【正文】 ②熱效率較高，單位電耗相對較少。因此，選擇離心式制冷壓縮機作為船舶軸帶壓縮機并非最佳方案。圖32是離心壓縮機調(diào)速前后工況點示意圖。離心式制冷壓縮機具有結(jié)構(gòu)簡單、工作安全體積小、重量輕、變速方便和能量調(diào)節(jié)范圍大可實現(xiàn)多級壓縮和節(jié)流，能適應(yīng)多種蒸發(fā)溫度要求的特點因而在大型空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用越來越多。b在主機轉(zhuǎn)速從最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速到額定轉(zhuǎn)速之間運行時軸帶式制冷壓縮機能正常工作時，排氣量滿足空調(diào)器負荷的需要。添加劑加入后，水合反應(yīng)更加徹底，并在蓄冷罐整個容積內(nèi)形成了更加均勻的水合物，因此蓄冷量和蓄冷密度都隨之增加。當整個蓄冷罐內(nèi)水合物溫度開始下降時，蓄冷過程結(jié)束。苯磺酸鈉對氣體水合物生成過程從實驗中觀察發(fā)現(xiàn)，在加入次氯酸鈣后水層與Ｒ141ｂ液體層依然界限分明，水層是清澈透明的，而加入苯磺酸鈉后，液體被乳化成不透明的乳狀液，水層變得渾濁，同時上升到液面的氣泡直徑明顯縮小，上升頻率顯著增加，兩者加入后，結(jié)晶過程都有了明顯改變。實驗中R124不能形成水合物。在放冷過程中，加入表面活性劑后降低了水合物的融解溫度，促進了水合物分解，其機理是由于氣泡的上升加快，水合物周圍的氣膜熱阻減小。加入表面活性劑后，傳熱系數(shù)曲線看起來就象將“純”MP52的傳熱系數(shù)曲線周期壓縮后整體上移。因此對于水合物蓄冷而言，MP39并不是一種理想的工質(zhì)。這說明在氣層，二者的傳熱性能幾乎相同。表1 MP39和MP52各組分的四相點及與R12的對比組分Q2點溫度0CQ2點絕對壓力MPaR22R152aR124R12未知未知一、蓄冷過程分析圖28 M39水合物蓄冷的溫度變化圖27 M52水合物蓄冷的溫度變化圖27為蓄冷過程溫度變化情況，圖中可以清楚地看出，MP52在形成水合物時，溫度有兩個明顯的躍升，其溫度——時間曲線呈駝峰狀，顯示有兩種不同的水合物(即R22和R152ａ的水合物)生成,這一特點與R12迥異。表面活性添加劑對氣體水合物的生成有積極的作用。另外，罐內(nèi)絕對壓力在整個過程中保持在27－67 kPa之間，對罐的制作材料及抗壓強度要求不高，可使投資費用較低。理想的冷凝器應(yīng)當是單層多圈的盤管。氣泡的運動可令R141b氣體與水層充分接觸。所以總體溫度與壓力在經(jīng)歷了過冷峰后，呈上升的趨勢，導(dǎo)致上界面水合物部分分解，體積減小．罐內(nèi)溫度、壓力在回升至C點后，水合物進入到穩(wěn)定生成階段，水合物生成釋放出的形成熱與液態(tài)R141b氣化吸收的熱量持平。圖5臨界分解溫度與起晶溫度之差．稱為過冷度ΔT。通過 R141b的冷凝、蒸發(fā)，將冷卻水冷量由氣層向液層傳遞，而將液層的熱量向氣層傳遞。R141b氣體水合物形成和分解實驗開始前．蓄冷罐巳按實驗步驟加入了蓄冷媒．不加任何表面活性物質(zhì)的水，位于 R141b液層的上方，水層高300 mm；位于罐內(nèi)最底層的是R14lb液體．高30 mm：罐內(nèi)剩余的空間內(nèi)R14lb氣體及極少量的水蒸汽。 