大连冷冻机股份有限公司培训制冷知识 - 图文

利用热力学第一定律q = ( h2 - h1 ) + A 来描述，压缩时，q=0，-A= h2 - h1 ，或

w0= h2 - h1 ；冷凝时，A=0，qa=h2-h4； 节流时，q=0，A=0，h4=h5 ； 蒸发时，A=0，q0=h1-h5。 所以qa = h2-h4 = h2 - h5

=(h2-h1)+(h1-h5)=w0+q0。即冷凝时释放的热量等于

蒸发时吸收的热量与压缩作功转化的热量之和，符合利用热力学第一定律，即能量守恒定律。

2) 实际循环

在实际循环中，会存在吸气过热及液体过冷。 a) 液体过冷对制冷系数的影响

液体过冷时，q0ˊ= h1-hd > h1-h5 = q0,而w0不变，制冷系数keˊ=q0ˊ/ w0>ke= q0/w0 。 获得液体过冷度的方法很多，但可能增加设备或运行成本，所以通过提高过冷度来提高循环经济性是一个系统优化的过程。

b) 吸气过热对循环性能的影响

? 排气温度升高： Tk∝T0×(Pk/P0)n-1 ? 单位质量制冷剂压缩功增加 ? 冷凝器热负荷增加

? 压力相同，温度升高，ρ减小，质量流量减小 无效过热：气体从吸气管道至压缩机前，从周围环境中吸取热量产生过热。对于无效过热，单位质量制冷量不变，质量流量减少，制冷量减小；单位质量压缩功增加，制冷系数减小。所以，对于回气管路要采取保温措施，减少无效过热。

有效过热：过热发生在蒸发器后部或被冷却室内的吸气管路上。对于有效过热，单位质量制冷量增加，但比容增加，单位容积制冷量有可能增加，也有可能减小，这与制冷剂的性质有关。如图1-7所示，不同制冷剂单位容积制冷量及制冷系数随过热度增加的变化情况。但无论如何，吸气过热度最终受排气温度所限制。

3、热交换及压力损失对循环性能的影响及解决办法 a) 吸气管道 b) 排气管道

c) 冷凝器到膨胀阀的管路 d) 膨胀阀到蒸发器的管路 e) 蒸发器 f) 冷凝器 g) 压缩机

4、运行工况与经济性指标

a) 蒸发温度不变，冷凝温度变化 冷凝温度升高，单位质量制冷量减少，单位功增加，吸

入点状态不变，质量流量不变。所以，总的制冷量减少，功率增加，制冷系数减小，经济性降低。反之亦然。

b) 冷凝温度不变，蒸发温度变化 蒸发温度降低，单位质量制冷量减少，吸气比容增大（密

度减小），质量流量减小，单位容积制冷量和总制冷量都降低；单位功增加，但质量流量减小，不能直接看出总功率是增大还是减

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小，但总的来说，随着蒸发温度的降低，制冷量都减小，制冷系数减小，经济性降低。反之亦然。

根据上面的分析，要提高制冷系统的经济性，在运行时要尽量降低冷凝温度（但要作整体的经济性分析）和提高蒸发温度，只要能满足被冷却物的温度就可以了。

5、不凝性气体对循环性能的影响

一般来说，空气等不凝性气体都存积在冷凝器的上部，不能通过冷凝器（或贮液器）的液封，占据一定的冷凝空间，减小换热面积，同时，使冷凝压力提高，压缩机功耗增加，冷量减小，Ke降低。对氨系统增加爆炸的可能性。所以，要及时排放系统中的不凝性气体。可采取空气分离器或冷凝器上的放空气阀（小型的氟系统）进行排放。

第二节 两级（双级）缩蒸汽式制冷原理 1. 为什么要采用双级压缩

在制冷循环中，当工质选定后，蒸发压力（P0）和冷凝压力（Pk）是由蒸发温度(T0)和冷凝温度(Tk)决定的。T0是由用冷装置要求决定，Tk由环境介质（水或空气）决定，由于环境介质温度变化是有限的，通常PK变化也不大，所以压缩比PK/P0受P0（T0）的影响要大一些，当P0（T0）降低时，压比明显上升。当压比过大时，会产生以下问题： ? 内泄漏增加，输气系数明显降低。

? 对于活塞压缩机，由于余隙容积的存在，当压比达到20时，压缩机几乎不吸气。 ? 实际压缩过程偏离等熵过程的程度增加，耗功增加，排气温度升高。 ? 节流损失增大，单位质量和单位容积制冷量都减小，压缩机制冷量减小。 ? 排气温度升高（尤其对于活塞机），Tk∝T0×(Pk/P0)n-1，

润滑油变稀，润滑条件减弱，甚至油会出现结碳现象，达到闪点温度有爆炸危险。限制活塞压缩机压比的最大因素就是排气温度。

? 油蒸气大量进入系统，影响换热器的换热效果。

一般来说，单级氨制冷压缩机压比不超过8，氟机不超过10。因此，若要达到比较低的蒸发温度，就要采用双级压缩甚至多级压缩。

2. 双级压缩制冷循环的原理

双级压缩制冷循环是将压缩过程分为两个阶段进行。来自蒸发器的低压气体（压力为P0）先经过低压级压缩机压缩至中间压力（Pm），经过中间冷却器冷却后再进入高压级压缩机，压缩到冷凝压力（Pk）排入到冷凝器中。两个阶段的压缩比各自都保持在10以内。双级压缩制冷循环由于节流级数和中间冷却方式不同而有不同的循环形式。有两级节流和一级节流，中间完全冷却和中间不完全冷却。下面介绍两种常用的并具代表性的双级压缩循环。

