制冷剂及载冷剂制冷压缩机ppt课件.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,第,2-3,章,2.,制冷剂及载冷剂,2.1.,制冷剂,2.2.CFCs,的使用与替代,3.,制冷压缩机,3.1.,活塞式制冷压缩机,3.2.,螺杆式制冷压缩机,3.3.,离心式制冷压缩机,3.4.,其他类型的制冷压缩机,目 录,第二章 制冷剂及载冷剂,2.1,制冷剂的基本知识,2.1.1,制冷剂的作用,制冷剂,是制冷机中的工作流体，它在制冷机系统中循环流动，通过自身热力状态的循环变化不断与外界发生能量交换，达到制冷的目的。习惯上又称制冷剂为,制冷工作介质,或简称,工质,。液体蒸发式制冷机中，制冷剂在要求的低温下蒸发，从被冷却对象中吸取热量；再在较高的温度下凝结，向外界,排放热量。所以，只有在工作温度范围能够汽化和凝结的物质才有可能作为制冷剂使用。多数制冷剂在常温和常压下呈气态。,制冷剂的发展经历了三个阶段：,第一阶段,（,1830,1930,）,:,主要采用,NH,3,、,CO,2,、,H,2,O,等作为制冷剂，它们有的有毒，有的可燃，有的效率低，用了约,100,年的时间。,第二阶段,（,1930,1990):,主要采用,CFCs(,全氯氟烃的英文名称,Chloro-fluoron-carbon,，取其字头组成,),和,HCFCs(,含氢氯氟烃,取英文名,Hydrogen containing chlorofluorocarbond,的字头组成,),制冷剂，使用了约,60,年。,第三阶段,(1990,年至今,):,进入了以,HFCs,（氢氟碳化物）为主的时期。,由于行业发展的惯性，目前使用较多的制冷剂是,CFCs,和,HCFCs,，其次是,HFCs,。,（对于,CFCs,发达国家已于,1996,年,1,月,1,日起禁止生产和使用，但一些发展中国家仍然在使用。）,2.1.2,对制冷剂的要求,制冷剂的热力学性质对制冷系数的影响可用制冷效率 表示，为理论循环制冷系数与具有传热温差的制冷系数之比，即,标志不同制冷剂节流损失和过热损失的大小,1,）热力学性质,制冷剂的热力性质是指其热力参数之间的相互关系，诸如饱和蒸气压力与温度的关系，热力状态参数,p,T,v,h,s,之间的关系，还有与比热,c,，绝热指数,k,，音速,等的关系。这些热力性质是物质固有的，一般由试验和热力学微分方程求得，然后绘制成热力性质图表。工程计算使用时，可利用相应的图和表查取所需的热力参数值，也可以根据制冷剂热力性质的数学模型，利用计算机计算得出。,在相同的工作温度下，不同制冷剂的制冷循环特性由它们的热力性质所决定。,(1),制冷效率高,提高制冷的经济性,(2),压力适中,低压无负压,以免空气渗入，不易排除,高压不过高,减少制冷装置承受的压力；减少制冷剂向外渗漏的可能性,.,压力比不过大,(3),单位容积制冷能力,对于大中型制冷压缩机：单位容积制冷能力,q,v,尽可能大,以减少压缩机尺寸,对于小型制冷压缩机或离心式制冷压缩机：单位容积制冷能力小一些,尺寸过小会引起制造上的困难,4,）临界温度是物质在临界点状态时的温度。它是制冷剂不可能加压液化的最低温度，即在该温度以上，即使再怎样提高压力，制冷剂也不可能由气体变成液体。,对于绝大多数物质，其临界温度与标准蒸发温度存在以下关系：,这说明：标准沸点低的低温制冷剂的临界温度也低；高温制冷剂的临界温度也高。不可能找到一种制冷剂，它既有较高的临界温度又有很低的标准沸点。故对于每一种制冷剂，其工作温度范围是有限的。,另外，蒸发制冷循环应远离临界点。若冷凝温度,T,k,超过制冷剂的临界温度，则无法凝结；若略低于，则虽然蒸汽可以凝结，但节流损失大，循环的制冷系数大为降低。,临界温度高,便于用一般冷却水或空气对制冷剂进行冷却、冷凝；,工作区域越远离临界点，制冷循环越接近逆卡诺循环，节流损失小、制冷系数较高,2,）物理化学性质,(1),与润滑油的互溶性,压缩式制冷机中，除了离心式制冷机外，制冷剂都要与压缩机润滑油相接触。两者的溶解性是个很重要的问题。这个问题对系统中机器设备的工作特性和系统的流程设计都有影响。,制冷剂与油的溶解性分为有限溶解和完全溶解两种情况。完全溶解时，制冷剂与油的液体混合物成均匀溶液。有限溶解时，制冷剂与油的混合物出现明显分层。一层为贫油层（富含制冷剂）；一层为富油层（富含油）。,溶解度与温度有关，所以上面所说的有限溶解与完全溶解可以相互转化。