制冷技术(含原理、设备结构类型及组成)[1]一、何谓制冷 在制冷技术中所说的冷， 是指某空间内物体的温度低于周围环境介质 （如水或空气） 温度而言。 因此“制 冷”就是使某一空间内物体的温度低于周围环境介质的温度，并连续维持这样一个温度的过程。 二、何谓人工制冷 我们都知道，热量传递终是从高温物体传向低温物体，直至二者温度相等。热量决不可能自发地从低 温物体传向高温物体，这是自然界的可观规律。 然而，现代人类的生活与生产经常需要某个物体或空间的温度低于环境温度，甚至低得很多。例如， 储藏食品需要把食品冷却到０℃左右或-15℃左右，甚至更低；合金钢在-70℃～-90℃低温下处理后可以提 高硬度和强度。而这种低温要求天然冷却是达不到的，要实现这一要求必须有另外的补偿过程（如消耗一 定的功作为补偿过程）进行制冷。这种借助于一种专门装置，消耗一定的外界能量，迫使热量从温度较低 的被冷却物体或空间转移到温度较高的周围环境中去，得到人们所需要的各种低温，称谓人工制冷。而这 种装置就称谓制冷装置或制冷机。 三、实现制冷的途径 制冷的方法很多，可分为物理方法和化学方法。但绝大多数为物理方法。目前人工制冷的方法主要有 相变制冷、气体绝热膨胀制冷和半导体制冷三种。 1.相变制冷 即利用物质相变的吸热效应实现制冷。 如冰融化时要吸取 80 kcal/kg 的熔解热； 氨在１标 准大气压下气化时要吸取 327kcal/kg 的气化潜热；干冰在１标准大气压下升华要吸取 137kcal/kg 的热量， 其升华温度为-78.9℃。目前干冰制冷常被用在人工降雨和医疗上。 2.气体绝热膨胀制冷 达到制冷的目的。 利用气体通过节流阀或膨胀机绝热膨胀时，对外输出膨胀功，同时温度降低，

　　3.半导体制冷 珀尔帖效应告诉我们：两种不同金属组成的闭合电路中接上一个直流电源时，则一个 接合点变冷，另一个接合点变热。但是纯金属的珀尔帖效应很弱，且热量通过导线对冷热端有相互干扰， 而用两种半导体（N 型和 P 型）组成的直流闭合电路，则有明显的珀尔帖效应且冷热端无相互干扰。因此， 半导体制冷就是利用半导体的温差电效应实现制冷地。目前温差电制冷只用在小型制冷器中，如电子计算 机恒温冷却、精密测量仪器的冷源及精密机床的油箱冷却器等等，都是温差电制冷。 利用物理现象制冷的方法还有很多，我们不一一介绍。目前生产实际中广泛应用的制冷方法是：利用 液体的气化实现制冷，这种制冷常称为蒸气制冷。它的类型有：蒸汽压缩式制冷（消耗机械能）、吸收式 制冷（消耗热能）和蒸汽喷射式制冷（消耗热能）三种。

　　人类最早的制冷方法是利用自然界存在的冷物质－冰、深井水等。 人工制冷至今在世界上才有 100 多年的历史。中国制冷工业基本上是空白，解放前上海只有几家很 小的“冰箱厂”且只搞维修业务，全国冷库也仅有几座。解放后，制冷工业得到飞速发展，特别是八十年代 通过引进国外先进技术，使我国的制冷、空调产品打入了国际市场。 3、制冷技术的应用 、

　　随着制冷工业的发展，制冷技术的应用也日益广泛，现已渗透到人们生活和生产活动的各个领域，从 日常的衣、食、住、行，到尖端科学技术都离不开制冷技术。 1.空调工程 空调工程是制冷技术应用的一个广阔领域。光学仪器仪表、精密计量量具、纺织等生产车间及计算机 房等，都要求对环境的温度、湿度、洁净度进行不同程度的控制；体育馆、大会堂、宾馆等公共建筑和小 汽车、飞机、大型客车等交通工具也都需有舒适的空调系统。 2.食品工程 易腐食品从采购或捕捞、加工、贮藏、运输到销售的全部流通过程中，都必须保持稳定的低温环境， 才能延长和提高食品的质量、经济寿命与价值。这就需有各种制冷设施，如冷加工设备、冷冻冷藏库、冷 藏运输车或船、冷藏售货柜台等。 3.机械与电子工业 精密机床油压系统利用制冷来控制油温，可稳定油膜刚度，使机床能正常工作。对钢进行低温处理可 改善钢的性能，提高钢的硬度和强度，延长工件的使用寿命。多路通讯、雷达、卫星地面站等电子设备也 都需要在低温下工作。 4.医疗卫生事业 血浆、疫苗及某些特殊药品需要低温保存。低温麻醉、低温手术及高烧患者的冷敷降温等也需制冷技 术。 5.国防工业和现代科学 在高寒地区使用的发动机、汽车、坦克、大炮等常规武器的性能需要作环境模拟试验，火箭、航天器 也需要在模拟高空条件下进行试验，这些都需要人工制冷技术。人工降雨也需要制冷。 6.家用冰箱及空调等日常生活方面也是制冷技术的应用。 总之，制冷技术的应用是很广泛的，随着国民经济的发展，科学技术的进步，人民生活水平的不断提高， 制冷技术的发展与应用将会走向新的领域。

　　在制冷循环中，工质不断地进行着热力状态变化。描述工质所处热力状态的物理量称为工质的热力状 态参数，简称状态参数。一定的状态，其状态参数有确定的数值。工质状态变化时，初、终状态参数之间 的差值，仅与初、终状态有关，而与状态变化的过程无关。 制冷技术中常见的状态参数有：温度、压力、比容、内能、焓与熵等。这些参数对于进行制冷循环的 分析和热力计算，都是非常重要的。 一、温度 温度是描述热力系统冷热状态的物理量，是标志物体冷热程度的参数。 物体的温度可采用测温仪表来测定。为了使温度的测量准确一致，就要有一个衡量温度的标尺，简称 温标，工程上常用的温标有： 二、摄氏温标 又叫国际百度温标，常用符号 t 表示，单位为℃。 摄氏温标 2.绝对温标 常用符号 T 表示，单位为开尔文（代号为 K） 。 绝对温标与摄氏温标仅是起点不同而已（t=0℃时，T=273.16K） ，它们每度的温度 间隔确是一致的。在工程上其关系可表示为：

　　T=273t（K） 三、压力 压力是单位面积上所承受的垂直作用力，常用符号 P 表示。 压力可用压力表来测定。在国际单位制中，压力单位为帕斯卡（Pa） ，实际应用时 也可用兆帕斯卡（MPa）或巴（bar）表示,1MPa=106Pa 而 1bar=105 Pa。 压力的标记有绝对压力、表压力和真空度三种情况。绝对压力是指容器中气体的实际压力，用符号 P 表示；表压力（PB）是指压力表（或真空表）所指示的压力；而当气体的绝对压力比大气压力（B）还低 时，容器内的绝对压力比大气压力低的数值，称为真空度（PK） 。三者之间的关系是： P=PBB 四、比容 或 P=B-PK 作为工质的状态参数应该是绝对压力，而不是表压力或真空度。 比容是指单位质量工质所占有的容积，用符号υ表示。 比容是说明工质分子之间密集程度的一个物理量。比容的倒数为工质的密度，即单位容积工质所具有 的质量，用符号ρ表示。比容和密度之间互为倒数关系。 五、内能 内能是工质内部所具有的分子动能和分子位能的总和，用符号ｕ表示。 分子动能包括分子的直线运动动能、旋转运动动能和分子内部振动能三项，其大小 与气体的温度有关。而分子位能的大小与分子间的距离有关，亦即与工质的比容有关。 既然气体的内动能决定于气体的温度、内位能决定于气体的比容，所以气体的内能是其温度和比容的 函数。也就是说内能是一个状态参数。 六、焓 焓是一个复合的热力状态参数，表征系统中所有的总能量，它是内能与压力之和。对１kg 工质而 言，可表示为： ｈ＝ｕ＋Pυ （kJ/kg）或（kcal/kg） 式中 ｈ— 焓或称比焓（kJ/kg 或 kcal/kg） ｕ— 内能（kJ/kg 或 kcal/kg） υ— 比容（m3/kg） ｐ— 绝对压力（N/m2 或[wqp1][wqp2]Pa）

　　在工程单位制中，压力单位常用工程气压、物理大气压和毫米水柱等单位。 由于内能和压力位能都是温度的参数，所以焓也是状态参数。确切地说，焓是一定质量的流体，从某 一初始状态变为任一热力状态所加入的总热量。 熵 七、 熵是一个导出的热力状态参数， 熵的中文意义是热量被温度除所得的商， 熵的外文原名意义是 “转 变” ，指热量可以转变为功的程度，它表征工质状态变化时，与外界热交换的程度。熵是通过其他可以直接 测量的数量间接计算出来的。

　　一、热力学第二定律 在热量传递和热、功转换时，热力学第一定律只能说明它们之间的数量关系，确不能揭示热功转换的 条件和方向性。对于能量传递和转换过程进行的方向、条件和限度则是由热力学第二定律来揭示的，它指 出： “热量能自发的从高温物体传向低温物体，而不能自发的从低温物体传向高温物体” 。这正象石头或水 不可能自发的从低处向高处运动一样。但这并不是说石头和水在任何条件下都不可能由低处移向高处，只 要外界给它们足够大的作用力，在这个力的作用下石头或水就能由低处移向高处，这个外界作用力称为补 偿。同样，不能把热力学第二定律的说法理解为： “不可能把热量从低温物体传到高温物体” 。而是只要有 一个补偿过程，热量就能自低温物体传到高温物体。制冷装置就是以消耗一定的外间功作为补偿过程而实 现人工制冷的。 1、正循环及热效率 、 膨胀--压缩循环按瞬时针方向进行的，称为正循环。在 P—υ图上，正循环的膨胀线 q2 4 2 -w0

　　—4—1 之上。正循环的单位质量净功 w0 为正值，若设高温热源加给工质的热量为 q1，工质放给低温热源 的热量为 q2，则： 二、循环与理想制冷循环 (一)循环 一 循环 热变功的根本途径是依靠工质的膨胀。为了持续不断地将热转换为功,工程上是通过热机来实现

