制冷技術(shù)實用培訓教程

157/157第一章制冷技術(shù)差不多知識§1-1概述一、何謂制冷日常生活中常講的“熱”或“冷”是人體對溫度高低感受的反應(yīng)。在制冷技術(shù)中所講的冷，是指某空間內(nèi)物體的溫度低于周圍環(huán)境介質(zhì)（如水或空氣）溫度而言。因此“制冷”確實是使某一空間內(nèi)物體的溫度低于周圍環(huán)境介質(zhì)的溫度，并連續(xù)維持如此一個溫度的過程。二、何謂人工制冷我們都明白，熱量傳遞終是從高溫物體傳向低溫物體，直至二者溫度相等。熱量決不可能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體，這是自然界的可觀規(guī)律。然而，現(xiàn)代人類的生活與生產(chǎn)經(jīng)常需要某個物體或空間的溫度低于環(huán)境溫度，甚至低得專門多。例如，儲藏食品需要把食品冷卻到０℃左右或－15℃左右，甚至更低。而這種低溫要求天然冷卻是達不到的，要實現(xiàn)這一要求必須有另外的補償過程（如消耗一定的功作為補償過程）進行制冷。這種借助于一種專門裝置，消耗一定的外界能量，迫使熱量從溫度較低的被冷卻物體或空間轉(zhuǎn)移到溫度較高的周圍環(huán)境中去，得到人們所需要的各種低溫，稱謂人工制冷。而這種裝置就稱謂制冷裝置或制冷機。三、人工制冷的方法人工制冷的方法要緊有相變制冷、氣體絕熱膨脹制冷和半導體制冷三種。１.相變制冷即利用物質(zhì)相變的吸熱效應(yīng)實現(xiàn)制冷。如冰融化時要吸取80kcal/kg的熔解熱；氨在１標準大氣壓下氣化時要吸取327kcal/kg的氣化潛熱；干冰在１標準大氣壓下升華要吸取137kcal/kg的熱量，其升華溫度為－78.9℃。２.氣體絕熱膨脹制冷：利用氣體通過節(jié)流閥或膨脹機絕熱膨脹時，對外輸出膨脹功，同時溫度降低，達到制冷的目的。３.半導體制冷：珀爾帖效應(yīng)告訴我們：兩種不同金屬組成的閉合電路中接上一個直流電源時，則一個接合點變冷，另一個接合點變熱。然而純金屬的珀爾帖效應(yīng)專門弱，且熱量通過導線對冷熱端有相互干擾，而用兩種半導體（Ｎ型和Ｐ型）組成的直流閉合電路，則有明顯的珀爾帖效應(yīng)且冷熱端無相互干擾。因此，半導體制冷確實是利用半導體的溫差電效應(yīng)實現(xiàn)制冷地。目前生產(chǎn)實際中廣泛應(yīng)用的制冷方法是：利用液體的氣化實現(xiàn)制冷，這種制冷常稱為蒸氣制冷。它的類型有：蒸汽壓縮式制冷（消耗機械能）、汲取式制冷（消耗熱能）和蒸汽噴射式制冷（消耗熱能）三種。四、制冷體系的劃分在工業(yè)生產(chǎn)和科學研究上，人們通常依照制冷溫度的不同把人工制冷分為“普冷”和“深冷”兩個體系。一般把制取溫度高于－120℃的稱為“普冷”、低于－120℃的稱為“深冷”。由于低溫范圍的不同，制冷系統(tǒng)的組成也不同，因此，依照食品制冷要求，我們只介紹一般制冷溫度范圍內(nèi)的蒸氣壓縮制冷?！?-2制冷技術(shù)的熱力學基礎(chǔ)一、制冷工質(zhì)的熱力狀態(tài)參數(shù)在制冷循環(huán)中，工質(zhì)不斷地進行著熱力狀態(tài)變化。描述工質(zhì)所處熱力狀態(tài)的物理量稱為工質(zhì)的熱力狀態(tài)參數(shù)，簡稱狀態(tài)參數(shù)。一定的狀態(tài)，其狀態(tài)參數(shù)有確定的數(shù)值。工質(zhì)狀態(tài)變化時，初終狀態(tài)參數(shù)之間的差值，僅與初、終狀態(tài)有關(guān)，而與狀態(tài)變化的過程無關(guān)。制冷技術(shù)中常見的狀態(tài)參數(shù)有：溫度、壓力、比容、內(nèi)能、焓與熵等。這些參數(shù)關(guān)于進行制冷循環(huán)的分析和熱力計算，差不多上特不重要的。1、溫度：溫度是描述熱力系統(tǒng)冷熱狀態(tài)的物理量。制冷工程上常用的溫標有：攝氏溫標和絕對溫標。二者的區(qū)不僅是起點不同而已T=273+t（K）2、壓力：壓力是單位面積上所承受的垂直作用力，常用符號P表示。在國際單位制中，壓力單位為帕斯卡（Pa），實際應(yīng)用時也可用兆帕斯卡（Mpa）或巴（bar）表示,1MPa=106Pa而1bar=105Pa。壓力的標記有絕對壓力、表壓力和真空度三種情況。三者之間的關(guān)系是：P=PB+B或P=B-PK作為工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)應(yīng)該是絕對壓力，而不是表壓力或真空度。3、比容：比容是指單位質(zhì)量工質(zhì)所占有的容積。比容是講明工質(zhì)分子之間密集程度的一個物理量。比容的倒數(shù)為工質(zhì)的密度，即單位容積工質(zhì)所具有的質(zhì)量，用符號ρ表示。4、內(nèi)能：內(nèi)能是工質(zhì)內(nèi)部所具有的分子動能和分子位能的總和。分子動能包括分子的直線運動動能、旋轉(zhuǎn)運動動能和分子內(nèi)能、振動能三項，其大小與氣體的溫度有關(guān)。而分子位能的大小與分子間的距離有關(guān)，亦即與工質(zhì)的比容有關(guān)。既然氣體的內(nèi)動能決定于氣體的溫度、內(nèi)位能決定于氣體的比容，因此氣體的內(nèi)能是其溫度和比容的函數(shù)。也確實是講內(nèi)能是一個狀態(tài)參數(shù)。5、焓：焓是一個復合的熱力狀態(tài)參數(shù)，表征系統(tǒng)中所有的總能量，它是內(nèi)能與壓力之和。對１kg工質(zhì)而言，可表示為：ｈ＝ｕ＋Pυ（kJ/kg）或（kcal/kg）式中ｈ—焓或稱比焓（kJ/kg或kcal/kg）υ—比容（m3/kg）ｕ—內(nèi)能（kJ/kg或kcal/kg）ｐ—絕對壓力（N/m2或Pa）由于內(nèi)能和壓力位能差不多上溫度的參數(shù)，因此焓也是狀態(tài)參數(shù)。確切地講，焓是一定質(zhì)量的流體，從某一初始狀態(tài)變?yōu)槿我粺崃顟B(tài)所加入的總熱量。6、熵：熵是一個導出的熱力狀態(tài)參數(shù)，熵的中文意義是熱量被溫度除所得的商，熵的外文原名意義是“轉(zhuǎn)變”，指熱量能夠轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ某潭?，它表征工質(zhì)狀態(tài)變化時，與外界熱交換的程度。二、熱力學第二定律與理想制冷循環(huán)1、熱力學第二定律在熱量傳遞和熱、功轉(zhuǎn)換時，熱力學第一定律只能講明它們之間的數(shù)量關(guān)系，確不能揭示熱功轉(zhuǎn)換的條件和方向性。關(guān)于能量傳遞和轉(zhuǎn)換過程進行的方向、條件和限度則是由熱力學第二定律來揭示的，它指出：“熱量能自發(fā)的從高溫物體傳向低溫物體，而不能自發(fā)的從低溫物體傳向高溫物體”。這正象石頭或水不可能自發(fā)的從低處向高處運動一樣。但這并不是講石頭和水在任何條件下都不可能由低處移向高處，只要外界給它們足夠大的作用力，在那個力的作用下石頭或水就能由低處移向高處，那個外界作用力稱為補償。同樣，不能把熱力學第二定律的講法理解為：“不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體”。而是只要有一個補償過程，熱量就能自低溫物體傳到高溫物體。2、循環(huán)與理想制冷循環(huán)(1)循環(huán)：熱變功的全然途徑是依靠工質(zhì)的膨脹。為了持續(xù)不斷地將熱轉(zhuǎn)換為功,工程上是通過熱機來實現(xiàn)的。但工質(zhì)在熱機汽缸中僅僅完成一個膨脹過程是不可能滿足要求的。為了能重復地進行膨脹，工質(zhì)在每次膨脹之后必須進行壓縮，以便使其回到初態(tài)。我們把工質(zhì)從初態(tài)動身，通過一系列狀態(tài)變化又回到初態(tài)的封閉過程，稱為“循環(huán)”。a.正循環(huán)及熱效率膨脹--壓縮循環(huán)按瞬時針方向進行的，稱為正循環(huán)。正循環(huán)的單位質(zhì)量凈功a.正循環(huán)及熱效率膨脹--壓縮循環(huán)按瞬時針方向進行的，稱為正循環(huán)。正循環(huán)的單位質(zhì)量凈功w0為正值，若設(shè)高溫熱源加給工質(zhì)的熱量為q1，工質(zhì)放給低溫熱源的熱量為q2，則w0=q1-q2評價正循環(huán)的好壞，通常用循環(huán)熱效率ηt來-w0q124q2q2q142w0υP3561υP3561正循環(huán)逆循環(huán)圖1-1壓容圖上的任意循環(huán)衡量，循環(huán)熱效率是指工質(zhì)在整個熱力循環(huán)中，對外界所作的凈功w0與循環(huán)中外界所加給工質(zhì)的熱量q1的比值。即：qq2q1q1=q1w0ηt=q1-q2=1-b.