量,w,0,=w,c,，增加了,w,e,；,（,w,0,=w,c,w,e,，,w,e,=0,；,w,0,=w,c,）,（,4,）制冷系数,=(q,0,q,0,)/w,c,q,0,/(w,c,w,e,)=,c,。,采用节流阀代替膨胀机，其制冷系数降低程度，称为节流损失。,（三）干压缩代替湿压缩,干压缩,进入压缩机的制冷剂为饱和蒸气或过热蒸气的压缩过程。,在,T-S,图上，进入压缩机的制冷剂状态点应在,x=1,线上或过热蒸气区。现以吸气状态点在,x=1,线上为例，,1,点为吸气点；过,1,点的等熵线与等,P,K,线相交于,2,点，,2,点就是压缩机的排气状态点，该,点位于过热蒸气区，温度高于,T,k,，压力为,P,k,；然后制冷剂沿等,P,K,线冷凝放热到饱和液体状态点,3,。现对比一下湿压缩循环,1-2-3-4,和干压缩,1-2-3-4,，可以得出：,（,1,）制冷量增加,q,0,=,面积,1-1-S,1,-S,1,；,（,2,）循环的耗功量也增加,w,c,=,面积,1-2-2-1,；,（,3,）制冷系数,=q,0,/w,c,降低。（,q,0,w,c,）,采用干压缩代替湿压缩，其制冷系数的降低程度，称为过热损失。总之，虽然蒸气压缩式制冷理论循环与逆卡诺循环相比，存在温差、节流、过热等不可逆损失，但设备简化，因此可行。,dP=0,线,等压线，垂直于,lgP,轴的线；,dh=0,线,等焓线，垂直于,h,轴的线；,dx=0,线,等干线，在,x=0,线、,x=1,线之间，从,K,点发出的曲线；,dT=0,线,等温线，折线，在湿蒸气区与等压线重合；,ds=0,线,等熵线，斜率较大的上斜曲线；,dv=0,线,等容线，斜率较小的上斜曲线；,我们来看一看,R22,的压焓图（,P398,附录,4,）。,作出了制冷循环的压焓图，就能根据经过某点的等什么线，查到该点的状态参数值。例如：,1,点：过,1,点的等焓线的值就是,1,点的比焓值；,过,1,点的等熵线的值就是,1,点的比熵值；,过,1,点的等容线的值就是,1,点的比容值；,过,1,点的等温线的值就是,1,点的温度值；,过,1,点的等压线的值就是,1,点的压力值。,另外，在湿蒸气区的点还可以查到干度值。例如：,4,点：过,4,点的等干线的值就是,4,点的干度值。,从压焓图中查取到制冷循环各点的状态参数值，就能进行制冷循环的热力计算了。,关于制冷循环在压焓图与温熵图上的转换,压焓图与温熵图几乎是一一对应的，可以相互转换，压焓图上表示出的制冷循环也可以在温熵图上表示出来。,压焓图与温熵图转换的关键，是要掌握两图的各种对应线在对应区的走向；转换时要严格按照各点图中的所在区和所在线，转换到另一图中的对应区和对应线上。,现在我们以前面的例题来讲解压焓图与温熵图的转换方法。,作等,P,K,线，它与,x=0,线相交于,3,点，与,x=1,线相交于,2,点；,作等,P,0,线，它与,x=1,线相交于,1,点；,作等,Tg,线，与等,P,K,线相交于,3,点，过,3,点的等焓线与等,P,0,线的交点为,4,点；,作等,Tn,线，与等,P,0,线相交于,1,点，过,1,点的等熵线与等,P,K,线相的交点为,2,点；,T-S,图的循环,1223341,即与压焓图上的循环对应。,注：因过冷液体区等压线与饱和液相线挨近，故,3,点可作在饱和液相线上。,1.4,蒸气压缩式制冷的实际循环,我们已经学习过的制冷循环有：,（,1,）理想循环,逆卡诺循环；,（,2,）理论循环,蒸气压缩式制冷理论循环，它又分为：,A,、蒸气压缩式制冷基本理论循环，其特征是：压缩机吸入的制冷剂蒸气及冷凝器出口的制冷剂液体均为饱和状态；,B,、一般的蒸气压缩式制冷理论循环，其特征是：压缩机吸入的制冷剂蒸气及冷凝器出口的制冷剂液体均为非饱和状态；,上述的制冷循环均是理想化、理论化了的制冷循环，与实际的制冷循环相比，上述的制冷循环忽略许多实际存在的对循环性能有影响的问题：,（,1,）制冷剂液体过冷和蒸气过热的影响；,（,2,）压缩机的实际压缩过程为多变压缩过程，并非等熵过程；,（,3,）制冷剂在循环运动中的热交换和压力损失的影响；,（,4,）运行工况的影响，等等。