　　的。但工质在热机汽缸中仅仅完成一个膨胀过程是不可能满足要求的。为了能重复地进行膨胀，工质在每 次膨胀之后必须进行压缩，以便使其回到初态。我们把工质从初态出发，经过一系列状态变化又回到初态 的封闭过程，称为“循环” 。循环按其进行方向不同又可分为正循环和逆循环。如下图所示： 评价正循环的好坏，通常用循环热效率ηt 来衡量，循环热效率是指工质在整个热力循环中，对外界所 作的净功 w0 与循环中外界所加给工质的热量 q1 的比值。即：

　　膨胀--压缩循环按逆时针方向进行的，称为逆循环。如图 2-1 所示。逆循环的压缩线 位于膨胀 线 之上。其循环的净功为负值。若用 q1 表示工质向高温热源放出的热量，用 q2 表示工质从低温 热源吸收的热量，则有： w0=q1-q2 或 q1=q2w0 上式说明，外界对工质作功，且热量的传递方向也全部改变。也就是说，逆循环的效果是消耗外界的 功，将热量从低温物体传递给高温物体。如逆循环的目的是从低温物体中吸收热量，则称为制冷循环。如 逆循环的目的是给高温物体供热，则称为热泵循环。 逆循环的好坏通常用性能系数ε来衡量。对于制冷机来说，是指从冷源吸收的热量 q2 与消耗的循环净 功 w0 的比值ε1 称为制冷系数。对于热泵来说，是指供给热源的热量 q1 与消耗的循环净功 w0 的比值ε2 称 为供热系数。则有： ε1= q2/ w0 ε2= q1/ w0= q2 w0 w0 =ε11

　　从上述分析可见，伴随着低温热源把一部分热量 q2 传送到高温热源中去的同时, 循 环的净功 w0 也将转变为热量并流向高温热源，这就是使热量从低温热源传给高温热源所必需的补偿条件。 没有这个补偿条件，热量是不可能从低温热源传给高温热源的。 （二）理想制冷循环 理想制冷循环可通过逆卡诺循环来说明。 逆卡诺循环如图 2-2 所示，它由两个等温过程 和两个绝热过程组成。假设低温热源（即被冷却物 体）的温度为 T0，高温热源（即环境介质）的温度 为 Tk, 则工质的温度在吸热过程中为 T0，在放热过 程中为 Tk, 就是说在吸热和放热过程中工质与冷源 及高温热源之间没有温差，即传热是在等温下进行 的，压缩和膨胀过程是在没有任何损失情况下进行 的。其循环过程为： 首先工质在 T0 下从冷源（即被冷却物体）吸取热量 q0，并进行等温膨胀 4-1，然后通过绝热压缩 1-2， 使其温度由 T0 升高至环境介质的温度 Tk, 再在 Tk 下进行等温压缩 2-3，并向环境介质（即高温热源）放出 热量 qk, 最后再进行绝热膨胀 3-4，使其温度由 Tk 降至 T0 即使工质回到初始状态 4，从而完成一个循环。 对于逆卡诺循环来说，由图 2-2 可知： T0 T Tk 3 w0 4 1 q0 S 图 2-2 逆卡诺循环 T—S 图 qk 2

　　由上式可见，逆卡诺循环的制冷系数与工质的性质无关，只取决于冷源（即被冷却 物体）的温度 T0 和热源（即环境介质）的温度 Tk；降低 Tk，提高 T0，均可提高制冷系数。此外，由热力 学第二定律还可以证明： “在给定的冷源和热源温度范围内工作的逆循环，以逆卡诺循环的制冷系数为最 高” 。任何实际制冷循环的制冷系数都小于逆卡诺循环的制冷系数。 总上所述，理想制冷循环应为逆卡诺循环。而实际上逆卡诺循环是无法实现的，但它可以用作评价实 际制冷循环完善程度的指标。通常将工作于相同温度间的实际制冷循环的制冷系数ε与逆卡诺循环制冷系 数εk 之比，称为该制冷机循环的热力完善度，用符号η表示。即： η=ε/εk 热力完善度是用来表示制冷机循环接近逆卡诺循环循环的程度。它也是制冷循环的一个技术经济指 标，但它与制冷系数的意义不同，对于工作温度不同的制冷机循环无法按其制冷系数的大小来比较循环的 经济性好坏，而只能根据循环的热力完善度的大小来判断。

　　一、制冷剂的相态变化 众所周知，物质有三种状态，就是固态、液态和气态。通常我们把固态的物体叫固体，液态的物体叫 液体，气态的物体叫气体。物质的三种状态，在一定的压力和温度条件下是可以相互转化的。其转化过程 分别称为： 1.汽化 汽化 物质从液态转变为气态的过程称为汽化。 汽化有蒸发和沸腾两种形式。其中，在液体表面进行的汽化过程叫蒸发，在液体内部产生气泡的剧烈 汽化过程叫沸腾。在一定压力下，蒸发在任何温度下都可进行，而沸腾只有液体被加热到一定温度才开始 进行。当汽液两相共存并且保持平衡状态时称为饱和状态。此时的蒸汽和液体分别叫做饱和蒸汽和饱和液 体，处于饱和状态的压力与温度称为饱和压力与饱和温度。饱和压力与饱和温度总是相互对应的，即一定 的饱和压力对应着一定的饱和温度，反之亦然。二者之间的对应关系是：饱和温度愈高，饱和压力也愈高。 反之，饱和压力愈高，饱和温度也愈高。这是饱和状态的一个重要特点。 2.冷凝 冷凝 和增加压力。 3.升华 升华 4.凝华 凝华 过程。 物质由固态直接转变为气态的过程称为升华。 物质由气态直接转变为固态的过程称为凝华。例如空气中的水蒸汽在膨胀阀上结霜时发生的 物质从汽态转变为液态的过程称为冷凝或叫做液化。 汽体的液化温度与压力有关，增大压力，可使汽体在较高的温度下液化。液化的基本方法是降低温度

　　制冷剂又称制冷工质，它是在制冷系统中不断循环并通过其本身的状态变化以实现制冷的工作物质。 制冷剂在蒸发器内吸收被冷却介质（水或空气等）的热量而汽化，在冷凝器中将热量传递给周围空气或水 而冷凝。它的性质直接关系到制冷装置的制冷效果、经济性、安全性及运行管理，因而对制冷剂性质要求

　　的了解是不容忽视的。 一、对制冷剂性质的要求 1.临界温度要高，凝固温度要低。这是对制冷剂性质的基本要求。临界温度高，便于用一般的冷却水 或空气进行冷凝；凝固温度低，以免其在蒸发温度下凝固，便于满足较低温度的制冷要求。 2.在大气压力下的蒸发温度要低。这是低温制冷的一个必要条件。 3.压力要适中。蒸发压力最好与大气压相近并稍高于大气压力，以防空气渗入制冷系统中，从而降低 制冷能力。冷凝压力不宜过高（一般≯12～15 绝对大气压） ，以减少制冷设备承受的压力，以免压缩功耗 过大并可降低高压系统渗漏的可能性。 4.单位容积制冷量ｑv 要大。这样在制冷量一定时，可以减少制冷剂的循环量，缩小压缩机的尺寸。 5.导热系数要高，粘度和密度要小。以提高各换热器的传热系数，降低其在系统中的流动阻力损失。 6.绝热指数ｋ要小。由绝热过程中参数间关系式可知，在初温和压缩比相同的情况下，K↑→T2↑。可 见，ｋ小可降低排气温度。 7.具有化学稳定性。不燃烧、不爆炸、高温下不分解、对金属不腐蚀、与润滑油不起化学反应、对人 身健康无损无害。 8.价格便宜，易于购得。且应具有一定的吸水性，以免当制冷系统中渗进极少量的水分时，产生“冰 塞”而影响正常运行。 二、制冷剂的一般分类 根据制冷剂常温下在冷凝器中冷凝时饱和压力 Pk 和正常蒸发温度 T0 的高低，一般分为三大类： 1.低压高温制冷剂 冷凝压力 Pk≤２～３Kg/cm2（绝对） 0 ０℃ ，T 如Ｒ11（CFCl3） ，其 T0＝23.7℃。这类制冷剂适用于空调系统的离心式制冷压缩机中。通常３０℃时， Pk≤3.06Kg/cm2 。 2.中压中温制冷剂 冷凝压力 Pk 20Kg/cm2（绝对） ，０℃ T0 -60℃。 如Ｒ717、Ｒ12、Ｒ22 等，这类制冷剂一般用于普通单级压缩和双级压缩的活塞式制冷压缩机中。 3.高压低温制冷剂 冷凝压力 Pk≥20Kg/cm2（绝对） 0≤－70℃。 ，T 如Ｒ13（CF3Cl） 、Ｒ14（CF4） 、二氧化碳、乙烷、乙烯等，这类制冷剂适用于复迭式制冷装置的低温 部分或－７０℃以下的低温装置中。 三、常用制冷剂的特性 目前使用的制冷剂已达 70～80 种，并正在不断发展增多。但用于食品工业和空调制冷的仅十多种。其 中被广泛采用的只有以下几种： 1.氨（代号：Ｒ717） 氨是目前使用最为广泛的一种中压中温制冷剂。氨的凝固温度为-77.7℃，标准蒸发温度为－33.3℃， 在常温下冷凝压力一般为 1.1～1.3MPa，即使当夏季冷却水温高达３０℃时也决不可能超过 1.5MPa 。氨的 单位标准容积制冷量大约为 520kcal/ｍ3。 氨有很好的吸水性，即使在低温下水也不会从氨液中析出而冻结，故系统内不会发生“冰塞”现象。 氨对钢铁不起腐蚀作用，但氨液中含有水分后，对铜及铜合金有腐蚀作用，且使蒸发温度稍许提高。因此， 氨制冷装置中不能使用铜及铜合金材料，并规定氨中含水量不应超过 0.2％。 氨的比重和粘度小，放热系数高，价格便宜，易于获得。但是，氨有较强的毒性和可燃性。若以容积 计，当空气中氨的含量达到 0.5％～0.6％时，人在其中停留半个小时即可中毒，达到 11％～13％时即可点 燃，达到 16％时遇明火就会爆炸。因此，氨制冷机房必须注意通风排气，并需经常排除系统中的空气及其 它不凝性气体。 总上所述，氨作为制冷剂的优点是：易于获得、价格低廉、压力适中、单位制冷量大、放热系数高、 几乎不溶解于油、流动阻力小，泄漏时易发现。其缺点是：有刺激性臭味、有毒、可以燃烧和爆炸，对铜 及铜合金有腐蚀作用。

