毕业论文-浅谈“育鲲”轮伙食冷库制冷装置以及主要组成部件的匹配校核

1、大连海事大学装装订线二一一 年 五 月浅谈“育鲲”轮伙食冷库制冷装置以及主要组成部件的匹配校核专业班级：轮机管理07级5班姓 名： 指导教师： 轮机工程学院摘 要本文详细地介绍了“育鲲”轮伙食冷库制冷系统的组成部件和自动化元件，简单地阐述了蒸气压缩式制冷的工作原理，并对单级蒸气压缩式制冷的理论循环在压焓图上做了理论分析。最后，针对“育鲲”轮伙食冷库制冷系统的蒸发器与压缩机的匹配和冷凝器与压缩机的匹配做了定性分析和定量校核计算。结论证明，“育鲲”轮伙食冷库制冷系统的蒸发器、冷凝器与压缩机匹配得当。关键词：蒸气压缩式制冷；压焓图；蒸发器；压缩机；冷凝器ABSTRACTThis paper intr

2、oduces the components and automatic elements of “Yu Kun” food cold storage refrigeration system in detail, and the working principle of vapour-compression-type refrigeration is also explained. Meanwhile, theoretical analysis of single-stage vapour-compression-type refrigeration in pressure-enthalpy

3、diagram is provided. At last, it gives qualitative analysis and quantitative check calculation of the matching of “Yu Kun” food cold storage refrigeration systems evaporator and compressor and the matching of condenser and compressor. The conclusion proves that the evaporator, condenser and compress

4、or of “Yu Kun” food cold storage refrigeration system match well. Keywords: vapour-compression-type refrigeration, pressure-enthalpy diagram, evaporator, compressor, condenser目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc295223190 第1章 绪论 PAGEREF _Toc295223190 h 1 HYPERLINK l _Toc295223191 1.1研究背景 PAGEREF _Toc

5、295223191 h 1 HYPERLINK l _Toc295223192 1.2应用现状 PAGEREF _Toc295223192 h 1 HYPERLINK l _Toc295223193 第2章 船舶制冷装置的组成和工作原理 PAGEREF _Toc295223193 h 2 HYPERLINK l _Toc295223194 2.1船舶制冷装置的组成 PAGEREF _Toc295223194 h 2 HYPERLINK l _Toc295223195 2.1.1制冷装置的组成部件 PAGEREF _Toc295223195 h 2 HYPERLINK l _Toc2952231

6、96 2.1.2制冷装置的自动化元件 PAGEREF _Toc295223196 h 7 HYPERLINK l _Toc295223197 2.2船舶制冷装置的工作原理 PAGEREF _Toc295223197 h 9 HYPERLINK l _Toc295223198 2.2.1蒸气压缩式制冷的工作原理 PAGEREF _Toc295223198 h 9 HYPERLINK l _Toc295223200 2.2.2单级蒸气压缩式制冷的理论循环在压焓图上的表示 PAGEREF _Toc295223200 h 10 HYPERLINK l _Toc295223202 第3章 制冷装置主要部

7、件的匹配校核计算 PAGEREF _Toc295223202 h 11 HYPERLINK l _Toc295223203 3.1蒸发器与压缩机的匹配校核 PAGEREF _Toc295223203 h 11 HYPERLINK l _Toc295223204 3.2冷凝器与压缩机的匹配校核 PAGEREF _Toc295223204 h 12 HYPERLINK l _Toc295223205 第4章 引起匹配失当的原因及解决办法和改进方案 PAGEREF _Toc295223205 h 14 HYPERLINK l _Toc295223206 4.1匹配失当的原因和解决办法 PAGEREF

8、 _Toc295223206 h 14 HYPERLINK l _Toc295223209 4.2改进方案 PAGEREF _Toc295223209 h 15 HYPERLINK l _Toc295223210 参考文献 PAGEREF _Toc295223210 h 17 HYPERLINK l _Toc295223211 致 谢 PAGEREF _Toc295223211 h 18 PAGE 18浅谈“育鲲”轮伙食冷库制冷装置以及主要组成部件的匹配校核第1章 绪论1.1研究背景所谓制冷，就是人工方法从被冷却对象中移走热量，使其温度降低到一种相对的低的状态。显然，要使一个冷藏室中的温度低于

