制冷技術(shù)實(shí)用培訓(xùn)教程

157/157第一章制冷技術(shù)差不多知識(shí)§1-1概述一、何謂制冷日常生活中常講的“熱”或“冷”是人體對(duì)溫度高低感受的反應(yīng)。在制冷技術(shù)中所講的冷，是指某空間內(nèi)物體的溫度低于周圍環(huán)境介質(zhì)（如水或空氣）溫度而言。因此“制冷”確實(shí)是使某一空間內(nèi)物體的溫度低于周圍環(huán)境介質(zhì)的溫度，并連續(xù)維持如此一個(gè)溫度的過程。二、何謂人工制冷我們都明白，熱量傳遞終是從高溫物體傳向低溫物體，直至二者溫度相等。熱量決不可能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體，這是自然界的可觀規(guī)律。然而，現(xiàn)代人類的生活與生產(chǎn)經(jīng)常需要某個(gè)物體或空間的溫度低于環(huán)境溫度，甚至低得專門多。例如，儲(chǔ)藏食品需要把食品冷卻到０℃左右或－15℃左右，甚至更低。而這種低溫要求天然冷卻是達(dá)不到的，要實(shí)現(xiàn)這一要求必須有另外的補(bǔ)償過程（如消耗一定的功作為補(bǔ)償過程）進(jìn)行制冷。這種借助于一種專門裝置，消耗一定的外界能量，迫使熱量從溫度較低的被冷卻物體或空間轉(zhuǎn)移到溫度較高的周圍環(huán)境中去，得到人們所需要的各種低溫，稱謂人工制冷。而這種裝置就稱謂制冷裝置或制冷機(jī)。三、人工制冷的方法人工制冷的方法要緊有相變制冷、氣體絕熱膨脹制冷和半導(dǎo)體制冷三種。１.相變制冷即利用物質(zhì)相變的吸熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)制冷。如冰融化時(shí)要吸取80kcal/kg的熔解熱；氨在１標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下氣化時(shí)要吸取327kcal/kg的氣化潛熱；干冰在１標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下升華要吸取137kcal/kg的熱量，其升華溫度為－78.9℃。２.氣體絕熱膨脹制冷：利用氣體通過節(jié)流閥或膨脹機(jī)絕熱膨脹時(shí)，對(duì)外輸出膨脹功，同時(shí)溫度降低，達(dá)到制冷的目的。３.半導(dǎo)體制冷：珀?duì)柼?yīng)告訴我們：兩種不同金屬組成的閉合電路中接上一個(gè)直流電源時(shí)，則一個(gè)接合點(diǎn)變冷，另一個(gè)接合點(diǎn)變熱。然而純金屬的珀?duì)柼?yīng)專門弱，且熱量通過導(dǎo)線對(duì)冷熱端有相互干擾，而用兩種半導(dǎo)體（Ｎ型和Ｐ型）組成的直流閉合電路，則有明顯的珀?duì)柼?yīng)且冷熱端無相互干擾。因此，半導(dǎo)體制冷確實(shí)是利用半導(dǎo)體的溫差電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)制冷地。目前生產(chǎn)實(shí)際中廣泛應(yīng)用的制冷方法是：利用液體的氣化實(shí)現(xiàn)制冷，這種制冷常稱為蒸氣制冷。它的類型有：蒸汽壓縮式制冷（消耗機(jī)械能）、汲取式制冷（消耗熱能）和蒸汽噴射式制冷（消耗熱能）三種。四、制冷體系的劃分在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究上，人們通常依照制冷溫度的不同把人工制冷分為“普冷”和“深冷”兩個(gè)體系。一般把制取溫度高于－120℃的稱為“普冷”、低于－120℃的稱為“深冷”。由于低溫范圍的不同，制冷系統(tǒng)的組成也不同，因此，依照食品制冷要求，我們只介紹一般制冷溫度范圍內(nèi)的蒸氣壓縮制冷?！?-2制冷技術(shù)的熱力學(xué)基礎(chǔ)一、制冷工質(zhì)的熱力狀態(tài)參數(shù)在制冷循環(huán)中，工質(zhì)不斷地進(jìn)行著熱力狀態(tài)變化。描述工質(zhì)所處熱力狀態(tài)的物理量稱為工質(zhì)的熱力狀態(tài)參數(shù)，簡(jiǎn)稱狀態(tài)參數(shù)。一定的狀態(tài)，其狀態(tài)參數(shù)有確定的數(shù)值。工質(zhì)狀態(tài)變化時(shí)，初終狀態(tài)參數(shù)之間的差值，僅與初、終狀態(tài)有關(guān)，而與狀態(tài)變化的過程無關(guān)。制冷技術(shù)中常見的狀態(tài)參數(shù)有：溫度、壓力、比容、內(nèi)能、焓與熵等。這些參數(shù)關(guān)于進(jìn)行制冷循環(huán)的分析和熱力計(jì)算，差不多上特不重要的。1、溫度：溫度是描述熱力系統(tǒng)冷熱狀態(tài)的物理量。制冷工程上常用的溫標(biāo)有：攝氏溫標(biāo)和絕對(duì)溫標(biāo)。二者的區(qū)不僅是起點(diǎn)不同而已T=273+t（K）2、壓力：壓力是單位面積上所承受的垂直作用力，常用符號(hào)P表示。在國(guó)際單位制中，壓力單位為帕斯卡（Pa），實(shí)際應(yīng)用時(shí)也可用兆帕斯卡（Mpa）或巴（bar）表示,1MPa=106Pa而1bar=105Pa。壓力的標(biāo)記有絕對(duì)壓力、表壓力和真空度三種情況。三者之間的關(guān)系是：P=PB+B或P=B-PK作為工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)應(yīng)該是絕對(duì)壓力，而不是表壓力或真空度。3、比容：比容是指單位質(zhì)量工質(zhì)所占有的容積。比容是講明工質(zhì)分子之間密集程度的一個(gè)物理量。比容的倒數(shù)為工質(zhì)的密度，即單位容積工質(zhì)所具有的質(zhì)量，用符號(hào)ρ表示。4、內(nèi)能：內(nèi)能是工質(zhì)內(nèi)部所具有的分子動(dòng)能和分子位能的總和。分子動(dòng)能包括分子的直線運(yùn)動(dòng)動(dòng)能、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)能和分子內(nèi)能、振動(dòng)能三項(xiàng)，其大小與氣體的溫度有關(guān)。而分子位能的大小與分子間的距離有關(guān)，亦即與工質(zhì)的比容有關(guān)。既然氣體的內(nèi)動(dòng)能決定于氣體的溫度、內(nèi)位能決定于氣體的比容，因此氣體的內(nèi)能是其溫度和比容的函數(shù)。也確實(shí)是講內(nèi)能是一個(gè)狀態(tài)參數(shù)。5、焓：焓是一個(gè)復(fù)合的熱力狀態(tài)參數(shù)，表征系統(tǒng)中所有的總能量，它是內(nèi)能與壓力之和。對(duì)１kg工質(zhì)而言，可表示為：ｈ＝ｕ＋Pυ（kJ/kg）或（kcal/kg）式中ｈ—焓或稱比焓（kJ/kg或kcal/kg）υ—比容（m3/kg）ｕ—內(nèi)能（kJ/kg或kcal/kg）ｐ—絕對(duì)壓力（N/m2或Pa）由于內(nèi)能和壓力位能差不多上溫度的參數(shù)，因此焓也是狀態(tài)參數(shù)。確切地講，焓是一定質(zhì)量的流體，從某一初始狀態(tài)變?yōu)槿我粺崃顟B(tài)所加入的總熱量。6、熵：熵是一個(gè)導(dǎo)出的熱力狀態(tài)參數(shù)，熵的中文意義是熱量被溫度除所得的商，熵的外文原名意義是“轉(zhuǎn)變”，指熱量能夠轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ某潭?，它表征工質(zhì)狀態(tài)變化時(shí)，與外界熱交換的程度。二、熱力學(xué)第二定律與理想制冷循環(huán)1、熱力學(xué)第二定律在熱量傳遞和熱、功轉(zhuǎn)換時(shí)，熱力學(xué)第一定律只能講明它們之間的數(shù)量關(guān)系，確不能揭示熱功轉(zhuǎn)換的條件和方向性。關(guān)于能量傳遞和轉(zhuǎn)換過程進(jìn)行的方向、條件和限度則是由熱力學(xué)第二定律來揭示的，它指出：“熱量能自發(fā)的從高溫物體傳向低溫物體，而不能自發(fā)的從低溫物體傳向高溫物體”。這正象石頭或水不可能自發(fā)的從低處向高處運(yùn)動(dòng)一樣。但這并不是講石頭和水在任何條件下都不可能由低處移向高處，只要外界給它們足夠大的作用力，在那個(gè)力的作用下石頭或水就能由低處移向高處，那個(gè)外界作用力稱為補(bǔ)償。同樣，不能把熱力學(xué)第二定律的講法理解為：“不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體”。而是只要有一個(gè)補(bǔ)償過程，熱量就能自低溫物體傳到高溫物體。2、循環(huán)與理想制冷循環(huán)(1)循環(huán)：熱變功的全然途徑是依靠工質(zhì)的膨脹。為了持續(xù)不斷地將熱轉(zhuǎn)換為功,工程上是通過熱機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。但工質(zhì)在熱機(jī)汽缸中僅僅完成一個(gè)膨脹過程是不可能滿足要求的。為了能重復(fù)地進(jìn)行膨脹，工質(zhì)在每次膨脹之后必須進(jìn)行壓縮，以便使其回到初態(tài)。我們把工質(zhì)從初態(tài)動(dòng)身，通過一系列狀態(tài)變化又回到初態(tài)的封閉過程，稱為“循環(huán)”。a.正循環(huán)及熱效率膨脹--壓縮循環(huán)按瞬時(shí)針方向進(jìn)行的，稱為正循環(huán)。正循環(huán)的單位質(zhì)量?jī)艄.正循環(huán)及熱效率膨脹--壓縮循環(huán)按瞬時(shí)針方向進(jìn)行的，稱為正循環(huán)。正循環(huán)的單位質(zhì)量?jī)艄0為正值，若設(shè)高溫?zé)嵩醇咏o工質(zhì)的熱量為q1，工質(zhì)放給低溫?zé)嵩吹臒崃繛閝2，則w0=q1-q2評(píng)價(jià)正循環(huán)的好壞，通常用循環(huán)熱效率ηt來-w0q124q2q2q142w0υP3561υP3561正循環(huán)逆循環(huán)圖1-1壓容圖上的任意循環(huán)衡量，循環(huán)熱效率是指工質(zhì)在整個(gè)熱力循環(huán)中，對(duì)外界所作的凈功w0與循環(huán)中外界所加給工質(zhì)的熱量q1的比值。即：qq2q1q1=q1w0ηt=q1-q2=1-b.