制冷技术培训手册制冷原理与设备.ppt

制冷技术培训手册,第一章：,第二章：,第三章：,拟 订：刘弟辉 审 核：鲜明峰,附 录：,设备部,温度是表示物质冷热程度的量度。常用的温度单位（温标）有三种：摄氏温度、华氏温度、绝对温度。1）摄氏温度（t,）：我们经常用的温度。用摄氏温度计测得的温度。2）华氏温度（F,）：欧美国家常用的温度。温度换算：F()=9/5*t()+32（已知摄氏温度求华氏温度）t（）=F（）-32*5/9（已知华氏温度求摄氏温度）3）绝对温标（T，K）：一般在理论计算中使用。绝对温标与摄氏温度换算：T（K）=t()+273（已知摄氏温度求绝对温度）,第一节：概念,基础知识,制冷原理与设备,1、温度：,一、基础知识,制冷原理与设备,在制冷中，压力是单位面积上所受的垂直作用力，即压强，通常用压力表、压力计测得。压力的常用单位有：Mpa（兆帕）,Kpa（千帕）,bar（巴）,kgf/cm2（平方厘米公斤力）,B0(标准大气压),（一般看作是：1bar、0.1MPa）、mmHg（毫米汞柱）。换算关系：1 Mpa=10 bar=1000 Kpa=7500.6 mmHg=10.197 kgf/cm21 B0=760 mmHg=1.01326 bar=0.101326 Mpa工程上一般用：1bar=0.1Mpa 1 kgf/cm2 1 B0=760 mmHg,2、压力（P）：,一、基础知识,制冷原理与设备,几种压力表示法：绝对压力（Pj）：在容器中，分子热运动而对容器内壁产生的压力。制冷剂热力性质表中的压力一般为绝对压力。表压（Pb）：制冷系统中用压力表测得的压力。表压是容器内气体压力与大气压(B0)的差值。Pb=Pj-B0一般认为：表压加上1bar、或0.1Mpa，就是绝对压力。真空度（H）：当表压是负值时，取它的绝对值，用真空度表示。H=B0-Pj或H=Pj-B0。,一般不加说明时压力均指表压。,一、基础知识,制冷原理与设备,3、制冷剂热力性质表：制冷剂热力性质表列出了制冷剂在饱和状态的温度（饱和温度）和压力（饱和压力）等参数。制冷剂在饱和状态的温度和压力是一一对应的。什么是饱和状态？制冷剂气体和液体共存的状态。一般认为：蒸发器、冷凝器、气液分离器（氨分）、低压循环桶里的制冷剂是处于饱和状态的。处于饱和状态下的蒸汽（液体）称为饱和蒸汽（液体），所对应的温度、压力称为饱和温度和饱和压力。,制冷原理与设备,在制冷系统中，对于一种制冷剂来说，其饱和温度与饱和压力是一一对应的，饱和温度越高，饱和压力也越高。制冷剂在蒸发器中蒸发以及在冷凝器中冷凝都是在饱和状态下进行的，所以蒸发温度与蒸发压力、冷凝温度与冷凝压力也是一一对应的。对应关系可查制冷剂热力性质表。,一、基础知识,制冷原理与设备,4、查表练习：1）氨（R717）蒸发温度 蒸发压力（绝对）蒸发压力（表压）2 0.463 Mpa 0.363 MPa-15 0.236 Mpa 0.136 MPa-25 0.151 Mpa 0.051 Mpa-33 0.103 Mpa 0.003 Mpa-35 0.093 Mpa-0.007 Mpa(真空度为53.2 mmHg)冷凝温度 冷凝压力（绝对）冷凝压力（表压）30 1.169 Mpa 1.069 MPa 35 1.353 Mpa 1.253 MPa 40 1.557 Mpa 1.457 Mpa,一、基础知识,制冷原理与设备,2）氟里昂22（R22）蒸发温度 蒸发压力（绝对）蒸发压力（表压）2 0.531 Mpa 0.431 Mpa-15 0.296 Mpa 0.196 Mpa-25 0.201 Mpa 0.101 Mpa-33 0.144 Mpa 0.044 Mpa-35 0.132 Mpa 0.032 Mpa 冷凝温度 冷凝压力（绝对）冷凝压力（表压）30 1.192 Mpa 1.092 MPa 35 1.355 Mpa 1.255 MPa 40 1.534 Mpa 1.434 Mpa,一、基础知识,制冷原理与设备,5、过热蒸汽和过冷液体：在一定压力下，蒸汽的温度高于对应压力下的饱和温度，称为过热蒸汽。在一定压力下，液体的温度低于对应压力下的饱和温度，称为过冷液体。吸气温度超过饱和温度的数值称为吸气过热度。吸气过热度一般要求控制在510。液体温度低于饱和温度的数值称为液体过冷度。液体过冷一般发生在冷凝器底部、经济器内、中间冷却器内。节流阀前液体过冷有利于提高制冷效率。