两级压缩和复叠制冷循环课件

1、第四章 两级压缩和复叠制冷循环 单级蒸气压缩制冷机运行时制冷剂的冷凝压力是由环境介质（如空气或水）温度所决定。在冷凝温度tk一定的条件下蒸发温度的降低冷凝压力和蒸发压力之差（pk-po）增大压缩比pk / po变大第1页，共63页。 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-40左右。原因:（1）单级压缩制冷循环压比的限制。（2）制冷剂物性参数的限制。受单级活塞式压缩机的极限使用条件的限制。 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。第2页，共63页。 单级蒸气压缩活塞式制冷机，压缩比一般不超过10。当蒸发温度

2、过低，超出极限使用条件时会带来如下问题： (1)压缩比增大时，压缩机的输气系数大为降低，压缩机的输气量及效率显著下降。第3页，共63页。压缩机的实际输气量第4页，共63页。(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，以致在阀片上产生结碳现象。当冷凝温度为40，蒸发温度为30 时，单级氨压缩机即使在等熵压缩情况下，排气温度已高达160，超过150的限制。第5页，共63页。(3)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。 蒸发温度变化时循环的变化情况第6页，共63页。制冷剂物性的限制 制冷剂有高温

3、、中温、低温制冷剂之分，各种制冷剂有不同的热物理性质。 例如：采用中温制冷剂R717，ts33.35,tf=-77 ,tc132.4 ，Pc11.52MPa。不适合77 以下的制冷循环。 在33.35-77 范围内,负压运行，空气漏入。另外当吸气压力低于15KPa时，吸气阀片因压差过低无法开启，压缩机无法正常工作。 采用低温制冷剂R23， ts82.1,tf=-155 ,tc25.6 ，Pc4.83MPa。吸气压力高于15KPa，也不会凝固，但是常温下超临界，无法冷凝，系统中压力超过1.6MPa安全压力的限制。第7页，共63页。 所以，为了获得比较低的温度（4060），同时又能使压缩机的工作压

4、力控制在一个合适的范围内，就要采用两级压缩循环。为了获得更低的温度（60150），同时又能使压缩机的工作压力控制在一个合适的范围内，就要采用复叠循环。一般，两个单级压缩制冷循环复叠用于获取6080低温；三个单级压缩制冷循环复叠用于获取80120低温。第8页，共63页。4.2 两级压缩制冷循环两级压缩制冷循环是指制冷剂的压缩过程分两个阶段进行，既将来自蒸发器的低压制冷剂蒸汽（压力为P0）先进入低压压缩机，在其中压缩到中间压力Pm，经过中间冷却后再进入高压压缩机，将其压缩到冷凝压力Pk，排入到冷凝器中。两级压缩可使各级压力比适中，并且经过中间冷却，可使压缩机耗功减少，可靠性、经济性均有所提高。两级

5、压缩制冷循环按中间冷却方式分为中间完全冷却循环与中间不完全冷却循环；按节流方式又可分为一级节流循环与两级节流循环。第9页，共63页。 一级节流循环是将冷凝压力pk下的制冷剂液体，直接节流到蒸发压力p0，由于压差较大，易实现远距离和向高处供液，而且调节也很方便，故应用较广，两级节流循环则是先将pk下的制冷剂液体节流到中间压力pm，然后再次节流到p0，虽然两级节流比一级节流循环节流损失小，但实际工程应用并不多。第10页，共63页。常见的两级压缩制冷循环方式一级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环 （如图4-A所示）一级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环 （如图4-B所示）两级节流、中间完全冷却

6、的两级压缩制冷循环 （如图4-C所示） 两级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环 （如图4-D所示）两级节流，具有中温蒸发器的中间完全冷却的两级压缩制冷循环（如图4-E所示）第11页，共63页。图4-A 一级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环 ( a ) 流程图 b ) lgp-h图第12页，共63页。图4-B 一级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环( a ) 流程图 ( b ) lgp-h图第13页，共63页。图4-C 两级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环( a ) 流程图 ( b ) lgp-h图第14页，共63页。图4-D 两级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环( a )