　　2.氟利昂－12（代号：Ｒ12） R12 为烷烃的卤代物，学名二氟二氯甲烷。它是我国中小型制冷装置中使用较为广泛的中压中温制冷 剂。R12 的标准蒸发温度为-29.8℃，冷凝压力一般为 0.78～0.98MPa，凝固温度为-155℃，单位容积标准制 冷量约为 288kcal/ｍ3。 R12 是一种无色、透明、没有气味，几乎无毒性、不燃烧、不爆炸，很安全的制冷剂。只有在空气中 容积浓度超过 80％时才会使人窒息。但与明火接触或温度达 400℃以上时，则分解出对人体有害的气体。 R12 能与任意比例的润滑油互溶且能溶解各种有机物，但其吸水性极弱。因此，在小型氟利昂制冷装 置中不设分油器，而装设干燥器。同时规定 R12 中含水量不得大于 0.0025％，系统中不能用一般天然橡胶 作密封垫片，而应采用丁晴橡胶或氯乙醇等人造橡胶。否则，会造成密封垫片的膨胀引起制冷剂的泄漏。 3.氟利昂－22（代号：R２２） R22 也是烷烃的卤代物，学名二氟一氯甲烷，标准蒸发温度约为-41℃，凝固温度约为-160℃，冷凝压 力同氨相似，单位容积标准制冷量约为 454kcal/ｍ3。 R22 的许多性质与 R12 相似，但化学稳定性不如 R12，毒性也比 R12 稍大。但是，R22 的单位容积制 冷量却比 R12 大的多，接近于氨。当要求-40～-70℃的低温时，利用 R22 比 R12 适宜，故目前 R22 被广泛 应用于-40～-60℃的双级压缩或空调制冷系统中。

　　载冷剂是用来先接受制冷剂的冷量而后去冷却其它物质的媒介物质，又称冷媒。它在间接制冷系统中 起着传递制冷剂冷量的作用。 一、对载冷剂的要求 选择载冷剂时应考虑因素有：冰点、比热、对金属腐蚀性和价格等。 1.比热要大 比热大，载冷量就大，从而可减小载冷剂的循环量。

　　2.粘度低、导热系数高。 3.凝固点低且要适宜，因凝固点过低将导致比热减小、粘度增大。 4.无臭、无毒、使用安全，且对金属的腐蚀性要小。 5.价格低廉，易于购得。 二、常用载冷剂及性质 载冷剂的种类较多，可以是气体、液体或固体。常用载冷剂有空气、水和盐水溶液。 1.空气和水 空气或水是最廉价、最易获得的载冷剂。都具有密度小、安全无害、对设备几乎无腐蚀性等优点。但 空气的比热小，所以只有利用空气直接冷却时才采用空气作载冷剂。水虽有比热大的优点，但水的冰点高， 所以水仅能用作制出０℃以上的载冷剂。０℃以下应采用盐水作载冷剂。 2.盐水溶液 盐水是最常用的载冷剂，由盐溶于水制成。常用的盐水主要有氯化钠水溶液和氯化钙水溶液。 盐水的性质于溶液中含盐量的多少有关。特别需要指出，盐水的凝固点取决于盐水的浓度。图 2-1 中 的曲线表示盐水溶液的凝固点与浓度的关系。 图中曲线Ⅰ（实线）为氯化钠盐 水的凝固曲线，曲线Ⅱ（虚线）为氯 化钙盐水的凝固曲线。由这两条曲线 可知 ,无论哪一种盐水，当盐水的浓 度小于某一定值时，其凝固温度随浓 度的增加而降低，当浓度大于这一定 值以后，凝固温度随浓度的增加反而 升高。此转折点称为冰盐共晶点，对 应的浓度称共晶浓度。该点相当于全 部盐水溶液冻结成一块冰盐结晶体， 0℃ -10 -20 -30 -40 -50 -60 0 10 20 30 40 50％ 图 3-1 盐水的凝固点与浓度的关系

　　它是最低的凝固点。 在共晶点的左侧，如果盐水的浓度不变，而温度降低，当低于该浓度所对应的凝固点时，则有冰从盐 水中析出，所以共晶点左面的曲线称为析冰线。当盐水的浓度超过共晶浓度时（即在共晶点的右面） ，如果 盐水的浓度不变，而当温度降低到该浓度所对应的凝固点以下时，从溶液中析出的不再是冰而是结晶盐， 因此共晶点右面的曲线称为析盐线。 不同的盐水溶液其共晶点是不同的，如氯化钠盐水的共晶温度为-21.2℃，共晶浓度为 22.4％；而氯化 钙盐水的共晶温度为-55℃，共晶浓度为 29.9％。 盐水虽具有原料充沛、成本低、凝固点可调等优点，但由于盐水的浓度对盐水溶液的性质具有很大影 响，故盐水作为载冷剂时应注意以下问题： （1）要合理地选择盐水的浓度。盐水的浓度增高，虽可降低凝固点，但使盐水密度加大、比热减小。而 盐水密度加大与比热减小，都会使输液泵的功率消耗增大。因此，不应选择过高的盐水浓度，而应根据使 盐水的凝固点低于载冷剂系统中可能出现的最低温度为原则来选择盐水的浓度。目前一般在选择盐水浓度 时，使其凝固温度比制冷剂的蒸发温度低５～８℃为宜。 （2）注意盐水对设备及管道的腐蚀问题。盐水对金属的腐蚀随溶液中含氧量的减少而变慢。为此，最好 采用闭式盐水系统，以减少盐水与空气接触机会，从而降低对设备及管道的腐蚀。此外，盐水的含氧量随 盐水浓度的降低而增高。因而，从含氧量与腐蚀性来要求，盐水浓度不可太低。另外，为了减轻盐水的腐 蚀性，还应在盐水中加入一定量的防腐剂并使其具有合适的酸碱性。一般１ｍ3 氯化钠水溶液中应加 3.2kg 重铬酸钠和 0.88kg 氢氧化钠；１ｍ3 氯化钙水溶液中应加 1.6kg 重铬酸钠和 0.44kg 氢氧化钠。加入防腐剂 后，必须使盐水呈弱碱性（pＨ=7.5～8.5） ，这可通过氢氧化钠的加入量进行调整。添加防腐剂时应特别小 心并注意毒性。 （3）盐水载冷剂在使用过程中，会因吸收空气中的水分而使其浓度降低。为了防止盐水的浓度降低，引 起凝固点温度升高，必须定期检测盐水的比重。若浓度降低，应适当补充盐量，以保持在适当的浓度。

　　润滑油在制冷工程上通常称为冷冻机油，它在制冷压缩机的运行中起着重要作用。主 一、润滑油的作用 要有如下几方面： 1.起润滑作用 减小机器运动部件的摩擦和磨损，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，能够带走制冷压缩机工作过程中产生的许多热量， 使机器保持较低的温度，从而提高制冷压缩机的效率和使用可靠性。 3.起密封作用 冷冻机油在轴封及汽缸与活塞间起密封作用，防止制冷剂泄漏。 4.提供卸载机构的动力 带有卸载装置的制冷压缩机中，利用冷冻机油的油压作为卸载机构的动力。 二、润滑油的性能指标及选用 (一) 润滑油的性能指标 1.粘度 粘度是润滑油的一个主要性能指标，不同制冷剂对粘度有不同要求，如 R12 与润滑油能相互 溶解，会使润滑油粘度降低，故应选用粘度较高的润滑油。压缩机中润滑油的粘度过大和过小都不好。粘 度过大会使压缩机摩擦功率和摩擦发热量增加，启动力矩增大，机器效率降低;粘度过小，则因不能建立起 所需油膜而加速轴承等处的磨损。因此粘度必须适中。 润滑油的粘度随温度变化而有很大变化(例如温度由 50℃升高到 100℃时，矿物油的粘度值降低到原 来值的 1/3—1/6)。故应选用温度对粘度影响小的润滑油。 2.浊点 润滑油的浊点是表示当温度降低到某一数值时，润滑油中开始析出石蜡(即润滑油变得混浊) 时的温度。制冷压缩机中所使用的润滑油，其浊点应低于制冷剂的蒸发温度。特别在氟系统中，一部分润 滑油溶解于制冷剂中而随制冷剂流到制冷系统各处，若油中有石蜡析出，它会积存在节流阀处引起堵塞， 或积存在蒸发器的传热表面，减弱传热效果。 3.凝固点 润滑油在试验条件下，冷却到停止流动的温度，称为凝固点。用于制冷压缩机的润滑油， 凝固点应越低越好。一般凝固点应低于-40℃。当润滑油与制冷剂互相溶解时，凝固点将会降低。 4.闪点 润滑油(在开口盛油器内)加热到它的蒸汽与火焰接触时，发生闪火的最低 温度称为闪点。 制冷压缩机所用的润滑油其闪点应比排汽温度高 25～35℃， 以免引起润滑油的燃烧与结焦。 通常对氨、R12 和 R22 用的润滑油，其闪点应在 160～170℃以上。 5.学稳定性及抗氧化性 润滑油应具有良好的化学稳定性和抗氧化，否则在高温或金属的催化作用下， 与制冷剂等接触反应，会生成焦炭、酸性物等有害物质。 6.含水量与机械杂质 润滑油中不应含有水分，因为水分不但会使蒸发压力下降，蒸发温度升高，而 且会加剧油的化学变化及腐蚀金属的作用。水分在氟利昂压缩机中还会引起“镀钢现象” ，使铜零件与氟利 昂发生作用而分解出铜，并积聚在轴承、阀门等零件的钢质表面上。结果使这些表的厚度增加，破坏了轴

