空调与制冷技术第二篇 制冷技术1、制冷： 是使自然界的某物体或某空间达到低于周围环境温度，并使之维持这个温度。绪论2、制冷技术的学习内容： 1）、熟悉获得低温的常用方法和有关的机理以及与此相应的制冷循环，并对制冷循环进行热力学的分析和计算； 2）、了解常用制冷剂的热物理性质，这是进行循环分析和计算的基础数据； 3）、掌握实现制冷循环所必须的各种机械和技术设备的工作原理和性能分析。3、常用制冷方法：蒸汽压缩式制冷、吸收式制冷、蒸汽喷射式制冷和吸附式制冷（液体汽化制冷）4、压焓图：(1)等压线水平线(2)等焓线垂直线(3)等温线液体区垂直线，两相区水平线，过热蒸汽区为向右下方弯曲的倾斜线(5)等容线向右上方倾斜线，比等熵线平坦(6)等干度线只存在于湿蒸气区，其方向大致与饱和线相近(4)等熵线向右上方倾斜线phK过冷液体区过热蒸气区两相区5、温熵图：(1)等温线水平线(2)等熵线垂直线(3)等压线液体区近似为饱和液体线，两相区水平线，过热蒸汽区为向右上方弯曲的倾斜线（红线）(4)等容线过热区内向右上方倾斜线（绿色线）(5)等焓线过热区内及两相区内，均为向右下方倾斜的线，但两相区内的等焓线的斜率大，过冷区的焓值可近似用同温度下饱和液体的焓值代替（粗白线）(6)等干度线只存在于湿蒸气区，其方向大致与饱和线相近TSK第一节 逆向可逆循环 1、工质的正向循环第一章 蒸汽压缩式制冷循环它使高温热源的工质通过动力装置对外作功，然后再流向低温热源，亦称动力循环ThTl高温热源低温热源动力装置QhQlW第一节 逆向可逆循环第一章 蒸汽压缩式制冷循环 2、工质的逆向循环使工质在吸收低温热源的热量后通过制冷装置，并以外功作补偿，然后流向高温热源3、工质的逆向可逆循环不考虑工质在流动和状态变化过程中的各种损失的逆向循环高温热源低温热源ThTl制冷装置QhQlW1、逆卡诺循环 一、逆卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程（等熵过程）所组成的循环2、逆卡诺循环循环的条件（1）高低温热源温度恒定（2）实现循环的必要设备是压缩机、冷凝器、膨胀机、和蒸发器（3）工质在冷凝器和蒸发器中与外界热源之间无传热温差（4）工质流经各个设备时无内部不可逆损失膨胀机压缩机冷却介质被冷却介质冷凝器蒸发器T0TKqkq0wewc1234TSKT0TKbawcweq03、逆卡诺循环循环的热力过程及在TS图上的表示制冷剂按逆卡诺循环的四个热力过程为：绝热压缩过程12：温度由T0升至TK，外界输入功w等温冷凝过程23：制冷剂在TK向高温热源放出热量qk；绝热膨胀过程34：温度由TK降至T0 ，膨胀机输入功we，并为压缩机所利用；等温蒸发过程41：制冷剂在T0吸收低温热源中的热量q0。膨胀机压缩机冷却介质被冷却介质冷凝器蒸发器T0TKqkq0wewc1234TSKT0TKbawcweq01kg制冷剂在每次循环中的热力指标值：4、逆卡诺循环循环的热力指标从低温热源吸收的热量q0：q0= T0（Sa Sb） （kJ / kg）向高温热源放出的热量qk qk= TK（Sa Sb） （kJ / kg）外界输入压缩机的功wc：wc= w we = qk q0=（ TK T0 ） （Sa Sb） 5、评价制冷循环经济性的指标：（1）制冷系数c：膨胀机压缩机冷却介质被冷却介质冷凝器蒸发器T0TKqkq0wewc（2）热力完善度：1234TSKT0TKbawcweq0如果在逆卡诺循环中考虑冷凝器和蒸发器的传热温差各为Tk和T0，该循环： 二、考虑传热温差的逆卡诺循环w = （T0+ Tk）（ Sa Sb）2、减少的制冷量为：q0 = T0（ Sa Sb） 3、制冷系数c膨胀机压缩机冷却介质被冷却介质冷凝器蒸发器T0TKqkq0wewcTST0TKbawcq0TKT0123413421、多消耗的功为：一、单级蒸气压缩式制冷循环的设备组成和工作过程 第二节 单级蒸气压缩式理论制冷循环1、制冷循环的设备组成：1）压缩机：降低蒸发器内蒸气压力，将制冷剂进行加压并送入冷凝器2）冷凝器：使高压气态制冷剂冷凝成液态，并向冷却介质释放热量3）节流阀：降低从冷凝器出来的高压液体制冷剂的压力4）蒸发器：使低压液态制冷剂蒸发成气态，并吸收被冷却介质的热量2、制冷循环的工作过程绝热压缩过程（12）： 在蒸发器中产生的压力为p0的制冷剂蒸气，首先被压缩机吸入并绝热地压缩到冷凝压力pk；等压冷凝过程（23）：绝热节流过程（34）：等压蒸发过程（41）：进入冷凝器中被冷却介质(液体载冷剂或空气)凝结成压力为pk的高压液体。制冷剂液体经节流机构绝热膨胀，压力降低到蒸发压力p0，此时降温到蒸发温度T0变成气液两相混合物进入蒸发器中，在低温T0下吸取被冷却介质(液体载冷剂或空气)的热量而蒸发成蒸气。二、单级蒸气压缩式制冷的理论循环及其性能指标1、理论循环假设： 制冷的理论循环是在最理想的情况下，制冷机可以实现的工作循环。所谓最理想情况是基于如下的几点假设：制冷剂流过设备和管道、阀门时没有阻力，也不存在泄漏；除蒸发器和冷凝器外，其它设备和管道、阀门均在绝热条件下工作，制冷剂流过时与之不发生热交换；压缩过程中不存在任何损失，因而压缩过程为等熵过程。根据这些假定，可对单级压缩制冷机的工作过程加以理想化，从而抽象出单级压缩制冷机的理论循环，其温熵图和压焓图如图所示2、理论循环热力过程：图中点1表示蒸发器中蒸气的状态，且取为蒸发压力下的饱和蒸气。12表示制冷剂蒸气在压缩机中的等熵压缩过程。点2表示压缩机的排气状态，已是冷凝压力pk下的过热蒸气。234表示等压冷却及冷凝过程，其中点3表示pk压力下的饱和蒸气状态，点4表示冷凝后的饱和液体状态。45表示绝热节流流过程，这一过程在两相区内进行，节流前后制冷剂的焓值相等。51表示蒸发器中的等压蒸发过程，在这一过程中制冷剂液体全部转化为蒸气，并对外提供冷量。3、性能指标为了说明上述理沦循环的性能，常使用以下的性能指标。 (1)单位制冷量 lkg制冷剂在一次循环中所能制得的冷量称为单位制冷量，常用q0表示，单位是kJkg。单位制冷量也就是在次循环中，lkg制冷剂在蒸发过程中向被冷却介质所吸收的热量，故可用下式计算(参见下图)： q0 = h1h5= h1h4=r0(1x5) 式中：r0 蒸发温度下制冷剂的汽化潜热 x5节流后气液混合物的干度单位容积制冷量也是随制冷剂的种类及制冷机的工作温度而变，其中蒸发温度的影响较为显著，因为当蒸发温度下降时，q0稍有降低，而v1迅速增加，故qv显著础小。 (2)单位容积制冷量在吸气状态下，压缩机每吸入1m3制冷剂蒸气所能制得的冷量，称为单位容积制冷星，常用qv表示，单位为kJm3。单位容积制冷量可用下式计算： qv =q0 / v1 式中：v1是吸气状态下制冷剂蒸气的比容，m3kg。 (3)单位理论功 压缩机每压缩和输送1kg制冷剂所消耗的功，称为单位理论功，常用w0表示，单位为kJkg。单位理论功用下式计算： w0=h2h1 (kJ / kg) (4)单位冷凝热量（单位制热量）一次循环中，1kg制冷剂在冷凝器中放出的热量称为单位冷凝热量（单位制热量），常用qk表示，单位为kJ/kg。单位冷凝热量（单位制热量）用下式计算 qvk=h2h4 或 qk=q0+w0 (kJ/kg) (5)制冷系数理论循环的制冷系数定义为单位制冷量与单位理论功之比，常用0表示，即：一、液体过冷对制冷循环的影响 第三节 液体过冷和吸气过热对制冷循环的影响1、过冷液体：将节流机构前的制冷剂液体，冷却到比冷凝温度更低的温度，称为液体过冷2、过冷度：过冷液体的温度与冷凝温度之差称为过冷度3、制冷循环的工作过程图示出有有液体过冷的单级压缩制冷机循环的温熵图和压焓图，图中123451表示基本循环，l234451表示有过冷的循环，44 表示制冷剂液体在过冷器中的过冷过程。45 是过冷后制冷剂液体的节流过程。4、对制冷量的影响同基本循环相比有液体过冷的循环在节流过程中产生的蒸气量较少，因而单位制冷量增大。由图可以看出，过冷循环的单位制冷量可表示为：二、吸气过热对制冷循环的影响1、吸气过热： 压缩机的吸气温度高于蒸发温度T0时，称为吸气过热。2、过热度：过热气体的温度与蒸发温度之差称为过热度3、制冷循环的工作过程图示出有有蒸气过热的单级压缩制冷机循环的温熵图和压焓图图中123451为基本循环，1123451为有蒸气过热的循环，11为吸入蒸气的过热过程， 12为过热蒸气的压缩过程，234为冷凝器中的冷却及冷凝过程。4、对制冷量的影响同基本循环相比单位制冷量增大：但单位理论功也增大：制冷系数为： 注意：对于吸气过热的影响要区别两种情况。制冷剂饱和蒸气离开蒸发器在吸气管内过热，而不是在蒸发器中过热，在这种情况下，q0不能利用，有用的单位制冷量仍然是q0，而单位理论功却增大了w0 ，循环的制冷系数必然要减小。所以，吸气管内的过热被称为有害过热，应尽量设法减小。在吸气管上包扎隔热层即是减小有害过热的一种措施；另一种情况是：制冷剂蒸气在蒸发器内过热，此时q0是包括在有用的单位制冷量之内；但在这种情况下，单位制冷量和单位理论功都有所增大，循环的制冷系数是否增大不能够直观判断。分析和计算指明，这同制冷剂的种类有关：对于氨制冷系数稍有降低，对于R12和R 50 2制冷系数略有提高；而R 22介于两者之间，制冷系数无甚变化。由此可知，无论征何种情况下，对于氨应尽量避免吸气过热。一种情况是：5、吸气过热的利弊：1）如果吸气过热是在蒸发器内发生，则为有效制冷量，如果在压缩机的吸气管中吸收环境空气中的热量而损失，则为有害过热；2）当吸气过热度增加，排气温度T2上升，过高的排气温度不但使润滑油粘度变稀，影响压缩机的正常运行，但适当增加过热度能使润滑油较顺利返回压缩机；3）当压缩机吸入的蒸气具有一定的过热度能防止在气缸中产生液击现象。三、回热循环1、回热循环： 参照液体过冷和吸气过热在单级压缩制冷循环中所起的作用，可在制冷流程中加设一个回热器，令节流前的液体同吸入压缩机前的蒸气进行热交换，同时达到实现液体过冷和吸气过热的目的。