逆循環(huán)及性能系數(shù)w0=q1-qw0=q1-q2或q1=q2+w0上式講明，逆循環(huán)的效果是消耗外界的功，將熱量從低溫物體傳遞給高溫物體。如逆循環(huán)的目的是從低溫物體中汲取熱量，則稱為制冷循環(huán)。如逆循環(huán)的目的是給高溫物體供熱，則稱為熱泵循環(huán)。逆循環(huán)的好壞通常用性能系數(shù)ε來衡量。關(guān)于制冷機(jī)來講，是指從冷源汲取的熱量q2與消耗的循環(huán)凈功w0的比值ε1稱為制冷系數(shù)。關(guān)于熱泵來講，是指供給熱源的熱量q1與消耗的循環(huán)凈功w0的比值ε2稱為供熱系數(shù)。則有：εε1=q2/w0w0ε2=q1/w0=q2+w0=ε1+1從上述分析可見，伴隨著低溫?zé)嵩窗岩徊糠譄崃縬2傳送到高溫?zé)嵩粗腥サ耐瑫r(shí),循環(huán)的凈功w0也將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃坎⒘飨蚋邷責(zé)嵩?，這確實(shí)是使熱量從低溫?zé)嵩磦鹘o高溫?zé)嵩此匦璧难a(bǔ)償條件。沒有那個(gè)補(bǔ)償條件，熱量是不可能從低溫?zé)嵩磦鹘o高溫?zé)嵩吹?。?）理想制冷循環(huán)理想制冷循環(huán)可通過逆卡諾循環(huán)講明。q0q0qk432TkT0TS1w0圖1-2逆卡諾循環(huán)T—S圖過程和兩個(gè)絕熱過程組成。假設(shè)低溫?zé)嵩吹臏囟葹門0，高溫?zé)嵩吹臏囟葹門k,則工質(zhì)的溫度在吸熱過程中為T0，在放熱過程中為Tk,確實(shí)是講工質(zhì)在吸熱和放熱過程中是在等溫下進(jìn)行的，壓縮和膨脹過程是在沒有任何損失情況下進(jìn)行。其循環(huán)過程為：首先工質(zhì)在T0下從冷源（即被冷卻物體）吸取熱量q0，并進(jìn)行等溫膨脹4-1，然后通過絕熱壓縮1-2，使其溫度由T0升高至環(huán)境介質(zhì)的溫度Tk,再在Tk下進(jìn)行等溫壓縮2-3，并向環(huán)境介質(zhì)（即高溫?zé)嵩矗┓懦鰺崃縬k,最后再進(jìn)行絕熱膨脹3-4，使其溫度由Tk降至T0即使工質(zhì)回到初始狀態(tài)4，從而完成一個(gè)循環(huán)。關(guān)于逆卡諾循環(huán)來講，由圖1-2可知：q0=T0(S1-S4)qk=Tk(S2-S3)=Tk(S1-S4）w0=qk-q0=Tk(S1-S4)-T0(S1-S4)=(Tk-T0)(S1-S4)則逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)εk為：T0T0(S1—S4）(Tk—T0)(S1—S4）εk=q0w0==Tk—T0T0由上式可見，逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)與工質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)，只取決于冷源（即被冷卻物體）的溫度T0和熱源（即環(huán)境介質(zhì)）的溫度Tk；降低Tk，提高T0，均可提高制冷系數(shù)。此外，由熱力學(xué)第二定律還能夠證明：“在給定的冷源和熱源溫度范圍內(nèi)工作的逆循環(huán)，以逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)為最高”。任何實(shí)際制冷循環(huán)的制冷系數(shù)都小于逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)。總上所述，理想制冷循環(huán)應(yīng)為逆卡諾循環(huán)。而實(shí)際上逆卡諾循環(huán)是無法實(shí)現(xiàn)的，但它能夠用作評(píng)價(jià)實(shí)際制冷循環(huán)完善程度的指標(biāo)。通常將工作于相同溫度間的實(shí)際制冷循環(huán)的制冷系數(shù)ε與逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)εk之比，稱為該制冷機(jī)循環(huán)的熱力完善度，用符號(hào)η表示。即：η=ε/εk熱力完善度是用來表示制冷機(jī)循環(huán)接近逆卡諾循環(huán)循環(huán)的程度。它也是制冷循環(huán)的一個(gè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，但它與制冷系數(shù)的意義不同，關(guān)于工作溫度不同的制冷循環(huán)無法按其制冷系數(shù)的大小來比較循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性，而只能依照循環(huán)的熱力完善度的大小來推斷。

§1-3制冷劑的相態(tài)變化及其狀態(tài)圖一、制冷劑的相態(tài)變化眾所周知，物質(zhì)有三種狀態(tài)，確實(shí)是固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。物質(zhì)的三種狀態(tài)，在一定的壓力和溫度條件下是能夠相互轉(zhuǎn)化的。其轉(zhuǎn)化過程分不稱為：1.汽化物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程稱為汽化。汽化有蒸發(fā)和沸騰兩種形式。其中，在液體表面進(jìn)行的汽化過程叫蒸發(fā)，在液體內(nèi)部產(chǎn)生氣泡的劇烈汽化過程叫沸騰。在一定壓力下，蒸發(fā)在任何溫度下都可進(jìn)行，而沸騰只有液體被加熱到一定溫度才開始進(jìn)行。當(dāng)汽液兩相共存同時(shí)保持平衡狀態(tài)時(shí)稱為飽和狀態(tài)?，F(xiàn)在的蒸汽和液體分不叫做飽和蒸汽和飽和液體，處于飽和狀態(tài)的壓力與溫度稱為飽和壓力與飽和溫度。飽和壓力與飽和溫度總是相互對(duì)應(yīng)的，即一定的飽和壓力對(duì)應(yīng)著一定的飽和溫度，反之亦然。二者之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系：飽和溫度愈高，飽和壓力也愈高。反之，飽和壓力愈高，飽和溫度也愈高。這是飽和狀態(tài)的一個(gè)重要特點(diǎn)。2.冷凝物質(zhì)從汽態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的過程稱為冷凝或叫做液化。汽體的液化溫度與壓力有關(guān)，增大壓力，可使汽體在較高的溫度下液化。液化的差不多方法是降低溫度和增加壓力。3.升華物質(zhì)由固態(tài)直接轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程稱為升華。4.凝華物質(zhì)由氣態(tài)直接轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程稱為凝華。例如空氣中的水蒸汽在膨脹閥上結(jié)霜時(shí)發(fā)生的過程。二、制冷劑的壓—焓圖及熱力性質(zhì)表制冷劑的熱力狀態(tài)能夠用其熱力性質(zhì)表來講明，也能夠用壓—焓圖來表示。壓—焓圖(lgP—h圖)是一種以絕對(duì)壓力的對(duì)數(shù)值lgP為縱坐標(biāo)，焓值為橫坐標(biāo)的熱工圖表。采納對(duì)數(shù)值lgP（而不采納P）為縱坐標(biāo)的目的是為了縮小圖的尺寸，提高低壓區(qū)域的精確度，但在使用時(shí)仍然直接從圖上讀出P的數(shù)值即可。1.壓—焓圖(lgP—h圖)的結(jié)構(gòu)壓—焓圖中有六種等狀態(tài)參數(shù)線，如圖1—3所示：等壓線P：水平細(xì)直線。等焓線h：豎直細(xì)直線。壓—焓圖中有六種等狀態(tài)參數(shù)線，如圖1—3所示：等壓線P：水平細(xì)直線。等焓線h：豎直細(xì)直線。等溫線t：點(diǎn)劃線，其在過冷液體區(qū)為豎直線，在濕蒸汽區(qū)為水平線，在過熱蒸汽區(qū)為略微向右下方彎曲的曲線。圖1—3壓—焓圖④等熵線S：為從左到右稍向上彎曲的實(shí)線。⑤等比容線υ：在濕蒸汽區(qū)和過熱蒸汽區(qū)中，為從左到右稍向上彎曲的虛⑥等干度線χ：只存在于濕蒸汽區(qū)和過熱蒸汽區(qū)域內(nèi)，走向與飽含液體線或干飽和蒸汽線差不多一致。壓—焓圖上每一點(diǎn)都代表制冷劑的某一狀態(tài)，在溫度、壓力、比容、焓、熵、干度六個(gè)狀態(tài)參數(shù)中，只要明白其中任意兩個(gè)獨(dú)立的狀態(tài)參數(shù)，就能夠在圖中確定其狀態(tài)點(diǎn)，從而查出其它幾個(gè)狀態(tài)參數(shù)。不同的制冷劑，其壓—焓圖(lgP—h圖)的形狀也有所不同，常用制冷劑R717、R12及R22的飽和熱力性質(zhì)表見附表。在工程計(jì)算中，依照需要能夠查取制冷劑的飽和熱力性質(zhì)表，依照一個(gè)狀態(tài)參數(shù)，再查取制冷劑的飽和液體或干飽和蒸汽的其它狀態(tài)參數(shù)。2.壓—焓圖(lgP—h圖)的應(yīng)用壓—焓圖(lgP—h圖)是進(jìn)行制冷循環(huán)分析和計(jì)算的重要工具，在進(jìn)行制冷循環(huán)的熱力分析和計(jì)算之前，必須首先確定循環(huán)的工作參數(shù)，以便利用壓—焓圖再來確定循環(huán)的各有關(guān)狀態(tài)點(diǎn)的參數(shù)值，如圖1—4所示。點(diǎn)1：為制冷劑蒸汽進(jìn)入壓縮機(jī)的狀態(tài)。如不考慮管路的冷量損失，則壓縮機(jī)的吸汽溫度t點(diǎn)1：為制冷劑蒸汽進(jìn)入壓縮機(jī)的狀態(tài)。如不考慮管路的冷量損失，則壓縮機(jī)的吸汽溫度t1即為制冷劑出蒸發(fā)器時(shí)的溫度t0，即t1＝t0，在理想情況下，進(jìn)壓縮機(jī)的制冷劑蒸汽為飽和狀態(tài)。如已知蒸發(fā)溫度t0，便能明白制冷劑蒸發(fā)壓力P0，如此便能依照P0＝C的等壓線和干飽和蒸汽線的交點(diǎn)得出點(diǎn)1。點(diǎn)2：為制冷劑出壓縮機(jī)的狀態(tài)，也是進(jìn)冷凝5tktgt01432hlgP圖1—4器的狀態(tài)。過程l—2為制冷劑在壓縮機(jī)中絕熱壓縮過程。絕熱過程中熵不變，即S1＝S2，該過程沿點(diǎn)1的等墑線進(jìn)行，它與Pk=C的等壓線的交點(diǎn)即為點(diǎn)2。點(diǎn)5：為制冷劑在冷凝器中凝聚成飽和液體的狀態(tài)。它可由Pk=C的等壓線與飽和液體線相交得到。