船舶制冷中央空调.docx

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船舶制冷中央空调

南通航运职业技术学院

毕业设计（论文）

班级专业机电一体化

题目船舶制冷—中央空调

学生姓名

指导教师

年月日

摘要

空调在我们日常生活中已经非常普遍，也可以说是不可或缺的家电，因为在我们所居住的地区，受季节的影响，会出现寒冷及酷热的时期，那么，大家为了能舒适，安全的度过这一时期，纷纷安装了空调，因为空调可以让你的室温达到冬暖夏凉的效果。

首先了解到空调的几个基本的组成设备，有压缩机，冷凝器，膨胀阀，蒸发器，滑油分离器，制冷方式:

液体制冷剂在膨胀阀的节流作用下进入蒸发盘管中，制冷剂就会在较低的压力下吸热汽化，从空气中吸取热量，使空气温度降低，从而实现制冷。

为了使蒸发管中的压力不会因为不断流入汽化的制冷剂而升高，压缩机把制冷剂抽出，一是维持蒸发器低压，同时把高温高压的气态制冷剂送到冷凝器中，使气态冷剂放热从而液化，然后再一次进入循环系统。

对船舶空调的要求:

船舶空调主要用于满足人们对工作和生活环境舒适和卫生的要求。

对温度湿度等空气条件的要求并不十分严格，允许在稍大的范围内变动，属于舒适性设备。

（1）温度:

温度条件冬季为19～24℃，夏季为21～28℃。

我国的标准为冬季19～22℃，夏季为24～28℃。

（2）湿度:

人对空气的湿度并不敏感，夏季空调采用去湿法，控制在40％～50％；冬季在30％～40％为宜。

（3）清新程度:

清新程度就是指空气清洁和新鲜的程度。

如果只从满足人对氧的需要出发，供给量在2．4m3／h。

（4）气流速度:

室内气流速度以0．15～0．20m／s为宜，最大不超过0．35m／s，否则人会感到不舒服。

关键词：

效果；设备；要求

摘要···············································································1