这样便组成回热循环2、回热循环的系统组成压缩机、冷凝器、回热器、节流装置、蒸发器图示出回热循环的温熵图和压焓图图中123451为基本循环，112 234 4 551为回热循环，图中4 4 和11表示回热过程。3、回热循环的热力过程 (1)制冷剂在蒸发器中的单位质量制冷量 q0 = h1h5= h1h4=r0(1x5) 式中：r0 蒸发温度下制冷剂的汽化潜热 x5节流后气液混合物的干度 第四节 单级压缩制冷理论循环的热力计算 (2)制冷剂在蒸发器中的单位容积制冷量 qv =q0 / v1 式中：v1是吸气状态下制冷剂蒸气的比容，m3kg。 一、热力计算内容 (3)压缩机的单位质量绝热压缩耗功量 w0=h2h1 (kJ / kg) (4)制冷剂在冷凝器中的单位质量放热量 qk=h2h4 或 qk=q0+w0 (kJ/kg) (5)制冷剂的质量循环量（即流过每一个主件的制冷剂质量流量）( Kg/s )式中：Q0为制冷循环的总制冷量（kW） (6)压缩机的吸气体积流量( m3/s ) (7)冷凝器的热负荷 (8)压缩机的理论耗功率( kW )( kW ) (9)总制冷量（蒸发器的冷负荷）( kW ) (10)制冷系数例题1：R134a制冷系统的制冷量为20kW，采用回热循环，已知t0 0， tk 40，吸汽温度为15，冷凝器、蒸发器出口的制冷剂状态均为饱和。求制冷系统的质量流量、容积流量、压缩机消耗功率、制冷系数、冷凝器和回热器热负荷。解：(1)在ph图上画出循环并确定各状态点参数： 二、热力计算实例 回热循环在ph图上的表示如图所示。点1应在p0 292.82kPa等压线与t15等温线交点。根据R134a的过热蒸气性质表，点1的参数为: h1 410.987kJ/kg， v10.07425 m3kg， s11.77107kJ(kgK)点2位于pk=1016.4kPa等压线与等熵线(s1)的交点。点2的参数为:h2438.824kJ/kg， t258从R134a饱和状态下热力性质表上查得的3和1的比焓，h3256.17lkJ/kg， h1397.216kJ/kg。点3的比焓可用下式求得：h3h3 (h1h1) 256.171(410.987397.216)242.404kJ/kg根据h3和pk可确定点3的位置，由此可求得过冷温度t330.6(2)单位质量制冷量和单位容积制冷量q0 h1h5 397.216242.404154.812kJ/kg(3)系统的质量流量(4)系统的容积流量(5)压缩机消耗功率(6)制冷系数(7)冷凝器热负荷(8)回热器热负荷例题2：试计算氟利昂22（R22）制冷剂在下列工况下循环的理论制冷系数，并进行比较和讨论： A工况：tk = 35 ， t0 = 0 ； B工况： tk = 40 ， t0 = 0 ； C工况： tk = 40 ， t0 = - 5 ；解：制冷系数的计算公式为：参数工况A工况B工况C工况冷凝蒸发温度tk 温度t0 压力pk10-5pa压力p010-5pa h1kJ/kg h2kJ/kg h4= h5 kJ/kg 35 40 40 13.5 15.3 15.3 0 0 -54.98 4.98 4.21 405.4 405.4 403.5 430 433 437 243.1 249.7 249.7 6.60 5.64 4.59由表可知，A、B两工况的蒸发温度相同，但B工况的冷凝温度比A工况的冷凝温度升高5 ，则制冷系数下降；结论：参数工况A工况B工况C工况冷凝蒸发温度tk 温度t0 压力pk10-5pa压力p010-5pa h1kJ/kg h2kJ/kg h4= h5 kJ/kg 35 40 40 13.5 15.3 15.3 0 0 -54.98 4.98 4.21 405.4 405.4 403.5 430 433 437 243.1 249.7 249.7 6.60 5.64 4.59由表可知，B、C两工况的冷凝温度相同，但C工况的冷凝温度比B工况的蒸发温度降低5 ，则制冷系数下降，但下降的比例较第一种情况大；由计算结果可知，蒸发温度的变化对制冷系数的影响大于冷凝温度变化的影响。一、实际循环与理论循环的区别 第五节 单级压缩制冷实际循环与热力计算 1) 制冷剂流经压缩机时，存在流动阻力、热量交换、机械摩擦和工质泄漏，故在吸、排气过程中，制冷剂蒸气的状态参数不可能保持恒定，压缩过程也不可能保持等熵。 2) 制冷剂流经冷凝器和蒸发器时，同样也有阻力存在(特别是对于蛇管式冷凝器和蒸发器)，冷凝过程和蒸发过程均不能保持恒压恒温，而是随着过程的进行，压力和温度均稍有降低。 3) 制冷剂流经管道时，因有阻力和热交换，压力要降低，温度要变化，制冷剂温度低时要吸热而升温，温度高时要放热而降温。二、单级压缩活塞式制冷机的实际循环热力过程 图示出单级压缩活塞式制冷机实际循环的压焓图。 501为蒸发器中的过程，其中50为蒸发阶段，01为过热阶段，点l 表示制冷剂蒸气出蒸发器时的状态。在这一过程中，蒸发压力稍有降低，相应地蒸发阶段中的蒸发温度也稍有降低。11 表示低压制冷剂蒸气流经吸气管的过程。在这一过程中，制冷剂蒸气的压力稍有降低，而温度则稍有提高，点1表示压缩机吸气阀前制冷剂蒸气的状态。1 1s表示的制冷剂蒸气在被吸入压缩机的过程中，因流经吸气阀而压力继续有所降低，因同压缩机有热交换而温度继续有所升高，从而转变为1s状态，点1s即表示压缩过程开始时气缸内制冷剂蒸气的状态。ls2s表示气缸内的实际压缩过程，这一过程不是等熵过程。在其前半段，制冷剂蒸气从气缸壁吸热，故熵值增大，在其后半段，制冷剂蒸气向气缸壁放热故熵值减小。点2s表示压缩过程结束时气缸内高压蒸气的状态。234是冷凝器中的冷却和冷凝过程，因有阻力存在，蒸气的压力稍有降低，而且在冷凝阶段，冷凝温度也稍有降低。45是节流过程，制冷剂液体节流降压之后进入蒸发器中，继续进行循环。这样的蒸气在排气过程中流经排气阀时，压力和温度都稍有降低，转变为点2表示的状态，这就是压缩机的排气状态。压缩机的排气流经排气管时，因有流动阻力和热量交换，压力和温度又稍有降低，转变为点2表示的状态，进入冷凝器。三、单级压缩活塞式制冷机的热力计算1)忽略冷凝器中和蒸发器中的微小压力落差，仍视冷凝过程和蒸发过程为等压过程，冷凝压力Pk和蒸发压力P0按选定的冷凝温度tk和蒸发温度t0去确定 按照这些原则简化的单级压缩活塞式制冷机实际循环的压焓图如图所示，其中12k为理想压缩过程，12为简化后的实际压缩过程。该图系对小型制冷机组而言，忽略了吸、排气管中压力与温度的变化，故点1同点1重合，点2同点2重合。 要按照上图所示的过程，一步一步地对单级压缩活塞式制冷进行热力计算将是很困难的。在工程设计计算中，通常是对实际循环加以适当简化后再进行计算。简化的原则是：2)对于小型制冷机组，忽略制冷刑蒸气流经吸、排气管道时约压力变化和温度变化，取压缩机的吸气压力等于蒸发压力，排气压力等于冷凝压力；但对于大型制冷装置，可考虑一定的压力差，并对吸气管考虑一定的温度差。3)压缩机内部过程用一简化的压缩过程代替，对输气量及功率的影响，分别用输气系数及绝热效率i考虑。 第六节双级压缩制冷循环压缩比Pk/Po太大所带来的问题有：过热损失与节流损失大，导致制冷系数减小。单位容积制冷量减小，势必要求有较大的压缩机。排汽温度升高，导致压缩机润滑油粘度下降，润滑效果下降，功率消耗增加。导致压缩机容积效率减小。当压缩比达到20左右时，往复式压缩机的容积效率接近于零，即压缩机吸不进汽体两级节流完全中间冷却的双级压缩制冷循环级节流完全中间冷却的双级压缩制冷循环一级节流不完全中间冷却的双级压统制冷循环 第六节双级压缩制冷循环蒸发器出来的制冷剂蒸气经低压级压缩机压缩到中间压力（过程12），而后进人闪发式中间冷却器中被冷却到饱和蒸气（完全中间冷却；过程23），高压级压缩机从中间冷却器吸入蒸气并压缩到冷凝压力（过程34），而后送到冷凝器中冷凝到饱和液体(过程45)。液体经第一级节流后进入中间冷却器中，汽液分离，小部分液体汽化以冷却低压级压缩机的排汽；大部分液体经第二级节流后进入蒸发器中，吸热汽化实现制冷目的(过程671)。一、两级节流完全中间冷却的双级压缩制冷循环 C冷凝器；E一蒸发器；EV膨胀阀HC高压级压缩机；LC低压级压缩机；FC闪发式中间冷却器1、工作过程：2、特点：减少了节流损失和过热损失，压缩机排汽温度明显降低；高、低压级的压缩机的压缩比都比单级时小得多，有利于提高压缩机的容积效率 第六节双级压缩制冷循环蒸发器出来的制冷剂蒸气经低压级压缩机压缩到中间压力（过程12），而后进人闪发式中间冷却器中被冷却到饱和蒸气（完全中间冷却；过程23），高压级压缩机从中间冷却器吸入蒸气并压缩到冷凝压力（过程34），而后送到冷凝器中冷凝到饱和液体(过程45)。由冷凝器去蒸发器的制冷剂液体(主流)在中间冷却器中被过冷后，经一级节流到蒸发压力（过程567），冷凝器出来的小部分液体节流后进入中间冷却器中汽化吸热（过程53），用于冷却低压级的排汽和使主流液体过冷。二、一级节流完全中间冷却的双级压缩制冷循环1、工作过程：2、特点：这个系统可避免上述系统中第二级节流前管内的饱和液体产生闪发蒸气而影响膨胀阀工作，但采用盘管式中间冷却器后，由于存在传热温差，主流液体过冷后的温度达不到中间压力下的饱和温度。 C冷凝器；E一蒸发器；EV膨胀阀HC高压级压缩机；LC低压级压缩机；CC盘管式中间冷却器作业：如图所示的R134a制冷系统，有两组蒸发温度不同的蒸发器，已知teA0，teB10，tc=30，制冷量分别为QeA10kw，QeB20kw。冷凝器、蒸发器出口均为饱和状态、蒸发器A出口的蒸气节流到蒸发器B的蒸发压力。求压缩机消耗功率、容积流量、冷凝器负荷和制冷系数。第一节 制冷剂第二章 制冷剂和载冷剂制冷剂又称制冷工质，它是在制冷系统中完成制冷循环的工作介质。 