第二节
蒸气压缩式制冷装置的工作原理
11-2-1单级蒸气压缩式制冷循环 (1)
?制冷循环分析和计算，常用压焓图和温熵
图
?船用压缩式制冷装置大都使用中、高温制
冷剂
? 高温制冷剂 标准沸点 t。 >0℃ 的制冷剂属
? 中温制冷剂 0℃ >t。 >一 70℃ 者，如氨、氟利
昂 12、氟利昂 22等，并多采用单级压缩
? 低温制冷剂 t。 <一 70℃ 者属
?下面就借助于压焓图来研究单级压缩制冷
循环
11-2-1-1 单级蒸气压缩式制冷循环 (2)
? 理论循环假设；
? (1)压缩过程不存在换热和流阻等不可逆损失
? 等熵过程
? (2)制冷剂流过热交换器和管路时没有阻力损失
? 等压过程
? (3)制冷系统中除热交换器外，与外界无任何热
交换，流过膨胀阀时未作功，又无热交换
? 等焓过程
? 下图为单级压缩制冷理论循环的压焓图 制冷空
调动画 \theory cycle.avi
? 制冷空调动画 \theory cycle 2.avi
11-2-1-1 单级蒸气压缩式制冷循环 (3)
? 过程线 1— 2
? 等熵压缩过程
? 压力由 p0提高到 pk
? 压缩机对制冷剂作功
? 制冷剂温度提高
? 点 2处于过热蒸气状态
? 过程线 2— 3
? 制冷剂在冷凝器内的冷却、冷
凝
? 过热蒸气在等压下先放热冷却
降温，再继续放热冷凝，然后
过冷
11-2-1-1 单级蒸气压缩式制冷循环 (4)
? 过程线 3— 4
? 冷剂通过膨胀阀的节流过程
? 压力由 pk降到 po,温度由 tk降到 t0，
并进入两相区
? 节流前后制冷剂焓值不变
? 过程线 4---1
? 等压气化过程
? 制冷剂吸取热量不断气化
? 向干度增大方向，直到过热蒸气
? 由热力状态图和表
? 可确定循环中的各点参数
11-2-1-2单级蒸气压缩制冷的实际
循环及热力计算
?实际循环
? 压缩过程是熵值增加的
多变过程
? 节流过程有吸热，焓值
也略有增加
? 制冷剂在管道、热交换
器和压缩机中流动时存
在阻力损失和热交换
11-2-1-2单级压缩制冷热力计算 (1)
? 热力计算：
? (1)单位制冷量
q。＝ hl— h5 kJ／ kg
如吸气管中吸热可忽略不计，则 5-1
过程全在蒸发器中进行
? (2)单位容积制冷量
qv = q0/vl kJ／ kg
? (3)等熵压缩单位理论功
wi = h2 - h1 kJ／ kg
? (4)理论制冷系数
ε = q0/w0 = h1-h5 / h2-h1
11-2-1-2单级压缩制冷热力计算 (2)
? (5)制冷剂的质量流量
G = Q0／ q0
= Q0／ (h1一 h5) kg/s
? (6)压缩机容积流量 (按吸气
状态容积计算 )
Vs = G · v1
= Q0 · v1/q0 = Q0/q0
? (7)压缩机的理论流量
VT = Vs/λ = Q0/(λ ·q v)
m3/s
? (8)压缩机的理论功率
PT＝ G · w0 kW
11-2-1-2单级压缩制冷热力计算 (3)
?(9)压缩机的指示功率
pi = G · wi
= G · w0/ηi=PT/ ηi kW
?(10)压缩机的轴功率
p = pi/ ηm
= pT/(ηm ηi ) = pT/η
? (11)单位轴功率制冷量
Ke=Q0/p=ε · η
? (12)冷凝器的热负荷
Qk=Q+pi kW
11-2-2 单级制冷压缩机工况和特性
? 制冷压缩机工况：
? 指决定其理论循环的温度条件
? 蒸发温度
? 对应于蒸发压力的饱和温度
? 蒸发压力
? 由蒸发器产气量和压缩机吸气量间的质量平衡决定
? 如库温降低，蒸发器传热不良，则蒸发量减少,p0就降低