逆循環(huán)及性能系數(shù)w0=q1-qw0=q1-q2或q1=q2+w0上式講明，逆循環(huán)的效果是消耗外界的功，將熱量從低溫物體傳遞給高溫物體。如逆循環(huán)的目的是從低溫物體中汲取熱量，則稱為制冷循環(huán)。如逆循環(huán)的目的是給高溫物體供熱，則稱為熱泵循環(huán)。逆循環(huán)的好壞通常用性能系數(shù)ε來衡量。關(guān)于制冷機來講，是指從冷源汲取的熱量q2與消耗的循環(huán)凈功w0的比值ε1稱為制冷系數(shù)。關(guān)于熱泵來講，是指供給熱源的熱量q1與消耗的循環(huán)凈功w0的比值ε2稱為供熱系數(shù)。則有：εε1=q2/w0w0ε2=q1/w0=q2+w0=ε1+1從上述分析可見，伴隨著低溫熱源把一部分熱量q2傳送到高溫熱源中去的同時,循環(huán)的凈功w0也將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃坎⒘飨蚋邷責嵩?，這確實是使熱量從低溫熱源傳給高溫熱源所必需的補償條件。沒有那個補償條件，熱量是不可能從低溫熱源傳給高溫熱源的。（2）理想制冷循環(huán)理想制冷循環(huán)可通過逆卡諾循環(huán)講明。q0q0qk432TkT0TS1w0圖1-2逆卡諾循環(huán)T—S圖過程和兩個絕熱過程組成。假設(shè)低溫熱源的溫度為T0，高溫熱源的溫度為Tk,則工質(zhì)的溫度在吸熱過程中為T0，在放熱過程中為Tk,確實是講工質(zhì)在吸熱和放熱過程中是在等溫下進行的，壓縮和膨脹過程是在沒有任何損失情況下進行。其循環(huán)過程為：首先工質(zhì)在T0下從冷源（即被冷卻物體）吸取熱量q0，并進行等溫膨脹4-1，然后通過絕熱壓縮1-2，使其溫度由T0升高至環(huán)境介質(zhì)的溫度Tk,再在Tk下進行等溫壓縮2-3，并向環(huán)境介質(zhì)（即高溫熱源）放出熱量qk,最后再進行絕熱膨脹3-4，使其溫度由Tk降至T0即使工質(zhì)回到初始狀態(tài)4，從而完成一個循環(huán)。關(guān)于逆卡諾循環(huán)來講，由圖1-2可知：q0=T0(S1-S4)qk=Tk(S2-S3)=Tk(S1-S4）w0=qk-q0=Tk(S1-S4)-T0(S1-S4)=(Tk-T0)(S1-S4)則逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)εk為：T0T0(S1—S4）(Tk—T0)(S1—S4）εk=q0w0==Tk—T0T0由上式可見，逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)與工質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)，只取決于冷源（即被冷卻物體）的溫度T0和熱源（即環(huán)境介質(zhì)）的溫度Tk；降低Tk，提高T0，均可提高制冷系數(shù)。此外，由熱力學第二定律還能夠證明：“在給定的冷源和熱源溫度范圍內(nèi)工作的逆循環(huán)，以逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)為最高”。任何實際制冷循環(huán)的制冷系數(shù)都小于逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)?？偵纤?，理想制冷循環(huán)應(yīng)為逆卡諾循環(huán)。而實際上逆卡諾循環(huán)是無法實現(xiàn)的，但它能夠用作評價實際制冷循環(huán)完善程度的指標。通常將工作于相同溫度間的實際制冷循環(huán)的制冷系數(shù)ε與逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)εk之比，稱為該制冷機循環(huán)的熱力完善度，用符號η表示。即：η=ε/εk熱力完善度是用來表示制冷機循環(huán)接近逆卡諾循環(huán)循環(huán)的程度。它也是制冷循環(huán)的一個技術(shù)經(jīng)濟指標，但它與制冷系數(shù)的意義不同，關(guān)于工作溫度不同的制冷循環(huán)無法按其制冷系數(shù)的大小來比較循環(huán)的經(jīng)濟性，而只能依照循環(huán)的熱力完善度的大小來推斷。

§1-3制冷劑的相態(tài)變化及其狀態(tài)圖一、制冷劑的相態(tài)變化眾所周知，物質(zhì)有三種狀態(tài)，確實是固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。物質(zhì)的三種狀態(tài)，在一定的壓力和溫度條件下是能夠相互轉(zhuǎn)化的。其轉(zhuǎn)化過程分不稱為：1.汽化物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程稱為汽化。汽化有蒸發(fā)和沸騰兩種形式。其中，在液體表面進行的汽化過程叫蒸發(fā)，在液體內(nèi)部產(chǎn)生氣泡的劇烈汽化過程叫沸騰。在一定壓力下，蒸發(fā)在任何溫度下都可進行，而沸騰只有液體被加熱到一定溫度才開始進行。當汽液兩相共存同時保持平衡狀態(tài)時稱為飽和狀態(tài)?，F(xiàn)在的蒸汽和液體分不叫做飽和蒸汽和飽和液體，處于飽和狀態(tài)的壓力與溫度稱為飽和壓力與飽和溫度。飽和壓力與飽和溫度總是相互對應(yīng)的，即一定的飽和壓力對應(yīng)著一定的飽和溫度，反之亦然。二者之間的對應(yīng)關(guān)系：飽和溫度愈高，飽和壓力也愈高。反之，飽和壓力愈高，飽和溫度也愈高。這是飽和狀態(tài)的一個重要特點。2.冷凝物質(zhì)從汽態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的過程稱為冷凝或叫做液化。汽體的液化溫度與壓力有關(guān)，增大壓力，可使汽體在較高的溫度下液化。液化的差不多方法是降低溫度和增加壓力。3.升華物質(zhì)由固態(tài)直接轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程稱為升華。4.凝華物質(zhì)由氣態(tài)直接轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程稱為凝華。例如空氣中的水蒸汽在膨脹閥上結(jié)霜時發(fā)生的過程。二、制冷劑的壓—焓圖及熱力性質(zhì)表制冷劑的熱力狀態(tài)能夠用其熱力性質(zhì)表來講明，也能夠用壓—焓圖來表示。壓—焓圖(lgP—h圖)是一種以絕對壓力的對數(shù)值lgP為縱坐標，焓值為橫坐標的熱工圖表。采納對數(shù)值lgP（而不采納P）為縱坐標的目的是為了縮小圖的尺寸，提高低壓區(qū)域的精確度，但在使用時仍然直接從圖上讀出P的數(shù)值即可。1.壓—焓圖(lgP—h圖)的結(jié)構(gòu)壓—焓圖中有六種等狀態(tài)參數(shù)線，如圖1—3所示：等壓線P：水平細直線。等焓線h：豎直細直線。壓—焓圖中有六種等狀態(tài)參數(shù)線，如圖1—3所示：等壓線P：水平細直線。等焓線h：豎直細直線。等溫線t：點劃線，其在過冷液體區(qū)為豎直線，在濕蒸汽區(qū)為水平線，在過熱蒸汽區(qū)為略微向右下方彎曲的曲線。圖1—3壓—焓圖④等熵線S：為從左到右稍向上彎曲的實線。⑤等比容線υ：在濕蒸汽區(qū)和過熱蒸汽區(qū)中，為從左到右稍向上彎曲的虛⑥等干度線χ：只存在于濕蒸汽區(qū)和過熱蒸汽區(qū)域內(nèi)，走向與飽含液體線或干飽和蒸汽線差不多一致。壓—焓圖上每一點都代表制冷劑的某一狀態(tài)，在溫度、壓力、比容、焓、熵、干度六個狀態(tài)參數(shù)中，只要明白其中任意兩個獨立的狀態(tài)參數(shù)，就能夠在圖中確定其狀態(tài)點，從而查出其它幾個狀態(tài)參數(shù)。不同的制冷劑，其壓—焓圖(lgP—h圖)的形狀也有所不同，常用制冷劑R717、R12及R22的飽和熱力性質(zhì)表見附表。在工程計算中，依照需要能夠查取制冷劑的飽和熱力性質(zhì)表，依照一個狀態(tài)參數(shù)，再查取制冷劑的飽和液體或干飽和蒸汽的其它狀態(tài)參數(shù)。2.壓—焓圖(lgP—h圖)的應(yīng)用壓—焓圖(lgP—h圖)是進行制冷循環(huán)分析和計算的重要工具，在進行制冷循環(huán)的熱力分析和計算之前，必須首先確定循環(huán)的工作參數(shù)，以便利用壓—焓圖再來確定循環(huán)的各有關(guān)狀態(tài)點的參數(shù)值，如圖1—4所示。點1：為制冷劑蒸汽進入壓縮機的狀態(tài)。如不考慮管路的冷量損失，則壓縮機的吸汽溫度t點1：為制冷劑蒸汽進入壓縮機的狀態(tài)。如不考慮管路的冷量損失，則壓縮機的吸汽溫度t1即為制冷劑出蒸發(fā)器時的溫度t0，即t1＝t0，在理想情況下，進壓縮機的制冷劑蒸汽為飽和狀態(tài)。