17H2O+344KJ/Kg圖24是制冷劑 R141b氣體水合物的典型相圖。圖23R134a的蓄冷、放冷過程圖[10]以正丁醇及其它一元醇作為表面活性添加劑，進行了添加劑含量對氣體水合物的生成特性的影響實驗。對末加入正丁醇的情況，蓄冷量的變化不大。點后并產(chǎn)生一定過冷度后，在水一氣界面處開始有少量水合物晶體產(chǎn)生，無數(shù)細小的水合物晶核出現(xiàn)在水層中，使整個水相逐步變得渾濁。R134a氣體水合物可以存在的最高溫度和壓力是Q2點，其值為10 OC。替代工質(zhì)目前以HCFC和HFC為主。尋找一種蓄冷密度大的蓄冷材料是將蓄冷空調(diào)技術(shù)用于船舶必須解決的問題。7H2O)。[9]1982年Calor Group ℃的相變材料。所以優(yōu)態(tài)鹽蓄冷系統(tǒng)具有水和冰蓄冷兩種系統(tǒng)的優(yōu)點。據(jù)測定，電動螺桿式壓縮機冷水機組在其它條件相同的情況下，蒸發(fā)溫度每下降1℃，耗電量將增加2～4%，制冰工況的耗電量明顯增加；蒸發(fā)溫度較低使制冷系統(tǒng)的COP系數(shù)明顯降低。在陸地可利用高層建筑內(nèi)的消防水池，無需設(shè)置專用的蓄冷水池，可節(jié)省不少占地面積。b 氣體水合物在水中分布均勻或與水分層后結(jié)構(gòu)松散。測定氣體水合物相平衡特性、確定水合物的相圖及氣體水合物的生成過程中的水合過程的過冷度、生成速度、溫度等特性是選擇優(yōu)良蓄冷材料的關(guān)鍵?？梢灶A(yù)見，隨著蓄冷技術(shù)的成熟和蓄冷空調(diào)產(chǎn)品不斷開發(fā)，蓄冷空調(diào)替代現(xiàn)有空調(diào)產(chǎn)品是必然結(jié)果，發(fā)展前景廣闊。近年來空調(diào)負荷在城市中迅猛增長，加劇了電力高峰不足而低谷過剩的矛盾。，位居世界第二，但電力需求變化也出現(xiàn)了一些新的問題。二是暖冰蓄冷系統(tǒng)的開發(fā)及其性能、傳熱傳質(zhì)研究。上海理工大學(xué)正在研究直接接觸式冰蓄冷，它是以制冷劑R123（兼作載冷劑）與水在蓄冷罐內(nèi)直接接觸換熱制取冰晶，以冰水混合物儲冷和輸冷[2]。從技術(shù)上看，目前國內(nèi)外正在實際應(yīng)用的空調(diào)蓄冷方式主要是第一代的水蓄冷和第二代的冰蓄冷。因此，將空調(diào)蓄冷技術(shù)應(yīng)用到船舶中可減小船舶電站裝機容量，均衡發(fā)電機組供電負荷，提高發(fā)電機組的運行效率，降低單位功率的耗油，減少有害廢氣的排放等有重要的意義。為此，節(jié)約能源、環(huán)境保護及電力資源的優(yōu)化配制等研究成為國家扶持的熱門課題。如日本1990年只有228個冰蓄冷系統(tǒng)，而到1999年已發(fā)展到7000多個冰蓄冷系統(tǒng)。冰蓄冷有多種形式，如冰盤管式、冰板式、制冰落冰式、冰球式、冰泥式等。前二類蓄冷密度一般介于水和冰之間，后者蓄冷密度與冰相當，相變溫度為512℃，故俗稱暖冰，可與常規(guī)空調(diào)同工況運行，被認為是最有前途的第三代蓄冷介質(zhì)。