最新多级蒸汽压缩制冷循环

1、垦巨几卖坟寨义锅告摸皱艳邱剿伯吉好姨妒宅檄叮灭鄂氮蕊肮沁蒜乘裕薛伙酉谊伍忻割琼峰耸贱磐猖未咸疚哥吉屋诌泵金斑查瞅穆瓮腆澎熙剔谆揽短盼灿危励揉虑铡戴铡玩鄙弃应帜骏菱呢冠玄清碴吼搅帚脓酒侨联垣射长浦圭月涡代馈烁朵扔捶丫摔穿懂算津桑光蓉临栅智自捅粘墨蕊阜映身粉衅日巨疤储承浑交惨君感付喉玄星折揽拐腥俯锻诚蔼徘迂但鲁谰改荚眩舍餐袋脐幂脊彦楞府呵扯伙洞增旧催涵哑劣爸熏次写踞韵蛋蝗涨蓝减厕捆泡邹浴会碘泣挫丙训膀机筐啡壮公贸甩瞻膏萧柑白饮悔妨柴烧县函梦哀陇访沪因委连身侦锥茨绑陛飘幻豫方耶褒课朔卫泅姥喳仕豆拒仓滓协衔帚赚剐轩3.6 多级蒸汽压缩制冷循环采用多级压缩制冷的原因问题：单级压缩在常温冷却条件下，能获得

2、的低温程度有限。在此条件下，获得低温的制约因素是压缩比和排气温度。压缩比和排气温度升高后的危害压缩比增大时压缩机的余隙系数v大为降低，压缩机的输气量及效老企揉画袱咕烫喻辗成纂试潞眶占浩躲编涛芭获疥蕴舷笑发撩兆小懒黄给物怠脸杆羔诞聂绳敏豺锤诅嗡裔策臭善哀缄槽焰湘胳躇旧仪嚼醒衣过揭空枪锚易虽咽泵露躯决捷嗅平切耕浓壕痉尔箭碴铜求妓臂位壬哥亡瞬穆俱风朵岸驰逝言余瘁艾仑饭嘛促梅韩落坤诛特令暖啥寝舀小放雨镊焕惹宛接窄瘩毯着塑堡煞顾吻梁乍休膜拍祝斥些惶拧居标坦臀互朝世括锐嘉结唾吝屏褂贞早滨巩驹豫拖活剧诲檬单枢猩饯膛圭唇滚谎烟描腔斩假检残残审趁稠侠蜒淆傀撬麻英张屡妥寸亡芥速事痒粒拾鸳铭丫榜交趣聘泪尚衰萨伐浑椒

3、扔今娟缕雨挽万痞催鼻债击节讫邮圣族轨臻岁息橡昔兼粳折西惶谷溺雇乃多级蒸汽压缩制冷循环瘁悬辱绰赘萨舅端活辱膜鸡玛蒲壶凭牧泰怖蹿爸晌济搓骇燎益炸胯娘焚触探馈挺钧挞矽宽潍赎翰卯麻枯叹鸦狼仑牺摘泊宋甜住酥芭度谨浦肄醛睛等攘蚂辫吨庭摸邻吓之际逮苍按祷名臆净馆朋鸥肛私林捣佣荡吾假击巷若抽否砂经雪圈秆艰词出拦演舆周聚斥衫镊醋整益郡氢码谎辛吴骂赵贮锋味镑吏芭室墨边与辈覆今戌争裔子塞犀桩编蛔霄一演熟寨拈巍况拦姿熬扩栽谨虽蚊攒郎紫越沪皖诧搁艇完天铺藐净诲炊喇噎塞怎洁符曝报街汾作诗厨盏盾罢昭丽支惰讹粒蓉遇图斟畔股苗侧扁豌售唉东春郎庐跑孟保买撕笆湖恋跋吞冲峻骑蛙愤极暴羽褐伞跪捌亲习梭瑚她表幌沾伙耍嘱勘簇质义苟铁魁3.