第一章概述··········································································3

1.1制冷与制冷方法·························································3

1.1.1天然制冷·························································3

1.1.2人工制冷·························································3

1.2制冷技术中常用术语····························································4

第二章制冷装置和主要设备·······················································6

2.1装置的组成及制冷循环···················································6

2.2主要设备·······························································6

2.2.1活塞式制冷压缩机·················································6

2.2.2冷凝器与蒸发器···················································7

2.2.3膨胀阀···························································8

2.3制冷装置的自动控制元件·················································8

2.3.1热力膨胀阀·······················································8

2.3.2电子膨胀阀·······················································8

2.3.3水量调节阀······················································10

2.3.4恒压阀··························································10

第三章中央空调系统原理及调试·················································11

3.1空调的基本组成及作用··················································11

3.2中央空调的工作原理····················································12

3.3电气原理······························································14

3.4空调管理的注意事项·····················································15

3.4.1制冷剂的加入····················································15

3.4.2检漏····························································15

结论····································································17

参考文献·······························································18

第一章概述

1.1制冷与制冷方法

制冷就是用某种方法使得某一空间内的物质的温度低于环境介质的温度，并维持这个低温的过程。

制冷方法是多种多样的，但归纳起来分为两大类。

1.1.1天然制冷

天然冰或者人造冰在融化的过程中要吸收周围的热量，如果把它们放在某空间融化，此空间中的热量就会被它所吸收而使温度降低。

此种制冷方法虽然具有简单便宜的优点，但由于它的储藏量小，受地区和季节限制，而且不易进行自动控制，所以这种方法在船舶上一般并不采用。

1.1.2人工制冷

人工制冷是利用某种制冷工质的物理-化学特性或者根据电热效应的原理，通过机械设备来造就一个低温空间。

这种方法的特点就是可以根据需要，造就不同冷藏温度的低温环境，可十分方便的进行自动控制，准确而长期的维持调定的低温。

因此这种制冷在船舶上获得广泛的应用。

根据工作原理的不同，人工制冷的方法分为以下几种。

（1）蒸发制冷

利用物质在发生相态变化时吸热或放热的物理特性来转移热量的方法：

压缩式蒸发制冷、吸收式蒸发制冷、蒸汽喷射式蒸发制冷。

（2）气体膨胀制冷

利用气体在膨胀时吸收热量，使温度降低的物理特性来制冷的一种方法。

它主要应用在飞机空调和气体的低温液化方面。

（3）半导体制冷

利用半导体的波尔贴效应来制冷的一种方法。

早在18世纪人们就已经发现当两种不同导体组成一个闭合环路，把其中的一个联结点加热，另一个联结点冷却。

也就是说，当两个联结点存在温差时，在两个联结点之间就产生了电动势，在环路中就产生了电流，这称为温差电效应。

相反，如果用两种不同的导体组成闭合环路，并在此环路中接入一个直流电源，则一个结点的温度就会升高，而另一个结点的温度就会降低，这就是半导体制冷的基础。

半导体制冷是上世纪50年代初才付诸实际应用的制冷方法，它有一系列的优点，在一些部门得到应用，但是由于要使用交流电，而且耗电大，造价昂贵，因而目前半导体制冷的使用受到一定的限制，从发展的眼光看，它是一种很有前途的制冷方法。

除此之外，还有其他的一些制冷方法，如涡流制冷，绝热退磁制冷等，这里不一一介绍

1.2制冷技术中常用的术语

制冷技术是建立在热力学基础上的，为了理解制冷原理，先将热力学中有关术语做一说明。

温度

物体冷热程度的量度，其实质是物体内部分子热运动平均动能的标志。

两个物体接触时，如果它们的温度不同，就会发生热传递，温度较高的物体的热量就会传递到温度较低的物体，直到两个物体的温度相等，热量的传递才结束。

压力

垂直作用在物体单位面积上的力称为压力，压力有绝对压力，表压力和真空压力之分其关系是：

绝对压力=大气压力+表压力

真空压力=大气压力-绝对压力（真空压力即真空度）

饱和温度与饱和压力

密封在容器中的液体，在汽化的过程中，当从液体中跑出的分子数与从气体中返回的分子数相同时（即处在动态平衡时），称为饱和状态。

此时的温度称为饱和温度，压力称为饱和压力，它们的关系是一一对应的。

即某一温度只对应某一饱和压力，而某一压力也只对应某一饱和温度。

蒸发与凝结

制冷技术中所指的蒸发通常是指物理学中的沸腾，即在某一压力下达到与之对应的饱和温度时，液体表面和内部剧烈汽化的过程；凝结是指在某一压力下，物质冷却到与之对应的饱和温度时，由气态转变为液态的过程。

显热与潜热

物体在吸热或放热的过程中，其形态不发生变化，而只是由于温度的变化显示出来的热量称为显热，也可以称为可感热；如果物体在吸热或放热的过程中，温度不发生变化，只是形态发生了变化，该热变化无法用温度显示出来，人们也无法感受到，这就称为潜热。

例如100℃的沸水转化为100℃的水蒸气，其转化过程中温度没有改变，但是形态发生了变化，在转化过程中吸收的热量就是潜热。

热负荷

为了达到降温和保温的目的，单位时间内必须从冷藏空间中取出的热量，例如，要使某一冷藏空间保持-10℃的低温，每小时必须从此空间取走2100kJ热量才行，那么我们就称此冷藏空间的热负荷为2100kJ∕h。

制冷量

制冷量是单位时间内能够从冷藏空间取走的热量，它表示该制冷设备制冷能力的大小，通常制冷量应该大于或等于热负荷，以保证制冷目的的实现

制冷系数

制取的冷量与所消耗的功的比值。

它是衡量制冷装置经济性的重要指标，制冷系数越大越好。

第二章制冷装置和主要设备

在诸多的制冷方法中，以蒸发式制冷应用比较普遍。

在蒸发制冷中，尤以活塞式压缩蒸发制冷在船上最为多见，所以，我们将重点介绍这种制冷装置。

2.1装置的组成及制冷循环

活塞式压缩式制冷装置的基本组成主要是有制冷压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器等部分组成，整个系统高度密封，在系统中流动的工质称为制冷工质或制冷剂。

