制冷原理及设备_李晓东_第3章双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环

1、制冷原理与设备第第3章章 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主 编李晓东电子制作电子制作齐向阳齐向阳 第第3章章 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l1实际吸气容积减少，制冷量降低，节流损失增加，制冷系数下降。l2压缩机的排气温度上升。l3压缩机运行时的压力比增大，容积效率下降。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3章 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环 1.1.一级节流、中间完全

2、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 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 3. 3.两级节流、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 4. 4.两级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环 5.5.两级节流、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环 3.2.1 双级蒸气压缩式制冷循环基本类型双级蒸气压缩式制冷循环基本类型第3章 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环3.2.2 一级节流中间完全冷却循环图3-1一级节流中间完全冷却制冷

3、循环第第3章章 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章 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环3.2.3 一级节流中间不完全冷却循环图3-2一级节流中间不完全冷却制冷循环第3章 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环第3章 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环l3.2.4 一级节流中间不冷却循环 l图3-3一级节流中间不冷却制冷循环 第3章 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环l3.2.5 二级节流中间完全冷却循环l图3-4二级节流中间完全冷却制冷循环l 第3章 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环l3.2.6 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章 双级蒸气压缩式

4、和复叠式制冷循环l3.2.7 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章 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环第3章 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环第3章 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环l3.2.8 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

5、效果。l3）蒸发器和中间冷却器分别供液，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l3.3.1 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l3.3.2 循环工作参数的确定l1.

6、容积比的选择dgdgmdmgvtdvtgvvqqqqqvtg高压级理论输气量（高压级理论输气量（m3/s）；）；qvtd低压级理论输气量（低压级理论输气量（m3/s）；）；qmg高压级制冷剂的质量流量（高压级制冷剂的质量流量（kg/s）；）；qmd低压级制冷剂的质量流量（低压级制冷剂的质量流量（kg/s）；）；vg高压级吸气比体积（高压级吸气比体积（m3/kg）；）；vd低压级吸气比体积（低压级吸气比体积（m3/kg）；）； g高压级输气系数；高压级输气系数； d低压级输气系数低压级输气系数 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l根据我国冷藏库的生产实践，当蒸发温度t0=-2

7、8-40范围内时，容积比的值通常取0.330.5之间，即qvtg:qvtd=1:31:2。在长江以南地区宜取大些。l合理的容积比的选择还应结合考虑其他经济指标。配组双级压缩机的容积比可以有较大的选择余地。如果采用单机双级压缩机，则它的容积比是既定的，容积比的值通常只有0.33和0.5两种。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2.中间压力与中间温度的确定 l（1）选配压缩机时中间压力的确定l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。确定最佳中间压力pm常用的方法有公式法和图解法。l1）公式法l常用的公式法有比例中项公

8、式法和拉塞经验公式法两种 l比例中项公式法 l按压力的比例中项确定中间压力komppp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,单单位位MPa3.3 双级蒸气压缩式制冷循环的热力计算及运行特性分析l拉塞经验公式法 l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：ltm=0.4tk+ 0.6to+3l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。l上式不只适用于氨，在4040温度范围内，对于R12也能得到满意的结果。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）图解法

9、l根据确定的蒸发压力p0和冷凝压力pk，l在pm（tm）值的上下，按一定间隔选取若干个中间温度tm值。l根据给定的工况和选取的各个中间温度tm分别画出双级缩循环的lgp-h图，确定循环的各状态点的参数，计算出相应的制冷系数。l绘制=f（tm）曲线，找到制冷系数最大值max，由该点对应的中间温度tm 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l（2）既定压缩机时中间压力的确定 l已经选定压缩机好，此时高、低压级的容积比已确定，即值一定，这时可采用容积比插入法求出中间压力 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低压级压缩机的理论功率为低压级压缩机的理论功率为 81120

10、0dmd0dhhhhQwqP-低压级的理论比功为：低压级的理论比功为： w0d=h2-h1 3.3.3 制冷循环的热力计算制冷循环的热力计算单位质量制冷量为：单位质量制冷量为： q0=h1-h8低压级制冷剂的质量流量低压级制冷剂的质量流量qmd为：为：81000mdhhQqQq-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l3.3.3 制冷循环的热力计算l高压级的理论比功为：w0g=h4-h3 lqmg表示高压级制冷剂的质量流量: lqmdh2+qmd (h5h7) +(qmgqmd) h5= qmgh3 l高压级制冷剂的质量流量为 5372mdmghhhhqq-高压级压缩机的理论功

11、率为高压级压缩机的理论功率为 8153347200gmg0ghhhhhhhhQwqP-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l3.3.3 制冷循环的热力计算l理论循环制冷系数为 3472125381530g0d00hhhhhhhhhhhhPPQ-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l3.3.4 运行特性分析l1. 变工况特性l（1）蒸发温度的变化对中间压力的影响： 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l两级压缩制冷机的工况变动时的一些特性：l 随着t0的升高，压力pc和pm都有不断升高，但pm升高得快；l 随着t0的升高，压力比H和L都不断下

12、降，但H下降快；l 随着t0的升高，压力差（pc-pm）减小，（pm-pe）先逐渐增大而后逐渐减小。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l1受制冷剂凝固点的限制 l2对制冷循环压力比的限制 l3受活塞式压缩机阀门结构特性的限制 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3.4.2 复叠式制冷循环复叠式制冷循环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3.4.2

13、复叠式制冷循环复叠式制冷循环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

14、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-R1150R22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环复叠式循环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循复叠式循环环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l3.4.3 复叠式制冷循环应用中的一些问题l1停机后低温制冷剂的处理 l2. 系统的起动 l3温度范围的调节 l思考题