,热力完善度,：,=,0,/,c,式中：,c,=(273+t,0,)/(t,k,t,0,),一、液体过冷、蒸气过热及回热循环,（一）液体过冷,在某压力下，把制冷剂液体的温度冷却到该压力时的饱和温度以下的过程，称为液体过冷；液体过冷所达到的温度，称为过冷温度；饱和温度与过冷温度之差，称为液体过冷度。,液体过冷的作用：,增加制冷量,q,0,；（,q,0,=h,3,h,3,即为液体再冷却放出的热量）,不增加耗功量，可降低节流损失。,一般，冷藏冷冻可设再冷却器或采用回热器来过冷液体；空调制冷机常采用增大,15,20,冷凝换热面积，产生过冷度,1,2,。,（二）蒸气过热及回热循环,从蒸发器出来的制冷剂饱和蒸气，在回到压缩机去的管道中会吸收环境的热量，成为过热气体。这类蒸气过热不会增加制冷量，反而使耗功量增大，因此应采取措施避免这类有害过热。,一般，空调制冷机及大、中型冷冻设备常用回气管严格保温的措施；小型冷藏冷冻设备（如家用冰箱）常用回热循环措施。,回热循环增加的制冷量等于回热器内蒸气过热吸收的热量。,回热循环能回收有害过热损失掉的制冷量，减少节流损失；虽然耗功量增大，但与有害过热相比，制冷系数减少较小。,（四）运行工况对制冷性能的影响,制冷机工作时的温度参数（即,t,0,、,t,k,、,t,g,、,t,n,），称为运行工况。其中，影响制冷性能的主要温度参数是,t,0,和,t,k,，而,t,0,影响,t,k,。,（,1,）蒸发温度的影响：,冷凝温度不变，蒸发温度下降：,q,0,，,w,c,，,。,一般，,t,0,1,，,q,0,2,3,；,3,4,。反之则反。,（,2,）冷凝温度的影响：,蒸发温度不变，冷凝温度上升：,q,0,，,w,c,，,。,一般，,t,k,1,，,q,0,1,2,；,2,3,。反之则反。,（一）制冷剂的作用,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。,制冷剂的作用：在高、低温热源间运载热量。,（二）对制冷剂的要求,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,R,来表述。,制冷效率,理论循环的制冷系数,0,与有温差的逆卡诺循环制冷系数,c,之比。,R,=,0,/,c,其中：,c,=(T,0,-T,0,)/(T,K,+T,K,)-(T,0,-T,0,),R,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：,第二章 制冷剂及载冷剂,2-1,制冷剂的基础知识,对制冷剂的要求：,热力学的性质：,蒸发压力和冷凝压力适中；,单位制冷量,q,0,和单位容积制冷量,q,v,要大；,制冷剂的临界温度要高；,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,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。,实际上，能完全满足上述要求的制冷剂至今尚未发现。目前工程应用的制冷剂都或多或少地存在不足或危险，因此，在工程上应注意扬其长，避其短。,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,（三）制冷剂的分类与代号,目前使用的制冷剂分为四类：无机化合物、卤代烃类、混合溶液、烷烃类等有机化合物。,（,1,）无机化合物。代号为“,R7,（分子量）,”；常用氨、水、二氧化碳、氢气等。,（,2,）卤代烃类。又称氟利昂，化学分子式为：,C,m,H,n,F,x,Cl,y,Br,z,；,氟利昂与饱和烃类分子式,C,m,H,2m+2,之间有：,2m+2=m+n+x+y+z,；,氟利昂代号为“,R B,”,。,m,1,，为,0,省略,n+1 x z,，为,0,时连,B,省略,（,3,）多元混合溶液。