当前，能用作制冷剂的工质有80多种为了称谓和书写的方便，国家标准GB777827规定了制冷剂的编号表示方法，使每种制冷剂有一个特定的编号：一、制冷剂的种类和编号1、氟利昂及烷烃 对制冷剂进行编号，最早是从氟利昂开始的氟利昂是烷烃的卤族元素衍生物，即用氟、氯、溴等元素，部分地或全部地取代了烷径中的氢而生成的化合物，故也称卤代烃或氟氯烷。氟利昂的编号是根据化合物的结构确定的。烷烃的分子通式为：Cm H2m+2 则氟利昂的化学分子通式为：Cm Hn Fx Cly Br z 且原子数m、 n、 x 、y、 z符合下列关系： 2m+2=n+x+y+z 1）氟利昂的第一种简写符号是在字母R后的数字依次为（m-1）（ n+1） x ，若化合物中含有溴原子时，则再在后面加字母B和溴原子数，如：二氟二氯甲烷C F2 Cl2R12 (m-1=0， n+1=1， x=2 )二氟一氯甲烷C H F2 ClR22 (m-1=0， n+1=2， x=2 )三氟一溴甲烷C F3 BrR13B1 (m-1=0， n+1=1， z =1 ) 2） 第二种简写符号是将上述氟利昂符号中的首字母 R 换成物质分子中的组成元素符号：（2）分子中含氢、氯、氟、碳的不完全卤代烃写作H C C；R11， R12， R113， R114， R115又可表示为C F C 11、 C F C 12、 C F C 113 C F C 114、 C F C 115；C F C类：（1）分子中含氯、氟、碳的完全卤代烃写作CC；（3）分子中含氢、氟、碳的无氯卤代烃写作H C；H C F C类：H F C类：R21， R22又可表示为H C F C 21、 H C F C 22；R134a， R152a， R23又可表示为H F C 134a、 H F C 152a、 H F C 23；烷烃类的简写符号与氟利昂的第一种简写符号的命名方式一样，如：C H4R 50，C 2 H6R170对大气臭氧层没有破坏作用，但产生温室效应对大气臭氧层破坏作用小，产生温室效应对大气臭氧层破坏作用最大，产生温室效应2、共沸溶液 共沸溶液制冷剂是由两种或以上的制冷剂按一定比例相互溶解而成的混合物。R500R12 / R15273.8 / 26.2 无机化合物规定R后第一位数字为7，后面的数字是该化合物的分子量，例如： 当两种化合物的分子量相同时，用字母A、B、C予以区别，例如 N2 OR 744A48.8 / 51.2 NH3R 717，H 2OR718，C O2R 74459.9 / 40.1 已商品化的共沸混合制冷剂，依应用先后，在500序号中顺次规定其编号，如：48.2 / 51.8 R502R503R504R22 / R115R23 / R13R32 / R1153、无机化合物二、制冷剂的热力学性质 下表给出几种主要制冷剂的物性指标：名称 化学 分子式简写符号标准沸点凝固点临界温度 tc( )临界压力 pc( kPa )临界比容vc(L /kg)绝热指数 ( k )二氧化碳C O2R744-78.4一氯二氟甲烷C H Cl F2R22-40.8氨N H3R717-33.3二氯二氟甲烷C Cl2 F2R12-29.8-77.7133.0114174.2451.30-56.6 31.1 73722.1351.30-160 9649741.901.16-15811241131.791.14 1、标准沸点： 标准沸点是指制冷剂液体在标准大气压力(10132kP a)下的饱和温度。它是决定制冷剂应用场合的主要依据。按标准沸点的高低，可将制冷剂分为高温（0）、中温（0-60）及低温（-60）三类 2、凝固点： 凝固点是指制冷剂液体在标准大气压力下，凝成固体时的温度。选用制冷剂时，其凝固点温度应远低于制冷机工作时的最低温度，以防制冷剂在系统中凝固。名称 化学 分子式简写符号标准沸点凝固点临界温度 tc( )临界压力 pc( kPa )临界比容vc(L /kg)绝热指数 ( k )二氧化碳C O2R744-78.4一氯二氟甲烷C H Cl F2R22-40.8氨N H3R717-33.3二氯二氟甲烷C Cl2 F2R12-29.8-77.7133.0114174.2451.30-56.6 31.1 73722.1351.30-160 9649741.901.16-15811241131.791.14 3、饱和蒸气压力： 制冷剂的饱和蒸气压力是随温度而变的，而且对于不同的制冷剂具有不同的变化关系；它可用来比较在蒸发温度和冷凝温度给定的情况下，选用不同制冷剂时蒸发压力和冷凝压力的高低，通常，希望蒸发压力高于大气压力，以避免空气及其中的水蒸气漏入制冷系统；希望冷凝压力不要太高，以便可以使用轻型的制冷设备和管道，并减小制冷剂向外泄漏的可能性。 4、临界温度和压力：在选用制冷剂时，应考虑使制冷机的工作温度和压力远低于所用制冷剂的临界温度和压力。为了避免过低的蒸发压力、过高的冷凝压力和过高的排气温度，同时为了使制冷循环具有较高的热力学完善度。名称 化学 分子式简写符号标准沸点凝固点 ( )临界温度 tc( )临界压力 pc( kPa )临界比容vc(L /kg)绝热指数 ( k )二氧化碳C O2R744-78.4一氯二氟甲烷C H Cl F2R22-40.8氨N H3R717-33.3二氯二氟甲烷C Cl2 F2R12-29.8-77.7133.0114174.2451.30-56.6 31.1 73722.1351.30-160 9649741.901.16-15811241131.791.14 5、绝热指数：制冷剂的绝热指数小时，压缩机的排气温度低，因而可以采用较大的压力比。在热力计算时还要用到制冷剂的其它热力参数，如： 比容 v 、比熵 s 、比焓 h 在热力计算时或需要这些数据时，我们都可以通过教科书或参考书后的饱和热力性质表或压焓图查出式中k为绝热指数：k=cp/cv三、氟利昂的环保与替代 （一）评价制冷剂的环保指数 1、CFC 12 的替代物 其标准沸点为-26.07（CFC 12为-29.8），热力性质相近，且不含氟原子，其ODP为0，GWP为0.27。 臭氧破坏指数（OP） 温室效应指数（G W P） 以 R11为标准： R11的ODP=1 R11的GWP=1 （二）CFCS 及HCFCS 的替代物 （1）用R134a （四氟乙烷C2 H2 F4 ） （2）用R600a （异丁烷）、R290（丙烷）两者混合物 其ODP，GWP均为0，物理和热力性质与CFC12非常相近，但可燃，目前制冷系统不做多少改动就可直接替代，在德国、波兰用得很多。 2、HCFC22的替代物： 在国际上有两条替代路线：第一条以美、日为代表，支持开发HFCS 类替代物。这种替代路线比较综合考虑了安全、性能和环境要求之间的平衡，有较好的发展前景。由于这类替代物的工作压力偏高、热力性质有所下降，与矿物润滑油不相溶而需更换脂类油（POE），并具有较高的GWP值。第二条以德国及北欧一些国家为代表，主张采用天然制冷工质作为替代物。这种替代路线的其ODP，GWP均为0，但其可燃性、刺激性、毒性等安全方面有缺陷。第二节 载冷剂 常用的载冷剂有三类：水、盐水和有机物载冷剂。水因价廉易得，比较安全，传热性能良好，蒸发温度在0以上的制冷装置广泛使用。但当制冷温度在0以下时，则必需使用盐水或有机物作载冷剂。 目前HFCS替代路线被多数国家和企业所接受 载冷剂是指在间接制冷系统中用来传递冷量（或热量）的中间介质 选用载冷剂时应考虑下述因素：（1）凝固温度应低于最低工作温度，以防冻结；（2）安全性要好；无毒、化学稳定，不燃不爆，对金属不腐蚀或甚少腐蚀；（3）热物性要好，比热宜大，密度及粘度宜小，传热性能好，流动阻力较小；（4）价廉易得，便于使用和管理。第三章 制冷压缩机制冷压缩机的作用： 在蒸气压缩式制冷中，制冷压缩机的作用是降低蒸发器的压力，提高冷凝器的压力，并为制冷剂在制冷系统中循环流动提供能量。因此，制冷压缩机是实现压缩式制冷循环的一个心脏设备制冷压缩机的类型：第一节 活塞式制冷压缩机的工作过程及种类活塞式制冷压缩机 离心式制冷压缩机螺杆式制冷压缩机滚动转子式制冷压缩机涡旋式制冷压缩机一、活塞式制冷压缩机的工作过程：（一）活塞式制冷压缩机的结构： 图为活塞式压缩机的结构示意图。图中示出了压缩机的主要零部件及其组成。压缩机的机体是由气缸1和曲轴箱3组成。气缸中装有活塞5，曲轴箱内装有曲轴2，通过连杆4与活塞连接起来。在气缸顶部装有吸气阀9和排气阀8，通过吸气腔10、排气腔7，分别与吸气管11、排气管6相连。当曲轴被电动机带动而旋转时，通道连杆的传动，活塞便在气缸内作上下往复运动，在吸、排气阀的配合下，完成对制冷剂蒸气的吸入、压缩和输送。（二）活塞式制冷压缩机的工作过程： 活塞式压缩机对制冷剂蒸气的压缩，是由活塞在气缸内的往复运动来完成的。它的工作过程如图所示，可分为压缩、排气、膨胀和吸气四个过程。 当活塞处于最下端位置II(称为下止点)时，吸气过程结束，吸气阀关闭，气缸内充满了由蒸发器吸入的低压蒸气。活塞在曲轴连杆机构的带动下开始向上移动时，气缸的工作容积逐渐减小，密闭在气缸内的蒸气的压力和温度逐步升高；当活塞移动到位置时，气缸内的蒸气压力升高到略高于排气管路中的压力，排气阀门便自动打开，开始排气。制冷剂蒸气在气缸内，从进气时的低压升高到排气压力的过程，称为压缩过程。 (1)压缩过程 活塞继续向上运动，气缸内的蒸气压力不再上升，而是不断地经过排气阀向排气管输送，直到活塞运动到最高位置(称为上止点)时，排气过程结束。蒸气从气缸向排气管输送的过程，称为排气过程。 (2)排气过程 当活塞运动到上止点位置时，出于压缩机的结构及制造工艺等原因，活塞顶部与气阀座之间存在一定间隙，该间隙所形成的容积称为余隙容积。排气过程结束时，在余隙容积内留有一定数量的高压蒸气，活塞开始向下移动时，吸气阀尚不能打开，吸气管内的低压蒸气不能进入气缸，而首先是残留在气缸内的高压蒸气因容积增大而膨胀，压力下降，直至气缸内的压力下降到稍低于吸气管中的压力时为止；活塞位置由移动到的过程称为膨胀过程。(3)膨胀过程 当活塞运动到位置时，进气阀门自动打开。