制冷技术中的常用术语及图表分析课件.ppt
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1、第一节 制冷技术中的常用术语及图表,一、制冷技术中常用的热力学参数 制冷技术中常用的状态参数有六个:温度T、压力P、比容v,内能u、焓h,熵s。,1、压力,1、压力是指单位面积上所承受的垂直作用力,又称压强,以P表示 2、压力单位 国际单位制中,压力单位以N/m2计算,称帕斯卡(Pa)常用兆帕(MPa)、千帕(KPa)作为实用单位,并以巴(bar)和物理大气压(atm)为暂时并用单位。其换算关系为:1Mpa106Pa 1bar105Pa 1atm(标准大气压)1.01325bar 在工程制单位中,压力常采用工程大气压(at),毫米汞柱等,其换算关系为:1at1kgf/cm2 1atm1.033
2、kgf/cm2760mmHg 在工程计算中可以近似的认为:1atm1at 1MPa10kg/cm2,2、温度,温度是表示物体冷热程度的参数。测量温度的标尺称为温标。常用的温标有三种:摄氏温标:用符号t表示,单位为 绝对温标:用符号T表示,单位为K 华氏温标:用符号tF表示,单位为 绝对温度与摄氏温度间的换算关系是:Tt273.15(K),3、比容,比容 单位质量工质占有的容积称为比容。用符号v表示,单位为m3/kg。密度 单位容积工质的质量称为密度,用符号表示。单位kg/m3。,4、比热,单位质量的物质,温度每升高(降低)1所吸收(放出)的热量,称为比热。(1)质量比热,容积比热、摩尔比热(2
3、)定容比热、定压比热,5、内能,内能是工质内部具有的各种能量的总称。包括:内动能和内位能两部分。,6、焓,对于开口系统,当工质流进(或流出)系统时,不仅把工质所具有的内能带入(或带出)系统,而且还把它所获得的推动功也带入(或带出系统),就是说对于开口系统,当工质流进(或流出)系统时,它的内能和推动功总是同时出现。为计算方便,把工质的内能和推动功之和定义为焓。huPv(KJ/kg),7、熵,在传热过程中,温差是传热的动力,一定也有一个参数,它的变化是衡量是否传热的尺度,这个参数定义为熵,用S表示,1kg工质的熵称为比熵。,二、制冷技术中的常用术语,1、汽化与冷凝物质由液态转变为汽态的过程称为汽化
4、。汽化有两种方式:蒸发 液体表面发生的汽化现象 沸腾 液体内部和表面同时发生汽化的现象无论是蒸发还是沸腾,都是吸热过程,吸收的热量叫汽化潜热。,2、饱和液体与饱和蒸汽,在一密闭容器中,同种物质的液相与气相达到动态平衡(单位时间从液相中逃逸出去的分子与从气相回到液相中的分子数量相等)时的状态称之为平衡状态,处于平衡状态下的液相称为饱和液体、气相称为饱和蒸汽。物质的平衡状态与压力、温度等因素有关,当压力、温度改变时,平衡被打破,当压力、温度等参数稳定后,平衡状态又重新建立。平衡状态与物质的温度、压力相对应。,3、过冷液体与过热蒸汽,过冷液体是指液体的温度低于所处压力下饱和液体温度的液体。液体的实际
5、温度与冷凝压力下的饱和温度之差称为过冷度。过热蒸汽是指蒸气的温度高于所处压力下饱和汽体温度的蒸汽。,三、制冷技术中常用的图表,1、TS图ak饱和液体线。ak左侧的区域为过冷液体区,位于该区域的液体处于过冷状态。bk饱和蒸汽线。bk右侧的区域为过热蒸汽区,位于该区域的蒸汽处于过热状态。饱和液体线与饱和蒸汽线中间的区域为汽液共存区。,制冷循环在T-S图上的表示,12 为压缩机中的绝热等熵过程,压缩机吸入状态为1(饱和蒸汽),排出状态为2(过热蒸汽),制冷剂的压力由P0(吸气压力)变为PK(排气压力)。23为压缩机排气在冷凝器中的冷却、冷凝过程。34为节流装置中的等焓节流过程。41为制冷剂在蒸发器中
