4两级压缩与复叠式制冷循环v2

4两级压缩与复叠式制冷循环制冷原理1.采用双级压缩制冷循环的原因；3.双级压缩制冷循环系统及热力计算；4.复叠式制冷循环原理。2.双级压缩制冷循环的类型；单级蒸气压缩适用条件1.氨制冷系统：pk/p0≤8；最低蒸发温度＝-25℃；2.氟利昂制冷系统：pk/p0≤10；最低蒸发温度＝-37℃4.1概述[例]有一台制冷压缩机，工质R22，相对余隙容积c=余隙容积/工作行程容积=0.048，多变指数m=1.04，tK=40℃，求此时制冷机所能制取的最低温度。解：容积系数的计算公式为：π为压缩机压力比π=当达到最低蒸发温度，λv=0,Qo=0,压缩机停止吸气,即当tk=40℃,pk=15.269bar,故最低蒸发压力与之对应的to=-50.5℃，这就是此时蒸发温度的)1(11mvcokpp0)1(11mc7.24)048.0048.01()1(04.1mccbarppko618.07.24269.15极限值单级蒸气压缩制冷机运行时制冷剂的冷凝压力由环境介质（如空气或水）温度决定在一定的冷凝温度下蒸发温度降低冷凝压力和蒸发压力之差（pk-po）增大压缩比pk/po变大单级压缩循环所能达到的最低制冷温度是有限的。通常，最低只能达到-40℃左右。原因:受单级活塞式压缩机的极限使用条件的限制。通常单级蒸气压缩活塞式制冷机压缩比≤10，超出极限使用条件时：(1)压缩比增大时,压缩机的输气系数λ大为降低，压缩机的输气量及效率显著下降。(2)压缩机排气温度过高，使润滑油的粘度急剧下降，影响压缩机的润滑。当排气温度与润滑油的闪点接近时，会使润滑油碳化，以致在阀片上产生结碳现象。所以，为获得较低的温度（-40℃以下），同时使压缩机的工作压力控制在一个合适的范围内，就要采用多级压缩循环。(3)制冷剂节流损失增加，单位质量制冷量及单位容积制冷量下降过大，经济性下降。两级蒸气压缩工作原理压缩过程分两阶段进行:低压级压缩高压级压缩蒸发压力中间压力冷凝压力1.来自蒸发器的低温制冷剂蒸气（压力为Po）先进入低压级压缩机，在其中压缩到中间压力Pm2.经过中间冷却器冷却（分两种情况－－中间完全冷却为饱和蒸气/中间不完全冷却为过热蒸气）3.再进入高压级压缩机，将其压缩为冷凝压力Pk，排入冷凝器中4.2两级压缩制冷循环两级蒸气压缩类型单机双级：一台压缩机，气缸一部分为高压级，一部分为低压级双机双级：两台压缩机，分别为高压级和低压级一级节流：供液的制冷剂液体直接由冷凝压力节流至蒸发压力。两级节流：一级节流至中间压力，二级节流至蒸发压力。一级节流可利用压差实现远距离供液,便于调节,应用广泛两级节流,很少采用中间完全冷却：将低压级的排气冷却到中间压力下的饱和蒸气。中间不完全冷却：未将排气冷却到中间压力下的饱和蒸气。对R12,R22,R502采用中间不完全冷却对R717采用中间完全冷却采用哪一种型式与制冷剂种类、制冷剂容量等条件有关常用的组成型式有：1.一级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环2.一级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环3.两级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环4.两级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环5.两级节流、具有中温蒸发器的中间完全冷却两级压缩制冷循环由冷凝器流出的液体分为两路：a.经膨胀阀1节流至Pm进入中冷器，利用它吸热冷却低压级排气和盘管中的高压液体。蒸发产生的蒸汽同低压压缩机排气一起进入高压级；b.液体在中冷器盘管中被冷却后，经膨胀阀2节流到P0，在蒸发器中蒸发制冷。高压级压缩机冷剂质量流量MR：4.2.1一级节流、液体过冷、中间完全冷却的双级压缩制冷循环低压级来MR1膨胀阀1来MR2压-焓图分析1-2低压压缩机压缩2-3低压压缩机排气在中冷器冷却3-4高压压缩机压缩4-5高压排气在冷凝器冷却5-6节流阀①中液体节流6-3节流阀①后液体在中冷器内蒸发5-7另一路液体在中冷器内过冷7-8节流阀②节流8-1蒸发器中蒸发1）单位质量制冷量：q0＝h1－h8kJ/kg2）单位容积制冷量：qv＝q0/v1kJ/m33）单位冷凝热负荷：qk＝h4－h5kJ/kg4）低压级单位理论压缩功：w0d＝h2－h1kJ/kg5）高压级单位理论压缩功：w0g＝h4－h3kJ/kg6）低压级制冷剂的质量流量：MRd＝Q0/q0kg/s7）高压级制冷剂的质量流量：8）制冷系数：5372RdRghhhhMM34Rg12Rd81RdogodOohhMhhMhhMPPQε两级压缩氨制冷机的实际系统图A-低压压缩机B-高压压缩机C-油分离器D-单向阀E-冷凝器F-储液器G-过冷器H-中间冷却器I-浮子调节阀J-调节站K-气液分离器L-蒸发器170系列氨压缩机组机组在冷凝温度≤40℃，蒸发温度单级+5℃∼-30℃，双级-25℃∼-45℃的范围内工作。