活塞继续向下运动，低压蒸气便不断地由蒸发器经吸气管和吸气阀进入气缸，至到活塞到达下止点II的位置时为止，这一过程称为吸气过程。 (4)吸气过程 完成吸气过程后，活塞又从下止点向上止点运动，重新开始了压缩过程，如此周而复始地完成吸入、压缩和输送制冷剂蒸气的作用。二、活塞式制冷压缩机的种类： 活塞式制冷压缩机的型式和种类较多，而且有多种不同的分类方法。常见的有下列几种。 (1)按制冷量的大小分类： 按照我国国家标准GB1087l一89、GB1087489规定配用电动机功率小于0.37kw、气缸直径小于70m m的压缩机为小型活塞式制冷压缩机；气缸直径为70一170mm的压缩机为中型活塞式制冷压缩机。我国的高速多缸新系列产品，均属中小型压缩机的范围，大型的多为非系列产品。 (2)按压缩机的级数分类 ： 按级数可分为单级压缩和多级(一般为两级)压缩。单级压缩即制冷剂蒸气由蒸发压力至冷凝压力只经过一次压缩，因此适用于进、排气压力比不太大的场合。两级压缩即制冷剂蒸气由蒸发压力至冷凝压力需经过两次压缩来完成。一般两级制冷压缩可由两台压缩机来实现，也可出一台压缩机来实现。这后一种压缩机被称作单机双级制冷压缩机。(3)按气缸的布置型式分类(如图) ： 按气缸布置型式可分为卧式、直立式和角度式三种类型。卧式压缩机的气缸轴线呈水平布置。这种型式在大型制冷压缩机中较为多见，此外在全封闭制冷压缩机中也有采用的。直立式压缩机的气缸轴线直立布置。考虑到压缩机结构的紧凑性、运转平稳性及振动的大小，以双缸直立式为常见型式。角度式压缩机的气缸轴线呈一定的夹角布置，有v型、w型和s型(扇形等之分。角度式布置方式能够使压缩机结构紧凑，体积和占地面积小，振动小、运行平稳等，因此为现代中、小型高速多缸压缩机所广泛采用。 (4)按电动机与压缩机的组合型式分类 ： 可分为开启式和封闭式两种。而封闭式又可分为半赵闭式和全封闭式两种型式； 开启式压缩机曲轴的输入端伸出机体，压缩机和电动机分为两体，用联轴器或传动带相连接传动。这就需要在曲轴伸出端设轴封装置，以防止制冷剂的泄漏和外界空气的渗入。 半封闭式压缩机的机体和电动机外壳联成一体，构成一密闭的机身但为了检修活塞和气阀方便，把气缸盖制成可以拆卸的。这种型式的压缩机不需要轴封装置，所以封闭性好。 全封闭式压缩机的机体和电动机共同装在一个封闭壳体内，壳体接缝处在出厂时就焊牢，平时不能拆卸。这样可大大减轻压缩机的重量，而且不需要密封装置。但由于不易拆卸，修理不便，因此对机器零部件的加工和装配质量要求较高。三、活塞式制冷压缩机型号中各数字及字母表示的意义：气缸数（只）制冷剂气缸排列形式气缸直径（cm）结构形式8氨(A)S型12.5（cm）开启式6氟利昂(F)W型10（cm）半封闭式(B)3氟利昂(F)Y型5（cm）全封闭式(Q)8AS12.5型6FW10B型3FY5Q型第二节 活塞式制冷压缩机的总体及主要零部件结构以2FM4Q型活塞式制冷压缩机为例： 2FM4Q压缩机为氟利昂全封闭式，气缸直径为40mm，活塞行程27mm，两个气缸为水平方向对称排列，转速为1440rmin。用R 22作为制冷剂时，工况制冷量为535kw，这种压缩机多用于小型空调等制冷装置。图为2FM4Q型压缩机的总体结构图。压缩机与电动机一起装置在一个密闭的机壳2内，外观上只有吸气管、排气管接口和电动机的引线。气缸盖14的肋板把缸盖和阀板13之间的空间分成两部分，上部分为吸气腔，下部分为排气腔。当电动机带动压缩机工作时，低压制冷剂蒸气被吸入整个机壳2内。在机壳内经过吸气包6、吸气管8至吸气腔，然后进入气缸。压缩后的高压气体从排气腔进入稳压室1，再经排气管15排出。稳压室一方面可以保证排气压力均匀平衡，另一方面也起消音作用。 2FM4Q压缩机的主轴7为偏心的，用球墨铸铁铸造，垂直安装。平衡块9装在偏心轴两侧，轴的上端装有电动机的转子5，作为电动机的轴使用。连杆10为整体式，套在偏心轴上。主轴承和连杆轴承采用滑动轴承。气缸呈水平布置。两个气缸之间的夹角为180。虽然平衡性较差，但起动所需转矩较小，电动机的损失也较小。活塞12为筒形、平顶结构，没有活塞环，仅开两道环形槽，起密封和润滑作用气阀采用簧片式，其结构和原理如下页图所示。它主要由阀板、阀片及限位器等组成。排气阀片2呈马蹄形，两端用螺钉5将缓冲弹簧片6、排气阀片限位器3和排气阀片2一起固紧在阀板1上。吸气阀片7为一端固定、另一端自由的簧片。阀片用两个定位销钉8与阀板1定位并夹紧在阀和气缸之间。自由端的凸出部分伸在气缸和阀板之间的槽中，以限制吸气阀片的开度。吸气孔为四个按菱形布置的小孔。阀片在固定端一侧有两长孔，作为排气通道并减小阀片刚度之用。簧片式气阀结构简单，余隙容积小，而且制造和装配方便。 2FM4Q型压缩机采用飞溅润滑，即是让飞溅起来的润滑油，按设计选定的路线流过需要润滑的表面。这种润滑系统不设油泵，润滑油路只能达到l一210 4Pa(表压)的油压，润滑油循环量也较小，对摩擦表面的冷却效果较差。此外，油路中这样低的油压无法装设润滑油过滤器，因而油污较快，机器的磨损加剧。下图为2FM4Q型压缩机飞溅润滑的原理图。从连杆1大头和小头流出的润滑油落到气缸表面进行润滑， 上部主轴承依靠轴颈上面的螺旋槽的泵油作用，曲轴中开有油孔，依靠离心力作用将润滑油送至螺旋槽表面下部，然后沿螺旋槽流至整个轴承。螺旋槽具有泵油作用。可把螺旋槽比作螺栓，而把充满螺旋槽中的润滑油比作螺母，当曲轴旋转时，润滑油就不断地从下部上升到上部，就好象螺母不转而螺栓旋转时螺母向上移动一样。润滑曲柄销的润滑油是依靠离心力的作用流至摩擦表面，并通过连杆杆身上的油孔继续流到连杆小头，润滑活塞销。式中： D气缸直径（m） S 活塞行程（m） Z 气缸数 n转速（r /min ） Vg压缩机曲轴每旋转一圈，每只气缸吸入的低压气体体积（m3）第三节 活塞式制冷压缩机的运行性能一、活塞式制冷压缩机的容积效率 1、活塞排量（理论吸气量）（Vh)即压缩机每秒钟吸入的气体体积，计算公式为： 2、容积效率（v)即压缩机实际工作过程比理想工作过程复杂，它的实际吸气量V小于活塞排量Vh，两者之比称为压缩机的容积效率v 3、影响容积效率（v)大小的因素（1）气缸余隙容积Vc的大小。所谓余隙容积，是指活塞在排气过程结束时与阀板及排气孔之间形成的空隙容积；P2P1O1PVP2P1234VgP2P1（2）吸、排气压力以及吸、排气阀片阻力；（3）吸入气缸的低温制冷剂蒸气遇到热的气缸壁所引起的热膨胀；（4）气缸内部的泄漏；1）余隙容积的影响21304123PVV1V2V2V1VgVcP2P1P2P1图中Vc为气缸的余隙容积。余隙容积的存在可以缓冲气缸中可能产生的液击，以及防止活塞和阀板、阀片之间产生直接碰撞。但余隙容积的存在也使压缩机的吸气量减少V1则实际的吸气量为V1。V1与Vgl之比称为余隙系数v。即，余隙系数v的大小，反映了余隙容积对压缩机吸气量的影响程度。其值的大小与Vc及P2 / P1有关。Vc及P2 / P1增大，则V1 也增大，余隙系数v 降低。P2P12）吸排气阀阻力的影响21304123PVV1V2V2V1VgVcP2P1P2P1由于存在流动阻力P1和P2，则造成V2的吸气量损失，主要原因是当压缩机绝热压缩时，吸气阀吸气阀由于有阻力存在无法立即关闭，只有当气缸内的压力到达P1时才能关闭，则由吸气阀流出V2的气体。这一损失可用节流系数p表示，即，节流系数p的大小，反映了吸排气阻力对压缩机吸气量的影响程度。其值的大小与P1及P1有关。P1越低、阻力P1 越大，则V2也越大，节流系数p 越低。3）吸入蒸气热膨胀的影响当压缩机吸入来自蒸发器的低温蒸气时，这些蒸气将受到热的气缸壁的影响，蒸气温度升高，比容增大，压缩机吸入气缸的实际质量减少。P2P121304123PVV1V2V2V1VgVcP2P1P2P1 减少的蒸气质量与气缸壁和低温蒸气的温度有关。在正常情况下，这两个温度实际上取决于制冷剂的冷凝温度和蒸发温度。吸入蒸气热膨胀所引起的压缩机吸气质量的减少可用预热系数t表示，对于开启式压缩机t可用下式表示：对于封闭式压缩机预热系数t比开启式更小，这是封闭式压缩机运行时的一个缺点。4）压缩机内部泄漏的影响由于制冷压缩机的吸、排气阀片以及活塞与气缸壁之间并非绝对密封，压缩机运行时，总有少量气体从高压侧向低压侧泄漏。这一泄漏损失用气密系数l表示。每台压缩机的气密系数无法用公式计算，根据经验要求，希望能达到0.950.98。 压缩机的气密系数l不但与它的阀片等有关部件的结构、加工、使用年限因素有关。而且与它的运行工况有关。例如与压力比有关。 通过上述分析可知，制冷压缩机运行时的容积效率v与v 、p 、t 、l四系数有关，因此容积效率v= v p t l式中： Q0制冷量（kW） Vh活塞排量（m3 / s） qv制冷剂单位容积制冷量（kJ/m3 ) q0制冷剂单位质量制冷量（kJ/ kg ) v 压缩机的容积效率 Mr 压缩机每秒钟的吸气质量（kg / s）二、活塞式制冷压缩机的制冷量、耗功率及其能耗指标 1、制冷量Q0计算公式为： 2、耗功率压缩机在某一工况下制得一定冷量，必然要消耗一定的功率。根据考虑不同的损失有不同的功率值。1）理论功率（N）不考虑任何损失时，压缩机所消耗的功率。其值为：2）指示功率（Ni）当只考虑压缩机内部损失时，压缩机所消耗的功率。其值为：i为指示效率，其值与吸、排气过程的阻力损失，压缩过程的热量损失有关。3）轴功率（Nb）当不仅考虑压缩机内部损失，而且考虑压缩机动力传动机构存在的各种机械摩擦损失时，压缩机所消耗的功率为轴功率，其值为：m为机械效率，其值与轴承、连杆、活塞环等各摩擦阻力损失有关。4）配用电机功率（Nc）当不仅考虑压缩机内部损失，而且考虑压缩机动力传动机构存在的各种机械摩擦损失，并考虑选用电机的功率裕量及电机与压缩机的传动损失时，压缩机所消耗的功率为配用电机功率，其值为：5）电机输入功率（Nin）当在配用电机功率的基础上再考虑电机的效率时压缩机运行时实际所耗的功率为电机输入功率。