如已知蒸發(fā)溫度t0，便能明白制冷劑蒸發(fā)壓力P0，如此便能依照P0＝C的等壓線和干飽和蒸汽線的交點得出點1。點2：為制冷劑出壓縮機的狀態(tài)，也是進冷凝5tktgt01432hlgP圖1—4器的狀態(tài)。過程l—2為制冷劑在壓縮機中絕熱壓縮過程。絕熱過程中熵不變，即S1＝S2，該過程沿點1的等墑線進行，它與Pk=C的等壓線的交點即為點2。點5：為制冷劑在冷凝器中凝聚成飽和液體的狀態(tài)。它可由Pk=C的等壓線與飽和液體線相交得到。點3：為制冷劑液體過冷后的狀態(tài)。因為制冷劑液體在過冷過程中的等于冷凝壓力Pk，它的溫度低于冷凝溫度，因此Pk=C的等壓線和tg=C的等溫線交點即為點3。點4：為制冷劑出節(jié)流閥(膨脹閥)的狀態(tài)，也是進蒸發(fā)器的初態(tài)。因為節(jié)流前后的焓值不變，而壓力降低至蒸發(fā)壓力P0，溫度為蒸發(fā)溫度t0，因此由點3作垂線（即等焓線）與t0=C的等溫線相交即得點4。4—1：為制冷劑在蒸發(fā)器中的汽化吸熱過程。如此依照圖上所得的狀態(tài)點，即可查得各狀態(tài)點的熱力參數(shù)值。例1—1絕對壓力為2bar，比容為0.7m3／kg的氨呈何種狀態(tài)?解:所求的狀態(tài)是1gP一h圖上P＝2bar的水平線和υ＝0.7m3／kg的等比容線的交點A(見圖1—5)。因為A點在過熱區(qū)內(nèi)，因此這時氨的狀態(tài)是過熱蒸汽，該狀態(tài)點的溫度為20℃，焓值約為1470kJ／kg。例1—2絕對壓力為10bar，溫度為20℃的氟利昂—22呈何種狀態(tài)?解:所求狀態(tài)可由10bar的等壓線和20℃等溫線的交點B來表示(見圖1—6)。因為B點在過冷區(qū)內(nèi)，因此這時氟利昂—22的狀態(tài)為過冷液體，其焓值為224.08kJ／kg。例1—3氟利昂—22壓縮機吸入的汽體為-5℃的干飽和蒸汽，如將其絕熱壓縮到PK為12bar時，其壓縮終態(tài)的溫度是多少?解:壓縮機吸入狀態(tài)可由-5℃等溫線與干飽和蒸汽線的交點C來確定(見圖1—7)。點C的熵值S=1.76kJ／kg·K，因其為絕熱壓縮過程，故壓縮過程熵值不變。因此壓縮終點D是壓力PK=12bar的等壓線與S=1.76kJ／kg·K的等熵線的交點。由圖上查得此點的溫度Td=47℃即為所求壓縮終態(tài)溫度。CCD1470kJ/kg20℃A2.0barhlgPυ=0.7m3/kgB224.08kJ/kg20℃10barhlgP47℃S=1.7612bar―5℃hlgP圖1—5圖1—6圖1—7綜上所述，壓一焓圖不僅能夠簡便地確定制冷劑的狀態(tài)參數(shù)，同時能表示出制冷循環(huán)及過程中參數(shù)的變化和能量變化，它能夠用線段的長短來表示能量多少。由于制冷劑在蒸發(fā)器和冷凝器中的吸熱和放熱過程差不多上在定壓下進行，而定壓過程中熱量的變化以及壓縮機在絕熱壓縮過程中所消耗的功都能夠用焓差來計算，同時制冷劑在節(jié)流閥前后的焓值又保持不變，因此利用1gP一h圖來分析制冷循環(huán)及進行熱力計算最為方便。

第二章制冷劑與載冷劑§2-1制冷劑制冷劑又稱制冷工質(zhì)，它是在制冷系統(tǒng)中不斷循環(huán)并通過其本身的狀態(tài)變化以實現(xiàn)制冷的工作物質(zhì)。制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)汲取被冷卻介質(zhì)（水或空氣等）的熱量而汽化，在冷凝器中將熱量傳遞給周圍空氣或水而冷凝。它的性質(zhì)直接關(guān)系到制冷裝置的制冷效果、經(jīng)濟性、安全性及運行治理。一、對制冷劑性質(zhì)的要求１.臨界溫度要高，凝固溫度要低。這是對制冷劑性質(zhì)的差不多要求。臨界溫度高，便于用一般的冷卻水或空氣進行冷凝；凝固溫度低，以免其在蒸發(fā)溫度下凝固，便于滿足較低溫度的制冷要求。２.在大氣壓力下的蒸發(fā)溫度要低。這是低溫制冷的一個必要條件。３.壓力要適中。蒸發(fā)壓力最好與大氣壓相近并稍高于大氣壓力，以防空氣滲入制冷系統(tǒng)中，從而降低制冷能力。冷凝壓力不宜過高（一般≯12～15絕對大氣壓），以減少制冷設(shè)備承受的壓力，以免壓縮功耗過大并可降低高壓系統(tǒng)滲漏的可能性。４.單位容積制冷量ｑv要大。如此在制冷量一定時，能夠減少制冷劑的循環(huán)量，縮小壓縮機的尺寸。５.導熱系數(shù)要高，粘度和密度要小。以提高各換熱器的傳熱系數(shù)，降低其在系統(tǒng)中的流淌阻力損失。６.絕熱指數(shù)ｋ要小。由絕熱過程中參數(shù)間關(guān)系式可知，在初和氣壓縮比相同的情況下，K↑→T2↑?？梢姡胄】山档团艢鉁囟?。７.具有化學穩(wěn)定性。不燃燒、不爆炸、高溫下不分解、對金屬不腐蝕、與潤滑油不起化學反應(yīng)、對人身健康無損無害。８.價格廉價，易于購得。且應(yīng)具有一定的吸水性，以免當制冷系統(tǒng)中滲進極少量的水分時，產(chǎn)生“冰塞”而阻礙正常運行。二、制冷劑的一般分類依照制冷劑常溫下在冷凝器中冷凝時飽和壓力Pk和正常蒸發(fā)溫度T0的高低，一般分為三大類：１.低壓高溫制冷劑冷凝壓力Pk≤２～３Kg/cm2（絕對），T0>０℃如Ｒ11（CFCl3），其T0＝23.7℃。這類制冷劑適用于空調(diào)系統(tǒng)的離心式制冷壓縮機中。通常３０℃時，Pk≤3.06Kg/cm2。２.中壓中溫制冷劑冷凝壓力Pk<20Kg/cm2（絕對），０℃<T0>-60℃。如Ｒ717、Ｒ12、Ｒ22等，這類制冷劑一般用于一般單級壓縮和雙級壓縮的活塞式制冷壓縮機中。３.高壓低溫制冷劑冷凝壓力Pk≥20Kg/cm2（絕對），T0≤－70℃。如Ｒ13（CF3Cl）、Ｒ14（CF4）、二氧化碳、乙烷、乙烯等，這類制冷劑適用于復迭式制冷裝置的低溫部分或－７０℃以下的低溫裝置中。三、常用制冷劑的特性用于食品工業(yè)和空調(diào)制冷的有十多種。其中被廣泛采納的只有以下幾種：１.氨（代號：Ｒ717）氨是目前使用最為廣泛的一種中壓中溫制冷劑。氨的凝固溫度為-77.7℃，標準蒸發(fā)溫度為－33.3℃，在常溫下冷凝壓力一般為1.1～1.3MPa，即使當夏季冷卻水溫高達３０℃時也決不可能超過1.5MPa。氨的單位標準容積制冷量大約為520kcal/ｍ3。氨有專門好的吸水性，即使在低溫下水也可不能從氨液中析出而凍結(jié)，故系統(tǒng)內(nèi)可不能發(fā)生“冰塞”現(xiàn)象。氨對鋼鐵不起腐蝕作用，但氨液中含有水分后，對銅及銅合金有腐蝕作用，且使蒸發(fā)溫度稍許提高。因此，氨制冷裝置中不能使用銅及銅合金材料，并規(guī)定氨中含水量不應(yīng)超過0.2％。氨的比重和粘度小，放熱系數(shù)高，價格廉價，易于獲得。然而，氨有較強的毒性和可燃性。若以容積計，當空氣中氨的含量達到0.5％～0.6％時，人在其中停留半個小時即可中毒，達到11％～13％時即可點燃，達到16％時遇明火就會爆炸。因此，氨制冷機房必須注意通風排氣，并需經(jīng)常排除系統(tǒng)中的空氣及其它不凝性氣體?？偵纤?，氨作為制冷劑的優(yōu)點是：易于獲得、價格低廉、壓力適中、單位制冷量大、放熱系數(shù)高、幾乎不溶解于油、流淌阻力小，泄漏時易發(fā)覺。其缺點是：有刺激性臭味、有毒、能夠燃燒和爆炸，對銅及銅合金有腐蝕作用。２.氟利昂－12（代號：Ｒ12）Ｒ12為烷烴的鹵代物，學名二氟二氯甲烷。它是我國中小型制冷裝置中使用較為廣泛的中壓中溫制冷劑。Ｒ12標準蒸發(fā)溫度為－29.8℃，冷凝壓力一般為0.78～0.98MPa，凝固溫度為-155℃，單位容積標準制冷量約為288kcal/ｍ3。Ｒ12是一種無色、透明、沒有氣味，幾乎無毒性、不燃燒、不爆炸，專門安全的制冷劑。只有在空氣中容積濃度超過80％時才會使人窒息。但與明火接觸或溫度達400℃以上時，則分解出對人體有害的氣體。Ｒ12能與任意比例的潤滑油互溶且能溶解各種有機物，但其吸水性極弱。因此，在小型氟利昂制冷裝置中不設(shè)分油器，而裝設(shè)干燥器。同時規(guī)定Ｒ12中含水量不得大于0.0025％，系統(tǒng)中不能用一般天然橡膠作密封墊片，而應(yīng)采納丁晴橡膠或氯乙醇等人造橡膠。否則，會造成密封墊片的膨脹，從而引起制冷劑的泄漏。３.氟利昂－22（代號：Ｒ２２）Ｒ160℃，冷凝壓力同氨相似，單位容積標準制冷量約為454kcal/ｍ3。Ｒ22的許多性質(zhì)與Ｒ12相似，但化學穩(wěn)定性不如Ｒ12，毒性也比Ｒ12稍大。然而，Ｒ22的單位容積制冷量卻比Ｒ12大的多，接近于氨。當要求－40～－70℃的低溫時，利用Ｒ22比Ｒ12適宜，故目前Ｒ22被廣泛應(yīng)用于－40～－60℃的雙級壓縮或空調(diào)制冷系統(tǒng)中?！?-2載冷劑載冷劑是用來先同意制冷劑冷量而后去冷卻其它物質(zhì)的媒介物質(zhì)，又稱冷媒。它在間接制冷系統(tǒng)中起著傳遞制冷劑冷量的作用。