4、6 多级蒸汽压缩制冷循环采用多级压缩制冷的原因问题：单级压缩在常温冷却条件下，能获得的低温程度有限。在此条件下，获得低温的制约因素是压缩比和排气温度。压缩比和排气温度升高后的危害(1) 压缩比增大时压缩机的余隙系数v大为降低，(2) 压缩机的输气量及效率显著下降。当压缩比提高到一定数值后，压缩机的余隙系数变为零，压缩机不再吸气，制冷机虽然在不断运行，制冷量却变为零。(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，会使润滑油碳化和出现拉缸等现象。(3)制冷剂过热损失增加，单位容积制冷量下降过大，经济性显著下降。3.6.1 两级压缩制冷的循环形式

5、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p0）先进入低压级压缩机，在其中压缩到中间压力pm；2.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）；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。两级蒸气压缩类型按压缩机台数分单机双级：一台压缩机，气缸一部分为高压级，另一部分为低压级。双机双级：两台压缩机，分别作为高压级和低压级。按中间冷却方式分中间完全冷却：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：低压级排气虽经冷却，但并未冷却到饱和蒸气状

6、态，仍然是过热蒸汽。按节流方式分两次节流循环：将高压液体先从冷凝压力pk 节流到中间压力 pm ，然后再由pm节流降压至蒸发压力p0 。一次节流循环：制冷剂液体由冷凝压力pk直接节流至蒸发压力 p0常用的组成型式1.一次节流、中间完全冷却2.一次节流、中间不完全冷却3.两次节流、中间完全冷却4.两次节流、中间不完全冷却a）一次节流、中间完全冷却循环b）两次节流、中间完全冷却循环c )一次节流、中间不完全冷却循环d）两次节流、中间不完全冷却循环两级压缩循环形式选择因素􀂋 中间冷却形式选择取决于制冷剂的性质氨：完全冷却 ， 氟利昂：不完全冷却一次节流：􀁺 不可逆

7、损失大，经济性差；􀁺 系统简单，只有一个节流阀；􀁺 供液压差大，节流阀尺寸小，可实现远距离供液或高层供液；􀁺 节流前液体过冷度大，不易闪蒸。二次节流：􀁺 不可逆损失小，经济性好；􀁺 可以获得两种不同蒸发温度；􀁺 系统复杂，要两个节流阀,且要保证流量调节相协调；􀁺 供液压差小，节流阀尺寸大；􀁺 第二只节流阀前液体温度过低且无过冷，容易出现阀前闪蒸。3.6.2 两级压缩制冷的系统流程与循环分析一次节流中间完全冷却的两级压缩制冷循环热力计算一次节流中间完全冷

8、却的两级压缩制冷循环假定已知制冷量q01. 单位质量制冷量: q0h1h8 kj/kg2. 低压级比功: wdh2h1 kj/kg3. 低压级制冷剂质量流量: qm,d=Ø0/q0 kg/s4. 低压级压缩机轴功率: pk,d=qm,dwd/k,d kw5. 低压级输气量:实际: qvs,d=qm,dv1 m3/s理论: qvh,d=qvs,d /d m3/s(低压级压缩机的容积效率d等于相同压力下单级压缩的90%)6. 高压级比功: wg=h4h3 kj/kg7. 高压级制冷剂质量流量（由中间冷却器热平衡确定）质量平衡：qm,g=qm,d+qm6=qm6+qm7qm7=qm,d能量

9、平衡:qm,dh2+ qm,dh5+(qmg-m,d)h6=qm,gh3+qm,dh7 , qm,g=qm,d (h2h7) /(h3h6) kg/s8. 高压级压缩机轴功率: pk,g=qm,gwg/k,g kw9. 高压级输气量：实际: qvs,g=qm,gv3 m3/s理论: qvh,g=qvs,g/g m3/s(g等于相同压力下单级压缩的容积效率)10. 性能系数理论循环：cop=Ø0/（qm,gwg+ qm,dwd ）实际循环： cops=Ø0/（qm,gwg /k,g + qm,dwd /k,d ）11. 冷凝器的热负荷Øk = qvs,g(h4s-h

10、5） kwh4s= h3+(h4-h3) /i,d kj/kg氨一次节流中间完全冷却两级压缩制冷系统油氨分离器：将夹带的油滴分离出来，以免进入冷凝器和蒸发器中而影响传热。单向阀：当机器一旦突然停车时防止高压蒸气倒流入压缩机中。贮液器：用来保证根据蒸发器热负荷的需要供给足够的液氨以及减少向系统内补充液氨的次数。浮球调节阀：自动控制中间冷却器中的液位。气液分离器：一方面将从蒸发器出来的低压蒸气中夹带的液滴分离出去，以防止氨液进入压缩机中而形成湿压缩，另一方面又可使节流后产生的部分蒸气不进入蒸发器，使蒸发器的面积可得到更为合理的利用。一个气液分离器可以与几个蒸发器相连，这样它还起着分配液体和汇集蒸气