,制冷剂与润滑油能任意互溶,优点,：润滑油能与制冷剂一起渗到压缩机的各个部件，为机体润滑创造良好条件；且在蒸发器和冷凝器的热换热面上不易形成油膜阻碍传热。,缺点,：从压缩机带出的油量过多，并且能使蒸发器中的蒸发温度升高、制冷量减少。,制冷剂部分或微溶于油,优点,：从压缩机带出的油量少，故蒸发器中,蒸发温度较稳定,。,缺点,：在蒸发器和冷凝器换热面上形成很难清除的油膜，影响了传热。,(2),导热系数、放热系数高,减少蒸发器、冷凝器等热交换设备的传热面积，缩小设备尺寸,(3),溶水性,溶水性差,优点：制冷剂纯，,t,0,稳定；,缺点：游离态的水会在低温处结冰而发生,“,冰堵,”,。,溶水性好,优点：不会发生,“,冰堵,”,，,缺点：提高,t,0,、氨溶于水中易腐蚀金属。,(4,）密度、黏度小,减小制冷剂管道口径和流动阻力,(5),相容性好,对金属和其他材料（橡胶、塑料等,),无腐蚀、侵蚀作用,对制冷剂的基本要求,3,）其他,安全性,无毒、不燃不爆,对环境亲和友善,温室效应小、不破坏大气臭氧层,经济性,易购价廉,2.1.2,制冷剂的分类与代号,1,分类命名,分类：,无机化合物（,NH,3,、水、空气、,CO,2,、,SO,2,等）,烷烃（甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等）,烃类,有机化合物 烯烃（乙烯、丙烯）,卤代烃（氟利昂）,共沸混合物,混合溶液,非共沸混合物,命名：国际上统一规定用字母,“,R,”,和它后面的一组数字或字母作为制冷剂的简写符号。,1,）无机化合物：简写符号规定为,R7,（），括号代表一组数字，是该无机物分子量的整数部分；,例：氨,NH,3,R717,水,H,2,O,R718,二氧化碳,CO,2,R744,2,）卤代烃和其他烷烃类：,烷烃类化合物的分子通式为,C,m,H,2m,+2,；,卤代烃的分子通式为,C,m,H,n,F,x,Cl,y,Br,z,（,n+x+y+z=2m+2,），,则简写符号规定为,R(m-1)(n+1)(x)B(z),，每个括号是一个数字，该数字为零时省去不写。,例：一氯二氟甲烷分子,CHF2Cl -R22,一溴三氟甲烷分子,CF3Br -R13B1,四氟乙烷分子,C2H2F4-R134a,3,）环烷烃、链烯烃及其卤代物简写符号规定：,环烷烃及环烷烃的卤代物用字母,“,RC,”,开头,链烯烃及链烯烃的卤代物用字母,“,R1,”,开头,4,）混合溶液,非共沸混合制冷剂：简写符号为,R4,（）；,共沸混合制冷剂：简写符号为,R5,（）；,2.1.3,常用制冷剂,1,氨,安全性（安全分类,B2,）,毒性大,机房与库房应隔开一定距离；,易燃易爆,NH,3,高温下分解出,H,2,系统中必须设空气分离器；,热力性质,中温制冷剂，沸点,33.3,，凝固点,77.9,；,黏性小、比重小、传热好,q,v,大,工作压力适中,压缩终温较高,压缩机气缸要采取冷却措施,物理化学性质,难溶于润滑油,管道、换热器易形成油膜，影响换热,油垢积存在冷凝器、贮液器、蒸发器下部，须定期放油,与水互溶,不会造成,“,冰堵,”,，可不设干燥器；,但由于含水分过多时蒸发温度升高，且对金属有很强的腐蚀作用，限制含水量不超过,0.2,；,纯氨不腐蚀钢铁，含水时腐蚀锌、青铜、铜合金（磷青铜除外）,不允许使用铜构件，耐磨件、密封件限定使用高锡磷青铜,检漏方法：,刺激性气味，易发现；,接头、焊缝处涂肥皂水，若有气泡，说明受检部件泄漏；,石蕊试纸由红变蓝；,酚酞试纸变红。,用于蒸发温度在,65,以上的大型或中型活塞及螺杆机组中，也有应用于大容量离心式制冷机中。,2.,氟里昂,(,饱和碳氢化合物的卤族衍生物的总称）,规律性：,H,多,可燃性强,Cl,多,沸点高，对大气臭氧层破坏越严重,F,多,化学稳定性好，对人体无害,分类：,根据氢、氟、氯组成情况可以分为三类,：,1,全卤化氯氟烃（,CFCs,）：如,R11,，,R12,，,R13,等,对臭氧层破坏严重，已被禁用；,2,不完全卤化,氯氟烃（,HCFCs,）：如,R22,、,R123,对臭氧层破坏大为减缓，禁用期可延迟；,3,不完全卤化,氟烃（,HFCs,）：如,R134a,、,R32,、,R125,无,Cl,对臭氧层无破坏，可用。