一、對載冷劑的要求選擇載冷劑時應(yīng)考慮因素有：冰點、比熱、對金屬腐蝕性和價格等。１.比熱要大比熱大，載冷量就大，從而可減小載冷劑的循環(huán)量。２.粘度低、導熱系數(shù)高。３.凝固點低且要適宜，因凝固點過低將導致比熱減小、粘度增大。４.無臭、無毒、使用安全，且對金屬的腐蝕性要小。５.價格低廉，易于購得。二、常用載冷劑及性質(zhì)載冷劑的種類較多，能夠是氣體、液體或固體。常用載冷劑有空氣、水和鹽水溶液。１.空氣和水空氣或水是最廉價、最易獲得的載冷劑。都具有密度小、安全無害、對設(shè)備幾乎無腐蝕性等優(yōu)點。但空氣的比熱小，因此只有利用空氣直接冷卻時才采納空氣作載冷劑。水雖有比熱大的優(yōu)點，但水的冰點高，因此水僅能用作制出０℃以上的載冷劑。０℃以下應(yīng)采納鹽水作載冷劑。２.鹽水溶液鹽水是最常用的載冷劑，由鹽溶于水制成。常用的鹽水要緊有氯化鈉水溶液和氯化鈣水溶液。鹽水的性質(zhì)于溶液中含鹽量的多少有關(guān)。特不需要指出，鹽水的凝固點取決于鹽水的濃度。圖2-1中的曲線表示鹽水溶液的凝固點與濃度的關(guān)系。圖中曲線Ⅰ（實線）為氯化鈉0℃鹽水的凝固曲線，曲線Ⅱ（虛線）-10為氯化鈣鹽水的凝固曲線。由這兩-20條曲線可知,不管哪一種鹽水，當-30鹽水的濃度小于某一定值時，其凝-40固溫度隨濃度的增加而降低，而當-50濃度大于這一定值以后，凝固溫度-60隨濃度的增加反而升高。該臨界點01020304050％對應(yīng)濃度稱共晶濃度。該點相當于圖2-1鹽水的凝固點與濃度的關(guān)系全部鹽水溶液凍結(jié)成一塊冰鹽結(jié)晶體，它是最低的凝固點。在共晶點的左側(cè)，假如鹽水的濃度不變，而溫度降低，當?shù)陀谠摑舛人鶎?yīng)的凝固點時，則有冰從鹽水中析出，因此共晶點左面的曲線稱為析冰線。當鹽水的濃度超過共晶濃度時（即在共晶點的右面），假如鹽水的濃度不變，而當溫度降低到該濃度所對應(yīng)的凝固點以下時，從溶液中析出的不再是冰而是結(jié)晶鹽，因此共晶點右面的曲線稱為析鹽線。不同的鹽水溶液其共晶點是不同的，如氯化鈉鹽水的共晶溫度為－21.2℃，共晶濃度為22.4％；而氯化鈣鹽水的共晶溫度為－55℃，共晶濃度為29.9％。鹽水雖具有原料充沛、成本低、凝固點可調(diào)等優(yōu)點，但由于鹽水的濃度對鹽水溶液的性質(zhì)具有專門大阻礙，故鹽水作為載冷劑時應(yīng)注意以下問題：（１）要合理地選擇鹽水的濃度。鹽水的濃度增高，雖可降低凝固點，但使鹽水密度加大、比熱減小。而鹽水密度加大與比熱減小，都會使輸液泵的功率消耗增大。因此，不應(yīng)選擇過高的鹽水濃度，而應(yīng)依照使鹽水的凝固點低于載冷劑系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的最低溫度為原則來選擇鹽水的濃度。目前一般在選擇鹽水濃度時，使其凝固溫度比制冷劑的蒸發(fā)溫度低５～８℃為宜。（２）注意鹽水對設(shè)備及管道的腐蝕問題。鹽水對金屬的腐蝕隨溶液中含氧量的減少而變慢。為此，最好采納閉式鹽水系統(tǒng)，以減少鹽水與空氣接觸機會，從而降低對設(shè)備及管道的腐蝕。此外，鹽水的含氧量隨鹽水濃度的降低而增高。因而，從含氧量與腐蝕性來要求，鹽水濃度不可太低。另外，為了減輕鹽水的腐蝕性，還應(yīng)在鹽水中加入一定量的防腐劑并使其具有合適的酸堿性。一般１ｍ3氯化鈉水溶液中應(yīng)加3.2kg重鉻酸鈉和0.88kg氫氧化鈉；１ｍ3氯化鈣水溶液中應(yīng)加1.6kg重鉻酸鈉和0.44kg氫氧化鈉。加入防腐劑后，必須使鹽水呈弱堿性（pＨ=7.5～8.5），這可通過氫氧化鈉的加入量進行調(diào)整。添加防腐劑時應(yīng)特不小心并注意毒性。（３）鹽水載冷劑在使用過程中，會因汲取空氣中的水分而使其濃度降低。為了防止鹽水的濃度降低，引起凝固點溫度升高，必須定期檢測鹽水的比重。若濃度降低，應(yīng)適當補充鹽量，以保持在適當?shù)臐舛?。?-3潤滑油一、潤滑油的作用潤滑油在制冷工程上通常稱為冷凍機油，它在制冷壓縮機的運行中起著重要作用。要緊有如下幾方面：1.起潤滑作用：減小機器運動部件的摩擦和磨損，延長使用壽命。2.降低溫度冷凍機油在制冷壓縮機內(nèi)不斷循環(huán)，能夠帶走制冷壓縮機工作過程中產(chǎn)生的許多熱量，使機器保持較低的溫度，從而提高制冷壓縮機的效率和使用可靠性。3.起密封作用冷凍機油在軸封及汽缸與活塞間起密封作用，防止制冷劑泄漏。4.提供卸載機構(gòu)的動力帶有卸載裝置的制冷壓縮機中，利用冷凍機油的油壓作為卸載機構(gòu)的動力。二、潤滑油的性能指標及選用(一)潤滑油的性能指標1.粘度粘度是潤滑油的一個要緊性能指標，不同制冷劑對粘度有不同要求，如R12與潤滑油能相互溶解，會使?jié)櫥驼扯冉档停蕬?yīng)選用粘度較高的潤滑油。壓縮機中潤滑油的粘度過大和過小都不行。粘度過大會使壓縮機摩擦功率和摩擦發(fā)熱量增加，啟動力矩增大，機器效率降低;粘度過小，則因不能建立起所需油膜而加速軸承等處的磨損。因此粘度必須適中。潤滑油的粘度隨溫度變化而有專門大變化(例如溫度由50℃升高到100℃時，2.濁點潤滑油的濁點是表示當溫度降低到某一數(shù)值時，潤滑油中開始析出石蠟(即潤滑油變得混濁)時的溫度。制冷壓縮機中所使用的潤滑油，其濁點應(yīng)低于制冷劑的蒸發(fā)溫度。特不在氟系統(tǒng)中，一部分潤滑油溶解于制冷劑中而隨制冷劑流到制冷系統(tǒng)各處，若油中有石蠟析出，它會積存在節(jié)流閥處引起堵塞，或積存在蒸發(fā)器的傳熱表面，減弱傳熱效果。3.凝固點潤滑油在試驗條件下，冷卻到停止流淌的溫度，稱為凝固點。用于制冷機的潤滑油，凝固點應(yīng)越低越好。一般凝固點應(yīng)低于-40℃。當潤滑油與制冷劑互相溶解時，凝固點將會降低。4.閃點潤滑油(在開口盛油器內(nèi))加熱到它的蒸汽與火焰接觸時，發(fā)生閃火的最低溫度稱為閃點。制冷壓縮機所用的潤滑油其閃點應(yīng)比排汽溫度高25—35℃，以免引起潤滑油的燃燒與結(jié)焦。通常對氨、R12和R22用的潤滑油，其閃點應(yīng)在160—170℃以上。5.學穩(wěn)定性及抗氧化性潤滑油應(yīng)具有良好的化學穩(wěn)定性和抗氧化，否則在高溫或金屬的催化作用下，與制冷劑等接觸反應(yīng)，會生成焦炭、酸性物等有害物質(zhì)。6.含水量與機械雜質(zhì)潤滑油中不應(yīng)含有水分，因為水分不但會使蒸發(fā)壓力下降，蒸發(fā)溫度升高，而且會加劇油的化學變化及腐蝕金屬的作用。水分在氟利昂壓縮機中還會引起“鍍鋼現(xiàn)象”，使銅零件與氟利昂發(fā)生作用而分解出銅，并積聚在軸承、閥門等零件的鋼質(zhì)表面上。結(jié)果使這些表的厚度增加，破壞了一般新油中不含有水分和機械雜質(zhì)，因為用于制冷機的潤滑油，在生產(chǎn)過程中都通過了嚴格的脫水處理。但脫水潤滑油具有專門強的吸濕性，因此在儲運、加油時，應(yīng)盡量幸免和空氣接觸。用汽油或苯將潤滑油溶解稀釋，并用濾紙過濾后所殘存的物質(zhì)稱為潤滑油的機械雜質(zhì)。潤滑油中的機械雜質(zhì)會加速零件的磨損和油的絕緣性能的降低、堵塞潤滑油通道，因此雜質(zhì)也是越少越好，一般規(guī)定不超過0.01％。7.擊穿電壓擊穿電壓是一個表示潤滑油絕緣性能的指標，純潤滑油絕緣性能專門好，但當其含有水分、纖維、灰塵等雜質(zhì)時，絕緣性能就會降低。半封閉式和全封閉式壓縮機,一般要求潤滑油的擊穿電壓在25kV以上。因為潤滑油直接和電機繞組接觸。（二）國產(chǎn)冷凍機油的規(guī)格及選用我國目前冷凍機油規(guī)格是按照石油化工總公司頒布的《ZBE34003—86》的標準生產(chǎn)的，本標準的產(chǎn)品，按40℃時運動粘度中心值分為N15、N22、N32、N46和N68五個粘度等級，都可用于以氨為制冷劑的冷凍機。其要緊性能指標如表2—1所示。然而往常頒布的冷凍機油規(guī)格是按50℃時的運動粘度值而分為13、18、25和30四個牌號。選用時可參考冷凍機油新舊粘度等級對比表。實踐中，一般R12壓縮機選用N32(18號)，R22壓縮機選用N46(25號)，氨壓縮機選用N22（13號）或N46(25號)。表2—1國產(chǎn)冷凍機油的規(guī)格及要緊性能指標項目質(zhì)量指標粘度等級N15N22N32N46N68運動粘度(mm2/s)13.5-16.519.8-24.228.8-35.241.4-50.661.2-74.8閃點(℃),不低于150160160170180凝點(℃),不高于—40—35酸值(mgKOH/g)不大于0.020.030.05氧化后酸值不大于氧化沉淀物不大于0.050.005%0.20.02%0.050.005%0.10.02%水分無機械雜質(zhì)無