广泛应用于国民经济各部门中需要实现人工制冷的场合，如石油、化工、制药等工业产品的生产、国防、科研方面的低温试验、食品的低温加工贮藏和运输，工厂、医院及公共场所等大型建筑的空气调节等。4.2.2.一级节流，中间不完全冷却的两级压缩制冷循环热力计算其余过程略1）单位质量制冷量：q0＝h1－h8kJ/kg2）单位容积制冷量：qv＝q0/v1kJ/m33）单位冷凝热负荷：qk＝h4－h5kJ/kg4）低压级单位理论压缩功：w0d＝h2－h1kJ/kg5）高压级单位理论压缩功：w0g＝h4－h3kJ/kg6）低压级制冷剂的质量流量：MRd＝Q0/q0kg/s7）高压级制冷剂的质量流量：8）制冷系数：6383RdRghhhhMM34Rg12Rd81RdogodOohhMhhMhhMPPQε图7SD2-4F10A两级压缩氟里昂制冷系统图A－低压压缩机；B－高压压缩机；C１、C２－油分离器；D－冷凝器；E－过滤干燥器；F－中间冷却器；G－蒸发器；H－气液分离器；I１、I２－热力膨胀阀；J１、J２－电磁阀两级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环(a)流程图(b)lgp-h图4.2.3.两级压缩两级节流制冷循环两级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环(a)流程图(b)lgp-h图两级节流、具有中温蒸发器的中间完全冷却两级压缩制冷循环(a)流程图(b)lgp-h图中间压力的确定压缩机已定的情况当已经选配好高、低压级压缩机时，则高、低压级的理论输气量之比为定值，可用试凑法（作图法）确定所需的中间压力。4.3两级压缩制冷机的热力计算具体步骤：1）按一定间隔选择若干个中间温度，按所选温度分别进行循环的热力计算，求出不同中间温度下的理论输气量的比值；2）绘制曲线，并在图上画一条等于给定值的水平线，此线与曲线的交点即为所求中间温度（即中间压力）。一般高、低压级理论输气量之比值在1/2--1/3之间，如采用单机双级型压缩机，它们的容积比一般为1:3。用这种方法确定的中间压力不一定是循环的最佳中间压力。最佳的运行经济性—制冷系数最大：最佳中间压力方法1：计算作图法方法2：简单估算法估算压力R717：φ＝0.95～1R22：φ＝0.9~0.95komppp估算温度求最佳中间压力对于两级氨制冷循环，拉赛(A.Rasi)提出了较为简单的最佳中间温度计算式：tm=0.4tk+0.6to+3式中，tm,tk和to分别表示中间温度，冷凝温度和蒸发温度，单位均为℃。上式不只适用于氨，在－40～40℃温度范围内，对于R12也能得到满意的结果。例4-2例4-3思考题:4-1,4-3,4-44.3.3温度变动时制冷机特性tk,ξ不变而t0发生变化时:t0升高,v1减小,q0增大,Q0增大,ε提高;t0下降则相反;电机选配:高压级电机按最大功率工况选配,低压级电机可按它投入运行时的工况选配(为什么?)先开高压级,后开低压级4.4复叠式制冷机循环一、复叠式压缩原因1.双级压缩制冷的局限性：①制冷温度受制冷剂凝固点的限制不能太低。②受蒸发压力过低的限制。③受循环压力比的限制。2.解决方法：采用低温制冷剂。低温制冷剂在常温下无法冷凝成液体，因此采用另一台制冷装置与之联合运行，为低温制冷剂循环的冷凝过程提供冷源，降低冷凝温度和压力,即为复叠式制冷。二、复叠式压缩工作原理复叠式压缩制冷系统:由两个单级压缩制冷循环组成，之间用蒸发冷凝器联系起来高温部分：采用中温制冷剂，蒸发器为低温部分冷凝器中的制冷剂冷凝服务低温部分：采用低温制冷剂，蒸发器为用户制冷工作原理温熵图(压焓图是怎样的?)由两个单级系统组成的复叠式制冷机a)制冷循环系统b)T-s图三、复叠式制冷机1.两个单级系统组成的复叠制冷机原理高温压缩机冷凝器节流阀冷凝蒸发器高温系统制冷剂R23压缩机冷凝蒸发器回热器节流阀蒸发器膨胀容器组成低温系统制冷剂R22高温部分一级节流中间不完全冷却节流前液体过冷带回热的两级压缩循环R22或R507低温部分带回热的单级压缩循环制冷剂低温高温最低蒸发温度可达-110℃R23或R11502.三个单级系统组成的复叠制冷机原理3.生产干冰的复叠式制冷机原理4.5自复叠式制冷循环问题：应使用怎样的制冷剂才能实现复叠制冷？自复叠制冷系统的结构和原理各种蒸气压缩式制冷方式的比较制冷循环适用条件应用温度范围制冷剂单级压缩一般制冷5℃～-30℃一种双级压缩大压缩比-30℃～-80℃一种复叠压缩低温制冷-80℃两种或两种以上常见复叠式制冷循环