1) 一级节流中间完全冷却双级循环

其中：A—低压级压缩机 B—高压级压缩机

C—冷凝器 D—中间冷凝器

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E—蒸发器 F、G—节流阀 2) 一级节流中间不完全冷却双级循环

通常双级压缩氨制冷系统采用中间完全冷却，而氟制冷系统采用中间不完全冷却。这是因为氟的绝热指数（n）比氨小，在相同压比时，氟机压缩终了温度比氨低，所以允许氟机吸气有较大过热度。

3. 实现双级压缩的办法

双级压缩制冷系统可以是多台压缩机组成的双级系统（双级配搭），其中一台或几台作为低压级，一台作为高压级；也可以由一台压缩机组成的单机双级系统，如单机双级活塞制冷压缩机和单机双级螺杆制冷压缩机。通常高、低压级的体积排气量之比为1：2或1：3，并以Pm=√P0×Pk 时最经济。

4. 采用双级压缩制冷循环的优点

a) 由于各级压比均减小，压缩机的输气系数大大 提高。

b) 采用中间冷却，降低了高压级排气温度，改善 了压缩机润滑条件。这对氨压缩机具有重要意义。 c) 功耗降低。例如，t0=-30℃,tk=30℃时，采用 双级压缩的功耗要比采用单级压缩减少12%。

但是，采用双级压缩要比单级压缩多一台压缩机、一个中间冷却器、一只节流阀，投资成本增加。因此，只有在低蒸发温度时采用双级压缩才较为合理。

第二部分 制冷机及辅助设备

第一章 活塞式制冷压缩机

第一节 活塞式制冷压缩机工作原理

1、活塞压缩机的分类

按使用的制冷剂来分，有氨压缩机和氟利昂压缩机两种。

按压缩级数来分，有单级压缩和双级压缩两种。

按汽缸中心线的位置分，有直立式、V型、W型和S（扇）型。 按压缩机的总体结构来分，有开启式、半封闭式、全封闭式三种。

2、活塞式压缩机的工作过程 1) 理想工作过程

在分析活塞式压缩机的工作过程中，可以先把实际过程简化成理想过程。简化时假定：

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a. 压缩机没有余隙容积； b. 吸、排气过程没有容积损失； c. 压缩过程是理想的绝热过程； d. 无泄漏损失。

这样，压缩机的理想工作过程

可用图2-1所示的P—V图来表示。纵坐标表示压力P，横坐标表示活塞在汽缸中移动时形成的容积V。

在图中，4→1表示吸气过程，活塞从上止点开始向右移动，排气阀（片）关闭，吸气阀（片）打开，在压力P1下吸入制冷剂气；1→2表示压缩过程，活塞从下止点向左移动，制冷剂从压力P1绝热压缩到P2，此过程吸、排气阀均关闭；2→3表示排气过程，

活塞左行至2位置时排气阀打开，活塞继续左行，在压力P2下把制冷剂排出汽缸。由于假设没有余隙容积 ，活塞运行到3点时制冷剂全部排出。当活塞再次向右移动时进行下一次的吸气过程。 2) 实际工作过程

压缩机的实际工作过程与理想工作过程有很大不同。实际过程存在余隙容积；吸排气阀有阻力，工作时存在压力损失；汽缸壁与制冷剂之间有热交换，非绝热过程；有漏气损失。

a. 余隙容积的影响

余隙：活塞运动到上止点位置时，活塞顶与阀座之间保持一定的间隙，称为余隙，余隙所形成的容积称为余隙容积。造成余隙的主要原因是：

防止曲柄连杆机构受热延伸时不至于使活塞撞击阀座而引起机器损坏；E:\\培训\\培训教材\\表2-1.doc

排气阀的通道占据一定的空间；

运动部件的磨损使零件配合间隙变大；

活塞环与阀盖之间的环型空间。

余隙容积的存在，在排气过程结束时不能将汽缸内的气体全部排净，有一部分高压气体残留在余隙容积内，这样在下一次吸气开始前，这一部分气体首先膨胀减压，在压力降低到低于吸气压力才能开始吸气。所以，由于余隙容积内的气体膨胀，占据了部分工作容积，使吸气量减少，称为余隙损失。压比越大使，余隙损失越大。

b. 吸排气阀（片）阻力的影响

由于阀门（片）开启时必须克服阀片的惯性力和压在阀片上的弹簧力，以及气体通过阀门的流动阻力，使得实际吸气压力低于P1，而排气压力高于P2。 汽缸内部压比大于外部压比。节流损失。

c. 汽缸壁与制冷剂之间热交换的影响 预热损失。

d. 压缩机泄漏损失的影响

压缩机运行时，由于密封不严和磨损会造成漏气损失，它常发生在活塞环和汽缸壁之间的不密封处，使得气体从高压腔向低压腔泄漏。此外，吸、排气阀片关闭不严或关闭滞后，也会造成汽缸内气体泄漏。这部分损失叫作泄漏损失。

由于这些实际因素的影响，压缩机的实际输气量总是小于理论输气量实际耗功总是大于理想过程的耗功。而影响这些因素最大的外界条件就是压缩比，即冷凝压力和蒸发压力的差值。

第二节活塞式制冷压缩机的结构

1、我国系列活塞制冷压缩机的特点 高速：转速在960~1450r/min；

多缸：开启式压缩机通常有2、4、6、8个汽缸。多缸结构使压缩机布置紧凑，动平衡性能好，

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