制冷原理与装置课件第四章-两级压缩和复叠式制冷循环

制冷原理与装置课件第四章两级压缩和复叠式制冷循环2020/10/272第一节概述为获得低温而采取两级压缩和复叠式制冷循环，主要有两方面的原因：1、单级压缩蒸汽制冷循环压缩比的限制tK一定，t0降低，会使P0降低，导致压缩比增大，引起以下变化：⑴压缩机的容积效率降低，实际输气量减小，机器制冷量降低。⑵压缩机排气温度升高，导致：①润滑条件恶化；②润滑油炭化，积炭堵塞油路；③润滑油挥发量增大，油进入系统，在换热器表面形成油膜，影响传热；④润滑油及制冷剂分解产生不凝性气体，影响系统。2020/10/273⑶压缩过程偏离等熵过程更大，使压缩机功耗增大。⑷节流压差大，使节流损失增大，节流后制冷剂干度增大，制冷量减小。实际循环对单级压缩的压缩比限定值为：R717PK/P0≤8；R12PK/P0≤9.0~9.5；R22PK/P0≤10.0~10.3；R502PK/P0≤8.3~9.3。2020/10/2742、制冷剂热物理性质的限制制冷剂按其标准沸点及常温下的冷凝压力可分为三类：对中温制冷剂，如R717，tS=-33.35℃，t凝=-77.7℃，tC=132.4℃。当t0要求极低（低于其凝固温度时），使用受限。中温中压制冷剂低温高压制冷剂高温低压制冷剂2020/10/275但采用低温制冷剂如R23，tS=-82.1℃，t凝=-155℃，tC=25.6℃。t0要求较低时，标准沸点是可以满足要求，但其临界温度较低，常温下冷凝压力太高，使用也很麻烦。此时就应该采用复叠式制冷循环。一般要获取-60℃以上的低温时，采用中温制冷剂的两级压缩制冷循环即可；但要获取-60℃以下的低温时，应采用复叠式制冷循环。2020/10/276两级压缩制冷循环，据其节流的次数，可分为一次节流两次节流。据其中间冷却方式，可分为中间完全冷却中间不完全冷却复叠式制冷循环也可分为：两个单级循环复叠；两级压缩循环复叠；三个单级循环复叠等。2020/10/277第二节两级蒸汽压缩式制冷循环一、一次节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环（一）循环的系统图及P-h图2020/10/278（二）循环过程及各部分的循环量2020/10/279kwwqPkgkjhhwskgqQqkgkjhhqdmdddmd0012000800/3/2/1、、、smvqqmdvd/314、低压级容积流量5、低压级理论输气量smqVdvdhd/3（三）热力计算（热力性能分析）2020/10/27106、中间冷却器内的蒸发量qm1中间冷却器内的热平衡式7、高压级的质量流量qmg1951106561109()/mmdmmdmdmqhqhqhqhqhhqkjkghh1061105/mgmmdmdhhqqqqkgshh2020/10/27118、状态点3的确定9、高压机的容积流量qvg10、高压机的理论输气量Vhgkgkjqhhqhqhqhqhqhmgmgmgmgmdm/)(10210332110smvqqmgvg/33smqVgvghg/32020/10/2712kwqqQkgkjhhqkwhhqhhqQkwwqPkgkjhhwkmgkkmdmdRgmggg/13)()(12/1154760100340、、、gdaPPQ00014、循环的理论制冷系数15、循环的实际制冷系数egedprPPQ02020/10/2713例题4－1一R22双级压缩制冷循环，Q0=150KW，tK=40℃，使用有回热器的中间不完全冷却循环，中间冷却温差△t1=4℃，回热器热端温差△t2=8℃，循环的中间温度tm=-5℃，试进行循环性能指标计算。解：循环的P-h图及各参数如下：t6=tm+△t1=-1℃热端温差△t2=t6-t1t1=t6-△t2=-9℃2020/10/2714性能指标计算如下：00803110///()omdvdmdRmdqhhkjkgQqkgsqqqvmsQqhhkwskghhhhqhhhhqqqqskghhhhqqhqhqhqhqmdmdmmdmgmdmmdmmdm/)1(/)(91061091065191065161015912020/10/2715状态点3的确定：据h3可查h4及v3。1012310123/mmdmgmmdmghqhqhqhqhqhkjkgqkwqqQkgkjhhqkwwqPkwwqPkgkjhhwkgkjhhwkmgkkgmggdmddgd;///5400003401202020/10/2716循环的理论制冷系数：循环的实际制冷系数：循环的高、低压级理论输气量之比：gdaPPQ000egedPPQ0PrgmggvghgdvdhdvqqVqV3;hdhgVV2020/10/2717二、一次节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环（一）循环的系统图及P-h图图片\旋转一次节流中间完全冷却双级循环系统图，压焓图及循环过程.tif2020/10/2718（二）循环过程及各部分的循环量2020/10/2719（三）性能指标计算smvqqkwwqPkgkjhhwskgqQqkgkjhhqmdvddmdddmd/.4/.3/.2/.13100120008102020/10/27202567273636333()7./8./9./mdmgmdvgmgvghggqhhhhhhqqkgshhhhqqvmsqVms0430045000010./;11./;12.;ggmggkkmgkaprdgedegwhhkjkgPqwkwqhhkjkgQqqkwQQPPPP2020/10/2721例题4-2现有210A和610A制冷压缩机各一台，需要配置成R717,工况条件为tK=40℃，t0=-40℃的两级压缩制冷循环系统。