其值为：e为电机效率，其值与电机的性能有关。3、能耗指标为了评价压缩机运行时的省能性，目前常采用两个能耗指标：1）单位轴功率制冷量（Ke）Ke值直接反映制冷压缩机在某一工况下运行时的能耗指标2）制冷压缩机的能效比（EER）EER值不仅反映制冷压缩机在某工况下运行时的能耗指标，而且也反映传动和电机效率三、活塞式制冷压缩机运行特性参数变化的影响 1、冷凝温度的影响（蒸发温度不变）先来研究蒸发温度t0保持不变而冷凝温度tk发生变化的情况。图示出tk变化时单级压缩制冷机理沦循环的压焓图。由图可以看出，当冷凝温度由tk升高到t k端时，制冷机循环由123451改变为123451，引起的变化是：因此，冷凝温度的增加对制冷压缩机以及制冷装置的运行是不利的。 1)冷凝压力由Pk，升高到Pk。 2)单位制冷量由q0减小为qo，单位理论功由w0 增大到w0；，因而循环的制冷系数0必然降 低，同时，吸气比容v1虽然末变；但因q0减小，故单位容积制冷量qv必然 减小。 3)压缩机的能耗指标Ke值和EER值均降低； 4)压缩机的排气温度由t2升至t2。 2、蒸发温度的影响（冷凝温度不变）图示出t0变化时，单级压缩制冷机理论循环的压焓图。由图可以看出，当蒸发温度由t0降到t0时，制冷机循环由123451改变为123451，引起的变化是：因此，蒸发温度的降低对制冷压缩机以及制冷装置的运行是不利的。 1)制冷剂的蒸发压力由P0降低到P0。 2)单位制冷量由q0减小为q0，单位理论功由w0增 大为w0同时吸入蒸气的比容也增大(由于蒸发 压力降低)，故循环的制冷系数降低，单位容积 制冷量减小。 3)压缩机的能耗指标Ke值和EER值均降低； 4)压缩机的排气温度由t2升至t2。第四节 回转式制冷压缩机一、滚动转子式制冷压缩机滚动转子式压缩机也是一种容积型回转式压缩机。O为汽缸中心，也是偏心铀的旋转中心；P为转子中心。随着偏心轴顺时针转动，转子绕着O在汽缸内滚动，滑片靠弹簧力的作用与转子始终保持接触，并将汽缸分成两部分。滑片右侧容积随着转动而不断扩大，制冷剂蒸气从吸汽口进入汽缸；滑片左侧的容积随着转动而逐渐缩小，制冷剂蒸气被压缩，当压力超过排汽管内压力和排汽阀片弹簧力之和时，排汽阀打开而排汽。当转子与汽缸的啮合线到达排汽阀时，排汽阀关闭，排汽结束，而这时吸汽仍在进行。当转子与汽缸的啮合线离开吸汽口时，吸汽过程才结束，进入压缩过程，而下一循环的吸汽过程接着又开始。由此可见，当转子旋转一周，完成了上一循环的压缩、排汽和下一循环的吸汽过程，相当于一个循环。而对于吸入汽缸的蒸气而言，转子旋转两周才完成吸汽、压缩和排汽三个过程。如图二、涡旋式制冷压缩机涡旋式压缩机也是一种容积型回转式压缩机，一般为直立型，压缩机上部的静盘和动盘的螺旋形(浙开线)板组成压缩汽体的月牙形工作腔静盘和动盘的螺旋板曲线相同，配合时两者中心相差一个旋转半径，相位差180，并相互啮合。这样动、静盘的叶片形成一系列月牙形空间。工作时动盘绕静盘的中心以旋转半径为半径作公转运动(即动盘不自转)。图(a)中动盘的中心位于静盘中心的右侧，这时动、静盘叶片啮合形成的最外部月牙形空间吸汽完了。当动盘绕静盘中心作顺时针公转时，如图(b)、(c)、(d)，动盘和静盘螺旋板的啮合线也顺时针移动，月牙形空间不断缩小，并逐渐向中心移动，即吸入的汽体不断被压缩，最后从静盘中心部位的排汽口排出。而同时在外侧又逐渐进行吸汽，一直到图(a)位置时吸汽告终。如图一和图二由此可见，涡旋式压缩机的吸汽、压缩、排汽三个过程同时在不同的月牙形空间中发生，即外侧总处于吸汽过程，中心部位总与排汽口相通，始终处于排汽过程，外侧和中心部位之间的空间则总是处于压缩过程。排汽口的大小和位置决定了压缩开始容积和压缩终了容积之比，即决定了压缩机的内压力比。三、螺杆式制冷压缩机螺杆式(即双螺杆)制冷压缩机具有对互相啮合、相反旋向的螺旋形齿的转子，其齿面凸起的转子称为阳转子，齿面凹下的转子称为阴转子。转子的齿相当于活塞，转子的齿槽、机体的内壁面和两端端盖等共同构成的工作容积，相当于气缸。机体的两端没有成对角线布置的吸、排气孔口。随着转子在机体内的旋转运动，使工作容积由于齿的侵入或脱开而不断发生变化，从而周期性地改变转子每对齿槽间的容积，来达到吸气、压缩和排气的目的。互相啮合的转子，在每个运动周期内，分别有若干个相同的工作容积依次进行相同的工作过程，这一工作容积，称为基元容积。它由转子中的一对齿面、机体内劈面和端盖所形成，只需研究其中一个工作容积的整个工作循环，就能了解压缩机工作的全貌。螺杆式制冷压缩机的运转过程从吸气过程开始，然后气体在密封的基元容积中被压缩，最后由排气孔口排出。阴、阳转子和机体之间形成的呈“v”字型的一对齿间容积(基元容积）的大小，随转子的旋转而变化，同时，其空间位置也不断移动。基元容积工作过程如图一和图二第四章 冷凝器和蒸发器一、冷凝器的作用： 使制冷压缩机排出的过热蒸气冷却冷凝为高压液体第一节 冷凝器二、冷凝器的分类：冷凝器按其冷却介质和冷却方式，可以分为水冷式、空气冷却式(或称风冷式)和蒸发式三种类型：（一）水冷式冷凝器：用水作为冷却介质，使高温高压的气态制冷剂冷凝的设备，称为水冷式冷凝器。常用的水冷式冷凝器有卧式壳管式冷凝器、立式壳管式冷凝器、套管式冷凝器等型式1、卧式壳管式冷凝器：1、放空气管接头 2、压力表接头3、安全阀接头4、均压管接头5、进气管接头6、放空气阀接头7、泄水阀接头8、出液管接头9、放油管接头 卧式壳管式冷凝器系水平放置，其结构如图所示。在这种冷凝器中，制冷剂的蒸气是在管子外表面上被冷凝，冷却水是在泵的作用下经管内流过。制冷剂蒸气从上部进入筒壳内，凝结成液体后由筒壳的下部流入贮液器。正常运行中筒壳的下部只存少量液体；但对于小型冷凝器一般不设贮液器。 卧式壳管式冷凝器的两端用两个端盖封住。端盖内部用隔板分开。两个端盖的分隔要互相配合，以便冷却水能在管子内多次往返流动。冷却水每向一端流一次，称力个管程。管程数一般为双数，以便冷却水的进、出口设在同一个端盖上，而且冷却水从下面流进，上面流出。端盖是用螺栓与管板的外缘紧固在一起，两者之间需有防漏用的橡皮垫片，端盖上部的放空气阀是在开始充水时用来排除管内的空气； 下部的泄水阀是在冷凝器停止使用时用来排除其中的水，以防管子被腐蚀或冻裂。1、卧式壳管式冷凝器：1、放空气管接头 2、压力表接头3、安全阀接头4、均压管接头5、进气管接头6、放空气阀接头7、泄水阀接头8、出液管接头9、放油管接头 它由两种不同直径的管子套在一起组成，主要用于小型氟利昂空凋机组中，一般用在单机制冷量小于25kw的制冷装置。图所示为一套管式冷凝器，它的外管为内径50毫米的无缝钢管，管内套有几根紫铜管或装有低肋片的紫铜管(称内管)，装好后在弯管机上弯曲成螺旋形状。制冷剂蒸气从上方进入套管的空腔，在内管外表面上冷凝，液体在外管底部依次下流，从下端流入贮液器中。冷却水从冷凝器的下方流入，其流动方向自下而上，与氟利昂的流动方向相反，这样能够实现比较理想的逆流换热，因此传热系数较高。2、套管式冷凝器： 在空气冷却式冷凝器中，制冷剂冷凝放出的热量被空气带走。空气冷却式冷凝器多用于小型氟利昂制冷装置中，如电冰箱、冷藏柜、窗式空调器、汽车及铁路车辆用空调装置、冷藏车等移动式制冷装置。 空气冷却式冷凝器一般多为蛇管式，制冷剂蒸气在管内冷凝，空气在管外流过。根据空气运动的方式的不同，又有自然对流式和强迫对流式之分。 自然对流空气冷却式冷凝器，依靠空气受热后产生的自然对流，将制冷剂冷凝放出的热量带走。图示出几种不同结构型式的自然对流空气冷印式冷凝器，其冷凝管多由紫钢管或表面镀铜的特制钢管制成，管子的外径58mm，管外通常作有各种型式的肋片。这种冷凝器的传热系数很小，它主要用于家用冰箱和微型制冷装置。 （二）空气式冷凝器： 图为强迫对流空气冷却式冷凝器的结构图。为了使冷凝器的结构紧凑，通常由几根蛇形管并联在一起，制成长方形，氟利昂蒸气由上部分配集管进入每根蛇管中，凝结成的液体由蛇管下流，汇入液体集管中，然后流入贮液器，空气在风机的作用下，从管外流过。（二）空气式冷凝器： 在蒸发式冷凝器中，制冷剂冷凝时放出的热量同时被水和空气带走。图示为ZFL蒸发式冷凝器的外形结构图。有送风式和引风式二种结构。送风式结构设备安装高度较低，调试较为方便。而引风式结构设备负重较大，空气从底部进入较均匀，内部风压低，水流不易侧漏。（三）蒸发式冷凝器：图示为蒸发式冷凝器的结构原理图，它的传热部分是一个由光管或肋片曾组成的蛇形冷凝管组，管组装在一个由型钢和钢板焊制的立式箱体内。箱体的底部为一水盘。制冷剂蒸气由蒸气分配管进入每根蛇形管，冷凝的液体则经集液管流入贮液器中。（三）蒸发式冷凝器： 水盘内的水用浮球6控制，保持一定的水位。冷却水用水泵5压送到冷凝器管的上方，经喷嘴3喷淋到蛇形管组上面，沿冷凝管组的外表面流下。水受热后一部分变成蒸汽，其余的沿蛇形管外表面流入下部的水盘内，经水泵再送至喷嘴循环使用。冷凝器中的离心式或轴流风机1，使箱体内空气自下而上边流经蛇形管组，并由上方排出。空气的作用主要是将箱体内的水蒸气带走。一、蒸发器的作用： 使液态制冷剂在蒸发器中汽化吸热，使被冷却介质的温度降低，达到制冷的目的第二节 蒸发器二、蒸发器的分类：蒸发器按被冷却介质的种类，可以分为冷却水的蒸发器、冷却空气的蒸发器两种类型蒸发器按供液方式可分为：满液式、非满液式、循环式和喷淋式等四种类型a) 满液式b)非 满液式满液式蒸发器内充满了液态制冷剂，使传热面与液态制冷剂接触，所以满液式蒸发器的沸腾放热系数较大。其缺点是要加入大量的制冷剂，另外，如果采用与润滑油溶解的制冷剂，润滑油将难于返回压缩机。非满液式蒸发器制冷剂处于气、液共存的状态，由于有一部分传热面积与气态制冷剂接触，所以非满液式蒸发器的沸腾放热系数较小。其优点是充液量少，润滑油易于返回压缩机。循环式蒸发器是依靠泵强迫制冷剂在蒸发器中循环，因此，沸腾放热系数较高，并且润滑油不易在蒸发器中积存。由于循环式蒸发器的设备费用较高，所以目前只在大、中型冷藏库中使用。