,共性,1,）热力性质,分子量较大、密度高、流动性差，在制冷系统中循环时流动阻力大；,绝热指数小，压缩终温较低；,传热性能较差；,2,）物理化学性质：,溶水性极差，系统中应严格控制水的含量；,对金属的腐蚀性很小；,对天然橡胶、树脂、塑料等非金属材料有腐蚀（膨润）作用；,遇明火时，卤代烃中会分解出氟化氢、氯化氢或光气；,3,）安全性,无味、渗透性强，在系统中极易渗透,4,）经济性,价格高,3,常用的制冷剂工质介绍,1,）,R12,对大气臭氧层有严重破坏作用，并产生温室效应，因此它已受到限用与禁用。但它目前仍是国内应用较广的中温制冷剂之一，,2010,年,1,月,1,日起将在我国完全停止生产和消费。,南极臭氧空洞的变化,R12,无色、气味很弱、毒性小、不燃烧、不爆炸，,R12,等熵指数小，压缩机的排气温度较低。单位容积制冷量小、相对分子质量大、流动阻力大、热导率较小。,水在,R12,中的溶解度很小，低温状态下水易析出而形成冰堵，因此在充灌,R12,前，必须经过干燥处理,R12,能与矿物性润滑油无限溶解，在蒸发器中，随,R12,的不断蒸发，润滑油在其中逐渐积存，使蒸发温度升高，传热系数下降。,R12,对一般金属没有腐蚀作用，但能腐蚀镁及含镁量超过,2,的铝镁合金。含水后会产生镀铜现象。,R12,对天然橡胶及塑料等有机物有膨润作用，,R12,极易渗透。,R12,由于压力适中、压缩终温低、热力性能优良、化学性能稳定、无毒、不燃、不爆等优点，它广泛用于冷藏、空调和低温设备，从家用冰箱到大型离心式制冷机中都有采用。,2,）,R134a,属中温制冷剂。它的特性与,R12,相近，目前是,R12,的替代工质之一。,3,）,R22,对大气臭氧层有轻微破坏作用，并产生温室效应。它是第二批被列入限用与禁用的制冷剂之一。我国将在,2040,年,1,月,1,日起禁止生产和使用。,R22,是最为广泛使用的中温制冷剂，属安全性制冷剂。化学性质不如,R12,稳定。,R22,能部分地与润滑油互溶，,R22,对金属的作用、泄漏性与,R12,相同。,R22,广泛用于冷藏、空调、低温设备中。在活塞式、离心式、压缩机系统中均有采用。由于它对大气臭氧层仅有微弱的破坏作用故可作为,R12,的近期、过渡性替代制冷剂。,4,）,R123,属高温制冷剂。适用于离心式制冷压缩机。具有,一定毒性。具有优良的大气环境特性（,ODP=0.02,，,GWP=0.02),，是目前替代,R11,的理想制冷剂之一。,5,）氨（,R717,）,氨的压力适中，单位容积制冷量大，流动阻力小，热导率大，价格低廉，对大气臭氧层无破坏作,用。,氨的主要缺点是毒性较大、可燃、可爆、有强烈的刺激性臭味、等熵指数较大，若系统中含有较多空气时，遇火会引起爆炸。,氨制冷系统中应设有空气分离器，及时排除系统内的空气及其它不凝性气体。,氨系统中不必设置干燥器，含水量仍限制在,0.2,的范围内。氨制冷系统中往往设有油分离器,氨制冷系统中，不允许使用铜及其铜合金材料,2.1.4,混合制冷工质,由两种或两种以上的制冷剂按一定的比例混合而成，在气化或液化过程中，蒸气成分与溶液成分始终保持相同；在既定压力下，发生相变时对应的温度保持不变。称为共沸混合溶液,已发现具有共沸特征的混合物不到,50,种。其中满足作为制冷剂性质要求的仅十种。在所列共沸制冷剂中，已有显著商业应用的只有三种：,R500,，,R502,和,R503,。,采用共沸混合制冷剂的好处是：它几乎具有纯制冷剂的所有特征，可以象纯质一样使用方便。共沸混合制冷剂中标准沸点比构成它的组分物质的标准沸点都低，因而蒸发压力比其组分的蒸发压力高，可以扩大应用温度范围和提高单位容积制冷量。,另外，还有一些混合物，尽管不具备共沸特征，但泡点线与露点线很靠近，故定压力相变时的温度滑变不大，可视作近似等温。将这类混合物叫做近共沸混合物。,2.2 CFC,S,的使用与替代,CFC,又称氯氟烃，是氟利昂制冷剂家族中的一员,研究表明，当,CFCs,受强烈紫外线照射后，将产生下列反应（以,CFC12,为例）,:,CF2Cl2-CF2Cl,Cl,；,Cl,O3-ClO,O2,；,ClO,O-Cl,O2,循环反应产生的氯原子不断地与臭氧分子作用，使一个氯氟烃分子，可以破坏成千上万个臭氧分子，使臭氧层出现,“,空洞,”,，这一现象已被英国南极考察队和卫星观测所证实。据,UNEP,（联合国环境规划署）提供的资料，臭氧每减少,1,紫外线辐射量约增加,2,。臭氧层的破坏将导致：,危及人类健康，可使皮肤癌、白内障的发病率增加，破坏人体免疫系统；,危及植物及海洋生物，使农作物减产，不利于海洋生物的生长与繁殖；,产生附加温室效应，从而加剧全球气候转暖过程；,加速聚合物（如塑料等）的老化。