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1、蒸汽压缩式制冷机的性能提高 05热工 14号 贺叶利一、 蒸气压缩式制冷原理蒸气压缩式制冷是利用液态制冷剂汽化吸热产生冷效应。低压、低温液体制冷剂进入用来冷却车内空气的蒸发器，在定压下汽化。由于制冷剂在管内汽化时的温度低于管外空气的温度，因此能自动地吸取空气中的热量，使空气温度降低，产生冷效应。制冷剂吸热汽化，由液体变成低温低压蒸气。然后被压缩机抽吸压缩，变成温度高于车内空气的高温高压气体，使其能在冷凝器内将热量自动地释放给车内空气，从而冷凝成高压地液体制冷剂。最后经过节流阀，恢复到低压、低温的液体状态，以便重新进入蒸发器汽化吸热，这样就完成了一个制冷循环。二、 蒸汽压缩式制冷机的组成部件蒸汽
2、压缩式制冷系统地基本设备是压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器四大件。实际地制冷装置还有一些辅助设备和自动控制仪表，以利于提高装置运动地经济性和可靠性。三、 蒸汽压缩式制冷机性能的提高如何蒸汽压缩式制冷机性能，我们主要从它的基本组成结构入手分析。比如制冷压缩机的种类、制冷剂的热力性质、换热器的热交换性能、节流机构的特性、其他辅件的应用等都对整个的制冷系统产生较大的影响。下面我们就逐个的来分析这几个组成部件。（一）、制冷压缩机的种类 制冷压缩机是蒸汽压缩式制冷装置的一个重要设备，只有通过它将电能转换为机械功，把低温低压气态 制冷剂 压缩为高温高压气体，才能保证制冷的循环进行。压缩机的好坏直接决定了制冷
3、机的制冷量。从而体现了整个制冷设备性能的优劣。1、往复式压缩机 往复活塞式制冷压缩机：靠活塞的往复运动来改变汽缸的工作容积。依外部构造分为全封闭、半封闭、开启式；其中全封闭式制冷量小于60KW，多用于空调机和小型制冷设备中。驱动电机和运动部件封闭在同一空间里，结构紧凑，密封性好，噪声低。但功率较小，不易维修；半封闭式制冷量60600KW，可用于各种空调制冷设备中。由曲轴箱机体与电机外壳共同构成密闭的空间，工作稳定寿命长，制冷能力较大，可用于多种工况，可维修，但噪声稍高。分为单级压缩型（常规型，碟阀型，卸载型，连通型）和双级压缩型。开启式压缩机和电机分别为两个设备于外部连接，结构复杂笨重，工作不
4、稳定，已近于淘汰。2、回转式空气压缩机 转式空压机是变容式压缩机，最普通的回转式空压机是单级喷油螺杆式空压机，这种压缩机在机腔内有两个转子，通过转子来压缩空气，内部没有阀门。这种空压机一般为油冷（冷却介质是空气或水），这种油起到了密封的作用。BIN!r5E/#UZ0小人物，大博客 P2C)Wl4SX&由于冷却在空压机内部进行，因此部件不会有很高的温度，因此，回转式空压机是连续工作制可设计成风冷或水冷机组。5?$um6FK0由于结构简单易损件少，回旋式螺杆空压机很容易维护，操作，并具有安装灵活的特点。回转式空压机可安装在任何能支撑重量的地面。小人物，大博客!H5u.Y L?p两级喷油回转式螺杆空
5、压机在主机部件里带有两对转子，压缩过程由第一级和第二级串接压缩完成。两级回转式空压机具有结构简单和灵活性以及高效率的特点，两级回转式螺杆式空压机可是风冷和水冷以及全封装式。%tHI C1n*N b v0Y0小人物，大博客!o u i2J8MS)p F无油回转式螺杆空压机使用特别设计的主机无需喷油就可进行压缩，从而产生无油压缩空气。无油回旋螺杆式空压机有风冷和水冷两种，并具有和喷油一样的灵活性。如你所看到的，回转式螺杆空压机有风冷、水冷、喷油、无油、单级和两级、在压力、气量、结构上有广泛的适用性；分类与优缺点：滚动转子式：制冷量812KW，多用于小型空调机和制冷设备中。为全封闭式，结构紧凑，密封