,一、基础知识,制冷原理与设备,6、蒸发、吸气、排气、冷凝压力和温度蒸发压力（温度）：制冷剂在蒸发器内的压力（温度）。吸气压力(温度)：压缩机吸气口处的压力(温度)。吸气压力比蒸发压力略低。排气压力(温度)：压缩机排气口处的压力(温度)。排气压力比冷凝压力略高。冷凝压力(温度)：制冷剂在冷凝器内的压力（温度）。,一、基础知识,制冷原理与设备,7、温差：传热温差：指传热壁两侧的两种流体的温度差。温差是热传递的推动力。比如：制冷剂与冷却水；制冷剂与盐水；制冷剂与库房的空气之间均存在温差。由于传热温差的存在，使得被冷却物温度比蒸发温度高；冷凝温度比冷凝器冷却介质温度高。,一、基础知识,制冷原理与设备,8、湿度：湿度是指空气的潮湿程度。湿度是影响换热的一个因素。湿度的三种表示方法：绝对湿度（Z）:每立方米空气含有水汽的质量。含 湿 量（d）:一千克干空气含有的水汽量（g）。相对湿度（）:表示空气实际绝对湿度接近饱和绝对湿度的程度。在一定温度下，一定量的空气只能容纳一定的水汽，超过这一限度，多余的水汽就会凝结成雾，这种一定限量的水汽量称为饱和湿度。在饱和湿度下，有对应的饱和绝对湿度ZB，它随空气温度变化而变化。,一、基础知识,制冷原理与设备,在一定温度下，空气湿度达到饱和湿度时称为饱和空气，它不能再接受更多的水汽；能够继续接受一定量水汽的空气称为未饱和空气。未饱和空气的绝对湿度Z与饱和空气绝对湿度ZB的比值即相对湿度。=Z/ZB 100%。用它来反映实际绝对湿度接近饱和绝对湿度的程度。,一、基础知识,制冷原理与设备,第二节 制冷压缩机、制冷系统运行分析（参考）,1 制冷压缩机、制冷系统正常运行的温度、压力关系吸气过热度：吸气过热度一般应控制在蒸发温度绝对值的三分之一、且不小于5。例：蒸发温度 吸气过热度 吸气温度 2 5 7-15 5-10-23 7-16-35 11-24（螺杆机由于对湿冲程不敏感，吸气过热度一般控制在5就可以了）,一、基础知识,制冷原理与设备,冷却水进出水温差：立冷23，卧冷46。冷凝温度：采用立式、卧式冷凝器时比冷却水出水温度高46；采用蒸发式冷凝器时比湿球温度高610。冷冻水温度（盐水温度）：比蒸发温度高46。库房温度：直接蒸发式比蒸发温度高812；采用乙二醇做载冷剂时库房温度比蒸发温度高20左右。排气压力比冷凝压力略高。吸气压力比蒸发压力略低。排气温度不大于105（螺杆机）；150（活塞机）；喷油温度不大于60；喷油压力：活塞机比吸气压力高0.150.30 Mpa。螺杆机比排气压力高0.150.30 Mpa。（不包括可调内容积比压缩机）,一、基础知识,制冷原理与设备,二、制冷剂 载冷剂 冷冻机油,第一节 制冷剂,1，什么是制冷剂以及制冷剂的作用：制冷剂：就是在制冷系统中能够循环变化的物质，也叫工质。制冷过程就是制冷剂在循环过程中发生相变时（蒸发或冷凝）吸收或释放热量来达到热量从低温部分转移到高温部分。2，制冷剂的安全、环境特性：毒性危害分类：分A、B两类。A类，无毒性或低毒性；B类，高毒性。燃烧性危害程度分类：分1、2、3类。分别为：不可燃、有燃烧性、有爆炸性。臭氧消耗潜能值ODP：表示制冷剂消耗大气臭氧分子潜能的程度。选用R11的值作为标准值1.0。温室效应潜能值（全球变暖潜能值）GWP：是衡量制冷剂对气候变暖的影响值。选用二氧化碳的温室效应潜能值为标准值1.0。,制冷原理与设备,二、制冷剂 载冷剂 冷冻机油,例：毒性危害和燃烧性危害程度分类 ODP GWPR11 A1 1.0 4600R12 A1 0.82 10600R744(CO2)A1 0 1R717（氨）B2 0 1R22 A1 0.034 1900R134a A1 0 1600,制冷原理与设备,二、制冷剂 载冷剂 冷冻机油,3、常用制冷剂1）氨（NH3 R717）标准沸点-33.4，凝固温度-77.7。有较好的热力性质和热物理性质；压力适中，单位容积制冷量大，粘性小，流动阻力小，比重小，传热性能好；价格便宜、易获得。毒性大，易燃易爆，有强烈刺激性气味，对食品易产生污染；空气中氨的容积浓度达到0.50.6%时，人在其中停留半小时就会引起中毒；容积浓度达到1114%时，可以燃烧；容积浓度达到1625%时，遇明火可以引起爆炸；氨在高温（260）时会分解出氢气（H2），遇空气及明火会产生强烈的爆炸；氨系统必须安装空气分离器，及时排放系统中的空气及其它不凝性气体。