船舶制冷及过热度分析实验.doc
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1、大连海事大学毕 业 论 文二 O O 九 年 六 月船舶制冷系统制冷量及过热度的实验研究 专业班级:轮机工程05-10姓 名:林家声指导教师:张兴彪轮机工程学院- 24 -船舶制冷及过热度分析实验摘要船舶制冷系统是现代船舶不可缺少的系统之一,在船舶运输效率方面发挥着重大的作用。本文首先对船舶制冷系统做了整体地概述,先后介绍了制冷方式,船舶制冷系统的主要元件,船舶常用的制冷剂和船舶上常用的压缩式制冷工作原理。在介绍过程中采用结构图和原理图的方式说明,使内容更加简单直观。列出了各种制冷剂的优缺点。其次是分析了制冷剂压焓图的各个参数并说明该图的使用。列出了实验所在“育鲲”轮的制冷系统图、实验说用的各
2、种测量仪器及系统所用的制冷剂R404的相关参数。用表格记录了所测对象(流量、压力及温度)的数据并对数据做了相应处理,根据流量的数据和过热度的数据制得了流量变化图和过热变化图。最后对本次实验做了总结,并提出了优化建议。 AbstractThe ships refrigeration system is one of modern ships essential systems, it is playing the significant role in the ships transportation efficiency aspect.This article first has outlin
3、ed the ships refrigeration system overall, introduced the refrigeration way successively, the ships refrigeration system key elements, the refrigerant commonly used on the ships and the principle of work of the compression type refrigeration commonly used on ships . the structure drawing and the sch
4、ematic diagram way has be Used in the introduction process to explain, so the content to be simpler intuitively. the good and bad points of each kind of refrigerant has be listed. Next it analyzes the each parameter of refrigerant pressure-enthalpy diagram and explains the use of this diagram. It li
5、sts the refrigeration diagram of the experiment which is made at “yukun”, each kind of metering equipment which is used in the experiment and the related parameter of the refrigerant R404 which is used in the system. The data of current capacity, pressure and temperature is recorded with the form an
6、d has been transacted relatively, according to the current capacity data and the data of degree of superheat,the current capacity change chart and superheat change chart is chalked up. Finally it has made the summary to this experiment, and proposed the optimization plan and the suggestion.目 录一、 前言1
7、 1.1制冷发展历史 11.2 制冷的定义2二、制冷方式 22.1、液体汽化制冷22.2、气体膨胀制冷32.3、涡流管制冷32.4、热电制冷4三、 船舶制冷系统的主要元件43.1压缩机53.2冷凝器63.3膨胀阀73.4蒸发器8四、 船舶常用的制冷剂8五 、船舶制冷系统工作原理 10六、过热度116.1制冷剂的压焓图116.2过热度分析实验12七、 小结 20八、致谢21参考文献21附图(一)21附图(二)23一、前言制冷和低温技术是为适应人们对低温条件的需要而产生和发展起来的。 在长期的生产实践和日常生活中,人们发现许多现象与温度有密切关系。在现代国际贸易的运输行业中,主要依靠船舶运输,而船
