1
第二节 蒸气压缩式制冷装置的工作原理
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
一、单级蒸气压缩式制冷循环
二、单级制冷压缩机的工况和特性
理论循环的假设，实际循环的热
力计算参数概念。
工况参数 (冷凝温度、蒸发温度 )、
过冷度、过热度变化对性能的影
响、压缩机工况的概念。
2
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
一、单级蒸气压缩式制冷循环
Compressor
Conden
-sation
Liquid
Cooling
Superheat
Removal
CondenserEvaporator
L.P,Liquid
Liquid
& Gas
G
a
s
Suction to Compressor
Compressor Delivery
Expansion
Valve
3
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
1,压焓图 [Pressure - Enthalpy Chart]
lgp
等压线
等温线
等干度线
等熵 [Entropy]线
等比容线
h
4
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
2,单级蒸气压缩式制冷的理论循环
理论循环的假设
?压缩机的压缩过程不存在换热和流阻
?制冷剂在流动过程中无阻力损失
?制冷剂只与热交换器有热交换，流过
膨胀阀不作功
等熵过程
等压过程
等焓过程
5
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
1
23
4
t0
tk
h
p
1:出蒸发器进压缩机
3:出冷凝器进膨胀阀
4:出膨胀阀进蒸发器
2:出压缩机进冷凝器
2－ 3：冷凝器内的 等压 冷却、冷凝、过冷 过程
3－ 4：膨胀阀内的 等焓 节流 过程
4－ 1：蒸发器内的吸热 等压 气化 过程
1－ 2：压缩机中的 等熵 压缩 过程
6
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
3,单级蒸气压缩式制冷的实际循环
g-1：蒸发器后至压缩机吸口之间存在压力损失和温升的过程1 a：在压缩机吸气通道和吸气阀时有阻力损失的过程a-b：蒸气受压缩机吸气通道和缸体加热的过程b c：压缩时实际的多变的压缩过程c 2：流过排气阀和排气通道时有阻力损失的过程2 e：在排气管、液管中有流动阻力损失的换热过程e f：在膨胀阀中有从外界吸热的节流过程f g：在蒸发器和吸气管中有流阻损失和气化吸热的过程
h
p
a b
c
22’3
d
4
e
f
5
g
6
1
7
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
h
p
a b
c
22’3
d
4
e
f
5
g
6
1
2-4：等压冷却、冷凝、过冷过程
4-5：等焓节流过程
5-1：等压气化吸热和过热过程
1-2：多变压缩过程
简化
过程
8
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
问题：制冷剂由高压变为低压以 ( 1 )为分界
点。冷剂流经膨胀阀 ( 2 )相等，冷剂由 ( 3 )
液体变成 ( 4 )蒸气。冷剂在蒸发器进口是
( 5 )、出口是 ( 6 )。冷剂在蒸发器中
完全气化前是 ( 7 )压 ( 8 )温过程、干度 ( 9 ) 。
冷剂在压缩机吸气管中吸热流动过热度 ( 10 ),
压力 ( 11 ),冷剂在压缩机进口是 ( 12 )蒸气、
出口是 ( 13 )蒸气；冷剂在液管中流动一般是
( 14 )压 ( 15 )温过程。
膨胀阀
比焓 过冷
湿
湿蒸气 过热蒸气
降 增加
增加
降低 过热
过热
降 升
降
9
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
p
ha b
c
22’3
d
4
e
f
5
g
6
1
热力
计算
?单位（质量）
制冷量,k J / k g 510 hhq ??
10
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
热力
计算
?单位容积制冷量,3
k J / m / 10 vqq v ?
ha b
c
22’3
d
4
e
f
5
g
6
1
11
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
热力
计算
?等熵压缩单位理论功：
ha b
c
22’3
d
4
e
f
5
g
6
1
gk J / 120 ' khhw ??
1-2?为等熵压缩线
12
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
热力
计算
?单位指示功：
gk J / 12 khhw i ??
ha b
c
22’3
d
4
e
f
5
g
6
1
13
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
热力
计算
?理论制冷系数：
12
51
00
'
/
hh
hh
wq
?
?
???
ha b
c
22’3
d
4
e
f
5
g
6
1
[Coefficient Of Performance(COP)]
14
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
问题：冷剂在压缩机进口焓值为 400kJ/kg，出口
焓值为 450kJ/kg，冷凝器出口焓值为 250kJ/kg，
制冷系数为 ( )。
3400450250400
0
0 ?
?
???
??
q
问题：压缩机进出口 h1=412kJ/kg,h2=464kJ/kg，
冷凝器出口焓值为 h3’=250kJ/kg，膨胀阀进口
h3=240kJ/kg，蒸发器出口 h1’=392kJ/kg，制冷系
数为 ( )。
92.2412464240392
0
0 ?
?
???