7、 流程图 ( b ) lgp-h图第15页，共63页。图4-F 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 ( b ) lgp-h图第16页，共63页。 一级节流、中间 不完全冷却的两级压缩循环第17页，共63页。1、两级压缩、一级节流的制冷循环中间不完全冷却循环图4-2 制冷循环图第18页，共63页。3 、两级压缩一级节流循环的计算已知计算参数：制冷量，冷凝温度，蒸发温度，压缩机吸气状态，冷凝器后过冷液体温度，中间压力的确定。待求计算结果：压缩机确定，性能参数。（一）不完全冷却循 环计算过程：蒸发器中单位制冷量q0kJ/kg (4-1)低压级压缩机单位理论功wd

8、kJ/kg (4-2)第19页，共63页。低压级压缩机质量流量 qmdkg/s (4-3)低压级压缩机体积流量 qmdm3/s (4-4)低压级压缩机实际功率 PedkW (4-5)第20页，共63页。低压级压缩机理论排量 qvhdm3/h (4-6)由热平衡方程式得高压级压缩机质量流量 qmgkg/s (4-7)确定h6时，取t6比中间压力下的饱和温度高35。 第21页，共63页。高压级压缩机吸气管道混合过程kJ/kg (4-8)高压级压缩机单位理论功wgkJ/kg (4-9)高压级压缩机实际功率 PegkW (4-10)第22页，共63页。高压级压缩机理论排量 qvhgm3/h (4-11

9、)循环的冷凝热负荷 QkkW (4-12)循环的理论制冷系数 (4-13)第23页，共63页。 (4-13)循环的实际制冷系数第24页，共63页。一级节流中间完全冷却两级压缩制冷循环第25页，共63页。第26页，共63页。3 、两级压缩一级节流循环的计算（二）完全冷却循 环计算过程：蒸发器中单位制冷量q0kJ/kg (4-14)低压级压缩机单位理论功wdkJ/kg (4-15)低压级压缩机质量流量 qmdkg/s (4-16)第27页，共63页。低压级压缩机体积流量 qmdm3/s (4-17)低压级压缩机实际功率 PedkW (4-5)低压级压缩机理论排量 qvhdm3/h (4-19)kW

10、 (4-18)第28页，共63页。由热平衡方程式得高压级压缩机质量流量 qmgkg/s (4-20)确定h8时，取t8比中间压力下的饱和温度高35。 第29页，共63页。高压级压缩机单位理论功wgkJ/kg (4-21)高压级压缩机实际功率 PegkW (4-22)第30页，共63页。高压级压缩机理论排量 qvhgm3/h (4-23)循环的冷凝热负荷 QkkW (4-24)循环的理论制冷系数 (4-25)第31页，共63页。 (4-26)循环的实际制冷系数第32页，共63页。作业1.根据节流级数和中间冷却方式不同，两级压缩制冷循环分哪些基本形式？并分别在P-h图上表示出一级节流的二种中间冷却

11、循环。2.一套中间完全冷却、一级节流两级压缩制冷循环系统，选用氨作为制冷剂，其工作条件：制冷量QO=150KW;冷凝温度TK=40,中间冷却器中过冷盘管的冷端温差为5;蒸发温度T0= - 40;管路有害过热T=5;中间温度取TM= -5。设高、低压级压缩机的绝热效率和指示效率分别为g=0.7、ig=0.85 、d=0.67 、id=0.83,高、低压级压缩机的输气系数分别为g=0.73、d=0.65,试对该系统进行热力计算。3.某冷库需要建设一套两级压缩中间完全冷却的制冷循环，制冷剂为R717。其工作条件为：制冷量Q0=100kw，冷凝温度tk=40，蒸发温度t0= -30，假设中间温度tm=

