第三节 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环

1、制冷原理与设备第三节第三节 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环第第3节节 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环l3.1 采用多级蒸气压缩式制冷循环的原因l3.1.1 单级蒸气压缩式制冷循环的局限性1. 冷凝压力冷凝压力 tk 环境温度、冷却介质温度环境温度、冷却介质温度 蒸发压力蒸发压力 t0 用户要求（制冷系统的用途）用户要求（制冷系统的用途）2. 用户要求蒸发温度用户要求蒸发温度 蒸发压力蒸发压力 压缩比（压缩比（p pk k/p/p0 0） 压缩机输气系数下降；压缩机输气系数下降；3. p pk k/p/p0 0增大增大导致导致 压缩机排

2、气温度升高，润滑条件变坏；压缩机排气温度升高，润滑条件变坏； 耗功增加，制冷量下降，制冷系数降低。耗功增加，制冷量下降，制冷系数降低。1.氨制冷系统：氨制冷系统：pk/p08； 最低蒸发温度最低蒸发温度-25；2.氟利昂制冷系统：氟利昂制冷系统：pk/p010； 蒸发温度蒸发温度-37 单级蒸气压缩条件：单级蒸气压缩条件：第第3节节 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环l3.1.2 采用多级蒸气压缩制冷循环的必要性l（1）降低压缩机的排气温度l（2）降低压力比 l（3）减少节流损失 第第3节节 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环第3节节 双级蒸

3、气压缩式和复叠式制冷循环3.2 双级蒸气压缩工作原理双级蒸气压缩工作原理3.2.1 压缩过程压缩过程 低压级压缩低压级压缩 高压级压缩高压级压缩 蒸发压力蒸发压力 中间压力中间压力 冷凝压力冷凝压力1.1.来自蒸发器的低温制冷剂蒸气（压力为来自蒸发器的低温制冷剂蒸气（压力为PoPo）先进入低）先进入低压级压缩机，在其中压缩到中间压力压级压缩机，在其中压缩到中间压力PmPm 2.2.经过中间冷却器冷却（分为两种情况中间完全冷经过中间冷却器冷却（分为两种情况中间完全冷却为饱和蒸气和中间不完全冷却为过热蒸气）却为饱和蒸气和中间不完全冷却为过热蒸气） 3.3.再进入高压级压缩机，将其压缩为冷凝压力再进

4、入高压级压缩机，将其压缩为冷凝压力PkPk，排入，排入冷凝器中冷凝器中 l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。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。l双机双级：两台压缩机，分别为高压级和低压级。双机双级：两台压缩机，分别为高压级和低压级。l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。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。l二级节流：一级节流至中间压力，二级节流至蒸发压力。二级节流：一级节流至中间压力，二级节流至蒸发压力。l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。中间完全冷却：将低压级的排气冷却到中间压力下的

5、饱和蒸气。l中间不完全冷却：未将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。 3.2.2 双级蒸气压缩类型双级蒸气压缩类型第3节节 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环一、 一级节流中间完全冷却循环第3节节 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环第第3节节 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环第3节 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环二、 一级节流中间不完全冷却循环第3节 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环第3节 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环l三、 二级节流中间完全冷却循环l l图3-4二级节流中间完全冷却制冷循环第3节 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循

6、环l四、 二级节流中间不完全冷却循环l图3-5二级节流中间不完全冷却制冷循环第3节 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环l五、 氨泵供液的双级压缩制冷循环 l图3-6氨泵供液的一级节流中间完全冷却制冷循环第3节 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环第3节 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环3.3 双级蒸气压缩式制冷循环的热力计算及运行特性分析l3.3.1 制冷剂与循环形式的选择l双级压缩制冷循环通常应使用中温制冷剂。目前广泛使用的制冷剂是R717、R22和R502。R717常采用一级节流中间完全冷却形式，R22、R502常采用一级节流中间不完全冷却形式。l对采用回热循环有利的R12、R502等制冷剂，就采用中