当制冷剂在发生相态变化时，有吸热和放热的现象，如在某一压力下由液态转化为气态时吸取热量；气态转化为液态时（凝结）放出热量。

该装置就是利用这种性质使制冷工质在系统循环流动中，不断的发生相态变化，这样就可以将冷库中的热量不断地转移出来，使冷库的温度下降。

具体说，循环的过程是这样的：

低压的液体制冷剂在蒸发器中不断的蒸发，吸取冷库中的热量，转变为气态冷剂，压缩机不断地将气态冷剂吸出，经过压缩后，提高其压力和温度，并且排至冷凝器。

在冷凝器中，冷剂气体被冷却水或空气冷却，凝结为液体冷剂，同时放出热量，此液体冷剂通过膨胀阀的节流作用，形成低温低压的冷剂液体（其中伴随部分气体状态的冷剂）又被送至蒸发器中进行蒸发吸热。

如此不断循环工作，冷库中的热量就会不断被冷剂带走，并在冷凝器中向冷却水或空气放出，从而使冷库温度降低。

上述循环过程可以分为四个工作过程。

压缩升温过程——提高冷剂蒸汽的温度，使之有可能向环境（空气或水）放热，此过程在压缩机中进行。

冷凝放热过程——把冷剂从冷却物质中的热量放出（放出到冷却水或空气中），使冷剂还原到液态。

此过程在冷凝器中进行。

节流降压过程——降低冷剂的压力，目的是降低冷剂的蒸发温度，此过程在膨胀阀中进行。

蒸发制冷过程——冷剂在低压下蒸发，吸取被冷物质的热量。

在这个过程中，液态冷剂转变成气态冷剂。

此过程在蒸发器中进行。

2.2主要设备

2.2.1活塞式制冷压缩机

压缩机式制冷装置中的动力源是最关键的设备。

通过它的不断抽吸，蒸发器中才能维持恒定的低压，冷剂才能在其中进行蒸发制冷；也只有通过它不断的压缩，才能将从蒸发器中抽吸出的低温冷剂温度提高到环境温度以上，制冷剂才能把冷库中带出的热量向环境放掉，实现所谓热量的“倒流”。

活塞式压缩机的结构型式很多，常见的有直立式、V型、W型和S型几种。

不管是哪种型式，其基本结构均类同于柴油机的基本结构，这里不再述说，不过制冷压缩机要由电动机等外力来拖动，即要消耗外界的动力，这是和柴油机显著不同的。

2.2.2冷凝器与蒸发器

冷凝器和蒸发器是压缩制冷装置中的热交换设备，冷剂工质相态的转换和热量的传递都是在他们之间进行的。

冷凝器的作用是把冷剂从冷却空间吸出的热量，通过冷剂相态的转换（气态转换成液态）放出来并由冷却物质（空气或冷却水）把热量带走。

所以，在冷凝器中，对冷剂的充分冷却是十分重要的。

冷凝器的结构型式很多，有壳管式、套管式、沉浸式、空气式等，船舶中最常见的是壳管式和空冷式两种。

壳管式冷凝器是用水冷却的，冷却水从端盖进水口进入，在管子中经过一个或几个回程，由出水口出去；由于冷却水在管中流动时吸收了冷剂的热量，所以出水温度高于进水温度；从压缩机排气口出来的高温高压冷剂蒸汽从冷凝器的上部进气口进入冷凝器内部空间（在冷凝器管外面），由于被冷却水吸走了热量，气态冷剂被还原为液态冷剂，再从下部出液口流出。