9、周围环境温度，必须不断地从室内移走热量。因为热量只会自行从高温处传至低温处，而不能反向转移，所以制冷装置的功用就在于将冷藏室中的热量强行排出。1.2应用现状（1）伙食冷藏船舶一般来说本身都必须储藏相当数量的食品，以满足船上人员生活上的需要。唯有冷藏法既能抑制微生物在食品中的繁殖，又能延缓蔬菜、水果成熟，却对食物品质和营养价值影响甚小，故最为常用。为了储存食品，大多设有伙食冷库和相应的制冷装置，船上习惯称为伙食冰机。比如，有的远洋船一次在海上就得连续航行一个多月，船舶航程越远，需携带的食品越多，储藏时间也越长。就“育鲲”轮来说，它是一条远洋实习船，船上的船员和实习生通常都是200多人，因此必须设

10、有相当容积的食品冷库和制冷装置。（2）船舶空调现代船舶为了能向船员和旅客提供适宜的生活条件和工作环境，一般都装有空气调节装置。为空调提供冷源的制冷装置船上习惯称为空调冰机。（3）冷藏运输为了防止易腐蚀食品或一些特殊货物在运输过程中腐烂变质、蒸发、自然或爆炸，早在19世纪80年代就开始建造并使用专门运输冷藏货物的冷藏船。现在冷藏集装箱运输已日趋普遍，冷藏船和冷藏集装箱都设有专门的制冷装置。此外，渔船、液化气或天然气运输船、海上作业船、军舰等为了满足生产和特殊设备的需要，各自还设有专用的制冷装置。制冷装置已经是船舶营运不可缺少的设备之一。第2章 船舶制冷装置的组成和工作原理图1 “育鲲”轮伙食冷库

11、制冷装置的部分组成部件2图1 “育鲲”轮伙食冷库制冷装置的部分组成部件2.1.（1）压缩机 图2 单缸立式活塞式制冷压缩机1-曲轴2-连杆3-活塞4-气缸5-进气阀6-排气阀7-排出管8-吸入管制冷压缩机是制冷装置中最关键的“主机”，对装置的制冷量、性能系数和使用寿命有决定性的影响，也是维修保养的重点。制冷压缩机有活塞式、回转式、离心式等类型，回转式压缩机包括螺杆式、涡图2 单缸立式活塞式制冷压缩机1-曲轴2-连杆3-活塞4-气缸5-进气阀6-排气阀7-排出管8-吸入管活塞式制冷压缩机使用最广泛，其制造、管理和维修的经验都比较成熟。因其流量受转速限制，只用于Q0200kW的中、小制冷范围，是船

12、舶制冷装置采用的主要机型。“育鲲”轮伙食冷库采用的就是这种压缩机。图2所示为最简单的单缸立式活塞式制冷压缩机，它主要是由机体、活塞、曲轴、连杆、吸排气阀、气缸、气缸盖等组成。但根据具体结构、气缸位置排列、制冷剂进出方向、气缸直径、气缸数、压缩级数及采取的制冷剂等不同，可以分为许多类型。目前中、小型压缩机多采用小缸径、多缸、V型或扇形布置。这不但可以改善压缩机的运转平衡性能，使其结构紧凑，而且可以用同缸径不同缸数的压缩机来满足对制冷量的不同要求。比如“育鲲”轮有：活塞式制冷压缩机两台，其型号为4H.2Y / K283H2，四缸V形布置。 （2）油分离器虽然制冷系统设计上要求能让滑油随冷剂一起流经

13、系统后返回压缩机，但滑油进蒸发器太多会使制冷量降低。为此，在压缩机排出端可装设油分离器，用来分离排气带出的滑油，使之直接返回压缩机曲轴箱（半封闭式压缩机回至吸气管），从而避免压缩机排气将过多的滑油带入系统。油分离器并不能将油全部分离出来，仍会有少量滑油随冷剂一起循环。因此，有些小型伙食冷库制冷装置或空调制冷装置系统管路不长，也有省去油分离器的。氟利昂制冷装置多采用过滤式油分离器，排气携带的滑油流经其内部的金属滤网时被分离出来，聚集于靠近分离器出口的底部。（3）冷凝器冷凝器是气体制冷剂与冷却介质（水或空气）进行热量传递的热交换器。在其中，热量传递包括三个过程：过热制冷剂蒸气等压冷却为饱和蒸气，饱