,因此保护臭氧层已成为当前一项全球性的紧迫任务,什么是温室气体,?,温室气体是由以下主要的八种气体所组成的：,二氧化碳,(CO,2,),甲烷,(CH,4,),氧化亚氮,(N,2,O),氢氟氯碳化物,(CFCs,，,HFCs,，,HCFCs,)(,对全球升溫的贡献百分比,24%),全氟化碳,(PFCs),六氟化硫,(SF,6,),臭氧,(O,3,),水蒸氣,(H,2,O),京都议定书,京都议定书是在联合国气候变化纲要公约下达成的国际协议。议定书锁定具约束力的目标,规定,37,个工业国家以及欧盟于,2008,年至,2012,年期间,须平均减少,5%,的温室气体排放,(,以,1990,年为基准,),。京都议定书与联合国气候变化纲要公约的最大分别,在于后者鼓励工业国家稳定温室气体排放,而前者则规定这些国家要实施减排的目标。,确认已发展国家因其超过,150,年的工业活动,需要为今天大量的温室气体排放负上大部分的责任。因此,议定书采取,共同担当但有区别的责任,原则,要求已发展国家承担较重的义务。欧洲联盟及东欧各个国家须减碳,8%,、美国,7%,、加拿大、波兰、日本、匈牙利,6%,另外澳洲、冰岛和挪威则须达减碳,8%,至,10%,的目标。,受,京都议定书,管制的气体,在众多的温室气体当中，有六种是归,京都议定书,管制，即是：,二氧化碳,（,CO,2,）,甲烷,（,CH,4,）,氮氧化合物（,N,2,O,）,氟氯碳化物（,CFCs,）,全氟碳化物（,PFCs,）,六氟化硫,（,SF,6,）,氟利昂,(CFCs),氟利昂,(CFCs),是一种人造的化学物质。由于它在室温内就可以汽化，而且不会产生任何毒素与易燃物质，所以被广泛用于 气溶胶喷雾罐和制冷设备的产品当中。它们在大气中的含量虽然不大，但却足以引起严重的气候 变化。因为它不活泼的化学性质，会让它在大气中逗留很长的一段时间才能完全消失，约,100-200,年。当氟利昂在进入平流层后受到紫外线的辐射时就会产生光解 和氯原子，这些氯原子会迅速地与臭氧产生化学反应，将其还原为氧，从而加速臭氧层的破坏率。因此当臭氧 层变薄时，地球上的的动植物就会曝露在紫外线的辐射下，严重地威胁着我们的健康。使用氟利昂所带来的负面效应，早已引起了世界各国政府的高度关注并采取了一系列补救行动和防范措施。许多国家已经签署了,1987,年制定的,关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书,，要求 现进国在,1996,年停止生产氟利昂而发展中国家则须在,2006,年时完全停止氟利昂的生产。,氢氟氯碳化物,(HFCs,，,HCFCs),于是氢氯氟烃（,HCFCs,）和氢氟碳化物（,HFCs,）由此应运而生成为氟利昂,(CFCs),在制冷行业中的代替品。,尽管氢氯氟烃（,HCFCs,）和氢氟碳化物（,HFCs,）不会破坏臭氧 层，但是一种极强的人造温室气体，比二氧化碳的增温效应还要高出几千倍，绝对可以引起全球暖化的后果。,绿色自然冷冻剂（,Green freeze,）,因此在二十世纪九十年代初，绿色和平与一家德国公司合作开发了绿色自然冷冻剂（英文称,Green freeze,），即一种采用碳氢化合物、既不破坏臭氧层又不影响气候变化的环保制冷剂。这种绿色冷冻技术目前已被广泛运用，包括博世（,Bosch,）、伊莱克斯（,Electrolux,）、海尔（,Haier,）、利渤海尔（,Liebherr,）、米勒（,Miele,）、克维勒（,Quelle,）、西门子（,Siemens,）、惠而浦（,Whirlpool,）、波克耐希特（,Bauknecht,）等，,HFCs,的自然制冷技术将被取代。,蒙特利尔议定书,联合国环保组织,1987,年,在加拿大蒙特利尔市召开会议，,36,个国家和,10,个国际组织共同签署了,关于消耗大气臭氧层物质的蒙特利尔议定书,，我国,1992,年正式宣布加入修订后的,蒙特利尔议定书,。,对于,CFCs,：,发达国家，从,1996,年,1,月,1,日起完全停止生产和消费；,发展中国家，最后停用日期是,2010,年；,对于,HCFCs,：,发达国家，从,1996,年起冻结生产量，,2004,年开始削减，,2020,年完全停用；,发展中国家，从,2016,年开始冻结生产量，,2040,年完全停用。,以上时间表可能还会提前。,发 达 国 家 的 超 前 行 为,瑞士、意大利规定,2000,年禁用,HCFCs,物质,瑞典、加拿大规定为,2010,年,欧共体规定为,2015,年。