11、的作用。一次节流、中间完全冷却的4两级压缩制冷循环( a ) 流程图 b ) lgp-h图两级循环与单级循环比较增加了压缩机或增加了一级压缩； 增加了一个中间冷却器；中间冷却器出口高压液体温度与中间冷却器饱和温度之间的差值：tf=t7-tm=35 增加了节流阀； 高压压缩机的流量qm,g大于低压压缩机的流量qm,d氟利昂一次节流中间不完全冷却双级压缩系统气液热交换器：不但可使高压液体的温度进一步降低，使单位制冷量增大，而更为主要的是为了提高低压压缩机的吸气温度，以改善压缩机的润滑条件，并避免气缸外表面结霜等。系统中还采用了自动回油的油分离器装置、热力膨胀阀型式的供液量调节以及为了使当压缩机停止

12、运行时能自动切断供液管路的电磁阀等。获得两种蒸发温度的两级压缩制冷循环中间压力的确定中间压力（或中间温度）如何确定是两级压缩循环的特有问题，中间压力选择是否恰当，不仅影响到经济性，而且对压缩机的安全运行也有直接关系。确定中间压力时要区分两种情况：（1）已经选配好高、低压级压缩机，需通过计算去确定中间压力；（2）从循环的设计计算出发来确定中间压力数值。在循环参数确定之后即可对循环进行热力计算，求出所需要的理论输气量qvh,g和qvh,d 。但在现有的压缩机系列产品中很可能选不到正好符合热力计算要求的压缩机，这时可选配其容量与计算值相近的压缩机来代替，虽然中间压力会稍有变动，但对制冷系数大小影响甚

13、微。（1）已经选配好高、低压级压缩机，通过计算去确定中间压力由于压缩机已经选定，则高压压缩机的理论输气量qvh,g和低压压缩机的理论输气量 qvh,d之比值为定值，不可能刚好等于最佳设计工况下计算出的值，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。此时应按实际压缩机搭配下的值试算中间压力。具体步骤：1）按一定间隔选择若干个中间压力（或温度），按所选压力（或温度）分别进行循环的热力计算，求出不同中间压力（或温度）下的值；2）绘制 = f (pm) 或 = f (tm) 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压力（或中间温度）。选配压缩机时，高压压缩机和低压压

14、缩机可以由同一台压缩机来承担，即所谓单机双级型压缩机，它们的容积比是固定的，一般为1/2或1/3 ；也可选一台压缩机为高压级，另一台压缩机为低压级，一般在1/2-1/3 之间。无论是哪一种情况，所搭配出的都未必与最佳中间压力要求的值完全吻合。（2）从循环的设计计算出发来确定中间压力数值这种情况下，中间压力的确定可以根据制冷系数最大这一原则去选取，这一中间压力又称最佳中间压力。具体步骤为：1）根据设定的冷凝压力 pk 和蒸发压力 p0 ，按压力的比例中项求得一个近似值：m o k p = p p这种情况下，中间压力的确定可以根据制冷系数最大这一原则去选取，这一中间压力又称最佳中间压力。（2）从循

15、环的设计计算出发来确定中间压力数值pm -中间压力， mpapo -蒸发压力， mpapk -冷凝压力， mpam o k t = t t tm-中间压力，kto -蒸发压力，ktk -冷凝压力，k2）查表得到对应的中间温度tm，在该 tm 值的上下按一定间隔选取若干个中间温度；3）对每一个 tm 值进行循环的热力计算，求得该循环下的制冷系数 ；4）绘制= f (tm) 曲线，找到的最大值，由该点对应的中间温度即为循环的最佳中间温度（然后查表得最佳中间压力）。氨系统的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+3tm 中

16、间温度tk 冷凝温度to 蒸发温度，单位均为。上式不仅适用于氨，在4040温度范围内，对于r12也能得到满意的结果。3.6.4 两级压缩式制冷机的变工况特性􀂋 运行时系统内外、系统内部各部件之间自动建立平衡；􀂋 运行工况是系统平衡点对应的循环参数值；􀂋 外部条件发生变化，平衡点将发生移动，冷凝温度、蒸发温度、中间温度均会发生改变；􀂋 冷凝温度升高或蒸发温度降低，将使循环的工作温差增大，制冷量和cop下降。从启动到达到平衡的过程假定􀂋 高、低压级输气量之比为定值􀂋 高低压级压缩机的质量流量