12、0，压缩机吸气有害过热度t1=5，冷凝器的过冷度t2=5，高压液体在中间冷却器的进出口温差t3=8。试计算：该制冷循环过程中高压级、低压级制冷剂的质量流量；该制冷压缩循环中高压级、低压级制冷剂的理论输气量（高压级输气系数取g=0.73，低压级输气系数取d=0.65）；该制冷系统的理论制冷系数； 冷凝器的理论热负荷。 第33页，共63页。4、带氨泵的两级压缩一级节流中间完全冷却循环 要点：氨泵的作用及压焓图表示第34页，共63页。计算分析类似前述：氨泵功率Pp为： kW (4-19)低压贮液器关系热平衡 (4-20) (4-21)第35页，共63页。蒸发器制冷量中间冷却器热平衡关系式第36页，共

13、63页。两级压缩两级节流循环两级节流中间完全冷却循环第37页，共63页。两级压缩两级节流循环两级节流中间不完全冷却循环第38页，共63页。两级压缩双温制冷循环第39页，共63页。第三节 两级压缩制冷循环运行特性分析一、中间压力的确定中间压力的定义：其大小对循环性能的影响：（2）计算法（3）经验公式确定最佳中间压力的原则：这一中间压力下，循环有最大的制冷系数。方法：（1）图表法第40页，共63页。按压力的比例中项确定中间压力 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。（1）热力性质图表法第41页，共63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

14、很简单，可用于初步估算。按温度的比例中项确定中间压力 式中Tm ,To和Tk分别为中间温度，蒸发温度和冷凝温度,单位均为K。 第42页，共63页。最佳中间温度的确定第43页，共63页。（2）用经验公式直接计算最佳中间压力 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也能得到满意的结果。第44页，共63页。例题4-32、如何在一台多缸压缩机上组合两级压缩系统？ 在冷凝蒸发温度已知情况下，在某一中间压力下，

15、高低压缩机的容量比和制冷系数可以确定，画出制冷系数和容量比的曲线，在最大制冷系数附近找出实际可配比的容量比。1、如何选配两台制冷压缩机组成系统？ 在制冷负荷，冷凝蒸发温度已知情况下，确定最佳中间压力和高低压缩机的容量，在现有的压缩机中选用最接近的压缩机组成系统。实际的两级压缩制冷系统如何设计和运行：第45页，共63页。二、运行特性分析最佳中间压力（温度）受影响因素：冷凝温度，蒸发温度，压缩机效率，换热器效率，环境条件，制冷负荷等1/ 变工况运行2/压缩机电动机的匹配3/启动问题第46页，共63页。第47页，共63页。（四）复叠制冷循环 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

16、统组合而成。 一般制取的温度范围：-60 -150。 定义第48页，共63页。 1.两个单级压缩循环组成的复叠式制冷机 高温压缩机冷凝器节流阀冷凝蒸发器高温系统制冷剂R22，R134a第49页，共63页。压缩机冷凝蒸发器回热器节流阀蒸发器膨胀容器组成低温系统制冷剂R23，R508第50页，共63页。1/ 两级复叠制冷系统* 各个设备的作用，制取的温度范围第51页，共63页。 2.三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第52页，共63页。第53页，共63页。第54页，共63页。 3

17、.一个两级压缩循环和一个单级压缩循环组成的复叠式制冷机 高温部分一级节流中间不完全冷却节流前液体过冷带回热的两级压缩循环第55页，共63页。R22或R507低温部分带回热的单级压缩循环制冷剂低温高温最低蒸发温度可达-110R23或R1150第56页，共63页。第57页，共63页。图 4-F 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 ( b ) lgp-h图4、复叠式制冷循环计算（计算参考图）第58页，共63页。三、复叠制冷循环运行特性（1）最佳中间温度的确定（2）制冷循环的温度应用范围第59页，共63页。（三）制冷剂的选择与使用（四）循环型式、工作参数和变公况特

18、性第60页，共63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R23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第61页，共63页。（五）提高循环性能的途径（1）合理的温差取值（2）设置低温级排气冷却器（3）设置气-气热交换器（4）设置气-液热交换器（5）设置膨胀容器及其大小的确定（6）启动特性第62页，共63页。1.描述两级压缩制冷循环和复叠压缩制冷循环。2.说明采用两级压缩循环与复叠压缩循环的原因。3.两级压缩制冷机与复叠式制冷机的启动特性有何异同？为什么