??
q
15
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
热力
计算
?冷剂 的质量流量：
ha b
c
22’3
d
4
e
f
5
g
6
1
[Refrigerant] k g / s /
51
0
00
hh
Q
qQG
?
??
按冷库条件计算
16
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
热力
计算
?压缩机 的容积流量：
svs qQqvQvGV /3m // 00101 ?????
ha b
c
22’3
d
4
e
f
5
g
6
1
17
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
热力
计算
?压缩机 的理论流量（活塞行程容积）：
ha b
c
22’3
d
4
e
f
5
g
6
1
svsT qQVV /3m )/(/ 0 ??? ??
输气系数 [Volumetric Efficiency], 含义、组成、
影响因素与空压机类似。
18
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
热力
计算
?压缩机 的理论功率：
kW 0wGP T ??
ha b
c
22’3
d
4
e
f
5
g
6
1
19
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
热力
计算
?压缩机 的指示功率：
kW //0 iTiii PGwwGP ?? ????
ha b
c
22’3
d
4
e
f
5
g
6
1
指示效率 (考虑非等熵压缩的损失,?0.8)
20
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
热力
计算
?压缩机 的轴功率：
kW /)/(/ ???? TimTmi PPPP ????
ha b
c
22’3
d
4
e
f
5
g
6
1
机械效率 (0.9) 总效率 (0.7)
21
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
热力
计算
?单位 轴功率制冷量：
??
?
??
?
?
??
/)(
)(
12
510
' hhG
hhG
P
Q
K e
ha b
c
22’3
d
4
e
f
5
g
6
1
22
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
单位 轴功率制冷量 Ke
压缩机每消耗单位轴功率所能得到的制冷量，
相当于 实际制冷系数 。
开启式压缩机的 Ke值,
R12,3.1~4.0
R22,3.4~4.3
高温工况
低温工况
23
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
热力
计算
?冷凝器的热负荷,
倍一般为制冷量的 1, 3~1, 2
kW 0 ik PQQ ??
ha b
c
22’3
d
4
e
f
5
g
6
1
24
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
问题,Ke=4，每消耗 1度电制冷量为 ( )kWh。4
热泵空调器冬季工作,Ke=4，每消耗 1度电向室
内供热 ( )kWh。5
压缩机进出口焓值分别为 420kJ/kg和 475kJ/kg，
冷凝器出口焓值为 250kJ/kg，单位制冷量为
( )kJ/kg，冷凝器单位排热量为 ( )kJ/kg 。170 225
25
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
二、单级制冷压缩机的工况和特性
压缩机的工况,决定循环的蒸发、冷凝温度、过冷度等
蒸发温度 冷凝温度
蒸发压力
蒸发器单位时间产气量
压缩机单位时间吸气量
？
冷凝压力
压缩机单位时间排气量
冷凝器单位时间冷凝量
？
库温降低
蒸发器传热不良
蒸发器供液不足
吸气压力高
质量流量大
冷凝器换热能力差
蒸发量
蒸发压力
冷凝压力
26
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
1.工况参数对制冷工作的影响
制冷压缩机的制冷量：
制冷压缩机的轴功率：
k J / h 00 vT qVGqQ ???? ?
kW /)/(/ 100 ????? vTT wVvwVGwP ???
)3mk J / ( k g / 10 ?? vww v
压缩机的单位容积压缩功，即每压送 1m3吸气状态下的
蒸气所消耗的理论功。
若压缩机转速 n和工作缸数不变，则 VT为定值。
),(0 vqfQ ??
),,( vwfP ???
因此
27
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
(1)其他条件不变,冷凝温度 tk变化 (升高 )的影响
h
p
冷凝温度 tk时,1-2-3-4-5-6-1
冷凝温度 升高 为 t′k时,1-2′-3′-4′-5′-6′-1
1
25
6
tk
t0
34
t′k5′4′ 3′ 2′
6′
28
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
(1)其他条件不变,冷凝温度 tk变化 (升高 )的影响
h
p
1
25
6
tk
t0
34
t′k5′4′ 3′ 2′
6′
q′0
q0
不变
单位制冷量 q0
输气系数 ?
吸气比容 v1
qv
Q0
29
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
(1)其他条件不变,冷凝温度 tk变化 (升高 )的影响
h
p
1
25
6
tk
t0
34
t′k5′4′ 3′ 2′
6′
w0
w′
0
不变
单位压缩功 w0
吸气比容 v1
wv
P 制冷系数
0
0
w
q
??