　　承的间隙，使机器运转不良。这种现象出现在封闭式和半封闭式压缩机中较多。 一般新油中不含有水分和机械杂质，因为用于制冷机的润滑油，在生产过程中都经过了严格的脱水处 理。但脱水润滑油具有很强的吸湿性，所以在储运、加油时，应尽量避免和空气接触。 用汽油或苯将润滑油溶解稀释，并用滤纸过滤后所残存的物质称为润滑油的机械杂质。润滑油中的机 械杂质会加速零件的磨损和油的绝缘性能的降低、堵塞润滑油通道，所以杂质也是越少越好，一般规定不 超过 0.01％。 7.击穿电压 击穿电压是一个表示润滑油绝缘性能的指标，纯润滑油绝缘性能很好，但当其含有水分、 纤维、灰尘等杂质时，绝缘性能就会降低。 半封闭式和全封闭式压缩机,一般要求润滑油的击穿电压在 25kV 以上。因为润滑油直接和电机绕组接 触。 （二）国产冷冻机油的规格及选用 我国目前冷冻机油规格是按照石油化工总公司颁布的《ZBE34003—86》的标准生产 的，本标准的产品，按 40℃时运动粘度中心值分为 N15、N22、N32、N46 和 N68 五个粘度等级，都可用 于以氨为制冷剂的冷冻机。其主要性能指标如表 2—1 所示。但是以前颁布的冷冻机油规格是按 50℃时的 运动粘度值而分为 13、18、25 和 30 四个牌号。选用时可参考冷冻机油新旧粘度等级对照表。 实践中，一般 R12 压缩机选用 N32(18 号)，R22 压缩机选用 N46(25 号)，氨压缩机选用 N22（13 号) 或 N46(25 号)。 表 2—1 国产冷冻机油的规格及主要性能指标 项 目 N15 13.5-16.5 150 质 量 N22 19.8-24.2 160 -40 0.02 0.05 0.005% 无 无 0.2 0.02% 0.05 0.005% 0.03 0.1 0.02% 指 N32 28.8-35.2 160 标 N46 41.4-50.6 170 N68 61.2-74.8 180 -35 0.05

　　粘 度 等 级 运动粘度(mm2/s) 闪点(℃),不低于 凝点(℃),不高于 酸值(mgKOH/g) 不大于 氧化后酸值,不大于 氧化沉淀物,不大于 水 分

　　前面我们讲过，液体气化的吸热作用可用来制冷，如氨液气化、氟利昂气化都有良好的吸热制冷能力。 但是，如果液体气化后排放到大气中，则既浪费又污染环境，且制冷效应只能维持到液体全部气化为止。 为了解决上述问题，必需设法将气化后的蒸汽恢复到液体状态重复利用。这就需要通过压缩机和冷凝器等 来完成。以下我们以氨为例来说明蒸气压缩式制冷循环原理。 理论上，最简单的压缩式制冷循环系统由：蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀四大部件组成，如图所 示。 3 lgP 冷凝器 2 3 2

　　从蒸发器出来的氨的低温低压蒸气（状态１）被吸入压缩机内，压缩成高压高温的过热蒸气（状态 2） ， 然后进入冷凝器。由于高压高温过热氨气的温度高于其环境介质的温度，且其压力使氨气能在常温下冷凝

　　成液体状态，因而排至冷凝器时，经冷却、冷凝成高压常温的氨液（状态 3） 。高压常温的氨液通过膨胀崐 时，因节流而降压，在压力降低的同时，氨液因沸腾蒸发吸热使其本身的温度也相应下降，从而变成了低 压低温的氨液（状态 4） 。把这种低压低温的氨液引入蒸发器吸热蒸发，即可使其周围空气及物料的温度下 降而达到制冷的目的。从蒸发器出来的低压低温氨气重新进入压缩机，从而完成一个制冷循环。然后重复 上述过程。

　　一、单级压缩制冷循环的基本组成 如前所述，蒸气压缩式制冷，是由压缩机、冷凝器、膨胀阀（或毛细管）和蒸发器四大部件组成的。 实际上，单级压缩制冷循环的组成，除上述四大部件外，一般还有分油器、贮液器、汽液分离器及各种控 制阀等部件，如下图所示。 水 放空气 放油

　　图 4-1 单级压缩制冷循环示意图 二、单级压缩制冷机的工作过程 来自蒸发器内的低温低压蒸气，经汽液分离器后，被压缩机吸入气缸内压缩成高压高温的过热蒸气。 然后，经氨油分离器使其中所携带的润滑油分离出来，再进入冷凝器与冷却水进行热交换后凝结成高压中 温的氨液并流入贮液器。该高压液体通过调节站经膨胀阀节流降压后，再次进入汽液分离器。从汽液分离 器出来的低压低温液体，进入蒸发器吸热蒸发产生冷效应，使库房内的空气及物料的温度下降，从而完成 一个制冷循环。 这里需要说明一点，上述两次提到了汽液分离器，这说明该部件在制冷循环中有很重要的作用。关于 这一点，我们后面再讲。 三、单级压缩制冷循环的性能指标 1.单位制冷量 q0 即１kg 制冷剂在蒸发器中所能制取的冷量。 2.单位容积制冷量ｑv 4.单位冷凝热负荷ｑK 指压缩机吸入每立方米制冷剂蒸气所能制取冷量。 指１kg 制冷剂蒸气在冷凝器中放出的热量。 3.单位理论功ｗ。 指压缩机压缩每公斤制冷剂所消耗的功。 5.理论制冷系数ε0 即单位制冷量与单位理论功之比。

　　一、采用两级压缩的原因 制冷系统的冷凝温度（或冷凝压力）决定于冷却剂（或环境）的温度，而蒸发温度（或蒸发压力）取 决于制冷要求。由于生产的发展，对制冷温度的要求越来越低，因此，在很多制冷实际应用中，压缩机要 在高压端压力（冷凝压力）对低压端压力（蒸发压力)的比值（即压缩比）很高的条件下进行工作。由理想 气体的状态方程 Pｖ/T≡Ｃ可知， 此时若采用单级压缩制冷循环， 则压缩终了过热蒸气的温度必然会很高(Ｖ 一定，Ｐ↑→Ｔ↑)，于是就会产生以下许多问题。

　　1.压缩机的输气系数λ大大降低，且当压缩比≥20 时，λ＝0 。 2.压缩机的单位制冷量和单位容积制冷量都大为降低。 3.压缩机的功耗增加，制冷系数下降。 4.必须采用高着火点的润滑油，因为润滑油的粘度随温度升高而降低。 5.被高温过热蒸气带出的润滑油增多，增加了分油器的负荷，且降低了冷凝器的传热性能。 总上所述，当压缩比过高时，采用单级压缩循环，不仅是不经济的，而且甚至是不可能的。为了解决 上述问题，满足生产要求，实际中常采用带有中间冷却器的双级压缩制冷循环。但是，双级压缩制冷循环 所需的设备投资较单级压缩大的多，且操作也较复杂。因此，采用双级压缩制冷循环并非在任何情况下都 是有利的，一般当压缩比≥8 时，采用双级压缩较为经济合理。 二、双级压缩制冷循环的组成及常见形式 两级压缩制冷循环，是指来自蒸发器的制冷剂蒸气要经过低压与高压压缩机两次压缩后，才进入冷凝 器。并在两次压缩中间设置中间冷却器。两级压缩制冷循环系统可以是由两台压缩机组成的双机（其中一 台为低压级压缩机，另一台为高压级压缩机）两级系统，也可以是由一台压缩机组成的单机两级系统，其 中一个或两个汽缸作为高压缸，其余几个汽缸作为低压缸，其高、低压汽缸数量比一般为 1:3 或 1:2 。 两级压缩制冷循环由于节流方式和中间冷却程度不同而有不同的循环方式，通常分为：两次节流中间 完全冷却、两次节流中间不完全冷却、一次节流中间完全冷却和一次节流中间不完全冷却四种两级压缩制 冷循环方式。其中，两次节流是指制冷剂从冷凝器出来要先后经过两个膨胀阀再进入蒸发器，即先由冷凝 压力节流到中间压力，再由中间压力节流到蒸发压力，而一次节流只经过一个膨胀阀，大部分制冷剂从冷 凝压力直接节流到蒸发压力，相比之下，一次节流系统比较简单，且可以利用其较大的压力差实现远距离 或高层冷库的供液。因此实践中采用的基本上都是一次节流两级压缩制冷循环系统。至于采用哪一种中间 冷却方式，由选用制冷剂的种类来决定。通常两级压缩氨制冷系统采用中间完全冷却，而两级压缩氟利昂 制冷系统，则常采用中间不完全冷却。 １.一次节流中间完全冷却的双级循环 4 3 2 1 lgP 7 高压机 低压机 5 4

　　这个系统的特点是采用盘管式中间冷却器。它既有两级节流的减少节流损失效果，又起到对低压级排 气完全冷却的作用。其工作过程是： 在蒸发器中产生的低压低温制冷剂蒸气 （状态１） 被低压压缩机吸入并压缩成中间压力的过热蒸气 ， （状 态 2） ，然后进入同一压力的中间冷却器，在中冷器内被冷却成干饱和蒸气（状态 3） 。中压干饱和蒸气又被 高压压缩机吸入并压缩到冷凝压力的过热蒸气（状态 4） ，随后进入冷凝器被冷凝成制冷剂液体（状态 5） 。 然后分成两路，一路经膨胀阀Ｆ节流降压后（状态 8）进入中间冷却器，大部分液体从另一路进入中间冷 却器的盘管内过冷（状态 6） ，但由于存在传热温差，故其在盘管内不可能被冷却到中间温度，而是比中间 温度一般高△ｔ＝３－５℃。过冷后的液体再经过主膨胀阀节流降压成低温低压的过冷液（状态 7） ，最后 进入蒸发器吸热蒸发，产生冷效应。 这种循环系统只适用于 R717 与 R22 的双级制冷循环系统中。 ２.一次节流中间不完全冷却的双级循环

　　一次节流中间不完全冷却的双级循环，主要适用于氟利昂制冷装置，采用回热循环。如图 3-4 所示的 SD2——4F——10A 型两级压缩氟利昂制冷装置系统图，就是按图 3-3 的循环设计的。这种循环系统的特点是： 制冷剂主流先经盘管式中间冷却器过冷，再经回热器进一步冷却；且低压压缩机的吸气有较大的过热度； 此外，低压级的排气没有完全冷却到饱和状态。 其工作过程为：从蒸发器出来的蒸汽经回热器后被低压压缩机吸入，压缩到中间压力并与中冷器出来 的干饱和蒸汽在管路中进行混合，使从低压机排出的过热蒸汽被冷却后再进入高压压缩机，经压缩到冷凝 压力并进入冷凝器，冷凝后的高压制冷剂液体进入了中冷器的蛇形盘管进行再冷却，然后进入回热器与从 蒸发器出来的低温低压蒸汽进行热交换，使从中冷器蛇形盘管中出来的过冷液体再一次得到冷却，最后经 膨胀阀进入蒸发器吸热蒸发。