14、和蒸气冷凝为饱和液体，饱和液体进一步冷却为过冷液体。冷凝器的功用是将压缩机排出的气态制冷剂冷凝成液态，供系统循环使用。图3 卧式壳管式冷却器船舶制冷装置的冷凝器几乎都采用卧式壳管式，结构如图3所示。壳管式冷凝器中，制冷剂在管外冷凝，冷却水在管内流动而将热量带走，壳体一般采用锅炉钢板卷制焊接而成。壳体两端板之间排列着许多铜管（铝黄铜或铜镍合金）或无缝钢管，通过焊接固定在端板上，两端封盖内侧铸有限水筋条，以增加冷却水流程和流速，冷却水进出口设端盖上，从下面流进，上面流出。两侧端盖内装有防腐锌棒，或内表面涂有防湿涂层。冷却器上还装有：图3 卧式壳管式冷却器安全阀它装在冷凝器顶部。钢质海船入级规范（2

15、006）规定制冷系统的所有压力容器均应装设串联安装的安全膜片和安全阀，压力意外升高时可将排出物引至甲板安全地点排往大气。氟利昂制冷系统中上述容器的容量在100L以下者，可用熔点为65的易熔塞来代替安全阀或安全膜。放气阀它装在冷凝器顶部两端处，用来泄放不凝性气体。平衡管它从冷凝器的顶部引出，与后面的储液器相通，使彼此压力平衡，便于冷凝器中的液体流入储液器。如连接两者的管路短而粗，也可省去平衡管。水室放气旋塞和放水旋塞它们装在无外接水管的端盖的最高处及最低处，前者用来泄放水腔的空气，防止形成气囊，妨碍传热；后者用来在检修前放空存水，或冬季停用时放水防冻。此外，冷凝器兼作储液器用时在下部还装有液位镜

16、和液位计。（4）储液器 它是装在冷凝器后用来储存液态冷剂的容器。其作用是：在制冷系统中储备一些制冷剂。当热负荷减小，蒸发压力降低时，蒸发器等低压管路中的冷剂量减少，可防止冷凝器中液位太高而妨碍气体冷凝，以致排气压力过高；而当系统中的制冷剂有所损失，或热负荷增大，蒸发压力升高，低压管路中的制冷剂量增加时，可防止膨胀阀供液不足。装置检修或长期停用时收存系统中的制冷剂，减少漏失。对供液管起“液封”作用。小型装置可不设储液器而以冷凝器兼之。储液器应有足够的容积，以保证系统中全部制冷剂储入后不超过其容积的80%。储液器不容许完全充满液体，否则当温度升高时会有压力过高的危险。（5）干燥过滤器过滤器用以阻挡

17、铁屑、焊渣和污物等固体物体，以免堵塞通道；干燥器内存干燥剂，用来吸收制冷剂中混入的水分，防止造成节流阀和通道狭窄处发生“冰塞”，阻碍甚至完全停止制冷剂的循环。因此，钢质海船入级与建造规范规定氟利昂制冷系统中均应装设干燥器，其布置应使其能旁通并关断，以便在拆开时不妨碍系统的运行。同时还规定在压缩机的吸入管路（常设在压缩机吸入口）和节流阀的制冷剂管路上应设过滤器。现在通常将过滤器和干燥器做成一体装在液管上，构成干燥过滤器。干燥器应在新充冷剂或换油、拆修压缩机等操作后一段时间内，以及系统中出现冰塞时接入系统使用。正常运行后可以旁通，以免因阻力较大而使液态冷剂压降太大而闪气，同时为了避免干燥器颗粒在液

18、态冷剂的冲击下，互相摩擦而产生粉末被带走，填充干燥剂时，应墩压结实，安装时应使液流方向与干燥过滤器上的箭头的方向一致，以保证让出口端的毡垫阻止干燥剂的粉末进入系统。（6）液流指示镜图4 液流指示镜 如图4所示，液流指示镜时用来指示液管中液体流动的情况，工作正常时应看到稳定的液流；若见到许多气泡，则表明系统中制冷剂在液管中的压降太大，出现“闪气”，或是制冷剂不足。图4 液流指示镜氟利昂制冷装置用的液流指示镜还常兼水分指示器，其中装有浸透金属盐指示剂的纸芯，当冷剂含水量不同时，金属盐生成的水化物能显示不同的颜色。（7）蒸发器 蒸发器是使液体制冷剂汽化吸热，被冷物体或冷媒放热降温，实现热量传递的热交