它是两种或两种以上的制冷剂按一定比例混合溶解而成的溶合物，分为共沸溶液和非共沸溶液。,在固定压力下蒸发或冷凝，蒸发或冷凝温度恒定不变；且气、液相组分相同，称为共沸溶液。代号为,R5,（命名顺序号）,。,在固定压力下蒸发或冷凝时，蒸发或冷凝温度以及气、液相组分不能保持恒定，称为非共沸溶液。代号为,R4,（命名顺序号）,。,（,4,）烷烃类。分子式为,C,m,H,n,，代号为“,R(m-1)(n+1),”,，为,0,省略。常用甲烷、乙烷、丁烷等，特例：正丁烷为,R600,，异丁烷为,R600a,每一种常用的制冷剂都各有自己的特点、不足或危险。使用前应对其有充分的了解和必要的应对措施。先介绍,R717,、,R12,、,R22,。再介绍,R134a,。,（一）常用制冷剂（氨及氟利昂）性能比较,序号,R717,F,（,R12,、,R22,）,对比,1,价廉易取,比,R717,贵十几倍,R717,系统投资、运行费低,2,q,0,、,q,v,大，,M,R,小,相反,同,0,下，,R717com,尺寸小、管径小,3,几乎不溶于油,易溶于矿物油,R717,系统分油易，,F,系统分油难,4,、,大，,k,大,相反,相同冷量下，,R717,换热设备尺寸较小,5,渗透力弱，易发现,相反,R717,易密封，,F,系统易泄漏,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,安全，可用于空调中直接蒸发冷却,8,对铜有腐蚀,（系统中不能使用铜）,对天然橡胶有侵蚀,（密封应用丁腈橡胶）,不同系统采用不同材料,9,分子量小，排气温度高,相反,R717 com,用水冷；,F com,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,天然物质，对生态环境无影响,R12,对臭氧层破坏大，,R22,是过渡性制冷剂,R717,不受限制；,RI2,已禁用；,R22,过渡性使用,2.2,常用制冷剂,（二）混合制冷工质：,无论共沸或非共沸混合工质，其制冷性能和化学稳定性都较单质有提高，因此混合工质成为新制冷剂研究的热点。但这类制冷剂在使用时常因泄漏而成分改变，而准确无误地补充混合工质的设备和技术还未开发出来，在一定程度上限制了混合工质的应用。,2.3 CFCs,的使用和替代,（,1,）,CFC11,的替代：目前采用,R123,替代,CFC11,。它的臭氧,ODP,值很小；热力性质与,CFC11,相近，离心式制冷机不用作大的改动即可使用,R123,。,缺点：安全性较,CFC11,差，机房通风应,10,次,/h,；机组的密封性和耐蚀性要求比,CFC11,高。,（,2,）,CFC12,的替代：目前主要采用,R134a,、,R290,、,R600a,替代。,R134a,的臭氧,ODP=0,，温室,GWP=2660,；热力性质与,CFC12,相近；安全性好。替代,CFC12,时：采用,POE,合成润滑油；采用专用分子筛作干燥剂；腐蚀与溶胀作用不同于,CFC12,，应用,CFC12,和,R134a,两用压缩机；采用专门的检漏仪检漏。,关于本节的其它内容就不讲了，请同学们自己看一看。,载冷剂,在制冷剂和被冷却物间传递热量的中间介质。,t,0,o,C,，用水；,t0,o,C,，用盐溶液。,(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。,浓度确定方法：,盐水溶液浓度对应的析冰温度,t,冰,=t,0,-(68),o,C,；,且,t,冰,t,合晶点,；（,NaCl,为,-21.2,o,C,；,CaCl,2,为,-55,o,C,；）,一般使用时：,0,o,C t,0,-16,o,C:,可用,NaCl,；,-16,o,C t,0,-50,o,C:,可用,CaCl,2,；,且,=720 r.p.m,m,多变指数，,NH,3,：,m=1.28,；,R12,：,m=1.13,；,R22,：,m=1.18,。