第四章两级压缩和复叠制冷循环

1、第四节 单级压缩蒸气制冷(zhlng)特性分析 第五节 制冷(zhlng)循环的热力学第二定律分析上节课教学内容 共三十三页本节课教学内容 第四章 两级压缩(y su)和复叠制冷循环其他制冷共三十三页第四章 两级压缩和复叠制冷(zhlng)循环第一节 概 述第三节复叠式制冷(zhlng)循环第二节 两级压缩制冷循环及热力计算共三十三页第四章 重点(zhngdin)掌握内容1.采用两级压缩制冷循环的原因(yunyn)2.两级压缩制冷循环的分类和工作流程3.采用复叠式制冷循环的原因4.复叠式制冷循环的工作流程共三十三页第一节 概 述获得低温而采取两级压缩或复叠制冷循环(xnhun)的原因：(1)、

2、单级压缩蒸气制冷循环压比的限制 冷凝温度受到环境条件的限制 ，冷凝温度tk一定时，蒸发温度t0越低，其循环的压力比pk/p0越大。往复式压缩机 ：容积效率下降，压缩过程不可逆损失增加，压缩机效率降低，引起制冷量和COP明显下降，压缩机排气温度也会上升，甚至会超过允许的限制值； 0122s2v345ppk0Lg ph共三十三页 单级压缩(y su)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-40左右。原因:受单级活塞式压缩机的极限使用条件(tiojin)的限制。 我国活塞式制冷压缩机标准GB10875-89中规定了不同制冷机使用温度在高温、中温和低温的不同温度范围。共三十三页单级压缩

3、蒸气制冷循环压比一般不超过810。在通常的环境条件下，在允许压比范围的最大值时，常用的中温制冷剂一般只能获得-20-40的低温(dwn)。解决方法：实行分级压缩，从而避免压比过大和排气温度过高带来的危害，获得较低的蒸发温度。0122s2v345ppk0Lg ph共三十三页(2)、制冷剂热物理特性的限制制冷剂分高温、中温低温制冷剂三类(沸点)蒸发温度很低时，蒸发压力也相应很低 。当蒸发压力低于大气压时：一方面使空气渗漏入制冷系统内的可能性增加，不利于制冷机的正常工作；另一方面由于输气系数降低及蒸气比容积增大，使压缩机气缸尺寸增大，运行(ynxng)经济性降低。对于往复式压缩机，因阀门自动启闭特性

4、，当吸气压力降低到16kPa以下时，压缩机已难以正常工作。 0122s2v345ppk0Lg ph共三十三页对中温制冷剂： 如R134a /R22等，当t0=-80 时，蒸发压力(yl)已在10kPa以下。 氨在-77.7时，凝固。对低温制冷剂：如R23 ：ts=-82.1，tf =-155； 但tc=25.6 ，常温下已经超临界。所以通常：单级： -20-40；双级：-60 复叠：-60 -120 0122s2v345ppk0Lg ph共三十三页表2-3 一些(yxi)制冷剂的基本热力性质制冷剂分子量正常沸点/凝固点/临界温度/临界压力/kPaR7044.0026-268.9-267.922

5、8.8R7022.0159-252.8-259.2-239.91315R72020.183-246.1-248.6-228.73397R72828.013-198.8-210-146.93396R72928.97-194.3-140.73772R74039.948-185.9-189.3-122.34895R73231.9988-182.9-218.8-118.45077R5016.04-161.5-182.2-82.54638R1488.01-127.9-184.9-45.73741R115028.05-103.7-1699.35114R50387.5-88.719.54182R17030.