　　图 4—4 SD2——4F——10A 型两级压缩氟利昂制冷装置系统图 这种循环系统，只适用于Ｒ12 或Ｒ22 的双级制冷循环系统中，而决不能用于氨的制冷系统中。这是 因为：虽然高、低压级吸入蒸汽的过热度都比较大，但是因为氟利昂的绝热指数 K 值比氨要小，故压缩机 的排气温度不高。 3.两次节流中间完全冷却的双级循环 3.两次节流中间完全冷却的双级循环 4 3 1 lgP 5 4

　　高压机 这个系统的特点是选用了闪发式中间冷却器。它起两个作用，其一是相当于两次节流的中间液体分离 低压机 7 2 器，其二是利用一小部分液体的吸热蒸发作用，对低压机的排气进行完全中间冷却。这种型式的制冷循环 3 6 6 系统，只适用于 R717 或 R22 的双级压缩制冷循环系统中。为了防止从中间冷却器出来的饱和液体在管路中 1 膨胀阀 8 膨胀阀 闪发成蒸汽，通常要求中间冷却器与蒸发器之间的距离要近。 7 h 5 8 综上分析可知，采用双级压缩制冷循环，不但降低了高压机的排气温度，改善了压缩机润滑条件，而 且由于各级压缩比都较小，压缩机的输汽系数大大提高。此外，采用双级压缩循环的功耗也比单级压缩循 环的功耗降低。

　　一、制冷压缩机的作用 制冷压缩机是制冷装置中最主要的设备，通常称为制冷装置中的主机。制冷剂蒸气从低压提高为高压 以及汽体的不断流动、输送，都是借助于压缩机的工作来完成的，也就是说，制冷压缩机的作用是： 1、从蒸发器中吸取制冷剂蒸气，以保证蒸发器内一定的蒸发压力。 2、提高压力，将低压低温的制冷剂蒸气压缩成为高压高温的过热蒸气，以创造在较高温度（如夏季 35℃左右的气温）下冷凝的条件。 3、输送并推动制冷剂在系统内流动，完成制冷循环。 二、制冷压缩机的种类及工作原理

　　制冷压缩机的种类和形式很多，根据其基本工作原理，可分为容积型和速度型两大类，如图所示。 1、容积型 容积型压缩机是靠工作腔容积的改变实现吸气、压缩、排气等过程。容积型压缩机根据 、 其工作部件的运动形式，又可分为往复式和回转式，前者活塞在气缸内作往复运动，而后者是工作部 件在气缸内作回转运动，如图 5－1 所示的螺杆式、滑片式等压缩机均为回转式。但目前制冷工业上使 用最广泛的为活塞式压缩机，且机型有几十种之多。 2、速度型 速度型压缩机是靠高速旋转的工作叶轮对蒸气作功，使压力升高并完成输送蒸气的任务。 、 这类压缩机根据蒸气的流动方向分为离心式和轴流式两种，其中应用较广的是离心式。

　　一、活塞式压缩机的分类 、 1、按所采用的工质分类，一般有氨压缩机和氟利昂压缩机两种。

　　按压缩级数分类，有单级压缩和两级压缩。单级压缩机是指压缩过程中制冷剂蒸气由低压至高压只经 过一次压缩。而所谓的两级压缩机，压缩过程中制冷剂蒸气由低压至高压要连续经过两次压缩。

　　2、按作用方式分类，有单作用压缩机和双作用压缩机。单作用式如图 5-2a 所示，其制冷剂蒸气仅在 活塞的一侧进行压缩，活塞往返一个行程，吸气排气各一次。而双作用压缩机如图 5－2b 所示，制冷剂蒸 气轮流在活塞两侧的气缸内进行压缩，活塞往返一个行程，吸、排气各两次。所以同样大小的气缸，双作 用压缩机的吸气量较单作用的大。但是由于双作用压缩机的结构较复杂，因而目前大都是采用单作用压缩 机。 3、按制冷剂蒸气在气缸中的运动分类，有直流式和逆流式，如图 5－3 所示。所谓直流式是指制冷剂 蒸气的运动从吸气到排气都沿同一个方向进行， 而逆流式， 吸气与排气时制冷剂蒸气的运动方向是相反的。 从理论分析来看，直流式与逆流式相比，由于蒸气在气缸中温度及比容的变化较少，故直流式性能较好。 但是由于直流式压缩机的进汽阀需装在活塞上，这样便相对增加了活塞的长度和重量，因而功的消耗就增 加、检修也麻烦，所以目前生产的压缩机大都采用逆流式。 4、按气缸中心线的位置分类，有立式压缩机、卧式压缩机、Ｖ型、Ｗ型和Ｓ型压缩机等。立式压缩机 如图 5－2a 及图 5－3 所示， 卧式压缩机如图 5－2b 所示， 前者气缸中心线呈垂直位置而后者气缸中心线是 水平的。Ｖ型、Ｗ型和Ｓ型是高速、多缸、现代型压缩机，其速度一般为 960～1440 转／分，气缸数目多 为２、4、6、8 四种，其中，字母表示气缸的排列形式。 5、活塞式制冷压缩机，根据其结构特征，还可分为开启式、半封闭式和全封闭式三种。虽然构造各异， 但它们之间也有许多共同之处，只是其结构特征不同。 开启式制冷压缩机的结构特征在于：压缩机的动力输入轴伸出机体外，通过联轴器或皮带轮与电动机 联结，并在伸出处用轴封装置密封。目前，氨压缩机和容量较大的氟利昂压缩机都采用这种结构形式。 半封闭式制冷压缩机的结构特点是：压缩机与电动机共用一主轴，并共同组装于同一机壳内，但机壳 为可拆式，其上开有各种工作孔用盖板密封。 全封闭式制冷压缩机的结构特点在于：压缩机与其驱动电动机共用一个主轴，二者组装在一个焊接成 型的密封罩壳中。这种压缩机结构紧凑，密封性好，使用方便，振动小、噪音小，广泛使用在小型自动化 制冷和空调装置中。 排气三个过程，如图 5－4 所示。

　　吸气过程 4-1： 活塞由上止点向下运动 时，气缸容积增大压力降低，当气缸内压力 低于吸气管路中的压力时，在压力差作用下 使吸气阀门打开，制冷剂蒸气便被吸入活塞

　　气，吸气阀在弹簧力和阀片本身的重力作用下关闭，完成吸气过程。吸气过程一般被看作是等压过程。 二、活塞式制冷压缩机的工作原理 、 活塞式压缩机的工作是靠气缸、 气阀和在气缸中作往复运动的活塞所构成的工作容积不断变化来完成。 如果不考虑活塞式压缩机实际工作中的容积损失和能量损失（即理想工作过程），则活塞式压缩机曲轴每 旋转一周所完成的工作，可分为吸气、压缩和压缩过程 1-2： 活塞从下止点向上运动，吸、排汽阀处于关 闭状态，气体在密闭的气缸中被压缩，由于气缸容积逐渐缩小，则压力、温度逐渐升高直至气缸内气体压 力与排气压力相等。压缩过程一般被看作是等熵过程。 排气过程 2-3： 活塞继续向上移动，致使气缸内的气体压力大于排气压力，则排气阀开启，气缸内的 气体在活塞的推动下等压排出气缸进入排气管道，直至活塞运动到上止点。此时由于排气阀弹簧力和阀片 本身重力的作用，排气阀关闭排气结束。 至此，压缩机完成了一个由吸气、压缩和排气三个过程组成的工作循环。此后，活塞又向下运动，重 复上述三个过程，如此周而复始地进行循环。这就是活塞式制冷压缩机的理想工作过程与原理。 三、活塞式制冷压缩机产品型号的表示方法 、 每一台压缩机的基本型式都用一定的符号表示。 这些符号亦称为型号， 单级产品型号主要由气缸数目、 所用制冷剂的种类、气缸布置形式与气缸直径四个方面的内容组成，如下表所示。 表 5—1 压缩机型号 8AS—12.5 6AW—17 4FV—10B 3FW5(B） S8—12.5 汽 缸 数 8 6 4 3 8 压 缩 机 型 号 举 例

　　四、活塞式制冷压缩机的基本构造 活塞式制冷压缩机主要由机体、曲轴、连杆、活塞组、阀门、轴封、油泵、能量调节装置、油循环系 统等部件组成。 机体：包括汽缸体和曲轴箱两部分，一般采用高强度灰铸铁（HT20-40）铸成一个整体。它是支 １、机体 承汽缸套、曲轴连杆机构及其它所有零部件重量并保证各零部件之间具有正确的相对位置的本体。汽缸采 用汽缸套结构，安装在汽缸体上的缸套座孔中，便于当汽缸套磨损时维修或更换。因而结构简单，检修方 便。 2、曲轴：曲轴是活塞式制冷压缩机的主要部件之一，传递着压缩机的全部功率。其主要作用是将电 、曲轴 动机的旋转运动通过连杆改变为活塞的往复直线运动。曲轴在运动时，承受拉、压、剪切、弯曲和扭转的 交变复合负载，工作条件恶劣，要求具有足够的强度和刚度以及主轴颈与曲轴销的耐磨性。故曲轴一般采 用 40、45 或 50 号优质碳素钢锻造，但现在已广泛采用球墨铸铁（如 QT50－1.5 与 QT60－2 等）铸造。 3、连杆 、连杆：连杆是曲轴与活塞间的连接件，它将曲轴的回转运动转化为活塞的往复运动，并把动力传 递给活塞对汽体做功。连杆包括连杆体、连杆小头衬套、连杆大头轴瓦和连杆螺栓。 连杆体在工作时承受拉、压交变载荷，故一般用优质中碳钢锻造或用球墨铸铁（如 QT40－10）铸造， 杆身多采用工字形截面且中间钻一长孔作为油道。

