工業(yè)制冷相關原理及設備培訓課件

1、本講主要內容一、制冷原理1、制冷的基本概念2、制冷技術的發(fā)展概況3、制冷技術的應用4、制冷方法二、制冷劑、載冷劑和潤滑油三、制冷壓縮機1、制冷壓縮機的作用2、壓縮機的工作過程3、制冷壓縮機的分類4、活塞式制冷壓縮機5、滾動轉子式制冷壓縮機6、渦旋（渦線）式制冷壓縮機7、螺桿式制冷壓縮機8、離心式制冷壓縮機四、冷凝器、蒸發(fā)器（下講重點講）五、節(jié)流機構六、輔助設備一、制冷原理v1、制冷的基本概念v制冷：利用人工的方法，把某物體或某空間的溫度降低到低于周圍環(huán)境 的溫度，并使之維持在這一低溫的過程。 實質：將熱量從被冷卻對象中轉移到環(huán)境中。 制冷冷卻制冷機：實現(xiàn)制冷所需的機器和設備。 特點：必須消耗能

2、量電能、機械能等。制冷劑：制冷機中把熱量從被冷卻介質傳給環(huán)境介質的內部循環(huán)流動的 工作介質。 制冷循環(huán)：在制冷機中，制冷劑周而復始吸熱、放熱的流動循環(huán)。熱力學第一定律：能量守恒和轉換定律熱力學第二定律：能量貶值原理不可能把熱從低溫物體傳向高溫物體而不引起其它變化高溫物體外界補償熱量低溫物體人工制冷：2、制冷技術的發(fā)展概況v1755年愛丁堡的化學教師庫侖利用乙醚蒸發(fā)使水結冰。他的學生布拉克從本質上解釋了融化和氣化現(xiàn)象，提出了潛熱的概念，并發(fā)明了冰量熱器，標志著現(xiàn)代制冷技術的開始。 v1834年發(fā)明家波爾金斯造出了第一臺以乙醚為工質的蒸氣壓縮式制冷機，并正式申請了英國第6662號專利。這是后來所有

3、蒸氣壓縮式制冷機的雛型。 v到1875年卡利和林德用氨作制冷劑，從此蒸氣壓縮式制冷機開始占有統(tǒng)治地位。 v1859年，卡列發(fā)明了氨水吸收式制冷系統(tǒng)，申請了原理專利。v1910年左右，馬利斯萊蘭克發(fā)明了蒸氣噴射式制冷系統(tǒng)。v到20世紀，制冷技術有了更大發(fā)展，1910年家用冰箱問世。1930年氟利昂制冷工質的出現(xiàn)給制冷技術帶來新的變革。近二十年來，制冷技術的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1）范圍的擴展。目前人類能達到的最低制冷溫度是用原子核絕熱去磁的方法達到10-6 K。絕對零度為0K（-273.16攝氏度），在此溫度下，構成物質的所有分子和原子均停止運動。2）熱泵技術。人們利用逆向循環(huán)實現(xiàn)熱量的轉

4、換，因此熱泵技術也列入制冷技術的范疇。3）設備規(guī)模不斷擴大。用于空調的冷水機組制冷量可達7000KW。4）計算機的應用。計算機技術的迅猛發(fā)展，也大大推動了制冷技術的發(fā)展及應用。5）新制冷劑的研究。總的看來，可以把制冷劑的發(fā)展歷程劃分為兩個階段，第一個階段是從自然物質到人工合成的物質；那么制冷劑發(fā)展的第二個階段將再回歸到自然物質。氟利昂是一種化學性質非常穩(wěn)定的人工合成物質，使臭氧層受到破壞、減薄直至消失。因此對氟利昂制冷劑的替代勢在必行。 3、制冷技術的應用v空調工程：空氣調節(jié)、除濕等。v食品工程：冷庫、家用冰箱、冰柜、冷藏陳列柜等。v機械與電子工業(yè)：工業(yè)的許多生產過程需要在低溫下進行。v農業(yè)：