6、07-88.8-18332.24891R2370.02-82.1-15525.64833R13104.47-81.4-18128.83865R74444.01-78.4-56.631.17372共三十三页制冷剂分子量正常沸点/凝固点/临界温度/临界压力/kPaR50479.2-57.266.44758R3252.02-51.2-78.478.35808R125120.02-48.45-10360.13592R127042.09-47.7-18591.84618R143a84.04-47.6-111.373.13776R2286.48-40.76-160964974R29044.10-42.07

7、-187.796.84254R16148.06-37.6-143.2102.25090R71717.03-33.3-77.913311417R50099.31-33.5105.54423R12120.93-29.8-158112.04113R134a102.03-26.26-96.6101.14067R152a66.05-25.00-117113.54492R600a58.13-11.73-160135.03645R124136.5-10.95-199122.253614R142b100.5-9.8-131137.14120R63031.06-6.7-92.5156.97455R60058.1

8、3-0.5-138.5152.03794共三十三页制冷剂分子量正常沸点/凝固点/临界温度/临界压力/kPaR114170.943.8-94145.73259R21102.938.9-135178.55168R16064.5212.4-138.3187.25267R63145.0816.6-80.6183.05619R11137.3823.82-111198.04406R245ca134.0525.4-73.4178.53855R123152.9127.9-1071843676R61160.0531.8-992145994R61074.1234.6-116.31943603R216220.933

9、5.69-125.41802753R113187.3947.57-35214.13437R113096.9547.8-50243.35478R1120131.3987.2-73271.15016R71818.0100.00374.222103共三十三页两级压缩制冷循环(xnhun)： 制冷剂气体从蒸发压力提高到冷凝压力的过程分两个阶段：先经低压级压缩到中间压力，中间压力下的气体经过冷却（即中间冷却）后再到高压级进一步压缩到冷凝压力的制冷循环。 第二节 两级压缩制冷(zhlng)循环及热力计算0122s2v345ppk0Lg ph共三十三页两级压缩制冷循环的类型：根据中间(zhngjin)冷却过

10、程和节流次数的不同可分为： 一级节流中间完全冷却循环， 一级节流中间不完全冷却循环； 两级节流中间完全冷却循环 两级节流中间不完全冷却循环；某些特殊情况下，为简化机组，还可采用一级节流中间不冷却循环。共三十三页 中间压力下低压压缩机排气的冷却程度不同(b tn)，中间冷却可分为中间完全冷却和中间不完全冷却。中间完全冷却就是使低压级的排气完全降低到中间压力下的饱和温度（即高压级压缩机吸入的是中间压力下的饱和蒸汽）；中间不完全冷却则是低压级的排气并没有降低到中间压力下的饱和温度，此时高压级压缩机吸入的是中间压力下的过热蒸汽。 共三十三页根据制冷剂从冷凝压力节流到蒸发压力所需要的节流次数(csh)，

11、可分为一级节流和两级节流。一级节流是将冷凝压力pk下的制冷剂液体，直接节流到蒸发压力p0；两级节流则是先从冷凝压力节流到中间压力，再从中间压力节流到蒸发压力。共三十三页一、两级压缩一级节流中间(zhngjin)不完全冷却制冷循环共三十三页二、两级压缩一级节流中间(zhngjin)完全冷却制冷循环图2-5 一级节流(ji li)、中间完全冷却的两级压缩制冷循环 ( a ) 流程图 b ) lgp-h图流程:高压级：低压级：共三十三页共三十三页 中间压力下低压压缩机排气的冷却程度不同，中间冷却可分为中间完全冷却和中间不完全冷却。中间完全冷却就是使低压级的排气完全降低到中间压力下的饱和(boh)温度

12、（即高压级压缩机吸入的是中间压力下的饱和蒸气）；中间不完全冷却则是低压级的排气并没有降低到中间压力下的饱和温度，此时高压级压缩机吸入的是中间压力下的过热蒸气。 共三十三页一些文献曾给出了确定中间压力（或中间温度）的经验公式或图线。下面列举(lij)几个推荐应用的公式：按压力(yl)的比例中项确定中间压力(yl)式中Pm ,Po和Pk分别为中间压力、蒸发压力和冷凝压力,单位MPa。确定最佳中间压力经验公式法共三十三页 按式求出的中间压力和制冷循环的最佳中间压力有一定的偏差。但公式(gngsh)很简单，可用于初步估算。按温度的比例中项确定(qudng)中间压力 式中Tm ,To和Tk分别为中间温度