,当,n720 r.p.m,：,=0.94-0.0605(p,2,/p,1,),1/m,-1,四、活塞式压缩机的性能,压缩机的实际排量,V,R,（,m,3,/s,）：,V,R,=,V,h,压缩机的制冷量,Q,0,（,kW,）：,Q,0,=V,R,q,v,=,V,h,q,v,压缩机的轴功率,N,e,（,kW,）：,指示功率,N,i,摩擦功率,N,m,N,e,=N,i,+N,m,=N,i,/,m,=N,0,/(,i,m,),=(V,h,/v,1,)(h,2,-h,1,)/(,i,m,),指示功率,N,i,-,直接用于压缩制冷剂气体的功率。,指示效率,i,单位质量理论耗功量与单位质量实际耗功量之比。,i,=w,0,/w,i,=N,0,/N,i,N,i,=M,R,w,i,=M,R,w,0,/,i,=(,V,h,/v,1,)(h,2,-h,1,)/,i,确定方法,:,(1),由,com,型式、工质、,T,k,、,T,0,查设计手册；,(2),由经验公式计算,摩擦功率,N,m,-,用于克服运动机构的摩擦阻力的功率。,摩擦效率,m,指示功率与轴功率之比，,m,=N,i,/N,e,N,m,=N,e,-N,i,=N,i,/,m,-N,i,=N,i,(1/,m,-1),一般：,m,=0.80.9,（二）活塞式压缩机的制冷量和耗功率,压缩机的轴效率,e,：,e,=,i,m,e,又称压缩机的总效率。,一般：,e,=0.65,0.72,制冷压缩机的性能系数,COP,（或能效比,EER,）：,性能系数,COP,压缩机输入单位轴功率产出的制冷量。,COP=Q,0,/N,e,=,0,e,=,0,i,m,（,用于开启式）,能效比,EER,输入单位电功率产出的制冷量。,EER=Q,0,/N=,0,0,d,i,m,（,用于封闭式）,（三）配用电机的输入功率,N,（,kw,）：,N=Ne/(,0,d,)=(1.11.15)Ne/,d,0,电机效率，一般：,0,=0.910.86,（三相）；,d,传动效率，直联,:,d,=1,；,皮带联接,:,d,=0.90.95,。,“,活塞式压缩机的能量调节,”,一节留给同学们自己看。,评价压缩机的性能如何，在规定工况，常用下列三项指标：,压缩机制冷量：,Q,0,=,V,h,q,v,=,V,h,q,0,/v,1,压缩机轴功率：,N,e,=(,V,h,/v,1,)(w,0,/,i,m,)=N,0,/(,i,m,),性能评价指标：,单位轴功率的制冷量性能系数（,K,e,或,COP,）：（开启式）,COP=,Q,0,/,N,e,=(,Q,0,/,N,0,),i,m,=,0,i,m,单位电功率的制冷量能效比（,EER,）：（封闭式）,EER=,Q,0,/,N=(,Q,0,/,N,0,),i,m,d,0,=,0,i,m,d,0,影响压缩机性能的主要因素是：,T,0,，,T,K,；,T,0,的作用,T,K,:,T,K,不变，,T,0,1,C,，,Q,0,2,3%N,e,1,2%COP3,4%,T,0,不变，,T,k,1,C,，,Q,0,1,2%N,e,1,2%COP2,3%,由于,v,q,v,w,th,i,m,=f(T,0,T,K,),因此影响压缩机性能的主要因素是：,T,0,T,K,（四）影响活塞式制冷压缩机性能的主要因素,1.,螺杆式压缩机的基本构造,2.,螺杆式压缩机的工作原理,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。