,制冷原理与设备,二、制冷剂 载冷剂 冷冻机油,氨极易溶于水，可以与水以任意比例互溶，因此在氨系统中不会产生冰塞，可以不加干燥过滤器；但有水存在，极易腐蚀金属，并提高蒸发温度；纯氨不腐蚀钢、铁，但含水时会腐蚀锌、铜及铜合金（除磷青铜），因此在氨制冷机及系统中不允许使用铜及铜合金部件（包括压力表，氨压力表必须标有“氨”字样），只有个别起耐磨、密封的部件才可以使用高锡磷青铜，如活塞机的小头衬套和轴封。氨与油不互溶，并且氨比油轻，油沉在氨液的下部，有利于从容器的底部放油；但在换热器表面会形成油膜，影响换热。油在管路内凝结，停机后会形成油封、再次开机时引起液击。,在吸（排）气管路上尽量避免出现“U”形弯。,制冷原理与设备,二、制冷剂 载冷剂 冷冻机油,强烈的刺激性气味会引起窒息，但有利于发现泄漏；氨与水结合显碱性，可用石蕊（变蓝）或酚酞（变红）试纸检漏，但不要用肥皂水检漏。氨的标准：GB 5361988 液体无水氨 JB/T 47502003 制冷装置用压力容器 附录F：“钢制氨制冷装置用压力容器对液氨的要求及其充装程序”规定：液体氨除应符合GB 536的规定外，还应满足下列要求之一：a)含氨量应大于99.995%；b)含氨量应不小于99.6%，且其中含水量应不小于0.2%。,制冷原理与设备,二、制冷剂 载冷剂 冷冻机油,氟利昂是碳氢化合物的卤（氟、氯、溴）代物的总称。不含氢的卤代烃称为氯氟化碳，简写成CFC；例如：R12。含氢的卤代烃称为氢氯氟化碳，简写成HCFC；例如：R22。不含氯的卤代烃称为氢氟化碳，简写成HFC；例如：R134a。R22标准沸点-40.8，凝固温度-160.0。有较好的热力性质和热物理性质；压力适中，单位容积制冷量大，粘性小，比重较氨大；无毒，无味，燃烧、爆炸的可能性小；,）氟利昂,制冷原理与设备,二、制冷剂 载冷剂 冷冻机油,绝热指数小，压缩终了温度低（与氨比较）；对金属材料腐蚀小，但腐蚀镁及镁含量超过2%的铝镁合金；对天然橡胶、树脂、塑料等非金属材料有“膨润”作用。维修氟机时，如果需要更换密封垫或“O”形圈时，注意使用耐氟材料。分子量大，比重大，阻力损失大，传热性质差（与氨比较）。溶水性极差，易产生“冰塞”，系统中需要安装干燥过滤器；与水会发生水解反应产生酸性物质，出现“镀铜”现象，因此要求氟利昂中含水量极小（R22中要求含水量不大于0.0025%）遇明火或电弧光会分解出有毒的HCl、HF及光气；渗透性极强并且无味，极易泄漏又不易被发现；破坏臭氧层（ODP）及产生温室效应（GWP）；价格较氨贵；,制冷原理与设备,二、制冷剂 载冷剂 冷冻机油,与油部分溶解，并且因润滑油种类不同溶解程度不同。一般来说，温度高溶解度大或者互溶，当温度降低时，溶油能力减小，会使油分离出来并且分层，分离出来的油会浮在氟利昂上面，对于满液式蒸发器来说，会使回油困难并使蒸发温度提高。有关标准：GB 737387 工业用二氟一氯甲烷（R22）,制冷原理与设备,二、制冷剂 载冷剂 冷冻机油,第二节 载冷剂（第二制冷剂）,载冷剂：又称冷媒，是被用来将制冷系统产生的冷量传递给被冷却物体的媒介物质。直接冷却：蒸发器安装在用冷场所，直接冷却被冷却对象。如：冷风机、排管；间接冷却：通过冷媒来冷却被冷却对象的冷却方式。如：冷水机组、盐水机组；采用载冷剂系统的优点：1)制冷剂系统集中在机房或很小范围内，便于密封和检漏；2)制冷剂充注量大大减少；3)在大型用冷系统中便于冷量的分配和控制；4)便于安装，制冷系统和载冷剂系统相互独立。,1、用载冷剂的优点,制冷原理与设备,二、制冷剂 载冷剂 冷冻机油,2、对载冷剂性质的要求（希望）：载冷剂在蒸发器和用冷场所之间循环，通过显热传递热量。无毒，不可燃性，无刺激性气味；化学稳定性好，不分解，不氧化，不腐蚀设备，对人体无害；在使用温度范围内呈液态，凝固点温度低于蒸发温度48（不结冰），沸点远高于使用温度（不挥发，减少损失）；比重小，粘度小（减少泵功耗），传热性好，比热大（减少循环量及换热面积）。,制冷原理与设备,二、制冷剂 载冷剂 冷冻机油,3、常用载冷剂及其特点：1)空气：比热小，只有在采用空气直接冷却时才使用，如小型的空调器。2)水：比热大，无毒无害，但凝固点高（0），只用于0以上的冷水机组。3)盐水（NaCl、CaCl2）：在0以下的系统中，常使用NaCl、CaCl2按一定比例配置成不同浓度的水溶液作为载冷剂。盐水的冰点是随浓度的增加而降低的，一般要求盐水的冰点温度要低于使用温度1014。浓度过大，盐水比重增加，水泵耗功增大，盐耗增加。