　　连杆小头通过活塞销与活塞相连，销孔中加衬套以提高耐磨、耐冲击能力。连杆小头衬套常用锡磷青 连杆小头 铜 ZQSn10-1 做成整体筒状，外圆面车有环槽并钻有油孔，内表面开有轴向油槽。 连杆大头与曲轴连接。连杆大头一般做成剖分式，以便于装拆和检修。为了改善连杆大头与曲柄销之 连杆大头 间的磨损状况，大头孔内一般均装有轴承合金轴瓦即连杆大头轴瓦。连杆大头轴瓦分薄壁和厚壁两种，系 列制冷压缩机都采用薄壁轴瓦。轴瓦的上瓦与连杆油孔相应的地方也开有油孔。 连杆螺栓用于连接剖分式连杆大头与大头盖。连杆螺栓是曲柄连杆机构中受力严重的零件，它不仅受 连杆螺栓 反复的拉伸且受振动和冲击作用，很容易松脱和断裂，以致引起严重事故。所以对连杆螺栓的设计、加工、 装配均有严格要求。 连杆螺栓常用 40Cr、 45Cr 钢等制造， 且采用细牙螺纹， 其安装时要求有一定的预紧力， 以免在载荷变化时连杆大头上下瓦和曲柄销之间松动敲击，加速机器零件的损坏。但预紧力过大也是不利 的。所以在上紧连杆螺栓时，最好用扭力扳手按说明书规定施力，若无规定可参照 P121 表中数值或以下 式计算施力。 当８≤ｄ≤１８时，连杆螺栓上紧力：

　　4、活塞组 、活塞组：活塞组是活塞、活塞销及活塞环的总称。活塞组在连杆带动下，在汽缸内作往复直线运 动，从而与汽缸等共同组成一个可变的工作容积，以实现吸气、压缩、排气等过程。 活塞---活塞可分为筒形和盘形两大类。我国系列制冷压缩机的活塞均采用筒形结构，它由顶部、环部 活塞 和裙部三部分组成。活塞顶部组成封闭汽缸的工作面。活塞环部的外圆上开有安装活塞环的环槽，环槽的 深度略大于活塞环的径向厚度， 使活塞环有一定的活动余地。 活塞裙部在汽缸中起导向作用并承受侧压力。 活塞的材料一般为铝合金或铸铁。灰铸铁活塞过去在制冷压缩机中应用较广，但由于铸铁活塞的质量 大且导热性能差，因此，近年来系列制冷压缩机的活塞都采用铝合金活塞。铝合金活塞的优点是质量轻、 导热性能好，表面经阳极处理后具有良好的耐磨性。但铝合金活塞比铸铁活塞的机械强度低、耐磨性差也 差。 活塞销---活塞销是用来连接活塞和连杆小头的零件，在工作时承受复杂的交变载荷。活塞销的损坏将 活塞销 会造成严重的事故，故要求其有足够的强度、耐磨性和抗疲劳、抗冲击的性能。因此，活塞销通常用 20 号钢、20Cr 钢或 45 号钢制造。 活塞环---活塞环包括汽环和油环。汽环的主要作用是使活塞和汽缸壁之间形成密封，防止被压缩蒸气 活塞环 从活塞和汽缸壁之间的间隙中泄漏。 为了减少压缩汽体从环的锁口泄漏， 多道汽环安装时锁口应相互错开。 油环的作用是布油和刮去汽缸壁上多余的润滑油。汽环可装一至三道，油环通常只装一道且装在汽环的下 面，常见的油环断面形状有斜面式和槽式两种，斜面式油环安装时斜面应向上。汽环的密封作用和油环的 布油及刮油作用可用图 5－5 来说明。

　　5、汽阀与轴封：汽阀是压缩机的一个重要部件，属于易损件。它的质量及工作的好坏直接影响压缩 、汽阀与轴封 机的输汽量、功率损耗和运转的可靠性。汽阀包括吸气阀和排气阀，活塞每上下往复运动一次，吸、排气 阀各启闭一次，从而控制压缩机并使其完成吸气、压缩、排气等四个工作过程。由于阀门启闭工作频繁且 对压缩机的性能影响很大，因此汽阀需满足如下要求：气体流过阀门时的流动阻力要小，要有足够的通道 截面，通道表面应光滑，启闭及时、关闭严密，坚韧、耐磨，工作可靠。 轴封---轴封的作用在于防止制冷剂蒸汽沿曲轴伸出端向外泄漏，或者是当曲轴箱内压力低于大气压 轴封 时，防止外界空气漏入。因此，轴封应具有良好的密封性和安全可靠性、且结构简单、装拆方便、并具有 一定的使用寿命。 轴封装置主要有机械式和填料式两种。目前常用的机械式轴封主要有摩擦环式和波纹管式。其中，国 产系列活塞式制冷压缩机大都采用摩擦环式轴封，这种轴封由活动环(摩擦环）、固定环、弹簧及弹簧座、 压圈和两个“０”形耐油橡胶圈所组成，如图 5—7 所示。活动环槽内嵌一橡胶密封圈并与活动环一同套装在 轴上，在弹簧力和压圈的作用下，活动环与橡胶圈一同被压紧在轴上且使活动环紧贴在固定环上。工作时 弹簧座与弹簧、轴上橡胶密封圈及活动环随同曲轴一起转动，固定环及其上的橡胶圈则固定不动。故工作 时活动环和固定环作相对运动，紧贴的摩擦面起防止制冷剂往外泄漏的密封作用，轴上橡胶圈用来密封轴 与活动环之间的间隙，固定环上的耐油橡胶密封圈起防止轴封室内润滑油外泄的作用。 ６、能量调节装置：在制冷系统中，随着冷间热负荷的变化，其耗冷量亦有变化，因此压缩机的制冷 能量调节装置 量亦应作必要的调整。压缩机制冷量的调节是由能量调节装置来实现的，所谓压缩机的能量调节装置实际 上就是排气量调节装置。它的作用有二，一是实现压缩机的空载启动或在较小负荷状态下启动，二是调节 压缩机的制冷量。压缩机排气量的调节方法有：１°顶开部分汽缸的吸气阀片；２°改变压缩机的转速；３° 用旁通阀使部分缸的排气旁通回吸气腔，这种方法用于顺流式压缩机；４°改变附加余隙容积的大小。顶开汽 缸吸气阀片的调节方法是一种广泛应用的调节方法，国产系列活塞式制冷压缩机，均采用顶开部分汽缸吸气 阀片的输气量调节装置，如图 5—8 所示。

　　顶开部分汽缸吸气阀片的 输气量调节装置的原理很简 单，即用顶杆将部分汽缸的吸 气阀片顶起，使之常开，使活 塞在压缩过程中，压力不能升 高，吸入蒸汽又通过吸气阀排 回吸气侧， 故该汽缸无排气量， 从而达到调节输气量的目的即 能量调节。 顶开吸气阀片能量调节装 置可分为执行机构、传动机构 和油分配机构三部分，主要由 油分配阀、油缸、油活塞、拉 杆、转动环、顶杆和弹簧等部 件组成。拉杆上有两个凸圆， 分别嵌在两个汽缸套外部的转 动环中。若不向油缸中供油， 由于油活塞左侧弹簧的作用， 图 5—8 卸载机构构造原理 油活塞处于油缸的右端位置， 汽缸套外部的顶杆都是处在转动环斜槽的最高位置，将吸汽阀片顶开，于是该汽缸卸载(图 5—8a)。当压力 油经油分配阀向油缸供油时，因油压的作用，克服弹簧力使油活塞及拉杆向左移动，并通过拉杆上的凸圆 使转动环转动一定角度，相应地使顶杆在顶杆弹簧作用放下而下滑到斜槽的最低处(图 5—8b)，这时吸汽阀 片在重力和弹簧力作用下降落在阀座上并可以自由启闭，则该汽缸处于工作状态。 压缩机起动时，由于机器尚未转动，油压为零，因而全部汽缸的吸汽阀片都被顶杆顶开，汽缸不起压 缩作用，从而实现了空载启动。 我国系列活塞式制冷压缩机，以两个汽缸为一组，即每一个油活塞和拉杆控制两个汽缸。8AS—12.5 型压缩机的油分配阀上标有 0、1/4、1/2、和 1 五个挡位，也就是说可以根据制冷量的需要，使制冷量按 0、 25％、50％、75％及 100％来进行调节。 利用卸载装置来调节压缩机的制冷量，比采用温度控制器和低压继电器来控制压缩机的停、开要好得多。 特别是大功率的电动机，停开过于频繁是电源所不允许的。

　　一、离心式制冷压缩机的构造与工作原理 离心式制冷压缩机的构造和 工作原理与离心式鼓风机极为相 似。但它的工作原理与活塞式压 缩机有根本的区别，它不是利用 汽缸容积减小的方式来提高汽体 的压力，而是依靠动能的变化来 提高汽体压力。离心式压缩机具 有带叶片的工作轮，当工作轮转 动时，叶片就带动汽体运动或者 使汽体得到动能，然后使部分动 能转化为压力能从而提高汽体的 压力。这种压缩机由于它工作时 不断地将制冷剂蒸汽吸入，又不 断地沿半径方向被甩出去，所以 称这种型式的压缩机为离心式压 缩机。其中根据压缩机中安装的 工作轮数量的多少，分为单级式 和多级式。 如果只有一个工作轮，

