船舶制冷装置

第一节 船舶制冷原理与制冷剂 第二节 活塞式制冷压缩机 第三节 压缩制冷装置组成 第四节 制冷装置自动控制与自控元件 第五节第五节 船舶制冷装置的管理船舶制冷装置的管理marine refrigerating plant第十一章第十一章 船舶制冷装置船舶制冷装置一一. .概述概述要求掌握：“制冷“的定义；蒸气压缩式制冷系统组成 ，制冷循环及制冷机特性的理论分析专业术语（如制冷量 、单位质量制冷量、单位体积制冷量等）；单级蒸气压缩式 制冷循环的特点及工作过程，压焓图，理论制冷循环的定义 和热力计算，影响实际制冷循环的因素，蒸发温度和冷凝温 度的变化对单级蒸气压缩式制冷机性能的影响，制冷剂和载 冷剂的定义、性质和使用的温度范围；双级压缩制冷循环中 最常见的两种循环方式的流程和热力计算，中间压力的确定 ；复叠式制冷循环的流程和热力计算第一节 船舶制冷原理与制冷剂• 制冷技术是为适应人们对低温条件的需要而产生和发展 起来的• 制冷作为一门科学是指用人工的方法在一定时间和一定 空间内将某物体或流体冷却,使其温度降到环境温度以下 ，并保持这个低温• 这里所说的“冷”是相对于环境而言的。

灼热的铁放在 空气中，通过辐射和对流向环境传热，逐渐冷却到环境 温度它是自发的传热降温，属于自然冷却，不是制冷 •制冷就是从物体或流体中取出热量，并将热量排放到环 境介质中去，以产生低于环境温度的过程 制冷技术• 机械制冷中所需机器和设备的总合称为制冷机 • 制冷机中使用的工作介质称为制冷剂制冷剂在制冷 机中循环流动，同时与外界发生能量交换，即不断地从 被冷却对象中吸取热量，向环境排放热量• 制冷剂一系列状态变化过程的综合为制冷循环• 为了实现制冷循环，必须消耗能量所消耗能量的形 式可以是机械能、电能、热能、太阳能或其它可能的形 式.制冷技术制冷技术研究内容有三方面：①研究获得低温的方法和有关的机理以及与此相应 的制冷循环，并对制冷循环进行热力学的分析和计 算 ②研究制冷剂的性质，从而为制冷机提供性能满意 的工作介质 ③研究实现制冷循环所必须的各种机械和技术设备 ，包括它们的工作原理、性能分析、结构设计，以 及制冷装置的流程组织、系统配套设计此外，还 有热绝缘问题，制冷装置的自动化问题，等等 1. 伙食冷库2. 空气调节3. 冷藏运输一、制冷在船舶上的应用二、食品的冷藏条件1. 水果、蔬菜和乳品－－－－－冷藏温度 0～5℃ 相对湿度 85～90％1. 2. 肉类－－－－－冷冻2. 温度 -23～-30℃ 冻结速度 2～5cm/h3. 船舶伙食冷库低温库 -18～-20℃ 可保存6个月4. -10～-12 ℃ 可保存2、3个月 食品的干缩库温为-18 ℃ 每侵入冷库热量1KJ热量，食品 干缩增加0.036克。

3. 臭氧在冷藏中的应用臭氧的杀菌和消毒原理和作用：1）杀菌：臭氧性质极不稳定，很易分解出单原子氧，且单原子 氧的性质十分活泼，有较强氧化作用，当单原子氧与霉菌等微生物 接触时，使微生物的细胞膜氧化，导致微生物死亡2）抑制水果的呼吸：防止成熟过快3）除臭：对鱼类等具有除臭作用4）不能用于奶制品和油脂类食品：易氧化使之变质5）不能用于叶绿素较多的蔬菜：产生斑点，减少维生素Ｃ含量机械制冷方法：蒸发制冷、气体膨胀制冷、半导体制冷1.蒸发制冷（最为普遍）蒸气压缩式制冷、吸收式制冷、蒸气喷射式制冷、吸附式制冷2.气体膨胀制冷（用于飞机空调和气体低温液化）3.半导体制冷（用于潜艇、医疗器械、小型空调）二二. .蒸汽压缩式制冷装置的工作原理蒸汽压缩式制冷装置的工作原理一、单级蒸汽压缩制冷循环单级蒸气压缩式制冷系统组成：由压缩机，冷凝器，膨胀阀和蒸发器组成用管 道将它们连接成一个密封系统单级蒸汽压缩制冷系统 ，是由制冷压缩机、冷 凝器、蒸发器和节流阀 四个基本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 断地循环流动，发生状 态变化，与外界进行热 量交换其工作过程如 下图所示。

