船舶制冷2ppt課件

marinerefrigeratingplant,第二節(jié)蒸汽壓縮式制冷裝置的工作原理,一、單級(jí)蒸汽壓縮制冷循環(huán),單級(jí)蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)組成：由壓縮機(jī)，冷凝器，膨脹閥和蒸發(fā)器組成。用管道將它們連接成一個(gè)密封系統(tǒng)。,第十一章船舶制冷裝置,單級(jí)蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)，是由制冷壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器和節(jié)流閥四個(gè)基本部件組成。它們之間用管道依次連接，形成一個(gè)密閉的系統(tǒng)，制冷劑在系統(tǒng)中不斷地循環(huán)流動(dòng)，發(fā)生狀態(tài)變化，與外界進(jìn)行熱量交換。其工作過程如下圖所示。,單級(jí)蒸汽壓縮制冷循環(huán),制冷劑液體在蒸發(fā)器內(nèi)以低溫與被冷卻對(duì)象發(fā)生熱交換，吸收被冷卻對(duì)象的熱量并氣化；產(chǎn)生的低壓蒸汽被壓縮機(jī)吸入，經(jīng)壓縮后以高壓排出；壓縮機(jī)排出的高壓氣態(tài)制冷劑進(jìn)冷凝器，被常溫的冷卻水或空氣冷卻，凝結(jié)成高壓液體；高壓液體流經(jīng)膨脹閥時(shí)節(jié)流，變成低壓低溫的氣液兩相混合物，進(jìn)入蒸發(fā)器，其中的液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器中蒸發(fā)制冷，產(chǎn)生的低壓蒸汽再次被壓縮機(jī)吸入。如此周而復(fù)始，不斷循環(huán)。,壓焓圖：壓焓圖的結(jié)構(gòu)如下圖2所示。以絕對(duì)壓力為縱坐標(biāo)（為了縮小圖的尺寸，提高低壓區(qū)域的精度，通?？v坐標(biāo)取對(duì)數(shù)坐標(biāo)），以焓值為橫坐標(biāo)。,臨界點(diǎn)K左邊的粗實(shí)線為飽和液體線，線上的任何一點(diǎn)代表一個(gè)飽和液體狀態(tài)，干度x=0。臨界點(diǎn)K右邊的粗實(shí)線為飽和蒸氣線，線上任何一點(diǎn)代表一個(gè)飽和蒸氣狀態(tài)，干度x=1。這兩條粗實(shí)線將圖分為三個(gè)區(qū)域：飽和液體線的左邊為過冷液體區(qū)，過冷液體的溫度低于相同壓力下飽和液體的溫度；飽和蒸氣線的右邊是過熱蒸氣區(qū)，該區(qū)域內(nèi)的蒸氣稱為過熱蒸氣，它的溫度高于同一壓力下飽和蒸氣的溫度；兩條線之間的區(qū)域?yàn)閮上鄥^(qū)，制冷劑在該區(qū)域內(nèi)處于氣、液混合狀態(tài)（濕蒸氣區(qū)）。,制冷劑壓焓圖,單級(jí)蒸汽壓縮制冷的理論循環(huán)工作過程：?jiǎn)渭?jí)蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)如下圖1所示。它由壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器組成。其工作過程如下：制冷劑在蒸發(fā)壓力下沸騰，蒸發(fā)溫度低于被冷卻物體或流體的溫度。壓縮機(jī)不斷地抽吸蒸發(fā)器中產(chǎn)生的蒸氣，并將它壓縮到冷凝壓力，然后送往冷凝器，在冷凝壓力下等壓冷卻和冷凝成液體，制冷劑冷卻和冷凝時(shí)放出的熱量傳給冷卻介質(zhì)（通常是水或空氣）與冷凝壓力相對(duì)應(yīng)的冷凝溫度一定要高于冷卻介質(zhì)的溫度，冷凝后的液體通過膨脹閥或其它節(jié)流元件進(jìn)入蒸發(fā)器。