已知100系列活塞式制冷压缩机结构参数为：D=100mm，S=70mm，n=960r/min。循环的中间温度tm=-5℃，压缩机吸气过热度△tr=5℃。试计算循环的制冷量Q0，冷凝器热负荷QK及制冷系数εa。2020/10/2722解：循环的P-h图及各参数如下：t1=t0+△tr=-35℃223604(0.1)9600.076604190/hdVDnsZmh223604(0.1)9600.07260463.27/hgVDnsZmh2020/10/2723t7=tm+△t1=-5+3=-2℃查图表可得：h0、h1、v1、h2、h3、v3、h4、h5=h6、h7=h8。过热视为无效过热。008021043/;/;/dgqhhkjkgwhhkjkgwhhkjkg1111.281.2801900.655/1.5836000.940.0851;0.940.08510.1hddmdmkdgmVqkgsvPPPP2020/10/2724273630000000824000/;()()hggmgmddmddgmggmdmdkmgkmgadgVhhqqkgshhvPqwkwPqwkwQqqqhhkwQqqqhhkwQPP2020/10/2725三、带氨泵的二级压缩一次节流中间完全冷却循环（一）循环的系统图及P-h图2020/10/2726（二）循环过程及各部分的循环量2020/10/2727qmd—低压级制冷剂的质量流量，kg/S；qmg—高压级制冷剂的质量流量，kg/S；qm3—中间冷却器内冷却低压级排气的蒸发量，kg/S；qm4—中间冷却器内冷却蛇管内高压液体的蒸发量，kg/S；qmp—氨泵内制冷剂的循环量，kg/S；qm2—7-8节流过程产生的气体量，kg/S；qmz—蒸发器的回气量，kg/S；qm0—蒸发器内的蒸发量，kg/S；qm1—10-10′节流过程产生的气体量，kg/S；qmz=qm0+qm12020/10/2728（三）性能指标计算1、确定状态点10′氨泵消耗的功率全部用于液体焓值的增加。kgkjqPhhhkwPPskgVqkwhhqPmpsshpmpmps/87.0/)(9011099102020/10/27292、10-10′节流过程产生的气体量qm13、蒸发器内的蒸发量qm04、蒸发器的回气量qmz5、回气干度X11skghhhhqxqqmpmpm/91901101skghhQqm/9100skgqqqmmmz/10mpmzqqx112020/10/27306、供液倍数n7、7-8节流过程产生的气体量qm28、低压级制冷剂的质量流量qmd111xnskghhhhqxxqqhhhhqqxqqmzmzmmmzmdm/1)(81988829198282skgqqqmzmmd/22020/10/27319、中间冷却器内冷却低压级排气的蒸发量qm310、中间冷却器内冷却蛇管内高压液体的蒸发量qm411、高压级制冷剂的质量流量qmgskghhhhqqmdm/)(63323skghhhhqqmdm/63754skgqqqqmmmdmg/432020/10/273212、高、低压级的理论比功及理论功率13、冷凝器的热负荷14、循环的理论制冷系数0210004300/;/;ddmddggmggwhhkjkgPqwkwwhhkjkgPqwkwkwqqQkgkjhhqkmgkk/54000pdgsQPPP2020/10/2733第三节二级压缩的中间压力中间压力对循环的经济性、压缩机的容量、结构尺寸、功率和效率都有直接的影响。因此，合理确定中间压力很有意义。一、中间压力的确定确定中间压力的方法有以下几种：（一）用计算法求最佳中间温度对氨系统，当在-40℃~40℃范围内工作时，tzj=0.4tK+0.6t0+3℃此公式对R12、R40等制冷剂也能得到满意的结果。2020/10/2734（二）用压力的几何比例中项求最佳中间压力对理想气体：Ψ—因制冷剂非理想气体的修正系数对R717，Ψ=0.95~1.0对R22,Ψ=0.90~0.950zjkppp0zjkzjpppp2020/10/2735(三)按最大制冷系数法确定最佳中间压力按给定的t0及tK，假定几个中间温度tzj，分别计算其理论制冷系数，最大制冷系数所对应的tzj即为最佳tzj，对应的压力即为最佳Pzj。以上介绍的中间压力确定方法均为最佳中间压力的确定。在实际系统中，系统未必按最佳中间压力工作。实际系统中一般是根据已经确定的tK及t0和高、低压级的理论输气量之比，确定实际运行的中间压力及中间温度。2020/10/2736（四）实际运行的中间压力的确定具体步骤如下：1、据已知的蒸发温度及冷凝温度查出所对应的蒸发压力及冷凝压力，据确定最佳中间压力及中间温度。2、在最佳中间温度的上下各假设一中间温度tzj′和tzj″，两者温差以10℃左右为宜。3、据假设的tzj′和tzj″，画出循环的P-h图，查出各参数，进行热力计算，分别求出中间温度为tzj′和tzj″时所对应的高、低压级的理论输气量之比ξ′和ξ″。0zjkppp2020/10/2737计算公式如下：11010.940.08510.940.08510.17171.28;121.13;221.18;nkvgzjnzjvdppppRnRnRn27133632;;;hgvghdvd