19、换器。它的功用是让制冷剂在其中汽化，而从被冷却的介质中吸热。蒸发器按其冷却介质不同，可分为冷却空气的直接冷却式蒸发器和冷却淡水或其他载冷剂的间接冷却式蒸发器两大类。间接冷却一般用于氨系统与大型制冷装置。船舶氟利昂制冷装置大多数采用直接冷却式，其蒸发器直接放在冷库（或空调器）中冷却空气，有冷却排管式和冷风机两种类型。图5 冷却排管式蒸发器 图6 冷风机式蒸发器如图5所示，冷却排管有立式管和蛇形管两种。船舶冷库的氟利昂排管蒸发器多采用由19-22mm的无缝钢管或紫铜管制成的蛇形肋片管，上面进液，下面回气，以便使冷剂带入的滑油顺利返回压缩机。冷却排管外被冷却的空气是自然对流，传热系数很小，传热效果差

20、。而且管径粗、长度大、充剂量多、库温不均匀、检漏不方便、易受船体振动变形影响而损坏造成漏泄，一般用于小型伙食低温库。图5 冷却排管式蒸发器 图6 冷风机式蒸发器如图6所示，由多路并行蛇形盘管集合成多层盘管簇，周围用外罩围起一方形箱并配有风机，强制空气对流，故称为冷风机。经供液电磁阀和热力膨胀阀供入冷风机的冷剂湿蒸气先进入垂直安装的分液器，然后均匀进入并联的蛇形肋片铜管。冷风机位于冷库内一处，库内空气以2-3m/s的风速强制通过管簇循环，被管内的制冷剂吸热而冷却。“育鲲”轮各冷库冷却用的是顶式安装的冷风机，冷风机为不锈钢外壳，铜管。所有冷风机包括膨胀阀、电磁阀、止回阀和压力调节阀、集水盘等都预装

21、在冷风机机箱内。冷风机的传热系数是冷却排管的4-6倍，传热系数为29-35W/。它的尺寸小、充剂量少、安装方便，可采用便于自动控制的电热融霜，而且能使库内的空气循环好，温、湿度和气体成分均匀。不仅高温库几乎全部采用冷风机，新造船的低温库大多也采用冷风机。它的缺点是风机耗电使热负荷增大（占保温期间热负荷的20%-30%）；风速高使未包装的食物水分丧失快；因体积小蓄冷能力也小；故某些低温库仍有用冷却排管的。（8）气液分离器在不采用回热器的制冷系统中，为了防止未蒸发完的液态制冷剂或滑油万一大量返回压缩机发生液击，在压缩机吸气管上设有气液分离器。气液分离器采用重力分离法，进口管开口向下，与开口向上的U

22、形出口管错开。如果吸气中有未蒸发完的制冷剂液体，或者有滑油返回吸气管，由于液体密度较大，会落到分离器的底部。液态制冷剂会因环境温度较高而蒸发，细微的雾状制冷剂和过多的滑油可经U形管上的许多小孔被带走。因为小孔的总面积不到吸气管流通面积的10%，故不会过多吸入液体。图7 气液分离器（9）回热器图7 气液分离器回热器结构中，来自储液器的温度较高的液态冷剂在管内流动，管外是来自蒸发器温度相对较低的气态冷剂，两者通过管壁进行热交换，同时获得过冷和过热。某些小型制冷装置，不设专门的回热器，只将液管与吸气管紧匝在一起，外扎隔热材料。“育鲲”轮就是将液管和吸气管紧匝在一起，外扎隔热材料的。此外，有些制冷装置

23、还设有蒸发式过冷器。2.1.（1）膨胀阀制冷装置所采用的节流阀有毛细管、浮球阀、手动膨胀阀和各种自动膨胀阀（如热力膨胀阀、电子膨胀阀等）。一般冷库和空调制冷装置常用的是热力膨胀阀。图8 典型的伙食冷库制冷系统01-压缩机02-排出截止阀03-排出压力表04-高压控制器05-滑油分离器06-电磁阀07-节流孔板08-冷凝器09-冷却水量调节阀10-平衡管11-安全阀12-储液器13-充剂阀14-干燥过滤器15-旁通阀16-液流指示镜17-回热器18-供液电磁阀19-温度控制器20-热力膨胀阀21-手动膨胀阀22-蒸发器23-高温库24-低温库25-蒸发压力调节阀26-止回阀27-吸入截止阀28-