,制冷原理与设备,二、制冷剂 载冷剂 冷冻机油,浓度超过共晶点的浓度，冰点的温度反而随浓度的增加而升高（此时析出的是晶体盐而不是结冰），NaCl、CaCl2水溶液的共晶温度分别为-21、-55、。浓度过低，接近冰点温度，蒸发器管路表面有结冰可能。,盐水析冰、析盐曲线见图1-8：盐水具有腐蚀性，尤其与空气混合时极易腐蚀金属材料，应当尽量使盐水系统密封，减少与空气接触，并加入适量缓蚀（防腐）剂。防腐剂常用重铬酸钠（Na2Cr2O7）和氢氧化钠（NaOH）、重量比为100：27混合，使溶液呈弱碱性（PH值为7.08.5）。,制冷原理与设备,二、制冷剂 载冷剂 冷冻机油,盐水有较强的吸水性，使用过程中浓度会逐渐降低，应定期检 查浓度（常用测比重法）。氯化钠水溶液质量浓度、起始凝固温度、密度与适用范围:质量浓度 起始凝固 密度 kg/m3 适用的盐水最低%温度（15）出水温度范围 23.1-21.2 1175 不低于-1121.2-18.2 1160 不低于-818.8-15.1 1140 不低于-516.2-12.2 1120 不低于-2,制冷原理与设备,二、制冷剂 载冷剂 冷冻机油,氯化钙水溶液质量浓度、起始凝固温度、密度与适用范围：质量浓度 起始凝固 密度 kg/m3 适用的盐水最低%温度（15）出水温度范围 29.9-55 1286 不低于-4529.4-50.1 1280 不低于-4028.5-43.5 1270 不低于-3425.7-31.2 1240 不低于-2123.8-25.7 1220 不低于-1620.9-19.2 1190 不低于-9,制冷原理与设备,二、制冷剂 载冷剂 冷冻机油,添加缓蚀剂：（大致）1立方米氯化钠水溶液添加重铬酸钠3.2kg、氢氧化钠0.86kg;1立方米氯化钙水溶液添加重铬酸钠1.6kg、氢氧化钠0.43kg。4)甲醇、乙醇及其水溶液：纯的甲醇、乙醇冰点为-97、-117，可以在很低的温度下作载冷剂，粘度小；有挥发性和可燃性，使用时注意防火及减少消耗。5)乙二醇、丙二醇、丙三醇及其水溶液：乙二醇、丙二醇、丙三醇本身粘度很大，但配成溶液后粘度降低；共晶温度可达-60，挥发性较小；丙三醇（甘油）无毒，可以与食品直接接触；乙二醇、丙二醇基本无毒。,制冷原理与设备,二、制冷剂 载冷剂 冷冻机油,冷冻机油即制冷压缩机润滑油。与普通润滑油相比，凝固温度（倾点）比较低。在较低的温度下有较好的流动性，如曲轴箱、蒸发器中。因此，禁止使用动物油、植物油或标号相同的普通润滑油来代替冷冻机油使用。冷冻机油质量的好坏直接影响零部件的磨损和压缩机的寿命、性能。必须选择优质的冷冻机油。,第三节 冷冻机油,1、冷冻机油：,2、冷冻机油在压缩机中的作用：1）润滑：减少压缩机的摩擦功、摩擦热及零件的磨损。2）冷却：带走摩擦热，使零件温度不至于过高。3）密封：在运动部件之间形成油膜，阻止制冷剂泄漏。,制冷原理与设备,二、制冷剂 载冷剂 冷冻机油,如：活塞环与汽缸表面；阴阳转子之间、转子与机体之间；轴封动静环表面之间。4）清洗：利用油的流动，带走摩擦表面的磨屑，防止零部件进一步磨损。5）消声（降噪）：油膜可以缓冲零件之间的碰撞，减少噪音并阻碍声音的传递。6）动力：活塞及螺杆压缩机都采用冷冻机油作为动力来控制卸载机构的动作。,制冷原理与设备,二、制冷剂 载冷剂 冷冻机油,3、冷冻机油的选用条件、特性与影响：1）、粘度适中：粘度过大或过小都会使摩擦功增大，排气温度升高。2）、粘温性好：润滑油的粘度随温度的升高而降低。油温超过60时，粘度急剧下降，因此压缩机的油温要求的使用范围为3060。凝固点（倾点）低：油失去流动性的最高温度叫做倾点。国产冷冻油的倾点一般为-40左右。如果蒸发温度低于凝固点温度，油就会凝结在蒸发器管路表面，影响换热，不利于回油。活塞压缩机的曲轴箱温度太低（如回液），会使油泵供不上油，造成压缩机损坏。3）、闪点：油蒸汽与空气混合与明火接触后即发生闪火现象的最低温度。油温达到闪点时，重则有着火、爆炸的危险，轻则使油变质、炭化。,制冷原理与设备,二、制冷剂 载冷剂 冷冻机油,4）、水分：油与水混合，会引起油的乳化，粘度降低，润滑条件恶化，造成机械事故。必须控制油的含水量。5）、机械杂质：系统中的杂质会随制冷剂的流动进入油路系统，会使油路及过滤器堵塞，造成供油故障，造成机械事故，同时也加剧零件磨损。6）、冷冻机油与制冷剂的互溶性：氨与冷冻机油基本互不相溶（略）。氟利昂与冷冻机油部分相溶，并且随温度、压力变化而变化。油的温度越低以及氟利昂的压力越高，油溶解氟利昂的能力就越大。