空冷式冷凝器是以空气作为冷却介质的，从压缩机排气口出来的高温高压冷剂蒸汽从冷凝器的上部进气口进入冷凝器管中进行多回程流动，而空气从管外掠过，吸收管内冷剂的热量，并把它散发到周围环境中，由于冷剂的热量不断被吸走，就由气态还原为液态，最后从出液口流出。

不管是哪种型式的冷凝器，在工作中，都应该切实注意其冷凝效果，如果冷凝效果不好，将使制冷效果大大恶化。

蒸发器的作用是低温低压的液体冷剂在其中蒸发，转换成气态冷剂，吸取被冷介质（空气或水）的热量，从而达到制冷的目的，所以蒸发器是吸热制冷的设备，通常蒸发器不知在冷却空间中。

壳管式蒸发器的结构类同壳管式冷凝器的结构，所不同的是冷剂的进出口方向与冷凝器相反，即冷剂由下部进液管进去，从上部出气管出来；其次是在管内流动的水的热量被管外冷剂蒸发所吸走，所以出水口温度降低。

蛇形排管蒸发器在冷库和冷藏箱中较为常见，它是由无缝钢管或钢管弯制而成，安装在库内四周壁上。

制冷机工作时，从膨胀阀来的低温低压液态冷剂进入蒸发吸热，靠近蒸发器排管的空气首先被冷却，空气温度降低，密度增加而下沉，附近热空气来补充，形成自然对流，使库温逐渐下降，如再安装一鼓风机，进行空气的强迫对流，库温下降将更快些。

管内的液态冷剂由于不断蒸发，最后全部置换成液态冷剂，从蒸发器出口被压缩机吸出。

蒸发器的制冷温度取决于蒸发压力。

蒸发压力越低，则制冷温度越低，必须指出，过低的制冷温度将会使制冷装置的经济性下降。

2.2.3膨胀阀

膨胀阀也是压缩式制冷装置四大设备之一。

膨胀阀的基本作用有两点：

（1）从冷凝器出来的高压液态冷剂通过它的小孔，造成节流，降低了压力，与此同时，温度也降低，成为低温低压的液态冷剂（严格的说，应是湿蒸汽）然后到蒸发器中蒸发吸热；

（2）控制冷剂工质的循环量，使之适应热负荷变化时的需要，因为冷藏室内的热负荷是产生变化的，所以供液量也随之变化。

如果供液量少了，制冷量将不足，冷藏室内的温度将会升高；如果供液量过多，造成冷剂过剩，将对制冷压缩机的工作产生不利的影响。

2.3制冷装置的自动控制元件

2.3.1热力膨胀阀

热力膨胀阀亦称节流阀，它装于电磁阀之后，蒸发器进口之前的管路上，热力膨胀阀的功用是：

将来自储液器或冷凝器的高压制冷剂液体节流降压，以便在蒸发器中吸热而实现制冷，根据冷库内热负荷的变化自动调节进入蒸发器中的冷剂量，使冷库温度维持在规定值之内，且令回气具有一定的过热度。

膨胀阀的种类按感温元件不同而分为热力式膨胀阀和热电式膨胀阀两种，前者感温元件是感温包，后者是热敏电阻或类似的热电元件。

2.3.2电子膨胀阀

电子膨胀阀是按照预设程序调节蒸发器供液量，因属于电子式调节模式，故称为电子膨胀阀。

它适应了制冷机电一体化的发展要求，具有热力膨胀阀无法比拟的优良特性，为制冷系统的智能化控制提供了条件，是一种很有发展前途的自控节能元件。

电子膨胀阀与热膨胀阀的基本用途相同，结构上多种多样，但在性能上，两者却存在较大的差异。

从控制实现的角度来看，电子膨胀阀由控制器、执行器和传感器3部分构成，通常所说的电子膨胀阀大多仅指执行器，即可控驱动装置和阀体，实际上仅有这一部分是无法完成控制功能的。