24、低压压力表29-低压控制器30-油压差控制器31-油压表制冷装置在实际工作中热负荷经常变化。热力膨胀阀除了能起节流降压作用外，还能自动调节制冷剂流量，使制冷剂在蒸发器出口的过热度保持在适当的范围内。这样，既能避免蒸发器因制冷剂供应不足而换热面积得不到充分利用，制冷量降低，又能防止制冷剂供给太多而不能全部汽化，以致压缩机吸入湿蒸气，甚至导致“液击”。也就是说，通过它保证压缩机实现干压并使蒸发器充分发挥作用。图8 典型的伙食冷库制冷系统01-压缩机02-排出截止阀03-排出压力表04-高压控制器05-滑油分离器06-电磁阀07-节流孔板08-冷凝器09-冷却水量调节阀10-平衡管11-安全阀12-

25、储液器13-充剂阀14-干燥过滤器15-旁通阀16-液流指示镜17-回热器18-供液电磁阀19-温度控制器20-热力膨胀阀21-手动膨胀阀22-蒸发器23-高温库24-低温库25-蒸发压力调节阀26-止回阀27-吸入截止阀28-低压压力表29-低压控制器30-油压差控制器31-油压表（2）电磁阀 电磁阀是由电磁力控制启闭的阀。在制冷装置中它常装在热力膨胀阀前的液管上，由冷库的温度控制器控制，作为决定向蒸发器供给制冷剂液体与否的供液电磁阀。此外，油分离器的自动回油管路、半封闭式压缩机的喷液管路等也要用到电磁阀。电磁阀必须线圈朝上直立安装在水平管路上，并保证冷剂流向与阀体所标箭头一致（从阀芯上面流

26、向下面），否则断电时阀也会被冷剂压力顶开。选用或更换电磁阀应注意其通径、适用介质、温度和电制，以及容许的工作压力和压差。（3）温度控制器温度控制器时以温度为控制信号的电开关，即温度继电器，亦称温度开关。它常被用来控制供液电磁阀通电与否，以使冷库的库温得以保持在给定范围内。也有用温度控制器直接控制压缩机启停的，当一台压缩机为多库工作时，各库温度控制器可并联控制压缩机。在单效应的制冷装置中（只有一个冷库的情况），温度控制器直接用来控制压缩机的启、停以达到控制库温的目的。温度控制器也可用于其他需要的场合，如融霜保护等等。（4）压力控制器压力控制器是以压力为控制信号的电开关，即压力继电器，亦称压力开关

27、。制冷装置一般都设有高压和低压控制器。高压控制器感受压缩机排出压力，当其高于调定值时，即切断压缩机控制电路，实现保护性停车。不论何种原因使排出压力超过高压继电器所调定的断开压力值时， 压缩机都会自动停车，直到故障排除后才能恢复工作。低压继电器以压缩机吸入压力为信号，控制压缩机启停，即可使压缩机根据制冷的需要自动间断地工作，又可当吸入压力过低时实现保护性停车防止空气漏人系统。（5）油压差控制器油压差控制器是以制冷压缩机滑油泵的排油压力与吸气压力之差为控制信号的电开关，即油差压继电器，亦称油压开关。当上述油压差低于调定值时，经过一段时间的延时即自动切断压缩机电路，实现保护性停车，以免压缩机各运动部

28、件因润滑不良而损坏。（6）蒸发压力调节阀蒸发压力调节阀亦称背压阀，装在高温库蒸发器出口管路上，能在阀前的蒸发压力变动时自动调节阀的开度，使蒸发压力大致限定于调定值。船舶伙食冷库制冷装置常常是由一台压缩机控制几个要求不同库温的冷库，如不设蒸发压力调节阀，则各库蒸发压力会相同，高温库的蒸发压力（温度）就可能太低；还会使高温库蒸发器结霜加重，库内湿度降低，增加食品干耗；而在高温库制冷时低温库不易达到足够低的蒸发温度，使低温库库温难以下降。因此，通常在高温库蒸发器出口管上设蒸发压力调节阀，使之保持适当高的蒸发压力和蒸发温度。蒸发压力调节阀也可装在单库装置（如冷藏集装箱）的蒸发器回气管上，维持要求的蒸发