　　2、轴封 3、工作轮 4、扩压器 6、工作轮叶片 7、扩压器叶片 图 5—9 单级离心式制冷压缩机

　　就称为单级离心式压缩机，如果是由几个工作轮串联而组成，就称为多级离心式压缩机。在空调中，由于 压力增高较少，所以一般都是采用单级，其它方面所用的离心式制冷压缩机大都是多级的。单级离心式 制冷压缩机的构造主要由工作轮、扩压器和蜗壳等所组成，如图 5—9 所示。 压缩机工作时制冷剂蒸汽由吸汽口轴向进入吸汽室， 并在吸汽室的导流作用引导由蒸发器(或中间冷却 器)来的制冷剂蒸汽均匀地进入高速旋转的工作轮 3(工作轮也称叶轮，它是离心式制冷压缩机的重要部件， 因为只有通过工作轮才能将能量传给汽体)。汽体在叶片作用下，一边跟着工作轮作高速旋转，一边由于受 离心力的作用，在叶片槽道中作扩压流动，从而使汽体的压力和速度都得到提高。由工作轮出来的汽体再 进入截面积逐渐扩大的扩压器 4(因为汽体从工作轮流出时具有较高的流速，扩压器便把动能部分地转化为 压力能，从而提高汽体的压力)。汽体流过扩压器时速度减小，而压力则进一步提高。经扩压器后汽体汇集 到蜗壳中，再经排气口引导至中间冷却器或冷凝器中。 二、离心式制冷压缩机的特点与特性 、 离心式制冷压缩机与活塞式制冷压缩机相比较，具有下列优点： (1)单机制冷量大，在制冷量相同时它的体积小，占地面积少，重量较活塞式轻 5～8 倍。 (2)由于它没有汽阀活塞环等易损部件，又没有曲柄连杆机构，因而工作可靠、运转平稳、噪音小、操 作简单、维护费用低。 (3)工作轮和机壳之间没有摩擦，无需润滑。故制冷剂蒸汽与润滑油不接触，从而提高了蒸发器和冷凝 器的传热性能。 (4)能经济方便的调节制冷量且调节的范围较大。 (5)对制冷剂的适应性差，一台结构一定的离心式制冷压缩机只能适应一种制冷剂。 (6)由于适宜采用分子量比较大的制冷剂，故只适用于大制冷量，一般都在 25～30 万大卡／时以上。 如制冷量太少，则要求流量小，流道窄，从而使流动阻力大，效率低。但近年来经过不断改进，用于空调 的离心式制冷压缩机，单机制冷量可以小到 10 万大卡／时左右。 离心式制冷压缩机的特性是指理论能量头与流量之间变化 关系，也可以表示成制冷量与冷凝温度、蒸发温度的关系。 由物理学可知，回转体的动量矩的变化等于外力矩，则 T=m(C2UR2-C1UR1)两边都乘以角速度ω，得 Tω=m(C2UωR2-C1UωR1) 也就是说主轴上的外加功率 N 为： N=m(U2C2U-U1C1U) 上式两边同除以 m 则得叶轮给予单位质量制冷剂蒸汽的功 即叶轮的理论能量头。 W=U2C2U-U1C1U≈U2C2U 又 C2U=U2-C2rctgβ （因为进口 C1U≈0） 故有

　　Vυ 1 W= U22(1A2υ 2 2U 式中：V—叶轮吸入蒸汽的容积流量（m3/s） υ 2 ——分别为叶轮入口和出口处的蒸汽比容（m3/kg） 1υ ctgβ)

　　A2、U2—叶轮外缘出口面积(m2)与圆周速度(m/s) β—叶片安装角 由上式可见， 理论能量头 W 与压缩机结构、 转速、 冷凝温度、 蒸发温度及叶轮吸入蒸汽容积流量有关。 对于结构一定、转速一定的压缩机来说，U2、A2、β 皆为常量，则理论能量头 W 仅与流量 V、蒸发温度、 冷凝温度有关。 按照离心式制冷压缩机的特性，宜采用分子量比较大的制冷剂，目前离心式制冷机所用的制冷剂有 F—11、F—12、F—22、F—113 和 F—114 等。我国目前在空调用离心式压缩机中应用得最广泛的是 F—11 和 F—12，且通常是在蒸发温度不太低和大制冷量的情况下，选用离心式制冷压缩机。此外，在石油化学 工业中离心式的制冷压缩机则采用丙烯、乙烯作为制冷剂，只有制冷量特别大的离心式压缩机才用氨作为 制冷剂。 三、离心式制冷压缩机的调节 离心式制冷压缩机和其它制冷设备共同构成一个能量供给与消耗的统一系统。制冷机组在运行时，只 有当通过压缩机的制冷剂的流量与通过设备的流量相等时，以及压缩机所产生的能量头与制冷设备的阻力 相适应时，制冷系统的工况才能保持稳定。但是制冷机的负荷总是随外界条件与用户对冷量的使用情况而 变化的，因此为了适应用户对冷负荷变化的需要和安全经济运行，就需要根据外界的变化对制冷机组进行 调节，离心式制冷机组制冷量的调节有：1°改变压缩机的转速；2°采用可转动的进口导叶；3°改变冷凝器 的进水量；4°进汽节流等几种方式，其中最常用的是转动进口导叶调节和进汽节流两种调节方法。 所谓转动进口导叶调节，就是转动压缩机进口处的导流叶片以使进入到叶轮去的汽体产生旋绕，从而 使工作轮加给汽体的动能发生变化来调节制冷量。所谓进汽节流调节，就是在压缩机前的进汽管道上安装 一个调节阀，如要改变压缩机的工况时，就调节阀门的大小，通过节流使压缩机进口的压力降低，从而实 现调节制冷量。离心式压缩机制冷量的调节最经济有效的方法就是改变进口导叶角度，以改变蒸汽进入叶 轮的速度方向(C1U)和流量 V。但流量 V 必须控制在稳定工作范围内，以免效率下降。

　　螺杆式制冷压缩机和活塞式制冷压缩机在汽体压缩方式上相同，都属于容积型压缩机，也就是说它们 都是靠容积的变化而使气体压缩的。不同点是这两种压缩机实现工作容积变化的方式不同。螺杆式制冷压 缩机是利用置于机体内的两个具有螺旋状齿槽的螺杆相啮合旋转及其与机体内壁和吸、排气端座内壁的配 合，造成齿间容积的变化，从而完成气体的吸入、压缩及排出过程。 螺杆式压缩机可分为无油式和喷油式两种。无油螺杆压缩机本世纪 30 年代问世时主要用于压缩空气， 50 年代才用于制冷装置中。60 年代出现了气缸内喷油的螺杆式制冷压缩机，性能得到提高。近年来，随着 齿形和其他结构的不断改进，性能又有了很大提高。再加上螺杆式压缩机无余隙容积，效率高，无吸、排 气阀装置等易损件。因此，目前螺杆式制冷压缩机已成为一种先进的制冷压缩机，特别是喷油式螺杆压缩 机已是制冷压缩机中主要机种之一，得到了广泛的应用。 一、螺杆式制冷压缩机的总体构造与工件原理 螺杆式制冷压缩机的总体构造与工件原理 吸气 4

　　(a)螺杆式制冷压缩机结构简图 (b) 螺杆式制冷压缩机结构立体图 1．吸汽端座 2．机体 3．螺杆 4．排气端座 5．能量调节阀 图 5—10 螺杆式制冷压缩机

　　螺杆式制冷压缩机主要由机壳、转子、轴承、轴封、平衡活塞及能量调节装置等组成，如图 5—10 所示。 机壳：—般为剖分式，由机体、吸气端座及排气端座等三部分用螺栓连接组成。机体内腔横断面为双 圆相交的横 8 字形，与置于其内的两个啮合转子的外圆柱面相适合。 转子为一对互相啮合的螺杆，其上具有特殊的螺旋齿形。其中凸齿形的称为阳螺杆(或称阳转子)，凹 齿形的称为阴螺杆(或称阴转子)。阳螺杆与阴螺杆的齿数比，一般为 4:6(大流量的压缩机齿数比可为 3:4， 当压缩比高达 20 时，齿数比可采用 6:8)。多数情况下，阳螺杆与电动机直接连接，称为主动转子，阴螺杆 为从动转子，故阳螺杆多为四头右旋，阴螺杆多为六头左旋。为了使螺杆式制冷压缩机系列化，零件标准 化和通用化，我国有关部门规定，螺杆的公称直径为 63、80、100、125、160、200 和 315mm7 种，其长 径比分为 λ＝1.0 和 λ＝1.5 两种。 轴承与辐封：螺杆式制冷压缩机的阴、阳螺杆均由滑动轴承(主轴承)和向心推力球轴承支承。主轴承 用柱销正确安装固定在吸、排气端座内，止推轴承在排气侧阳、阴螺杆上各装有两只，以承受一定的轴内 力。螺杆式制冷压缩机的轴封也多采用摩擦环式机械密封器，安装在主动转子靠联轴器——端轴上，其结 构和原理同活塞式制冷压缩机的轴封相同。 平衡活塞：由了结构上的差异，因吸、排气侧之间的压力差所引起的，作用在阳螺杆上的轴向合力， 比作用在阴螺杆上的轴向合力大得多。因此，阳螺杆上除装设止推轴承外，还增设油压平衡活塞，以减轻 阳螺舒杆对滑动轴承端面的负荷，减轻止推轴承所承受的轴向力。 能量调节装置：由滑阀、油缸、油活塞、四通电磁换向阀及油管路等组成。活塞装在气缸壁下部两圆交汇 处，改变滑阀的位置，即可起调节制冷量的作用。 螺杆式制冷压缩机工作时， 齿间基元容积作周期性变化， 从而使汽体沿转子轴向移动过程中完成吸汽，

　　图 5—12 工作容积、气体压力与阳螺杆转角的关系 压缩和排气过程，其具体工作过程如下： 1 0、 吸气过程： 齿间容积 1—1 在吸气端开始形成的瞬间为零。 随着阳螺杆的旋转， 螺杆另一螺旋槽 5 连通， 容积 1—1 随之扩大并与吸气孔相通而吸气，当阳螺杆转角超过ф 瞬间容积 l—l 达到最大值 Vl 并与吸气孔 1 口断开，吸气过程结束。 20、压缩过程：螺杆继续旋转，此时主动转子的齿间基圆容积和从动转子的齿间基圆容积彼此孤立地向 前推进，当阳螺杆螺旋槽 1 与阴螺组成新的工作容积 1—5 时，两个孤立的齿间基圆容积又相互沟通，随着 两螺杆的啮合运动，容积 l——5 从最大值 Vl 缩小至 V2，且瞬间与排气口连通，压缩过程结束，排气开始。 30、排气过程：螺杆继续旋转，与排气口连通的容积 l—5 继续缩小，当阳螺杆转角由ф 增至ф 时，容 2 3 积 l—5 由 V2 缩小至零，排气过程结束。 组成容积 1—5 的阳螺旋糟 l 又在吸气端与吸气孔口相通， 准备形成新的工作容积， 阳螺杆转角再增至ф 时， 4 于是下一工作周期开始。螺杆旋转一周，每一螺旋槽完成一个吸气、压缩与排气工作过程。

　　二、螺杆式制冷压缩机的能量调节 螺杆式制冷压缩机的能量调节有多种方法，但目前应用得最广泛的是滑阀调节，因为它能使螺杆式制冷压 缩机的制冷量在 10％～100％之间无级调节。滑阀调节的基本原理是通过滑阀的移动改变螺杆的有效工作 长度(即改变压缩机阴、阳螺杆齿间工件容积)，以达到能量调节的目的。 滑阀装在气缸壁下部两圆交汇处，与两螺杆外圆柱面紧密配合，如图 5—13 所示。 图(a)为全负荷时的滑阀位置，此时滑阀尚未移动，与固定端贴合在一起。压缩机运行时，工作容积中 吸入气体 VA 全部被压缩并排出。其压缩过程为 D—A—B—C。