第三章蒸氣壓縮式制冷循環(huán)§3-1單級壓縮制冷循環(huán)一、單級壓縮制冷循環(huán)的差不多組成理論上，最簡單的壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)由：壓縮機、冷凝器、膨脹閥(或毛細管)和蒸發(fā)器四大部件組成。實際上，單級壓縮制冷循環(huán)的組成，除上述四大部件外，還有輔助部件，如圖3—1所示。水水膨脹閥壓縮機放油放空氣水均壓管放油分油器冷凝器貯液器汽液分離器蒸發(fā)器蒸發(fā)器31244312lgPh圖3-1單級壓縮制冷循環(huán)示意圖二、單級壓縮制冷機的工作過程來自蒸發(fā)器內(nèi)的低溫低壓蒸氣(狀態(tài)１)，經(jīng)汽液分離器后，被壓縮機吸入氣缸內(nèi)壓縮成高壓高溫的過熱蒸氣(狀態(tài)2)。然后，經(jīng)氨油分離器使其中所攜帶的潤滑油分離出來，再進入冷凝器，由于高壓高溫過熱氨氣的溫度高于其環(huán)境介質(zhì)(如冷卻水)的溫度，且其壓力使氨氣能在常溫下冷凝成液體狀態(tài)，因而被凝聚成高壓常溫的氨液(狀態(tài)3)并流入貯液器。該高壓常溫的氨液通過調(diào)節(jié)站經(jīng)膨脹閥節(jié)流降壓變成了低壓低溫的氨液(狀態(tài)4)，然后再次進入汽液分離器。從汽液分離器出來的低壓低溫液體，進入蒸發(fā)器吸熱蒸發(fā)產(chǎn)生冷效應(yīng)，使庫房內(nèi)的空氣及物料的溫度下降，從而完成一個制冷循環(huán)。然后重復上述過程。那個地點需要講明一點，上述兩次提到了汽液分離器，這講明該部件在制冷循環(huán)中有專門重要的作用。那么汽液分離器的作用是什么？這一點我們后面再講。三、單級壓縮制冷循環(huán)的性能指標１.單位制冷量q0即１kg制冷劑在蒸發(fā)器中所能制取的冷量。２.單位容積制冷量ｑv指壓縮機吸入每立方米制冷劑蒸氣所能制取冷量。３.單位理論功ｗ。指壓縮機壓縮每公斤制冷劑所消耗的功。４.單位冷凝熱負荷ｑK指１kg制冷劑蒸氣在冷凝器中放出的熱量。５.理論制冷系數(shù)ε0即單位制冷量與單位理論功之比?！?-2液體過冷及吸汽過熱對循環(huán)的阻礙一、液體過冷所謂液體過冷，確實是指在冷凝壓力下將節(jié)流閥前液態(tài)制冷劑進行再冷卻，使其溫度低于冷凝壓力下的飽和溫度。通常帶有過冷的循環(huán)，稱做過冷循環(huán)。4′q0Δq3lgPtk4312ht0圖3—2過冷循環(huán)2′4′q0Δq3lgPtk4312ht0圖3—2過冷循環(huán)2′1q0lgPtk4312ht0圖3—3吸入蒸汽過熱循環(huán)Δq0二、吸入蒸汽的過熱12w0=h2-h1變?yōu)閣0=h-h，由于壓縮機吸汽溫度的微少增大，將引起排汽溫度的較大增加，從而使w0＞w0，也確實是講吸入蒸汽的過熱將引起單位耗功量增加。單位制冷量的增減則要看1—1過熱過程中增加的吸熱量Δq0是否有效，假如這部分吸熱量Δq0是在制冷劑離開蒸發(fā)器后流經(jīng)吸汽管道時，向環(huán)境介質(zhì)汲取的熱量，則稱為“有害過熱”。假如這部分吸熱量Δq0是在蒸發(fā)器內(nèi)向被冷卻介質(zhì)汲取的熱量，則應(yīng)計算在制冷量內(nèi)，稱為“有效過熱”。顯然，有害過熱的制冷系數(shù)降低，且過熱度越大，制冷系數(shù)降低得越多?？傊?，過熱循環(huán)使進入壓縮機的蒸汽溫度升高，吸汽比容增加，單位容積制冷量減少，使制冷量減少，制冷系數(shù)降低；同時，過熱循環(huán)還會使壓縮機排汽溫度升高，冷凝器的熱負荷QK增大。盡管如此，實際使用時，大多數(shù)循環(huán)依舊希望壓縮機吸汽有適當?shù)倪^熱度。因為過熱能夠防止液滴帶入汽缸，從而可幸免壓縮機產(chǎn)生液擊。通常氨壓縮機一般取5℃的過熱度，氟利昂壓縮機的過熱度一般可取大一些。這是因為氨過熱后排汽溫度上升較大，而氟利昂壓縮機因其絕熱指數(shù)k值較低，排汽溫度也不致于過高。另外，氟利昂制冷系統(tǒng)中需利用制冷劑在蒸發(fā)器中的的過熱度，來調(diào)節(jié)熱力膨脹閥的開啟度，以自動操縱制冷劑的供液量。三、回熱循環(huán)回熱器4′Δq回熱器4′Δq32′1q0lgPtk4312ht0圖3—4回熱循環(huán)Δq0冷凝器節(jié)流閥壓縮機關(guān)于無回熱循環(huán)關(guān)于回熱循環(huán)由圖3—4可知，回熱循環(huán)單位制冷量增大了＝h3－h(huán)′，單位壓縮功增大了Δw0=(h′-h′)-(h2-h1關(guān)于無回熱循環(huán)關(guān)于回熱循環(huán)則顯然，回熱循環(huán)制冷系數(shù)提高的條件是：則w0Δq0-q0Δw0＞0，即：Δq0/q0＞Δw0/w0上式表明，只有單位制冷量的相對增加量大于單位壓縮功的相對增大量時，采納回熱循環(huán)后制冷系數(shù)才能提高。然而，這一條件并非對所有的制冷劑都符合，而關(guān)于大多數(shù)制冷劑來講，則不滿足上式條件。依照計算，在正常情況下的一般制冷溫度范圍內(nèi)，只有R12、R290和R502制冷劑，采納回熱循環(huán)是有利的；而R11、R717和R22等制冷劑，采納回熱循環(huán)則是不利的。然而，依照制冷系數(shù)是否提高來推斷應(yīng)用回熱循環(huán)是否有利，這只是問題的一個方面。因為制冷系數(shù)的提高，決不是采納回熱循環(huán)的唯一目的，事實上應(yīng)用回熱循環(huán)還有如下優(yōu)點：(1)能夠防止低壓蒸汽中夾帶的液滴進入壓縮機中，因而幸免發(fā)生液擊；（2)能夠提高低壓蒸汽的溫度，減輕或幸免在回汽管道中的有害過熱；同時還能夠減輕吸入蒸汽與汽缸壁之間的熱交換，使壓縮機的輸汽系數(shù)提高；(3)關(guān)于在低壓下工作的壓縮機(多級壓縮制冷循環(huán)的低壓級壓縮機在單級壓縮制冷機中，以R12為制冷劑的制冷裝置都可采納回熱循環(huán)。[例3—1]某單級氨制冷壓縮機，在環(huán)境介質(zhì)溫度t=30℃，蒸發(fā)t0=-10℃且無吸汽過熱設(shè)計工況下，制冷量Q0=200KW。若冷凝器的傳熱溫差取Δt=5℃(但節(jié)流閥前的液體無過冷)，試計算其制冷系數(shù)。若取過冷度Δtg=5℃，再計算其制冷系數(shù)并加以比較。lgP-10℃35lgP-10℃35℃4302h5圖3—5例3—1壓—焓圖蒸發(fā)溫度t0=-10℃冷凝溫度tk=t+Δt=35℃依照工況參數(shù)繪出該循環(huán)的lgP—h圖，如圖3—5所示。查氨的熱力性質(zhì)表及圖得各要緊點的參數(shù)如下：h0=1749.72kj/kgh2=1990kj/kgh4=h5=662.67kj/kg1=0.4177m3/kg有關(guān)熱力性能指標計算結(jié)果如下：1、單位制冷量q0=h1-h5=1749.72-662.67=1087.05kj/kg2、單位理論功w0=h2-h1=1990-1749.72=240.28kj/kg3、理論制冷系數(shù)0=q0/w0=1087.05/240.28=4.524若取過冷度Δtg=5℃，則理論制冷系數(shù)0ˊ=q0ˊ/w0=1110.71/240.28=4.622則有：(4.62-4.524)/4.524=2.17％，二者比較可見，過冷循環(huán)與飽和循環(huán)相比能夠提高制冷系數(shù)。解：依照題設(shè)已知蒸發(fā)溫度t0=-15℃冷凝溫度tk==35℃吸汽溫度t解：依照題設(shè)已知蒸發(fā)溫度t0=-15℃冷凝溫度tk==35℃吸汽溫度t=-5℃依照以上工況參數(shù)繪出該循環(huán)的lgP—h圖，如圖5—16所示。查R22的熱力性質(zhì)表及圖得各要緊點的參數(shù)如下：21lgP-15℃35℃4312h5圖3—6例3—2壓—焓圖-5℃h1=399.17kj/kgh2=438kj/kgh4=h5=242.93kj/kgh=405.5kj/kgh=448.5kj/kg=82L/kg則：1、單位制冷量q0=h1-h5=399.17-242.93=156.24kj/kg2、單位理論功w0=h′-h′=448.5-405.5=43kj/kg3、理論制冷系數(shù)0=q0/w0=156.24/43=3.6335而飽和循環(huán)：1、單位制冷量q0b=h1-h5=399.17-242.93=156.24kj/kg2、單位理論功w0b=h2-h1=438-399.17=38.83kj/kg3、理論制冷系數(shù)0b=q0b/w0b=156.24/38.83=4.0237二者比較則有：(4.0237-3.6335)/4.0237=9.7％，可見過熱循環(huán)使制冷系數(shù)降低。故應(yīng)盡可能減少壓縮機吸入蒸汽的過熱度。[例3—3]設(shè)某回熱循環(huán)中蒸發(fā)溫度t0=-10℃，冷凝溫度tk=35℃，吸氣溫度t1=10℃(無有害過熱)，試分不以氨和R12為工質(zhì)，確定該回熱循環(huán)的制冷系數(shù)并與其飽和循環(huán)加以比較。