第二章制冷循环压力和焓图分析及制冷剂流程图

第二章制冷循环的压力焓图分析和制冷剂流程图的版权归ThomasT.S. 2009年6月版权所有工业制冷系统设计始于分析制冷循环压力焓（PH）图和制冷剂流程图: （1）PH图制冷循环分析. 使用PH图计算制冷系统的热力学性质可以分析制冷循环的可行性. 通过PH图分析，可以清楚地确定系统设计点的制冷剂流量和运行条件. （2）制冷剂流程图制冷剂流程图给出了系统中使用的设备，设备之间管道的方向和尺寸以及保温要求；它还确定压降，吸入过热等. 制冷剂流程图可能非常简单，并且在必要时也可以扩展为过程仪表流程图（P＆I制冷剂流程图应与PH图一起阅读. 从制冷剂流程图和PH图中，您可以了解完整的系统信息PH（压力-焓）图分析: R2-1的典型PH（压力-焓）图如图2-1所示，该PH图可用于表示理论制冷循环，如图2所示. 2.图2-3是制冷循环图2- 2的简化图，但仅反映了与理论制冷循环有关的数据，省略了纵坐标（压力）和横坐标（比焓）.

PH图显示了与循环有关的压力和比焓. 蒸发器-A-B-C对应于蒸发温度，B点和C点之间的比焓差是单位质量的冷却能力. Compressor-C-D是等熵压缩过程. 压缩过程具有778的比焓差. 对于实际压缩，不再遵循绝热过程，而是遵循可变过程螺杆制冷机吸气量计算，如图2-3中的C-D'所示. 冷凝-冷凝（放热）过程为D-E（实际过程为D'-E）. 冷凝器的总热量输出等于蒸发器吸收的热量与系统的输入功率之和. 扩展E-B表示扩展过程. PH图2-3中制冷系统的运行参数（无损耗）如下: 冷凝温度（CT）: 110蒸发温度（ET）: 10冷凝压力: 241.04 Psia蒸发压力: 47.46 Psia压缩机吸入温度: 10压缩机吸入空气压力: 47.46 Psia压缩机排出压力: 241.04 Psia压缩机吸入比焓: 105.44 Btu / Lb压缩机排出比焓: 123.25 Btu / Lb液体制冷剂比焓: 42.45 Btu / Lb压缩机吸入比熵: 0.226为了更精确地计算，建议从制冷剂特性表或计算机软件中查询参数. 膨胀（节流过程）和闪蒸气体（Flash Gas）: 3得出结论，高压高温液态制冷剂在“ E”点离开冷凝器. 通过膨胀阀，液体被节流到“ B”点.

在等焓节流之后，一部分液体蒸发并将剩余的液体冷却到与蒸发压力A-C相对应的温度. 气体闪蒸率可根据以下公式计算: 气体闪蒸率= 100单位质量的冷却能力（净制冷剂效应）: 只有蒸发器中剩余的制冷剂液体（闪蒸气体除外）才能得到有效冷却； C和B的比值焓差为“单位质量冷却容量”（NRE），如图2-3所示. 因此: NRE =“ C”点特定焓-“ B”点特定焓（Btu / Lb.）因为BE是绝热节流过程，所以B点特定焓等于E点特定焓，因此: NRE = H （英热单位/磅）. 制冷剂流量（制冷剂流量）的确定: 冷冻吨是指蒸发器吸收的单位热量，即从冷却对象或过程中吸收的12,000 Btu / Hr（200 Btu / Min）的热量. 每次通过蒸发器吸收一吨冷冻热量时，所需的制冷剂流量可通过以下公式确定: 流量=式中: 流量: 制冷剂流量，Lbs /分钟. 200: 传热，Btu /分钟. NRE: 单位质量的冷却能力，Btu /Lb. TR: 冷吨. NRE =，因此: 流量=吸入气体过热: 在实际操作中，压缩机吸入口经常过热. 过热的原因可能是制冷剂从热交换器，吸管，再生器（如果适用）或压缩机壳体内部吸收热量.

吸气过热会增加吸气比熵和压缩机压头. PH图2-4（A）中的水平等压线表示吸力过热. 一般而言，除非在蒸发器中产生吸气过热，否则吸气过热不用作单位质量制冷量的一部分，如图2-4（C）所示. 吸入过热过多对制冷系统有害，原因如下: 排气温度高. 在某些系统中，由于热交换器的特殊设计，吸力非常大. 在这种情况下，液态制冷剂可用于冷却吸气以调节吸气的过热. 吸气压降: PH图2-5中的垂直线表示吸气压降. 压缩机的选择必须包括吸入压降. 由于以下原因，从蒸发器到压缩机的吸入口会出现压降: 蒸发器中的压降. 吸入压降过大将导致压缩机型号和功率消耗变大；另一方面，吸入压降过小会增加吸入管线，接缝和绝缘材料的数量. 因此，吸入压降的设计应考虑这两个因素. 吸入压降应以压力（Psi）表示，而不是与其对应的饱和温度（或）表示，这非常重要. 例如，在低蒸发温度下对应于2〜3的P远小于在高蒸发温度下对应的P. 吸气损失（SuctionPenalties）: 吸气损失是吸气过热和吸气压降共同作用的结果，如图2-6所示. 因此，在PH图上，抽吸损失既不是水平线也不是垂直线. 正确的表示如图2-6所示.