29、压力和蒸发温度，这时它可起到吸气节流调节压缩机制冷量的作用。（7）止回阀止回阀装在低温库蒸发器的出口管路上，是使制冷剂气体正向通过，反向截断的自动控制元件。船舶伙食冷库制冷装置常常是由一台压缩机控制几个要求不同库温的冷库，若在低温库蒸发器出口不设止回阀，则高温库热负荷较大时，压缩机吸入压力较高，当高于低温库库温所对应的制冷剂饱和压力，则高温库产生的制冷剂蒸气就会倒流入低温库的蒸发器冷凝放热。（8）冷却水量调节阀制冷装置的冷却水温较低时，若不及时关小冷却水量调节阀调低流量，冷凝压力就会太低，可能使蒸发器供液不足，蒸发压力过低，制冷量减小；而关小冷却水阀后，若水温升高未能及时将阀开大，冷凝压力又会

30、过高而停车。远洋船舶航区变化较快，水温经常变化，为了免得人工调节的麻烦，通常在冷凝器的出水管上装设冷却水量调节阀，它能根据冷凝压力变化自动调节开度，调节冷却水的流量，使冷凝压力保持在调定范围内。有的制冷装置冷凝器的冷却水量进水管上还装有水压控制器，它是靠水压控制的压力继电器。当冷却水中断时电开关断开，压缩机无法启动，起到安全保护作用。2.2船舶制冷装置的工作原理2.2.1蒸气压缩式制冷的工作原理蒸发器蒸发器膨胀阀压缩机冷凝器图9 蒸气压缩式制冷原理图如图9所示，制冷装置的四大基本设备（压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器）和管系组成一个完整的封闭系统，制冷剂在系统中不断地循环。制冷剂流过膨胀阀时，制

31、冷剂的压力降低，温度降低，使得制冷剂进入蒸发器后吸取冷库内空气的热量而汽化；压缩机将此低温低压的制冷剂气体吸入并对其进行压缩，使制冷剂的压力升高，温度升高，排到冷凝器；冷凝器利用低温淡水将制冷剂气体从冷库中带来的热量和压缩机压缩功转化的热量放出，使制冷剂气体冷却冷凝而液化；制冷剂液体再次经过膨胀阀节流降压进入蒸发器汽化吸热如此循环，以实现连续不断地制冷。综上所述，蒸气压缩式制冷的工作原理是：通过一种低沸点的制冷剂相态变化过程所发生的吸放热现象，借助于压缩机的抽吸压缩、冷凝器的放热冷凝、膨胀阀的节流降压、蒸发器的吸热汽化形成的不停循环过程，达到使被冷对象温度下降的目的。2.2.2单级蒸气压缩式制

32、冷的理论循环在压焓图上的表示hhp1234图10 单级压缩制冷理论循环压焓图图10是单级压缩制冷的理论循环在压焓图上的近似表示。点1表示制冷剂离开蒸发器进入压缩机时的低压过热气体状态，它是蒸发压力p0（相应蒸发温度为t0）的等压线与吸气温度t1的等温线的交点。点2表示制冷剂离开压缩机进入冷凝器时的高压过热气体状态，是通过点1的等熵线和压力为pk的等压线的交点。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p0提高到冷凝压力pk。压缩过程中外界对制冷剂作功，制冷剂温度升高，在点2处于高压过热蒸气状态。点3表示制冷剂离开冷凝器进入膨胀阀时的高压过冷液体状态，是压力为pk的等压线

33、和制冷剂在冷凝器出口温度t3的等温线的交点。过程线2-3表示制冷剂在冷凝器内的等压冷却、等压冷凝和等压过冷过程。进入冷凝器的过热蒸气等压冷却为饱和气体，再等压等温（冷凝温度tk时相应于pk的饱和温度）继续放热而冷凝，然后温度进一步降低而过冷。点4表示制冷剂离开膨胀阀进入蒸发器时的低压湿蒸气状态，是通过点3的等焓线和压力为p0的等压线的交点。过程线3-4表示制冷剂通过膨胀阀的等焓节流过程。在此过程中，制冷剂的压力由pk降到p0，温度由tk降到t0，并进入湿蒸气区。根据热力学可知，节流过程中工质的焓值是变化的，故较严格的画法是将过程线3-4用虚线表示。过程线4-1表示制冷剂在蒸发器中等压汽化和等压