5、種子貯存以及育苗等。v醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)：血漿、疫苗及某些特殊藥品的低溫保存。v國防工業(yè)和現(xiàn)代科學：人工降雨；在高寒地區(qū)使用的發(fā)動機、汽車、常規(guī)武器的環(huán)境模擬試驗等。此外，電子技術、能源、新型原材料、宇宙開發(fā)、生物技術等尖端科學領域中，制冷技術也起著重要的作用。4、制冷方法v液體汽化制冷：利用液體汽化吸熱原理。 如：蒸汽壓縮式制冷、吸收式制冷、蒸汽噴射式制冷、吸附式制冷v氣體膨脹制冷：將高壓氣體做絕熱膨脹，使其壓力、溫度下降，利用降溫后的氣體來吸取被冷卻物體的熱量從而制冷。v熱電制冷：利用某種半導體材料的熱電效應。v渦流管制冷：使壓縮氣體產生渦流并分離成冷、熱兩部分，其中冷氣流用來制冷。液體汽化制冷

6、的原理當液體處在容器內時，液體汽化形成蒸汽，若此容器內除了液體及液體本身的蒸汽外不存在其他氣體，那么液體和蒸汽在某一壓力下將達到平衡。如果將一部分飽和蒸汽從容器中抽走，液體中就必然要再汽化一部分蒸汽來維持平衡。液體汽化時，需要吸收熱量，此熱量稱為汽化潛熱，汽化潛熱來自被冷卻對象，它使被冷卻對象變冷，或者使它維持在低于環(huán)境溫度的某一低溫，從而達到制冷的目的。利用液體汽化方法的制冷循環(huán)由以下四個基本過程組成。制冷工質汽化（蒸發(fā)）蒸汽升壓（壓縮），使蒸汽的冷凝過程在常溫下實現(xiàn)。高壓蒸汽的液化（冷凝）高壓液體降壓（節(jié)流）蒸汽壓縮式制冷原理v制冷循環(huán)為：在蒸發(fā)器中產生的低壓制冷劑蒸發(fā)，在壓縮機中被壓縮到

7、冷凝壓力，消耗了機械功W，此時為絕熱壓縮過程，同時溫度不斷升高；然后壓縮后的蒸汽在過飽和狀態(tài)下進入冷凝器中，因受到冷卻介質（水或空氣）的冷卻而凝結成飽和液體，并放出熱量，其冷凝過程為一等溫等壓過程；由冷凝器出來的制冷劑液體，經(jīng)膨脹閥進行絕熱膨脹到蒸發(fā)壓力，溫度降到與之相應的飽和溫度。此時已成為兩相狀態(tài)的汽液混合物；然后進入蒸發(fā)器，進行等溫等壓的蒸發(fā)過程，并回復到起始狀態(tài)，完成一個循環(huán)。熱泵型空調器的工作過程采用環(huán)境空氣或水來冷卻冷凝器中的制冷機時，對于單級蒸汽壓縮式制冷循環(huán)能獲得的最低溫度約為-20-30，當采用R502制冷劑時，能獲得-40 左右的蒸發(fā)溫度。當要制取更低溫度的冷量時，單級壓縮

8、制冷機就無法實現(xiàn)了。兩級壓縮制冷系統(tǒng)將壓縮過程分為兩個階段進行，一般用來制取-30 -70 復疊式制冷循環(huán)系統(tǒng)采用兩種或兩種以上的制冷劑，一般用來制取-60 -120 蒸汽壓縮式制冷的優(yōu)點v一、蒸汽壓縮式制冷循環(huán)的蒸發(fā)過程和冷卻過程是在等溫度情況下進行 的，不可逆性小，故循環(huán)的制冷系數(shù)大；v二、它是利用液體的蒸發(fā)過程來制冷，故單位制冷量大；v三、在蒸發(fā)器和冷凝器中都是有集態(tài)改變的傳熱過程，傳熱系數(shù)較大， 因而設備不是很龐大。v因此蒸汽壓縮式制冷運用最為廣泛。吸收式制冷吸收式制冷是利用某些具有特殊性質的工質對，通過一種物質對另一種物質的吸收和釋放，產生物質的狀態(tài)變化，從而伴隨吸熱和放熱過程。目前