排放惩罚: 为了克服排气管路的阻力，压缩机的排放压力将高于冷凝压力，压力差P如图2-7所示. 排气压降过大将导致压缩机功耗增加；另一方面，太小的排气压降会增加排气管和接头的尺寸. 在任何情况下，压缩机的选择都必须包括排气压降，以确保系统正常运行. 对于螺杆压缩机系统，P通常大于往复式和离心式压缩机. 空气冷却或蒸发冷却的冷凝器P将比水冷冷凝器大. 压缩机吸入和排出损失的影响: 考虑吸入和排出损失的制冷循环的PH图如图2-8所示. 有损失的头比没有损失的头高. 10液体过冷: PH的图2-10（A）中显示了液体过冷. 如果需要较小的过冷度，则可以通过用冷水冷却来获得. 但是，如果需要更大程度的过冷，则必须使用过冷器. 液体过冷可提高单位质量的冷却能力（NRE），如图2-10（B）所示. 同时，过冷可以确保蒸发器的液体供应不会闪蒸，尤其是当蒸发器设置为高时. 11过冷节能器的螺杆压缩机系统的典型PH图（螺杆系统）图2-9显示了带有过冷节能器的螺杆压缩机系统的典型PH图螺杆制冷机吸气量计算，如图中所示，它还包括普通吸气螺杆压缩机制冷系统的排气损失和液体过冷.

有关如何实现这些目标的详细信息，请参见第3章. 实际制冷系统中存在吸气和排气损失，因此在设计过程中必须予以考虑. 如果选择压缩机时未考虑损耗（根据饱和冷凝温度和饱和蒸发温度），则制冷能力需要保留10-15％的剩余量. 12冷凝温度（CT），蒸发温度（ET）和单位质量制冷量（NRE）处于PH断开状态图2-11显示以下工作条件: 1.0当冷凝温度（冷凝温度）升高时，单位质量制冷量降低，并且压力头增加. 2.0冷凝温度（蒸发温度）降低时，单位质量的冷却能力增加，压头降低. 13冷凝温度（CT），蒸发温度（ET）和单位质量制冷量（NRE）OFF PH图2-12显示以下操作条件: 1.0蒸发温度升高时，单位质量制冷量增加，压头降低. 2.0蒸发温度降低时，单位质量的冷却能力降低，压头升高. 14每单位质量的制冷量（NRE）将在不同的运行条件下随时更改. 即使系统在满负载下运行，单位质量的冷却能力也会随时更改. 闪蒸中冷[自动制冷]: 闪蒸中冷也是一个“节流”过程.

通过恒焓过程，饱和液体从高压点E'（见图2-13）闪蒸，一部分液体蒸发，剩余的液体冷却至饱和温度较低的B'点. 闪蒸中冷也可以称为自动冷却. 闪蒸率（FlashGas百分比）可以根据以下公式计算闪蒸率: 气体闪蒸率= 100 15以闪蒸中冷为例（见图2-13），制冷剂为R22，每个点的比焓值如图所示. 假设流量为200Lbs / Min，则温度为105的液体制冷剂的温度通过浮阀的节流，温度下降到10. 此时，气体和液体制冷剂的流量为: 气体流量= 200 60.10Lbs /最小液体流量（10）= 200-60.10 = 139.9 Lbs /最小功率消耗（功率消耗）计算: 在功率消耗的计算中，压缩机吸入和排放点的比焓应为考虑亏损. 因此，压头应为H，如图2-8所示. 在计算功耗时，扬程单位应为英尺（Ft），而不是Btu / Lb: 扬程='）778 = Ft压缩机能耗=其中: 流量: 制冷剂流量，Lbs / Min扬程: 扬程，Ft制冷剂流程图: 制冷剂流程图可通过绘制以下信息获得: 确保系统正常运行的其他重要设备（例如气液分离器，油分离器等）.

制冷剂流程图可以简单地表示为主要设备之间的管道布置，也可以表示为复杂的PID图. 图2-14显示了系统制冷剂的简单流程图和相应的PH图. 图2-14仅显示了制冷循环某些工作条件下的PH图. 16简单的制冷剂流程图提供以下信息: 该系统是盐水装置. 17冷凝器有一个船用水箱（Marine Water Boxes）. 该系统由填充阀，排空阀和安全阀组成. 本章概述图2-15是典型的制冷剂流程图. 图2-16显示了典型制冷系统的PH图. 制冷剂流程图中给出的信息包括: 螺杆压缩机盐水装置，水冷冷凝器，带节能器的满液式蒸发器，气液分离器和水冷油冷却系统. 在实际应用中，PH图（图2-15）和制冷剂流程图（图2-16）可以完全满足系统设计要求. 18

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