6、性好，噪声低。但功率较小，不易维修；涡旋式：制冷量8150KW，可用于各种空调制冷设备中。为全封闭式，结构简单紧凑，工作性能高，密封性好，噪声低，为今后主导机型。螺杆式：制冷量1001200KW，可用于大中型空调制冷设备中。为半封闭式，结构紧凑，工作性能高，制冷能力大并可进行无级调节，但 润滑油 系统较复杂，噪声较高。分为单、双螺杆型。3、离心式制冷压缩机 离心式空压机是一动力型空压机，他通过旋转的涡轮完成能量的转换，转子通过改变空气的动能和压力来实现以上的转换。由静止的扩压器降低空气的流速来实现动能向压力的变换。ts E z0小人物，大博客v5_i C&#j3iio离心式空压机是无油空压机，
7、运动齿轮的润滑油由轴密封和空气隔离。小人物，大博客 |4Og4R/Kx5?l2Fya4f zI0离心式是连续工况式压缩机，移动件很少，特别适用于大气量无油的要求。R8dhKK.j$Sg0离心式空压机是水冷式的，典型机组包括后冷却器和所有的控制装置。制冷量最大可达30000KW，用于大型空调制冷设备中。工作稳定，性能高寿命长，制冷能力大，结构紧凑，质量轻，没有磨损部件，工作可靠，维护费用低，运行平稳，振动小，噪声低，能够合理使用能源，可进行无级调节。但是材料强度、加工精度和制造质量要求严格；单级压缩机在低负荷时易发生喘振；运行工况偏离设计工况时，效率下降较快；制冷量随蒸发温度降低而减少快，随转数
8、降低而急剧下降。（二）、制冷剂制冷剂又称制冷工质，它是在制冷系统中不断循环并通过其本身的状态变化以实现制冷的工作物质。制冷剂在蒸发器内吸收被冷却介质（水或空气等）的热量而汽化，在冷凝器中将热量传递给周围空气或水而冷凝。它的性质直接关系到制冷装置的制冷效果、经济性、安全性及运行管理，因而对制冷剂性质要求的了解是不容忽视的。1、对制冷剂性质的要求a.临界温度要高，凝固温度要低。这是对制冷剂性质的基本要求。临界温度高，便于用一般的冷却水或空气进行冷凝；凝固温度低，以免其在蒸发温度下凝固，便于满足较低温度的制冷要求。b.在大气压力下的蒸发温度要低。这是低温制冷的一个必要条件。c.压力要适中。蒸发压力最
9、好与大气压相近并稍高于大气压力，以防空气渗入制冷系统中，从而降低制冷能力。冷凝压力不宜过高（一般1215绝对大气压），以减少制冷设备承受的压力，以免压缩功耗过大并可降低高压系统渗漏的可能性。d.单位容积制冷量v要大。这样在制冷量一定时，可以减少制冷剂的循环量，缩小压缩机的尺寸。e.导热系数要高，粘度和密度要小。以提高各换热器的传热系数，降低其在系统中的流动阻力损失。f.绝热指数要小。由绝热过程中参数间关系式可知，在初温和压缩比相同的情况下，KT2。可见，小可降低排气温度。g.具有化学稳定性。不燃烧、不爆炸、高温下不分解、对金属不腐蚀、与润滑油不起化学反应、对人身健康无损无害。h.价格便宜，易于
10、购得。且应具有一定的吸水性，以免当制冷系统中渗进极少量的水分时，产生“冰塞”而影响正常运行。2、制冷剂的一般分类根据制冷剂常温下在冷凝器中冷凝时饱和压力Pk和正常蒸发温度T0的高低，一般分为三大类：a.低压高温制冷剂冷凝压力PkKg/cm2（绝对），T0 如11（CFCl3），其T023.7。这类制冷剂适用于空调系统的离心式制冷压缩机中。通常时，Pk3.06Kg/cm2 。b.中压中温制冷剂冷凝压力Pk 20Kg/cm2（绝对），-60。如717、12、22等，这类制冷剂一般用于普通单级压缩和双级压缩的活塞式制冷压缩机中。c.高压低温制冷剂冷凝压力Pk20Kg/cm2（绝对），T070。如13