9、常用的工質對有氨水和水/溴化鋰。吸收制冷的基本原理一般分為以下五個步驟： （1）利用工作熱源（如水蒸氣、熱水及燃氣等）在發(fā)生器中加熱由溶液泵從吸收器輸送來的具有一定濃度 的溶液，并使溶液中的大部分低沸點制冷劑蒸發(fā)出來。 （2）制冷劑蒸氣進入冷凝器中，又被冷卻介質冷凝成制冷劑液體，再經(jīng)節(jié)流器降壓到蒸發(fā)壓力。 （3）制冷劑經(jīng)節(jié)流進入蒸發(fā)器中，吸收被冷卻系統(tǒng)中的熱量而激化成蒸發(fā)壓力下的制冷劑蒸氣。 （4）在發(fā)生器A中經(jīng)發(fā)生過程剩余的溶液（高沸點的吸收劑以及少量未蒸發(fā)的制冷劑）經(jīng)吸收劑節(jié)流器降 到蒸發(fā)壓力進入吸收器中，與從蒸發(fā)器出來的低壓制冷 劑蒸氣相混合，并吸收低壓制冷劑蒸氣并恢復到原來的 濃度。

10、（5）吸收過程往往是一個放熱過程，故需在吸收器中用冷卻 水來冷卻混合溶液。在吸收器中恢復了濃度的溶液又經(jīng) 溶液泵升壓后送入發(fā)生器中繼續(xù)循環(huán)。 特點：無原動力，直接使用熱原理;結構簡單，運行方便。 沸石分子篩是一種鋁硅酸礦物，具有強烈的吸水性，沸石的吸附水量對溫度特別敏感，微小的溫度變化將導致吸附量的較大改變，從而導致封閉系統(tǒng)中壓力的較大變化，利用沸石溫度的變化，便可使其起到壓縮機的作用。二、制冷劑、載冷劑和潤滑油v制冷劑在直接蒸發(fā)式制冷系統(tǒng)中循環(huán)，通過其本身的狀態(tài)變化，來傳遞熱量的工質稱為制冷劑（冷凍劑）。如氨、氟利昂等。v載冷劑在間接蒸發(fā)式制冷系統(tǒng)中起傳遞冷效應的介質稱為載冷劑（冷媒）。v載

11、冷劑在蒸發(fā)器中被制冷劑冷卻，然后再去冷卻物料或冷藏庫。如鹽水（氯化鈉）、氯化鈣鹽水、冰、冰鹽等。制冷劑的選擇要求1、對環(huán)境的親和友善。（臭氧衰減指數(shù)ODP、溫室效應指數(shù)GWP）2、熱力學性質滿足制冷循環(huán)。 （制冷工作范圍、壓縮比、單位質量和單 位體積制冷量要大、絕熱指數(shù)低）3、具有良好的物理化學性質。（流動性好、傳熱性好、安全性好、化學穩(wěn) 定性好、溶油性、溶水性）4、來源廣，易制取。常用的制冷劑1、無機化合物： NH3R717，CO2R744，H2OR7182、烴類：甲烷CH4R50，乙烷C2H6R170，丙烷C3H8R2903、鹵代烴：二氟二氯甲烷CF2Cl2 R12， 二氟一氯甲烷CHCl

12、F2 R22， 四氟乙烷 CH2FCF3 R134a 2-甲基丙烷（異丁烷）CClF R600a 4、混合溶液：R404A 不含氯的非共沸混合制冷劑 ， R410A 不含氯的氟代烷非共沸混合制冷劑 載冷劑選擇要求1、工作溫度范圍內始終呈液態(tài)，不凝固、不汽化；2、無毒、無刺激性，環(huán)保、安全，腐蝕性?。?、比熱大，同樣質量則載冷量大，傳熱性好；4、流動性好，密度小，粘度小，流動阻力小；5、來源廣泛，價低易得。載冷劑類型及常用載冷劑1、水：空調系統(tǒng)中常用，但只能做0以上的載冷劑。2、鹽水溶液：NaCl、CaCl2、MgCl2 3、有機物及其水溶液：甲醇、乙二醇、丙三醇。 潤滑油也稱冷凍油，它在制冷壓