30
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
问题：下列 ( )会使冷凝温度 tk增高。
A,冷却水流量减少
B,空气进入系统
C,制冷装置工作时间长
D,冷凝器换热面脏污
E,冷却水温度降低
F,冷剂量过多 换热管浸于液体中
切记：使冷凝效果下降或压缩机排气量升
高的因素，都会使冷凝温度 (压力 )升高。
反之降低。
31
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
(2)其他条件不变,蒸发温度 t0变化 (降低 )的影响
h
p
蒸发温度 t0时,1-2-3-4-5-6-1
蒸发温度 降低 为 t′0时,1′-2′-2-3-4-5-6-6′-
1′
1
25
6
tk
t0
3
4 2′
6
′
t′0 1′
32
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
(2)其他条件不变,蒸发温度 t0变化 (降低 )的影响
p
h
1
25
6
tk
t0
3
4 2′
6
′
t′0 1′
单位制冷量 q0
吸气比容 v1
制冷剂质量流量 G
Q0
q′
0q0
33
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
(2)其他条件不变,蒸发温度 t0变化 (降低 )的影响
p
h
1
25
6
tk
t0
3
4 2′
6
′
t′0 1′
w′
0
w0
P
单位压缩功 w0
制冷剂质量流量 G
时,P最大
3/ 0 ?pp k 下页解释
34
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
将低压蒸气看作理想气体
kW 101
13 6 0 0
3
1
0
0
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
k
k
kT
T
p
p
p
k
kV
P
3
k J / m 101
1
3
1
01
10
1
0 ?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
k
k
k
v
p
p
v
vp
k
k
v
w
w
单位容积压缩功
kpp
p
?
?
0
0 0
0
0
?
?
T
v
P
w
在此期间有最大值
t0温度降低
PT
Q0
35
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
问题：下列 ( )会使蒸发温度 t0降低。
A,冷库加入新食品
B,蒸发器化霜
C,膨胀阀开度调大
D,压缩机工作缸数增加
E,蒸发器风机转速降低
F,蒸发器结霜加厚
G,冷库库温降低
H,压缩机皮带打滑
切记：使蒸
发器蒸发量
下降或压缩
机抽气量升
高的因素，
都会使蒸发
压力下降。
反之升高。
(假设每一行程
压缩机抽气量不
变）
36
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
(3)其他条件不变,供液过冷度、吸气过热度 的影响
冷凝器
2’
1’
回热器
4
4’
膨胀阀
5’
蒸发器
1
[Sub-cooling degree] [Super-heating degree]
37
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
(3)其他条件不变,供液过冷度、吸气过热度 的影响
p
h
1
2
5
pk
p0
344′ 2′
5′ 1′
无过冷过热时,1-2-3-4-5-1
有过冷过热时,1′-2′-2-3-4-4′-5′-5-1-1′
38
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
(3)其他条件不变,供液过冷度、吸气过热度 的影响
p
h
1
2
5
pk
p0
344′ 2′
5′ 1′
q′
0
q0
Q0
过冷度
q0
P
?
不变
39
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
(3)其他条件不变,供液过冷度、吸气过热度 的影响
p
h
1
2
5
pk
p0
344′ 2′
5′ 1′
q′
0
q0
w′0
w0
过热度
q0
w0
0
0
w
q
??
R12R22
R717
不变 (略降 )
40
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
(3)其他条件不变,供液过冷度、吸气过热度 的影响
p
h
1
2
5
pk
p0
344′ 2′
5′ 1′
q′
0
q0
w′0
w0
过热度
q0
P
v1 G Q0
R12
R22
R717
不变
(w0 G )
41
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
(3)其他条件不变,供液过冷度、吸气过热度 的影响
有害过热,发生在蒸发器后的吸气管中的过热
过程，装置的 q0未增加,Q0和 ?下降。
过热度大小的确定：
氨
蒸发器出口：干饱和蒸气
压缩机吸气过热度,5~8oC
氟利昂：蒸发器出口过热度 3~6oC
对制冷系数的影响
防止液击 [Liquid strike]，减少有害过热
42
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
(3)其他条件不变,供液过冷度、吸气过热度 的影响
回热循环 [Regeneration Cycle],
利用气液换热器 (回热器 )使膨胀阀节流 [Throttle]前
的冷剂液体与压缩机吸入前的冷剂蒸气进行热
量交换，是 液体过冷、气体过热 的工作循环。
冷凝器 2’
1’
回热器
4
4’膨胀阀
5’
蒸发器
1
43
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
问题：在回热器中，为什么液态冷剂能向气态冷
剂放热？
压力
温度
焓值
过冷度
液态冷剂流过回热器时：
气态冷剂流过回热器时,压力
温度
焓值
过热度
44
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
(3)其他条件不变,供液过冷度、吸气过热度 的影响
h
1
2
5
pk
p0
344′ 2′
5′ 1′
p
1144 '' hhhh ???
)()( 11''44' '' ttCttC ???
''' CC ?
过热度 >过冷度
'' 4411 tttt ???
45
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
(3)其他条件不变,供液过冷度、吸气过热度 的影响
装置是否可采用回热循环?
