两级压缩与复叠式制冷循环v2

1、4 两级压缩与复叠式制冷循环两级压缩与复叠式制冷循环1.采用双级压缩制冷循环的原因；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；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。复叠式制冷循环原理。2.双级压缩制冷循环的类型；双级压缩制冷循环的类型；4.1概述单级蒸气压缩适用条件单级蒸气压缩适用条件1.氨制冷系统：氨制冷系统：p pk k/ /p p0 088； 最低蒸发温度最低蒸发温度-25-25；2.2.氟利昂制冷系统：氟利昂制冷系统：p pk k/ /p p0 01010； 最低蒸发温度最低蒸发温度-37-37 例例有一台制冷压缩机，工质有一台制冷压缩机，工质R

2、22，相对余隙容积，相对余隙容积c=余隙容积余隙容积/工作工作行程容积行程容积=0.048，多变指数，多变指数m=1.04，tK=40，求此时制冷机所能，求此时制冷机所能制取的最低温度。制取的最低温度。解：容积系数的计算公式为：解：容积系数的计算公式为： 为压缩机压力比为压缩机压力比= 当达到最低蒸发温度，当达到最低蒸发温度，v=0 , Qo=0, 压缩机停止吸气压缩机停止吸气,即即 当当tk=40, pk=15.269 bar , 故最低蒸发压力故最低蒸发压力与之对应的与之对应的to=-50.5，这就是此时蒸发温度的，这就是此时蒸发温度的)1(11mvcokpp0) 1(11mc7 .24)

3、048. 0048. 01()1(04. 1mccbarppko618. 07 .24269.15极限值极限值 单级蒸气压缩制冷机运行时制冷剂的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）温度冷凝压力由环境介质（如空气或水）温度决定决定在一定的冷凝温度下在一定的冷凝温度下蒸发温度降低蒸发温度降低冷凝压力和蒸发压力之差（冷凝压力和蒸发压力之差（pk-po）增大）增大压缩比压缩比pk / po变大变大 单级压缩循环所能达到的最低制冷温度是有限的。单级压缩循环所能达到的最低制冷温度是有限的。通常，最低只能达到通常，最低只能达到-40左右。左右。原因原因: 受单级活塞式压缩机的极限

4、使用条件的限制。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通常单级蒸气压缩活塞式制冷机压缩比10，超，超出极限使用条件时出极限使用条件时： (1)(1)压缩比增大时压缩比增大时, ,压缩机的输气系数压缩机的输气系数大大为降低，压缩机的输气量及效率显著下降。为降低，压缩机的输气量及效率显著下降。(2)(2)压缩机排气温度过高，使润滑油的粘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。碳化，以致在阀片上产

5、生结碳现象。 所以，为获得较低的温度（所以，为获得较低的温度（-40以下），同以下），同时使压缩机的工作压力控制在一个合适的范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。围内，就要采用多级压缩循环。(3)(3)制冷剂节流损失增加，单位质量制冷量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。及单位容积制冷量下降过大，经济性下降。4.2 4.2 两级压缩制冷两级压缩制冷循环循环两级蒸气压缩工作原理两级蒸气压缩工作原理 压缩过程分两阶段进行压缩过程分两阶段进行: : 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

6、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P Po o）先进入低压级压缩机，在其中压缩到）先进入低压级压缩机，在其中压缩到中间压力中间压力P Pm m 2.2.经过中间冷却器冷却（分两种情况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完全冷却为饱和蒸气/ /中间不完全冷却中间不完全冷却为过热蒸气）为过热蒸气） 3.3.再进入高压级压缩机，将其压缩为冷凝再进入高压级压缩机，将其压缩为冷凝压力压力P Pk k，排入冷凝器中，排入冷凝器中 两级蒸气压缩类型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，单机双级：一台压缩机，气缸一部分

7、为高压级，一部分为低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。流至蒸发压力。两级节流：一级节流至中间压力，二级节流至蒸两级节流：一级节流至中间压力，二级节流至蒸发压力。发压力。一级节流可利用压差实现远距离供液一级节流可利用压差实现远距离供液,便于调节便于调节,应应用广泛用广泛两级节流两级节流,很少采用很少采用中间完全冷却：将低压级的排气冷却到中间压力中间完全冷却：将低压级的排气冷却到中间压力下的饱和蒸气。下的饱和蒸气。中间不完全冷却：未将