喷淋式蒸发器是用泵把制冷剂送至喷嘴，然后喷淋在传热面上，这样可减少制冷剂的充液量，又能消除静液高度对蒸发温度的影响。c) 循环式d) 喷淋式第五章 制冷装置的节流机构与辅助装置一、节流机构的作用： 1、对高压液态制冷剂节流降压，保证冷凝器和蒸发器之间的压力差，以便使进入蒸发器中的制冷剂在要求的低压下蒸发吸热，从而达到制冷降温的目的。2、调整进入蒸发器中的制冷剂流量，以适应蒸发器的热负荷变化，使制冷装置正常运行。第一节 节流机构二、浮球调节阀：（一）结构：（二）工作过程：截止阀角阀过滤器进液出液手动膨胀阀 与浮球调节阀配套的部件有手动调节阀、过滤器和截止阀。浮球室的上下两侧通过角阀与蒸发器连接，浮球室内的液位与蒸发器的液位平衡。当蒸发器的热负荷增大时，制冷剂的蒸发量就增加，液位下降，浮球下沉并驱动杠杆使阀针开启或开大，高压液态制冷剂经阀孔节流后直接从出液管送入蒸发器。当蒸发器中的液位过高时，浮球将驱动杠杆使阀针关小或完全关闭阀孔，使进入蒸发器中的制冷剂量减少或完全停止供给。这样，蒸发器中的进液量就能随外界负荷变化而调节。当浮球阀失灵时，关闭两只截止阀，液态制冷剂经手动调节阀节流后直接进入蒸发器中蒸发。如果再关闭角阀，则过滤器和浮球调节阀可拆下清洗和修理。（二）工作过程：截止阀角阀过滤器进液出液手动膨胀阀 又称感温调节阀（自动膨胀阀），是目前氟利昂制冷系统中使用最广泛的节流机构，按膨胀阀接受信号的不同，可分为内平衡和外平衡两种形式。三、热力膨胀阀：（一）内平衡热力膨胀阀结构： 图为热力膨胀阀的基本结构，它主要由感温包(12)、毛细管(15)、阀座(4)、传动杆(2)、阀针及调节机构组成。感温包12、毛细管15和膜片16共同组成密封腔。 1阀体 2 传动杆 3 螺母 4 阀座 5 阀针 6 弹簧 7 调节杆座 8 密封填料 9 密封盖 10 调节杆 11 填料压盖 12 感温包 13 过滤器 14 螺母 15 毛细管 16 感应膜片 17 密封腔（二）内平衡热力膨胀阀工作原理： 与蒸发器连接如图，膨胀阀的感温包与蒸发器出口管表面紧密接触，感温包内工质温度等于蒸发器出口处的制冷剂温度，包内压力为该工质的饱和压力。膨胀阀对制冷剂流量的调节是通过其膜片上三个作用力的变化而自动进行的。 P为感温包内气体压力，作用在膜片上部，其方向是指向打开膨胀阀孔。P0为蒸发压力（即制冷剂经阀孔节流后的压力），它通过内平衡孔作用于膜片下部，其方向是指向关闭膨胀阀孔。W为弹簧的等效压缩力，作用在膜片下部，其方向也是指向关闭膨胀阀孔。可保证蒸发器出口处的制冷剂得到所需的过热度（可通过调节杆调节W的大小）PP0WPP0WCBAD 当膨胀阀在正常情况下保持一定开度工作时，作用在膜片上下部的三个力是平衡的：PP0W设此时工质为R22，且蒸发温度为5（P0为0.58MPa），过热温度为10（P为0.68MPa）且W为0.10MPa。PP0W 当蒸发器热负荷减小C点才完全蒸发D点小于10 P减小阀关闭流量减少P0稍有减小D点温度上升达到新的平衡点 当蒸发器热负荷增加B点已完全蒸发D点大于10 P升高阀打开流量增大P0稍有上升D点温度下降达到新的平衡点PP0WCBAD（三）外平衡热力膨胀阀工作原理： 外平衡式热力膨胀阀与蒸发器连接如图，它与内平衡式热力膨胀阀的主要区别在于增加了一根外接平衡管，接管的一端与阀体上的接头连接，另一端与蒸发器的出口处管路连接。这样，膨胀阀膜片下部的制冷剂蒸发压力不是蒸发器进口压力P0，而是蒸发器出口压力P0。当蒸发器的阻力较大时，则P0 P0PP0WPP0WCBAD 毛细管是最简单的节流机构，通常用一根内径为0.52.5毫米，长度为0.55米的紫铜管就能使制冷剂节流、降温。目前，在家用电冰箱，窗式空调器，中小型空调机以及去湿机中已广泛使用。四、毛细管： 1) 通流截面不能随工况的变化而变化。 2) 当停机后，冷凝压力、蒸发压力通过毛细管可很快达到平衡，故压缩机电动机可采 用价廉的小功率、低起动转矩的。但停机后必须等35min待压力平衡后方可再次起 动，否则易堵转烧电机。 3) 为了防止停机后蒸发器中的液体制冷剂进入气缸，造成开机冲缸事故，采用毛细管 的制冷系统必须严格控制制冷剂充注量 4) 毛细管管径细，易产生脏堵、冰堵和油堵，因此制冷系统必须干净、设置干燥过滤器， 系统回油设计要好。 5) 毛细管缺少互换性，修理时不能随意更换，（一）毛细管工作特点：（二）毛细管工作过程： 图是毛细管内制冷剂沿管长压力温度变化曲线。这是典型的绝热膨胀过程。毛纫管内制冷剂的变化可分为两个阶段：第一阶段AB为液体段，随压力的降低液体过冷度不断减小，压力从进口的压力Pa降至饱和点的Pb，成为饱和液体。第二阶段经BC为气液两相区，随着压力的降低，气液混合体的比容不断增大，流速、阻力损失也不断增大，到出口C，压力变为Pc，温度变为tc，一般匹配良好的系统， Pc即为蒸发压力P0， tc为蒸发温度t0。一、辅助设备的作用：保证制冷装置的正常运转、提高运行的经济性和保证操作的安全可靠。第二节 制冷装置的辅助设备二、油分离器： 为了防止压缩机排出的润滑油大量进入系统，一般在压缩机与冷凝器之间设置润滑油分离器，简称油分离器。目前，比较常用的油分离器有洗涤式、离心式、填料式、过滤式等几种型式：如图为一种过虑式油分离器，在氟利昂制冷系统中，常使用这种油分离器。工作时高压蒸气由进气管1上部进入，经滤网2减速、过滤后，从侧部出气管排出。蒸气中携带的部分润滑油被分离出来，落入筒体的下部。这种油分离器的回油管和压缩机的曲轴箱连接。当分离器内积聚的润滑油足够使浮球阀开启时，润滑油就被压入压缩机的曲轴箱中。当油面逐渐下降到使浮球下落到一定位置时，则浮球阀5关闭。正常运行时，由于浮球阀的断续工作，使得回油管时冷时热，回油时管子就热，停止回油时管子就冷。如果回油管一直冷或一直热，这说明浮球阀已经失灵，必须进行检修。检修时可使用手动回油阀6进行回油操作。三、贮液器： 贮液器又称贮液筒按贮波器功能和用途来分，有高压贮液器和低压贮液器两种。高压贮液器与冷凝器安装在一起，用以贮存由冷凝器来的高压液体，不致使液体淹没冷凝器传热面，并适应工况变动而调节和稳定制冷剂的循环量。图为高压贮液器的外形图。筒体由钢板卷制焊接而成，筒体上设有进液管、出液管、平衡管、压力表、安全阀、放空气管等接头及液面指示器等。高压贮液器的液体充装量，一般不超过筒体直径的80。四、不凝气体分离器： 不凝气体分离器也称空气分离器。它的工作原理是利用降温的方法，使混在不凝性气体中的制冷剂蒸气凝结成液体，然后将不凝气体放出，使制冷剂损失降低到较小程度。五、过滤器： 过滤器的作用是消除制冷剂的机械杂质，如金属屑、焊渣、氧化皮等，它分气体过滤器和液体过滤器两种。气体过滤器装在压缩机的吸气管路上或压缩机的吸气腔，以防止机械杂质进入压缩机气缸。液体过滤器一般装在调节阀或自动控制阀的液体管路上，以防止污物堵塞或损坏阀件。过滤器的原理很简单，利用金属丝网阻挡污物。六、易熔塞： 易熔塞 主要应用于氟利昂制冷设备或容积较小的压力容器上。它用来代替安全阀，是结构最简单的一种安全设备。图为易熔塞的示意图。易熔塞中铸有易熔合金2，其熔化温度一般在75以下。一旦受压容器发生意外事故时，容器内压力骤然升高，温度也随之升高。而当温度高到一定值时，易熔塞中浇铸的易熔合金即熔化，容器中的制冷剂便排入大气，从而达到保护设备及人身安全。已熔塞的合金熔化后，应重新浇铸或更新，并与容器一起试漏后才能使用。第六章 蒸汽压缩式制冷系统一、氟利昂制冷系统一、氟利昂制冷系统第一节 空气压缩式制冷的典型流程 对于R134a、R502、R290、R600a等制冷剂，采用回热器可以提高单位容积制冷量和制冷系数。 水在氟利昂中的溶解度与温度有关。可在膨胀阀节流口处产生“冰堵”现象。同时会发生化学反应，生成HCL，腐蚀金属，因此氟利昂制冷系统的供液管需装设干燥器吸附氟利昂中的水分。 小型制冷系统或采用内设油分离器的压缩机，可不设油分离器。 为使润滑油能够顺利返回压缩机，多采用非满液式蒸发器，对于R22，在温度较低时，会和润滑油分离，可采用满液式蒸发器，但必须保证回油。 压缩机在启动前，就先预热，保证氟利昂分离，否则溶于润滑的氟利昂遇热气化，产生大量气泡，影响油泵正常供油。 为保证制冷系统的正常运行，系统中还装设有不凝性气体分离器。 对于螺杆式制冷压缩机，润滑油除用于滑润作用外，还以高压喷至转子之间以及转子与气缸体之间，起密封作用。因而螺杆式压缩机排气带油量大，油温高，对油的分离和冷却有特殊要求，一般均设置两级或多级油分离器以及油冷却器等。 一、管路的布置原则 1、氟利昂管路常采用铜管，系统容易较大时也可采用无缝钢管； 2、氨系统则采用无缝钢管，禁止使用铜或铜合金管及其管件； 3、为减少管道和制冷剂的充灌量及系统的压缩降，配管应尽可能的短而直； 4、管道的布置应不妨碍对压缩机及其他设备的正常观察和管理，不妨碍设备的检修和交通通道以及门窗的开关； 5、管道与墙和顶棚以及管道与管道之间应有适当的间距，以便安装保温层； 6、管道穿墙、地板和顶棚处应设有套管，套管走私应能安装足够厚度的保温层。第二节 制冷剂管路的设计（一）压缩机排气管 1、为了使润滑油和可能冷凝下来的制冷剂不致流回制冷压缩机，排气管应有不小于0.01的坡度，坡向油分离器和冷凝器。 对于不设油分离器的氟利昂系统，冷凝器与压缩机之间的排气管道应先向下弯，然后再向上接至冷凝器，形成U形弯。 2、多台氟利昂压缩机并联，为了保证润滑油的均衡，各压缩机曲轴逄之间的上部应装有均压管，下部应装有均油管。 3、对于有容量调节的制冷压缩机，应考虑在制冷系统低负荷运行时，能将润滑油从排气立管中带走。此时，可采用双排气管； 其他要求： 1、为了使润滑油能从蒸发器流回制冷压缩机，排气管应有不小于0.01的坡度，坡向压缩机。 当蒸发器高于制冷压缩机时，为了防止停机时液态制冷剂从蒸发器流入压缩机，蒸发器的出气管应首先向上弯曲至蒸发器的最高点，再向下通至压缩机。 