,螺杆式压缩机的工作原理,3.2,螺杆式压缩机,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、排气阀,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,810,20,10,能量调节范围,100%,、,75%,、,50%,、,25%,15100%,无级调节,活塞式压缩机与螺杆式压缩机比较,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.,螺杆式压缩机的运行调节,螺杆式压缩机的螺杆齿形有多种，理论排气量,V,h,由厂商提供；,影响螺杆式压缩机容积效率,v,（或输气系数,）的因素不同于活塞式：,制冷剂,R717,R12,R22,工 况,最高冷凝温度,C,45,55,最低蒸发温度,C,-40,最高蒸发温度,C,+5,+10,最高排气温度,C,105,90,4.,螺杆式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。,4.,螺杆式压缩机的性能参数,余隙容积,吸、排气阀,吸气预热,泄漏,活塞式压缩机,螺杆式压缩机,无,无,因此，在相同压缩比下螺杆式的,容积效率,v,大于活塞式。一般螺杆式：,v,=0.75,0.95;,e,=0.95,0.98;,i,=0.72,0.85,。,3.3,离心式制冷压缩机,离心式压缩机是一种速度型压缩机。具有体积小、重量轻、制冷量大、运行平稳等特点。,一、离心式压缩机的结构：,离心式压缩机的构造类似于离心式水泵，制造精度高，结构如图所示。,二、离心式压缩机的基本工作原理,电机通过增速器，把速度提高到,5,千,1.5,万转,/,分，带动叶轮高速旋转；通过高速旋转的叶轮对制冷剂气体作功，使其流速提高；然后通过扩压器使气体减速，将气体的动能转换为势能，使气体压力提高。,对上述工作过程的研究分析表明：,叶轮产生的能量头大小，只与叶轮外缘圆周速度及气流运动情况有关，而与制冷剂的性质无关，因此要想让叶轮向制冷剂气体提供足够的能量头，就应使叶轮有足够高的转速；,根据分子运动学可知，气体的压力,P,与气体分子数量,n,、气体分子质量,m,和气体分子的平均速度,V,有如下关系：,因此，制冷剂分子通过叶轮得到一定的平均速度,V,后，在扩压器里能得到的压力,P,，是与气体分子数量,n,和分子质量,m,成正比的，所以在同一离心式压缩机、同一工况及同一转速条件下，分子量较小的制冷剂，得到的压力,P,较小；分子量较大，压力,P,也较大。,因此单级离心式压缩机常用分子量大的制冷剂；而分子量小的制冷剂则需用双级或多级离心式压缩机。,三、离心式压缩机的特性,（一）喘振现象,发生喘振现象的主要原因是冷凝压力过高或吸气压力过低。,例如：当冷凝压力增大，排气量减少到,S,点时，离心机产生的有效能量头也达到最大。若冷凝压力再增大，排气量再减少，则能量头也随之减少，使离心机内气体压力低于冷凝压力，气体从冷凝器回流至压缩机。气体倒流后，冷凝压力降低，压缩机又能将气体排出，流至冷凝器，冷凝压力又会升高，气体则再次倒流。,离心式压缩机运转时出现的气体来回倒流撞击的现象，称为喘振现象。发生喘振后，不仅造成周期性地噪音和振动增大，还引起壳体和轴承温度升高，若不及时处理，就会损失压缩机。因此，运转过程中应极力避免发生喘振。,防止喘振的措施：运转中保持冷凝压力和蒸发压力的稳定；冷负荷过小时，采用反喘振的旁通调节法进行能量调节。,（二）影响离心式压缩机制冷量的因素,离心式压缩机在工作范围内运行时，随冷凝温度的升高和蒸发温度的降低，实际排气量都会减少，从而减少了制冷量。但是蒸发温度和冷凝温度变化对制冷量的影响不同于活塞式压缩机。,蒸发温度影响,冷凝温度影响,转数影响,转数和冷凝温度一定时，蒸发温度制冷量,转数和蒸发温度一定时，冷凝温度制冷量,冷凝和蒸发温度一定时，转数制冷量,四、离心式压缩机的制冷量调节有：改变转速、吸入管节流、调节导流叶片、改变冷却水量等四种方法。宜各方法结合进行调节。,4,制冷系统设备与机组,4.1,换热器,冷凝器和蒸发器是制冷系统的两个基本部件。冷凝器用于向外排放制冷系统的热量；蒸发器用于吸收制冷对象的热量。,制冷系统的各个部件的性能必须相互匹配，否则会影响制冷能力的发挥。例如：在一定工况下，压缩机的制冷量为,100kW,，耗功量为,30kW,；那么，蒸发器的吸热能力就应与制冷量（,100kW,）相当；冷凝器放热能力就应与制冷量、耗功量之和（,130kW,）相当。