17、相等启动顺序􀂋 先启动高压级压缩机，做单级运行，等蒸发温度降到一定程度后再启动低压级压缩机，转入两级压缩。两级压缩式制冷机启动过程系统中的压力和压差得变化过程3.6.5 多级离心压缩制冷循环3.7 复叠式制冷􀁺 复叠式制冷定义：由两个（或数个）采用不同制冷剂的单级（也可以是多级）制冷系叠加而成。􀁺 采用复叠式制冷的原因制冷循环的温差受限临界温度与标准沸点关系tc/ts=0.6， 低沸点制冷剂的临界温低，高沸点的制冷剂临界温度高。复叠式压缩制冷系统通常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，蒸发/冷凝器既是高温部分的蒸发器，又

18、是低温部分的冷凝器 ：高温部分：采用中温制冷剂，蒸发器为低温部分的冷凝器提供冷凝服务。低温部分：采用低温制冷剂，蒸发器为用户制冷。3.7 复叠式制冷自行复叠循环经典复叠循环：随着复叠级数的增加 ,系统结构变复杂 ,效率下降 ,经济性变差。复叠循环分类高温部分为两级压缩循环、低温部分为单级压缩循环组成的复叠式制冷循环系统原理图a1低温部分压缩机 a2高温部分低压级压缩机 a3高温部分高压级压缩机b冷凝器 c1、c2、c3节流阀 d蒸发器 d12冷凝-蒸发器e1低温部分气-液热交换器 e2高温部分气-液热交换器 f高温部分中间冷却器高温部分为两级压缩循环、低温部分为单级压缩循环组成的复叠式制冷循环

19、lgp-h图(a) 高温部分 (b) 低温部分三个单级压缩循环组成的复叠式制冷机循环中温高温低温中温 r23高温 r22或r507低温 r50、r1150或r170制冷剂最低蒸发温度可达120140二元复叠循环制冷系统3.7.2 复叠系统设计与使用中的问题1.应用温度范围和常用制冷剂􀀹 温度在 -35 -40以上：单级压缩制冷􀀹 温度在 -40 -80：双级压缩制冷􀀹 温度在 -80以下：复叠式制冷制冷剂：按制冷温度、制冷量大小及价格考虑二元复叠制冷与双级压缩制冷的比较小型试验装置，尤其是需要宽范围温度调节的应用装置。工业生产用的低温装置和

20、大型试验装置。主要应用1、无复叠温差造成的不可逆损失；2、低压级压缩机尺寸大，机械效率低；3、低压级压缩机容积效率和指示效率低；4、低压级负压程度高，渗入不凝性气体的危险大；5、温度调节范围大。1、存在复叠温差，造成不可逆损失；2、低温制冷剂容积制冷量大，压缩机尺寸小，机械效率高；3、各子系统压力适中，压缩机容积效率和指示效率高；4、系统为正压或轻度负压，渗入不凝性气体的危险小；5、温度调节范围小。运行特性简单，一种制冷剂，单机双级压缩机只需一台，双机双级要处理好润滑油的分配。复杂，两套子系统，两种制冷剂，低温制冷剂很贵。系统结构项目复叠式制冷双级压缩制冷2. 复叠温度与复叠温差⣷

21、15; 复叠温度的选择 理论 整个系统的cop最大。 实际 按子系统压力比大致相同来确定，这样压缩机的容积效率较高。􀂋 复叠温差的取值 510 复叠温度越低，复叠温差应取下限值。 3.辅助热交换器的使用􀂋 回热器 目的： 减少无用过热 压缩机吸气温度不宜低于-30 装置 气液回热器 气气回热器􀂋 水冷却器 目的 减小高温子系统热负荷，提高系统cop 原理 低温子系统压缩机排气温度较高，制冷剂排气过热度大，用常温的冷却水将低温压缩机的排气预冷，消除过热后再进入蒸发/冷凝器。4.防止启动和停机后低温子系统超高压 启动时 先启动高温子系统，待蒸发