解：依照給定條件繪出循環(huán)系統(tǒng)及壓焓圖，如圖3—7所示。回熱器回熱器14025圖3—7例3—3循環(huán)系統(tǒng)及壓焓圖521lgPtk430h3冷凝器節(jié)流閥壓縮機工質(zhì)工質(zhì)h0h1h2h3h40氨1749.7217942061662.67618.394.24R12348.06359.5385233.58221.644.96R12飽和循環(huán)348.06374233.584.41kj/kg按給定工況分不查出下列各有關(guān)參數(shù)值：其中：h4=h3-(h1-h0)由上表和例3—1計算結(jié)果知，該工況下氨飽和循環(huán)的制冷系數(shù)0=4.524，采納回熱循環(huán)后制冷系數(shù)降低為0=4.24；而R12在該工況下，采納回熱循環(huán)后的制冷系數(shù)由0=4.41(飽和)增大到0=4.96?？梢?，R12采納回熱循環(huán)是有利的，而關(guān)于氨來講采納回熱循環(huán)卻是十分不利的?！?-3單級壓縮制冷循環(huán)的熱力計算熱力計算的目的是要算出制冷循環(huán)的性能指標、壓縮機的容量、功率及各熱交換器的熱負荷等，為我們設(shè)計制冷系統(tǒng)或選擇制冷設(shè)備提供原始數(shù)據(jù)，并對制冷循環(huán)的性能分析提供指標。在進行熱力計算時，應(yīng)首先確定制冷循環(huán)的工作參數(shù)，選定制冷劑和循環(huán)形式。然后在已知制冷量的情況下，即可進行循環(huán)的熱力計算。一、工作參數(shù)的確定確定循環(huán)的工作參數(shù)確實是要確定制冷劑的工作溫度和壓力。1、蒸發(fā)溫度t0：即制冷劑在蒸發(fā)器中汽化時的溫度。蒸發(fā)溫度的確定與所采納的冷媒種類有關(guān)。如用空氣作載冷劑時，通常取t0=t-10(℃)；而如以鹽水作載冷劑時，則通常取t0=t-5(℃)。式中：t—載冷劑所要求的溫度(℃)。2、冷凝溫度tK：即制冷劑在冷凝器中液化的溫度。冷凝溫度的確定取決于冷凝器的構(gòu)造及所采納的冷卻介質(zhì)(空氣或水)。對水冷式冷凝器，常取tK=冷凝器中冷卻水出口溫度+5（℃）；對風冷式冷凝器，常取tK=冷凝器的進風溫度+(10～15)（℃）；對蒸發(fā)式冷凝器，常取tK=夏季室外濕球溫度+(5～10）（℃）。3、過冷溫度tg：制冷劑在冷凝壓力下，其溫度低于冷凝溫度時，稱為過冷溫度。一般情況下，過冷溫度比冷凝溫度低3～5℃，即tg=tK-(3～5℃)。4、吸氣溫度：即低溫低壓蒸汽進入壓縮機時的溫度。低溫低壓蒸汽進入壓縮機時的溫度，應(yīng)依照蒸汽離開蒸發(fā)器時的情況及在管道中的吸熱情況來決定。關(guān)于氨壓縮機一般取5℃的過熱度，氟利昂壓縮機的吸氣溫度可取15℃。5、冷凝壓力PK和蒸發(fā)壓力P0：由冷凝溫度tK、蒸發(fā)溫度t0及所選用的制冷劑即可分不確定出冷凝壓力PK和蒸發(fā)壓力P0。二、理論循環(huán)的熱力計算循環(huán)的工作參數(shù)確定后，就能夠進行制冷循環(huán)的熱力計算，具體步驟如下：lgP5壓縮機冷凝器蒸發(fā)器膨脹閥1244312lgP5壓縮機冷凝器蒸發(fā)器膨脹閥1244312h5ˊˊ圖3—8單級壓縮制冷循環(huán)2、當制冷量Q0已知，而需要選配壓縮機時，可先求出制冷劑的循環(huán)量G，然后計算壓縮機的實際輸汽量VS，最后求出壓縮機的理論輸汽量Vh。依照Vh的數(shù)值即可選配壓縮機。假如壓縮機差不多選定，需要核算其制冷量時，則可依照Vh的計算公式求出Q0。3、依照循環(huán)的單位理論功w0，計算壓縮機的理論功率N0、指示功率Ni和軸功率Ne。式中i—壓縮機的指示效率。m—壓縮機的機械效率，一般m=0.85～0.95。k—壓縮機的絕熱效率，一般k=0.65～0.72。4、計算理論制冷系數(shù)0、實際制冷系數(shù)和熱力完善度η，從而考核和比較制冷循環(huán)的先進性。式中T—環(huán)境介質(zhì)的平均溫度，T0—被冷卻介質(zhì)的溫度。5、計算冷凝器的熱負荷QK[例3—4]某單級氨制冷壓縮機，在環(huán)境介質(zhì)溫度t=30℃，被冷卻介質(zhì)溫度t1=-5℃的設(shè)計工況下，制冷量Q0=200KW。若冷凝器的傳熱溫差取Δt=5℃，蒸發(fā)器的傳熱溫差取Δt0=5℃，過冷度Δtg=5℃，但無吸汽過熱度，壓縮機的輸汽系數(shù)蒸發(fā)溫度t0蒸發(fā)溫度t0=t1-5=-10℃冷凝溫度tk=t+Δt=35℃過冷溫度tg=tk-Δtg=30℃依照以上工況參數(shù)繪出該循環(huán)的lgP—h圖，如圖3—9所示。查氨的熱力性質(zhì)表及圖得各要緊點的參數(shù)如下：lgP-10℃35℃4312h530℃圖3—9例3—4壓—焓圖h1=1749.72kj/kgh2=1990kj/kgh4=h5=639.01kj/kg1=0.4177m3/kg熱力計算具體步驟和結(jié)果如下：1、單位制冷量q0=h1-h5=1749.72-639.01=1110.71kj/kg2、單位理論功w0=h2-h1=1990-1749.72=240.28kj/kg3、單位容積制冷量qυ=q0/1=1110.71/0.4177=2659.11kj/m34、理論制冷系數(shù)0=q0/w0=1110.71/240.28=4.625、實際制冷系數(shù)=0ηk=0im=4.62×0.8×0.9=3.3266、實際循環(huán)熱力完善度7、制冷劑的循環(huán)量G=Q0/q0=200/1110.71=0.18kg/s=648kg/h8、壓縮機的實際輸汽量VS=G1=0.18×0.4177=0.07519m3/s9、壓縮機的理論輸汽量Vh=VS/λ=0.05641/0.70=0.1074m3/s=386.64m3/h10、壓縮機的理論功率N0=Gw0=0.18×240.28=43.25KW11、壓縮機的指示功率Ni=N0/i=43.25/0.80=54.06KW12、壓縮機的軸功率Ne=Ni/m=54.06/0.90=60.07KW13、冷凝器的熱負荷QK=Q0+Ni=200+54.06=254.06KW=254.06kj/s或QK=G(h2S-h5)=0.18(2050.07-639.01)=254kj/s式中：h2S=h1+(h2-h1)/m=1749.72+(1990-1749.72)/0.8=2050.07kj/kg

§3—4溫度變動時制冷壓縮機的特性在實際情況下，同一臺制冷機由于使用單位地區(qū)及用途不同，設(shè)計工況也就不同。即使同一制冷壓縮機，由于季節(jié)的變化使冷卻水溫產(chǎn)生變化以及負荷情況的改變，都會使工況(即工作溫度)經(jīng)常發(fā)生變化。關(guān)于一臺壓縮機來講，當其轉(zhuǎn)速不變時理論輸汽量是不變的，但由于工況的變化，則循環(huán)的單位制冷量、單位壓縮功及制冷劑的循環(huán)量都將發(fā)生變化，因而壓縮機的制冷量Q0及所消耗功率N也就要發(fā)生變化。那末，實際使用的工作溫度與設(shè)計工作溫度不同時，對制冷機的特性有什么阻礙呢？為了簡化起見我們可按照理論循環(huán)，利用1gP—h圖來進行分析。一、溫度變化對壓縮機制冷量及功率的阻礙1、冷凝溫度變化對壓縮機的制冷量及功率的阻礙q0w0q′3lgPt′tk4312h2′t0圖3—10冷凝溫度變化對制冷性能阻礙w′q0w0q′3lgPt′tk4312h2′t0圖3—10冷凝溫度變化對制冷性能阻礙w′1q0w0q′4lgPt′tk4312h2′t0圖3—11蒸發(fā)溫度變化對制冷性能阻礙w′由圖3—10能夠看出，當蒸發(fā)溫度t0為定值，冷凝溫度由tk升高至t′時：單位制冷量減少、單位壓縮功增大，而吸汽比容1不變，制冷劑循環(huán)量G=λVh/1也不變，因此壓縮機的制冷量減少，所消耗的功率增大，從而使制冷系數(shù)降低。反之，假如冷凝溫度tk降低，則壓縮機的制冷量增大，所消耗的功率減少，從而使制冷系數(shù)提高。2、蒸發(fā)溫度變化對壓縮機的制冷量及功率的阻礙當冷凝溫度tk為定值，蒸發(fā)溫度由t0降低為t′時，理論循環(huán)由1—2—3—4—1變化為1—2—3—4—1，如圖3—11所示。由此可見，單位制冷量減少、單位壓縮功增大，且吸汽比容1增大，制冷劑循環(huán)量G=λVh/1減少，因此壓縮機的制冷量減少，而壓縮機所消耗的功率則因G的減少專門難直接推斷其增減情況，必須從制冷劑循環(huán)量G和消耗功的變化同時進行分析。二、制冷壓縮機的工況從上面分析可知，一臺制冷壓縮機的制冷量和消耗的功率差不多上隨著冷凝溫度tk和蒸發(fā)溫度t0的變化而改變的。因此不講工作溫度條件，而只講壓縮機制冷量的大小及功耗多大是沒有意義的。要正確地講明一臺壓縮機的制冷量及消耗功率的大小，必須同時指明其工作溫度條件。為了便于對制冷壓縮機的性能進行比較，我國規(guī)定了多種共同的溫度條件作為比較的基準，這確實是所謂制冷壓縮機的工況，如表3—1所示。