? 冷凝温度
? 对应于冷凝压力的饱和温度
? 冷凝压力
? 由压缩机排气量与冷凝器冷凝量的质量平衡来决定
? 如压缩机吸气压力高，质量流量大，则冷凝压力就高
11-2-2-1工况参数对制冷工作影响
? 制冷压缩机制冷量可由下式表示：
Q0＝ Gq0＝ λVTq0／ v1＝ λ VT·q v
? 制冷压缩机的轴功率则可写为：
P = Gw0/η = λVTw0 /v1 η = λVTwv η
式中,wv = w0 /v1 —— 压缩机单位容积压缩功
? 压缩机在 n和工作缸数不变情况下
? 理论吸气量 VT将为定值，从式看出
? 压缩机的 Q0随输气系数 λ和单位容积制冷量 qv而变
? 而 P则与 λ,压缩机总效率 η和单位容积压缩功 wv有关
? 事实上
? λ,Q0, η 和 wv 均随工况温度条件而变
11-2-2-1 冷凝温度 tk变化的影响 (1)
? 假设冷凝温度由 tk升高到 tk’
? 理论循环由 1234561改变为
12‘ 3’ 4‘ 5’ 6‘ 1
? 由于循环的单位制冷量 q0减少，即 q’0 <q0
? λ减少 (压力比 pk／ p0增加 )
? 而吸气比容 v1却并未改变
? 所以 qv和 Q0都将相应变小
11-2-2-1 冷凝温度 tk变化的影响 (2)
? 另一方面，由于单位压缩功增大
? 即 w0’>w0,而 v1没有变化
? 所以 Wv和轴功率 P都将增大，装置制冷系数也会降
低
? 反之，当 tk降低时，则情况相反
11-2-2-1蒸发温度 t0变化的影响 (1)
? 当蒸发温度从 t0降低到 t0
? 循环由 1234561变为
1‘ 2’ 3456‘ 1
? 循环制冷量稍有降低
? 即 q0’<q0
? 同时吸气比容增大
? 即 v1’>vl
? 制冷剂流量 G减小
? 因此,Q0也减小
11-2-2-1蒸发温度 t0变化的影响 (2)
? 制冷机轴功率变化情况
? 因单位压缩功增大
? 即 w0’>w0
? 但制冷剂的流量 G减小，
而不能直接判断
? 热力学分析表明
? 在达到某压力比 pk时 (一般
3左右 ),压缩机轴功率最大
? 通常制冷装置工作时压力
比都大于 3，故当蒸发温
度降低时轴功率降低
11-2-2-1过冷度和过热度的影响 (1)
? 循环过冷度增加
? 过冷温度由 t4降到 t4’,
? Q0则会因 q0增加而增加
? 压缩机轴功率不变,ε提高
? 装置过冷度为 3～ 5℃
? 液管压降不宜超过 40～
70kPa
? 否则闪气，制冷量降低
? 为提高过冷度
? 设气液换热器
? 使从冷凝器出来的制冷
剂液体与从蒸发器出来
的制冷剂蒸气换热以实
现过冷
11-2-2-1过冷度和过热度的影响 (2)
? 压缩机吸气过热度影响
? 如果过热过程是在吸气管中吸
取外界热量造成,
? 单位制冷量实际并未提高,Q0和 ε
下降，这称为有害过热。
? 如果过热在蒸发器内完成,
? 过热度提高时,q0增加了 h1’-h1,单
位压缩功增加 (h2’-h1’),对 ε的影
响取决于制冷剂的性质,
? R12,过热度增加则 ε提高
? R 22,影响不大 (略有下降 )
? 氨制冷装置,ε减小
11-2-2-1过冷度和过热度的影响 (3)
? 过热度增加
? q0增加
? v1也增大,使 G减少
? Q0要视具体情况而定
? 资料表明
? 过热度每提高 1℃
? R12,R22和氨的 G减少 0.4
％
? 而 qo则分别增加 0.5％,0.4
％和 0.2％
? 所以 R12的 Q0提高，氨的 Q0
减少，而 R22则影响不大
11-2-2-1过冷度和过热度的影响 (4)
? 当吸气过热度提高时