13、縮機中主要起以下五個作用：（1）潤滑摩擦件表面，降低摩擦而引起的溫升，減少零件的磨損；（2）冷卻作用，冷卻摩擦件產生的摩擦熱；（3）帶走金屬摩擦表面的摩屑；（4）密封作用，在氣缸與活塞及軸封摩擦面等摩擦面間充滿潤滑化油起密封作用，以防止制冷劑的泄漏；（5）利用油壓作為控制卸載機構的液壓傳動動力。不同的制冷系統(tǒng)應使用專門的制冷機潤滑油，目前我國生產并普遍采用的制冷機潤滑油有13號、18號和25號三種。潤滑油的作用三、制冷壓縮機1、制冷壓縮機的作用蒸汽壓縮式制冷是使制冷劑在低溫低壓的條件下汽化而吸取周圍介質的熱量，并在常溫高壓的條件下冷凝液化而放出熱量由冷卻水（或空氣）帶走。欲使制冷劑實現(xiàn)這樣的熱

14、量轉移，必須提供與蒸發(fā)溫度和液化溫度相對應的低壓和高壓條件，而這一條件正是由壓縮機創(chuàng)造的。因此，在蒸汽壓縮式制冷循環(huán)中，只能有了壓縮機，制冷機才能將低溫物體的熱量不斷地轉移給高溫介質，從而達到制冷的目的。2、壓縮機的工作過程3、制冷壓縮機的分類根據(jù)蒸氣壓縮的原理，壓縮機可分為容積型和速度型兩種基本類型。容積型壓縮機：通過對運動機構作功，減少壓縮空間容積來提高蒸氣壓力，以完成壓縮功能。速度型壓縮機：則由旋轉部件連續(xù)將角動量轉換給蒸氣，再將該動量轉為壓力，提高蒸氣壓力，達到壓縮氣體的目的。4、活塞式制冷壓縮機v1）概述：v 活塞式制冷壓縮機是研制最早的壓縮機，幾乎和機械制冷方法同時出現(xiàn)，在一百多年

15、的使用過程中，得到了廣泛發(fā)展和深入研究，直到目前為止，雖然其地位受到其它類型壓縮機的挑戰(zhàn)，但其產量仍然在各類壓縮機中占主要地位。v2）分類：v按壓縮機氣缸分布形式分類：可分為直立式、V型、W型、S型（扇形）、Y型（星型）等。v按使用的制冷劑種類分類：可分為氨用、鹵代烴用制冷壓縮機。v按壓縮機與電動機的組合形式分類：可分為開啟式和封閉式，其中封閉式又可分為全封閉式和半封閉式兩種。v按壓縮機的級數(shù)分類：可分為單機單級和單機雙級壓縮機。開啟式活塞制冷壓縮機 開啟式壓縮機曲軸輸入端伸出機殼以外(此處必須安裝軸封)，通過傳動裝置與電動機相連。半封閉式活塞制冷壓縮機 圖314 R22半封閉式制冷壓縮機的總

16、體結構圖1濾油器 2吸油管 3端軸承蓋 4油泵軸承 5油泵 6曲軸7活塞連桿組 8排氣截止閥 9氣缸蓋 10曲軸箱 11電動機室12主軸承 13電動機室端蓋 14吸氣過濾器 15吸氣截止閥16內置電動機 17油孔 18油壓調節(jié)閥 19底蓋 電動機和壓縮機連成整體，裝在同一機體內共用一根軸，無軸封。電動機室內充有冷卻劑和潤滑油(內置電動機，解決材料相溶問題)。各端蓋用墊片和螺栓相連防漏。全封閉式制冷壓縮機 圖315 全封閉式制冷壓縮機1排氣管 2氣缸 3連桿 4吸排氣閥 5活塞6主軸承 7電動機定子 8電動機轉子 9殼體 10氣液分離器11端子 12內部支撐 13排氣消聲器 14排氣腔 15吸氣