,德国规定,2000,年禁用,HCFC-22,。,美国规定,2003,年,1,月,1,日起禁用,HCFC-141b,（作发泡剂），,2010,年,1,月,1,日起不再生产使用,HCFC-22,的新制冷空调设备，并于,2020,年,1,月,1,日起完全禁用,HCFC-22,和,HCFC-142b,，不再制造使用,HCFC-123,和,HCFC-124,的新设备。,发展中国家的情况,CFCs,和,HCFCs,物质的削减和禁用时间表为：,1999,年,7,月,1,日将,CFC-11,、,CFC-12,、,CFC-113,、,CFC-114,和,CFC-115,冻结在,1995-1997,年的平均水平,2005,年,1,月,1,日要求,CFC-11,、,CFC-12,、,CFC-113,、,CFC-114,和,CFC-115,从,1995,1997,三年平均水平的基础上削减,50%,；,2007,年,1,月,1,日要求,CFCs,类物质削减,85%,2010,年,1,月,1,日禁用,CFCs,类物质,2016,年,1,月,1,日将,HCFCs,物质冻结在,2015,年平均水平,2040,年,1,月,1,日禁用,HCFCs,物质,类 别,物 质,类 别,物 质,第一类（氯氟烷烃）,CFCl,3,(CFC11),CF,2,Cl,2,(CFC12),C,2,F,3,Cl,3,(CFC113),C,2,F,4,Cl,2,(CFC114),C,2,F,5,Cl(CFC115),第二类（溴氟烷烃）,CF,2,BrCl(,哈隆,1211),CF,3,Br(,哈隆,1301),C,2,F,4,Br,2,(,哈隆,2402),CFCS,、,HCFCS,的限用与禁用,受控制的消耗臭氧层物质,HCFC,禁用时间表（发达国家）,（蒙特利尔议定书）缔约国,1996.1.1,：以,1989,年的,HCFC,消费量加,2.8%CFC,消费量的总和（折合到,ODS,吨）作为基准加以冻,结；,2004.1.1,：消减,35%,；,2010.1.1,：消减,65%,；,2015.1.1,：消减,95%,；,2020.1.1,：消减,95.5%(0.5%,仅用于现有设备的维修,),；,2030.1.1,：消减,100%,美国,2003.1.1,：禁止,HCFC141b,用于发泡剂；,2010.1.1,：冻结,HCFC22,和,HCFC142b,的生产；不再制造使用,HCFC22,新设备；,2015.1.1,：冻结,HCFC123,和,HCFC124,的生产；,2020.1.1,：禁用,HCFC22,和,HCFC141b,；不再制造使用,HCFC123,和,HCFC124,的新设备；,2030.1.1,：禁用,HCFC123,和,HCFC124,欧共体国家,2000.1.1,：消减,50%,；,2004.1.1,：消减,75%,；,2007.1.1,：消减,90%,；,2015.1.1,：消减,100%,；,瑞士、意大利,2000.1.1,禁用,HCFC,德国,2000.1.1,禁用,HCFC22,瑞典，加拿大,2010.1.1,禁用,HCFC,行 业,消耗臭氧层物质,完全淘汰时间（年）,家用制冷设备,CFC11,2010,CFC12,2010,汽车空调器,CFC12,2002,工商业制冷设备,CFC11,2002,CFC12,2006,化工生产,CFC11,2010,CFC12,2010,CFC113,2006,中国制冷空调和化工行业最终淘汰消耗臭氧层物质时间表,注：允许维修使用到,2010,年。,替代制冷剂的研究动向,制冷剂代号,R12,R134a,R600a,相对分子质量,120.92,102.0,58.13,标准蒸发温度,/,-29.8,-26.5,-11.7,燃烧极限（体积分数）,/%,无,无,1.8,8.4,ODP,值,1.0,0,0,GWP,值,4500,420,15,冷凝压力（,40,时）,/MPa,1.01,1.02,0.53,蒸发压力（,-30,时）,/MPa,0.10,0.084,0.047,理论排气温度,/,120,125,125,130,100,105,液体密度（,-25,时）,/kg/m,3,1472.0,1371.0,608.3,润滑油,矿物油,酯类油,矿物油,对杂质的敏感性,敏感,高度敏感,敏感,容水性,极微,易容,极微,真空度要求,一般,较高,一般,材料兼容性,好,不好,好,R12,、,R134a,、,R600a,主要物性及性能对比,2.3,载冷剂,2.3.1,对载冷剂的要求,载冷剂是在间接制冷系统中用以传递冷量的中间介质,在蒸发器中被制冷剂冷却并送到冷却设备中吸收被冷却系统的热量，然后返回蒸发器将吸收的热量传递给制冷剂，而载冷剂重新被冷却。