? 单位压缩功 w0的增加不如 G减少的快，故 P减少
? 合适过热度 (主要是根据对 ε的影响 )可以：
? 防止压缩机吸人液体
? 减少有害过热
? 过热太高会使排气温度和滑油温度过高
? 氨制冷装置，过热度不超过 5～ 8℃
? 氟利昂过热度一般控制在 3～ 6℃
? 用回热器使节流前液体与压缩机吸人前蒸气进
行热交换，使液体过冷，气体过热
? 具有回热过程的制冷循环称为回热循环
11-2-2-2 制冷压缩机性能曲线
? 指制冷压缩机 Q0,P随工
况条件的变化 趋势
? 图为 8 FSl0型压缩机性能
曲线
? tk升高 — Q0减小,P增大
? t0降低 — Q0减小,P减小
? 由性能曲线
? 可方便地查得压缩机在不
同工况下的制冷量和轴功
率，并可算出单位轴功率
制冷量 Ke值
11-2-2-3 制冷压缩机的工况
(1)
? 压缩机 Q0和 P等指标都随工况不同而改变
? 为了衡量和比较机器性能，需制定出公认的温度条件，
作为名义工况，并以该工况制冷量作为标准
? 我国名义工况是,标准工况”、“空调工况”
? 如表 11— 1所示（ P231）
? 为考察压缩机的强度和电动机的工作，还定有
? 最大压差工况 ;最大轴功率工况
? 为便于制造厂家测试，又规定了三种名义工况
? 高温工况,中温工况,低温工况（ P231）,见表 11— 2。
11-2-2-3 制冷压缩机的工况 (2)
?制冷机实际运行工况随运行地区的气候条
件和使用情况而变
? 实际工作工况下的制冷量，可从性能曲线上查
得
? 如无性能曲线可查，则可式 (11— 13),(11— 14)
估算
?制冷机工况必须限定在一定的范围内，以
保证运行的安全与可靠
?船用氟利昂活塞式单级制冷压缩机规定的
设计和使用条件见表 11— 3,11— 4（ P232）
蒸气压缩式制冷装置的工作原理
11-2-1单级蒸气压缩式制冷循环 (1)
?制冷循环分析和计算，常用压焓图和温熵
图
?船用压缩式制冷装置大都使用中、高温制
冷剂
? 高温制冷剂 标准沸点 t。 >0℃ 的制冷剂属
? 中温制冷剂 0℃ >t。 >一 70℃ 者，如氨、氟利
昂 12、氟利昂 22等，并多采用单级压缩
? 低温制冷剂 t。 <一 70℃ 者属
?下面就借助于压焓图来研究单级压缩制冷
循环
11-2-1-1 单级蒸气压缩式制冷循环 (2)
? 理论循环假设；
? (1)压缩过程不存在换热和流阻等不可逆损失
? 等熵过程
? (2)制冷剂流过热交换器和管路时没有阻力损失
? 等压过程
? (3)制冷系统中除热交换器外，与外界无任何热
交换，流过膨胀阀时未作功，又无热交换
? 等焓过程
? 下图为单级压缩制冷理论循环的压焓图 制冷空
调动画 \theory cycle.avi
? 制冷空调动画 \theory cycle 2.avi
11-2-1-1 单级蒸气压缩式制冷循环 (3)
? 过程线 1— 2
? 等熵压缩过程
? 压力由 p0提高到 pk
? 压缩机对制冷剂作功
? 制冷剂温度提高
? 点 2处于过热蒸气状态
? 过程线 2— 3
? 制冷剂在冷凝器内的冷却、冷
凝
? 过热蒸气在等压下先放热冷却
降温，再继续放热冷凝，然后
过冷
11-2-1-1 单级蒸气压缩式制冷循环 (4)
? 过程线 3— 4
? 冷剂通过膨胀阀的节流过程
? 压力由 pk降到 po,温度由 tk降到 t0，
并进入两相区
? 节流前后制冷剂焓值不变
? 过程线 4---1
? 等压气化过程
? 制冷剂吸取热量不断气化
? 向干度增大方向，直到过热蒸气
? 由热力状态图和表
? 可确定循环中的各点参数
11-2-1-2单级蒸气压缩制冷的实际