34、过热的过程。制冷剂湿蒸气吸取被冷却物体的热量而不断汽化，干度不断增大（在湿蒸气区相应于p0的蒸发温度t0不变），直到变为带有少许过热度的低压过热蒸气。因此，制冷剂的状态又回到进压缩机前的状态点1，完成了一个理论制冷循环。第3章 制冷装置主要部件的匹配校核计算3.1蒸发器与压缩机的匹配校核蒸发器与压缩机匹配，即蒸发器的制冷量和压缩机的制冷量相称。蒸发器的制冷量即为蒸发器在单位时间内从冷库所吸走的热量，用Q0z表示。其大小主要取决于蒸发器的传热面积A、传热系数K（主要取决于占蒸发器全部换热面积的90%左右的沸腾换热段）及传热温差t；后者可近似地取进风温度（对冷库来说就是库温tr）与蒸发温度t0之差

35、，即Q0z=KAt=KA(tr-t0) （1） Q0z=KA 式中：K蒸发器的传热系数，W /（）；A蒸发器的传热面积，；t传热温差，；tr冷库的温度，；t0蒸发温度，。图11 压缩机的性能曲线按式（1）所示的函数关系，可在如图12所示的Q0t0（p0）坐标图上画出蒸发器的性能曲线1，它是一条向左上方倾斜的直线，在横坐标上的起点是tr，斜率tan=KA。由图11所示的压缩机的性能曲线，图11 压缩机的性能曲线Q0t0(P0)tr12ZQ0t0(P0)tr12Z图12 制冷装置吸气工况图“育鲲”轮共有5个冷库，每个冷库的冷风机信息如下表1：“育鲲”轮伙食冷库冷风机基本信息表1冷库冷风机型号蒸发面

36、积 针管间距mm风扇数 个风扇直径Mm设定的TD值 粮食库CTE53H310.663.522507干货库CTE38H37.53.512507蔬菜库CTE115M6ED20.8 642508肉库CTE125L8ED16.48.533158鱼库CTE84L8ED10.27 8.523156注：TD值，即冷库温度与蒸发温度之差。为了计算出“育鲲”轮五个伙食冷库冷风机的最大制冷量，我们选择蒸发器的传热系数为35 W /（），传热面积A的90%，由表1和式1，可以得出每个冷库冷风机的最大制冷量，如下所示：粮食库风机的制冷量 Q1= KAt=3510.660.97=2350.53W干货库风机的制冷量 Q2

37、= KAt=357.50.97=1653.75W蔬菜库风机的制冷量 Q3= KAt=3520.80.98=5241.6W肉库风机的制冷量 Q4= KAt=3516.40.98=4132.8W鱼库风机的制冷量 Q5= KAt=3510.270.96=1941.03W五台冷风机的总制冷量 Q0z=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=2350.53+1653.75+5241.6+4132.8+1941.03=15319.71W15.3kW“育鲲”轮伙食冷库的开式压缩机，型号：4H.2Y；制冷量：15.6kW，带能量控制；蒸发温度：-30；冷凝温度：+45；制冷剂：R404A；依靠吸气压力可在100%-50

38、%两档进行能量控制。由此可见，“育鲲”轮伙食冷库单台压缩机的制冷量Q0稍大于五台冷风机式蒸发器的最大制冷量Q0z。“育鲲”轮伙食冷库制冷系统总的负荷设计基于每天运行16 h，而且无论是降温工况还是保温工况，制冷装置实际选用的制冷量应都稍大于冷库的热负荷（也是冷风机的热负荷），所以说，“育鲲”轮伙食冷库制冷系统的蒸发器与压缩机匹配得当。3.2冷凝器与压缩机的匹配校核冷凝器与压缩机匹配，即冷凝器的排热量和冷凝器的热负荷相称。冷凝器的排热量即为冷却介质在单位时间内从冷凝器所带走的热量，用Qk表示。由传热学公式来计算，即Qk=KAt = KA(tk- tw)= KAtk-(tw1+ tw2) Qk=K