Yes
Yes (防止闪气 )
No
R12
R22
R717
从冷凝器出来的冷剂由于过冷度低，在膨胀
阀前降低到气化对应的压力而产生气泡，使
进入膨胀阀的冷剂量减少的现象。
46
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
2、制冷压缩机的性能曲线
[Refrigeration Compressor] [Performance Curve]
-30 -20 -10 0 100
90
180
270
30
45
60
75
蒸发温度 t0/oC
制冷量
Q 0
/(10
3 kc
al/
h)
轴功率
P/kW 冷凝温度 tk=40oC
冷凝温度 tk=30oC
47
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
问题：制冷压缩机性能曲线以 (tk,t0, ?t?,?t? )
为横坐标，以 (tk,t0, ?t?,?t? )为参变量。由 tk
和 t0可确定 (q0,?,Q0,Pi,w0,P)。
48
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
工况 /参数 q0 w0 ? Q0 P
tk? ? ? ? ? ?
t0 ? ? ? ? ? ?
?t?? ? — ? ? —
?t??
R12
? ?
? ?
?R22 — —
R717 ? ?
49
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
3、制冷压缩机的工况 [Condition]
压缩机的制冷量和轴功率等参数随工况条件
变化，为了衡量、比较压缩机性能，制定公
认的温度条件 (名义工况 )，作为压缩机制冷
量选用和比较的标准。
铭牌上标示的制冷量和功率一般是在标准工
况下的值，如为空调专用，则为空调工况。
名义工况 (旧 )
标准工况 [Standard Condition]
空调工况 [Air-conditioning Condition]
50
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
3、制冷压缩机的工况 [Condition]
名义工况 (新 )
高温工况 [High Temp,Condition]
中温工况 [Medium Temp,Condition]
低温工况 [Low Temp,Condition]
最大压差工况,用来考核压缩机零件强度、
排气温度、油温、电机绕组温度。
最大轴功率工况,用来考核压缩机噪声、
振动，并依此选配电动机。
51
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
问题：同一台 压缩机用于冷库和空调，制冷量
在 ( )工况时较大。空调
压缩机 A的高温工况和 B的低温工况制冷量相等，
那么压缩机 ( A,B )的活塞行程容积较大。
TvT VQqVQ ?? 00 则相同工况下?
高温低温 00 QQ ?
52
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
工况 制冷剂 (oC) 冷凝温度 (oC) 蒸发温度 (oC) 过冷温度 (oC) 吸入温度 (oC)
标准工
况
R717 30 － 15 25 － 10
R22 30 － 15 25 15
R12 30 － 15 25 15
R502 30 － 15 25 15
空调工
况
R717 40 5 35 10
R22 40 5 35 15
R12 40 5 35 15
活塞式制冷压缩机的标准工况和空调工况
53
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
中型活塞式制冷压缩机的名义工况 (GB10873-89) (oC)
使用
温度
制冷
剂
吸入压
力饱和
温度
吸
入
温
度
排出压力饱和温度 制冷剂液体温度
低冷凝压力 高冷凝压力 低冷凝压 力 高冷凝压力
高温
R12 7 18 43 55 38 50
R22 7 18 43 55 38 50
中温
R12 － 7 18 35 55 30 50
R22 － 7 18 35 55 30 50
R717 － 7 1 35 － 30 －
低温
R12 － 23 5 35 55 30 50
R22 － 23 5 35 － 30 －
R502 － 23 5 35 － 30 －
R717 － 23 －15 35 － 30 －
54
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
船用氟利昂活塞式制冷压缩机设计、使用条件
制冷剂 R12 R22 R502
冷凝温度
oC (K)
高温
风冷 65(338) 55(328) －
水冷 55(328) 46(319) －
低温 55(328) 46(319) 46(319)
最大压力差
Kgf/cm2(MP
a)
高温风冷、低
温 14(1.372) 18(1.764) 18(1.764)
高温水冷 12(1.176) 14(1.372)
最高排气温度 oC (K) 125(398) 145(418) 145(418)
55
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
船用氟利昂活塞式制冷压缩机最大工作范围
制冷剂 R12 R22 R502
最高冷凝温度
oC (K)
高温
风冷 70(343) 59(332) －
水冷 65(338) 51(324) －
低温 65(338) 51(324) 51(324)
蒸发温度范围
oC (K)
高温 － 5~10(268~283) － 5~10(268~283) －
低温 － 30~0(243~273) － 40~0(233~273) － 45~－ 5（ 228~268）
56
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
作业,R22制冷系统，制冷量为 50?000kJ/h，
冷凝温度 30 ?C，过冷度 5 ?C； 蒸发温度为 -
15?C，压缩机的吸气温度 -5?C。计算,q0、