循环及热力计算
?实际循环
? 压缩过程是熵值增加的
多变过程
? 节流过程有吸热，焓值
也略有增加
? 制冷剂在管道、热交换
器和压缩机中流动时存
在阻力损失和热交换
11-2-1-2单级压缩制冷热力计算 (1)
? 热力计算：
? (1)单位制冷量
q。＝ hl— h5 kJ／ kg
如吸气管中吸热可忽略不计，则 5-1
过程全在蒸发器中进行
? (2)单位容积制冷量
qv = q0/vl kJ／ kg
? (3)等熵压缩单位理论功
wi = h2 - h1 kJ／ kg
? (4)理论制冷系数
ε = q0/w0 = h1-h5 / h2-h1
11-2-1-2单级压缩制冷热力计算 (2)
? (5)制冷剂的质量流量
G = Q0／ q0
= Q0／ (h1一 h5) kg/s
? (6)压缩机容积流量 (按吸气
状态容积计算 )
Vs = G · v1
= Q0 · v1/q0 = Q0/q0
? (7)压缩机的理论流量
VT = Vs/λ = Q0/(λ ·q v)
m3/s
? (8)压缩机的理论功率
PT＝ G · w0 kW
11-2-1-2单级压缩制冷热力计算 (3)
?(9)压缩机的指示功率
pi = G · wi
= G · w0/ηi=PT/ ηi kW
?(10)压缩机的轴功率
p = pi/ ηm
= pT/(ηm ηi ) = pT/η
? (11)单位轴功率制冷量
Ke=Q0/p=ε · η
? (12)冷凝器的热负荷
Qk=Q+pi kW
11-2-2 单级制冷压缩机工况和特性
? 制冷压缩机工况：
? 指决定其理论循环的温度条件
? 蒸发温度
? 对应于蒸发压力的饱和温度
? 蒸发压力
? 由蒸发器产气量和压缩机吸气量间的质量平衡决定
? 如库温降低，蒸发器传热不良，则蒸发量减少,p0就降低
? 冷凝温度
? 对应于冷凝压力的饱和温度
? 冷凝压力
? 由压缩机排气量与冷凝器冷凝量的质量平衡来决定
? 如压缩机吸气压力高，质量流量大，则冷凝压力就高
11-2-2-1工况参数对制冷工作影响
? 制冷压缩机制冷量可由下式表示：
Q0＝ Gq0＝ λVTq0／ v1＝ λ VT·q v
? 制冷压缩机的轴功率则可写为：
P = Gw0/η = λVTw0 /v1 η = λVTwv η
式中,wv = w0 /v1 —— 压缩机单位容积压缩功
? 压缩机在 n和工作缸数不变情况下
? 理论吸气量 VT将为定值，从式看出
? 压缩机的 Q0随输气系数 λ和单位容积制冷量 qv而变
? 而 P则与 λ,压缩机总效率 η和单位容积压缩功 wv有关
? 事实上
? λ,Q0, η 和 wv 均随工况温度条件而变
11-2-2-1 冷凝温度 tk变化的影响 (1)
? 假设冷凝温度由 tk升高到 tk’
? 理论循环由 1234561改变为
12‘ 3’ 4‘ 5’ 6‘ 1
? 由于循环的单位制冷量 q0减少，即 q’0 <q0
? λ减少 (压力比 pk／ p0增加 )
? 而吸气比容 v1却并未改变
? 所以 qv和 Q0都将相应变小
11-2-2-1 冷凝温度 tk变化的影响 (2)
? 另一方面，由于单位压缩功增大
? 即 w0’>w0,而 v1没有变化
? 所以 Wv和轴功率 P都将增大，装置制冷系数也会降
低
? 反之，当 tk降低时，则情况相反
11-2-2-1蒸发温度 t0变化的影响 (1)
? 当蒸发温度从 t0降低到 t0
? 循环由 1234561变为
1‘ 2’ 3456‘ 1
? 循环制冷量稍有降低
? 即 q0’<q0
? 同时吸气比容增大
? 即 v1’>vl
? 制冷剂流量 G减小