11、（CF3Cl）、14（CF4）、二氧化碳、乙烷、乙烯等，这类制冷剂适用于复迭式制冷装置的低温部分或以下的低温装置中。d、常用制冷剂的特性目前使用的制冷剂已达7080种，并正在不断发展增多。但用于食品工业和空调制冷的仅十多种。其中被广泛采用的只有以下几种：().氨（代号：717）氨是目前使用最为广泛的一种中压中温制冷剂。氨的凝固温度为-77.7，标准蒸发温度为33.3，在常温下冷凝压力一般为1.11.3MPa，即使当夏季冷却水温高达时也决不可能超过1.5MPa 。氨的单位标准容积制冷量大约为520kcal/3。氨有很好的吸水性，即使在低温下水也不会从氨液中析出而冻结，故系统内不会发生“冰塞”现象
12、。氨对钢铁不起腐蚀作用，但氨液中含有水分后，对铜及铜合金有腐蚀作用，且使蒸发温度稍许提高。因此，氨制冷装置中不能使用铜及铜合金材料，并规定氨中含水量不应超过0.2。氨的比重和粘度小，放热系数高，价格便宜，易于获得。但是，氨有较强的毒性和可燃性。若以容积计，当空气中氨的含量达到0.50.6时，人在其中停留半个小时即可中毒，达到1113时即可点燃，达到16时遇明火就会爆炸。因此，氨制冷机房必须注意通风排气，并需经常排除系统中的空气及其它不凝性气体。总上所述，氨作为制冷剂的优点是：易于获得、价格低廉、压力适中、单位制冷量大、放热系数高、几乎不溶解于油、流动阻力小，泄漏时易发现。其缺点是：有刺激性臭味
13、、有毒、可以燃烧和爆炸，对铜及铜合金有腐蚀作用。().氟利昂12（代号：12）12为烷烃的卤代物，学名二氟二氯甲烷。它是我国中小型制冷装置中使用较为广泛的中压中温制冷剂。12的标准蒸发温度为29.8，冷凝压力一般为0.780.98MPa，凝固温度为-155，单位容积标准制冷量约为288kcal/3。12是一种无色、透明、没有气味，几乎无毒性、不燃烧、不爆炸，很安全的制冷剂。只有在空气中容积浓度超过80时才会使人窒息。但与明火接触或温度达400以上时，则分解出对人体有害的气体。12能与任意比例的润滑油互溶且能溶解各种有机物，但其吸水性极弱。因此，在小型氟利昂制冷装置中不设分油器，而装设干燥器。同
14、时规定12中含水量不得大于0.0025，系统中不能用一般天然橡胶作密封垫片，而应采用丁晴橡胶或氯乙醇等人造橡胶。否则，会造成密封垫片的膨胀引起制冷剂的泄漏。().氟利昂22（代号：）22也是烷烃的卤代物，学名二氟一氯甲烷，标准蒸发温度约为41，凝固温度约为160，冷凝压力同氨相似，单位容积标准制冷量约为454kcal/3。22的许多性质与12相似，但化学稳定性不如12，毒性也比12稍大。但是，22的单位容积制冷量却比12大的多，接近于氨。当要求4070的低温时，利用22比12适宜，故目前22被广泛应用于4060的双级压缩或空调制冷系统中。四、冷凝器与蒸发器 （一）、冷凝器的种类及特点：冷凝器按
15、其冷却介质不同，可分为水冷式、空气冷却式、蒸发式三大类。1、水冷式冷凝器水冷式冷凝器是以水作为冷却介质，靠水的温升带走冷凝热量。冷却水一般循环使用，但系统中需设有冷却塔或凉水池。水冷式冷凝器按其结构形式又可分为壳管式冷凝器和套管式冷凝器两种，常见的是壳管式冷凝器。a、立式壳管式冷凝器立式冷凝器的主要特点是： b、由于冷却流量大流速高，故传热系数较高，一般K=600700(kcal/m2?h?)。c、垂直安装占地面积小，且可以安装在室外。 d、冷却水直通流动且流速大，故对水质要求不高，一般水源都可以作为冷却水。e、管内水垢易清除，且不必停止制冷系统工作。f、但因立式冷凝器中的冷却水温升一般只有2