點(diǎn)3：為制冷劑液體過冷后的狀態(tài)。因?yàn)橹评鋭┮后w在過冷過程中的等于冷凝壓力Pk，它的溫度低于冷凝溫度，因此Pk=C的等壓線和tg=C的等溫線交點(diǎn)即為點(diǎn)3。點(diǎn)4：為制冷劑出節(jié)流閥(膨脹閥)的狀態(tài)，也是進(jìn)蒸發(fā)器的初態(tài)。因?yàn)楣?jié)流前后的焓值不變，而壓力降低至蒸發(fā)壓力P0，溫度為蒸發(fā)溫度t0，因此由點(diǎn)3作垂線（即等焓線）與t0=C的等溫線相交即得點(diǎn)4。4—1：為制冷劑在蒸發(fā)器中的汽化吸熱過程。如此依照?qǐng)D上所得的狀態(tài)點(diǎn)，即可查得各狀態(tài)點(diǎn)的熱力參數(shù)值。例1—1絕對(duì)壓力為2bar，比容為0.7m3／kg的氨呈何種狀態(tài)?解:所求的狀態(tài)是1gP一h圖上P＝2bar的水平線和υ＝0.7m3／kg的等比容線的交點(diǎn)A(見圖1—5)。因?yàn)锳點(diǎn)在過熱區(qū)內(nèi)，因此這時(shí)氨的狀態(tài)是過熱蒸汽，該狀態(tài)點(diǎn)的溫度為20℃，焓值約為1470kJ／kg。例1—2絕對(duì)壓力為10bar，溫度為20℃的氟利昂—22呈何種狀態(tài)?解:所求狀態(tài)可由10bar的等壓線和20℃等溫線的交點(diǎn)B來表示(見圖1—6)。因?yàn)锽點(diǎn)在過冷區(qū)內(nèi)，因此這時(shí)氟利昂—22的狀態(tài)為過冷液體，其焓值為224.08kJ／kg。例1—3氟利昂—22壓縮機(jī)吸入的汽體為-5℃的干飽和蒸汽，如將其絕熱壓縮到PK為12bar時(shí)，其壓縮終態(tài)的溫度是多少?解:壓縮機(jī)吸入狀態(tài)可由-5℃等溫線與干飽和蒸汽線的交點(diǎn)C來確定(見圖1—7)。點(diǎn)C的熵值S=1.76kJ／kg·K，因其為絕熱壓縮過程，故壓縮過程熵值不變。因此壓縮終點(diǎn)D是壓力PK=12bar的等壓線與S=1.76kJ／kg·K的等熵線的交點(diǎn)。由圖上查得此點(diǎn)的溫度Td=47℃即為所求壓縮終態(tài)溫度。CCD1470kJ/kg20℃A2.0barhlgPυ=0.7m3/kgB224.08kJ/kg20℃10barhlgP47℃S=1.7612bar―5℃hlgP圖1—5圖1—6圖1—7綜上所述，壓一焓圖不僅能夠簡(jiǎn)便地確定制冷劑的狀態(tài)參數(shù)，同時(shí)能表示出制冷循環(huán)及過程中參數(shù)的變化和能量變化，它能夠用線段的長(zhǎng)短來表示能量多少。由于制冷劑在蒸發(fā)器和冷凝器中的吸熱和放熱過程差不多上在定壓下進(jìn)行，而定壓過程中熱量的變化以及壓縮機(jī)在絕熱壓縮過程中所消耗的功都能夠用焓差來計(jì)算，同時(shí)制冷劑在節(jié)流閥前后的焓值又保持不變，因此利用1gP一h圖來分析制冷循環(huán)及進(jìn)行熱力計(jì)算最為方便。

第二章制冷劑與載冷劑§2-1制冷劑制冷劑又稱制冷工質(zhì)，它是在制冷系統(tǒng)中不斷循環(huán)并通過其本身的狀態(tài)變化以實(shí)現(xiàn)制冷的工作物質(zhì)。制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)汲取被冷卻介質(zhì)（水或空氣等）的熱量而汽化，在冷凝器中將熱量傳遞給周圍空氣或水而冷凝。它的性質(zhì)直接關(guān)系到制冷裝置的制冷效果、經(jīng)濟(jì)性、安全性及運(yùn)行治理。一、對(duì)制冷劑性質(zhì)的要求１.臨界溫度要高，凝固溫度要低。這是對(duì)制冷劑性質(zhì)的差不多要求。臨界溫度高，便于用一般的冷卻水或空氣進(jìn)行冷凝；凝固溫度低，以免其在蒸發(fā)溫度下凝固，便于滿足較低溫度的制冷要求。２.在大氣壓力下的蒸發(fā)溫度要低。這是低溫制冷的一個(gè)必要條件。３.壓力要適中。蒸發(fā)壓力最好與大氣壓相近并稍高于大氣壓力，以防空氣滲入制冷系統(tǒng)中，從而降低制冷能力。冷凝壓力不宜過高（一般≯12～15絕對(duì)大氣壓），以減少制冷設(shè)備承受的壓力，以免壓縮功耗過大并可降低高壓系統(tǒng)滲漏的可能性。４.單位容積制冷量ｑv要大。如此在制冷量一定時(shí)，能夠減少制冷劑的循環(huán)量，縮小壓縮機(jī)的尺寸。５.導(dǎo)熱系數(shù)要高，粘度和密度要小。以提高各換熱器的傳熱系數(shù)，降低其在系統(tǒng)中的流淌阻力損失。６.絕熱指數(shù)ｋ要小。由絕熱過程中參數(shù)間關(guān)系式可知，在初和氣壓縮比相同的情況下，K↑→T2↑?？梢?，ｋ小可降低排氣溫度。７.具有化學(xué)穩(wěn)定性。不燃燒、不爆炸、高溫下不分解、對(duì)金屬不腐蝕、與潤(rùn)滑油不起化學(xué)反應(yīng)、對(duì)人身健康無損無害。８.價(jià)格廉價(jià)，易于購(gòu)得。且應(yīng)具有一定的吸水性，以免當(dāng)制冷系統(tǒng)中滲進(jìn)極少量的水分時(shí)，產(chǎn)生“冰塞”而阻礙正常運(yùn)行。二、制冷劑的一般分類依照制冷劑常溫下在冷凝器中冷凝時(shí)飽和壓力Pk和正常蒸發(fā)溫度T0的高低，一般分為三大類：１.低壓高溫制冷劑冷凝壓力Pk≤２～３Kg/cm2（絕對(duì)），T0>０℃如Ｒ11（CFCl3），其T0＝23.7℃。這類制冷劑適用于空調(diào)系統(tǒng)的離心式制冷壓縮機(jī)中。通常３０℃時(shí)，Pk≤3.06Kg/cm2。２.中壓中溫制冷劑冷凝壓力Pk<20Kg/cm2（絕對(duì)），０℃<T0>-60℃。如Ｒ717、Ｒ12、Ｒ22等，這類制冷劑一般用于一般單級(jí)壓縮和雙級(jí)壓縮的活塞式制冷壓縮機(jī)中。３.高壓低溫制冷劑冷凝壓力Pk≥20Kg/cm2（絕對(duì)），T0≤－70℃。如Ｒ13（CF3Cl）、Ｒ14（CF4）、二氧化碳、乙烷、乙烯等，這類制冷劑適用于復(fù)迭式制冷裝置的低溫部分或－７０℃以下的低溫裝置中。三、常用制冷劑的特性用于食品工業(yè)和空調(diào)制冷的有十多種。其中被廣泛采納的只有以下幾種：１.氨（代號(hào)：Ｒ717）氨是目前使用最為廣泛的一種中壓中溫制冷劑。氨的凝固溫度為-77.7℃，標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為－33.3℃，在常溫下冷凝壓力一般為1.1～1.3MPa，即使當(dāng)夏季冷卻水溫高達(dá)３０℃時(shí)也決不可能超過1.5MPa。氨的單位標(biāo)準(zhǔn)容積制冷量大約為520kcal/ｍ3。氨有專門好的吸水性，即使在低溫下水也可不能從氨液中析出而凍結(jié)，故系統(tǒng)內(nèi)可不能發(fā)生“冰塞”現(xiàn)象。氨對(duì)鋼鐵不起腐蝕作用，但氨液中含有水分后，對(duì)銅及銅合金有腐蝕作用，且使蒸發(fā)溫度稍許提高。因此，氨制冷裝置中不能使用銅及銅合金材料，并規(guī)定氨中含水量不應(yīng)超過0.2％。氨的比重和粘度小，放熱系數(shù)高，價(jià)格廉價(jià)，易于獲得。然而，氨有較強(qiáng)的毒性和可燃性。若以容積計(jì)，當(dāng)空氣中氨的含量達(dá)到0.5％～0.6％時(shí)，人在其中停留半個(gè)小時(shí)即可中毒，達(dá)到11％～13％時(shí)即可點(diǎn)燃，達(dá)到16％時(shí)遇明火就會(huì)爆炸。因此，氨制冷機(jī)房必須注意通風(fēng)排氣，并需經(jīng)常排除系統(tǒng)中的空氣及其它不凝性氣體。總上所述，氨作為制冷劑的優(yōu)點(diǎn)是：易于獲得、價(jià)格低廉、壓力適中、單位制冷量大、放熱系數(shù)高、幾乎不溶解于油、流淌阻力小，泄漏時(shí)易發(fā)覺。其缺點(diǎn)是：有刺激性臭味、有毒、能夠燃燒和爆炸，對(duì)銅及銅合金有腐蝕作用。２.氟利昂－12（代號(hào)：Ｒ12）Ｒ12為烷烴的鹵代物，學(xué)名二氟二氯甲烷。它是我國(guó)中小型制冷裝置中使用較為廣泛的中壓中溫制冷劑。Ｒ12標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為－29.8℃，冷凝壓力一般為0.78～0.98MPa，凝固溫度為-155℃，單位容積標(biāo)準(zhǔn)制冷量約為288kcal/ｍ3。Ｒ12是一種無色、透明、沒有氣味，幾乎無毒性、不燃燒、不爆炸，專門安全的制冷劑。只有在空氣中容積濃度超過80％時(shí)才會(huì)使人窒息。但與明火接觸或溫度達(dá)400℃以上時(shí)，則分解出對(duì)人體有害的氣體。Ｒ12能與任意比例的潤(rùn)滑油互溶且能溶解各種有機(jī)物，但其吸水性極弱。因此，在小型氟利昂制冷裝置中不設(shè)分油器，而裝設(shè)干燥器。同時(shí)規(guī)定Ｒ12中含水量不得大于0.0025％，系統(tǒng)中不能用一般天然橡膠作密封墊片，而應(yīng)采納丁晴橡膠或氯乙醇等人造橡膠。否則，會(huì)造成密封墊片的膨脹，從而引起制冷劑的泄漏。３.氟利昂－22（代號(hào)：Ｒ２２）Ｒ160℃，冷凝壓力同氨相似，單位容積標(biāo)準(zhǔn)制冷量約為454kcal/ｍ3。Ｒ22的許多性質(zhì)與Ｒ12相似，但化學(xué)穩(wěn)定性不如Ｒ12，毒性也比Ｒ12稍大。然而，Ｒ22的單位容積制冷量卻比Ｒ12大的多，接近于氨。當(dāng)要求－40～－70℃的低溫時(shí)，利用Ｒ22比Ｒ12適宜，故目前Ｒ22被廣泛應(yīng)用于－40～－60℃的雙級(jí)壓縮或空調(diào)制冷系統(tǒng)中?！?-2載冷劑載冷劑是用來先同意制冷劑冷量而后去冷卻其它物質(zhì)的媒介物質(zhì)，又稱冷媒。它在間接制冷系統(tǒng)中起著傳遞制冷劑冷量的作用。一、對(duì)載冷劑的要求選擇載冷劑時(shí)應(yīng)考慮因素有：冰點(diǎn)、比熱、對(duì)金屬腐蝕性和價(jià)格等。１.比熱要大比熱大，載冷量就大，從而可減小載冷劑的循環(huán)量。２.粘度低、導(dǎo)熱系數(shù)高。３.凝固點(diǎn)低且要適宜，因凝固點(diǎn)過低將導(dǎo)致比熱減小、粘度增大。４.無臭、無毒、使用安全，且對(duì)金屬的腐蝕性要小。５.價(jià)格低廉，易于購(gòu)得。二、常用載冷劑及性質(zhì)載冷劑的種類較多，能夠是氣體、液體或固體。常用載冷劑有空氣、水和鹽水溶液。１.空氣和水空氣或水是最廉價(jià)、最易獲得的載冷劑。