表3—1我國常用的制冷壓縮機工況(適用于開啟式)工況種類工作溫度(℃)制冷劑R717R12R22標準工況冷凝溫度303030蒸發(fā)溫度-15-15-15過冷溫度252525吸汽溫度-101515空調(diào)工況冷凝溫度404040蒸發(fā)溫度555過冷溫度353535吸汽溫度101515最大功率工況冷凝溫度405040蒸發(fā)溫度5(0)105過冷溫度405040吸汽溫度10(5)15151、標準工況：標準工況是依照制冷壓縮機在使用中最常遇到的工作條件以及我國南北方多數(shù)地區(qū)一年里最常出現(xiàn)的氣候條件為基礎(chǔ)而規(guī)定的工況。通常所講的(即壓縮機名牌上標注2、空調(diào)工況：它規(guī)定了制冷壓縮機在作空調(diào)使用時的溫度條件，由于空調(diào)的使用差不多上在夏季，因而規(guī)定的蒸發(fā)溫度和冷凝溫度較高。3、最大功率工況：制冷壓縮機在冷凝溫度一定而蒸發(fā)溫度變化時會有一個功率最大的工況。通常制冷壓縮機在啟動過程中都要通過這一工況，因此關(guān)于沒有啟動卸載裝置的壓縮機，要依照這一工況來確定驅(qū)動電機的功率?！?-5雙級壓縮制冷循環(huán)一、采納兩級壓縮的緣故制冷系統(tǒng)的冷凝溫度決定于冷卻劑(或環(huán)境)的溫度，而蒸發(fā)溫度取決于制冷要求。在專門多制冷實際應(yīng)用中，壓縮機需要在高壓端壓力(冷凝壓力)對低壓端壓力(蒸發(fā)壓力)的比值(即壓縮比)專門高的條件下進行工作。由理想氣體的狀態(tài)方程Pｖ/T≡Ｃ可知，現(xiàn)在若采納單級壓縮制冷循環(huán)，則壓縮終了過熱蒸氣的溫度必定會專門高(Ｖ一定，Ｐ↑→Ｔ↑），因此就會產(chǎn)生以下許多問題。１.壓縮機的輸氣系數(shù)λ大大降低，且當壓縮比≥20時，λ＝0。２.壓縮機的單位制冷量和單位容積制冷量都會大為降低。３.壓縮機的功耗增加，制冷系數(shù)下降。４.必須采納高著火點的潤滑油，因為潤滑油的粘度隨溫度升高而降低。５.被高溫過熱蒸氣帶出的潤滑油增多，增加了分油器的負荷，且降低了冷凝器的傳熱性能?？偵纤觯攭嚎s比過高時，采納單級壓縮循環(huán)，不僅是不經(jīng)濟的，而且甚至是不可能的。為了解決上述問題，滿足生產(chǎn)要求，實際中常采納帶有中間冷卻器的雙級壓縮制冷循環(huán)。然而，雙級壓縮制冷循環(huán)所需的設(shè)備投資較單級壓縮大的多，且操作也較復雜。因此，采納雙級壓縮制冷循環(huán)并非在任何情況下差不多上有利的，關(guān)于氨機一般當壓縮比≥８時，則采納雙級壓縮較為合理。二、雙級壓縮制冷循環(huán)的組成及常見形式兩級壓縮制冷循環(huán)，是指來自蒸發(fā)器的制冷劑蒸氣要通過低壓級與高壓級兩次壓縮后，才進入冷凝器。并在兩次壓縮中間設(shè)置中間冷卻器。兩級壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)能夠是由兩臺壓縮機組成的雙機(其中一臺為低壓級壓縮機，另一臺為高壓級壓縮機)兩級系統(tǒng)，也能夠是由一臺壓縮機組成的單機兩級系統(tǒng)(其中一個或兩個汽缸作為高壓缸，其余幾個汽缸作為低壓缸)，高、低壓級理論輸汽容積比或汽缸數(shù)量比一般為1:3或1:2。兩級壓縮制冷循環(huán)由于節(jié)流方式和中間冷卻程度不同而有不同的循環(huán)方式，通常分為：兩次節(jié)流中間完全冷卻、兩次節(jié)流中間不完全冷卻、一次節(jié)流中間完全冷卻和一次節(jié)流中間不完全冷卻四種兩級壓縮制冷循環(huán)方式。其中，兩次節(jié)流是指制冷劑從冷凝器出來要先后通過兩個膨脹閥再進入蒸發(fā)器，即先由冷凝壓力節(jié)流到中間壓力，再由中間壓力節(jié)流到蒸發(fā)壓力；而一次節(jié)流只通過一個膨脹閥，大部分制冷劑從冷凝壓力直接節(jié)流到蒸發(fā)壓力，相比之下，一次節(jié)流系統(tǒng)比較簡單，且能夠利用其較大的壓力差實現(xiàn)遠距離或高層冷庫的供液。因此實踐中采納的差不多上差不多上一次節(jié)流兩級壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)。至于采納哪一種中間冷卻方式，由選用制冷劑的種類來決定。通常兩級壓縮氨制冷系統(tǒng)采納中間完全冷卻，而兩級壓縮氟利昂制冷系統(tǒng)，則常采納中間不完全冷卻。１.一次節(jié)流中間完全冷卻的雙級循環(huán)887654321lgPh87654321膨脹閥膨脹閥低壓機高壓機中間冷卻器冷凝器蒸發(fā)器圖3-12一次節(jié)流中間完全冷卻的雙級循環(huán)那個系統(tǒng)的特點是采納盤管式中間冷卻器。它既有兩級節(jié)流的減少節(jié)流損失效果，又起到對低壓級排氣完全冷卻的作用。其工作過程是：在蒸發(fā)器中產(chǎn)生的低壓低溫制冷劑蒸氣(狀態(tài)１)，被低壓壓縮機吸入并壓縮成中間壓力的過熱蒸氣(狀態(tài)2)，然后進入同一壓力的中間冷卻器，在中冷器內(nèi)被冷卻成干飽和蒸氣(狀態(tài)3)。中壓干飽和蒸氣又被高壓壓縮機吸入并壓縮到冷凝壓力的過熱蒸氣（狀態(tài)４），隨后進入冷凝器被冷凝成制冷劑液體（狀態(tài)５）。然后分成兩路，一路經(jīng)膨脹閥Ｆ節(jié)流降壓后(狀態(tài)8)進入中間冷卻器，大部分液體從另一路進入中間冷卻器的盤管內(nèi)過冷（狀態(tài)６），但由于存在傳熱溫差，故其在盤管內(nèi)不可能被冷卻到中間溫度，而是比中間溫度一般高△ｔ＝３－５℃。過冷后的液體再通過主膨脹閥節(jié)流降壓成低溫低壓的過冷液(狀態(tài)7)，最后進入蒸發(fā)器吸熱蒸發(fā)，產(chǎn)生冷效應(yīng)。這種循環(huán)系統(tǒng)只適用于Ｒ717與Ｒ22的雙級制冷循環(huán)系統(tǒng)中。２.一次節(jié)流中間不完全冷卻的雙級循環(huán)887654321lgPh87654321膨脹閥膨脹閥低壓機高壓機中間冷卻器冷凝器蒸發(fā)器圖3-13一次節(jié)流中間不完全冷卻的雙級循環(huán)一次節(jié)流中間不完全冷卻的雙級循環(huán)，要緊適用于氟利昂制冷裝置，采納回熱循環(huán)。如圖3-14所示的SD2——4F——10A型兩級壓縮氟利昂制冷裝置系統(tǒng)圖。這種循環(huán)系統(tǒng)的特點是：制冷劑主流先經(jīng)盤管式中間冷卻器過冷，再經(jīng)回熱器進一步冷卻；且低壓壓縮機的吸氣有較大的過熱度；此外，低壓級的排氣沒有完全冷卻到飽和狀態(tài)。其工作過程為：從蒸發(fā)器出來的蒸汽經(jīng)回熱器后被低壓壓縮機吸入，壓縮到中間壓力并與中冷器出來的干飽和蒸汽在管路中進行混合，使從低壓機排出的過熱蒸汽被冷卻后再進入高壓壓縮機，經(jīng)壓縮到冷凝壓力并進入冷凝器，冷凝后的高壓制冷劑液體進入了中冷器的蛇形盤管進行再冷卻，然后進入回熱器與從蒸發(fā)器出來的低溫低壓蒸汽進行熱交換，使從中冷器蛇形盤管中出來的過冷液體再一次得到冷卻，最后經(jīng)膨脹閥進入蒸發(fā)器吸熱蒸發(fā)。這種循環(huán)系統(tǒng)，只適用于Ｒ12或Ｒ22的雙級制冷循環(huán)系統(tǒng)中，而決不能用于氨的制冷系統(tǒng)中。這是因為：盡管高、低壓級吸入蒸汽的過熱度都比較大，然而因為氟利昂的絕熱指數(shù)K值比氨要小，故壓縮機的排氣溫度不高。10109109287387654321lgPh6541膨脹閥膨脹閥低壓機高壓機中間冷卻器冷凝器分油器回熱器蒸發(fā)器分油器圖3—14SD2——4F——10A型兩級壓縮氟利昂制冷裝置系統(tǒng)圖3.兩次節(jié)流中間完全冷卻的雙級循環(huán)887654321lgPh87654321膨脹閥膨脹閥低壓機高壓機中間冷卻器冷凝器蒸發(fā)器圖3—15兩次節(jié)流中間完全冷卻的雙級循環(huán)那個系統(tǒng)的特點是選用了閃發(fā)式中間冷卻器。它起兩個作用，其一是相當于兩次節(jié)流的中間液體分離器，其二是利用一小部分液體的吸熱蒸發(fā)作用，對低壓機的排氣進行完全中間冷卻。這種型式的制冷循環(huán)系統(tǒng)，只適用于Ｒ717或Ｒ22的雙級壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)中。為了防止從中間冷卻器出來的飽和液體在管路中閃發(fā)成蒸汽，通常要求中間冷卻器與蒸發(fā)器之間的距離要近。綜上分析可知，采納雙級壓縮制冷循環(huán)，不但降低了高壓機的排氣溫度，改善了壓縮機潤滑條件，而且由于各級壓縮比都較小，壓縮機的輸汽系數(shù)大大提高。此外，采納雙級壓縮循環(huán)的功耗也比單級壓縮循環(huán)的功耗降低?！?-6雙級壓縮制冷循環(huán)的熱力計算兩級壓縮制冷循環(huán)的熱力計算方法，與單級壓縮制冷循環(huán)的熱力計算方法差不多相同，不同之處在于高壓級與低壓級的制冷劑循環(huán)量不相等，需要分不計算。