如果环境温度比较低并且停机时间比较长，冷冻机油中就会溶解大量的氟利昂，再次启动压缩机时，活塞压缩机的曲轴箱及螺杆压缩机的油分离器中溶解于油中的氟利昂就会迅速蒸发，产生大量气泡，影响油泵的正常供油。,制冷原理与设备,二、制冷剂 载冷剂 冷冻机油,同时，油与制冷剂混合时，会使油的粘度降低，减弱润滑油的作用，造成机械事故。因此，氟利昂压缩机必须装有油加热器，开机前将油温加热到25以上。7)冷冻机油对热交换的影响 油附着在换热器的表面，增加热阻，影响换热器的正常使用。因此，必须及时排放系统设备中多余的冷冻油。在氨系统中，氨与油几乎互不相溶，并且油比氨重，沉积在氨的下面，可以很方便地从设备的底部将油放出。放油必须使用集油器放油，严禁从带有压力的设备中直接向外放油。,制冷原理与设备,二、制冷剂 载冷剂 冷冻机油,在冷凝器、贮液器等高温设备中，氟利昂与油互溶，对换热影响不大。在蒸发器等低温设备中，随着氟利昂的蒸发以及温度的降低，油会分离出来，附着在换热器表面，影响热交换。对于干式蒸发器，油会被流速较快的气体带回压缩机循环使用。对于满液式蒸发器，油会浮在氟利昂的上部（油比氟利昂轻），很难随气体回到压缩机，导致蒸发温度提高。,在氟利昂系统中：,制冷原理与设备,二、制冷剂 载冷剂 冷冻机油,关于R22：,R22属于少量溶于润滑油的制冷剂，对于这类制冷剂应选用一种在-50时含石蜡不超过0.05%的润滑油，如果含石蜡过高，则经过节流后的石蜡容易分离出来，时膨胀阀有堵塞的危险。由于R22只能少量溶于润滑油中，而且温度越低溶入量越少，所以低温蒸发器中，当温度降于某一范围时，润滑油与R22会分为两层，油漂浮在制冷剂上面从尔影响制冷剂的蒸发效率，并且阻碍润滑油吸回到压缩机内。一直等到蒸发温度回升后，制冷剂同润滑油才混合。R22溶入曲轴箱的润滑油后，启动时由于曲轴箱里的压力降低，即产生大量泡沫现象，为防止这种现象发生，可在轴箱的油槽中加装一个电加热器，启动前先将槽中的油加温，使混合在油中的制冷剂蒸发掉，然后在开车。,制冷原理与设备,二、制冷剂 载冷剂 冷冻机油,4、冷冻机油使用过程中应注意的事项：采购、使用符合标准的冷冻机油。我国标准：GB/T 166301996冷冻机油。按制冷机组使用说明书的规定，选用冷冻机油牌号。充灌过程中防止混进水分和杂质。在油的循环使用过程中要对油进行冷却、过滤。定期更换（油的粘度如果下降15%需要更换新油）。初次使用的机器，要经常检查、清洗过滤器，并根据油的污染情况决定是否更换新油。,制冷原理与设备,二、制冷剂 载冷剂 冷冻机油,制冷原理与设备,R717（氨）、R22饱和状态温度、压力对照表（参考）,制冷原理与设备,R717（氨）、R22饱和状态温度、压力对照表（参考）,制冷原理与设备,海拔高度超过1000米的地区表压值应修正。,R717（氨）、R22饱和状态温度、压力对照表（参考）,制冷原理与设备,三、制冷循环与冷冻冷藏的基本概念,第一节 单级压缩蒸汽式制冷循环,制冷剂在制冷系统内相继经过压缩、冷凝、节流（膨胀机构：毛细管、膨胀阀）、蒸发四个过程，便完成单级压缩制冷循环，即达到制冷的目的。,1、单级压缩制冷循环原理图：可以简单地用图1-9来表示。,2、单级压缩制冷循环的主要设备：在制冷循环中，蒸发器、压缩机、冷凝器、节流阀是必不可少的四大部件：,低压蒸气,压缩,高压蒸气,冷凝,高压液体,膨胀,低压液体,蒸发,低压蒸气,过程状态变化：,制冷原理与设备,三、制冷循环与冷冻冷藏的基本概念,1）蒸发器：制冷剂在低压（蒸发压力）下以较低的温度（蒸发温度）蒸发，吸收被冷却物质的热量实现制冷，是向外输送冷量的设备。2）压缩机：是系统的心脏，起到输送制冷剂蒸汽的作用，同时保证蒸发器在低压下运行、冷凝器在高压（冷凝压力）下运行。是输入功的设备。3）冷凝器：制冷剂蒸汽在高压下将从蒸发器吸收的热量以及压缩功转化的热量传递给冷却介质，冷凝成温度较高的（冷凝温度）液体，是放出热量的设备。4）节流阀：将从冷凝器冷凝的制冷剂液体节流降压（降到蒸发压力）后进入蒸发器，同时控制和调节制冷剂的流量，并将系统分为高压侧和低压侧两部分。,制冷原理与设备,三、制冷循环与冷冻冷藏的基本概念,开利专利电子膨胀阀：,制冷原理与设备,三、制冷循环与冷冻冷藏的基本概念,在实际的制冷系统中，为了提高运行的经济性、可靠性和安全性，还设有一些辅助设备，如：、气液分离器；、油分离器；、油冷却器；、空气分离器；、贮液器；、集油器；、过滤器；、安全附件、阀门等。