,若蒸发器换热面积小了，要换,100kW,的热量就要增大换热温差,T,，蒸发温度,T,0,就会降低，制冷量也会降低；同样，冷凝器的换热面积小了，冷凝温度,T,K,会升高，制冷量也会降低。,若两器的换热面积过大，由于压缩机的排气量变化不大，制冷量增加也不大，这样就形成两器的浪费。,所以，对于影响两器换热量的各种因素，我们都应充分注意。其中，特别要注意污垢热阻,R,f,的影响，由于,R,f,受使用条件的影响，一旦使用时,R,f,值超过规定值（见,P81,最后一行），制冷系统的匹配就会破坏；另外，进口机组的,R,f,与我国的规定值不同，这时应对进口机组的制冷量作必要的校正。总之，两器的换热性能下降，就会影响,T,0,、,T,K,，使制冷系统的性能下降。,4.1.1,冷凝器,作用：放出制冷剂的潜热，把高温高压的制冷剂气体冷凝为饱和液体。,制冷机组常用：壳管式,以水为冷却介质，分为立式、卧式；,空冷式,以空气为冷却介质。,它们的结构如下图。,卧式壳管式冷凝器,进出口水温差为,4-8,，加大,1015%,的冷凝面积，可产生,1-2,的再冷温度。,壳管式工作原理：冷却水在管内流动，吸收管外制冷剂放出的潜热，使其冷凝为饱和液体，存于底部流出。,空冷冷凝器,进风温度,-,出风温度,=8,15,；,制冷剂冷凝温度,T,K,-,进风温度,15,；加大冷凝面积，不能产生再冷。,工作原理：管内流动的制冷剂向管外流动的空气放出潜热，冷凝为饱和液体。,4.1.2,蒸发器,作用：吸收被冷却物的热量，使其冷却。,制冷机组常用：壳管式,以水为载冷剂，分为满液式、干式；,表冷式,用于冷却空气，常用于小型空调器；,喷淋式,用于溴化锂吸收式机组。,它们的结构如下图：,工作原理：载冷剂在小管内流动，向小管外制冷剂放热降温；制冷剂液体吸热蒸发为饱和气体，从壳体上部排出。,进、出口水温差为,5,；蒸发温度宜比出口水温低,2,4,。,使用满液式蒸发器应注意：系统回油；,T,0,0,时的防冻问题；制冷剂液位应稳定在壳管筒体直径的,70,80%,。,满液式壳管式蒸发器,干式壳管蒸发器工作原理与满液式基本相同，只是制冷剂与载冷剂对换了位置，制冷剂在小管内流动；载冷剂在小管外流动。,干式壳管式蒸发器,干式壳管式蒸发器的进、出口介质温差及蒸发温度的确定与满液式相同。,干式壳管式蒸发器与满液式相比，具有如下特点：载冷剂包围制冷剂，冷损少。温度稳定；充液量少，仅为满液式的,1/3,；制冷剂流速达,4m/s,，能顺畅回油；传热系数,K,值高，,K=500,550w/(m,2,K),；,用膨胀阀节流，比浮球阀可靠。干式的不足：结构教复杂；端盖密封要求高。,表冷式蒸发器的结构、原理与空冷冷凝器基本相同，就不讲了。淋激式蒸发器在吸收式制冷机中再讲。,总之，冷凝器和蒸发器换热性能好坏，将影响到系统内制冷剂的冷凝温度,T,K,和蒸发温度,T,0,的高低，从而影响到制冷机组的制冷量、耗功量及制冷系数的大小。,4.2,节流机构,节流机构也是制冷系统的基本部件。它的作用是：节流降压，调节制冷剂流量，保持冷凝、蒸发压力差。,制冷机组常用的节流机构有五类：,手动节流阀,常用作备用阀，或试验装置用阀；,浮球节流阀,常用于冷库，或满液式蒸发器等氨制冷系统，分为,直通式和非直通式；,热力膨胀阀,用于氟利昂干式壳管式蒸发器，或表冷式蒸发器；,电子膨胀阀,用热力膨胀阀的地方都可用电子膨胀阀；,毛细管,常用于小型氟利昂系统。,节流机构的供液量性能必须与制冷系统的其它基本部件匹配。若节流机构的供液能力过大，制冷剂液体蒸发不完全，液体制冷剂会随气体进入压缩机，引起湿压缩或液击事故；若节流机构的供液能力过小，蒸发压力下降，蒸发温度降低，制冷量减少，制冷系数降低，排气温度升高，影响压缩机的正常润滑。所以，必须根据制冷系统的冷凝,蒸发压力差和系统的流量选择节流机构，才能使系统匹配。,由于课时有限，我们只讲与制冷机组有关的浮球节流阀、热力膨胀阀及毛细管等节流机构。