8、排气冷却到中间压力下的中间不完全冷却：未将排气冷却到中间压力下的饱和蒸气。饱和蒸气。 对对R12, R22, R502采用中间不完全冷却采用中间不完全冷却对对R717采用中间完全冷却采用中间完全冷却采用哪一种型式与制冷剂种类、制冷剂容采用哪一种型式与制冷剂种类、制冷剂容量等条件有关量等条件有关常用的组成型式有：常用的组成型式有： 1.1.一级节流、中间完全冷却的两级压一级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环缩制冷循环 2. 2.一级节流、中间不完全冷却的两级一级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环压缩制冷循环 3. 3.两级节流、中间完全冷却的两级压两级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环缩

9、制冷循环 4. 4.两级节流、中间不完全冷却的两级两级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环压缩制冷循环5.5.两级节流、具有中温蒸发器的中间完两级节流、具有中温蒸发器的中间完全冷却两级压缩制冷循环全冷却两级压缩制冷循环 由冷凝器流出的液体分为两路：由冷凝器流出的液体分为两路： a.经膨胀阀经膨胀阀1节流至节流至Pm进入进入中冷器，利用它吸热冷却低中冷器，利用它吸热冷却低压级排气和盘管中的高压液压级排气和盘管中的高压液体。蒸发产生的蒸汽同低压体。蒸发产生的蒸汽同低压压缩机排气一起进入高压级；压缩机排气一起进入高压级；b.液体在中冷器盘管中被冷液体在中冷器盘管中被冷却后，经膨胀阀却后，经膨胀阀2

10、节流到节流到P0，在蒸发器中蒸发制冷。在蒸发器中蒸发制冷。高压级压缩机冷剂质量流量高压级压缩机冷剂质量流量MR： 一级节流、液体过冷、中间完全冷却的双级压缩制冷循环一级节流、液体过冷、中间完全冷却的双级压缩制冷循环n 低压级来低压级来MR1n 膨胀阀膨胀阀1来来MR2一级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环一级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环 ( a ) 流程图流程图 b ) lgp-h图图压压-焓图分析焓图分析1-2低压压缩机压缩低压压缩机压缩2-3低压压缩机排气在中冷器冷却低压压缩机排气在中冷器冷却3-4高压压缩机压缩高压压缩机压缩4-5高压排气在冷凝器冷却高压排气在冷凝器冷却5-6节

11、流阀中液体节流节流阀中液体节流6-3节流阀后液体在中冷器内蒸发节流阀后液体在中冷器内蒸发5-7另一路液体在中冷器内过冷另一路液体在中冷器内过冷7-8节流阀节流节流阀节流8-1蒸发器中蒸发蒸发器中蒸发1）单位质量制冷量：）单位质量制冷量： q0h1h8 kJ/kg2）单位容积制冷量：）单位容积制冷量： qvq0 / v1 kJ/ m33）单位冷凝热负荷：）单位冷凝热负荷： qkh4h5 kJ/kg4）低压级单位理论压缩功：）低压级单位理论压缩功： w0dh2h1 kJ/kg5）高压级单位理论压缩功：）高压级单位理论压缩功： w0gh4h3 kJ/kg6）低压级制冷剂的质量流量：）低压级制冷剂的质

12、量流量： MRdQ0 / q0 kg/s7）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： 5372RdRghhhhMM34Rg12Rd81RdogodOohhMhhMhhMPPQ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 系列氨压缩机组系列氨压缩机组机组在冷凝温度机组在冷凝温度 40 ，蒸发温度单级，蒸发温度单级 +5 -30 ，双级，双级 -25 -45 的范围内工作。的范围内工作。广泛应用于国民经济各部广泛应用于国民经济各部

13、门中需要实现人工制冷的场门中需要实现人工制冷的场合，如石油、化工、制药等合，如石油、化工、制药等工业产品的生产、国防、科工业产品的生产、国防、科研方面的低温试验、食品的研方面的低温试验、食品的低温加工贮藏和运输，工厂、低温加工贮藏和运输，工厂、医院及公共场所等大型建筑医院及公共场所等大型建筑的空气调节等。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一级节流，中间不完全冷却的两级压缩制冷循环一级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环一级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环( a ) 流程图流程图 ( b ) lgp-h图图热力计算热力计算其余过程略1）单位质量制冷量