6、的等压汽化过程。吸收外界热量。,2、Ph图,三区:过冷液体区:饱和液体线左侧区域湿饱和蒸汽区:饱和液体线与饱和蒸气线之间区域过热蒸汽区:饱和蒸汽线右侧区域五态:未饱和液体状态:过冷区内任一点饱和液体状态:饱和液体线上任一点 湿饱和蒸汽状态:湿饱和蒸汽区内任 图54 蒸汽压缩式制冷理论循环图一点干饱和蒸汽状态:饱和蒸汽线上任一点 过热蒸汽状态:过热蒸汽区内任一点 六组等参数线群为:等压线:与横坐标平行的水平线 等焓线:与纵坐标平行的垂直线 等温线(T):在过冷区内近于垂直h轴;在湿蒸汽区为水平线;在过热蒸汽区则弯曲向下。等熵线:向右上方倾斜的实线。等比容线:向右上方倾斜但比等熵线平缓的虚线。等干
7、度线;仅在湿蒸汽区内存在近似平行于饱和液体线或饱和蒸气线的线。,蒸汽压缩式制冷理论循环的Ph图,图上各线段代表循环的不同过程。12:绝热压缩过程 234:冷凝器中的冷却、冷凝过程45:等焓节流过程 51:蒸发器中的蒸发过程单位制冷量:q0h1h5(KJ/kg)单位理论功:W0 h2h1(KJ/kg),第二节 蒸汽压缩式制冷循环的组成及工作原理,蒸气压缩式制冷的理论循环1、定义 借助压缩机的作用,使制冷剂在系统中循环流动,在冷凝器中制冷剂由汽态冷凝成液体,放出热量,在蒸发器中制冷剂由液态变成汽态,吸收热量,我们把这种制冷方式叫做蒸汽压缩式制冷。,2、设备及流程,蒸气压缩式制冷循环一般由压缩机、冷
8、凝器、节流装置、蒸发器、冷凝风机,蒸发器风机组成。,3、理论循环的热力计算,1、单位质量制冷量一千克制冷剂液体在蒸发器中蒸发吸收的热量称为单位质量制冷量,用q0表示。q0h1h5(kJ/kg)式中 h1 出蒸发器制冷剂的焓;h5 进蒸发器制冷剂的焓。,2、单位容积制冷量,单位容积制冷量是指吸气状态下每立方米制冷剂蒸汽在蒸发器中制得的冷量,用qV表示 Qv=q0/v1(KJ/m3)式中 v1 压缩机吸气状态下制冷剂蒸汽的比容(m3/kg);q0 单位质量制冷量。,3、制冷剂循环量,制冷剂循环量指压缩机单位时间吸入的制冷剂蒸气的质量。用G表示 G=Q0/q0式中:Q0 机组的制冷量;q0 单位质量
9、制冷量。,4、单位理论功及理论功率,压缩机每输送1kg制冷剂蒸汽所消耗的功称单位理论功,用W0表示。在理论循环中 W0h2h1(kJ/kg)式中 h1 吸入状态下制冷剂的焓;h2 排气状态下制冷剂的焓。,5、单位冷凝热,每千克制冷剂蒸汽在冷凝器中放出的热量称为单位冷凝热,用qk表示 qkh2h4(kJ/Kg)式中 h2 冷凝过程初的焓;h4 冷凝过程终了的焓。,6、制冷系数,制冷系数是循环的单位制冷量与单位理论功之比,用 表示制冷系数表示消耗一个单位的功所能得到的冷量。在给定条件下制冷系数越大,说明制冷循环的经济性越好,它是衡量制冷循环先进性的重要指标。,第三节 制冷压缩机的分类及工作原理,1
10、、压缩机的作用 在电动机的带动下压缩和输送制冷剂蒸气,使制冷剂在系统中循环制冷。2、压缩机的分类容积型:往复式:活塞式 回转式:滚动转子式,滑片式,单螺杆式,双螺杆式,涡旋式。速度型:离心式,3、压缩机的工作过程,1、压缩过程:活塞由下止点向上止点移动,气缸容积减少,压力增大,气体被压缩。2、排气过程:当气缸压力大于排气阀阻力时,气缸内气体排除压缩机。3、膨胀过程:排气过程结束后,活塞由上止点向下止点移动,残留在活塞内的高压气体随气缸容积的扩大而膨胀。4、吸气过程:活塞由上止点向下止点移动过程中,当气缸内压力低于外界压力时,进气阀开启,外界气体进入压缩机。,第四节 制冷设备,4、全封闭活塞式压
