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第1页共95页1第一章制冷基础知识第一节常用术语一、温度温度被用来表示物质冷与热的程度。表示温度的值有以下几种标准。1、摄氏温标在标准大气压下，把水的冰点作为0度，沸点作为100度，在0度与100度之间均衡的刻成100格，每格作为1度，以符号℃表示。2、华氏温标在标准大气压下，把水的冰点定为32度，而沸点定为212度，二者之间均衡的分成180格，每格为1度，以符合0F表示。3、开氏温标又称绝对温标它以摄氏温标为基础，把水的冰点定为273.16度，水的沸点定为373.16度，理论上把物质中分子全部停止运动之点作为0度，以符号K表示。第2页共95页2二、热量物体温度的高低表示了组成物体的物质分子热运动剧烈的程度。温度的高低也表示物体所具有能量的高低，这种能量称为热能。当温度不同的两个物体相接触时，两者的温度逐步趋于一致，发生了热能从温度较高的物体向温度较低的物体转移，此时物体所放出或吸收的能量称为热量。常用的热量单位有：1、卡在标准大气压下，将1kg水加热或冷却，其温度升高或降低1℃时，所加进或除去的热量称为1卡，以符号cal表示。因卡的单位有大小，工程上往往采用其1000倍的千卡或大卡来表示，其符号为Kcal。2、焦耳在国际单位制中，取热量单位与功的单位一致，以焦耳表示，焦耳相当于用1N(牛顿)的力，第3页共95页3其作用点在力的方向上移动1米所做的功，因此，在国际单位制中，焦耳是功和能的单位，采用这种单位使计算简化，焦耳的符号为J。我国的法定热量单位是焦耳。换算关系：1KJ(千焦耳)=0.239Kcal(千卡)1Kcal(千卡)=4.19KJ(千焦耳)1KW(千瓦)=860Kcal/h(千卡/小时)三、压力常用单位是：kgf/cm2(公斤/厘米2)或mmHg(毫米汞柱)，国际标准法定单位是pa(帕斯卡)。大气的常年平均压力就称作标准大气压，其值为1.033kgf/cm2(公斤/厘米2),用符号atm表示。制冷系统中的压力可用压力表或真空表测得，此时压力表所表示的压力是指容器内气体压力与当时当地的外界大气压力B之间的差值，称为表压力，而容器内气体实际压力，则称为绝对压力。第4页共95页4即：绝对压力=表压力+大气压力P绝=P表+BP表=P绝-B四、比热容单位质量的某种物质温度升高或降低1℃，吸收或放出的热量叫做这种物质的比热容，简称比热，比热的单位是焦/(千克•℃)，读作焦每千克摄氏度。比热是物质的一种特性，每种物质有自己的比热，如水的比热为4.2×103焦/(千克•℃)，比热用C表示。五、质量及热量的计算：物体中含有物质的多少叫做质量，符号m。质量单位是千克，符号Kg。由：Q吸=Cm(t-t0)Qyty=Cm(t0-t)推出Q=CmΔtt0表示物体原来的温度，t表示物质吸收或放出热第5页共95页5量后的温度。第二节制冷剂、载冷剂和润滑油制冷剂是制冷系统中不断循环变化以实现制冷的工作物质，又称工质。目前制冷剂已有八十余种，并且还在发展之中。载冷剂又叫冷媒，是指用于间接冷却系统中的中间介质，常用的载冷剂有水、盐水等。一、制冷剂制冷剂的种类较多，现将我们用的制冷剂性质介绍如下：我们用的制冷剂是液氨(NH3)，代号717。氨在一百多年前已被用作制冷剂。氨具有良好热力学性质，制造容易，价廉易得，是一种适用于大中型制冷机的中温制冷剂。它在标准大气压下对应的蒸发温度为-33.35℃，适用温度范围为-65--10℃之间。1、特点：第6页共95页6氨的临界温度较高，汽化潜热大，单位容积制冷量大，导热系数大，节流损失小。纯氨对润滑油无不良影响，但有水份时，会降低润滑油的润滑作用。氨易溶于水，在0℃时每升水能溶解1300升氨汽，同时放出大量溶解热。氨中有水份时将会腐蚀锌、铜、青铜及其它铜合金(磷青铜除外)。故氨制冷系统中不能安装铜管或铜合金制的阀件，一般规定氨液中含水量不应超过0.2%。2、物性：氨气无色，有强烈的刺激臭味，故泄漏时易于察觉。