當(dāng)制冷劑通過膨脹閥時(shí)，壓力從冷凝壓力降到蒸發(fā)壓力，部分液體氣化，剩余液體的溫度降至蒸發(fā)溫度，于是離開膨脹閥的制冷劑變成溫度為蒸發(fā)溫度的兩相混合物。混合物中的液體在蒸發(fā)器中蒸發(fā)，從被冷卻物體中吸取它所需要的氣化潛熱。混合物中的蒸氣通常稱為閃發(fā)蒸氣，在它被壓縮機(jī)重新吸入之前幾乎不再起吸熱作用。,2.單級(jí)蒸氣壓縮制冷的實(shí)際循環(huán)及熱力計(jì)算,在整個(gè)循環(huán)過程中:壓縮機(jī)起著壓縮和輸送制冷劑蒸氣并造成蒸發(fā)器中低壓力、冷凝器中高壓力的作用，是整個(gè)系統(tǒng)的心臟；節(jié)流閥對(duì)制冷劑起節(jié)流降壓作用并調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量；蒸發(fā)器是輸出冷量的設(shè)備，制冷劑在蒸發(fā)器中吸收被冷卻物體的熱量，從而達(dá)到制取冷量的目的；冷凝器是輸出熱量的設(shè)備，從蒸發(fā)器中吸取的熱量連同壓縮機(jī)消耗的功所轉(zhuǎn)化的熱量的冷凝器中被冷卻介質(zhì)帶走。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，壓縮機(jī)所消耗的功（電能）起了補(bǔ)償作用，使制冷劑不斷從低溫物體中吸熱，并向高溫物體放熱，從而完整個(gè)制冷循環(huán)。,制冷原理演示,各部件的作用壓縮機(jī):壓縮和輸送制冷蒸汽，并造成蒸發(fā)器中低壓、冷凝器中高壓，是整個(gè)系統(tǒng)的心臟。提高制冷劑蒸汽的露點(diǎn)。冷凝器:是輸出熱量的設(shè)備，將制冷劑在蒸發(fā)器中吸收的熱量和壓縮機(jī)消耗功所轉(zhuǎn)化的熱量排放給冷卻介質(zhì)。節(jié)流閥:對(duì)制冷劑起節(jié)流降壓作用，并調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量。降低制冷劑液體的沸點(diǎn)。蒸發(fā)器:是輸出冷量的設(shè)備，制冷劑在蒸發(fā)器中吸收被冷卻對(duì)象的熱量，從而達(dá)到制冷的目的。,制冷原理演示,節(jié)流機(jī)構(gòu)是壓縮式制冷循環(huán)不可缺少的四個(gè)主要過程之一。節(jié)流機(jī)構(gòu)的作用有兩點(diǎn)：一是對(duì)從冷凝器中出來的高壓液體制冷劑進(jìn)行節(jié)流降壓為蒸發(fā)壓力；二是根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷變化，調(diào)整進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑液體的數(shù)量。常用的節(jié)流機(jī)構(gòu)有手動(dòng)膨脹閥、浮球式膨脹閥、熱力膨脹閥以及阻流式膨脹閥(毛細(xì)管)等。它們的基本原理都是使高壓液態(tài)制冷劑受迫流過一個(gè)小過流截面，產(chǎn)生合適的局部阻力損失(或沿程損失)，使制冷劑壓力驟降，與此同時(shí)一部分液態(tài)制冷劑汽化，吸收潛熱，使節(jié)流后的制冷劑成為低壓低溫狀態(tài)。,機(jī)構(gòu),壓焓圖：壓焓圖的結(jié)構(gòu)如下圖2所示。以絕對(duì)壓力為縱坐標(biāo)（為了縮小圖的尺寸，提高低壓區(qū)域的精度，通?？v坐標(biāo)取對(duì)數(shù)坐標(biāo)），以焓值為橫坐標(biāo)。