,制冷原理与设备,三、制冷循环与冷冻冷藏的基本概念,3、实际运行中的影响因素：,1）液体过冷对循环性能（制冷效率）的影响获得液体过冷的方法很多，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应进行综合考虑。液态制冷剂在节流膨胀时，由于节流损失，要产生一定程度的闪气现象，使单位制冷剂减小。为补偿这种损失，在实际冷循环，在一定压力下将饱和液体制冷剂进一步冷却，使其温度低于冷凝压力下所对应的饱和温度，成为过冷液体，这样的制冷循环称为冷循环。过冷度一般为35。实际制冷工艺中，常采用如下措施来实现液体过冷：1、在冷凝器中过冷，主要是在冷凝器低部补插5根高效传热管；2、用过冷器过冷，常利用温度较低的深井水通过串接于冷凝器后面的过冷器；3、回热器中过冷，在回气管道上装一个回热器（气液热交换器）。,制冷原理与设备,三、制冷循环与冷冻冷藏的基本概念,有一定的吸气过热度是压缩机安全运行的条件。吸气过热度过大会引起排气温度过高。增加压缩机耗电、增加冷凝器热负荷。应当注意：尽管蒸气过热对循环的经济性有不利影响，但在大多数的情况下还是需要有适当的过热度，不然的话，可能会有未蒸发的液态制冷剂进入压缩机造成液击事故。吸入蒸气允许的过热度与所使用的制冷剂种类有关。对于氨来说，由于氨的比热较小，比容较大，过热后排气温升较大，所以过热度不宜过大，一般可取5左右（有害过热）。,2）吸气过热对循环性能的影响,制冷原理与设备,三、制冷循环与冷冻冷藏的基本概念,3）热交换及压力损失对循环性能的影响减少管道、阀门的压力损失；减少低温管道、低温设备的冷量损失（保温）；4）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，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。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。氨系统采取空气分离器放空气。小型的氟系统通过冷凝器上的放空气阀进行排放。,制冷原理与设备,三、制冷循环与冷冻冷藏的基本概念,4、运行工况与经济性的关系,1）蒸发温度不变，冷凝温度变化 冷凝温度升高，制冷量减少，功率增加，经济性降低。反之亦然。2）冷凝温度不变，蒸发温度变化 蒸发温度降低，制冷量降低；经济性降低。反之亦然。根据上面的分析，要提高制冷系统运行的经济性，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（但要能满足被冷却物的温度要求）。,制冷原理与设备,三、制冷循环与冷冻冷藏的基本概念,5、单级制冷循环适用的范围（参考）,活塞机：冷凝温度不超过40，蒸发温度不低于-25；压比不超过8（或10）。螺杆机：冷凝温度不超过43，蒸发温度不低于-40。遵守产品使用说明书的规定。从经济性上考虑一般推荐：冷凝温度不超过40，蒸发温度不低于-25。,制冷原理与设备,三、制冷循环与冷冻冷藏的基本概念,第二节 两级（双级）压缩蒸汽式制冷循环,在制冷循环中，单级制冷系统用于低蒸发温度时，压缩比增大。当压比过大时：压缩机压缩过程中内部泄漏增加，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。耗功增加，排气温度升高。节流损失增大，压缩机制冷量减小。排气温度高，润滑油变稀，润滑条件减弱，甚至油会出现结碳现象。,1 为什么要采用双级压缩,制冷原理与设备,三、制冷循环与冷冻冷藏的基本概念,排气温度高是限制活塞压缩机压缩比的最大因素。排气温度高，使冷冻机油汽化、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。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。,制冷原理与设备,三、制冷循环与冷冻冷藏的基本概念,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。例如-35/+35系统：蒸发温度-35，蒸发压力（绝对压力）0.093Mpa；冷凝温度+35，冷凝压力（绝对压力）1.353Mpa；,制冷原理与设备,三、制冷循环与冷冻冷藏的基本概念,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。下面介绍两种常用双级压缩循环。