? 因此,Q0也减小
11-2-2-1蒸发温度 t0变化的影响 (2)
? 制冷机轴功率变化情况
? 因单位压缩功增大
? 即 w0’>w0
? 但制冷剂的流量 G减小，
而不能直接判断
? 热力学分析表明
? 在达到某压力比 pk时 (一般
3左右 ),压缩机轴功率最大
? 通常制冷装置工作时压力
比都大于 3，故当蒸发温
度降低时轴功率降低
11-2-2-1过冷度和过热度的影响 (1)
? 循环过冷度增加
? 过冷温度由 t4降到 t4’,
? Q0则会因 q0增加而增加
? 压缩机轴功率不变,ε提高
? 装置过冷度为 3～ 5℃
? 液管压降不宜超过 40～
70kPa
? 否则闪气，制冷量降低
? 为提高过冷度
? 设气液换热器
? 使从冷凝器出来的制冷
剂液体与从蒸发器出来
的制冷剂蒸气换热以实
现过冷
11-2-2-1过冷度和过热度的影响 (2)
? 压缩机吸气过热度影响
? 如果过热过程是在吸气管中吸
取外界热量造成,
? 单位制冷量实际并未提高,Q0和 ε
下降，这称为有害过热。
? 如果过热在蒸发器内完成,
? 过热度提高时,q0增加了 h1’-h1,单
位压缩功增加 (h2’-h1’),对 ε的影
响取决于制冷剂的性质,
? R12,过热度增加则 ε提高
? R 22,影响不大 (略有下降 )
? 氨制冷装置,ε减小
11-2-2-1过冷度和过热度的影响 (3)
? 过热度增加
? q0增加
? v1也增大,使 G减少
? Q0要视具体情况而定
? 资料表明
? 过热度每提高 1℃
? R12,R22和氨的 G减少 0.4
％
? 而 qo则分别增加 0.5％,0.4
％和 0.2％
? 所以 R12的 Q0提高，氨的 Q0
减少，而 R22则影响不大
11-2-2-1过冷度和过热度的影响 (4)
? 当吸气过热度提高时
? 单位压缩功 w0的增加不如 G减少的快，故 P减少
? 合适过热度 (主要是根据对 ε的影响 )可以：
? 防止压缩机吸人液体
? 减少有害过热
? 过热太高会使排气温度和滑油温度过高
? 氨制冷装置，过热度不超过 5～ 8℃
? 氟利昂过热度一般控制在 3～ 6℃
? 用回热器使节流前液体与压缩机吸人前蒸气进
行热交换，使液体过冷，气体过热
? 具有回热过程的制冷循环称为回热循环
11-2-2-2 制冷压缩机性能曲线
? 指制冷压缩机 Q0,P随工
况条件的变化 趋势
? 图为 8 FSl0型压缩机性能
曲线
? tk升高 — Q0减小,P增大
? t0降低 — Q0减小,P减小
? 由性能曲线
? 可方便地查得压缩机在不
同工况下的制冷量和轴功
率，并可算出单位轴功率
制冷量 Ke值
11-2-2-3 制冷压缩机的工况
(1)
? 压缩机 Q0和 P等指标都随工况不同而改变
? 为了衡量和比较机器性能，需制定出公认的温度条件，
作为名义工况，并以该工况制冷量作为标准
? 我国名义工况是,标准工况”、“空调工况”
? 如表 11— 1所示（ P231）
? 为考察压缩机的强度和电动机的工作，还定有
? 最大压差工况 ;最大轴功率工况
? 为便于制造厂家测试，又规定了三种名义工况
? 高温工况,中温工况,低温工况（ P231）,见表 11— 2。
11-2-2-3 制冷压缩机的工况 (2)
?制冷机实际运行工况随运行地区的气候条
件和使用情况而变
? 实际工作工况下的制冷量，可从性能曲线上查
得
? 如无性能曲线可查，则可式 (11— 13),(11— 14)
估算
?制冷机工况必须限定在一定的范围内，以
保证运行的安全与可靠
?船用氟利昂活塞式单级制冷压缩机规定的
设计和使用条件见表 11— 3,11— 4（ P232）