?,G,Qk,P。（压缩按等熵过程计算）
第二节 蒸气压缩式制冷装置的工作原理
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
一、单级蒸气压缩式制冷循环
二、单级制冷压缩机的工况和特性
理论循环的假设，实际循环的热
力计算参数概念。
工况参数 (冷凝温度、蒸发温度 )、
过冷度、过热度变化对性能的影
响、压缩机工况的概念。
2
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
一、单级蒸气压缩式制冷循环
Compressor
Conden
-sation
Liquid
Cooling
Superheat
Removal
CondenserEvaporator
L.P,Liquid
Liquid
& Gas
G
a
s
Suction to Compressor
Compressor Delivery
Expansion
Valve
3
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
1,压焓图 [Pressure - Enthalpy Chart]
lgp
等压线
等温线
等干度线
等熵 [Entropy]线
等比容线
h
4
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
2,单级蒸气压缩式制冷的理论循环
理论循环的假设
?压缩机的压缩过程不存在换热和流阻
?制冷剂在流动过程中无阻力损失
?制冷剂只与热交换器有热交换，流过
膨胀阀不作功
等熵过程
等压过程
等焓过程
5
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
1
23
4
t0
tk
h
p
1:出蒸发器进压缩机
3:出冷凝器进膨胀阀
4:出膨胀阀进蒸发器
2:出压缩机进冷凝器
2－ 3：冷凝器内的 等压 冷却、冷凝、过冷 过程
3－ 4：膨胀阀内的 等焓 节流 过程
4－ 1：蒸发器内的吸热 等压 气化 过程
1－ 2：压缩机中的 等熵 压缩 过程
6
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
3,单级蒸气压缩式制冷的实际循环
g-1：蒸发器后至压缩机吸口之间存在压力损失和温升的过程1 a：在压缩机吸气通道和吸气阀时有阻力损失的过程a-b：蒸气受压缩机吸气通道和缸体加热的过程b c：压缩时实际的多变的压缩过程c 2：流过排气阀和排气通道时有阻力损失的过程2 e：在排气管、液管中有流动阻力损失的换热过程e f：在膨胀阀中有从外界吸热的节流过程f g：在蒸发器和吸气管中有流阻损失和气化吸热的过程
h
p
a b
c
22’3
d
4
e
f
5
g
6
1
7
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
h
p
a b
c
22’3
d
4
e
f
5
g
6
1
2-4：等压冷却、冷凝、过冷过程
4-5：等焓节流过程
5-1：等压气化吸热和过热过程
1-2：多变压缩过程
简化
过程
8
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
问题：制冷剂由高压变为低压以 ( 1 )为分界
点。冷剂流经膨胀阀 ( 2 )相等，冷剂由 ( 3 )
液体变成 ( 4 )蒸气。冷剂在蒸发器进口是
( 5 )、出口是 ( 6 )。冷剂在蒸发器中
完全气化前是 ( 7 )压 ( 8 )温过程、干度 ( 9 ) 。
冷剂在压缩机吸气管中吸热流动过热度 ( 10 ),
压力 ( 11 ),冷剂在压缩机进口是 ( 12 )蒸气、
出口是 ( 13 )蒸气；冷剂在液管中流动一般是
( 14 )压 ( 15 )温过程。
膨胀阀
比焓 过冷
湿
湿蒸气 过热蒸气
降 增加
增加
降低 过热
过热
降 升
降
9
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
p
ha b
c
22’3
d
4
e
f
5
g
6
1
热力
计算
?单位（质量）
制冷量,k J / k g 510 hhq ??
10
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
热力
计算
?单位容积制冷量,3
k J / m / 10 vqq v ?
ha b
c
22’3
d
4
e
f
5
g
6
1
11
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
热力
计算
?等熵压缩单位理论功：
ha b
c
22’3
d
4
e
f
5
g
6
1
gk J / 120 ' khhw ??
1-2?为等熵压缩线
12
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
热力
计算
?单位指示功：
gk J / 12 khhw i ??
ha b
c
22’3
d
4
e
f
5
g
6
1
13
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
热力
计算
?理论制冷系数：
12
51
00
'
/
hh
hh
wq
?
?
???
ha b
c
22’3
d
4
e
f
5
g
6
1
[Coefficient Of Performance(COP)]
14
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
问题：冷剂在压缩机进口焓值为 400kJ/kg，出口
焓值为 450kJ/kg，冷凝器出口焓值为 250kJ/kg，
制冷系数为 ( )。
3400450250400
0
0 ?
?
???
??
q
问题：压缩机进出口 h1=412kJ/kg,h2=464kJ/kg，
冷凝器出口焓值为 h3’=250kJ/kg，膨胀阀进口
h3=240kJ/kg，蒸发器出口 h1’=392kJ/kg，制冷系
数为 ( )。
92.2412464240392
0
0 ?
?
???