,采用单级循环：压比 1.353/0.093=14.55；采用双级循环：中间压力取为：0.355Mpa（绝对压力）；压比：高压级 1.353/0.355=3.81；低压级 0.355/0.093=3.82。,制冷原理与设备,三、制冷循环与冷冻冷藏的基本概念,3 一级节流中间完全冷却双级循环,通常双级压缩氨制冷系统采用中间完全冷却循环。,A低压级压缩机,B高压级压缩机,C冷凝器,D中间冷凝器,E蒸发器,F、G节流阀,制冷原理与设备,三、制冷循环与冷冻冷藏的基本概念,4 一级节流中间不完全冷却双级循环,通常双级压缩R22系统采用中间不完全冷却。单级螺杆压缩机的经济器系统可以看作中间不完全冷却双级循环。,制冷原理与设备,三、制冷循环与冷冻冷藏的基本概念,5 实现双级压缩的办法,1）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；2）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。,3）通常高、低压级的体积排气量之比为1：2或1：3。并以Pm=P0Pk 时最为经济。,制冷原理与设备,三、制冷循环与冷冻冷藏的基本概念,6 采用双级压缩制冷循环的特点,由于各级压比均减小，压缩机的输气系数大大提高。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。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功耗12%。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。,制冷原理与设备,四、制冷机及辅助设备,第一章 辅助设备,冷凝器是蒸气压缩式制冷系统的四大部件之一，是将压缩机排放的高温制冷剂气体冷凝成饱和或过冷液体的设备。通过冷凝器，将热负荷（制冷场所、电机功耗）传递给环境介质（水或空气）。,1）、冷凝器的传热A、制冷剂侧 油膜的影响：氟利昂系统中，油和制冷剂在冷凝器中互溶，对传热没有影响；在氨系统中，油膜会严重影响换热，必须及时排放冷凝器底部的存油。不凝性气体的影响：会占据一定的换热空间并提高冷凝压力，应及时排放。氨系统必须通过空气分离器排放，氟系统可以通过冷凝器上部的放空气阀排放。,1、冷凝器,第一节 传热设备,制冷原理与设备,四、制冷机及辅助设备,制冷剂充注量：过多的制冷剂充注量会减少冷凝空间，导致冷凝压力升高，应控制。B、冷却介质侧（水或空气）冷却介质流速的影响：适当的流速会提高放热系数并降低污垢的沉积。水为冷却介质的，水的流速为0.81.2m/s（氨，钢管），或小于2.5m/s（氟，铜管）；空气为冷却介质的，空气流速为24m/s。污垢的影响：污垢的导热系数比较小，会影响热量的传递，应当尽量避免并及时排除。水冷式冷凝器水侧污垢包括水垢、锈蚀、泥沙等。对水质较差的，应采取软化处理或用水池沉积泥沙。冷凝器的水路一般走管程，可以采取机械式清洗或化学方法清洗。风冷式冷凝器空气侧的污垢主要有灰尘、油污和锈蚀物等。要采取防尘、防腐处理。,制冷原理与设备,四、制冷机及辅助设备,1）、冷凝器的结构,冷凝器的类型很多，按其带走热量的方式，可分为三类：,水冷式冷凝器由于采用水作为冷却介质，而水温通常又比较低，所以可以获得较低的冷凝温度，有利于提高制冷能力，降低运行费用，应用十分广泛。水冷式冷凝器又分为立式和卧式两种。立式冷凝器：冷凝器顶部装有配水箱，可以将水均匀地分配给各个管口的分水头，沿管内壁螺旋状流下，与管外的高温气体进行热交换。制冷剂蒸气放出热量后，冷凝成液体后沿管外壁流下沉积在冷凝器底部，经液体管路流入贮液器。冷凝器底部装有放油阀。,A、水冷式冷凝器,制冷原理与设备,四、制冷机及辅助设备,立式冷凝器的优点是：占地面积小，可以安装在室外；易清洗，且不必停止工作；不易堵塞，对水质要求不高。缺点是：耗水量大，水泵功率大；管子易腐蚀，且泄漏不易被发现。卧式冷凝器：卧式冷凝器的两端管板外面用端盖封闭，端盖上铸有分水隔板，把全部管束分隔成几个管组（或流程）。冷却水从一端的端盖进入后，顺序流过每个流程，最后从同一端盖上部流出。这样可提高管内水的流速，提高水侧的放热系数。冷凝器端盖上部和下部分别设有放空气和放水丝阻。,制冷原理与设备,四、制冷机及辅助设备,卧式冷凝器的优点是传热系数高，用水量小，进出水温容易控制，可以安装在室内。缺点是冷却水流动阻力较大，对水质要求高，清洗时需停止工作，泄漏不易发现。