　　图 5—11 转子的工作过程 图(b)为部分负荷时滑阀位置即滑阀向排气端方向移动——段距离，此时在滑阀与固定端之间形成与吸 气腔相通的回流口，压缩过程中，则有部分蒸汽回流到吸气侧，滑阀的有效工作长度相应减少。只有工作 容积内齿面接触线从吸气端向排气端移动越过回流口后，工作容积内剩余的气体 VA′ 方能进行压缩，即只 有 VA′ 的气体被压缩并排出。其压缩过程为 D—A′ B′ C。 — —

　　在压缩式制冷系统中，除了起心脏作用的压缩机外，还有为完成制冷循环所必需的冷凝器、蒸发器与 节流阀。其中冷凝器和蒸发器就是制冷装置中的主要热交换设备，它们传热效果的好坏会直接影响制冷装 置的性能和运转的经济性。因此，正确地选择、操作管理冷凝器和蒸发器对发挥和提高制冷装置的制冷性 能、降低运行费用有密切关系。 节流机构在蒸汽压缩式制冷系统中用来实现制冷剂液体的节流膨胀，并起调节蒸发器供液量的作用。 设备虽小，但它是制冷系统中四个必不可少的设备之一。 一、冷凝器的功用及其传热的基本情况 冷凝器是将制冷压缩机排出的高温高压制冷剂蒸汽的热量传递给冷却介质(空气或水)并使之凝结成液 体的热交换设备。其工作过程是：来自压缩机的过热制冷剂蒸汽进入冷凝器后先被冷却成饱和蒸汽，继而 被冷凝成饱和液体。若冷却介质流量大、温度低时，饱和液体还可进一步被冷却成过冷液体。 由传热学可知，在热交换设备中，传热量 Q 的大小与热交换面积 F(m2)、对数平均温差Δt(℃)、传热 系数 K(kcal/m2·h·℃)的大小等因素有关，即： 其中 K= Q＝KF∆t 1 1/α δ 1Σ /λ1/α 2 (kcal/h)

　　式中：R——传热热阻(m2·h·℃／kcal)； α 1——换热壁内表面对流放热系数(kcal／m2·h·℃)； α 2——换热壁外表面对流放热系数(kcal／m2·h·℃)；

　　δ——组成热交换壁面的各层厚度(包括油垢、水垢等) λ——各层壁面材料的导热系数(kcal／m2·h·℃)；

　　∆tmax—最大温差(两流体在进口或出口处较大的温差)，(℃)； ∆tmin ——最小温差(两流体在进口或出口处较小的温差)，(℃)． 由此可见，在既定的热交换设备中其热交换面积是一定的，因而要提高传热量 Q，除了提高对数平均 温差Δt外，其重要途径是如何提高传热系数K。而冷凝器传热系数 K 的大小则取决于冷凝器的结构、管壁 内外两侧(制冷剂侧及冷却介质侧)放热系数α以及传热表面污脏的程度，下面简单地分析一下影响冷凝器 的传热系数的因素。 1、影响制冷剂侧蒸汽冷凝放热系数的因素 、 制冷剂凝结的形式 当制冷剂蒸汽在冷凝器中与低于其饱和温度的壁面相接触时，它就在壁面上凝结为液体。其凝结形式 可分为“膜状凝结”和“珠状凝结”两种情况。一般说来，在相同温差下珠状凝结比膜状凝结的放热量要 大 15～20 倍。但制冷剂蒸汽在冷凝器中的凝结一般为膜状凝结。 制冷剂的流速和流向 当制冷剂蒸汽在直立管壁上作膜状凝结时，在冷却表面的最上端，蒸汽直接同壁面接触而冷凝，凝结的液 体就沿着冷却表面向下流动，液膜层越向下越厚。这时液膜便把冷却表面同制冷剂蒸汽隔开，蒸汽凝结时 所放出的潜热必须通过液膜层传递到壁面。显然冷却表面越高，温差越大，平均放热系数将越小。 如果冷凝液膜的流动方向与汽流方向一致时，可使冷凝液膜能较迅速地流过传热表 面。因此，液膜就薄，使放热系数增大。当制冷剂蒸汽的流动方向与冷凝液膜的流动方向相反，而且蒸汽 流速较小时，液膜层就厚，放热系数就降低。蒸汽流速增大到一定程度，会把液膜托起使液膜脱开壁面， 在这种情况下，放热系数就升高。 传热表面的粗糙度 如果传热表面粗糙不平，则凝结液膜的流动阻力增加，冷凝的液体就不能很快向下 层加厚，放热系数相应降低。 冷凝器的构造形式 制冷剂在卧式单根管的外表面冷凝时的放热系数一般大于直立管的放热系数，这是因为具有一定长度 的直立管的下部冷凝液膜层的厚度较大。但是，由多根横管排列成管簇时，其平均放热系数就减小，也有 可能低于直立管的放热系数。 因此，要提高制冷剂在冷凝时的放热系数，无论任何一种构造的冷凝器，都应保证冷凝液体能从传热 表面上迅速的排除。 2、影响冷却水(或空气 侧的放热系数的因素 、影响冷却水 或空气 或空气)侧的放热系数的因素 作为冷却介质的水或空气的流速大小，对其一侧的放热系数有很大的影响。随着冷却介质流速的增加， 其放热系数也就增加。但是，冷却介质流速的增大会使冷凝器内的流动阻力随之增加，从而使消耗的机械 功也就增加了。冷凝器内冷却介质的最佳流速：冷却水为 0.8～1.2 米／秒，空气为 2～4 米／秒。 3、传热表面污脏程度 、 在冷凝器传热表面上，被润滑油污染程度即使是极其轻微时，也会使冷凝器的传热系数大大降低。例 如，厚度为 0.1 毫米的油垢，其所产生的热阻相当于厚度为 33 毫米钢板的热阻。在冷凝器传热表面上积有 水垢及气冷式冷凝器传热表面上积有灰尘时，都会使冷凝器传热情况恶化。 4、制冷剂蒸汽中存在空气或其它不凝性气体的影响 、 在制冷系统安装和运行过程中，由于系统的不严密，常有空气渗入，此外制冷剂也会分解出一些气体。 这些气体在制冷系统中不能被凝结成液体，因而被称为不凝性气体，其中主要是空气。不凝性气体无论是 从制冷系统中哪一部分进入，以后都会聚集在冷凝器和高压贮液桶中。在冷凝器中的不凝性气体会造成冷 凝器的总压力增大，降低冷凝器的传热效率，并使压缩机消耗的功增加，排汽压力和温度也升高。由此可 见制冷系统中存有空气时，必须采取措施，既要防止空气渗入制冷系统内，又要及时地将系统中的不凝气 体(主要是空气)利用专门的设备排出。 二、冷凝器的种类及特点 流，从而使液膜

　　冷凝器按其冷却介质不同，可分为水冷式、空气冷却式、蒸发式三大类。 （一）水冷式冷凝器 水冷式冷凝器是以水作为冷却介质，靠水的温升带走冷凝热量。冷却水一般循环使用，但系统中需设 有冷却塔或凉水池。水冷式冷凝器按其结构形式又可分为壳管式冷凝器和套管式冷凝器两种，常见的是壳 管式冷凝器。 1、立式壳管式冷凝器

　　图 6—1 立式冷凝器 立式壳管式冷凝器又称立式冷凝器，它是目前氨制冷系统广泛采用的一种水冷式冷凝器。立式冷凝器 的结构如图 6—1 所示，其主要由外壳(筒体)1、管板 2 及管束 3 等组成。筒体是由 8～16mm 的钢板卷成圆 柱形筒体后焊接而成，筒体两端各焊有一块多孔的管板，两管板之间焊接或胀接ф38～ф70 的无缝钢管数 十根。冷却水从顶部进入管束，沿管内壁往下流。制冷剂蒸汽从筒体高度 2/3 处的进汽口进入管束间空隙 中，管内的冷却水与管外的高温制冷剂蒸汽通过管壁进行热交换，从而使制冷剂蒸汽被冷凝成液体并逐渐 下流到冷凝器底部，经出液管流入贮液器。吸热后的水则排入下部的混凝土水池中，再用水泵送入冷却水 塔中经过冷却后循环使用。 为了使冷却水能够均匀地分配给各个管口，冷凝器顶部的配水箱内设有匀水板并在管束上部每个管口 装有一个带斜槽的导流器，以使冷却水沿管内壁以膜状水层向下流动，这样既可以提高传热效果又节约水 量。 此外，立式冷凝器的外壳上还设有均压管、压力表、安全阀和放空气管等管接头，以便与相应的管路 和设备连接。 立式冷凝器的主要特点是： 1°由于冷却流量大流速高，故传热系数较高，一般 K=600～700(kcal/m2·h·℃)。 2°垂直安装占地面积小，且可以安装在室外。 3°冷却水直通流动且流速大，故对水质要求不高，一般水源都可以作为冷却水。 4°管内水垢易清除，且不必停止制冷系统工作。

　　5°但因立式冷凝器中的冷却水温升一般只有 2～4℃，对数平均温差一般在 5～6℃左右，故耗水量较 大。且由于设备置于空气中，管子易被腐蚀，泄漏时比易被发现。 2、卧式壳管式冷凝器 、

　　图 6—2 卧式冷凝器 卧式冷凝器的结构如图 6—2 所示。它与立式冷凝器有相类似的壳体结构，但在总体上又有很多不同之 处，主要区别在于壳体的水平安放和水的多路流动。卧式冷凝器两端管板外面各用一个端盖封闭，端盖上 铸有经过设计互相配合的分水筋，把整个管束分隔成几个管组。从而使冷却水从一端端盖下部进入，按顺 序流过每个管组，最后从同一端盖上上部流出过程中，要往返 4～10 个回程。这样做既可以提高管内冷却 水的流速，从而提高传热系数，又使使高温的制冷剂蒸气从壳体上部的进气管进入管束间与管内冷却水进 行充分的热交换。冷凝下来的液体从下部出液管流入贮液筒。 在冷凝器的另一端端盖上还常设有排空气阀和放水旋塞。排气阀在上部，在冷凝器投入运行开始时打 开，以排出冷却水管中的空气，使冷却水畅通地流动，切记不要与放空气阀混。