,臨界點(diǎn)K左邊的粗實(shí)線為飽和液體線，線上的任何一點(diǎn)代表一個(gè)飽和液體狀態(tài)，干度x=0。臨界點(diǎn)K右邊的粗實(shí)線為飽和蒸氣線，線上任何一點(diǎn)代表一個(gè)飽和蒸氣狀態(tài)，干度x=1。這兩條粗實(shí)線將圖分為三個(gè)區(qū)域：飽和液體線的左邊為過冷液體區(qū)，過冷液體的溫度低于相同壓力下飽和液體的溫度；飽和蒸氣線的右邊是過熱蒸氣區(qū)，該區(qū)域內(nèi)的蒸氣稱為過熱蒸氣，它的溫度高于同一壓力下飽和蒸氣的溫度；兩條線之間的區(qū)域?yàn)閮上鄥^(qū)，制冷劑在該區(qū)域內(nèi)處于氣、液混合狀態(tài)（濕蒸氣區(qū)）。,圖中共有六種等參數(shù)線簇：1）等壓線-水平線；2）等焓線-垂直線；3）等溫線-液體區(qū)幾乎為垂直線。兩相區(qū)內(nèi)，因制冷劑狀態(tài)的變化是在等壓、等溫下進(jìn)行，故等溫線與等壓線重合，是水平線。過熱蒸氣區(qū)為向右下方彎曲的傾斜線；4）等熵線-向右上方傾斜的實(shí)線；5）等容線-向右上方傾斜的虛線，比等熵線平坦；6）等干度線-只存在于濕蒸氣區(qū)域內(nèi)，其方向大致與飽和液體線或飽和蒸氣線相近，視干度大小而定。,壓焓圖：,過程線1-2表示制冷劑蒸氣在壓縮機(jī)中的等熵壓縮過程，壓力由蒸發(fā)壓力升高到冷凝壓力。因此該點(diǎn)可通過1點(diǎn)的等熵線和壓力為冷凝壓力的等壓線的交點(diǎn)來確定。由于壓縮過程中外界對(duì)制冷劑作功，制冷劑溫度升高，因此點(diǎn)2表示過熱蒸氣狀態(tài)。,點(diǎn)2表示制冷劑出壓縮機(jī)時(shí)的狀態(tài)，也就是進(jìn)冷凝器時(shí)的狀態(tài)。,點(diǎn)1表示制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)的狀態(tài)。,壓焓圖中各狀態(tài)點(diǎn)及各個(gè)過程敘述如下：,各部件的作用制冷循環(huán)過程在壓焓圖上的表示單級(jí)蒸氣壓縮制冷理論循環(huán)工作過程可清楚地表示在壓焓圖上，如圖3所示。對(duì)于最簡(jiǎn)單的理論循環(huán)（或稱簡(jiǎn)單的飽和循環(huán)）：離開蒸發(fā)器和進(jìn)入壓縮機(jī)的制冷劑蒸氣是處于蒸發(fā)壓力下的飽和蒸氣；離開冷凝器和進(jìn)入膨脹閥的液體是處于冷凝壓力下的飽和液體；壓縮機(jī)的壓縮過程為等熵壓縮；制冷劑通過膨脹閥節(jié)流時(shí)，其前、后焓值相等；制冷劑在蒸發(fā)和冷凝過程中沒有壓力損失；在各設(shè)備的連接管道中制冷劑不發(fā)生狀態(tài)變化；制冷劑的冷凝溫度等于冷卻介質(zhì)溫度，蒸發(fā)溫度等于被冷卻介質(zhì)的溫度。顯然，上述條件與實(shí)際循環(huán)是存在著偏差的，但由于理論循環(huán)可使問題得到簡(jiǎn)化，便于對(duì)它們進(jìn)行分析研究，而且理論循環(huán)的各個(gè)過程均是實(shí)際循環(huán)的基礎(chǔ)，它可作為實(shí)際循環(huán)的比較標(biāo)準(zhǔn)，因此仍有必要對(duì)它加以詳細(xì)的分析與討論。,過程線4-1表示制冷劑在蒸發(fā)器中的氣化過程。由于這一過程是在等溫、等壓下進(jìn)行的，液體制冷劑吸取被冷卻介質(zhì)的熱量（即制冷）而不斷氣化，制冷劑的狀態(tài)沿蒸發(fā)壓力的等壓線向干度增大的方向變化，直到全部變?yōu)轱柡驼魵鉃橹埂＿@樣，制冷劑的狀態(tài)又重新回到進(jìn)入壓縮機(jī)前的狀態(tài)點(diǎn)1，從而完成一個(gè)完整的理論制冷循環(huán)。