17、腔16離心油泵 17曲軸 18副軸承 電動機和壓縮機連成整體，裝在同一機體內共用一根軸。壓縮機和電動機組裝在一個密閉的薄壁機殼內，機殼由兩部分焊接而成，取消軸封。露在機殼外的只焊有吸排氣管、工藝管、其他(如噴液管)必要管道和電源線。5、滾動活塞式（滾動轉子式、刮片式）制冷壓縮機v 轉子式壓縮機雖然出現(xiàn)較早，但由于材質和加工精度的限制，長期來在制冷領域一直未被采用。隨著科學技術的發(fā)展，原有的難題已經(jīng)或者逐步得到了解決，偏心滾動轉子式制冷壓縮機在1kW左右以下的小型窗式空調器和食品冷藏箱中已開始廣泛使用，在該冷量范圍內所顯示的優(yōu)點足以取代活塞式制冷壓縮機。v滾動轉子式制冷壓縮機、立式全封閉滾動轉子

18、式壓縮機圖323 滾動活塞式（滾動轉子式、刮片式）制冷壓縮機結構示意圖1排氣管 2氣缸 3圓柱形轉子 4偏心輪5潤滑油 6吸氣管 7滑片 8彈簧 9排氣閥圖324 滾動活塞式（滾動轉子式）制冷壓縮機的工作過程6、渦旋（渦線）式制冷壓縮機圖325 渦旋式制冷壓縮機的構造1固定螺旋槽板 2旋回螺旋槽板 3殼體 4偏心軸5防自轉環(huán) 6進氣口 7排氣口 目前，渦旋式制冷壓縮機的使用功率大約在115kW之間。與活塞式制冷壓縮機相比較，它的體積可縮小40，重量減輕15，結構簡單（僅需5個零件），運行平穩(wěn)、可靠，噪聲可降低23dB（A），具有較高的EER值。立式全封閉渦旋式壓縮機7、螺桿式制冷壓縮機螺桿式制

19、冷壓縮機與活塞式制冷壓縮機、離心式制冷壓縮機相比是較晚的一種機型。螺桿式制冷壓縮機的結構特點，確定了它的許多優(yōu)點，如：零件數(shù)僅為活塞式的110，壓縮機運行可靠、安全、振幅小；適應性強，在高、低溫制冷范圍內以及熱泵應用中均有良好性能；結構緊湊、能適用于大壓比的工況；對濕壓縮不敏感；有良好的輸氣量調節(jié)特性；維護方便等特點，是制冷和空調工程的理想主機。比澤爾公司HSK型半封閉螺桿式壓縮機、噴油式螺桿壓縮機螺桿式制冷壓縮機結構和工作原理8、離心式制冷壓縮機 離心式制冷壓縮機的發(fā)展已有六十多年歷史，20世紀30年代鹵代烴制冷劑的出現(xiàn)以及后來冶金工業(yè)和其他科學技術的發(fā)展，為離心式制冷壓縮機的制造和應用奠定

20、了良好基礎。目前，單機冷量在1200kW以上的制冷壓縮機，幾乎全部采用離心式。離心式壓縮機離心式制冷壓縮機的構造和工作原理圖326 單級離心式制冷壓縮機的簡圖1吸氣腔 2進口導葉 3葉輪 4擴壓器 5蝸殼6增速齒輪 7電動機 8油箱 9齒輪油箱制冷壓縮機總結v所有制冷壓縮機，根據(jù)其結構特點和工作原理，均有其最佳冷量使用范圍，因此，當使用的冷量和條件不同時，應選用不同形式的壓縮機，以獲得最佳運行效果。v應該指出，活塞式制冷壓縮機在結構和運行性能方面雖有許多不足，但其制造技術要求相對較低，而且使用年代已久，目前在200kW冷量以下的制冷壓縮機中仍在廣泛使用。五、節(jié)流機構v節(jié)流裝置又名膨脹機構，設置