7、间不完全冷却的循环形式；对采用回热循环形式不利的制冷剂（如R717），则应采用中间完全冷却的循环形式。3.3 双级蒸气压缩式制冷循环的热力计算及运行特性分析3.3.2 中间压力与中间温度的确定 选配压缩机时中间压力的确定选配压缩机时，中间压力pm的选择，可以根据制冷系数最大这一原则去选取，这一中间压力pm又称最佳中间压力。按压力的比例中项确定中间压力式中式中Pm ,Po和和Pk分别为中间压力、蒸发压力和冷凝压力分别为中间压力、蒸发压力和冷凝压力,单位单位MPakompppR717：0.951R22：0.90.95中间冷却器中间冷却器n结构结构n连接连接l作用作用：l1.降低低压级压缩机排出的气

8、体温度，以避免高压级过降低低压级压缩机排出的气体温度，以避免高压级过高的排气温度；高的排气温度；l2.使高压液体在节流前得到过冷，以提高系统制冷能力，使高压液体在节流前得到过冷，以提高系统制冷能力，减少节流过程产生的闪发气体；减少节流过程产生的闪发气体；l3.起到油分离器的作用，它可将由低压级压缩机带出的起到油分离器的作用，它可将由低压级压缩机带出的润滑油，通过改变流动方向、降低流速、洗涤和降温作润滑油，通过改变流动方向、降低流速、洗涤和降温作用分离出来，并由放油管排出。用分离出来，并由放油管排出。l设计设计：l1.中间冷却器直径中间冷却器直径 = 0.5 ms l l2.中间冷却器蛇形盘管冷

9、却面积中间冷却器蛇形盘管冷却面积 ghgghgV0188. 03600V4d中间冷却器中间冷却器l1. 一级节流中间完全冷却一级节流中间完全冷却氨系统氨系统3.3 双级蒸气压缩式制冷循环的热力计算及运行特性分析3.3.3制冷循环的热力计算制冷循环的热力计算3.3 双级蒸气压缩式制冷循环的热力计算及运行特性分析l1. 一级节流中间完全冷却一级节流中间完全冷却氨系统氨系统l1）单位质量制冷量：）单位质量制冷量： q0h1h8 kJ/kgl2）单位容积制冷量：）单位容积制冷量： qvq0 / v1 kJ/ m3l3）单位冷凝热负荷：）单位冷凝热负荷： qkh4h5 kJ/kgl4）低压级单位理论压缩

10、功：）低压级单位理论压缩功： w0dh2h1 kJ/kgl5）高压级单位理论压缩功：）高压级单位理论压缩功： w0gh4h3 kJ/kgl6）低压级制冷剂的质量流量：）低压级制冷剂的质量流量： qmdQ0 / q0 kg/slqmdh2+qmd (h5h7) +(qmgqmd) h5= qmgh3 34mg12md81mdogodOohhqhhqhhqPPQ5372mdmghhhhqql7）高压级制冷剂的质量流量：）高压级制冷剂的质量流量： 8）制冷系数：）制冷系数：3.3 双级蒸气压缩式制冷循环的热力计算及运行特性分析3.3 双级蒸气压缩式制冷循环的热力计算及运行特性分析l2. 一级节流中间

11、不完全冷却一级节流中间不完全冷却氟利昂系统氟利昂系统3.3 双级蒸气压缩式制冷循环的热力计算及运行特性分析l1）单位质量制冷量：）单位质量制冷量： q0h1h8 kJ/kgl2）单位容积制冷量：）单位容积制冷量： qvq0 / v1 kJ/ m3l3）单位冷凝热负荷：）单位冷凝热负荷： qkh4h5 kJ/kgl4）低压级单位理论压缩功：）低压级单位理论压缩功： w0dh2h1 kJ/kgl5）高压级单位理论压缩功：）高压级单位理论压缩功： w0gh4h3 kJ/kgl6）低压级制冷剂的质量流量：）低压级制冷剂的质量流量： qmd Q0 / q0 kg/s3.3 双级蒸气压缩式制冷循环的热力计