常用于水质较好、水温较低、水量充足的地区，适用于中小型制冷系统。,制冷原理与设备,四、制冷机及辅助设备,以空气为冷却介质。制冷剂在管内流动过程中逐步冷却、冷凝直至最后成为过冷液体。换热管一般用紫铜管。空气在风机的强迫作用下横向掠过管外，带走热量并散发到周围环境中。为了强化空气侧的传热，通常在管外加肋片，增加传热面积。空冷式冷凝器最大特点是不需要水。因此，适用于缺水地区和氟利昂系统。空冷式冷凝器受环境温度影响很大。夏季环境温度如果很高，冷凝压力就会很高；而冬季运行时应防止冷凝压力过低，导致蒸发器供液不足，制冷能力降低。（冰箱、空调）,B、空冷式冷凝器,制冷原理与设备,四、制冷机及辅助设备,蒸发式冷凝器是以水和空气共同作为冷却介质，主要是利用部分水蒸发时吸收制冷剂气体的热量实现制冷剂的冷凝。主要由冷凝管组、淋水装置、挡水栅、集水盘、循环水泵及风机等组成。,挡水栅的作用是防止未蒸发的水滴被气流带走，减少水的消耗；水盘内的浮球阀是随着水的消耗、水位降低时自动打开补充冷却水。,C、蒸发式冷凝器,制冷原理与设备,四、制冷机及辅助设备,蒸发式冷凝器的优点是传热系数高，冷却水消耗少，适用于缺水地区，运行管理费用较水冷式冷凝器低。缺点是维护比较麻烦，清洗困难；对水质要求高，应进行软化处理；空气湿度大时冷凝压力会升高。,制冷原理与设备,四、制冷机及辅助设备,2、蒸发器,是制冷系统的主要热交换设备。利用制冷剂液体在较低温度下蒸发，吸收被冷却介质的热量使之温度降低。（1）、蒸发器中的传热影响蒸发器传热系数的因素主要有：A、制冷剂的物理特性、沸腾状态、蒸发器结构；B、被冷却介质流动状态、传热表面几何特性；C、传热表面污染程度，主要是油、铁锈、霜层。,制冷原理与设备,四、制冷机及辅助设备,（2）、蒸发器的形式和结构A、冷却液体的蒸发器主要用于载冷剂系统，用来冷却水或盐水等载冷剂，再由载冷剂去冷却被冷却物体。根据蒸发器外形可以分为立管（螺旋管）式蒸发器和卧式壳管式蒸发器。立管（螺旋管）式蒸发器是制冷剂在管内蒸发，蒸发器沉浸在载冷剂箱内。这两种蒸发器只能用于开式循环系统，载冷剂必须是非挥发性的，如盐水和水等。为保证载冷剂在箱内以一定的速度循环，箱内焊有纵向隔板并装有螺旋搅拌器。载冷剂流速为0.30.7m/s，以增强换热。这种系统因为载冷剂容易和空气接触，蒸发管容易腐蚀，盐水易吸潮变稀。水箱应采取必要的密封措施。,制冷原理与设备,四、制冷机及辅助设备,卧式壳管式蒸发器根据制冷剂的蒸发方式不同，又分为干式蒸发器和满液式蒸发器。干式蒸发器是液体制冷剂经节流后从蒸发器一端的端盖进入管程，端盖上铸有隔板，制冷剂经过两个或多个流程蒸发并吸收载冷剂的热量后从同一个端盖出来后进入压缩机。如果端盖隔板垫片泄漏，会使制冷剂短路，造成回液及制冷能力下降。这种蒸发器制冷剂在管内完全蒸发并过热成为过热气体。这有利于使用热力膨胀阀自动调节供液量。因为制冷剂管内蒸发，只要管内流速超过4m/s，就可以把管内的润滑油带回压缩机，回油方便。,制冷原理与设备,四、制冷机及辅助设备,满液式蒸发器结构与干式蒸发器相似，只不过载冷剂走管程，制冷剂走壳程。制冷剂液体从筒体下部进入，从上部的气液分离器（或回气包）回气，分离的液滴仍流回蒸发器。满液式蒸发器的充液量大，传热温差小，相同的冷媒温度蒸发温度高，制冷量大。为防止过高的液面会使未汽化的液体随沸腾的气泡带出蒸发器，进入压缩机引起液击，通常采用液位控制器来控制蒸发器内液面的高度。制冷剂为氨时，液位为筒体的7080%；制冷剂为氟利昂时，液位为筒体的5565%。满液式蒸发器的缺点是回油困难，尤其是制冷剂为氟利昂时。,制冷原理与设备,四、制冷机及辅助设备,排管：通过排管内沸腾的制冷剂或流动的载冷剂与管外侧的温度和湿度较高的空气进行热湿交换，使空气降温和出湿。排管不宜采用大管径，以免制冷剂充入量过大，影响传热效果。氨系统一般采用382.5mm的无缝钢管；氟系统一般采用19221.5mm紫铜管或252.5mm的无缝钢管。冷风机：属于强制循环的空气冷却设备，主要有落地式和吊顶式两种类型。它们都是由空气冷却排管、风机、除霜装置组成。为增大冷却排管传热面积，排管通常作成绕片式或套片式。,B、冷却空气的蒸发器：排管、冷风机,制冷原理与设备,四、制冷机及辅助设备,第二节 分离设备,（1）、油分离器 油分离器的基本工作原理：利用油和制冷剂密度不同，当通道截面突然增大，流速骤降（由1025m/s降至0.81m/s）,重量较大的油滴在重力作用下落下；在油分内