8、舶的航次往往要经历一段较长的时间,为了保证船员的生活质量和产品的需要人工创造低温环境。通过降低温度,可以减缓生物的化学反应,从而抑制食品发酵、霉菌的增殖,对食品保鲜起重要作用。从而提高船舶营运效率。1.1 发展历史 现代的制冷技术,是 18世纪后期发展起来的。在此之前,人们很早已懂得冷的利用。我国古代就有人用天然冰冷藏食品和防暑降温。 马可波罗在他的著作马可波罗游记 中,对中国制冷和造冰窖的方法有详细的记述。 1755 年爱丁堡的化学教师库仑利用乙醚蒸发使水结冰。他的学生布拉克从本质上解释了融化和气化现象,提出了潜热的概念,并发明了冰量热器,标志着现代制冷技术的开始。 在普冷方面,1834 年
9、发明家波尔金斯造出了第一台以乙醚为工质的蒸气压缩式制冷机,并正式申请了英国第 6662 号专利。这是后来所有蒸气压缩式制冷机的雏型,但使用的工质是乙醚,容易燃烧。到 1875 年卡利和林德用氨作制冷剂,从此蒸气压缩式制冷机开始占有统治地位。在此期间,空气绝热膨胀会显著降低空气温度的现象开始用于制冷。1844 年,医生高里用封闭循环的空气制冷机为患者建立了一座空调站,空气制冷机使他一举成名。威廉西门斯在空气制冷机中引入了回热器,提高了制冷机的性能。 1859 年,卡列发明了氨水吸收式制冷系统,申请了原理专利。 1910 年左右,马利斯莱兰克发明了蒸气喷射式制冷系统。 到 20 世纪,制冷技术有了
10、更大发展。全封闭制冷压缩机的研制成功(美国通用电器公司);米里杰发现氟里昂制冷剂并用于蒸气压缩式制冷循环以及混合制冷剂的应用;伯宁顿发明回热式除湿器循环以及热泵的出现,均推动了制冷技术的发展。 在低温方面,1877 年卡里捷液化了氧气;1895 年林德液化了空气,建立了空气分离设备;1898 年杜瓦用液态空气预冷氢气,然后用绝热节流使氢气成为液体,温度降至 20.4K;1908 年卡末林昂纳斯用液态空气和液态氢预冷氦气,再用绝热节流将氦液化,获得 4.2K的低温。杜瓦于 1892 年发明的杜瓦瓶,用于贮存低温液体,为低温领域的研究提供了重要条件。 1934 年,卡皮查发明了先用膨胀机将氦气降温
11、,再用绝热节流使其液化的氦液化器;1947 年柯林斯采用双膨胀机于氦的预冷。大部分的氦液化器现已采用膨胀机,在制冷技术的开发和实际使用中获得广泛的应用。 新的降低温度方法的发明,扩大了低温的范围,并进入了超低温领域。德拜和焦克分别在 1926 年和1927 年提出了用顺磁盐绝热退磁的方法获取低温,应用此方法获得的低温现已达到(11035103) K;由库提和西蒙等提出的核子绝热去磁的方法可将温度降至更低,库提用此法于 1956 年获得了 20103K。1951 年伦敦提出并于 1965 年研制出的 3He-4He混合液稀释制冷法,可达到 4103K;1950 年泡墨朗切克提出的方法,利用压缩液
12、态 3He的绝热固化,达到 1103K【1】。1.2 制冷的定义 制冷是指用人工的方法在一定时间和一定空间内将物体冷却,使其温度降低到环境温度以下,保持并利用这个温度。 按照所获得的温度,通常将制冷的温度范围划分为以下几个领域: 120K以上,普冷; (1200.3)K,深冷(又称低温); 0.3K以下,极低温。 由于温度范围不同,所采用的降温方式,使用的工质、机器设备以及依据的具体原理有很大差别。二、制冷方式1.压缩机 2.冷凝器 3.节流阀 4.蒸发器图2-1 压缩式制冷系统示意图制冷的方法很多,根据制冷的原理不同可以分为液体汽化制冷、热电制冷、气体膨胀制冷、涡流管制冷、磁制冷、绝热放气制
13、冷和电化学制冷等12。常见的有以下四种:2.1、液体汽化制冷液体汽化制冷是利用液体汽化时的吸热效应而实现制冷的。在一定压力下液体汽化时,需要吸收热量,该热量称为液体的汽化潜热。液体所吸收的热量来自被冷却对象,使被冷却对象温度降低,或者使它维持低于环境温度的某一温度。2.2、气体膨胀制冷高压气体绝热膨胀时,对膨胀机作功,同时气体的温度降低。用这种方法可以获得低温。标明图2-2 空气膨胀制冷原理图2.3、涡流管制冷经过压缩并冷却到常温的气体(通常是空气,也可以是C02,N2等其他气体)进入喷嘴,在喷嘴中膨胀并加速到音速,从切线方向射入涡流室,形成自由涡流。 标明图2-3 涡流管制冷装置自由涡流的旋