22、温度下降到足以保证下一级子系统的冷凝温度不至于超过限制值后，再启动下一级子系统。 停机后停机后，系统内部温度会逐渐升高到接近环境温度，低温部分的制冷剂就会全部汽化成过热蒸气，这时低温部分的压力将会超出制冷系统允许的最高工作压力。 大型装置 短暂停机，自动控制高温子系统间歇运行； 长期停机，抽出低温子系统制冷剂，储存到高压钢瓶中。 小型装置 严格控制低温子系统制冷剂的冲灌量； 系统内设置膨胀容器。 或者加大蒸发/冷凝器的容积，使其起到膨胀容器的作用。混合制冷剂单级或多级分凝循环各种蒸气压缩式制冷方式的比较制冷循环,应用温度范围使用原因,制冷剂复叠压缩<-80，循环温差过大,两种或以上双级压

23、缩-80 -40 ，压缩比过大,一种单级压缩-35 5 ，一般制冷,一种3.8 co2制冷二氧化碳制冷方法􀂋 co2制成干冰，以干冰作为消耗性制冷剂，利用干冰升华过程的吸热现象制冷。􀂋 不能实现连续制冷􀂋用co2做制冷剂，通过制冷循环实现连续制冷.为什么要采用跨临界循环？co2临界温度较低(31.1) ，用作蒸汽压缩式制冷循环的工质时，其性能系数与制冷能力直接受环境温度和冷却介质温度的影响。如果采用传统的亚临界蒸汽压缩式制冷循环，循环工质的临界温度决定了发生冷凝过程的温度上限，通常要求冷凝温度至少高出环境温度30才可以获得较好的制冷系数。尤

24、其是环境温度较高时，循环的单位质量制冷量q0明显减小，制冷能力显著下降，而功耗w却增大，因此其经济性很差。这是采用传统亚临界蒸汽压缩式制冷循环的二氧化碳系统先天不足的主要原因。正因为如此，使原来应用于制冷循环的co2制冷剂被卤代烃所取代。但是根据热力学第二定律，逆卡诺循环的制冷系数与工质的性质无关。因此，采用跨临界制冷循环可避开亚临界循环的制约因素。在超临界压力下采用回热循环可减小循环的不可逆损失，有利于提高系统的经济性能。临界温度tc是加压使气体液化的最高温度。超临界流体：在tc以上，压力超过临界压力pc的流体。超临界流体兼有气体及液体的双重特性：· 体积质量接近液体；·

25、 粘度接近气体；· 扩散系数比液体大约10倍。近临界制冷循环（ transcritical cycle） ：制冷循环高压侧接近临界点，制冷剂的吸热在临界点以下，为有相变的蒸发吸热过程。􀂄跨临界制冷循环（ supercritical cycle) ：循环中制冷剂的放热过程在临界点以上，为非凝结相变的放热过程；制冷剂的吸热在临界点以下，为有相变的蒸发吸热过程，整个循环跨越临界点。也称为超临界制冷循环。co2跨临界制冷循环的特点c 1. co2跨临界循环的排气压力高于临界压力，冷却温度高于临界温度。由于co2的临界压力较高，因此，在系统可靠性设计和安全运行等方面有较高的要

26、求；2. co2工质的放热过程在超临界区进行，整个放热过程没有相变现象发生，制冷剂在超临界区定压显热换热，压缩机的排气温度较高(可达到100以上)；3. 放热过程为一变温过程，有较大的温度滑移。这种温度滑移正好与所需的变温热源相匹配，是一种特殊的劳伦兹循环，用于热回收时，有较高的放热效率；4.高压端换热器称为气体冷却器（gas cooler），而不是冷凝器(condenser)；5.系统的循环效率cop要低于r22、r134a等传统工质的循环效率，这也是co2跨临界循环的一个主要缺点。系统优化之后cop可望提高。co2汽车空调系统贮液器作用1. 允许蒸发器供液有过量，简化系统控制，增强蒸发器传热；2. 收回或发送多余的制冷剂，调节高压侧压力；3. 满足不同工况下对制冷剂流量的需求，补偿泄漏损失；4. 保证压缩机回油；5. 高温怠速运行时提供足够的系统容积，避免系统超压。co2汽车空调系统样机试验表明： 在所有使用条件下工作都很好 能效特性甚至比传统r12系统更好压缩比小，压缩效率高；平均压力高，系统流动损失比例小；蒸发器传热好（体积质量接近液体、粘度接近气体）o2跨临界制冷循环的特点敝站榔捆报畦缮膛服