16、4，对数平均温差一般在56左右，故耗水量较大。且由于设备置于空气中，管子易被腐蚀，泄漏时比易被发现。2、卧式壳管式冷凝器它与立式冷凝器有相类似的壳体结构，主要区别在于壳体的水平安放和水的多路流动。卧式冷凝器不仅广泛地用于氨制冷系统，也可以用于氟利昂制冷系统，但其结构略有不同。氨卧式冷凝器的冷却管采用光滑无缝钢管，而氟利昂卧式冷凝器的冷却管一般采用低肋铜管。这是由于氟利昂放热系数较低的缘故。值得注意的是，有的氟利昂制冷机组一般不设贮液筒，只采用冷凝器底部少设几排管子，兼作贮液筒用。3、套管式冷凝器制冷剂的蒸气从上方进入内外管之间的空腔，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
17、中。冷却水从冷凝器的下方进入，依次经过各排内管从上部流出，与制冷剂呈逆流方式。这种冷凝器的优点是结构简单，便于制造，且因系单管冷凝，介质流动方向相反，故传热效果好，当水流速为12m/s时传热系数可达800kcal/(m2?h?)。其缺点是金属消耗量大，而且当纵向管数较多时，下部的管子充有较多的液体，使传热面积不能充分利用。另外紧凑性差，清洗困难，并需大量连接弯头。因此，这种冷凝器在氨制冷装置中已很少应用。对于小型氟利昂空调机组仍广泛使用套管式冷凝器。4、空气冷却式冷凝器空气冷却式冷凝器是以空气作为冷却介质，靠空气的温升带走冷凝热量的。这种冷凝器适用于极度缺水或无法供水的场合，常见于小型氟利昂制
18、冷机组。根据空气流动方式不同，可分为自然对流式和强迫对流式两种。5、蒸发式冷凝器蒸发式冷凝器的换热主要是靠冷却水在空气中蒸发吸收气化潜热而进行的。按空气流动方式可分为吸入式和压送式。蒸发式冷凝器由冷却管组、给水设备、通风机、挡水板和箱体等部分组成。冷却管组为无缝钢管弯制成的蛇形盘管组，装在薄钢板制成的长方形箱体内。箱体的两侧或顶部设有通风机，箱体底部兼作冷却水循环水池。蒸发式与壳管式冷凝器的并联：6、淋水式冷凝器淋水式冷凝器的主要优点为：a、结构简单，制造方便b、漏氨时容易发现，维修方便；c、清洗方便；d、对水质要求低。其主要缺点是：a、传热系数低；b、金属消耗量高；c、占地面积大。淋水式冷凝
19、器是靠水的温升和水在空气中蒸发带走冷凝热量。 这种冷凝器主要用于大、中型氨制冷系统中。它可以露天安装，也可安装在冷却塔的下方，但应避免阳光直射。（二）、蒸发器的种类、基本构造和工作原理1、卧式蒸发器其与卧式壳管式冷凝器的结构基本相似。按供液方式可分为壳管式蒸发器和干式蒸发器两种。卧式壳管式蒸发器广泛使用于闭式盐水循环系统其主要特点是：结构紧凑，液体与传热表面接触好，传热系数高。但是它要充入大量制冷剂，液柱对蒸发温度将会有一定的影响。且当盐水浓度降低或盐水泵因故停机时，盐水在管内有被冻结的可能。若制冷剂为氟利昂，则氟利昂内溶解的润滑油很难返回压缩机。此外清洗时需停止工作。 2、立管式蒸发器 立管
20、式和螺旋管式蒸发器的共同点是制冷剂在管内蒸发，整个蒸发器管组沉浸在盛满载冷剂的箱体内(或池、槽内)，为了保证载冷剂在箱内以一定速度循环，箱内焊有纵向隔板和装有螺旋搅拌器。载冷剂流速一般为0.30.7m/s，以增强传热。这两种蒸发器只能用于开式循环系统，故载冷剂必须是非挥发性物质，常用的是盐水和水等。如用盐水，蒸发器管子易被氧化，且盐水易吸潮而使浓度降低。这两种蒸发器可以直接观察载冷剂的流动情况，广泛用于以氨为制冷剂的盐水制冷系统。3、干式壳管蒸发器 干式壳管蒸发器的构造与满液式壳管蒸发器相似，它与满液式壳管蒸发器主要不同点在于：制冷剂在管内流动而被冷却液体在管束外部空间流动，筒体内横跨管束装有