11、缩机的构造,1、什么是全封闭式压缩机 全封闭式压缩机是将所用的电动机转子直接安装在压缩机曲轴的一端,连同电动机一起密封在一个耐压金属壳内,在封闭外壳的表面上引出吸、排气管及电源的三个接线柱,这种结构的压缩机称封闭式压缩机。,2、全封闭式压缩机的分类,全封闭式压缩机一般分为往复式和旋转式。车辆空调中应用最广的是往复式曲柄连杆压缩机。,3、往复式曲柄连杆压缩机的构造,4、往复式曲柄连杆压缩机的运用参数,1、JH514Y制冷量:15.54KW 输入功率:5.4KW 气缸数:32、JH519Y制冷量:20.9KW 输入功率:7.2KW气缸数:4,第四节 制冷设备,在制冷设备中,除有起主导作用的压缩机外
12、,还必须包括起换热作用的换热器蒸发器和冷凝器。(一)冷凝器 冷凝器是制冷机的主要热交换设备。其作用是使从压缩机出来的高温高压制冷剂蒸气在其中向冷却介质水或空气放热,冷却、冷凝成高温高压的过冷液体。,冷凝器的类型及常见结构,冷凝器按冷却介质和冷却方式的不同分为三种类型:水冷式冷凝器用水作为冷却介质;空气冷却式冷凝器,亦称风冷式冷凝器用空气作为冷却介质;蒸发式冷凝器用水和空气作为冷却介质,主要是靠水蒸气把热量带走。,图4-14 上进下出式冷凝器1 分配集管 2-冷凝蛇管 3-集液器,图4-15 横进横出式冷凝器,(二)蒸发器,蒸发器是制冷机的另一主要热交换设备。在蒸发器中,制冷剂液体在较低温度下蒸
13、发(沸腾)而转变为蒸气,利用制冷剂的蒸发潜热,吸收被冷却介质的热量而使被冷却介质的温度降低。所以,蒸发器是制冷系统中产生和输出冷量的设备。,蒸发器的类型及常见结构,蒸发器按冷却介质的不同分为冷却液体(水、盐水等)的蒸发器和冷却空气的蒸发器两种。冷却液体的蒸发器有壳管卧式蒸发器、干式蒸发器和沉浸式蒸发器;冷却空气的蒸发器有冷却排管和直接蒸发式空气冷却器两种。直接蒸发式空气冷却器也称冷风机,它适用于各种空调机组、冷藏库及低温试验箱中。它的特点是制冷剂在蛇管内吸热蒸发,管外空气在风机作用下强迫流动。由于空气是强迫流动,所以传热系数比冷却排管高。车辆制冷系统中,采用的蒸发器均为直接蒸发式空气冷却器。,
14、图4-16 直接蒸发式空气冷却器及其安装位置示意图(a)横向垂直;(b)水平;(c)倾斜。1-膨胀阀;2-分液器;3-分液管;4-汇集管;4-回气管;6-感温包。,二、辅助设备,在实际的制冷系统中,为改善制冷装置的工作条件,提高运行的经济性和安全可靠性,还必须设一些辅助设备,如贮液器、气液分离器、干燥过滤器等。(一)干燥过滤器 在客车空调装置制冷系统节流装置前的输液管上,都装有干燥过滤器,它是制冷系统的净化设备。其作用是消除制冷剂中的水分和机械杂质。干燥过滤器主要由壳体,滤网,干燥剂,进、出液管接头等组成,图4-17 干燥过滤器1-进液管接头;2-压盖;3-滤网;4-干燥剂;5-出液管接头;6