都具有密度小、安全無害、對(duì)設(shè)備幾乎無腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)。但空氣的比熱小，因此只有利用空氣直接冷卻時(shí)才采納空氣作載冷劑。水雖有比熱大的優(yōu)點(diǎn)，但水的冰點(diǎn)高，因此水僅能用作制出０℃以上的載冷劑。０℃以下應(yīng)采納鹽水作載冷劑。２.鹽水溶液鹽水是最常用的載冷劑，由鹽溶于水制成。常用的鹽水要緊有氯化鈉水溶液和氯化鈣水溶液。鹽水的性質(zhì)于溶液中含鹽量的多少有關(guān)。特不需要指出，鹽水的凝固點(diǎn)取決于鹽水的濃度。圖2-1中的曲線表示鹽水溶液的凝固點(diǎn)與濃度的關(guān)系。圖中曲線Ⅰ（實(shí)線）為氯化鈉0℃鹽水的凝固曲線，曲線Ⅱ（虛線）-10為氯化鈣鹽水的凝固曲線。由這兩-20條曲線可知,不管哪一種鹽水，當(dāng)-30鹽水的濃度小于某一定值時(shí)，其凝-40固溫度隨濃度的增加而降低，而當(dāng)-50濃度大于這一定值以后，凝固溫度-60隨濃度的增加反而升高。該臨界點(diǎn)01020304050％對(duì)應(yīng)濃度稱共晶濃度。該點(diǎn)相當(dāng)于圖2-1鹽水的凝固點(diǎn)與濃度的關(guān)系全部鹽水溶液凍結(jié)成一塊冰鹽結(jié)晶體，它是最低的凝固點(diǎn)。在共晶點(diǎn)的左側(cè)，假如鹽水的濃度不變，而溫度降低，當(dāng)?shù)陀谠摑舛人鶎?duì)應(yīng)的凝固點(diǎn)時(shí)，則有冰從鹽水中析出，因此共晶點(diǎn)左面的曲線稱為析冰線。當(dāng)鹽水的濃度超過共晶濃度時(shí)（即在共晶點(diǎn)的右面），假如鹽水的濃度不變，而當(dāng)溫度降低到該濃度所對(duì)應(yīng)的凝固點(diǎn)以下時(shí)，從溶液中析出的不再是冰而是結(jié)晶鹽，因此共晶點(diǎn)右面的曲線稱為析鹽線。不同的鹽水溶液其共晶點(diǎn)是不同的，如氯化鈉鹽水的共晶溫度為－21.2℃，共晶濃度為22.4％；而氯化鈣鹽水的共晶溫度為－55℃，共晶濃度為29.9％。鹽水雖具有原料充沛、成本低、凝固點(diǎn)可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，但由于鹽水的濃度對(duì)鹽水溶液的性質(zhì)具有專門大阻礙，故鹽水作為載冷劑時(shí)應(yīng)注意以下問題：（１）要合理地選擇鹽水的濃度。鹽水的濃度增高，雖可降低凝固點(diǎn)，但使鹽水密度加大、比熱減小。而鹽水密度加大與比熱減小，都會(huì)使輸液泵的功率消耗增大。因此，不應(yīng)選擇過高的鹽水濃度，而應(yīng)依照使鹽水的凝固點(diǎn)低于載冷劑系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的最低溫度為原則來選擇鹽水的濃度。目前一般在選擇鹽水濃度時(shí)，使其凝固溫度比制冷劑的蒸發(fā)溫度低５～８℃為宜。（２）注意鹽水對(duì)設(shè)備及管道的腐蝕問題。鹽水對(duì)金屬的腐蝕隨溶液中含氧量的減少而變慢。為此，最好采納閉式鹽水系統(tǒng)，以減少鹽水與空氣接觸機(jī)會(huì)，從而降低對(duì)設(shè)備及管道的腐蝕。此外，鹽水的含氧量隨鹽水濃度的降低而增高。因而，從含氧量與腐蝕性來要求，鹽水濃度不可太低。另外，為了減輕鹽水的腐蝕性，還應(yīng)在鹽水中加入一定量的防腐劑并使其具有合適的酸堿性。一般１ｍ3氯化鈉水溶液中應(yīng)加3.2kg重鉻酸鈉和0.88kg氫氧化鈉；１ｍ3氯化鈣水溶液中應(yīng)加1.6kg重鉻酸鈉和0.44kg氫氧化鈉。加入防腐劑后，必須使鹽水呈弱堿性（pＨ=7.5～8.5），這可通過氫氧化鈉的加入量進(jìn)行調(diào)整。添加防腐劑時(shí)應(yīng)特不小心并注意毒性。（３）鹽水載冷劑在使用過程中，會(huì)因汲取空氣中的水分而使其濃度降低。為了防止鹽水的濃度降低，引起凝固點(diǎn)溫度升高，必須定期檢測(cè)鹽水的比重。若濃度降低，應(yīng)適當(dāng)補(bǔ)充鹽量，以保持在適當(dāng)?shù)臐舛?。?-3潤(rùn)滑油一、潤(rùn)滑油的作用潤(rùn)滑油在制冷工程上通常稱為冷凍機(jī)油，它在制冷壓縮機(jī)的運(yùn)行中起著重要作用。要緊有如下幾方面：1.起潤(rùn)滑作用：減小機(jī)器運(yùn)動(dòng)部件的摩擦和磨損，延長(zhǎng)使用壽命。2.降低溫度冷凍機(jī)油在制冷壓縮機(jī)內(nèi)不斷循環(huán)，能夠帶走制冷壓縮機(jī)工作過程中產(chǎn)生的許多熱量，使機(jī)器保持較低的溫度，從而提高制冷壓縮機(jī)的效率和使用可靠性。3.起密封作用冷凍機(jī)油在軸封及汽缸與活塞間起密封作用，防止制冷劑泄漏。4.提供卸載機(jī)構(gòu)的動(dòng)力帶有卸載裝置的制冷壓縮機(jī)中，利用冷凍機(jī)油的油壓作為卸載機(jī)構(gòu)的動(dòng)力。二、潤(rùn)滑油的性能指標(biāo)及選用(一)潤(rùn)滑油的性能指標(biāo)1.粘度粘度是潤(rùn)滑油的一個(gè)要緊性能指標(biāo)，不同制冷劑對(duì)粘度有不同要求，如R12與潤(rùn)滑油能相互溶解，會(huì)使?jié)櫥驼扯冉档停蕬?yīng)選用粘度較高的潤(rùn)滑油。壓縮機(jī)中潤(rùn)滑油的粘度過大和過小都不行。粘度過大會(huì)使壓縮機(jī)摩擦功率和摩擦發(fā)熱量增加，啟動(dòng)力矩增大，機(jī)器效率降低;粘度過小，則因不能建立起所需油膜而加速軸承等處的磨損。因此粘度必須適中。潤(rùn)滑油的粘度隨溫度變化而有專門大變化(例如溫度由50℃升高到100℃時(shí)，2.濁點(diǎn)潤(rùn)滑油的濁點(diǎn)是表示當(dāng)溫度降低到某一數(shù)值時(shí)，潤(rùn)滑油中開始析出石蠟(即潤(rùn)滑油變得混濁)時(shí)的溫度。制冷壓縮機(jī)中所使用的潤(rùn)滑油，其濁點(diǎn)應(yīng)低于制冷劑的蒸發(fā)溫度。特不在氟系統(tǒng)中，一部分潤(rùn)滑油溶解于制冷劑中而隨制冷劑流到制冷系統(tǒng)各處，若油中有石蠟析出，它會(huì)積存在節(jié)流閥處引起堵塞，或積存在蒸發(fā)器的傳熱表面，減弱傳熱效果。3.凝固點(diǎn)潤(rùn)滑油在試驗(yàn)條件下，冷卻到停止流淌的溫度，稱為凝固點(diǎn)。用于制冷機(jī)的潤(rùn)滑油，凝固點(diǎn)應(yīng)越低越好。一般凝固點(diǎn)應(yīng)低于-40℃。當(dāng)潤(rùn)滑油與制冷劑互相溶解時(shí)，凝固點(diǎn)將會(huì)降低。4.閃點(diǎn)潤(rùn)滑油(在開口盛油器內(nèi))加熱到它的蒸汽與火焰接觸時(shí)，發(fā)生閃火的最低溫度稱為閃點(diǎn)。制冷壓縮機(jī)所用的潤(rùn)滑油其閃點(diǎn)應(yīng)比排汽溫度高25—35℃，以免引起潤(rùn)滑油的燃燒與結(jié)焦。通常對(duì)氨、R12和R22用的潤(rùn)滑油，其閃點(diǎn)應(yīng)在160—170℃以上。5.學(xué)穩(wěn)定性及抗氧化性潤(rùn)滑油應(yīng)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化，否則在高溫或金屬的催化作用下，與制冷劑等接觸反應(yīng)，會(huì)生成焦炭、酸性物等有害物質(zhì)。6.含水量與機(jī)械雜質(zhì)潤(rùn)滑油中不應(yīng)含有水分，因?yàn)樗植坏珪?huì)使蒸發(fā)壓力下降，蒸發(fā)溫度升高，而且會(huì)加劇油的化學(xué)變化及腐蝕金屬的作用。水分在氟利昂壓縮機(jī)中還會(huì)引起“鍍鋼現(xiàn)象”，使銅零件與氟利昂發(fā)生作用而分解出銅，并積聚在軸承、閥門等零件的鋼質(zhì)表面上。結(jié)果使這些表的厚度增加，破壞了一般新油中不含有水分和機(jī)械雜質(zhì)，因?yàn)橛糜谥评錂C(jī)的潤(rùn)滑油，在生產(chǎn)過程中都通過了嚴(yán)格的脫水處理。但脫水潤(rùn)滑油具有專門強(qiáng)的吸濕性，因此在儲(chǔ)運(yùn)、加油時(shí)，應(yīng)盡量幸免和空氣接觸。用汽油或苯將潤(rùn)滑油溶解稀釋，并用濾紙過濾后所殘存的物質(zhì)稱為潤(rùn)滑油的機(jī)械雜質(zhì)。潤(rùn)滑油中的機(jī)械雜質(zhì)會(huì)加速零件的磨損和油的絕緣性能的降低、堵塞潤(rùn)滑油通道，因此雜質(zhì)也是越少越好，一般規(guī)定不超過0.01％。7.擊穿電壓擊穿電壓是一個(gè)表示潤(rùn)滑油絕緣性能的指標(biāo)，純潤(rùn)滑油絕緣性能專門好，但當(dāng)其含有水分、纖維、灰塵等雜質(zhì)時(shí)，絕緣性能就會(huì)降低。半封閉式和全封閉式壓縮機(jī),一般要求潤(rùn)滑油的擊穿電壓在25kV以上。因?yàn)闈?rùn)滑油直接和電機(jī)繞組接觸。（二）國(guó)產(chǎn)冷凍機(jī)油的規(guī)格及選用我國(guó)目前冷凍機(jī)油規(guī)格是按照石油化工總公司頒布的《ZBE34003—86》的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的，本標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，按40℃時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度中心值分為N15、N22、N32、N46和N68五個(gè)粘度等級(jí)，都可用于以氨為制冷劑的冷凍機(jī)。其要緊性能指標(biāo)如表2—1所示。然而往常頒布的冷凍機(jī)油規(guī)格是按50℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度值而分為13、18、25和30四個(gè)牌號(hào)。選用時(shí)可參考冷凍機(jī)油新舊粘度等級(jí)對(duì)比表。實(shí)踐中，一般R12壓縮機(jī)選用N32(18號(hào))，R22壓縮機(jī)選用N46(25號(hào))，氨壓縮機(jī)選用N22（13號(hào)）或N46(25號(hào))。表2—1國(guó)產(chǎn)冷凍機(jī)油的規(guī)格及要緊性能指標(biāo)項(xiàng)目質(zhì)量指標(biāo)粘度等級(jí)N15N22N32N46N68運(yùn)動(dòng)粘度(mm2/s)13.5-16.519.8-24.228.8-35.241.4-50.661.2-74.8閃點(diǎn)(℃),不低于150160160170180凝點(diǎn)(℃),不高于—40—35酸值(mgKOH/g)不大于0.020.030.05氧化后酸值不大于氧化沉淀物不大于0.050.005%0.20.02%0.050.005%0.10.02%水分無機(jī)械雜質(zhì)無