如此循环不止，以达到连续制冷的目的。,载冷剂的选择要求和选择方法,要求,(1),比热大,(2),导热系数大,(3),粘度低,(4),凝固点与使用温度范围相适应,(5),腐蚀性小,(6),无毒、不燃、不爆,(7),化学稳定性好,(8),价格低廉,选择方法,使用目的,温度范围,蒸发温度在,5,以上的载冷剂系统，,一般都采用水作载冷剂,蒸发温度在,5-50,的范围内，,一般可采用氯化钠或氯化钙盐水溶液,蒸发温度低于,-50,时，采用三氯乙烯、,二氯甲烷、三氯氟甲烷、乙醇、丙酮等,适用于,：,被冷却对象离蒸发器较远,用冷场所不便于安装蒸发器,优点,：,将制冷剂系统集中在机房或一个很小的范围内，使制冷系统的连管和接头大大减少,便于密封和系统检漏,制冷剂的充注量大大减少,便于冷量控制的分配,便于机组的运行管理,便于安装,2.3.2,常用载冷剂,1.,盐水溶液,液体,冰与液体,盐与液体,固体,析冰线,析盐线,共晶浓度,共晶点,A-B-E,G-E,E,A,A,F,G,E,C,1,B,C,C,2,D,t,E,t,C,t,B,0,x,1,x,2,m,1,m,2,t,定期测定比重,合理选择浓度,注意防腐蚀,MgCl,2,水溶液,NaCl,水溶液,CaCl,2,水溶液,t,1.,凝固温度曲线,坐标,1,点：冰盐合晶点,E,时：,则,t,凝,E,时：,则,t,凝,两线：析冰线、析盐线,4,区：,溶液区：,t,t,凝,冰,-,盐水溶液区：,E,，,t,E,t,t,凝,盐,盐水溶液区：,E,，,t,E,t,t,凝,固态区：,t,t,E,盐水溶液浓度的选择,（）浓度不宜过大,比重大,流动阻力大,比热小,同等冷量所,需流量大,（）只要保证盐水溶液不,冻结,t,凝,=t,0,（）,（）浓度不应大于合晶点浓度,否则凝固温度反而升高,盐水溶液的吸湿性,则,t,凝,所以，要定期检查,浓度，增补盐量,4.,盐水溶液的,腐蚀性,对金属有强烈的腐蚀作用,稀,含,腐蚀性,酸性,缓蚀措施：,适当配浓些,采用闭式系统，减少与空气的接触,加入定量缓蚀剂，使溶液呈弱碱性（,PH=8.5),乙醇,（,CH3-CH2OH,）、,乙二醇,（,CH2OH-CH2OH,）、,丙二醇,（,CH2OH-CHOH-CH3,）、,丙三醇,（,CH2OH-CHOH-CH2OH,）、,二氯甲烷,（,CH2Cl2,）,及三氯乙烯,（,CHCl-CCl2,）等。,无腐蚀性，无毒性,2.,有机载冷剂,它们都具有较低的凝固温度。,有机物载冷剂标准蒸发温度均较低。,思考题,2.1,什么是制冷剂？它应具备什么性质特征？,2.2,选择制冷剂时，希望标准蒸发温度高点好还是低点好？为什么？,2.3,制冷剂的单位容积制冷量对制冷装置有何影响？希望它大点好还是小点好？,2.4,制冷剂和油的互溶性对制冷系统的工作有何影响？,2.5,什么叫做载冷剂？希望它有哪些特征？,2.6,水作为载冷剂有何优点？,2.7 CFC,类制冷剂为什么对环境会有影响？,2.8 R22,在近期为什么仍然是一种可靠的代用制冷剂呢？,第三章 制冷压缩机,作用,压缩机起着压缩和输送制冷剂蒸气并造成蒸发器中的低压力，冷凝器中的高压力的作用，是整个系统的心脏,;,制冷压缩机形式很多，根据工作原理可分为容积型和速度型。,容积型,速度型,容积型压缩机,:,通过对运动机构作功，使低压气体受以减少其容积，达到提高压力来完成压缩功能。,又分为活塞式（往复式）和回转式。回转式有螺杆式、滚动转子式、涡旋式等形式,。,速度型压缩机,:,由旋转部件连续将角动量转换给蒸气，再将该动量转为压力。因此其压力的提高由气体的速度转化而来。常用的有离心式压缩机。总之，,容积式制冷压缩机是靠改变工作腔的容积，将周期性吸入的定量气体压缩。离心式制冷压缩机是靠离心力的作用，连续的将所吸入的气体压缩。这种制冷压缩机的转数高，制冷能力大。,制冷压缩机分类,制冷压缩机分类和结构示意简图,3.1,活塞式制冷压缩机,活塞式压缩机利用汽缸中活塞的往复运动来压缩气体，通常利用曲柄连杆机构将原动机的旋转运动转变为往复直线运动，又称往复式压缩机，结构主要由机体、汽缸、活塞、连杆、曲轴和气阀等组成。,图,3.1,为立式两缸活塞式制冷压缩机。