Q1Q2Q3常温高压液体高温高压蒸汽低温低压蒸汽低温低压90%液体和 10%蒸汽单级蒸汽压缩制冷循环• 制冷剂液体在蒸发器内以低温与被冷却对象发生热交换 ，吸收被冷却对象的热量并气化； • 产生的低压蒸汽被压缩机吸入，经压缩后以高压排出； 压缩机排出的高压气态制冷剂进冷凝器，被常温的冷却水 或空气冷却，凝结成高压液体； • 高压液体流经膨胀阀时节流，变成低压低温的气液两相 混合物，进入蒸发器，其中的液态制冷剂在蒸发器中蒸发 制冷，产生的低压蒸汽再次被压缩机吸入 • 如此周而复始，不断循环压焓图： 压焓图的结构如下图2所示以绝对压力为纵坐标（为了缩小图的尺寸 ，提高低压区域的精度， 通常纵坐标取对数坐标），以焓值为横坐标 临界点K左边的粗实线为饱和液体线，线上的任 何一点代表一个饱和液体状态，干度 x=0 临界点K右边的粗实线为饱和蒸气线，线上任何 一点代表一个饱和蒸气状态，干度 x=1这两条粗实线将图分 为三个区域：1. 饱和液体线的左边为过冷液体区，过冷液体 的温度低于相同压力下饱和液体的温度；2. 饱和蒸气线的 右边是过热蒸气区，该区域内 的蒸气称为过热蒸气，它的温度高于同一压 力下饱和蒸气的温度； 3. 两条线之间的区域为两相区，制冷剂在该区 域内处于气、液混合状态（湿蒸气区）。

制冷剂压焓图制冷剂压焓图①⑤④③②单级蒸汽压缩制冷的理论循环 工作过程： 单级蒸气压缩式制冷系统如下图1所示它由压缩 机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器组成其工作过程如下： 制冷剂在蒸发压力下沸腾， 蒸发温度低于被冷却物体或 流体的温度压缩机不断地抽吸蒸发器中产生的蒸气， 并将它压缩到冷凝压力， 然后送往冷凝器，在冷凝压力 下等压冷却和冷凝成液体，制冷剂冷却和冷凝时放出的 热量传给冷却介质（通常是水或空气） 与冷凝压力相对 应的冷凝温度一定要高于冷却介质的温度，冷凝后的液 体通过膨胀阀或其它节流元件进入蒸发器 当制冷剂通 过膨胀阀时，压力从冷凝压力降到蒸发压力，部分液体 气化，剩余液体的温度降至蒸发温度，于是离开膨胀阀 的制冷剂变成温度为蒸发温度的两相混合物 混合物中 的液体在蒸发器中蒸发，从被冷却物体中吸取它所需要 的气化潜热混合物中的蒸气通常称为闪发蒸气，在它 被压缩机重新吸入之前几乎不再起吸热作用 2.单级蒸气压缩制冷的实际循环及热力计算在整个循环过程中: •压缩机起着压缩和输送制冷剂蒸气并造 成蒸发器中低压力、冷凝器中高压力的 作用，是整个系统的心脏； •节流阀对制冷剂起节流降压作用并调节 进入蒸发器的制冷剂流量； •蒸发器是输出冷量的设备，制冷剂在蒸 发器中吸收被冷却物体的热量，从而达 到制取冷量的目的； •冷凝器是输出热量的设备，从蒸发器中 吸取的热量连同压缩机消耗的功所转化 的热量的冷凝器中被冷却介质带走。

根据热力学第二定律， 压缩机所消耗的 功（电能）起了补偿作用，使制冷剂不 断从低温物体中吸热，并向高温物体放 热，从而完整个制冷循环 制冷原理演示各部件的作用 压缩机: 压缩和输送制冷蒸汽，并造成蒸发 器中低压、冷凝器中高压，是整个系统的心脏 提高制冷剂蒸汽的露点冷凝器: 是输出热量的设备，将制冷剂在蒸 发器中吸收的热量和压缩机消耗功所转化的热量 排放给冷却介质 节流阀: 对制冷剂起节流降压作用，并调节 进入蒸发器的制冷剂流量降低制冷剂液体的沸 点蒸发器: 是输出冷量的设备，制冷剂在蒸发 器中吸收被冷却对象的热量，从而达到制冷的目 的 制冷原理演示－30℃大气+30℃+40℃－16℃－30℃低温饱和气体低温过热气体蒸发器膨胀阀电磁阀视镜过滤器冷凝器过热（过冷）器节流机构是压缩式制冷循环不可缺少的四个主要 过程之一节流机构的作用有两点：一是对从冷凝器 中出来的高压液体制冷剂进行节流降压为蒸发压力； 二是根据系统负荷变化，调整进入蒸发器的制冷剂液 体的数量常用的节流机构有手动膨胀阀、浮球式膨胀阀、 热力膨胀阀以及阻流式膨胀阀(毛细管)等它们的基 本原理都是使高压液态制冷剂受迫流过一个小过流截 面，产生合适的局部阻力损失(或沿程损失)，使制冷 剂压力骤降，与此同时一部分液态制冷剂汽化，吸收 潜热，使节流后的制冷剂成为低压低温状态。