2、并联氟利昂制冷压缩机，如果只有一台运转，压缩机又没有高效油分离器时，在未工作的压缩机吸气口处可能积存相当多的润滑油，启动时会造成油液冲击事故。因此，并联氟利昂压缩机的吸气管应合理布置。 3、对于有容量调节的氟利昂制冷系统，可采用双吸气立管。 4、氨压缩机的吸气管应有不小于0.005的坡度，坡向蒸发器，防止液滴进入气缸。 （二）压缩机吸气管 1、冷凝器应高于储液器。两者之间无均压管时，两者的高度差应不少于30mm。（三）从冷凝器至储液器的液管 1、当冷凝器高于蒸发器时，为了防止停机后液体进入蒸发器，给液管至少应抬高2mm以后再通至蒸发器。但是膨胀阀前设有电磁阀时，可不必如此连接。 2、当蒸发器上下布置时，由于向上给液，管内压力降低，并伴随有部分液体气化，形成闪发蒸气，为了防止闪发形成的蒸气集中进入最上层的蒸发器，给液管应合理配置。 3、对于氨制冷系统的给液管，为了以上积油而影响供液，在给液管路的低点和分配器的低点应设有放油阀。（四）从储液器或冷凝器至蒸发器的给液管 集中空调系统通常设置集中冷冻站制备冷冻水，靠冷冻水泵统精选冷量。冷冻水系统形式繁多，通常有开式系统和闭式系统；定水量系统和变水量系统；双管系统和四管系统；同程系统和异程系统等。第三节水系统一、开式系统和闭式系统 开式系统的水与大气相通，而闭式系统的水不与大气相通。凡采用淋水室处理空气或回水直接进入水箱，再经冷却处理后经泵送到系统中的水系统均属于开式系统。 为了克服系统静水压头，水泵的能耗大，因此空调冷冻水系统很少采用开式，开式系统适用于利用蓄冷水池节能的空调水系统中。 与开式系统相比，闭式系统水泵能耗小，系统中的管路和设备不易产生污垢和腐蚀闭式系统最高点通常设置膨胀水箱，以便定压和补充或容纳水温度变化膨胀的水量。水系统分为冷冻水系统和冷却水系统。水系统分为冷冻水系统和冷却水系统。冷冻水系统：冷冻水系统：二、双管制、四管制系统冷冻水系统有双管制、四管制之分。双管制系统冬季供应热水、夏季供应冷冻水都是用相同的管路。这种系统的优点是系统简单，布置方便，节省初投资。但对有些建筑的空调系统在全年运行时，过渡季会出现有些房间需供冷，有些房间需供热的情况，这时采用双管制系统就不能满足要求。四管制系统的冷热水供回水管分别设置，系统可全年供应冷水和热水，故调节灵活，可适应不同房间的不同要求，其缺点是管道占用空间大，初投资高、对少数要求高的建筑物或具有内区和外区的建筑物宜采用这种系统。三、同程式和异程式系统 水系统又有同程式和异程式之分。同程式系统见图，同程式系统由于各并联环路的管路总长度基本相等，所以系统各环路间的压力容易平衡。 异程式系统见图，该系统的优点是管路布置简单，节省初投资，但由于阻力不平衡，会出现流量分配近处过多远处过少的现象。如在设计时采取一些措施，适当减小干管阻力，增加并联支管的阻力，也可达到令人满意的结果。 水系统的管路计算是在已知水流量和推荐流速下确定水管管径及水流动阻力第四节空调水系统的管路计算一、管径的确定水管管径d由下式确定：式中：W水流量，m3/s； v水流速，m/s；一般水系统中管内水流速在 1.02.5m/s 之间，应根据推荐值取用。二、水流动阻力的确定水流动阻力包括摩擦阻力和局部阻力，即：式中：R单位长度管路的摩擦阻力(比摩阻)，Pa/m； L管路长度，m； Z局部阻力；其值为：二、水流动阻力的确定 比摩阻R可由图根据水流量和流速确定。管路中各种管件的局部阻力系数可查表求得。水流经各设备的阻力可以由产品样本或手册中查取。工程中为简化计算，水系统的管径和单位长度阻力损失可直接由表进行概算。三、计算实例如图所示的空调冷冻水系统，已知每台空调机组的冷负荷为24.4kw，表冷器阻力为5m水柱，各管段长度见表94，求各管段管径及水泵扬程。 解：设冷冻水供水温度为7，回水温度12，则每台空调机组冷冻水流量为：根据各管段的流量，确定各管段管径。由压力降流量可查出比摩阻R，再查出各管件的局部阻力系数，便可确定各管段的总阻力(见表94) 水泵的扬程为最不利环路的总阻力，加上表冷器的阻力，即考虑10的余量，则选用水泵扬程为1.18.819.69mH2O空气调节机组是局部空调系统中使用的设备。它是由空气处理设备(冷却器、加热器、加湿器、过滤器等)、制冷设备(压缩机、冷凝器等)和风机等组成的一个整体，可直接对空气进行加热、冷却、加湿、去湿等处理，又称空调机或空调器。第五节 空气调节机组 按空调机组的外形分，可分为窗式空调器和分体式空调机组。 按空调机组的用途分，可分为恒温湿空调机组、冷风机组、冷热风机组和特殊用途的空调机组。 按空调机组中制冷系统的工作情况，可分为热泵式空调机组和非热泵式空调机组两大类。 按空调机组中冷凝器的冷却方式分，可分为水冷式空调机和风冷式空调机。窗式空调器由两部分组成，即空气处理部分和制冷系统部分一、窗式空调器分体式空调机组常用的室内机组型式有壁挂式、吊顶式、落地式等二、分体式空调机组 图为一台典型的分体式空调机组的原理图。室内机组包括室内换热器2、风机l、过滤器3、进风口4、送风口5等；室外机组包括压缩机6、室外换热器7、风机8等三、恒温恒湿空调机组 冷水机组是包含全套制冷设备的、制备冷冻水或冷盐水的制冷机组，是目前空调系统设计中普遍选用的作为空调冷源的设备。第六节冷水机组冷水机组按驱动的动力可分为两大类：一类是电力驱动的冷水机组，包括活塞式冷水机组、螺杆式冷水机组和离心式冷水机组；另一类是热力驱动的冷水机组，又称吸收式冷水机组，分为蒸汽或热水式吸收式冷水机组和直燃式吸收式冷水机组。冷水机组根据冷却介质的不同又分为：水冷式冷水机组和风冷式冷水机组两大类。活塞式冷水机组由活塞式制冷压缩机、卧式壳管式冷凝器、热力膨胀阀和干式蒸发器等组成，并配有自动(或手动)能量调节和自动安全保护装置常用的制冷剂为R22。一、活塞式冷水机组活塞式冷水机组技术参数螺杆式冷水机组是由螺杆式制冷压缩机、冷凝器、蒸发器、热力膨胀阀、油分离器、自控元件等组成的一个完整的制冷系统，如图为螺杆式冷水机组外形图。由于螺杆式压缩机运行平稳，机组安装时可以不装地脚螺栓，直接放在具有足够强度的水平地面。二、螺杆式冷水机组溴化锂吸收式冷水机组分蒸气或热水型和直燃式两大类。三、溴化锂吸收式冷水机组直燃型溴化锂吸收式冷水机组技术参数蒸汽型单效溴化锂吸收式冷水机组技术参数蒸汽型双效溴化锂吸收式冷水机组技术参数选用电力驱动的冷水机组时，当单机制冷量Q1160kw时，宜选用离心式；Q5801160kw时，宜选用离心式或螺杆式，Q580kw时，宜选用活塞式；四、冷水机组的选择对有合适热源，特别是有余热或废热的场所或电力缺乏的场所，宜采用吸收式冷水机冷水机组选用时应考虑制冷剂对环境的影响。冷水机组一般以选用24台为宜中小型规模宜选用2台，较大型可选用3台，特大型可选用4台，冷水机组一般不设备用。 小型制冷机房一般附设在主体建筑内；规模较大的制冷机房应单独修建。第七节空调用制冷机房的设计一、对空调用制冷机房的要求1、制冷机房宜布置在全区夏季主导风向的下风侧2、制冷机房的位置应尽可能设在冷负荷中心处，力求缩短冷冻水和冷却水管网。当制冷机房为全区主要用电负荷时，还应考虑靠近变电站3、空调用制冷机房，主要包括主机房、水泵房和值班室等。房高应不低于3.24.0m4、制冷机房应有每小时不少于3次换气的自然通风二、空调用制冷机房的设备布置1、机房内的设备布置应保证操作和检修方便，同时要尽可能使设备布置紧凑，以节省建筑面积；2、制冷机组与配电柜的距离应不小于1.5m；制冷机组与制冷机组或与其他设备之间净距离不小于1.2m；制冷机组与墙壁之间以及与其上方管道或电缆桥架的净距离应不小于1m；3、冷却塔应布置在通风散热条件良好的屋面或地面上，并远离热源和尘源；冷却塔之间及冷却塔与周围建筑物、构筑物应有一定的间距；4、水泵的布置应便于接管、操作和维修。水泵之间的通道一般不小于0.7m；5、设备和管路上的压力表、温度计等应设在便于观察的地方；第八章 溴化锂吸收式制冷溴化锂吸收式制冷是通过消耗一定的高温高压热能，利用水为制冷剂，溴化锂为吸收剂的一种制冷方式。根据使用热源的方式：可分为蒸汽型溴化锂吸收式制冷和直燃型溴化锂吸收式制冷根据蒸汽热源的能位高低及组成结构不同又可将蒸汽型溴化锂吸收式制冷分为蒸汽型单效溴化锂吸收式制冷（热源为0.030.15MPa低压蒸汽或85 150 热水）蒸汽型双效溴化锂吸收式制冷（热源为0.25 0.8MPa高压蒸汽或150 以上热水）第一节 概述一、溴化锂水溶液的性质：溴化锂水溶液由固体的溴化锂溶解于水中而形成。其浓度可用下式表示：第二节 溴化锂吸收式制冷机的工质（一）溴化锂水溶液的浓度：式中：G1溶液中溴化锂的质量 G2溶液中水的质量 在一个标准大气压下溴化锂水溶液的饱和温度随浓度的变化而变化，如在一个标准大气压下，浓度为40%、50%、60%的溶液的饱和温度分别为113、130 、150 。（二）溴化锂水溶液的主要性质：1、溴化锂水溶液的水蒸汽分压小，它比同温度下纯水的饱和蒸汽压分小得多，所 以具有较强的吸湿性。2、溴化锂水溶液的饱和温度与压力和浓度有关，在一定压力下，其饱和温度随浓度的增大而升高 ； 二、溴化锂水溶液的热力状态图：（一）溴化锂水溶液的pt图：3、溴化锂水溶液的温度过低或浓度过高，均容易发生结晶；4、溴化锂水溶液对一般金属材料具有较强的腐蚀性 。 图示为溴化锂水溶液的压力温度图。在该图上有三个状态参数温度、压力和浓度。这三个状态参数中只有二个是独立的，也就是说只要知道其中二个另外一个便可通过Pt图确定。 压力温度图除了用来确定有关的状态参数外，还可用来表示溴化锂水溶液在加热或冷却过程中热力状态的变化情况。Pt40%50%60%70%（二）溴化锂水溶液的h图：溴化锂水溶液的h图，是对溴化锂吸收式制冷机循环进行分析和热工计算的主要线图。如图所示，它的横坐标表示浓度，纵坐标表示焓值。图b为液相的h图，由等温线族和等压线族组成，图 a为气相的h图，只有等压线簇。由于气相只有水蒸气的组分，因此横轴上的“浓度”并不表示气相中溴化锂的含量，只表示与该溶液浓度相对的过热蒸气的焓值。 