第二节蒸气压缩式制冷装置的工作原理-
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第二节
蒸气压缩式制冷装置的工作原理
2020/8/2
11-2-1单级蒸气压缩式制冷循环 (1)
• 制冷循环分析和计算，常用压焓图和温熵图 • 船用压缩式制冷装置大都使用中、高温制冷剂
– 高温制冷剂 标准沸点t。>0℃的制冷剂属 – 中温制冷剂 0℃>t。>一70℃者，如氨、氟利昂12、
氟利昂22等，并多采用单级压缩 – 低温制冷剂 t。<一70℃者属
p = pi/ ηm = pT/(ηm ηi ) = pT/η
– (11)单位轴功率制冷量
Ke=Q0/p=ε ·η
– (12)冷凝器的热负荷
2020/8/2
Qk=Q+pi
kW
11-2-2 单级制冷压缩机工况和特性
• • •
• •
2020/8/2
制冷压缩机工况：
– 指决定其理论循环的温度条件
蒸发温度
2020/8/2
11-2-2-1蒸发温度t0变化的影响 (1)
• 当蒸发温度从t0降低到t0 – 循环由1234561变为 1‘2’3456‘1 – 循环制冷量稍有降低
• 即 q0’<q0
– 同时吸气比容增大
• 即 v1’>vl • 制冷剂流量G减小
– 因此，Q0也减小
2020/8/2
11-2-2-1蒸发温度t0变化的影响 (2)
• 制冷压缩机制冷量可由下式表示： Q0＝Gq0＝λVTq0／v1＝ λ VT·qv
• 制冷压缩机的轴功率则可写为： P = Gw0/η = λVTw0 /v1 η = λVTwv η
式中： wv = w0 /v1 ——压缩机单位容积压缩功
• 压缩机在n和工作缸数不变情况下
– 理论吸气量VT将为定值，从式看出
• 下面就借助于压焓图来研究单级压缩制冷循环
2020/8/2
11-2-1-1 单级蒸气压缩式制冷循环 (2)
• 理论循环假设；
– (1)压缩过程不存在换热和流阻等不可逆损失
• 等熵过程
– (2)制冷剂流过热交换器和管路时没有阻力损失
• 等压过程
– (3)制冷系统中除热交换器外，与外界无任何热交换 ，流过膨胀阀时未作功，又无热交换
• 过程线2—3
– 制冷剂在冷凝器内的冷却、冷凝 – 过热蒸气在等压下先放热冷却降
温，再继续放热冷凝，然后过冷
2020/8/2
11-2-1-1 单级蒸气压缩式制冷循环 (4)
• 过程线3—4
– 冷剂通过膨胀阀的节流过程 – 压力由pk降到po，温度由tk降到t0，并
进入两相区 – 节流前后制冷剂焓值不变
– (4)理论制冷系数
ε = q0/w0 = h1-h5 / h2h 2020/8/2
1
Biblioteka Baidu
11-2-1-2单级压缩制冷热力计算(2)
– (5)制冷剂的质量流量
G = Q0／q0 = Q0／(h1一h5) kg/s
– (6)压缩机容积流量(按吸气 状态容积计算)
Vs = G ·v1 = Q0 ·v1/q0 = Q0/q0
• 等焓过程
• 下图为单级压缩制冷理论循环的压焓图制冷空 调动画\theory cycle.avi
• 制冷空调动画\theory cycle 2.avi
2020/8/2
11-2-1-1 单级蒸气压缩式制冷循环 (3)
• 过程线1—2
– 等熵压缩过程 – 压力由p0提高到pk – 压缩机对制冷剂作功 – 制冷剂温度提高 – 点2处于过热蒸气状态
– 由于循环的单位制冷量q0减少，即 q’0 <q0 – λ减少 (压力比pk／p0增加) – 而吸气比容v1却并未改变
11-2-2-1 冷凝温度tk变化的影响 (2)
• 另一方面，由于单位压缩功增大
– 即w0’>w0，而v1没有变化 – 所以Wv和轴功率P都将增大，装置制冷系数也会
降低 – 反之，当tk降低时，则情况相反
• 制冷机轴功率变化情况
– 因单位压缩功增大
• 即 w0’>w0
– 但制冷剂的流量G减小， 而不能直接判断
• 热力学分析表明
– 在3左达右到),某压压缩力机比轴p功k时率(一最般大 – 通常制冷装置工作时压力
比都大于3，故当蒸发温 度降低时轴功率降低
2020/8/2
11-2-2-1过冷度和过热度的影响(1)
• 过程线4---1
– 等压气化过程 – 制冷剂吸取热量不断气化 – 向干度增大方向，直到过热蒸气