氨能刺激人的眼睛和呼吸器官，引起流泪剧烈咳嗽，使呼吸道粘膜充血发炎。对人体有较大的毒性。当空气中氨气容积浓度达到0.5-0.6%时，人在其中停留半小时就会中毒，当空气中氨气容积浓度达到16—25%时，遇明火可引起爆炸。氨在常温下不易燃烧，但加热至530℃，则分解为氮和氢气，氢与空气中的氧混合会发生爆炸。第7页共95页7＊3、氯化钠溶液的特性与特点：1）氯化钠盐水在15℃时，浓度为23.1%时，其结晶点温度为-21.2℃。2）溶解度：由于种物质在不同的溶剂中的溶解能力是不同的，通常是把一定温度和压力下，物质在一定量的溶剂中，达到溶解平衡时所溶解的量，叫做溶解度。某种物质的溶解度也就是在一定温度和压力下，饱和溶液中所含溶质的量。对固体和液体的溶解度是指在一定温度下，溶质在100克溶剂中达到溶解平衡时所溶解的克数。4、加CaCL2计算公式：溶质/(溶剂+溶质)=溶液百分比含量由此公式推导出加氯化钙计算公式。氯化钙盐水性能表：(换算关系144.15/(144.15-波美度)=密度19℃时盐的含量冰点(0℃)比重波美溶液含在100第8页共95页8比重量份水中1.000.10.10.1-0.01.1518.9168.20.0-12.71.2024.221.928.1-21.21.2226.123.831.2-25.71.2428.025.734.6-31.21.2629.927.537.9-38.61.2831.729.441.6-50.11.3033.431.245.4-41.61.3235.133.049.3-27.11.3436.734.753.2-15.61.3638.336.457.4-5.11.3739.137.359.5-0.01二、载冷剂我们使用的载冷剂是盐水，是将盐(CaCl2)溶于水中形成的溶液，所以称盐溶液。盐水的性质与溶液中的盐量有关。比如氯化钙在19℃时，比重第9页共95页9为1.286，波美比重为32.2，溶液含量29.9%，在100份水中有42.7份时，冰点为-55.0℃。盐水的浓度过大或过小都是不利的，一般情况是使盐水凝固点比系统中制冷剂的蒸发温度低6-8℃。盐水的浓度可以用密度来表示，也可以用波美度数表示。盐水载冷剂的主要缺点是对金属对强烈的腐蚀性，盐水对金属的腐蚀程度与其中含氧量有关，盐水中的氧主要来自空气，所以要降低盐水的腐蚀作用，就必须减少盐水与空气的接触。为了减轻盐的腐蚀，还可以在盐水中加防腐剂。常用的防腐剂有重铬酸钠和氢氧化钠。三、润滑油润滑油用于制冷压缩机时通常称为冷冻机油。（一）润滑油作用润滑油在制冷压缩机的运行中起着重要作用，主要有如下几个方面：第10页共95页101、起润滑作用，减少机器运动部件摩擦和磨损，延长使用寿命。2、降低温度，冷冻机油在制冷压缩机内不断循环，因此能带走制冷压缩机工作过程中产生的大量热量，使机械保持较低的温度，从而提高制冷压缩机效率和使用的可靠性。3、起密封作用，冷冻机在各轴封及汽缸与活塞间起密封作用，防止制冷剂泄漏。4、用作能量调节机构的动力。带有能量调节机构的制冷压缩机利用冷冻机油的油压作为能量调节机构的动力。（二）制冷压缩机对润滑油的要求1、需要有适当的粘度。2、有良好的低温流动性。3、要有较好的粘度性能。4、要有良好的化学稳定性和抗氧化能力。5、要有良好的电绝缘性能。第11页共95页11(三)冷冻机油：按国家标准GB/T16630-1996的规定，冷冻机油分为L-DRA/A、L-DRA/B、l-DRB/A、L-DRB/B四类，每类品种又按黏度大小，划分5-9种规格，因而该标准规定有24种。冷冻机油的规格是按40℃时运动黏度值划分的，我们使用的N46具备上述特点。第二章制冷循环和制冷系统第一节制冷原理1、所谓人工制冷，就是用人工的方法，制取低于周围环境的温度。人工制冷能满足人们生活或生产上的各种需要。人工制冷的方法很多，目前应用最广泛的是蒸汽压缩式制冷。它是利用某些低沸点物质的液体，在汽化时能维持温度不变而吸收热量的性质来实现制冷。