15、-壳体;7-连接螺栓。,(二)贮液器,贮液器亦称储液筒,是用来贮存制冷循环中的制冷液体,以适应工况变动时制冷剂流量的变化。(三)气液分离器 气液分离器是用来分离蒸发器出口的蒸气中的液体,从而保证压缩机为干压缩。,图4-19 气液分离器结构示意图,制冷自动控制元件,一、热力膨胀阀及毛细管 1热力膨胀阀 热力膨胀阀是一种能自动调节供液量的节流降压机构。它是利用蒸发器出口处制冷剂蒸气的过热来调节制冷剂流量的。,图4-20 热力膨胀阀结构及原理图(a)结构图;(b)工作图;(c)受力图。1-毛细管;2-阀体;3-阀座;4-阀芯;5-弹簧;6-调整杆;7-感温包;8-膜片;9-推杆。,2毛细管 当流体沿
16、管内流动时,由于管道摩擦阻力而产生压降,管径越小、管子越长则流动阻力就越大,产生的压降也越大。采用毛细管小内径(0.6-2.0mm)并有一定长度(0.6-2.5mm)的紫铜管,代替膨胀阀作为节流降压元件,这就是毛细管节流装置。,第一节 客车空调装置的组成和类型,一、客车空调装置的组成 客车空调装置通常由通风系统、空气冷却系统、加热系统、加湿系统以及自动控制系统等五大部分组成。,1、通风系统的作用,将车外新鲜空气吸入并与车内再循环空气混合,在滤清灰尘和杂质后,再压送分配到车内,同时排出车内多余的污浊空气,以保证车内空气的洁净度以及合理的流动速度和气流组织。通风系统通常由通风机组、空气过滤器、新风
17、口、送风道、回风口、回风道以及排废气口等组成。,2、空气冷却系统的作用,在夏季对进入车内的空气进行降温、减湿处理,使夏季车内空气的温度与相对湿度维持在规定的范围内。制冷系统包括压缩机、蒸发器、冷凝器、节流装置四大件,还配有干燥过滤器、气液分离器等辅助设备。,3、空气加热系统的作用,在冬季对进入车内的空气进行预热和对车内的空气进行加热,以保证冬季车内空气的温度在规定的范围内。空气加热系统通常由空气预热器和地面空气加热器组成。,4、空气加湿系统的作用,在冬季车内空气相对湿度较低时对空气加湿,以保证冬季车内空气的相对湿度在规定的范围内。我国在一般车辆的空调装置中不设加湿系统,仅在某些高级公务车及特殊
18、要求的车辆上才设此系统。,5、自动控制系统的作用,控制各系统按给定的方案协调地工作,使室内的空气参数控制在规定的范围内,并同时对空调装置起自动保护作用。电气控制系统一般由控制电器、保护元件以及仪表等组成。,二、客车空调装置的类型,1、按空调装置的供电方式可分为本车供电式和集中供电式。(1)本车供电是指空调装置的用电由本车车轴发电机组或单车柴油发电机组供电。(2)集中供电是指全列车空调装置的用电由列车中编挂的发电车集中供电或由地面电站通过接触电网或第三轨集中供电。,2、按空调装置的安装方式划分,(1)分装式 分装式空调装置是指每节客车上只安装一套空调装置,且将制冷压缩机、冷凝器、冷凝风扇、贮液器
19、集中装在一个箱中,并悬挂在车底架下,而将蒸发器、通风机、膨胀阀、空气预热器等安装在车顶内部,用铜管将制冷系统的各设备连接起来,组成封闭的循环系统。车辆重心降低,但因体积大,使拆装困难和检修不方便,而且制冷管路长,接头多,容易产生泄漏。,(2)单元式,单元式空调机组是将压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器、通风机、冷凝风机以及空气预热器安装在一个箱内,组成一个完整的单元后安装在车顶。根据车型不同,每辆车上可安装一台或两台单元式空调机组。送风道布置在车内顶棚的中央或两侧。电气控制柜也是安装在乘务员室内。目前单元式空调机组主要有两种型式:KLD29和KLD40型,它们的制冷量在设计条件下分别为29.07