• 由热力状态图和表
– 可确定循环中的各点参数
2020/8/2
11-2-1-2单级蒸气压缩制冷的实 际循环及热力计算
• 实际循环
– 压缩过程是熵值增加的 多变过程
– 节流过程有吸热，焓值 也略有增加
– 制冷剂在管道、热交换 器和压缩机中流动时存 在阻力损失和热交换
– (7)压缩机的理论流量 VT = Vs/λ = Q0/(λ ·qv) m3/s
– (8)压缩机的理论功率
2020/8/2 PT＝G ·w0 kW
11-2-1-2单级压缩制冷热力计算(3)
–(9)压缩机的指示功率
pi = G ·wi
= G ·w0/ηi=PT/ ηi kW
–(10)压缩机的轴功率
– 对应于蒸发压力的饱和温度
蒸发压力
– 由蒸发器产气量和压缩机吸气量间的质量平衡决定
• 如库温降低，蒸发器传热不良，则蒸发量减少，p0就降低
冷凝温度
– 对应于冷凝压力的饱和温度
冷凝压力
– 由压缩机排气量与冷凝器冷凝量的质量平衡来决定
• 如压缩机吸气压力高，质量流量大，则冷凝压力就高
11-2-2-1工况参数对制冷工作影响
• 压缩机的Q0随输气系数λ和单位容积制冷量qv而变 • 而P则与λ、压缩机总效率η和单位容积压缩功wv有关
– 事实上
2020/8/2
• λ、 Q 、 η 和w 均随工况温度条件而变
11-2-2-1 冷凝温度tk变化的影响(1)
2020/8/2
• 假设冷凝温度由tk升高到tk’
– 理论循环由1234561改变为 12‘3’4‘5’6‘1
• 循环过冷度增加
– 过冷温度由t4降到t4’, – Q0则会因q0增加而增加 – 压缩机轴功率不变，ε提高 – 装置过冷度为3～5℃
• 液管压降不宜超过40～ 70kPa
2020/8/2
11-2-1-2单级压缩制冷热力计算(1)
• 热力计算：
– (1)单位制冷量
q。＝ hl—h5 kJ／kg
如吸气管中吸热可忽略不计，则5-1 过程全在蒸发器中进行
– (2)单位容积制冷量
qv = q0/vl kJ／kg
– (3)等熵压缩单位理论功
wi = h2 - h1 kJ／kg
蒸气压缩式制冷装置的工作原理
2020/8/2
11-2-1单级蒸气压缩式制冷循环 (1)
• 制冷循环分析和计算，常用压焓图和温熵图 • 船用压缩式制冷装置大都使用中、高温制冷剂
– 高温制冷剂 标准沸点t。>0℃的制冷剂属 – 中温制冷剂 0℃>t。>一70℃者，如氨、氟利昂12、
氟利昂22等，并多采用单级压缩 – 低温制冷剂 t。<一70℃者属
p = pi/ ηm = pT/(ηm ηi ) = pT/η
– (11)单位轴功率制冷量
Ke=Q0/p=ε ·η
– (12)冷凝器的热负荷
2020/8/2
Qk=Q+pi
kW
11-2-2 单级制冷压缩机工况和特性
• • •
• •
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制冷压缩机工况：
– 指决定其理论循环的温度条件
蒸发温度
2020/8/2
11-2-2-1蒸发温度t0变化的影响 (1)
• 当蒸发温度从t0降低到t0 – 循环由1234561变为 1‘2’3456‘1 – 循环制冷量稍有降低
• 即 q0’<q0
– 同时吸气比容增大
• 即 v1’>vl • 制冷剂流量G减小
– 因此，Q0也减小
2020/8/2
11-2-2-1蒸发温度t0变化的影响 (2)
• 制冷压缩机制冷量可由下式表示： Q0＝Gq0＝λVTq0／v1＝ λ VT·qv
• 制冷压缩机的轴功率则可写为： P = Gw0/η = λVTw0 /v1 η = λVTwv η
式中： wv = w0 /v1 ——压缩机单位容积压缩功
• 压缩机在n和工作缸数不变情况下
– 理论吸气量VT将为定值，从式看出
• 下面就借助于压焓图来研究单级压缩制冷循环
2020/8/2
11-2-1-1 单级蒸气压缩式制冷循环 (2)
• 理论循环假设；
– (1)压缩过程不存在换热和流阻等不可逆损失
• 等熵过程
– (2)制冷剂流过热交换器和管路时没有阻力损失
• 等压过程
– (3)制冷系统中除热交换器外，与外界无任何热交换 ，流过膨胀阀时未作功，又无热交换
• 过程线2—3