??
q
15
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
热力
计算
?冷剂 的质量流量：
ha b
c
22’3
d
4
e
f
5
g
6
1
[Refrigerant] k g / s /
51
0
00
hh
Q
qQG
?
??
按冷库条件计算
16
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
热力
计算
?压缩机 的容积流量：
svs qQqvQvGV /3m // 00101 ?????
ha b
c
22’3
d
4
e
f
5
g
6
1
17
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
热力
计算
?压缩机 的理论流量（活塞行程容积）：
ha b
c
22’3
d
4
e
f
5
g
6
1
svsT qQVV /3m )/(/ 0 ??? ??
输气系数 [Volumetric Efficiency], 含义、组成、
影响因素与空压机类似。
18
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
热力
计算
?压缩机 的理论功率：
kW 0wGP T ??
ha b
c
22’3
d
4
e
f
5
g
6
1
19
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
热力
计算
?压缩机 的指示功率：
kW //0 iTiii PGwwGP ?? ????
ha b
c
22’3
d
4
e
f
5
g
6
1
指示效率 (考虑非等熵压缩的损失,?0.8)
20
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
热力
计算
?压缩机 的轴功率：
kW /)/(/ ???? TimTmi PPPP ????
ha b
c
22’3
d
4
e
f
5
g
6
1
机械效率 (0.9) 总效率 (0.7)
21
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
热力
计算
?单位 轴功率制冷量：
??
?
??
?
?
??
/)(
)(
12
510
' hhG
hhG
P
Q
K e
ha b
c
22’3
d
4
e
f
5
g
6
1
22
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
单位 轴功率制冷量 Ke
压缩机每消耗单位轴功率所能得到的制冷量，
相当于 实际制冷系数 。
开启式压缩机的 Ke值,
R12,3.1~4.0
R22,3.4~4.3
高温工况
低温工况
23
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
热力
计算
?冷凝器的热负荷,
倍一般为制冷量的 1, 3~1, 2
kW 0 ik PQQ ??
ha b
c
22’3
d
4
e
f
5
g
6
1
24
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
问题,Ke=4，每消耗 1度电制冷量为 ( )kWh。4
热泵空调器冬季工作,Ke=4，每消耗 1度电向室
内供热 ( )kWh。5
压缩机进出口焓值分别为 420kJ/kg和 475kJ/kg，
冷凝器出口焓值为 250kJ/kg，单位制冷量为
( )kJ/kg，冷凝器单位排热量为 ( )kJ/kg 。170 225
25
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
二、单级制冷压缩机的工况和特性
压缩机的工况,决定循环的蒸发、冷凝温度、过冷度等
蒸发温度 冷凝温度
蒸发压力
蒸发器单位时间产气量
压缩机单位时间吸气量
？
冷凝压力
压缩机单位时间排气量
冷凝器单位时间冷凝量
？
库温降低
蒸发器传热不良
蒸发器供液不足
吸气压力高
质量流量大
冷凝器换热能力差
蒸发量
蒸发压力
冷凝压力
26
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
1.工况参数对制冷工作的影响
制冷压缩机的制冷量：
制冷压缩机的轴功率：
k J / h 00 vT qVGqQ ???? ?
kW /)/(/ 100 ????? vTT wVvwVGwP ???
)3mk J / ( k g / 10 ?? vww v
压缩机的单位容积压缩功，即每压送 1m3吸气状态下的
蒸气所消耗的理论功。
若压缩机转速 n和工作缸数不变，则 VT为定值。
),(0 vqfQ ??
),,( vwfP ???
因此
27
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
(1)其他条件不变,冷凝温度 tk变化 (升高 )的影响
h
p
冷凝温度 tk时,1-2-3-4-5-6-1
冷凝温度 升高 为 t′k时,1-2′-3′-4′-5′-6′-1
1
25
6
tk
t0
34
t′k5′4′ 3′ 2′
6′
28
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
(1)其他条件不变,冷凝温度 tk变化 (升高 )的影响
h
p
1
25
6
tk
t0
34
t′k5′4′ 3′ 2′
6′
q′0
q0
不变
单位制冷量 q0
输气系数 ?
吸气比容 v1
qv
Q0
29
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
(1)其他条件不变,冷凝温度 tk变化 (升高 )的影响
h
p
1
25
6
tk
t0
34
t′k5′4′ 3′ 2′
6′
w0
w′
0
不变
单位压缩功 w0
吸气比容 v1
wv
P 制冷系数
0
0
w
q
??