21、于冷凝器之后，從冷凝器來的高壓制冷劑液體流經(jīng)膨脹機構后，壓力降低，然后進入蒸發(fā)器中。（節(jié)流降壓、調節(jié)供液量）v節(jié)流裝置的工作原理與分類 手動膨脹閥 浮球調節(jié)閥 熱力膨脹閥 毛細管 電子膨脹閥1、手動膨脹閥（節(jié)流閥、調節(jié)閥）v只有氨制冷系統(tǒng)或試驗裝置中使用。作為備用閥裝在旁通管路上，以備應急或檢修自動膨脹閥時使用。 2、浮球調節(jié)閥原理：根據(jù)滿液式蒸發(fā)器的液面變化來控制蒸發(fā)器的供液量，可控制蒸發(fā)器的液面高度，同時節(jié)流降壓。應用：廣泛使用于氨制冷系統(tǒng)中分類：直通式和非直通式（根據(jù)節(jié)流后的液體制冷劑是否通過浮球室）特點： 直通式：結構簡單，但由于液體的沖擊作用引起殼體內液面波動較大，使調節(jié)閥的工作不太

22、穩(wěn)定，容易失靈。 非直通式（廣泛應用）：工作穩(wěn)定，液面穩(wěn)定，但構造及安裝復雜。3、熱力膨脹閥熱力膨脹閥的作用： 熱力膨脹閥安裝在蒸發(fā)器入口，常稱為膨脹閥，主要作用有兩個： 1）節(jié)流作用節(jié)流作用：高溫高壓的液態(tài)制冷劑經(jīng)過膨脹閥的節(jié)流孔節(jié)流后，成為低溫低壓的霧狀的液壓制冷劑，為制冷劑的蒸發(fā)創(chuàng)造條件； 2）控制制冷劑的流量控制制冷劑的流量：進入蒸發(fā)器的液態(tài)制冷劑，經(jīng)過蒸發(fā)器后，制冷劑由液態(tài)蒸發(fā)為氣態(tài)，吸收熱量，降低車內的溫度。膨脹閥控制制冷劑的流量，保證蒸發(fā)器的出口完全為氣態(tài)制冷劑，若流量過大，出口含有液態(tài)制冷劑，可能進入壓縮機產生液擊；若制冷劑流量過小，提前蒸發(fā)完畢，造成制冷不足。 熱力膨脹閥的種

23、類 熱力膨脹閥按照平衡方式不同，分內平衡式和外平衡式；外平衡式熱力膨脹閥分F型和H型兩種結構型式。 內平衡式F型熱力膨脹閥結構圖1）內平衡式熱力膨脹閥。感溫包內充注制冷劑，放置在蒸發(fā)器出口管道上，感溫包和膜片上部通過毛細管相連，感受蒸發(fā)器出口制冷劑溫度，膜片下面感受到的是蒸發(fā)器入口壓力。 如果負荷增加，液壓制冷劑在蒸發(fā)器提前蒸發(fā)完畢，則蒸發(fā)器出口制冷劑溫度將升高，膜片上壓力增大，推動閥桿使膨脹閥開度增大，進入到蒸發(fā)器中的制冷劑流量增加，制冷量增大； 如果負荷減小，則蒸發(fā)器出口制冷劑溫度減小，以同樣的作用原理使得閥開度減小，從而控制制冷劑的流量。 外平衡式膨脹閥與平衡式膨脹閥原理基本相同，區(qū)別是： 內平衡式膨脹閥膜片下面感受到的是蒸發(fā)器入口壓力；而外平衡式膨脹閥膜片下面感受到的是蒸發(fā)器出口壓力。 外平衡式膨脹閥結構和工作原理 4、毛細管原理：節(jié)流，利用孔徑和長度變化產生壓力差，控制制冷劑流量。應用：主要用于熱負荷較小的家用制冷器具中，同時要求制冷系統(tǒng)有比較穩(wěn)定的冷凝壓力和蒸發(fā)壓力，如空調、冰箱。特點：一般用銅管，結構簡單，制造方便，價格便宜，不易產生故障，且壓縮機停止運行后，冷凝器和蒸發(fā)器的壓力可以自動達到平衡，減輕了再次啟動時電動機的負荷；但對制冷劑流量的調節(jié)能力很低。 5、電子膨脹閥熱力膨脹閥的不足之處 訊號的反饋有較