,3.1.1,活塞式压缩机分类：,(1),按制冷量的大小分：小型活塞式、中型活塞式,(2),按气体压缩的级数分：单级压缩、多级,(,一般为两级,),(3),按压缩机转速分类 分为高、中、低速三种,(4),按气阀布置方式分类 顺流式和逆流式两种,(5),按气缸布置方式分：卧式、直立式、角度式,（,6,）按密封结构形式分类,（,i,）,开启式压缩机,：,开启式压缩机,与原动机分为两体,（,ii,）,封闭式压缩机,：,采用封闭式的结构,，,把电动机和压缩机连成一整体,（,iii,）半封闭式压缩机：压缩机的机体与电动机外壳铸成一体构成密闭的机身，汽缸盖可拆卸。,（,7,）按工作的蒸发温度范围分类,单级制冷压缩机,高温制冷压缩机,：,10,10,中温制冷压缩机,：,20,10,低温制冷压缩机,：,43,20,制冷压缩机使用场合,制冷压缩机使用场合,3.1.2,常用术语,（,1,）活塞的上、下止点,活塞在汽缸内上下往复运动处于最下端位置称,为下止点。活塞运动到最高位置称为上止点。,（,2,）活塞行程,S,上下止点间的距离称为活塞行程。,（,3,）汽缸工作容积,V,g,上下止点间的汽缸工作室的容积,其中，,D,为汽缸内径，,m,。对于有,Z,个汽缸，转速为,n,的压缩机，其理论容积,（,）,理论容积也称理论输气量，与制冷剂种类、工作条件无关，为结构参数,（,4,）余隙容积,V,c,防止活塞顶部与阀板、阀片等零件撞击、材料的热胀冷缩、装配误差等留的空隙。,（,5,）相对余隙容积,C,C=V,c,/,V,g,3.1.3,活塞式制冷压缩机的工作过程,（,1,）理想工作过程,活塞式压缩机的理论循环的假设条件：,1,、压缩机没有余隙容积,2,、吸汽与排汽过程中没有压力损失,3,、吸汽与排汽过程中无热量传递,4,、无漏汽损失,工作过程如图所示,（,2,）实际过程与理想过程的区别：,1,、压缩机中的压力降,2,、制冷剂的受热,3,、气阀运动规律不完善带来的效率下降。,4,、制冷剂泄漏的影响。,5,、再膨胀的影响,6,、压缩过程偏离等熵过程,7,、压缩过程的过压缩和欠压缩。,8,、润滑油循环量的影响。,9,、压缩机的机械摩擦损失和内置电动机,(,封闭式压缩机,),的电动机损失。,工作过程如图所示,3.1.4,活塞式制冷压缩机的性能,1,）压缩机的输气系数,实际输气量与理论输气量之比，也称压缩机的容积效率。用 表示（）。,它反映了实际过程中诸多因素对压缩机输气量的影响。,通常可用容积系数,v,、压力系数,p,、温度系数,T,、泄漏系数,l,的乘积来表示，即,分析,4,个因素,（,1,）余隙容积的影响,=,v,p,T,l,式中,C,相对余隙容积，它等于余隙容积,V,c,与气缸工作容积,V,g,之比，即,C=V,c,/V,g,；,m,膨胀过程指数；,p,k,冷凝压力（即名义排气压力）（,MPa,）；,p,k,排气压力损失（,MPa,）；,p,0,蒸发压力（即名义吸气压力）（,MPa,）。,相对余隙容积,C,值越大，,v,越小,压力比,p,k,/,p,0,越大，,v,越小,膨胀过程指数,m,一般对氨压缩机，,m,=,6.10-6.13,，对氟利昂压缩机，,m,=0.93-1.03,。,排气压力损失,p,k,对氨压缩机,，,一般取,p,k,=(0.03-0.07),p,k,，,氟利昂压缩机取,p,k,=(0.1-0.13),p,k,。,通常，空调工况取,C=0.04-0.05,，冷藏工况,C=0.02-0.04,。,（,2,）吸排气的影响,（,3,）吸入蒸气过热的影响,p,0,吸气压力损失，,通常，氨压缩机的,p,0,=(0.03-0.03)p,0,，,氟利昂压缩机的,p,0,=(0.03-0.10)p,0,中小型开启式制冷压缩机为,小型封全闭式制冷压缩机为,家用制冷压缩机,a,6.13,，商用制冷压缩机,a,6.10,（,4,）泄漏的影响,对于单级高速多缸压缩机，转速,n,大于,720r/min,，,相对余隙容积,C,=3%-4%,对于单级中速立式压缩机，转速,n,小于,720r/min,，,相对余隙容积,C,=4%,6%,2,）活塞式制冷压缩机的功率和效率,原动机传输到压缩机主轴上的功率为轴功率,N,e,，其中用于压缩气体的称为指示功率,N,i,，用于克服摩擦阻力和带动油磅工作的称为摩擦功率,N,m,，,因此有,N,e,=N,i,+N,m,（,1,）指示功率和指示效率,指示效率为理论耗功与实际功量之比,1,）指示功率：压缩过程的实际耗功率。