,在進(jìn)行制冷循環(huán)的熱力計(jì)算之前,需要了解系統(tǒng)中各設(shè)備內(nèi)功和熱量的變化情況,然后再對(duì)循環(huán)的性能指標(biāo)進(jìn)行分析和計(jì)算。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，如果忽略位能和動(dòng)能的變化，穩(wěn)定流動(dòng)的能量方程可表示為(1)式中：Q和P是單位時(shí)間內(nèi)加給系統(tǒng)的熱量和功;qm是流進(jìn)或流出該系統(tǒng)的穩(wěn)定質(zhì)量流量；h是比焓;下標(biāo)1和2分別表示流體流進(jìn)系統(tǒng)和離開系統(tǒng)的狀態(tài)點(diǎn)。當(dāng)熱量和功朝向系統(tǒng)時(shí),Q和P取正值.,單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算,制冷劑液體通過節(jié)流孔口時(shí)絕熱膨脹，對(duì)外不作功,P=0,故方程式(1)變?yōu)橐虼?，可認(rèn)為節(jié)流前后其值不變.節(jié)流閥出口處（點(diǎn)4）為兩相混合物，它的焓值也可由下式表示：式中hf0和hg0分別為蒸發(fā)壓力p0下飽和液體和飽和蒸汽的焓值；x4為制冷劑出節(jié)流閥時(shí)的干度。將上式移項(xiàng)并整理得:,(1)節(jié)流閥,點(diǎn)4比容為式中Vf0和Vg0分別為蒸發(fā)溫度t0下飽和液體和飽和蒸汽的比容。,如果忽略壓縮機(jī)與外界環(huán)境所交換的熱量，則由式（1）得（5）式中（h2-h1)表示壓縮機(jī)每壓縮并輸送1kg的制冷劑所消耗的功，稱為理論比功。,（2）壓縮機(jī),被冷卻物質(zhì)通過蒸發(fā)器向制冷劑傳送Q0,因?yàn)檎舭l(fā)器不作功，故方程式（1）變?yōu)椋?）由上式可以看出制冷量與兩個(gè)因數(shù)有關(guān)：制冷劑的質(zhì)量流量qm和制冷劑進(jìn)出口蒸發(fā)器的焓差(h1-h4)。(h1-h4)稱為單位質(zhì)量制冷量，它表示1kg制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)從被冷卻物質(zhì)中吸取的熱量，用q0表示。,（3）蒸發(fā)器,質(zhì)量流量與容積qv有如下關(guān)系：（7）用壓縮機(jī)進(jìn)口出V1代入上式得：（8）將方程（8）代入（6）得:（9）,假設(shè)制冷劑在冷凝器中向外界放出熱量為Qk,那么（10）式中(h2-h3)稱為冷凝器單位熱負(fù)荷，用qv表示。它表示1kg制冷劑蒸汽在冷凝器中放出的熱量。(5)制冷系數(shù)按定義，在理論循環(huán)中，制冷系數(shù)可用下式表示（11）在下一頁我們通過一個(gè)例題來講解熱力計(jì)算過程,（4）冷凝器,例題：假定循環(huán)為單級(jí)壓縮蒸氣制冷的理論循環(huán)，蒸發(fā)溫度t0=10,冷凝溫度tk為35，工質(zhì)為R22，循環(huán)的制冷量Q0=55kw,試對(duì)該循環(huán)進(jìn)行熱力計(jì)算。,解：該循環(huán)的壓焓圖如下所示：根據(jù)R22的熱力性質(zhì)表，查出處于飽和線上的有關(guān)狀態(tài)參數(shù)值：h1=401.555kJ/kgv1=0.0653m3/kgh3=h4=243.114kJ/kgp0=0.3543MPapk=1.35