机构压焓图： 压焓图的结构如下图2所示以绝对压力为纵坐标（为了缩小图的尺寸 ，提高低压区域的精度， 通常纵坐标取对数坐标），以焓值为横坐标 临界点K左边的粗实线为饱和液体线，线上的任 何一点代表一个饱和液体状态，干度 x=0 临界点K右边的粗实线为饱和蒸气线，线上任何 一点代表一个饱和蒸气状态，干度 x=1这两条粗实线将图分 为三个区域：1. 饱和液体线的左边为过冷液体区，过冷液体 的温度低于相同压力下饱和液体的温度；2. 饱和蒸气线的 右边是过热蒸气区，该区域内 的蒸气称为过热蒸气，它的温度高于同一压 力下饱和蒸气的温度； 3. 两条线之间的区域为两相区，制冷剂在该区 域内处于气、液混合状态（湿蒸气区）图中共有 六种等参数线簇：1）等压线----水平线；2）等焓线----垂直线；3）等温线----液体区几乎为垂直 线两相区内，因制冷剂状态的变化 是在等压、等温下进行，故等 温线与 等压线重合，是水平线过热蒸气区 为向右下方弯曲的倾斜线；4）等熵线----向右上方倾斜的实 线；5）等容线----向右上方倾斜的虚 线，比等熵线平坦；6）等干度线----只存在于湿蒸气 区域内，其方向大致与饱和液体线或 饱和蒸气线相近，视干度大小而定。

压焓图：过程线1-2表示制冷剂蒸气在压缩机中的等熵压缩过程 ，压力由蒸发压力 升高 到冷凝压力 因此该点可通过1点的等熵线和压力为冷凝压力的等压线的交点 来确定由于压缩过程中外界对制冷剂作功，制冷剂温度升高，因此点2表示 过热蒸气状态点2表示制冷剂出压缩机时的状态， 也就是进冷凝器时的状态点1表示制冷剂进入压缩机的状态压焓图中各状态点及各个过程叙述如下：过程线2-2'-3表示制冷剂在冷凝器内的 冷却（2-2'）和冷凝（2'-3）的过程 由于这个过程是在冷凝压力 不变的情 况下进行的，进入冷凝器的过热蒸气首 先 将部分热量放给外界冷却介质，在 等压下冷却成饱和蒸气（点2'），然后 再在等压、等温下继续放出热量， 直 至最后冷凝成饱和液体（点3）因此 ，冷凝压力的等压线和x＝0的饱和液 体线的交点即为点3的状态 点3表示制冷剂出冷凝器时的状态点4表示制冷剂出节流阀时的状态，也就是进入蒸发器时的状态过程线3-4表示制冷剂在通过节流阀时的节流过程在这一过程中，制冷剂的压 力由冷凝压力降到 蒸发压力 ，温度由冷凝温度降到蒸发温度 ，并进入两相区 由于节流前后制冷剂的焓值不变，因此由点3作等焓线与蒸发压力的等压线的 交点即为点4的状态。

由于节流过程是一个不可逆过程，所以用一虚线表示3-4 过程各部件的作用 制冷循环过程在压焓图上的表示 单级蒸气压缩制冷理论循环工作过程可清楚地表 示在压焓图上，如图3所示 对于最简单的理论循环（或称简单的饱和循环）：离开蒸发器和进入压缩机的制冷剂蒸气是处于蒸发 压力下的饱和蒸气； 离开冷凝器和进入膨胀阀的液体是处于冷凝压力下的 饱和液体；压缩机的压缩过程为等熵压缩； 制冷剂通过膨胀阀节流时，其前、后焓值相等；制冷剂在蒸发和冷凝过程中没有压力损失； 在各设 备的连接管道中制冷剂不发生状态变化；制冷剂的冷 凝温度等于冷却介质温度， 蒸发温度等于被冷却介 质的温度显然，上述条件与实际循环是存在着偏差 的， 但由于理论循环可使问题得到简化，便于对它 们进行分析研究，而且理论循环的各个过程均是 实 际循环的基础，它可作为实际循环的比较标准，因此 仍有必要对它加以详细的分析与讨论过程线4-1表示制冷剂在蒸发器中 的气化过程由于这一过程是在 等温、等压下进行的，液体制冷 剂吸取被冷却介质的热。