此外還必須計算確定合理的中間溫度tz或壓力Pz。一、兩級壓縮制冷循環(huán)中間溫度tz或壓力Pz的確定中間壓力是指兩級壓縮制冷循環(huán)中，中間冷卻器內(nèi)的壓力。對應(yīng)中間壓力的飽和溫度稱為中間溫度。中間壓力對循環(huán)的經(jīng)濟性、功率和效率等都有直接的阻礙。合理地確定中間壓力是兩級壓縮制冷循環(huán)設(shè)計的一個重要問題。中間壓力的確定分兩種情況，一種是從循環(huán)的計算動身去選配壓縮機；另一種情況是對差不多選配好的壓縮機通過計算去確定中間壓力。1、選配壓縮機時Pz的確定對選配壓縮機來講，應(yīng)以制冷系數(shù)最大來確定中間壓力。因現(xiàn)在當制冷量一定時，壓縮機消耗的功率最小，故那個中間壓力稱為最佳中間壓力Pz。然而，由于最佳中間壓力的確定與許多因素有關(guān)，我們不僅希望高、低壓級的汽缸容積最小，而且要使實際制冷系數(shù)最大，同時還要求高壓級的排汽溫度適當?shù)鸵恍?，以改善壓縮機的運行性能，故專門難用一個公式計算出循環(huán)的最佳中間壓力。實際設(shè)計中，在-40℃～+40℃的溫度范圍內(nèi)，可按下式計算出理想的中間壓力P′，然后在其兩側(cè)再選擇幾個不同的中間壓力值，通過試算求得其最佳中間壓力值Pz?；騕℃]式中：t0—蒸發(fā)溫度[℃]，tk—或[℃]P0—蒸發(fā)壓力，Pk—冷凝壓力2、既定系統(tǒng)的中間壓力Pz的確定設(shè)計或?qū)嶋H使用中，往往是壓縮機按高、低壓級汽缸容積比已選定或已確定，在這種情況下，就要按高、低壓級的理論輸汽量之比ξ(ξ=Vhg/Vhd)以及已知的制冷工況，用試算法來確定其中間壓力，但那個中間壓力不一定是最佳中間壓力Pz；假如選定的容積比接近最佳容積比，則所確定的中間壓力就接近最佳中間壓力。ξ值的確定與制冷劑的性質(zhì)及蒸發(fā)溫度有關(guān)。蒸發(fā)溫度降低時，ξ值相應(yīng)地要小些，但冷凝溫度較高時ξ值相應(yīng)地要大些，以使中間壓力不致過高。一般在下列范圍內(nèi)選取：關(guān)于R717：t0=-25～-35℃時，ξ=0.4～0.333t0=-35～-50℃時，ξ=0.333t0＜-50℃時，ξ=0.25關(guān)于R22：t0=-30～-70℃時，ξ=0.5～0.333二、兩級壓縮制冷循環(huán)的熱力計算循環(huán)的工作參數(shù)確定之后，即可進行熱力計算。熱力計算的任務(wù)是求出循環(huán)的性能指標，各熱交換器的熱負荷。壓縮機的輸汽量、功率或制冷量。(一)一次節(jié)流中間完全冷卻的兩級壓縮制冷循環(huán)(如圖3—16)1、單位制冷能力：q0=h0-h8[kj/kg]2、低壓級單位理論功：wd=h2-h1[kj/kg]3、低壓級制冷劑循環(huán)量：4、低壓級的理論功率：087654321lgPh087654321lgPh07654321膨脹閥膨脹閥低壓機高壓機中間冷卻器冷凝器蒸發(fā)器8圖3—16兩級壓縮一次節(jié)流中間完全冷卻制冷循環(huán)及l(fā)gP—h圖因此6、高壓級制冷劑循環(huán)量：依照中間冷卻器能量平衡關(guān)系可得因此7、高壓壓縮機的理論功率8、循環(huán)的理論制冷系數(shù)A圖3—17A圖3—17兩級壓縮一次節(jié)流中間不完全冷卻制冷循環(huán)及l(fā)gP—h圖3087654321lgPh3068754321膨脹閥低壓機高壓機中間冷卻器冷凝器蒸發(fā)器節(jié)流閥這種循環(huán)的熱力計算方法與一次節(jié)流中間完全冷卻的兩級壓縮制冷循環(huán)差不多一樣，所不同的是高壓級的流量及吸汽狀態(tài)不同。一次節(jié)流中間不完全冷卻循環(huán)高壓級的制冷循環(huán)也可由中間冷卻器的熱平衡求得。依照圖3—17，可寫出中冷器的熱平衡式為：因此再由節(jié)點A的熱平衡關(guān)系可得：因此[例3—5]某兩級壓縮氨制冷系統(tǒng)，采納一次節(jié)流、中間完全冷卻循環(huán)。其工作條件為：制冷量Q0=200KW，冷凝溫度tk=40℃，蒸發(fā)溫度t0=-35℃，吸汽溫度t1=-25℃，中冷器內(nèi)液體與盤管內(nèi)液體的傳熱溫差Δtz=5℃，高低壓級的輸解：由題設(shè)知：蒸發(fā)溫度t0=-35℃，冷凝溫度tk=40℃，吸汽溫度t1=-25℃。則：h0=1715.44kj/kgP0=0.9312barh5=h6=686.51kj/kgPK=15.5489barh1=1740kj/kg1=1.27m3/kgs1=7.25kj/kg·ktztz≈-3.2℃087654087654321lgPh07654321膨脹閥膨脹閥低壓機高壓機中間冷卻器冷凝器蒸發(fā)器8圖3—18例3—5系統(tǒng)及l(fā)gP—h圖依照初選的中間溫度(-3.2℃)，取1℃、-1℃、-3℃、-4℃、-6℃，進行試算，分不求出其對應(yīng)的0值，并將結(jié)果列入表3—2：表3—2℃PZ(查表)h2（查圖）h3(查表)h4（查圖）h8（據(jù)tz+5查表）01-1-3-4-64.4574.1363.8333.6883.4121978.01956.01945.01940.01933.01762.151760.031757.841756.721754.4519331950195619631972527.5518.33509.18504.61495.472.5362.5452.5632.542.511表中表中從表中數(shù)值可知最佳tz在-1～-3℃之間。按經(jīng)驗分式tz=0.4tk+0.6t0+3計算得tz=-2℃恰好落在-1～-3℃之間，故那個地點取最佳中間溫度tz=-2℃，對應(yīng)PK=3.9822bar。相應(yīng)的其它狀態(tài)點的參數(shù)如下：h2=1949kj/kgh3=1758.94kj/kgh4=1956kj/kgh8=513.72kj/kg2=0.31038m3/kg依照以上所確定的循環(huán)工作參數(shù)即可進行如下熱力計算：1、單位制冷量q0=h0-h8=1715.44-513.72=1201.72kj/kg2、低壓級氨循環(huán)量Gd=Q0/q0=200/1201.72=0.16643kg/s=599.14kg/h3、低壓級理論功N0d=Gd(h2-h1)=0.16643(1949-1740)=34.784kw4、低壓級理論輸汽量Vhd=Gd1/λ=0.16643×1.27/0.75=0.2818m3/skg/s5、高壓級氨循環(huán)量kg/s6、高壓級理論功N0g=Gg(h4-h3)=0.2227(1956-1758.94)=43.885kw7、高壓級理論輸汽量Vhg=Gg2/λ=0.2227×0.31038/0.75=0.09216m3/s8、理論制冷系數(shù)9、高壓級實際排汽焓值h4S=h3+(h4-h3)/i=1758.94+(1956-1758.94)/0.85=1990.775kj/kg10、冷凝器的熱負荷QK=Gg(h4S-h5)=0.2227(1990.775-686.51)=290.46kj/s[例3—6]有一臺單機雙級R22制冷壓縮機，高壓級2缸Vhg=0.018m3/s，低壓級6缸Vhd=0.054m3/s，采納帶有回熱器的一次節(jié)流中間不完全冷卻循環(huán),設(shè)解：依照題設(shè)可查得：h0=387.97kj/kgh5=249.21kj/kgh1=407kj/kg1=0.23m3/kg35087654321lgPh圖335087654321lgPh圖3—19例3—6系統(tǒng)及l(fā)gP—h圖306蒸發(fā)器85754321膨脹閥低壓機高壓機中間冷卻器冷凝器假設(shè)兩個中間溫度tz1=0℃；tz2=-10℃相應(yīng)的中間壓力Pz1=4.98bar；Pz2=3.55bar依照假定工況，查出各狀態(tài)點的參數(shù)如表3—3所示。表3—3tz1=0℃Pz1=4.98bartz2=-10℃Pz2=3.55barh2=449kj/kgh3=439.43kj/kg2=0.06m3/kgh=404.93kj/kgh4=475kj/kgh6=206.03kj/kgh7=h8=187kj/kgh2=439kj/kgh3=428.92kj/kg2=0.078m3/kgh=401.18kj/kgh4=471kj/kgh6=194kj/kgh7=h8=174.97kj/kg表中依照查出的各狀態(tài)點參數(shù)值進行試算并將試算的結(jié)果列入表3—4表中表3—4計算項目假設(shè)的中間冷卻器工作參數(shù)tz1=0℃、Pz1=4.98bartz2=-10℃、Pz2=3.55bar低壓級輸汽系數(shù)d=0.68d=0.766高壓級輸汽系數(shù)g=0.805g=0.732低壓級工質(zhì)循環(huán)量(k