30
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
问题：下列 ( )会使冷凝温度 tk增高。
A,冷却水流量减少
B,空气进入系统
C,制冷装置工作时间长
D,冷凝器换热面脏污
E,冷却水温度降低
F,冷剂量过多 换热管浸于液体中
切记：使冷凝效果下降或压缩机排气量升
高的因素，都会使冷凝温度 (压力 )升高。
反之降低。
31
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
(2)其他条件不变,蒸发温度 t0变化 (降低 )的影响
h
p
蒸发温度 t0时,1-2-3-4-5-6-1
蒸发温度 降低 为 t′0时,1′-2′-2-3-4-5-6-6′-
1′
1
25
6
tk
t0
3
4 2′
6
′
t′0 1′
32
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
(2)其他条件不变,蒸发温度 t0变化 (降低 )的影响
p
h
1
25
6
tk
t0
3
4 2′
6
′
t′0 1′
单位制冷量 q0
吸气比容 v1
制冷剂质量流量 G
Q0
q′
0q0
33
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
(2)其他条件不变,蒸发温度 t0变化 (降低 )的影响
p
h
1
25
6
tk
t0
3
4 2′
6
′
t′0 1′
w′
0
w0
P
单位压缩功 w0
制冷剂质量流量 G
时,P最大
3/ 0 ?pp k 下页解释
34
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
将低压蒸气看作理想气体
kW 101
13 6 0 0
3
1
0
0
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
k
k
kT
T
p
p
p
k
kV
P
3
k J / m 101
1
3
1
01
10
1
0 ?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
k
k
k
v
p
p
v
vp
k
k
v
w
w
单位容积压缩功
kpp
p
?
?
0
0 0
0
0
?
?
T
v
P
w
在此期间有最大值
t0温度降低
PT
Q0
35
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
问题：下列 ( )会使蒸发温度 t0降低。
A,冷库加入新食品
B,蒸发器化霜
C,膨胀阀开度调大
D,压缩机工作缸数增加
E,蒸发器风机转速降低
F,蒸发器结霜加厚
G,冷库库温降低
H,压缩机皮带打滑
切记：使蒸
发器蒸发量
下降或压缩
机抽气量升
高的因素，
都会使蒸发
压力下降。
反之升高。
(假设每一行程
压缩机抽气量不
变）
36
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
(3)其他条件不变,供液过冷度、吸气过热度 的影响
冷凝器
2’
1’
回热器
4
4’
膨胀阀
5’
蒸发器
1
[Sub-cooling degree] [Super-heating degree]
37
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
(3)其他条件不变,供液过冷度、吸气过热度 的影响
p
h
1
2
5
pk
p0
344′ 2′
5′ 1′
无过冷过热时,1-2-3-4-5-1
有过冷过热时,1′-2′-2-3-4-4′-5′-5-1-1′
38
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
(3)其他条件不变,供液过冷度、吸气过热度 的影响
p
h
1
2
5
pk
p0
344′ 2′
5′ 1′
q′
0
q0
Q0
过冷度
q0
P
?
不变
39
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
(3)其他条件不变,供液过冷度、吸气过热度 的影响
p
h
1
2
5
pk
p0
344′ 2′
5′ 1′
q′
0
q0
w′0
w0
过热度
q0
w0
0
0
w
q
??
R12R22
R717
不变 (略降 )
40
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
(3)其他条件不变,供液过冷度、吸气过热度 的影响
p
h
1
2
5
pk
p0
344′ 2′
5′ 1′
q′
0
q0
w′0
w0
过热度
q0
P
v1 G Q0
R12
R22
R717
不变
(w0 G )
41
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
(3)其他条件不变,供液过冷度、吸气过热度 的影响
有害过热,发生在蒸发器后的吸气管中的过热
过程，装置的 q0未增加,Q0和 ?下降。
过热度大小的确定：
氨
蒸发器出口：干饱和蒸气
压缩机吸气过热度,5~8oC
氟利昂：蒸发器出口过热度 3~6oC
对制冷系数的影响
防止液击 [Liquid strike]，减少有害过热
42
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
(3)其他条件不变,供液过冷度、吸气过热度 的影响
回热循环 [Regeneration Cycle],
利用气液换热器 (回热器 )使膨胀阀节流 [Throttle]前
的冷剂液体与压缩机吸入前的冷剂蒸气进行热
量交换，是 液体过冷、气体过热 的工作循环。
冷凝器 2’
1’
回热器
4
4’膨胀阀
5’
蒸发器
1
43
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
问题：在回热器中，为什么液态冷剂能向气态冷
剂放热？
压力
温度
焓值
过冷度
液态冷剂流过回热器时：
气态冷剂流过回热器时,压力
温度
焓值
过热度
44
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
(3)其他条件不变,供液过冷度、吸气过热度 的影响
h
1
2
5
pk
p0
344′ 2′
5′ 1′
p
1144 '' hhhh ???
)()( 11''44' '' ttCttC ???
''' CC ?
过热度 >过冷度
'' 4411 tttt ???
45
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
(3)其他条件不变,供液过冷度、吸气过热度 的影响
装置是否可采用回热循环?