– 制冷剂在冷凝器内的冷却、冷凝 – 过热蒸气在等压下先放热冷却降
温，再继续放热冷凝，然后过冷
2020/8/2
11-2-1-1 单级蒸气压缩式制冷循环 (4)
• 过程线3—4
– 冷剂通过膨胀阀的节流过程 – 压力由pk降到po，温度由tk降到t0，并
进入两相区 – 节流前后制冷剂焓值不变
– (4)理论制冷系数
ε = q0/w0 = h1-h5 / h2h 2020/8/2
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11-2-1-2单级压缩制冷热力计算(2)
– (5)制冷剂的质量流量
G = Q0／q0 = Q0／(h1一h5) kg/s
– (6)压缩机容积流量(按吸气 状态容积计算)
Vs = G ·v1 = Q0 ·v1/q0 = Q0/q0
• 等焓过程
• 下图为单级压缩制冷理论循环的压焓图制冷空 调动画\theory cycle.avi
• 制冷空调动画\theory cycle 2.avi
2020/8/2
11-2-1-1 单级蒸气压缩式制冷循环 (3)
• 过程线1—2
– 等熵压缩过程 – 压力由p0提高到pk – 压缩机对制冷剂作功 – 制冷剂温度提高 – 点2处于过热蒸气状态
– 由于循环的单位制冷量q0减少，即 q’0 <q0 – λ减少 (压力比pk／p0增加) – 而吸气比容v1却并未改变
11-2-2-1 冷凝温度tk变化的影响 (2)
• 另一方面，由于单位压缩功增大
– 即w0’>w0，而v1没有变化 – 所以Wv和轴功率P都将增大，装置制冷系数也会
降低 – 反之，当tk降低时，则情况相反
• 制冷机轴功率变化情况
– 因单位压缩功增大
• 即 w0’>w0
– 但制冷剂的流量G减小， 而不能直接判断
• 热力学分析表明
– 在3左达右到),某压压缩力机比轴p功k时率(一最般大 – 通常制冷装置工作时压力
比都大于3，故当蒸发温 度降低时轴功率降低
2020/8/2
11-2-2-1过冷度和过热度的影响(1)
• 过程线4---1
– 等压气化过程 – 制冷剂吸取热量不断气化 – 向干度增大方向，直到过热蒸气
• 由热力状态图和表
– 可确定循环中的各点参数
2020/8/2
11-2-1-2单级蒸气压缩制冷的实 际循环及热力计算
• 实际循环
– 压缩过程是熵值增加的 多变过程
– 节流过程有吸热，焓值 也略有增加
– 制冷剂在管道、热交换 器和压缩机中流动时存 在阻力损失和热交换
– (7)压缩机的理论流量 VT = Vs/λ = Q0/(λ ·qv) m3/s
– (8)压缩机的理论功率
2020/8/2 PT＝G ·w0 kW
11-2-1-2单级压缩制冷热力计算(3)
–(9)压缩机的指示功率
pi = G ·wi
= G ·w0/ηi=PT/ ηi kW
–(10)压缩机的轴功率
– 对应于蒸发压力的饱和温度
蒸发压力
– 由蒸发器产气量和压缩机吸气量间的质量平衡决定
• 如库温降低，蒸发器传热不良，则蒸发量减少，p0就降低
冷凝温度
– 对应于冷凝压力的饱和温度
冷凝压力
– 由压缩机排气量与冷凝器冷凝量的质量平衡来决定
• 如压缩机吸气压力高，质量流量大，则冷凝压力就高
11-2-2-1工况参数对制冷工作影响
• 压缩机的Q0随输气系数λ和单位容积制冷量qv而变 • 而P则与λ、压缩机总效率η和单位容积压缩功wv有关
– 事实上
2020/8/2
• λ、 Q 、 η 和w 均随工况温度条件而变
11-2-2-1 冷凝温度tk变化的影响(1)
2020/8/2
• 假设冷凝温度由tk升高到tk’
– 理论循环由1234561改变为 12‘3’4‘5’6‘1
• 循环过冷度增加
– 过冷温度由t4降到t4’, – Q0则会因q0增加而增加 – 压缩机轴功率不变，ε提高 – 装置过冷度为3～5℃
• 液管压降不宜超过40～ 70kPa
2020/8/2
11-2-1-2单级压缩制冷热力计算(1)
• 热力计算：
– (1)单位制冷量
q。＝ hl—h5 kJ／kg
如吸气管中吸热可忽略不计，则5-1 过程全在蒸发器中进行
– (2)单位容积制冷量
qv = q0/vl kJ／kg
– (3)等熵压缩单位理论功
wi = h2 - h1 kJ／kg