电子膨胀阀控制器的核心硬件为单片机，如控制器同时要完成压缩机及风机的变频等控制功能，一般采用多机级连的形式。

电子膨胀阀的传感器通常采用热电偶或热电阻。

电子膨胀阀作为一种新型的控制元件，早已经突破了节流机构的概念，它是制冷系统智能化的重要环节，也是制冷系统优化得以真正实现的重要手段和保证，也是制冷系统机电一体的象征，已经被应用在越来越多的领域中。

由于电子膨胀阀的采用，突破了以前在空调机组设计过程中存在的某种系统屈从热力膨胀阀的观念，进入膨胀阀为系统优化服务的新境界，对于制冷行业的发展起着重要的作用。

目前人们对电子膨胀阀的研究和开发主要针对的是电磁式膨胀阀和电动式膨胀阀。

电磁式膨胀阀在电磁线圈通电前，针阀处于打开位置；由线圈上施加的电压控制针阀开度的大小，从而调节膨胀阀的流量。

该阀动作响应快，但在制冷系统工作时一直需要供电

与热力膨胀阀相比电子膨胀阀在以下方面有显著的优势：

（1）电子膨胀阀的驱动方式是控制器通过对传感器采集得到的参数进行计算，向驱动板发出调节指令，由驱动板向电子膨胀阀输出电信号，驱动电子膨胀阀的动作。

电子膨胀阀从全闭到全开状态其用时仅需几秒钟，反应和动作速度快，不存在静态过热度现象，且开闭特性和速度均可人为设定，尤其适合于工况波动剧烈的热泵机组的使用。

（2）电子膨胀阀的适用温度低。

对于热力膨胀阀，当环境温度较低，其感温包内部的感温介质的压力变化大大减小，严重影响了调节性能。

而对于电子膨胀阀，其感温部件为热电偶或热电阻，它们在低温下同样能准确反应出过热度的变化。

因此，在冷藏库的冻结间等低温环境中，电子膨胀阀也能提供较好的流量调节。

（3）电子膨胀阀的过热度设定值可调。

只需改变一下控制程序中的源代码，就可改变过热度的设定值。

完全不像热力膨胀阀那样要进入冷库当中，现场调节弹簧的预紧力来改变过热度的设定值，对电子膨胀阀的调节作用可以彻底实现远距离控制，并且电子膨胀阀可根据不同需要灵活调整过热度以减小蒸发器表面和冷藏库内环境之间的温差，从而减少蒸发器表面的结霜，这样一来，既提高了冷冻能力，同时也可以降低食品的干耗。

（4）电子膨胀阀可起到节能的作用。

对于冷藏库制冷系统停机期间如使高低压侧连通，则会产生所谓工质迁移现象，即冷凝器中的常温高压液体将逐渐流入蒸发器，使蒸发器的温度压力都升高。

再次开机时，要重新建立压差也需要消耗压缩机额外一部分能量。

反之，若在停机期间切断高低压侧，这虽然维持了蒸发器的低温低压，但再次启动时，压缩机属于带载启动，电流冲击大，也会增加能量的损失。

但若是采用电子膨胀阀就会解决上述问题。

具体做法是：

停机时令膨胀阀全关，防止冷凝器的高温液体流入蒸发器，造成再次启动时的能量损失。

开机前，将膨胀阀全开，使系统高低压侧平衡，然后开机。

这样既实现了轻载启动，又减少了停机中的热棍失。

另外，采用电子膨胀阀可以缩短冻结时间，电子膨胀阀在冻结全过程中能做到负荷与冷量平衡，冻结效率可以得到提高，冻结时间比热力膨胀阀也可缩短10%，同时也就减少了压缩机的能耗。