14、：）单位质量制冷量： q0h1h8 kJ/kg2）单位容积制冷量：）单位容积制冷量： qvq0 / v1 kJ/ m33）单位冷凝热负荷：）单位冷凝热负荷： qkh4h5 kJ/kg4）低压级单位理论压缩功：）低压级单位理论压缩功： w0dh2h1 kJ/kg5）高压级单位理论压缩功：）高压级单位理论压缩功： w0gh4h3 kJ/kg6）低压级制冷剂的质量流量：）低压级制冷剂的质量流量： MRdQ0 / q0 kg/s7）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：6383RdRghhhhMM34Rg12Rd81RdogodOohhMhhMhhMPPQ图图7

15、 SD2-4F10A两级压缩氟里昂制冷系统图两级压缩氟里昂制冷系统图A低压压缩机；低压压缩机；B高压压缩机；高压压缩机；C、C油分离器；油分离器；D冷凝器；冷凝器；E过滤干燥器；过滤干燥器；F中间冷却器；中间冷却器；G蒸发器；蒸发器；H气液分离器；气液分离器；I、I热力膨胀阀；热力膨胀阀；J、J电磁阀电磁阀 两级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环两级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环( a ) 流程图流程图 ( b ) lgp-h图图4.2.3. 两级压缩两级节流制冷循环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两级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环( a )

16、流程图流程图 ( b ) lgp-h图图两级节流、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 ) 流程图流程图 ( b ) lgp-h图图4.3 两级压缩制冷机两级压缩制冷机的热力计算的热力计算中间压力的确定中间压力的确定压缩机已定的情况压缩机已定的情况 当已经选配好高、低压级压缩机时，则高、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。（作图法）确定所需的中间压力。具体步骤：具体步骤： 1）按一定间隔选择若干个中间温度，按所选温度

17、分别进行循）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）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）。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一般高、低压级理论输气量之比值在1/2-1/3 之间，如之间，如采用单机双级型压缩机，它们的容积比一般为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。用

18、这种方法确定的中间压力不一定是循环的最佳中间压力。最佳的运行经济性最佳的运行经济性制冷系数最大：最佳制冷系数最大：最佳中间压力中间压力 方法方法1：计算作图法：计算作图法 方法方法2：简单估算法：简单估算法估算压力估算压力 R717：0.951 R22：0.90.95komppp估算温度求最佳中间压力估算温度求最佳中间压力 对于两级氨制冷循环，拉赛对于两级氨制冷循环，拉赛(A.Rasi)(A.Rasi)提提出了较为简单的最佳中间温度计算式：出了较为简单的最佳中间温度计算式：tm=0.4tk+ 0.6to+3 式中，式中，t tm m , t, tk k和和t to o分别表示中间温度，冷凝温度

19、分别表示中间温度，冷凝温度和蒸发温度，单位均为和蒸发温度，单位均为。上式不只适用于氨，在上式不只适用于氨，在40404040温度范围内，温度范围内，对于对于R12R12也能得到满意的结果。也能得到满意的结果。例例4-2例例4-3思考题思考题:4-1, 4-3, 4-4 4.3.3 温度变动时制冷机特性温度变动时制冷机特性 tk, 不变而不变而t0发生变化时发生变化时:t0升高升高, v1减小减小, q0增大增大, Q0增大增大,提高提高;t0下降则相反下降则相反;电机选配电机选配:高压级电机按最大功率工况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低压级电机可按它投入

20、运行时的工况选配(为什么为什么? )先开高压级先开高压级,后开低压级后开低压级4.4复叠式制冷机循环一、复叠式压缩原因一、复叠式压缩原因1. 1. 双级压缩制冷的局限性：双级压缩制冷的局限性： 制冷温度受制冷剂凝固点的限制不能制冷温度受制冷剂凝固点的限制不能太低。太低。 受蒸发压力过低的限制。受蒸发压力过低的限制。 受循环压力比的限制。受循环压力比的限制。2. 2. 解决方法：采用低温制冷剂。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行，为低

21、温制冷剂循环的冷凝过程提供冷源，降低冷凝温度和压力源，降低冷凝温度和压力, ,即为复叠式制冷。即为复叠式制冷。 二、复叠式压缩工作原理二、复叠式压缩工作原理复叠式压缩制冷系统复叠式压缩制冷系统: :由两个单级压缩制冷循环组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成，之间用蒸发冷凝器联系起来高温部分：高温部分：采用中温制冷剂，蒸发器为低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，蒸发器为用户制冷低温部分：采用低温制冷剂，蒸发器为用户制冷 工作原理工作原理 温熵图温熵图( (压焓图压焓图是怎样是怎样的的?)?)由两个单级系统组成的复叠式制冷机由两个单级系统组成的复叠式制