39、Atk-(tw1+t) （2）式中：K冷凝器的传热系数，肋片管为800-900W /（）；A冷凝器的传热面积，；t传热温差，；tk冷凝温度，；tw冷却水平均温度，；tw1、 tw2冷却水的进、出口水温，。制冷剂蒸气进入冷凝器后先冷却到冷凝温度，然后开始冷凝。冷却段传热温差比冷凝段要大，但传热系数小，将全部换热面积按冷凝状况计算误差不大。此外，船用冷凝器进口与出口的传热温差之比常小于3，故可近似取算术平均温差计算，将K取小些即可。根据冷却水带走的热量来计算冷凝器的排热量，则 Qk =GwCw(tw2-tw1) （3）式中：Gw冷却水的质量流量，kg；Cw冷却水的比热容，J/kg。由于，t = t

40、w2-tw1 = Qk / GwCw，代入式（2）整理得Qk =a(tk- tw1) （4）QktQktk(pk)C12tw1图13 制冷装置排气工况图13 制冷装置排气工况图当A、K、Gw、Cw、tw1等既定时，Qk是tk的一次函数。按式（4）的函数关系，可画出函数曲线1（Qktk），如图13所示。它是一条向右上方倾斜的直线，在横坐标上的起点是tw1，斜率tan=a= ，与A、K、Gw、Cw大小有关。图13 制冷装置排气工况图冷凝器的热负荷Q即单位时间内所需排走的热量，近似等于压缩机的制冷量Q0和指示功率Pi之和。可由压缩机的性能曲线(指示功率Pi=Pem，机械效率m约为0.9）求得，如图1

41、1所示。画出冷凝器的性能曲线2（Qtk）。它是一条向右下方倾斜的直线。在冷凝器稳定工况时，冷凝器的排热量Qk应等于其热负荷Q，即排气工况点是两者函数曲线的交点C，其横、纵坐标分别是tk（pk）和Qk。已知“育鲲”轮伙食冷库制冷压缩机的制冷量Q0是15.6kW，电动马达功率(即压缩机的有效功率)是15.5kW，机械效率m约为0.9。如果忽略压缩机和排气管的散热量，则冷凝器的热负荷 Q=Q0+Pi=Q0+ Pem=15.6+15.50.9=29.55kW“育鲲”轮的壳管式淡水冷却冷凝器，型号：K283 H2；冷却面积A：5.5；传热系数K：800-900 W /（由上文可知K取800为宜）；冷凝温

42、度tk：45；冷却水进口温度：36；冷却水出口温度：40.4；水耗量：6.12m/h（即0.0017 m/s)；冷却水比热容Cw：4.18kJ/kg（即4180 J/kg）；冷却水的密度：1000kg/m。a= = = 3.3610W/ Qk =a(tk- tw1)= 3.3610(45-36)=30240W=30.24kW由此可见，冷凝器的排热量Qk稍大于冷凝器的热负荷Q。如果船舶驶入寒冷区，舷外海水温度太低，可能会造成冷凝器的冷却淡水温度也太低，这时候就需要通过调节冷却水量调节阀来改变冷却淡水的流量，保证冷凝温度和冷凝压力的恒定。同样，当船舶驶入热带区时，也需要调节冷凝器的冷却量，因此，必

43、须使冷凝器的排热量大于冷凝器的热负荷，这样才有调节的余地。所以说，“育鲲”轮伙食冷库制冷系统的冷凝器与压缩机匹配得当。第4章 引起匹配失当的原因及解决办法和改进方案4.1匹配失当的原因和解决办法5月20日，“育鲲”轮启航前往新加坡途中，冷库内已经装满了食物。由于环境的温度、湿度逐渐地增加以及强烈的热带太阳光直射冷库上方的游步甲板和艇甲板，使得冷库的货物热和渗入热大大增加，这样就大大增加了冷凝器的热负荷。与此同时，海水温度逐渐升高，导致低温冷却淡水温度也逐渐升高，冷凝器排热量下降，此时，冷凝器与压缩机比配失当，不能充分冷凝制冷剂蒸气，造成排气压力过高。当排气压力达到22bar时，压缩机因排气高压报警而停车。所采取的解决办法是关好库门，将各个冷库设定的温度值调高2，在触屏控制板上关闭其中四个库的供液电磁阀，逐个地降低每个库的温度到设定温度的范围内，同时增开一台海水泵和一台中央冷却器，开大冷却水量调节阀，加大冷却水量。4.2改进方案“育鲲”轮此次航行最主要的矛盾是海水温度逐渐升高，低温淡水的温度也随之升高，造成全船所