14、转角速度离中心越近就越大。由于角速度不同,在环形气流的层与层之间产生摩擦,内层气体失去能量,从孔板流出时具有较低的温度;外层气体吸收能量,动能增加,又因为与管壁摩擦,将部分动能变成热能,使得从控制阀流出的气体具有较高的温度。2. 4、热电制冷热电制冷又称温差电制冷或半导体制冷。在铜丝的两头各接一根铋丝,再将两根铋丝分别接到直流电源的正、负极上,通电后,发现一个接头变热,另一个接头变冷,这个现象称为帕尔帖效应缌是热电制冷的依据。 船舶常用的制冷方式是斲体汽化制冷。三、船舶制冗系统的主要元件船舶制冷系统主要有四大元件:压缩机,冷凝器,膨胀阀和蒸发器。3.1压缩机制冷压缩机是制冷系统的核心部件,通常
15、称为制冷机的主机。科学技术的进歡,新式制冷系统不断出现,推动了制冷压缩机制造技术的不断进步。从目前制冷压缩机的发展趋势来看,结构紧凑、高效节能以及振低噪等特点是制冷压缩机制造技术不断追求的目标3。 制冷压缩机的作用: l、从蒸发器中吸m蒸气,以保证蒸发器内一定的蒸发压力;2、提高压力(压缩),以创造在较高温度下冷凝的条件;3、输送制冷剂,使制冷剂完成制冷循环。制冷压缩机的种类很多,船舶上通常使用的是容积型压缩机,它是靠工作腔容积的改变来实现吸汽、压缩、排汽等过程。属于这类压缩机的有往复式压缩机和回转式压缩机。 1、往复式压缩机的工作原理(a)压缩 (b)排气 (c)膨胀 (d)吸气 图3-1
16、往复式压缩机的示意图及工作过程1、气缸 2、活塞 3、连杆 4、曲轴 5、排气阀 6、吸气阀 7、曲轴箱往复式压缩机又称活塞式压缩机。压缩机的工作腔是汽缸。活塞在汽缸内作上下往复运动,从而完成了压缩、排汽、膨胀、吸汽等过程。图1中的四个过程分别表示了压缩机1二作中的四个过程。到最低位置(称活塞的下止点)时,汽缸吸满蒸气。而活塞转而向上,这时吸、排汽门都关闭,汽缸容积缩小,蒸气被压缩,一直压缩到排汽压力为止。图中(b)为排汽过程:当压力达到一定值(大于排汽管内压力)时,排汽阀开启,活塞继续上移,蒸气排出,一直到活塞上移到最高位置(这位置称活塞的上止点)时,排汽结束。图中(c)是余隙膨胀过程:为了
17、防止活塞与吸排汽阀碰撞,活塞上移到上止点时,活塞与汽缸顶部之间留有一定间隙,称余隙。当活塞转而向下运动时,排汽结束时留在余隙内的高压蒸气阻止吸汽阀开启,吸汽不能开始。这时余隙内的蒸气随着活塞下移而进行膨胀,一直膨胀到吸汽压力以下时才结束。图中之(d)是吸汽过程:吸汽阀开启,随着活塞往下运动而吸汽,一直进行到活塞下移到活塞下止点为止。 ( 2)优点:它应用比较广泛,制造技术成熟,结构简单,而且对加工材料和加工lT艺要求较低,造价比较低,适应性强,能适应广阔的压力范围和制冷量要求,可维修性强。(3)缺点:无法实现较高转速,机器大而重,不容易实现轻量化,排气不连续,气流容易出现波动,而且工作时有较大
18、的振动。由于曲轴连杆式压缩机的上述特点,已经很少有小排量压缩机采用这种结构形式,曲轴连杆式压缩机目前大多应用在客车和卡车的大排量空调系统中。图3-2喷油式螺杆压缩机 1、阳转子 2、阴转子3、机体 4、滑动轴承 5、止推轴承 6、轴封 7、平衡活塞 (a) (b) (c)图3-3 螺杆式压缩机工作过程2、螺杆式压缩机的构造与工作过程螺杆式压缩机是一种回转式容积式压缩机。它利用螺杆的齿槽容积和位置的变化来完成蒸气的吸人、压缩和排出过程。无油螺杆压缩机在本世纪三十年代问世,主要用于压缩空气。后来汽缸内喷油的螺杆式压缩机出现,性能得到提高,目前,喷油式螺杆压缩机已是制冷压缩机中主要机种之一。螺杆式压
19、缩机分为双螺杆和单螺杆两大类,双螺杆压缩机习惯上称为螺杆式压缩机。(1)图3-2为喷油式螺杆式压缩机的构造。在断面为双圆相交的汽缸内,装有一对转子 阳转子和阴转子。阳转子有四个齿,阴转子有六个齿,两根转子相互啮合。当阳转子旋转一周,隐转子旋转23周,或者说,阳子的转速比阴转子的转速快50。图3是螺杆式压缩机从吸汽靠排汽的工作过程,在汽缸的吸汽端座上开有吸汽口,当齿槽与吸汽口相通时,吸汽就开始,随着螺杆的旋转,齿槽脱离吸汽口,一对齿槽空间吸满蒸气,如图(a)。螺杆继续旋转,两螺杆的齿与齿槽相互啮合,有汽缸体、啮合的螺杆和排汽端座组成的齿槽容积变小,而且位置向排汽端移动,完成了对蒸气压缩和输送的作
20、用,如图(b)。当这对齿槽空间与端座的排汽口相通时,压缩终了,蒸气被排出,如图(c)。每对齿槽空间都存在着吸汽、压缩、排汽三个过程。在同一时刻存在着吸汽、压缩、排汽三个过程,不过它们发生在不同的齿槽空间。(2)螺杆式压缩机的优点:螺杆式压缩机只有旋转运动,没有往复运动,因此压缩机的平衡性好,振动小,可以提高压缩机的转速。螺杆式压缩机的结构简单、紧凑,重量轻,无吸、排汽阀,易损件少,可靠性高,检修周期长。在低蒸发温度或高压缩比工况下,用单级压缩仍然可正常工作,且有良好的性能。这是由于螺杆式压缩机没有余隙,没有吸、排汽阀,故在这种不利工况下仍然有较高的容积效率。螺杆式压缩机对湿压缩不敏感。螺杆式压
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