13、，蒸发温度和冷凝温度,单位均为K。 共三十三页用经验公式直接(zhji)计算最佳中间压力 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+3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。上式不只适用于氨，在4040温度范围内，对于R12也能得到满意(mny)的结果。共三十三页第四节 复叠式制冷(zhlng)循环要获得-60以下的低温，采用单一制冷剂的多级压缩已经难以实现，此时应该采用复叠式制冷循环。 复叠式循环也有多种型式(xn sh)，如两个单级循环复叠、单级压缩循环与两级压缩循环的复叠、三个单级循环的复

14、叠等。 共三十三页 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。 通常高温系统使用沸点较高的制冷剂,低温系统里使用沸点较低的制冷剂,各自成为一个使用单一(dny)制冷剂的制冷系统,其中高温系统制冷剂的蒸发是用来冷凝低温部分系统的制冷剂,只有低温部分的制冷剂在蒸发时被冷却物吸热。定义(dngy)共三十三页最低蒸发温度制冷剂制冷循环型式-80R22-R23R22单级或两级压缩R23单级压缩组合的复叠式循环R507-R23R507单级或两级压缩R23单级压缩组合的复叠式循环R290-R23R290两级压缩R23单级压缩组合的复叠式循环-100R22-R23R22两级压缩R2

15、3单级或两级压缩组合的复叠式循环R507-R23R507两级压缩R23单级或两级压缩组合的复叠式循环R22-R1150R22两级压缩R1150单级压缩组合的复叠式循环R507-R1150R507两级压缩R1150单级压缩组合的复叠式循环-120R22-R1150R22两级压缩R1150两级压缩组合的复叠式循环R507-R1150R507两级压缩R1150两级压缩组合的复叠式循环R22-R23-R50R22单级压缩R23单级压缩R50单级压缩组合的复叠式循环R507-R23-R50R507单级压缩R23单级压缩R50单级压缩组合的复叠式循环共三十三页图2-10 由两个单级系统(xtng)组成的复

16、叠式制冷机 a) 制冷循环系统 b) T-s图高温(gown)部分 , 低温部分 高温系统制冷剂的蒸发是用来冷凝低温部分系统的制冷剂,只有低温部分的制冷剂在蒸发时被冷却物吸热共三十三页压缩机冷凝(lngnng)蒸发器回热器节流阀蒸发器膨胀容器组成低温(dwn)系统制冷剂高温部分R22 ,低温部分R23共三十三页共三十三页(三)、制冷剂的选择与使用高温级使用的中温制冷剂，除已规定禁用的外，现阶段可使用的有R22、C3H8、C3H6和R134a、R407C、R410A等。低温(dwn)级使用的低温(dwn)制冷剂有R23、R14和C2H4、C2H6等。在装置中具体配组方式，取决于制冷装置的用途。例

17、如R23适用于-70 -110 ，R14的适用于-110 -140 。C2H6的应用范围与R23相似，但它具有可燃性和爆炸性。C2H4的应用范围介于R23和R14之间。共三十三页因此，一般情况下：两级复叠的低温装置R22用于高温级，R23用于低温级。三级复叠的低温装置则采用R22、R23、R14的配组方式。在采取严格的安全防护措施的情况下，可用C3H8或C3H6作高温级制冷剂，与C2H4或C2H6等低温制冷剂配组，在石油化工(sh yu hu n)等工业低温装置中使用。共三十三页第四章 作业(zuy)1. 双级蒸气压缩式制冷循环的形式有哪些？2. 一级节流与二级节流相比有什么区别？中间不完全冷却与中间完全冷却相比又有什么区别？3. 如何(rh)确定最佳中间压力？4. 什么是复叠式制冷循环？为什么要采用复叠式制冷循环？共三十三页内容摘要第四节 单级压缩蒸气制冷特性分析。第四章 两级压缩和复叠制冷循环其他制冷。