Yes
Yes (防止闪气 )
No
R12
R22
R717
从冷凝器出来的冷剂由于过冷度低，在膨胀
阀前降低到气化对应的压力而产生气泡，使
进入膨胀阀的冷剂量减少的现象。
46
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
2、制冷压缩机的性能曲线
[Refrigeration Compressor] [Performance Curve]
-30 -20 -10 0 100
90
180
270
30
45
60
75
蒸发温度 t0/oC
制冷量
Q 0
/(10
3 kc
al/
h)
轴功率
P/kW 冷凝温度 tk=40oC
冷凝温度 tk=30oC
47
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
问题：制冷压缩机性能曲线以 (tk,t0, ?t?,?t? )
为横坐标，以 (tk,t0, ?t?,?t? )为参变量。由 tk
和 t0可确定 (q0,?,Q0,Pi,w0,P)。
48
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
工况 /参数 q0 w0 ? Q0 P
tk? ? ? ? ? ?
t0 ? ? ? ? ? ?
?t?? ? — ? ? —
?t??
R12
? ?
? ?
?R22 — —
R717 ? ?
49
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
3、制冷压缩机的工况 [Condition]
压缩机的制冷量和轴功率等参数随工况条件
变化，为了衡量、比较压缩机性能，制定公
认的温度条件 (名义工况 )，作为压缩机制冷
量选用和比较的标准。
铭牌上标示的制冷量和功率一般是在标准工
况下的值，如为空调专用，则为空调工况。
名义工况 (旧 )
标准工况 [Standard Condition]
空调工况 [Air-conditioning Condition]
50
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
3、制冷压缩机的工况 [Condition]
名义工况 (新 )
高温工况 [High Temp,Condition]
中温工况 [Medium Temp,Condition]
低温工况 [Low Temp,Condition]
最大压差工况,用来考核压缩机零件强度、
排气温度、油温、电机绕组温度。
最大轴功率工况,用来考核压缩机噪声、
振动，并依此选配电动机。
51
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
问题：同一台 压缩机用于冷库和空调，制冷量
在 ( )工况时较大。空调
压缩机 A的高温工况和 B的低温工况制冷量相等，
那么压缩机 ( A,B )的活塞行程容积较大。
TvT VQqVQ ?? 00 则相同工况下?
高温低温 00 QQ ?
52
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
工况 制冷剂 (oC) 冷凝温度 (oC) 蒸发温度 (oC) 过冷温度 (oC) 吸入温度 (oC)
标准工
况
R717 30 － 15 25 － 10
R22 30 － 15 25 15
R12 30 － 15 25 15
R502 30 － 15 25 15
空调工
况
R717 40 5 35 10
R22 40 5 35 15
R12 40 5 35 15
活塞式制冷压缩机的标准工况和空调工况
53
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
中型活塞式制冷压缩机的名义工况 (GB10873-89) (oC)
使用
温度
制冷
剂
吸入压
力饱和
温度
吸
入
温
度
排出压力饱和温度 制冷剂液体温度
低冷凝压力 高冷凝压力 低冷凝压 力 高冷凝压力
高温
R12 7 18 43 55 38 50
R22 7 18 43 55 38 50
中温
R12 － 7 18 35 55 30 50
R22 － 7 18 35 55 30 50
R717 － 7 1 35 － 30 －
低温
R12 － 23 5 35 55 30 50
R22 － 23 5 35 － 30 －
R502 － 23 5 35 － 30 －
R717 － 23 －15 35 － 30 －
54
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
船用氟利昂活塞式制冷压缩机设计、使用条件
制冷剂 R12 R22 R502
冷凝温度
oC (K)
高温
风冷 65(338) 55(328) －
水冷 55(328) 46(319) －
低温 55(328) 46(319) 46(319)
最大压力差
Kgf/cm2(MP
a)
高温风冷、低
温 14(1.372) 18(1.764) 18(1.764)
高温水冷 12(1.176) 14(1.372)
最高排气温度 oC (K) 125(398) 145(418) 145(418)
55
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
船用氟利昂活塞式制冷压缩机最大工作范围
制冷剂 R12 R22 R502
最高冷凝温度
oC (K)
高温
风冷 70(343) 59(332) －
水冷 65(338) 51(324) －
低温 65(338) 51(324) 51(324)
蒸发温度范围
oC (K)
高温 － 5~10(268~283) － 5~10(268~283) －
低温 － 30~0(243~273) － 40~0(233~273) － 45~－ 5（ 228~268）
56
船舶辅机 ?第 11章 船舶制冷装置 [Marine Refrigeration Plant]
作业,R22制冷系统，制冷量为 50?000kJ/h，
冷凝温度 30 ?C，过冷度 5 ?C； 蒸发温度为 -
15?C，压缩机的吸气温度 -5?C。计算,q0、
?,G,Qk,P。（压缩按等熵过程计算）