12、算及运行特性分析5373mdmghhhhqq34mg12md81mdogodOohhqhhqhhqPPQ7）高压级制冷剂的质量流量：）高压级制冷剂的质量流量： 8）制冷系数：）制冷系数： l3.3.4 双级蒸气压缩式制冷循环的比较分析l（1）中间不完全冷却循环的制冷系数要比中间完全冷却循环的制冷系数小 l（2）在相同的冷却条件下，一级节流循环要比二级节流循环的制冷系数小 l1）一级节流可依靠高压制冷剂本身的压力供液到较远的用冷场所，适用于大型制冷装置。l2）盘管中的高压制冷剂液体不与中间冷却器中的制冷剂相接触，减少了润滑油进入蒸发器的机会，可提高热交换设备的换热效果。l3）蒸发器和中间冷却器分

13、别供液，便于操作控制，有利于制冷系统的安全运行 3.3 双级蒸气压缩式制冷循环的热力计算及运行特性分析l3.4 复叠式制冷循环l定义定义l由两个（或数个）不同制冷剂工作的单级（也可以是多级）制冷系统组合而成。l3.4.1 采用复叠式制冷循环的原因 双级压缩制冷的局限性双级压缩制冷的局限性: :l1受制冷剂凝固点的限制 (不能太低不能太低)l2对制冷循环压力比的限制 l3双级压缩制冷受蒸发压力过低的限制第3节 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环第3节 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环l复叠式压缩制冷系统通常由两个单级压缩循环组成，复叠式压缩制冷系统通常由两个单级压缩循环组成，之间用蒸发冷凝器联系起来：

14、之间用蒸发冷凝器联系起来：l高温部分：采用中温制冷剂，蒸发器为低温部分冷凝高温部分：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。器中的制冷剂冷凝服务。l低温部分：采用低温制冷剂，蒸发器为用户制冷。低温部分：采用低温制冷剂，蒸发器为用户制冷。 复叠式压缩工作原理复叠式压缩工作原理第3节 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环低温压缩机高温压缩机冷凝蒸发器节流阀节流阀蒸发器冷凝器第3节 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环低温制冷剂高温制冷剂第3节 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环第3节 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环表3-1 复叠式制冷循环的组合型式与制冷温度和制冷剂种类的关系 最低蒸发温度最低蒸

15、发温度/制冷剂制冷剂制冷循环形式制冷循环形式-80R22-R23R22单级或双级压缩单级或双级压缩- R23单级压缩组合的复叠式循环单级压缩组合的复叠式循环R507-R23R507单级或双级压缩单级或双级压缩- R23单级压缩组合的复叠式循环单级压缩组合的复叠式循环R290-R23R290双级压缩双级压缩- R23单级压缩组合的复叠式循环单级压缩组合的复叠式循环-100R22-R23R22双级压缩双级压缩- R23单级或双级压缩组合的复叠式循环单级或双级压缩组合的复叠式循环R507-R23R507双级压缩双级压缩- R23单级或双级压缩组合的复叠式循环单级或双级压缩组合的复叠式循环R22-R1

16、150R22双级压缩双级压缩- R1150单级压缩组合的复叠式循环单级压缩组合的复叠式循环R507-R1150R507双级压缩双级压缩- R1150单级压缩组合的复叠式循环单级压缩组合的复叠式循环-120R22-R1150R22双级压缩双级压缩- R1150双级压缩组合的复叠式循环双级压缩组合的复叠式循环R507-R1150R507双级压缩双级压缩- R1150双级压缩组合的复叠式循环双级压缩组合的复叠式循环R22-R23-R50R22单单级压缩级压缩- R23单单级压缩级压缩- R50单单级压缩级压缩组合的组合的复叠式循复叠式循环环R507-R23-R50R507单单级压缩级压缩- R23单单级压缩级压缩- R50单单级压缩级压缩组合的组合的复叠式复叠式循环循环第3节 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环制冷循环制冷循环 使用原因使用原因应用温度范围应用温度范围制冷剂制冷剂单级压缩单级压缩 一般制冷一般制冷5- 30 一种一种双级压缩双级压缩 压缩比过大压缩比过大-30- 80 一种一种复叠压缩复叠压缩 制低温制低温-80 两种或两种两种或两种以上以上 第3节 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环第3节 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环l自然复叠制冷（用二元或多元非共沸制冷剂）第3节 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环第3节 双级蒸