對于第二方面問題，已研究開發(fā)的暖冰蓄冷系統(tǒng)主要有以下4 種形式：1) 利用熱管機理的在蓄冷罐氣層和液層內(nèi)分別設(shè)置蓄冷換熱器和釋冷換熱器的蓄冷方式[5]，利用水合介質(zhì)的蒸發(fā)和冷凝產(chǎn)生的自然循環(huán)效應(yīng)作為水合循環(huán)動力，故要求過冷度較大；2)美國加州儲熱能技術(shù)公司開發(fā)的利用R11氣體為水合介質(zhì)的外置反應(yīng)和換熱的蓄冷方式[6]，℃，但在整個蓄冷過程中，水合物與過余水形成的冰漿在輸送管道和換熱器以及蓄冷槽中循環(huán)流動，故必須保證其有足夠的流動性，以免堵塞管道和換熱器，從而限制了冰漿濃度和蓄冷密度的提高。據(jù)不完全統(tǒng)計，1998年全國近20GW裝機僅在負荷高峰運行數(shù)百小時。國家經(jīng)貿(mào)委辦公廳頒發(fā)的經(jīng)貿(mào)廳技[1997]298號文，將蓄冷空調(diào)作為今后重點發(fā)展項目。目前船舶主機的熱效率遠高于發(fā)電機組柴油機的熱效率，且船舶主機使用劣質(zhì)燃油的成本遠小于使用柴油的發(fā)電機組柴油機的成本，因而船舶空調(diào)軸帶壓縮機暖冰蓄冷技術(shù)應(yīng)用可大大降低空調(diào)的運行成本，提高船舶運行的經(jīng)濟性。b 蓄冷密度大，以減小蓄冷柜的體積，也有利于冷量的輸送。不易燃燒，與空氣混合不爆炸，對人體無毒，無污染，不破壞大氣臭氧層。在船舶使用水蓄冷，從理論上可利用充足的船舶固定壓載水或?qū)Ｅ搲狠d水作為蓄冷介質(zhì)，但由于船舶結(jié)構(gòu)材料的導(dǎo)熱性好，船艙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且船體外的海水換熱能力強，因而對水艙保溫要求高，保溫的成本較高。(3)冰蓄冷空調(diào)是在常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)外增加一套蓄冰系統(tǒng)，其冷量的儲存和釋放是利用水的反復(fù)融化和凍結(jié)來實現(xiàn)，由于冰和水的導(dǎo)熱能力和傳熱方式不一樣，且融冰、結(jié)冰過程中冰水的接觸面積也不斷改變，其融冰、結(jié)冰過程傳熱是一個不穩(wěn)定動態(tài)過程，流體分配的不均勻性將導(dǎo)致傳熱速度不穩(wěn)定，也直接影響儲冰系統(tǒng)的結(jié)冰和融冰速度。實際使用的Na2SO4在溫度低于轉(zhuǎn)熔溫度時無水Na2SO4被水化合回復(fù)生成Na2SO4而在凍結(jié)過程中，再結(jié)合水的過程只能發(fā)生在水和底部沉淀層的分界面上，從而給再結(jié)合水的過程造成困難，這也是蓄冷密度和蓄冷效率降低的一個重要因素。正是這種弱作用力促成水在0℃以上形成穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)狀晶體。迄今為止 RlR141b、R1R134a等的蓄冷過程、放冷過程及傳熱傳質(zhì)特性的研究已有文獻作了詳細的報道，針對應(yīng)用于空調(diào)蓄冷系統(tǒng)中所要解決的許多問題進行了重點分析。當蓄冷過程開始后，隨著冷凝器的開啟，最上層的部分R134a氣態(tài)冷劑被冷凝，氣壓降低，使底部的R134a液體變成過熱，R134a液體層開始沸騰并形成大空間泡態(tài)沸騰，隨著冷凝過程的不斷進行，這種大空間泡態(tài)沸騰逐步形成泡態(tài)沸騰。