实际应用的溴化锂吸收式制冷机的工作原理，可用右图来说明。这系统是连续工作的。为了实现上述的四个过程，系统中设置有四个主要设备：发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器。为了提高热能的利用程度，系统中还设有溶液热交换器。为使制冷机能连续工作，工质中的溶液及制冷剂水能在各换热设备中进行有秩序的循环，还装设有屏蔽泵(发生器泵、吸收器泵及蒸发器泵)，以及相应的连接管道与阀门。在溴化锂吸收式制冷机正常工作时，发生器与冷凝器的压力较高，通常将它们设在一个密封的筒体内，称为高压筒。蒸发器和吸收器的压力较低，密封于另一个筒体内，称为低压筒。两筒之间通过节流装置及溶液管道连接在一起。第三节 溴化锂吸收式制冷机的工作原理一、结构组成： 在发生器中，浓度较低的溴化锂溶液被加热介质加热温度升高，并在一定的压力下沸腾，使溶液内的水分解析出来，形成冷剂蒸汽，溶液则被浓缩发生器中进行的这一过程称为发生过程。 出发生器的冷剂蒸汽进入冷凝器，被冷凝器通过的冷却水冷却而凝结成冷剂水。这一过程称为冷凝过程。 冷剂水通过节流装置(u形管或其它的节流装置)节流后进入蒸发器。由于蒸发器内压力很低，冷剂水在吸取蒸发器管内冷媒水热量后蒸发，形成冷剂蒸汽，而冷媒水由于失去热量，温度降低，即达到了制冷的目的。二、工作过程及原理：（一）制冷剂回路：（二）溶液回路： 为使蒸发器中冷剂水的蒸发过程连续进行，蒸发过程中形成的冷剂蒸汽必须及时被吸收，这就得依靠吸收器中所要进行的吸收过程。由发生器中浓缩后的浓溶液进入吸收器，受到吸收器中冷却水的冷却，使之温度降低。这种浓度高、温度低的溶液具有强烈吸收冷剂蒸汽的能力，用它将蒸发过程今产生的冷剂蒸汽及时吸收掉从而形成了稀溶液。这样， 一方面使蒸发过程可持续的进行，使冷量不断输出，另一方面也就保证了发生器中连续不断地对稀溶液的要求。吸收器中所得到的稀溶液再由发生器泵送往发生器中，这样，溴化锂吸收式机就完成了一个制冷循环。三、压缩式制冷机与吸收式制冷机原理的异同： 在吸收式制冷机中，冷凝器、蒸发器、节流机构的功能与压缩式制冷机完全相同。只是能量补偿部分的设备与能源形式不同而已。吸收式制冷机的能量补偿部分的设备，包括发生器(能量输入并产生气态制冷剂)、吸收器(能量输出并吸收气态制冷剂)、溶液泵及溶液节流机构等。吸收式制冷机的工作过程是：溶液(工质)在发生器中被加热，分离出冷剂蒸气冷剂蒸气进入冷凝器中被冷凝成液态制冷剂，再经节流装置后进入蒸发器，吸热蒸发，进行制冷。蒸发过程中，液态制冷剂蒸发后形成的气态制冷剂，进入吸收器，被来自发生器的浓溶液吸收，得到稀溶液，然后将稀镕浓再次送入发生器中。如此循环不已。如果在压缩式制冷机中，把能量的补偿部分称为机械式”压缩机的话，则在吸收式制冷机中，能量的补偿部分可称为“热化学”压缩机。溴化锂吸收式制冷机的工作原理见图。G为发生器。点7状态的g(kg/h)稀溶液，在压力为j的发生器个，被蒸汽热源的热量加热，产生出d(kg/h)的冷剂蒸汽，其状态为点3。过程终了，浓溶液流出发生器G时的状态为点4。点3状态的冷剂蒸气进入冷凝器K中，在压力Pk被冷却，并凝结成点3状态的冷剂水。冷剂水经节流后，进入蒸发器E中，由于蒸发器E中的压力P0很低，冷剂水即在蒸发器中吸收冷媒水的热量W蒸发，产生制冷效果，由液态变为气态，即点1状态。第四节 单效溴化锂吸收式制冷机的理论循环及热力计算一、理论循环及其h图：另侧，由发生器G出来的浓溶液为点4状态，其流量为(gd)(kgh)，流经溶液热交换器T，由点4状态态变为点8状态，再进入压力Pa的吸收器A内，吸收来自蒸发器的冷剂蒸汽，成为点2状态的稀溶液，其流量为g(kg/h)。点2状态的稀溶液再由泵输送经溶液热交换器T，使温度升高达到点7状态，进入发生器G中重新进行发生过程。如此循环。（一）理论循环过程： 1) 流体(溶液和制冷剂)在流动过程中没有任何流动阻力，发生器的操作压力Pg等于冷凝器的操作压力Pk，蒸发器的操作压力P0等于吸收器的操作压力Pa。 2) 在发生器中所进行的发生过程无发生不足情况，即由发生器出来的浓溶液是压力为Pk、温度为t4的饱和溶液；在吸收器中同样也不存在吸收不足现象，即从吸收器中出来的稀溶液是压力为P0，温度为t2饱和溶液。 3) 溶液热交换器可以实现热量的全回收，浓溶液可以被冷却到稀溶液进口处的温度，即t8 = t2。 4) 蒸发器无冷量损失，其余各换热设备也无热量损失，即与周围环境介质无热量交换。（二）理论循环假设： 依据上述假设，可将制冷机的循环过程予以简化，得到的这种循环称为理论循环，其h闯如图下图所示1、循环中的溶液回路：（三）理论循环热力过程及在h图上的表示：图中，P0为蒸发压力线，Pk为冷凝压力线，点2和点4分别表示吸收器和发生器出口饱和溶液的状态。P0hPkPkP02754869101) 稀溶液经溶液热交换器的升温升压过程(过程线27)质量分数不变，称为等质量分数加热。2) 稀溶液在发生器中的发生过程(7 5 4)过程线7 5表示预热过程，5 4表示溶液定压(Pk)发生过程P0hPkPkP02754869103) 浓溶液经溶液热交换器的降温降压过程(过程线48)质量分数不变，称为等质量分数冷却过程。4) 浓溶液和稀溶液的混合过程(2 / 8 9)，为了保证吸收器中的传热管簇能够完全被喷淋溶液覆盖，通常将其混合再喷淋。5) 混合溶液在吸收器中的的吸收过程(9 10 2)由于9状态点的浓溶液进入吸收器后，压力突然降低至P0，便有一部分水蒸汽闪发出来，达到状态点10，9 10称为吸收器中的闪发过程。10状态点的溶液一面吸收来自蒸发器的冷剂蒸汽，一面被冷却水冷却，温度、浓度不断下降，成为点2状态的稀溶液。10 2过程表示吸收器中的定压吸收过程。2、循环中的制冷剂回路：由于在h图上，表示冷剂蒸汽和冷剂水的状态点都位于 = 0 线上（即纵坐标上），无法清楚反映制冷剂的冷凝过程与蒸发过程，所以制冷剂回路只能借助水的T S图来说明。图中5为发生器的发生初水蒸气状态点；4为发生器的发生结束后水蒸气状态点；3为其平均状态点。3a 3水蒸气在冷凝器中的冷却冷凝过程；3 b 节流过程；b 1为蒸发过程。TS453a31b1P0hPkPkP027548691013(b)435a11、热力计算的任务：（四）理论循环的热力计算：根据用户对制冷量和冷水温度的要求，以及用户所能提供的冷却水流量、温度及加介质条件（如蒸汽压力、燃料的热值等），合理选择某些设计参数，进行制冷循环计算，进而确定各换热设备的热负荷，各种介质的流量及机组的蒸汽单耗和热力系数等。2、单效溴化锂吸收式制冷机组热负荷计算：1）发生器的单位热负荷（qg）表示发生器中产生1kg冷剂蒸汽所需的加热量。设进入发生器的稀溶液流量为g，质量分数为a，比焓为h7，在其中被热源Qg加热，离开发生器的冷剂蒸汽量为d，比焓为h3。流出发生器的浓溶液量为（gd），质量分数和比焓分别为r和h4。在稳定工况下发生器处于热平衡和质平衡则有以下两式成立：Qggh7(g-d)h4dh3Qg+gh7= dh3+(g-d)h4g a= (g-d) r令g / d =a，Qg / d =qa则有：式中a称为溶液的循环倍率，其物理意义为发生器产生1kg冷剂蒸汽所需稀溶液的流量表示在冷凝器中凝结1kg冷剂蒸汽，冷却水需要带走的热流量。Qkdh3dh3dh3= Qk+dh3令Qk / d =qk则有：2）冷凝器的单位热负荷（qk）在稳定工况下冷凝器处于热平衡则有下式成立：表示在蒸发器中蒸发1kg冷剂水，需吸收冷水的热流量。Q0dh3dh1dh1=Q0+dh3令Q0 / d =q0则有：3）蒸发器的单位热负荷（q0）在稳定工况下蒸发器处于热平衡则有下式成立：表示在蒸发器中吸收1kg冷剂蒸汽时冷却水应带走的热量。Qadh1Qa +gh2=dh1 + (g-d)h8 令Qa / d =qa则有：4）吸收器的单位热负荷（qa）在稳定工况下吸收器处于热平衡则有下式成立：(g-d)h8 gh2表示产生1kg冷剂蒸汽时溶液热交换器所回收的热量。则有：5）溶液热交换器的单位热负荷（qt）浓溶液侧：Qt = (g d)(h4-h8)稀溶液侧：Qt = g(h2 h7)或：表示机组运行时所获得的冷量与消耗的热量之比。6）热力系数（）7）热源单耗（d）表示机组制取单位冷量所消耗的加热量。溴化锂吸收式制冷机组的性能：通常指机组在不同工况条件下运行时产生的制冷量及相应的热力系数等主要经济指标冷冻水出口温度对制冷量的影响：第五节 溴化锂吸收式制冷机组的性能及影响实线25 4 6 2表示设计工况时的制冷循环。假设使用本冷水机组制出冷水的空调装置冷负荷降低，则冷水回水温度降低，则经机组后冷水出口温度降低，由于蒸发温度t0取决于冷水出口温度，则蒸发温度降低，即蒸发压力p0降至p0。假设循环中其他参数不变，由于p0下降使点2变至2，稀溶液的质量分数由a升高至a，质量分数差由原来的（ r a）降低为（ r a）。而Q0有下式成立：溴化锂吸收式制冷机组不同运行工况条件主要有：冷水出口温度、冷却水进口温度、热源温度、冷却水与冷水流量、传热结垢、溴化锂溶液循环量的变化、不凝性气体的存在、冷剂水的污染等。h5222465464pkp0p0p0pkt2t2t4t4aaarrr而单位制冷量q0在蒸发温度010范围内变化值为1%左右，可近似认为不变；而g值不变，则制冷量Q0值降低。但当Q0值降低时所有的其他参数均发生相应的变化。最终的变化过程如虚线 2 5 4 6 2 所示：h5222465464pkp0p0p0pkt2t2t4t4aaarrr1、蒸发温度回升：冷水出口温度与蒸发温度之差t0随Q0成比例变化：Q0 t0 t0 p0 p状态2、吸收器出口稀溶液温度下降：Q0 Qa 冷却水出口温度 t2 (t) 状态点2（2）3、冷凝温度下降：Q0 冷却水出口温度 tk pk (pk) 状态点5（5）由图可见，a和r均增加，而对a的影响是直接，对r的影响是通过Q0下降间接影响，则a r，则实际放汽范围ra减小。