采用电子膨胀阀控制压缩机排气温度可以防止因排气温度的升高对系统性能产生的不利影响，同时又可省去专设的安全保护器，节约成本，节省电耗约6%。

（5）电子膨胀阀适应机电一体化的发展要求。

随着微机控制技术的崛起，机电一体化已成为制冷系统发展的新趋势。

电子膨胀阀照比热力膨胀阀已由原来的机械式控制向电脑式控制发展，充分体现了机电一体化的发展趋势。

目前在家用空调领域，电子膨胀阀和变频压缩机组成的系统已取得了很好的效果，其原理就是将电子膨胀阀大范围的流量调节特性与变频压缩机的变频特性结合起来。

2.3.3水量调节阀

水量调节阀又称冷凝压力调节阀，它以制冷压缩机排气压力为信号，自动调节冷凝器的冷却水量，以保证冷凝压力保持在调试的范围内，水量调节阀装设在冷凝器的进水管路上

2.3.4恒压阀（蒸发压力调节阀）

恒压阀又可称背压阀，是一种蒸发压力自动调节阀，从而维持阀前的压力恒定，保持蒸发温度。

第三章中央空调系统原理及调试

3.1空调的基本组成和作用

空调系统（或称空调装置）一般由空气调节器、风管、布风器、回风口及自控设备组成。

空气调节器对空气集中加工处理的设备。

一般放置在船舶的空调器室内，它是空调装置的关键设备，它主要由混合室、消声室、空气处理室和分配室组成。

新风（新鲜空气）和回风（从空调舱室回来的部分空气）按一定的比例从各自的进风口进入混合室，然后被风机压入消声室，进行净化，消声处理，然后进入空气处理室。

如果是夏季，热空气在处理室中进行冷却和除湿处理；如果是冬季，冷空气在其中进行加热和加湿处理的空气，最后被压入分配室，再由风管分配到空调舱室。

布风器是空调系统中末端的设备，它装在舱室中，它的任务是把处理后的空气按一定的流速和方向送入舱室内，迅速与舱室内原有的空气混合，使室内温度分布均匀。

部风器常用的是顶式布风器，图为顶式布风器的原理图（布风器装在天花板中）空气从进风管5进入布风器，由于受到正面挡风板8的阻挡，于是空气顺喇叭口向四周扩散，均匀的与室内原有空气混合，调节旋钮9是用来控制风量和关闭布风器的。

3.2中央空调的工作原理

工作过程：

在室温较高时，压缩机不断地将管内气态冷剂吸出，经过压缩后，提高其压力和温度，并且排至冷凝器。

在冷凝器中，冷剂气体被冷却水冷却，凝结为液体冷剂，同时放出热量，此液体冷剂通过膨胀阀的节流作用，形成低温低压的冷剂液体（其中伴随部分气体状态的冷剂）又被送至蒸发器中进行蒸发吸热。

中央空调的蒸发器安装在空调间的空调风机前部，蒸发时蒸发器周围空气的温度降低，通过风机的运转将冷气抽吸过来，并通过风机吹送到各个房间，从而使各个房间的温度达到人体舒适的范围，当室内空气比较干燥时，在回风管路上安装有湿度传感器，它会将当前湿度值传送给监测系统，当出风口的湿度达不到人体舒适度等级时，湿度开关会动作，驱动蒸汽发生器停止工作，此时管路中将不再加湿气，直到湿度传感器检测到室内湿度达不到标准时，空调控制模块会给湿度发生器一个信号，然后蒸汽发生器开始工作，制造蒸汽，给空气加湿。

在室内温度较低时，制冷系统无需启动，当温控阀的温度传感器检测到室内温度低于其设定温度时，温控阀自动打开，蒸汽从进气管进入热交换器，使周围的空气温度升高，此时制冷系统不工作，其他设备正常工作。

3.3电气原理图

控制原理

由于中央空调控制原理与独立空调原理类似，这里以独立空调原理图为例，合上主电源开关，此时控制回路通过变压器得到220V控制电压，曲轴箱加热器CH得电，曲轴箱开始加热，且线圈K3得电吸合，K3常开触点闭合，此时旋转启动按钮SW2，线圈MC1得电吸合，主电路MC1常开触点闭合，风机马达开始运转，风机运行指示灯GL1亮，当旋转压缩机启动按钮SW3时，且当温度传感器检测到房间温度介于设定温度的最高值与最低值之间，7和8为闭合状态，此时线圈MC2得电吸合，MC2常开触点闭合，实现自锁，