20、kW和40.7KW。,平底前出风单元式机组,1冷凝风扇 2冷凝器3安装座 4气液分离器5压力控制器 6压缩机 7通风机 8蒸发器9电预热 10新风过滤器,第二节单元式空调制冷系统,空调客车车内空气参数,一、影响旅客卫生和舒适性的因素,车内空气的温度车内空气的相对湿度人体周围空气的流动速度车内空气的洁净度车内壁面的表面温度运行噪音,二、空调客车车内空气参数的要求,夏季各客室内温度2429;夏季客室内相对湿度40%65%,最大70%;夏季送风温差 8;冬季客室内温度 1822;冬季客室内相对湿度 30%;冬季洗脸室内温度 16;厕所和走廊14;客室内微风速:对于软座车、软卧车和硬卧车,夏季不超过0
21、.25m/s,其它车为0.10.35m/s;冬季不超过0.20m/s;客室内空气的含尘量 1mg/m3;客室内空气中二氧化碳的容积浓度0.15%;新鲜空气量(每人/每小时):夏季2025m3;冬季1520 m3;客室内应保持正压9.829.4Pa。,三、单元式空调制冷系统,(一)、组成1、单元式客车空调装置由单元式空调机组和电气控制柜两部分组成。2、空调机组是将制冷装置、电加热装置和通风机等安装在一个箱体内组成一个单元,通过橡胶减振装置安装在车顶的两端或中间。3、电气控制柜设在乘务员室内,与车顶机组通过插头、插座相连接。,(二)、制冷系统,单元式空调机组内均设有两套相同且相互独立的制冷系统。每
22、套制冷系统都由一台全封闭式压缩机、汽液分离器、冷凝器、干燥过滤器、毛细管和蒸发器等组成。两套制冷系统的蒸发器做成一体,但内部管路各自独立。机组中的一台离心式通风机为两套系统共用。29.07kW机组有一台轴流式冷凝风机,40.7kW机组有两 台轴流式冷凝风机。,KLD29型单元式空调机组制冷系统示意图,1压力控制器 2压缩机,3气液分离器滤器 4通风机,5蒸发器6电加热器7毛细管 8干燥过滤器,9冷凝风机10冷凝器,KLD29型单元式空调机组制冷系统 概况,制冷剂为R22。系统中两台压缩机为日本三菱JH514YZ型全封闭式压缩机 在蒸发器进风温度29、相对湿60%,冷凝器进风温度35、相对湿度6
23、0%时制冷量为29.07kW。两台冷凝器为铝肋片套铜管型结构。,KLD29型单元式空调机组制冷系统 概况,一台轴流式冷凝风机的功率为1.5kW 蒸发器采用与冷凝器相同的结构 循环风机采用多叶片离心式双联、双速1450(或 960)r/min风机,风量为4500(或3000)m3/h,功率为1.8(或1.3)KW。节流装置采用毛细管节流,每套系统采用5根3.0m1.6mm的铜管。制冷剂的流程是:全封闭式压缩机冷凝器干燥过滤器毛细管蒸发器气液分离器全封闭式压缩机。,制冷系统的自动保护,1、高低压压力保护 高压断开(2.651.5)MPa,高压自动复位(2.151.0)MPa;低压断开(0.190.
24、05)MPa,低压自动复位(0.320.05)MPa。2、低温保护 蒸发器吸入的空气温度低于(181),压缩机不能起动。低温保护的目的是防止当流经蒸发器的空气温度较低时,蒸发器内的制冷剂不能完全汽化,使压缩机吸入部分液体而产生“液击”。,制冷系统的能量调节,靠间歇停开压缩机实现 1、如果一节车上只安装一台空调机组,可实现制冷量0、50%(一台压缩机工作)、100%(两台压缩机工作)三挡调节。2、如果一节车上安装两台空调机组,如硬座车和双层车,可实现0、50%、75%、100%四档调节。,第四节 客车空调采暖系统,空调客车采暖系统的作用是1、对送入车内空气进行预 2、对车内空气进行补偿加热。,空
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