21、若干块隔板，以增强液体横略管束的流速。结构紧凑，制冷剂用量少，需供液控制系统，积油少，可以用在摆动大的系统中。五、 截流机构和辅助设备（一）、截流机构是组成制冷系统的重要部件，被称为制冷系统四大部件之一，其作用为：1、 对高压液态制冷机进行降压，保证冷凝器与蒸发器之间的压力差，以使蒸发器中的液态在要求的低压下蒸发吸热，从而达到制冷降温的目的；同时使冷凝器中的气态制冷机，在给定的高压下放热。2、 调节供入蒸发器的制冷机流量，以适应蒸发器热负荷变化，从而避免因部分制冷机在蒸发器中未及汽化，而进入制冷压缩机，引起湿压缩甚至冲缸事故；或因供液不足，致使蒸发器的传热面积未及充分发挥作用，引起制冷压缩机吸
22、气压力降低，制冷能力下降。3、 由于截流机构有控制进入蒸发器制冷流量的功能，也称为流量控制机构；又由于高压液态制冷剂流经此部件后，节流降压膨胀为湿蒸汽，故也称为节流阀或膨胀阀。4、 常用的节流机构有手动膨胀阀、浮球式膨胀阀、热力膨胀阀、电子膨胀阀和毛细管等。（二）、辅助设备 在蒸汽压缩制冷系统中，除必要的四大件和再冷却器、回热器中间冷却部分器和冷凝-蒸发器等其他换热设备外，还要有一些辅助设备，以实现制冷剂的储存、分离与净化，润滑油的分离与收集，安全保护等，以改善制冷系统的工作条件，保证正常运转，提高运行的经济性。当然，为了简化系统一些部件可以省略。1、 储存器储存器在制冷系统中器稳定制冷剂流量
23、的作用，并可用来储存液态制冷剂。有卧式和立式之分。2、 气液分离器气液分离器是分离来自蒸发器出口的低压蒸汽中的液滴防止制冷压缩机湿压缩甚至液击现象。而氨用气液分离器除以上作用外，还可以使经节流装置供给的气氨混合物分离，只让液氨进入蒸发器中，提高蒸发器的传热效果。3、 过滤器和干燥器过滤器用来清除制冷剂蒸汽和液体中的铁屑、铁锈等杂质。氨制冷系统中有氨液过滤器和氨气过滤器；如果制冷系统干燥不充分就会有水分，系统中就会存在水分。水在氟利昂中的溶解度与温度有关，温度下降，水的溶解度降低，当有水的氟利昂通过节流阀时，温度急剧下降其溶解度相对降低，于是一部分水分被分离出来停留在节流孔周围，如果节流后温度低
24、于零度，则会出现“冰堵”现象。同时水长期溶于氟利昂中会分解而腐蚀金属，还会使润滑油乳化，因此需干燥器吸附氟利昂中的水。4、 油分离器制冷压缩机工作时，总有少了滴状润滑油被高压气态制冷剂携带入排气管，并可能进入冷凝器和蒸发器。如果在排气管上不装设油分离器，对于氨制冷装置来说，润滑油进入冷凝器，特别是进入蒸发器后，在制冷剂侧的传热面上形成严重油染，降低冷凝器和蒸发器的传热系数。对于氟利昂制冷装置来说，如果油路不良或管路过长，蒸发器内可能积存较多的润滑油，致使系统的制冷能力大为下降；蒸发温度越低其影响越严重。5、 集油器由于氨制冷剂与润滑油不相容，所以，在冷凝器、蒸发器等设备底部积存有润滑油，为了收集放出积存的润滑油，应设置集油器。6、 安全装置安全阀、熔赛和紧急泄氨器等，作用是为了防止以外或者因设备年久失修造成的安全事故。参考文献：彦启森、石文星、田长青编空气调节用制冷技术2004年6月第三版中国建筑工业出版社包福廷编空气调节用制冷技术1998年5月第二版中国建筑工业出版社河北水产学校主编工程热力学与制冷原理陈军编制冷原理 电子工业出版社 2007年1月第三版 小人物，大博客eXa!E1x