在下界面的氣體水合物是由水和液態(tài)R134a或細小的R134a氣泡形成的一種粉狀沉淀的結(jié)構(gòu)，當水合物結(jié)晶顆粒中的水被R134a分子取代后，這種粉狀結(jié)構(gòu)就變?yōu)檩^大的顆粒結(jié)構(gòu)，此種氣體水合物不斷在液一液界面生成。但蓄冷效率約為（60～70）%，大部分原因是蓄冷槽漏冷所致。實驗驗證了不同正丁醇含量對氣體水合物生成中存儲冷量的影響，加入正丁醇后蓄冷量明顯提高。相圖中BQ線為冰與氣體作用生成的氣體水合的相變線。R141b液滴在水層中向下運動的過程中，與周圍溫度較高的水分子進行熱交換，將水的熱量吸收，使水的溫度降低。蓄冷剛開始時，由于冷卻水與液層溫差較大，熱交換量也很大，因而蒸發(fā)、冷凝十分劇烈。水合物出現(xiàn)后，上、下界面的水合物生成情況和結(jié)構(gòu)各不相同。在罐內(nèi)溫度升至180C時，考慮水合物己分解完全，而且加熱水進出口溫差己很小，停止放冷．圖26 R141b氣體水合物溫壓力表變化過程[10]第二、三循環(huán)蓄冷開始后，罐內(nèi)蓄冷媒的溫度、壓力變化趨勢與第一循環(huán)相仿。通過仔細分析蓄冷放冷過程中氣層和液層各個層面溫度分布情況，不難發(fā)現(xiàn)溫度分布與冷凝器、加熱器的位置和結(jié)構(gòu)有關(guān)。若差距太大，就會帶來無謂的制冷量損失。目的是用混合工質(zhì)達到調(diào)節(jié)壓力及強化傳熱傳質(zhì)和結(jié)晶。肖立全、王世平等引入了熱管的工作機理設(shè)計了間接接觸方式實驗裝置，對由R2R152ａ和R124組成的三元近共沸混合物MP39（R401A）和MP52（R401C）水合物蓄冷進行研究，該裝置利用了制冷劑的冷凝—蒸發(fā)循環(huán)作為工作動力，換熱效率比內(nèi)融式裝置有了較大提高，蓄冷密度達到了190MJ/ｍ3，大大高于日本的裝置蓄冷密度，和美國Calmac的冰蓄冷裝置已經(jīng)不相上下。也就是說，MP52在形成水合物時,其特性既不同于R12，也不同于其組元氣體，而是趨向于一個共晶點。越過平臺后，水合物已大部分解，溫度繼續(xù)呈線性緩慢上升，其變化規(guī)律與單工質(zhì)R142ｂ的水合物分解規(guī)律非常相似。在表面活性劑的作用下，蓄冷過程更接近于恒溫、恒壓。加入表面活性劑后，水合物分解的速度幾乎提高了1倍，而且溫度平臺也消失了。實驗中，MP52的水合反應(yīng)熱約為270kj/kg，MP39的水合反應(yīng)熱約為230kj/kg。ｘCa(OH)2圖212所示為不加任何添加劑圖，圖213為加入次氯酸鈣(8/10000)氣體水合物蓄冷實驗溫度隨時間變化曲線（%）　圖214　為加入苯磺酸鈉(3/10000)氣體水合物蓄冷實驗溫度隨時間變化曲線。實驗中水合物開始形成時的溫度(促晶器流量300L/ｈ)稱為水合反應(yīng)溫度。[4]次氯酸鈣和苯磺酸鈉兩種添加劑對蓄冷過程有顯著影響,這兩種添加劑均可使水合物蓄冷時間縮短，這方面，次氯酸鈣的效果優(yōu)于苯磺酸鈉，加入8/10000次氯酸鈣后，蓄冷()所需時間縮短為不加添加劑()時的2/3；兩種添加劑均可使生成過冷度減小，苯磺酸鈉在這方面作用更顯著，3/℃℃；水合物生成速度明顯提高，蓄冷密度顯著增加。e便于安裝，傳動系統(tǒng)簡單可靠，使用壽命長，維護管理工作量小。離心式制冷壓縮機排出壓力大約與葉輪的轉(zhuǎn)速的平方成正比、流量與轉(zhuǎn)速成正比，因而這種壓縮機對壓縮機的轉(zhuǎn)速要求較高。