第三章蒸氣壓縮式制冷循環(huán)§3-1單級(jí)壓縮制冷循環(huán)一、單級(jí)壓縮制冷循環(huán)的差不多組成理論上，最簡(jiǎn)單的壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)由：壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥(或毛細(xì)管)和蒸發(fā)器四大部件組成。實(shí)際上，單級(jí)壓縮制冷循環(huán)的組成，除上述四大部件外，還有輔助部件，如圖3—1所示。水水膨脹閥壓縮機(jī)放油放空氣水均壓管放油分油器冷凝器貯液器汽液分離器蒸發(fā)器蒸發(fā)器31244312lgPh圖3-1單級(jí)壓縮制冷循環(huán)示意圖二、單級(jí)壓縮制冷機(jī)的工作過程來自蒸發(fā)器內(nèi)的低溫低壓蒸氣(狀態(tài)１)，經(jīng)汽液分離器后，被壓縮機(jī)吸入氣缸內(nèi)壓縮成高壓高溫的過熱蒸氣(狀態(tài)2)。然后，經(jīng)氨油分離器使其中所攜帶的潤(rùn)滑油分離出來，再進(jìn)入冷凝器，由于高壓高溫過熱氨氣的溫度高于其環(huán)境介質(zhì)(如冷卻水)的溫度，且其壓力使氨氣能在常溫下冷凝成液體狀態(tài)，因而被凝聚成高壓常溫的氨液(狀態(tài)3)并流入貯液器。該高壓常溫的氨液通過調(diào)節(jié)站經(jīng)膨脹閥節(jié)流降壓變成了低壓低溫的氨液(狀態(tài)4)，然后再次進(jìn)入汽液分離器。從汽液分離器出來的低壓低溫液體，進(jìn)入蒸發(fā)器吸熱蒸發(fā)產(chǎn)生冷效應(yīng)，使庫(kù)房?jī)?nèi)的空氣及物料的溫度下降，從而完成一個(gè)制冷循環(huán)。然后重復(fù)上述過程。那個(gè)地點(diǎn)需要講明一點(diǎn)，上述兩次提到了汽液分離器，這講明該部件在制冷循環(huán)中有專門重要的作用。那么汽液分離器的作用是什么？這一點(diǎn)我們后面再講。三、單級(jí)壓縮制冷循環(huán)的性能指標(biāo)１.單位制冷量q0即１kg制冷劑在蒸發(fā)器中所能制取的冷量。２.單位容積制冷量ｑv指壓縮機(jī)吸入每立方米制冷劑蒸氣所能制取冷量。３.單位理論功ｗ。指壓縮機(jī)壓縮每公斤制冷劑所消耗的功。４.單位冷凝熱負(fù)荷ｑK指１kg制冷劑蒸氣在冷凝器中放出的熱量。５.理論制冷系數(shù)ε0即單位制冷量與單位理論功之比?！?-2液體過冷及吸汽過熱對(duì)循環(huán)的阻礙一、液體過冷所謂液體過冷，確實(shí)是指在冷凝壓力下將節(jié)流閥前液態(tài)制冷劑進(jìn)行再冷卻，使其溫度低于冷凝壓力下的飽和溫度。通常帶有過冷的循環(huán)，稱做過冷循環(huán)。4′q0Δq3lgPtk4312ht0圖3—2過冷循環(huán)2′4′q0Δq3lgPtk4312ht0圖3—2過冷循環(huán)2′1q0lgPtk4312ht0圖3—3吸入蒸汽過熱循環(huán)Δq0二、吸入蒸汽的過熱12w0=h2-h1變?yōu)閣0=h-h，由于壓縮機(jī)吸汽溫度的微少增大，將引起排汽溫度的較大增加，從而使w0＞w0，也確實(shí)是講吸入蒸汽的過熱將引起單位耗功量增加。單位制冷量的增減則要看1—1過熱過程中增加的吸熱量Δq0是否有效，假如這部分吸熱量Δq0是在制冷劑離開蒸發(fā)器后流經(jīng)吸汽管道時(shí)，向環(huán)境介質(zhì)汲取的熱量，則稱為“有害過熱”。假如這部分吸熱量Δq0是在蒸發(fā)器內(nèi)向被冷卻介質(zhì)汲取的熱量，則應(yīng)計(jì)算在制冷量?jī)?nèi)，稱為“有效過熱”。顯然，有害過熱的制冷系數(shù)降低，且過熱度越大，制冷系數(shù)降低得越多。總之，過熱循環(huán)使進(jìn)入壓縮機(jī)的蒸汽溫度升高，吸汽比容增加，單位容積制冷量減少，使制冷量減少，制冷系數(shù)降低；同時(shí)，過熱循環(huán)還會(huì)使壓縮機(jī)排汽溫度升高，冷凝器的熱負(fù)荷QK增大。盡管如此，實(shí)際使用時(shí)，大多數(shù)循環(huán)依舊希望壓縮機(jī)吸汽有適當(dāng)?shù)倪^熱度。因?yàn)檫^熱能夠防止液滴帶入汽缸，從而可幸免壓縮機(jī)產(chǎn)生液擊。通常氨壓縮機(jī)一般取5℃的過熱度，氟利昂壓縮機(jī)的過熱度一般可取大一些。這是因?yàn)榘边^熱后排汽溫度上升較大，而氟利昂壓縮機(jī)因其絕熱指數(shù)k值較低，排汽溫度也不致于過高。另外，氟利昂制冷系統(tǒng)中需利用制冷劑在蒸發(fā)器中的的過熱度，來調(diào)節(jié)熱力膨脹閥的開啟度，以自動(dòng)操縱制冷劑的供液量。三、回?zé)嵫h(huán)回?zé)崞?′Δq回?zé)崞?′Δq32′1q0lgPtk4312ht0圖3—4回?zé)嵫h(huán)Δq0冷凝器節(jié)流閥壓縮機(jī)關(guān)于無回?zé)嵫h(huán)關(guān)于回?zé)嵫h(huán)由圖3—4可知，回?zé)嵫h(huán)單位制冷量增大了＝h3－h(huán)′，單位壓縮功增大了Δw0=(h′-h′)-(h2-h1關(guān)于無回?zé)嵫h(huán)關(guān)于回?zé)嵫h(huán)則顯然，回?zé)嵫h(huán)制冷系數(shù)提高的條件是：則w0Δq0-q0Δw0＞0，即：Δq0/q0＞Δw0/w0上式表明，只有單位制冷量的相對(duì)增加量大于單位壓縮功的相對(duì)增大量時(shí)，采納回?zé)嵫h(huán)后制冷系數(shù)才能提高。然而，這一條件并非對(duì)所有的制冷劑都符合，而關(guān)于大多數(shù)制冷劑來講，則不滿足上式條件。依照計(jì)算，在正常情況下的一般制冷溫度范圍內(nèi)，只有R12、R290和R502制冷劑，采納回?zé)嵫h(huán)是有利的；而R11、R717和R22等制冷劑，采納回?zé)嵫h(huán)則是不利的。然而，依照制冷系數(shù)是否提高來推斷應(yīng)用回?zé)嵫h(huán)是否有利，這只是問題的一個(gè)方面。因?yàn)橹评湎禂?shù)的提高，決不是采納回?zé)嵫h(huán)的唯一目的，事實(shí)上應(yīng)用回?zé)嵫h(huán)還有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)能夠防止低壓蒸汽中夾帶的液滴進(jìn)入壓縮機(jī)中，因而幸免發(fā)生液擊；（2)能夠提高低壓蒸汽的溫度，減輕或幸免在回汽管道中的有害過熱；同時(shí)還能夠減輕吸入蒸汽與汽缸壁之間的熱交換，使壓縮機(jī)的輸汽系數(shù)提高；(3)關(guān)于在低壓下工作的壓縮機(jī)(多級(jí)壓縮制冷循環(huán)的低壓級(jí)壓縮機(jī)在單級(jí)壓縮制冷機(jī)中，以R12為制冷劑的制冷裝置都可采納回?zé)嵫h(huán)。[例3—1]某單級(jí)氨制冷壓縮機(jī)，在環(huán)境介質(zhì)溫度t=30℃，蒸發(fā)t0=-10℃且無吸汽過熱設(shè)計(jì)工況下，制冷量Q0=200KW。若冷凝器的傳熱溫差取Δt=5℃(但節(jié)流閥前的液體無過冷)，試計(jì)算其制冷系數(shù)。若取過冷度Δtg=5℃，再計(jì)算其制冷系數(shù)并加以比較。lgP-10℃35lgP-10℃35℃4302h5圖3—5例3—1壓—焓圖蒸發(fā)溫度t0=-10℃冷凝溫度tk=t+Δt=35℃依照工況參數(shù)繪出該循環(huán)的lgP—h圖，如圖3—5所示。查氨的熱力性質(zhì)表及圖得各要緊點(diǎn)的參數(shù)如下：h0=1749.72kj/kgh2=1990kj/kgh4=h5=662.67kj/kg1=0.4177m3/kg有關(guān)熱力性能指標(biāo)計(jì)算結(jié)果如下：1、單位制冷量q0=h1-h5=1749.72-662.67=1087.05kj/kg2、單位理論功w0=h2-h1=1990-1749.72=240.28kj/kg3、理論制冷系數(shù)0=q0/w0=1087.05/240.28=4.524若取過冷度Δtg=5℃，則理論制冷系數(shù)0ˊ=q0ˊ/w0=1110.71/240.28=4.622則有：(4.62-4.524)/4.524=2.17％，二者比較可見，過冷循環(huán)與飽和循環(huán)相比能夠提高制冷系數(shù)。解：依照題設(shè)已知蒸發(fā)溫度t0=-15℃冷凝溫度tk==35℃吸汽溫度t解：依照題設(shè)已知蒸發(fā)溫度t0=-15℃冷凝溫度tk==35℃吸汽溫度t=-5℃依照以上工況參數(shù)繪出該循環(huán)的lgP—h圖，如圖5—16所示。查R22的熱力性質(zhì)表及圖得各要緊點(diǎn)的參數(shù)如下：21lgP-15℃35℃4312h5圖3—6例3—2壓—焓圖-5℃h1=399.17kj/kgh2=438kj/kgh4=h5=242.93kj/kgh=405.5kj/kgh=448.5kj/kg=82L/kg則：1、單位制冷量q0=h1-h5=399.17-242.93=156.24kj/kg2、單位理論功w0=h′-h′=448.5-405.5=43kj/kg3、理論制冷系數(shù)0=q0/w0=156.24/43=3.6335而飽和循環(huán)：1、單位制冷量q0b=h1-h5=399.17-242.93=156.24kj/kg2、單位理論功w0b=h2-h1=438-399.17=38.83kj/kg3、理論制冷系數(shù)0b=q0b/w0b=156.24/38.83=4.0237二者比較則有：(4.0237-3.6335)/4.0237=9.7％，可見過熱循環(huán)使制冷系數(shù)降低。故應(yīng)盡可能減少壓縮機(jī)吸入蒸汽的過熱度。[例3—3]設(shè)某回?zé)嵫h(huán)中蒸發(fā)溫度t0=-10℃，冷凝溫度tk=35℃，吸氣溫度t1=10℃(無有害過熱)，試分不以氨和R12為工質(zhì)，確定該回?zé)嵫h(huán)的制冷系數(shù)并與其飽和循環(huán)加以比較。解：依照給定條件繪出循環(huán)系統(tǒng)及壓焓圖，如圖3—7所示?