,指示效率：单位质量制冷剂的理论耗功量与实际耗功量之比。,2,）轴功率：考虑克服机械摩擦和带动油泵等辅助设备所消耗的功率，即压缩机实际作用在传动轴上的功率。,摩擦效率：指示功率与轴功率的比值。,蒸汽的绝热压缩理论功,w,0,可按下式计算,w,0,=h,2,-h,1,3,）制冷压缩机配用电机功率,3.1.5,活塞式制冷压缩机的能量调节,采用油压操纵的输气量调节机构改变工作汽缸数目（卸载），能量调节装置由执行机构、传动机构、控制机构三部分组成,（,1,）执行机构,小顶杆控制吸气阀片的上升和下落达到使汽缸正常工作或卸载的目的,（,2,）传动机构,油缸,-,拉杆机构，控制小顶杆的运动,（,3,）控制机构,手动油压分配阀,3.2,螺杆式制冷压缩机,结构：螺杆式制冷压缩机是依靠两个螺杆,阴 阳转子的旋转运动来压缩制冷剂气体。,特点,-,优点,转速较高、又有质量轻、体积小，占地面积小等一系列优点。,动力平衡性能好，故基础可以很小。,结构简单紧凑，易损件少，维修简单，使用可靠，有利于实现操作自动化。,对液击不敏感，单级压力比高。,输气量几乎不受排气压力的影响。在较宽的工况范围内，仍可保持较高的效率。,缺点,噪声大。,需要有专用设备和刀具来加工转子。,辅助设备庞大。,单,螺杆压缩机,结构：主要零件有单螺杆转子、星轮和机壳。螺杆螺槽、机壳内壁和星轮齿面构成封闭的基元容积。,行程：运转时，动力传到螺杆轴上，由螺杆带动星轮齿在螺槽内相对移动，这种相对移动相当于往复式压缩机的活塞（星轮）在汽缸（螺杆槽与机壳内壁形成的基元容积）中移动。随着星轮齿的移动，封闭的基元容积发生变化，相应的气体由吸气腔进入螺杆齿槽空间，经压缩后达到设计压力值，由开在壳体上的排气三角口排至油气分离器内。工作行程如图,通常：螺杆有,6,个螺槽，由两个星轮将各螺槽分隔成上下两个空间，各自实现吸气、压缩和排气过程，因此单螺杆相当于一台六缸双作用的往复式压缩机。特点：单螺杆压缩机除具备回转式压缩机的结构简单、紧凑单位容积利用率较高和无气阀组件等优点外，因其星轮对称地配置于螺杆的两侧，还具有下独特的优点。,（,1,）结构合理，具有理想的力平衡性,单螺杆压缩螺机在螺杆两端间开有引气通道，流至高压侧的气体将通过引气通道回流至低压侧，从而使螺杆两端面上的气体力相互平衡。由于星轮在螺杆轴线两侧对称配置，作用于螺杆上的气体径向力相互抵消。作用于螺槽内的气体轴向力也相互抵消。因此作用在螺杆轴支撑轴承上载荷就小，轴承寿命长，星轮齿上所受的气体力，只有活塞式压缩机或双螺杆压缩机的,1/30,左右。故该机器能平稳的无振动的在高工作转速下运转，而无需特别的基础，仅需安放在水平的地面上，省去了基础费用。,（,2,）单机容量大，无余隙容积,由于单螺杆压缩机运行时，螺杆每转一周，每一个螺槽均工作两次，螺槽空间得到充分利用，因此与其它回转式压缩机相比，结构尺寸相同时排气量较大，排气量相同时，结构尺寸较小。以,3000r/min,的单螺杆压螺机为例，每分钟压缩次数为,3000X12=36000,次。此外，螺杆的螺槽深度随压力的增高而减少，在排气结束、星轮齿脱离螺槽时，深度为零，故理论上不存在余隙容积，因而，容积效率较高。,（,3,）由于高速（一般为,3000r/min,）轻载,，啮合副型线设计先进合理，任一瞬时啮合的两共轭曲线都能形成收敛锲隙，且间隙适当，容易在螺槽与星轮之间的间隙中建立流体动力润滑油膜，确保螺杆星轮处于湿摩擦状态，从而有效地减少星轮的摩损，降低气体泄露提高了机器的效率和寿命，保障了运行安全可靠。因此，这种压缩机的寿命仅取决于轴承的耐久性，即使采用滚动轴承，寿命也可达到二万至三万工作小时。,但压缩机在启动和停机的过程中，由于转速较低，建立流体动力润滑的条件受到损坏，在很短时间内会出现啮合的摩擦表面的直接摩擦，为了减少由此引起的摩擦，需要选取适当的摩擦副材料，以便得到较小的摩擦系数。另外，由于转速较高，可直接选用价格便宜的电机，无需装设减速器，且还相应带来重量轻、体积小、占地面积省等优点。,双螺杆结构,双螺杆压缩机工作原理,阳转子,阴转子,3.3,离心式制冷压缩机,3.3.1,离心式制冷压缩机的工作原理与结构,离心式制冷压缩机属于速度型压缩机，是一种叶轮旋转式的机械。,离心式制冷压缩机有单级、双级和多级等多种结构型式单级压缩机主要由吸气室、叶轮、扩压器、蜗壳等组成,多级离心式制冷压缩机,多级离心式制冷压缩机,（,3,）按压缩机的级数分：分为单级和多 级压缩机,1,）