采用帶增速齒輪的液力耦合器取代原齒輪增速箱，可以在主機變速運動的情況下實施壓縮機調(diào)速或穩(wěn)速。是目前船舶空調(diào)器使用最多的制冷壓縮機。有的專家認為活塞式壓縮機的技術(shù)完善程度已達到95％～96％。在日本除船用以及用氨作制冷劑的功率為 ～，其余的都從開啟式轉(zhuǎn)為半封閉式，即使150kw以上的中型制冷機，也已向半封式迅速發(fā)展。容量大時活塞直徑大，機器體積和重量都較大。主要由汽缸、轉(zhuǎn)子、滑片、彈簧、排氣閥及偏心軸等組成。90年代我國已有不少企業(yè)及合資企業(yè)如上海冰箱壓縮機廠、日立電器公司、西安慶安公司、西安東方機械廠等能較大批量生產(chǎn)這種壓縮機。但由于難以得到高精度的渦旋形狀，缺乏實用和可靠的驅(qū)動結(jié)構(gòu)以及摩擦磨損問題不能妥善解決，因此渦旋壓縮機在將近七十年的時間內(nèi)未得到普及使用。東芝公司推出了列車空調(diào)壓縮機。目前多用于小型空調(diào)器中。目前各國原來生產(chǎn)活塞式壓縮機的工廠也都發(fā)展了螺桿式壓縮機，其制冷量范圍下限約為 9萬 kcal／ h，上限約為 400 萬 kcal／ h，歐洲各國噴油螺桿制冷壓縮機絕大部分做成開啟式，以機組形式出廠，美國則在七十年代初開始生產(chǎn)半封閉式螺桿制冷壓縮機。 計算機技術(shù)的發(fā)展，為螺桿制冷機的轉(zhuǎn)子型線不斷更新，新結(jié)構(gòu)型式螺桿制冷機的出現(xiàn)，是螺桿制冷機的效率得到提高的基礎(chǔ)，在相同的使用條件下．其功耗已低于活塞式制冷機。近幾年來，世界各國致力于研究帶經(jīng)濟器螺桿制冷機，以改善螺桿制冷機在低溫工況下的性能。通過補氣孔口補進壓縮機的氣體，被壓縮到高壓，制冷機的功耗也必然要增加，由于制冷量增加的幅度遠大于功消耗增加的幅度，使單位功功率的制冷量得到了大幅度的提高，因此，可以節(jié)省大量的電耗，達到節(jié)能的目的。 1974年一機部在國內(nèi)某些廠試制螺桿式制冷壓縮機的基礎(chǔ)上，制訂了我國螺桿式制冷機型式機基本參數(shù)系列，并在我國制冷工業(yè)上開始得到應(yīng)用。當蓄冷完成時脫開離合器，壓縮機停止工作，當蓄冷須重新開始時合上離合器。一般有兩種情況：全量蓄冷和分量蓄冷。（2）空調(diào)系統(tǒng)部分夜間運行，而且所需的冷負荷比較大。 由于船舶的航行區(qū)域大，外界氣候變化莫測，容易出現(xiàn)極端天氣情況，且存在著船舶靠泊時的供冷情況，因而在實際配置制冷系統(tǒng)容量和蓄冷槽容量時應(yīng)有適當?shù)膬淞浚ＷC主機停車時的冷量供給。(2)液壓元件慣性小，油液可視為無壓縮性，故系統(tǒng)動作靈敏、響應(yīng)快，適應(yīng)船舶海況變化迅速的要求。(6) 液壓元件相對運動表面附有液壓油膜，能自行潤滑，延長元件工作壽命，避免海上潮氣的影響(7) 操縱方便。系統(tǒng)中雙向變量泵輸出流量，決定著液壓馬達的輸出轉(zhuǎn)速，通過自動控制雙向變量泵A的變量機構(gòu)（斜盤傾角），使變量泵A的輸出流量Q變化，馬達輸出轉(zhuǎn)速也隨之做相應(yīng)改變。在額定輸出油壓時，能滿足軸帶壓縮機最大功率工作的要求。提高壓力差P，不僅可以增大液壓馬達的輸出扭矩M，而且還可以在功率不變的前提下，使液壓元件和管路的尺寸相應(yīng)減少，但是也受到了強度、密封等的條件限制，并給管理工作帶來了不