2、（1）单级蒸汽压缩式制冷的系统如下图：第12页共95页12它是由制冷压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器四个最基本的部件组成，它们之间用管道依次连接，形成一个密闭的系统。制冷剂在系统中不断循环流动，发生状态变化，与外界进行热量交换。其工作过程是：液体制冷剂在蒸发器中吸收被冷却物体的热量之后，汽化成低压低温的蒸汽，被压缩机吸入压缩成高压高温的蒸汽后，排入冷凝器，在冷凝器中向冷却介质（水或空气）放热冷凝为高压液体，经节流阀节流为低压低温的制冷剂，再次进入蒸发器吸热汽化，达到循环制冷的目的。这样，制冷剂在系统中经过蒸发、压缩、冷凝、节流四个基本过程完成一个制冷循环。第13页共95页13（2）在制冷系统中，蒸发器、压缩机、冷凝器和节流阀是必不可少的四大件。这当中，蒸发器是输送冷量的设备，制冷剂在其中吸收被冷却物体的热量实现制冷，压缩机是系统的心脏，起着吸入、压缩、输送制冷剂蒸汽的作用，冷凝器是放出热量的设备，将蒸发器中吸收的热量连同压缩机功所转化的热量一起传递给冷却介质带走，节流阀对制冷剂起节流降压作用，同时控制和调节流入蒸发器中制冷剂液体的数量，并将系统分为高压侧和低压侧两大部分。实际的制冷系统中，除了上述的四大件之外，常常有一些辅助设备，它们是为了提高运行的经济性，可靠性和安全性而设置的。第二节两级蒸汽压缩式制冷循环一、采用两级蒸汽式制冷循环的原因：单级蒸汽压缩式制冷系统通常都采用中温制第14页共95页14冷剂，其蒸发温度一般只能达到－20－40℃。如果想获得更低的蒸发温度，单级压缩式制冷机就无能为力了。其主要原因是由于活塞式压缩机的压缩比p1/p0不能过大。（p1指冷凝压力，p0蒸发压力），我们知道制冷机的冷凝压力p1决定于冷凝温度，而冷凝温度又决定于环境介质的温度，由于环境介质的温度变化范围有限，因此冷凝压力p1变化不大。压缩比和冷凝压力p1及蒸发压力p0有关，当p1一定时，随着蒸发温度的降低，p0也相应降低，因而使p1/p0明显上升。压缩比过大会产生以下问题：1、压缩机的输汽系数λ大为降低。当p1/p0达到20时，λ接近于零，主机已吸不进汽体。2、压缩机排汽温度很高，润滑油变稀，使润滑条件变坏，甚至会引起润滑油的碳化而出现拉缸、阀片上结碳等现象。油温的升高还会使很多油蒸汽进入制冷系统，污染热交换器的传热面，使传第15页共95页15热性能降低。3、液体制冷剂节流时的损失增加，单位制冷量和单位容积制冷量大为降低，因此，单级压缩制冷机所能达到的蒸发温度是有限制的，一般来说，单机氨制压缩机最大压缩比不超过8，为了要获得比较低的温度，又要使压缩机的压缩比控制在一个合适的范围内，就需要采用两级压缩制冷循环，甚至多级压缩制冷循环。采用两级压缩制冷循环一般可获得－40――70℃。二、两级压缩制冷循环的原理两级压缩制冷循环是在单级制冷循环的基础第16页共95页16上发展起来的，其压缩过程分两个阶段进行，来自蒸发器的制冷剂蒸汽（压力为p0）先进入低压级汽缸压缩到中间压力（pm），经过中间冷却后再进入高压级汽缸，压缩到冷凝压力（p1）排入冷凝器中。两个阶段的压缩比各自都在10以内。1、两级压缩制冷系统可以是由两台压缩机组成的双机双级系统，一台为低压级，另一台为高压级，也可以由一台压缩机组成单机双级系统，其中一个或二个汽缸作为高压缸，其余几个汽缸作为低压缸，高压缸与低压缸数量比一般为1：2或1：3。2、两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：（1）有两级节流和一级节流，中间完全冷却和中间不完全冷却之分。（2）采用哪一种中间冷却方式，由采用制冷剂的种类来决定。两级压缩氨制冷系统通常采用中间完全冷却，而两级压缩氟利昂制冷系统则常用中间第17页共95页17不完全冷却。中间不完全冷却循环与中间完全冷却循环的主要区别在于中间不完全冷却循环的低压级压缩机的排汽不在中间冷却器中冷却，而是与中间冷却器中产生的饱和蒸汽在管道中混合后进入高压级压缩机。3、两级压缩一级节流循环系统原理图：图2－4A低压级压缩机B高压级