；?zé)崞骰責(zé)崞?4025圖3—7例3—3循環(huán)系統(tǒng)及壓焓圖521lgPtk430h3冷凝器節(jié)流閥壓縮機(jī)工質(zhì)工質(zhì)h0h1h2h3h40氨1749.7217942061662.67618.394.24R12348.06359.5385233.58221.644.96R12飽和循環(huán)348.06374233.584.41kj/kg按給定工況分不查出下列各有關(guān)參數(shù)值：其中：h4=h3-(h1-h0)由上表和例3—1計(jì)算結(jié)果知，該工況下氨飽和循環(huán)的制冷系數(shù)0=4.524，采納回?zé)嵫h(huán)后制冷系數(shù)降低為0=4.24；而R12在該工況下，采納回?zé)嵫h(huán)后的制冷系數(shù)由0=4.41(飽和)增大到0=4.96。可見，R12采納回?zé)嵫h(huán)是有利的，而關(guān)于氨來講采納回?zé)嵫h(huán)卻是十分不利的。§3-3單級(jí)壓縮制冷循環(huán)的熱力計(jì)算熱力計(jì)算的目的是要算出制冷循環(huán)的性能指標(biāo)、壓縮機(jī)的容量、功率及各熱交換器的熱負(fù)荷等，為我們?cè)O(shè)計(jì)制冷系統(tǒng)或選擇制冷設(shè)備提供原始數(shù)據(jù)，并對(duì)制冷循環(huán)的性能分析提供指標(biāo)。在進(jìn)行熱力計(jì)算時(shí)，應(yīng)首先確定制冷循環(huán)的工作參數(shù)，選定制冷劑和循環(huán)形式。然后在已知制冷量的情況下，即可進(jìn)行循環(huán)的熱力計(jì)算。一、工作參數(shù)的確定確定循環(huán)的工作參數(shù)確實(shí)是要確定制冷劑的工作溫度和壓力。1、蒸發(fā)溫度t0：即制冷劑在蒸發(fā)器中汽化時(shí)的溫度。蒸發(fā)溫度的確定與所采納的冷媒種類有關(guān)。如用空氣作載冷劑時(shí)，通常取t0=t-10(℃)；而如以鹽水作載冷劑時(shí)，則通常取t0=t-5(℃)。式中：t—載冷劑所要求的溫度(℃)。2、冷凝溫度tK：即制冷劑在冷凝器中液化的溫度。冷凝溫度的確定取決于冷凝器的構(gòu)造及所采納的冷卻介質(zhì)(空氣或水)。對(duì)水冷式冷凝器，常取tK=冷凝器中冷卻水出口溫度+5（℃）；對(duì)風(fēng)冷式冷凝器，常取tK=冷凝器的進(jìn)風(fēng)溫度+(10～15)（℃）；對(duì)蒸發(fā)式冷凝器，常取tK=夏季室外濕球溫度+(5～10）（℃）。3、過冷溫度tg：制冷劑在冷凝壓力下，其溫度低于冷凝溫度時(shí)，稱為過冷溫度。一般情況下，過冷溫度比冷凝溫度低3～5℃，即tg=tK-(3～5℃)。4、吸氣溫度：即低溫低壓蒸汽進(jìn)入壓縮機(jī)時(shí)的溫度。低溫低壓蒸汽進(jìn)入壓縮機(jī)時(shí)的溫度，應(yīng)依照蒸汽離開蒸發(fā)器時(shí)的情況及在管道中的吸熱情況來決定。關(guān)于氨壓縮機(jī)一般取5℃的過熱度，氟利昂壓縮機(jī)的吸氣溫度可取15℃。5、冷凝壓力PK和蒸發(fā)壓力P0：由冷凝溫度tK、蒸發(fā)溫度t0及所選用的制冷劑即可分不確定出冷凝壓力PK和蒸發(fā)壓力P0。二、理論循環(huán)的熱力計(jì)算循環(huán)的工作參數(shù)確定后，就能夠進(jìn)行制冷循環(huán)的熱力計(jì)算，具體步驟如下：lgP5壓縮機(jī)冷凝器蒸發(fā)器膨脹閥1244312lgP5壓縮機(jī)冷凝器蒸發(fā)器膨脹閥1244312h5ˊˊ圖3—8單級(jí)壓縮制冷循環(huán)2、當(dāng)制冷量Q0已知，而需要選配壓縮機(jī)時(shí)，可先求出制冷劑的循環(huán)量G，然后計(jì)算壓縮機(jī)的實(shí)際輸汽量VS，最后求出壓縮機(jī)的理論輸汽量Vh。依照Vh的數(shù)值即可選配壓縮機(jī)。假如壓縮機(jī)差不多選定，需要核算其制冷量時(shí)，則可依照Vh的計(jì)算公式求出Q0。3、依照循環(huán)的單位理論功w0，計(jì)算壓縮機(jī)的理論功率N0、指示功率Ni和軸功率Ne。式中i—壓縮機(jī)的指示效率。m—壓縮機(jī)的機(jī)械效率，一般m=0.85～0.95。k—壓縮機(jī)的絕熱效率，一般k=0.65～0.72。4、計(jì)算理論制冷系數(shù)0、實(shí)際制冷系數(shù)和熱力完善度η，從而考核和比較制冷循環(huán)的先進(jìn)性。式中T—環(huán)境介質(zhì)的平均溫度，T0—被冷卻介質(zhì)的溫度。5、計(jì)算冷凝器的熱負(fù)荷QK[例3—4]某單級(jí)氨制冷壓縮機(jī)，在環(huán)境介質(zhì)溫度t=30℃，被冷卻介質(zhì)溫度t1=-5℃的設(shè)計(jì)工況下，制冷量Q0=200KW。若冷凝器的傳熱溫差取Δt=5℃，蒸發(fā)器的傳熱溫差取Δt0=5℃，過冷度Δtg=5℃，但無吸汽過熱度，壓縮機(jī)的輸汽系數(shù)蒸發(fā)溫度t0蒸發(fā)溫度t0=t1-5=-10℃冷凝溫度tk=t+Δt=35℃過冷溫度tg=tk-Δtg=30℃依照以上工況參數(shù)繪出該循環(huán)的lgP—h圖，如圖3—9所示。查氨的熱力性質(zhì)表及圖得各要緊點(diǎn)的參數(shù)如下：lgP-10℃35℃4312h530℃圖3—9例3—4壓—焓圖h1=1749.72kj/kgh2=1990kj/kgh4=h5=639.01kj/kg1=0.4177m3/kg熱力計(jì)算具體步驟和結(jié)果如下：1、單位制冷量q0=h1-h5=1749.72-639.01=1110.71kj/kg2、單位理論功w0=h2-h1=1990-1749.72=240.28kj/kg3、單位容積制冷量qυ=q0/1=1110.71/0.4177=2659.11kj/m34、理論制冷系數(shù)0=q0/w0=1110.71/240.28=4.625、實(shí)際制冷系數(shù)=0ηk=0im=4.62×0.8×0.9=3.3266、實(shí)際循環(huán)熱力完善度7、制冷劑的循環(huán)量G=Q0/q0=200/1110.71=0.18kg/s=648kg/h8、壓縮機(jī)的實(shí)際輸汽量VS=G1=0.18×0.4177=0.07519m3/s9、壓縮機(jī)的理論輸汽量Vh=VS/λ=0.05641/0.70=0.1074m3/s=386.64m3/h10、壓縮機(jī)的理論功率N0=Gw0=0.18×240.28=43.25KW11、壓縮機(jī)的指示功率Ni=N0/i=43.25/0.80=54.06KW12、壓縮機(jī)的軸功率Ne=Ni/m=54.06/0.90=60.07KW13、冷凝器的熱負(fù)荷QK=Q0+Ni=200+54.06=254.06KW=254.06kj/s或QK=G(h2S-h5)=0.18(2050.07-639.01)=254kj/s式中：h2S=h1+(h2-h1)/m=1749.72+(1990-1749.72)/0.8=2050.07kj/kg

§3—4溫度變動(dòng)時(shí)制冷壓縮機(jī)的特性在實(shí)際情況下，同一臺(tái)制冷機(jī)由于使用單位地區(qū)及用途不同，設(shè)計(jì)工況也就不同。即使同一制冷壓縮機(jī)，由于季節(jié)的變化使冷卻水溫產(chǎn)生變化以及負(fù)荷情況的改變，都會(huì)使工況(即工作溫度)經(jīng)常發(fā)生變化。關(guān)于一臺(tái)壓縮機(jī)來講，當(dāng)其轉(zhuǎn)速不變時(shí)理論輸汽量是不變的，但由于工況的變化，則循環(huán)的單位制冷量、單位壓縮功及制冷劑的循環(huán)量都將發(fā)生變化，因而壓縮機(jī)的制冷量Q0及所消耗功率N也就要發(fā)生變化。那末，實(shí)際使用的工作溫度與設(shè)計(jì)工作溫度不同時(shí)，對(duì)制冷機(jī)的特性有什么阻礙呢？為了簡(jiǎn)化起見我們可按照理論循環(huán)，利用1gP—h圖來進(jìn)行分析。一、溫度變化對(duì)壓縮機(jī)制冷量及功率的阻礙1、冷凝溫度變化對(duì)壓縮機(jī)的制冷量及功率的阻礙q0w0q′3lgPt′tk4312h2′t0圖3—10冷凝溫度變化對(duì)制冷性能阻礙w′q0w0q′3lgPt′tk4312h2′t0圖3—10冷凝溫度變化對(duì)制冷性能阻礙w′1q0w0q′4lgPt′tk4312h2′t0圖3—11蒸發(fā)溫度變化對(duì)制冷性能阻礙w′由圖3—10能夠看出，當(dāng)蒸發(fā)溫度t0為定值，冷凝溫度由tk升高至t′時(shí)：?jiǎn)挝恢评淞繙p少、單位壓縮功增大，而吸汽比容1不變，制冷劑循環(huán)量G=λVh/1也不變，因此壓縮機(jī)的制冷量減少，所消耗的功率增大，從而使制冷系數(shù)降低。反之，假如冷凝溫度tk降低，則壓縮機(jī)的制冷量增大，所消耗的功率減少，從而使制冷系數(shù)提高。2、蒸發(fā)溫度變化對(duì)壓縮機(jī)的制冷量及功率的阻礙當(dāng)冷凝溫度tk為定值，蒸發(fā)溫度由t0降低為t′時(shí)，理論循環(huán)由1—2—3—4—1變化為1—2—3—4—1，如圖3—11所示。由此可見，單位制冷量減少、單位壓縮功增大，且吸汽比容1增大，制冷劑循環(huán)量G=λVh/1減少，因此壓縮機(jī)的制冷量減少，而壓縮機(jī)所消耗的功率則因G的減少專門難直接推斷其增減情況，必須從制冷劑循環(huán)量G和消耗功的變化同時(shí)進(jìn)行分析。二、制冷壓縮機(jī)的工況從上面分析可知，一臺(tái)制冷壓縮機(jī)的制冷量和消耗的功率差不多上隨著冷凝溫度tk和蒸發(fā)溫度t0的變化而改變的。因此不講工作溫度條件，而只講壓縮機(jī)制冷量的大小及功耗多大是沒有意義的。要正確地講明一臺(tái)壓縮機(jī)的制冷量及消耗功率的大小，必須同時(shí)指明其工作溫度條件。為了便于對(duì)制冷壓縮機(jī)的性能進(jìn)行比較，我國(guó)規(guī)定了多種共同的溫度條件作為比較的基準(zhǔn)，這確實(shí)是所謂制冷壓縮機(jī)的工況，如表3—1所示。表3—1我國(guó)常用的制冷壓縮機(jī)工況(適用于開啟式)工況種類工作溫度(℃)制冷劑R717R12R22標(biāo)準(zhǔn)工況冷凝溫度303030蒸發(fā)溫度-15-15-15過冷溫度252525吸汽溫度-101515空調(diào)工況冷凝溫度404040蒸發(fā)溫度555過冷溫度353535吸汽溫度101515最大功率工況冷凝溫度405040蒸發(fā)溫度5(0)105過冷溫度405040吸汽溫度10(5)15151、標(biāo)準(zhǔn)工況：標(biāo)準(zhǔn)工況是依照制冷壓縮機(jī)在使用中最常遇到的工作條件以及我國(guó)南北方多數(shù)地區(qū)一年里最常出現(xiàn)的氣候條件為基礎(chǔ)而規(guī)定的工況。通常所講的(即壓縮機(jī)名牌上標(biāo)注2、空調(diào)工況：它規(guī)定了制冷壓縮機(jī)在作空調(diào)使用時(shí)的溫度條件，由于空調(diào)的使用差不多上在夏季，因而規(guī)定的蒸發(fā)溫度和冷凝溫度較高。3、最大功率工況：制冷壓縮機(jī)在冷凝溫度一定而蒸發(fā)溫度變化時(shí)會(huì)有一個(gè)功率最大的工況。通常制冷壓縮機(jī)在啟動(dòng)過程中都要通過這一工況，因此關(guān)于沒有啟動(dòng)卸載裝置的壓縮機(jī)，要依照這一工況來確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率。§3-5雙級(jí)壓縮制冷循環(huán)一、采納兩級(jí)壓縮的緣故制冷系統(tǒng)的冷凝溫度決定于冷卻劑(或環(huán)境)的溫度，而蒸發(fā)溫度取決于制冷要求。在專門多制冷實(shí)際應(yīng)用中，壓縮機(jī)需要在高壓端壓力(冷凝壓力)對(duì)低壓端壓力(蒸發(fā)壓力)的比值(即壓縮比)專門高的條件下進(jìn)行工作。由理想氣體的狀態(tài)方程Pｖ/T≡Ｃ可知，現(xiàn)在若采納單級(jí)壓縮制冷循環(huán)，則壓縮終了過熱蒸氣的溫度必定會(huì)專門高(Ｖ一定，Ｐ↑→Ｔ↑），因此就會(huì)產(chǎn)生以下許多問題。１.壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)λ大大降低，且當(dāng)壓縮比≥20時(shí)，λ＝0。２.壓縮機(jī)的單位制冷量和單位容積制冷量都會(huì)大為降低。３.壓縮機(jī)的功耗增加，制冷系數(shù)下降。４.必須采納高著火點(diǎn)的潤(rùn)滑油，因?yàn)闈?rùn)滑油的粘度隨溫度升高而降低。５.被高溫過熱蒸氣帶出的潤(rùn)滑油增多，增加了分油器的負(fù)荷，且降低了冷凝器的傳熱性能?？偵纤觯?dāng)壓縮比過高時(shí)，采納單級(jí)壓縮循環(huán)，不僅是不經(jīng)濟(jì)的，而且甚至是不可能的。為了解決上述問題，滿足生產(chǎn)要求，實(shí)際中常采納帶有中間冷卻器的雙級(jí)壓縮制冷循環(huán)。然而，雙級(jí)壓縮制冷循環(huán)所需的設(shè)備投資較單級(jí)壓縮大的多，且操作也較復(fù)雜。因此，采納雙級(jí)壓縮制冷循環(huán)并非在任何情況下差不多上有利的，關(guān)于氨機(jī)一般當(dāng)壓縮比≥８時(shí)，則采納雙級(jí)壓縮較為合理。二、雙級(jí)壓縮制冷循環(huán)的組成及常見形式兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)，是指來自蒸發(fā)器的制冷劑蒸氣要通過低壓級(jí)與高壓級(jí)兩次壓縮后，才進(jìn)入冷凝器。并在兩次壓縮中間設(shè)置中間冷卻器。兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)能夠是由兩臺(tái)壓縮機(jī)組成的雙機(jī)(其中一臺(tái)為低壓級(jí)壓縮機(jī)，另一臺(tái)為高壓級(jí)壓縮機(jī))兩級(jí)系統(tǒng)，也能夠是由一臺(tái)壓縮機(jī)組成的單機(jī)兩級(jí)系統(tǒng)(其中一個(gè)或兩個(gè)汽缸作為高壓缸，其余幾個(gè)汽缸作為低壓缸)，高、低壓級(jí)理論輸汽容積比或汽缸數(shù)量比一般為1:3或1:2。兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)由于節(jié)流方式和中間冷卻程度不同而有不同的循環(huán)方式，通常分為：兩次節(jié)流中間完全冷卻、兩次節(jié)流中間不完全冷卻、一次節(jié)流中間完全冷卻和一次節(jié)流中間不完全冷卻四種兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)方式。其中，兩次節(jié)流是指制冷劑從冷凝器出來要先后通過兩個(gè)膨脹閥再進(jìn)入蒸發(fā)器，即先由冷凝壓力節(jié)流到中間壓力，再由中間壓力節(jié)流到蒸發(fā)壓力；而一次節(jié)流只通過一個(gè)膨脹閥，大部分制冷劑從冷凝壓力直接節(jié)流到蒸發(fā)壓力，相比之下，一次節(jié)流系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，且能夠利用其較大的壓力差實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離或高層冷庫(kù)的供液。因此實(shí)踐中采納的差不多上差不多上一次節(jié)流兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)。至于采納哪一種中間冷卻方式，由選用制冷劑的種類來決定。通常兩級(jí)壓縮氨制冷系統(tǒng)采納中間完全冷卻，而兩級(jí)壓縮氟利昂制冷系統(tǒng)，則常采納中間不完全冷卻。１.一次節(jié)流中間完全冷卻的雙級(jí)循環(huán)887654321lgPh87654321膨脹閥膨脹閥低壓機(jī)高壓機(jī)中間冷卻器冷凝器蒸發(fā)器圖3-12一次節(jié)流中間完全冷卻的雙級(jí)循環(huán)那個(gè)系統(tǒng)的特點(diǎn)是采納盤管式中間冷卻器。它既有兩級(jí)節(jié)流的減少節(jié)流損失效果，又起到對(duì)低壓級(jí)排氣完全冷卻的作用。其工作過程是：在蒸發(fā)器中產(chǎn)生的低壓低溫制冷劑蒸氣(狀態(tài)１)，被低壓壓縮機(jī)吸入并壓縮成中間壓力的過熱蒸氣(狀態(tài)2)，然后進(jìn)入同一壓力的中間冷卻器，在中冷器內(nèi)被冷卻成干飽和蒸氣(狀態(tài)3)。中壓干飽和蒸氣又被高壓壓縮機(jī)吸入并壓縮到冷凝壓力的過熱蒸氣（狀態(tài)４），隨后進(jìn)入冷凝器被冷凝成制冷劑液體（狀態(tài)５）。然后分成兩路，一路經(jīng)膨脹閥Ｆ節(jié)流降壓后(狀態(tài)8)進(jìn)入中間冷卻器，大部分液體從另一路進(jìn)入中間冷卻器的盤管內(nèi)過冷（狀態(tài)６），但由于存在傳熱溫差，故其在盤管內(nèi)不可能被冷卻到中間溫度，而是比中間溫度一般高△ｔ＝３－５℃。過冷后的液體再通過主膨脹閥節(jié)流降壓成低溫低壓的過冷液(狀態(tài)7)，最后進(jìn)入蒸發(fā)器吸熱蒸發(fā)，產(chǎn)生冷效應(yīng)。這種循環(huán)系統(tǒng)只適用于Ｒ717與Ｒ22的雙級(jí)制冷循環(huán)系統(tǒng)中。２.一次節(jié)流中間不完全冷卻的雙級(jí)循環(huán)887654321lgPh87654321膨脹閥膨脹閥低壓機(jī)高壓機(jī)中間冷卻器冷凝器蒸發(fā)器圖3-13一次節(jié)流中間不完全冷卻的雙級(jí)循環(huán)一次節(jié)流中間不完全冷卻的雙級(jí)循環(huán)，要緊適用于氟利昂制冷裝置，采納回?zé)嵫h(huán)。如圖3-14所示的SD2——4F——10A型兩級(jí)壓縮氟利昂制冷裝置系統(tǒng)圖。這種循環(huán)系統(tǒng)的特點(diǎn)是：制冷劑主流先經(jīng)盤管式中間冷卻器過冷，再經(jīng)回?zé)崞鬟M(jìn)一步冷卻；且低壓壓縮機(jī)的吸氣有較大的過熱度；此外，低壓級(jí)的排氣沒有完全冷卻到飽和狀態(tài)。其工作過程為：從蒸發(fā)器出來的蒸汽經(jīng)回?zé)崞骱蟊坏蛪簤嚎s機(jī)吸入，壓縮到中間壓力并與中冷器出來的干飽和蒸汽在管路中進(jìn)行混合，使從低壓機(jī)排出的過熱蒸汽被冷卻后再進(jìn)入高壓壓縮機(jī)，經(jīng)壓縮到冷凝壓力并進(jìn)入冷凝器，冷凝后的高壓制冷劑液體進(jìn)入了中冷器的蛇形盤管進(jìn)行再冷卻，然后進(jìn)入回?zé)崞髋c從蒸發(fā)器出來的低溫低壓蒸汽進(jìn)行熱交換，使從中冷器蛇形盤管中出來的過冷液體再一次得到冷卻，最后經(jīng)膨脹閥進(jìn)入蒸發(fā)器吸熱蒸發(fā)。這種循環(huán)系統(tǒng)，只適用于Ｒ12或Ｒ22的雙級(jí)制冷循環(huán)系統(tǒng)中，而決不能用于氨的制冷系統(tǒng)中。這是因?yàn)椋罕M管高、低壓級(jí)吸入蒸汽的過熱度都比較大，然而因?yàn)榉旱慕^熱指數(shù)K值比氨要小，故壓縮機(jī)的排氣溫度不高。10109109287387654321lgPh6541膨脹閥膨脹閥低壓機(jī)高壓機(jī)中間冷卻器冷凝器分油器回?zé)崞髡舭l(fā)器分油器圖3—14SD2——4F——10A型兩級(jí)壓縮氟利昂制冷裝置系統(tǒng)圖3.兩次節(jié)流中間完全冷卻的雙級(jí)循環(huán)887654321lgPh87654321膨脹閥膨脹閥低壓機(jī)高壓機(jī)中間冷卻器冷凝器蒸發(fā)器圖3—15兩次節(jié)流中間完全冷卻的雙級(jí)循環(huán)那個(gè)系統(tǒng)的特點(diǎn)是選用了閃發(fā)式中間冷卻器。它起兩個(gè)作用，其一是相當(dāng)于兩次節(jié)流的中間液體分離器，其二是利用一小部分液體的吸熱蒸發(fā)作用，對(duì)低壓機(jī)的排氣進(jìn)行完全中間冷卻。這種型式的制冷循環(huán)系統(tǒng)，只適用于Ｒ717或Ｒ22的雙級(jí)壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)中。為了防止從中間冷卻器出來的飽和液體在管路中閃發(fā)成蒸汽，通常要求中間冷卻器與蒸發(fā)器之間的距離要近。綜上分析可知，采納雙級(jí)壓縮制冷循環(huán)，不但降低了高壓機(jī)的排氣溫度，改善了壓縮機(jī)潤(rùn)滑條件，而且由于各級(jí)壓縮比都較小，壓縮機(jī)的輸汽系數(shù)大大提高。此外，采納雙級(jí)壓縮循環(huán)的功耗也比單級(jí)壓縮循環(huán)的功耗降低?！?-6雙級(jí)壓縮制冷循環(huán)的熱力計(jì)算兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)的熱力計(jì)算方法，與單級(jí)壓縮制冷循環(huán)的熱力計(jì)算方法差不多相同，不同之處在于高壓級(jí)與低壓級(jí)的制冷劑循環(huán)量不相等，需要分不計(jì)算。此外還必須計(jì)算確定合理的中間溫度tz或壓力Pz。一、兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)中間溫度tz或壓力Pz的確定中間壓力是指兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)中，中間冷卻器內(nèi)的壓力。對(duì)應(yīng)中間壓力的飽和溫度稱為中間溫度。中間壓力對(duì)循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性、功率和效率等都有直接的阻礙。合理地確定中間壓力是兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要問題。中間壓力的確定分兩種情況，一種是從循環(huán)的計(jì)算動(dòng)身去選配壓縮機(jī)；另一種情況是對(duì)差不多選配好的壓縮機(jī)通過計(jì)算去確定中間壓力。1、選配壓縮機(jī)時(shí)Pz的確定對(duì)選配壓縮機(jī)來講，應(yīng)以制冷系數(shù)最大來確定中間壓力。因現(xiàn)在當(dāng)制冷量一定時(shí)，壓縮機(jī)消耗的功率最小，故那個(gè)中間壓力稱為最佳中間壓力Pz。然而，由于最佳中間壓力的確定與許多因素有關(guān)，我們不僅希望高、低壓級(jí)的汽缸容積最小，而且要使實(shí)際制冷系數(shù)最大，同時(shí)還要求高壓級(jí)的排汽溫度適當(dāng)?shù)鸵恍?，以改善壓縮機(jī)的運(yùn)行性能，故專門難用一個(gè)公式計(jì)算出循環(huán)的最佳中間壓力。實(shí)際設(shè)計(jì)中，在-40℃～+40℃的溫度范圍內(nèi)，可按下式計(jì)算出理想的中間壓力P′，然后在其兩側(cè)再選擇幾個(gè)不同的中間壓力值，通過試算求得其最佳中間壓力值Pz?；騕℃]式中：t0—蒸發(fā)溫度[℃]，tk—或[℃]P0—蒸發(fā)壓力，Pk—冷凝壓力2、既定系統(tǒng)的中間壓力Pz的確定設(shè)計(jì)或?qū)嶋H使用中，往往是壓縮機(jī)按高、低壓級(jí)汽缸容積比已選定或已確定，在這種情況下，就要按高、低壓級(jí)的理論輸汽量之比ξ(ξ=Vhg/Vhd)以及已知的制冷工況，用試算法來確定其中間壓力，但那個(gè)中間壓力不一定是最佳中間壓力Pz；假如選定的容積比接近最佳容積比，則所確定的中間壓力就接近最佳中間壓力。ξ值的確定與制冷劑的性質(zhì)及蒸發(fā)溫度有關(guān)。蒸發(fā)溫度降低時(shí)，ξ值相應(yīng)地要小些，但冷凝溫度較高時(shí)ξ值相應(yīng)地要大些，以使中間壓力不致過高。一般在下列范圍內(nèi)選取：關(guān)于R717：t0=-25～-35℃時(shí)，ξ=0.4～0.333t0=-35～-50℃時(shí)，ξ=0.333t0＜-50℃時(shí)，ξ=0.25關(guān)于R22：t0=-30～-70℃時(shí)，ξ=0.5～0.333二、兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)的熱力計(jì)算循環(huán)的工作參數(shù)確定之后，即可進(jìn)行熱力計(jì)算。熱力計(jì)算的任務(wù)是求出循環(huán)的性能指標(biāo)，各熱交換器的熱負(fù)荷。壓縮機(jī)的輸汽量、功率或制冷量。(一)一次節(jié)流中間完全冷卻的兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)(如圖3—16)1、單位制冷能力：q0=h0-h8[kj/kg]2、低壓級(jí)單位理論功：wd=h2-h1[kj/kg]3、低壓級(jí)制冷劑循環(huán)量：4、低壓級(jí)的理論功率：087654321lgPh087654321lgPh07654321膨脹閥膨脹閥低壓機(jī)高壓機(jī)中間冷卻器冷凝器蒸發(fā)器8圖3—16兩級(jí)壓縮一次節(jié)流中間完全冷卻制冷循環(huán)及l(fā)gP—h圖因此6、高壓級(jí)制冷劑循環(huán)量：依照中間冷卻器能量平衡關(guān)系可得因此7、高壓壓縮機(jī)的理論功率8、循環(huán)的理論制冷系數(shù)A圖3—17A圖3—17兩級(jí)壓縮一次節(jié)流中間不完全冷卻制冷循環(huán)及l(fā)gP—h圖3087654321lgPh3068754321膨脹閥低壓機(jī)高壓機(jī)中間冷卻器冷凝器蒸發(fā)器節(jié)流閥這種循環(huán)的熱力計(jì)算方法與一次節(jié)流中間完全冷卻的兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)差不多一樣，所不同的是高壓級(jí)的流量及吸汽狀態(tài)不同。一次節(jié)流中間不完全冷卻循環(huán)高壓級(jí)的制冷循環(huán)也可由中間冷卻器的熱平衡求得。依照?qǐng)D3—17，可寫出中冷器的熱平衡式為：因此再由節(jié)點(diǎn)A的熱平衡關(guān)系可得：因此[例3—5]某兩級(jí)壓縮氨制冷系統(tǒng)，采納一次節(jié)流、中間完全冷卻循環(huán)。其工作條件為：制冷量Q0=200KW，冷凝溫度tk=40℃，蒸發(fā)溫度t0=-35℃，吸汽溫度t1=-25℃，中冷器內(nèi)液體與盤管內(nèi)液體的傳熱溫差Δtz=5℃，高低壓級(jí)的輸解：由題設(shè)知：蒸發(fā)溫度t0=-35℃，冷凝溫度tk=40℃，吸汽溫度t1=-25℃。則：h0=1715.44kj/kgP0=0.9312barh5=h6=686.51kj/kgPK=15.5489barh1=1740kj/kg1=1.27m3/kgs1=7.25kj/kg·ktztz≈-3.2℃087654087654321lgPh07654321膨脹閥膨脹閥低壓機(jī)高壓機(jī)中間冷卻器冷凝器蒸發(fā)器8圖3—18例3—5系統(tǒng)及l(fā)gP—h圖依照初選的中間溫度(-3.2℃)，取1℃、-1℃、-3℃、-4℃、-6℃，進(jìn)行試算，分不求出其對(duì)應(yīng)的0值，并將結(jié)果列入表3—2：表3—2℃PZ(查表)h2（查圖）h3(查表)h4（查圖）h8（據(jù)tz+5查表）01-1-3-4-64.4574.1363.8333.6883.4121978.01956.01945.01940.01933.01762.151760.031757.841756.721754.4519331950195619631972527.5518.33509.18504.61495.472.5362.5452.5632.542.511表中表中從表中數(shù)值可知最佳tz在-1～-3℃之間。按經(jīng)驗(yàn)分式tz=0.4tk+0.6t0+3計(jì)算得tz=-2℃恰好落在-1～-3℃之間，故那個(gè)地點(diǎn)取最佳中間溫度tz=-2℃，對(duì)應(yīng)PK=3.9822bar。相應(yīng)的其它狀態(tài)點(diǎn)的參數(shù)如下：h2=1949kj/kgh3=1758.94kj/kgh4=1956kj/kgh8=513.72kj/kg2=0.31038m3/kg依照以上所確定的循環(huán)工作參數(shù)即可進(jìn)行如下熱力計(jì)算：1、單位制冷量q0=h0-h8=1715.44-513.72=1201.72kj/kg2、低壓級(jí)氨循環(huán)量Gd=Q0/q0=200/1201.72=0.16643kg/s=599.14kg/h3、低壓級(jí)理論功N0d=Gd(h2-h1)=0.16643(1949-1740)=34.784kw4、低壓級(jí)理論輸汽量Vhd=Gd1/λ=0.16643×1.27/0.75=0.2818m3/skg/s5、高壓級(jí)氨循環(huán)量kg/s6、高壓級(jí)理論功N0g=Gg(h4-h3)=0.2227(1956-1758.94)=43.885kw7、高壓級(jí)理論輸汽量Vhg=Gg2/λ=0.2227×0.31038/0.75=0.09216m3/s8、理論制冷系數(shù)9、高壓級(jí)實(shí)際排汽焓值h4S=h3+(h4-h3)/i=1758.94+(1956-1758.94)/0.85=1990.775kj/kg10、冷凝器的熱負(fù)荷QK=Gg(h4S-h5)=0.2227(1990.775-686.51)=290.46kj/s[例3—6]有一臺(tái)單機(jī)雙級(jí)R22制冷壓縮機(jī)，高壓級(jí)2缸Vhg=0.018m3/s，低壓級(jí)6缸Vhd=0.054m3/s，采納帶有回?zé)崞鞯囊淮喂?jié)流中間不完全冷卻循環(huán),設(shè)解：依照題設(shè)可查得：h0=387.97kj/kgh5=249.21kj/kgh1=407kj/kg1=0.23m3/kg35087654321lgPh圖335087654321lgPh圖3—19例3—6系統(tǒng)及l(fā)gP—h圖306蒸發(fā)器85754321膨脹閥低壓機(jī)高壓機(jī)中間冷卻器冷凝器假設(shè)兩個(gè)中間溫度tz1=0℃；tz2=-10℃相應(yīng)的中間壓力Pz1=4.98bar；Pz2=3.55bar依照假定工況，查出各狀態(tài)點(diǎn)的參數(shù)如表3—3所示。表3—3tz1=0℃Pz1=4.98bartz2=-10℃Pz2=3.55barh2=449kj/kgh3=439.43kj/kg2=0.06m3/kgh=404.93kj/kgh4=475kj/kgh6=206.03kj/kgh7=h8=187kj/kgh2=439kj/kgh3=428.92kj/kg2=0.078m3/kgh=401.18kj/kgh4=471kj/kgh6=194kj/kgh7=h8=174.97kj/kg表中依照查出的各狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)值進(jìn)行試算并將試算的結(jié)果列入表3—4表中表3—4計(jì)算項(xiàng)目假設(shè)的中間冷卻器工作參數(shù)tz1=0℃、Pz1=4.98bartz2=-10℃、Pz2=3.55bar低壓級(jí)輸汽系數(shù)d=0.68d=0.766高壓級(jí)輸汽系數(shù)g=0.805g=0.732低壓級(jí)工質(zhì)循環(huán)量(k