两级压缩制冷循环

机械与动力工程学院2023年2月4日两级压缩式制冷两级压缩重点掌握：1、理解采用两级压缩制冷的原因；2、两级压缩循环原理及其在压焓图上的表示；3、两级压缩的相关热力计算*2weisean单级压缩制冷循环的最低蒸发温度主要受到以下几个方面的因素的影响：1、压缩机（容积效率）的限制；2、润滑油（排气温度）的限制；3、制冷剂（最低蒸发温度）的限制；4、冷凝温度（环境温度）的限制；一、概述*3weisean一、概述采用两级压缩式制冷，是为了降低循环中的压力比，降低压缩机排气温度，保证压缩机在合宜的余隙容积下运行，从而保证制冷循环系统产生需要的制冷量。

对于两级压缩来讲，主要是为了使系统保持在较适合的压力比，从而能获得较低冷量工况下运行；

*4weisean*5weisean二、两级压缩制冷循环

什么是两级压缩？

在两级压缩制冷循环中，制冷剂的压缩过程分两个阶段进行，设置了两个压缩机，从低压压缩机出来的蒸气先经过中间冷却后再进入高压级的压缩机进行压缩，这样，对于单台压缩机来讲，压缩机压缩比降低了。*6weisean

两级压缩制冷循环

两级压缩中间完全冷却

两级压缩中间不完全冷却*7weisean1、一级节流、中间完全冷却的两级压缩循环*8weisean*9weisean2、一级节流、中间不完全冷却的两级压缩循环*10weisean带有回热器的一级节流中间不完全冷却的两级压缩制冷循环*11weisean带有回热器的一级节流中间不完全冷却的两级压缩制冷循环121.中间压力的确定循环的冷凝温度和蒸发温度：根据环境介质的温度和被冷却物体要求的温度，考虑一定的传热温差确定。中间温度（或中间压力）：两级压缩循环的特有问题，中间压力选择是否恰当，影响到经济性及压缩机的安全运行。三、两级压缩制冷循环热力计算*13weisean

中间压力的确定原则：制冷系数最大原则去选取——最佳中间压力。几个推荐应用的公式：

(1)按压力的比例中项确定中间压力:

Pm-中间压力Po-蒸发压力Pk-冷凝压力单位均为MPa按此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。但公式很简单，可用于初步估算。*14weisean1）确定冷凝压力PK

和蒸发压力P0

，按

求得一个近似值，查表得到对应的中间温度tm；2）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e

；4）绘制e＝F(tm)

曲线，找到e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（即最佳中间压力）。具体步骤为：*15weisean最佳中间温度的确定*16weisean(2)按温度的比例中项确定中间压力Tm-中间温度To-蒸发温度Tk-冷凝温度单位均为K

*17weisean(3)用经验公式直接计算最佳中间压力

tm=0.4tk+

0.6to+3tm－中间温度tk－冷凝温度to－蒸发温度，单位均为℃。上式不只适用于氨，在－40～40℃温度范围内，对于R12也能得到满意的结果。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：*18weisean2.循环的理论热力计算在两级压缩制冷循环中制取冷量的是低压部分的蒸发过程，其单位制冷量是：

低压压缩机每压缩1kg蒸气所消耗的理论功是：设制冷机的制冷量为Q0kw，则低压压缩机的流量是:*19weisean中间冷却器热平衡图**21weisean

某冷库在扩建中需要增加一套两级压缩制冷机，其工作条件如下：制冷量；制冷剂为氨；冷凝温度，无过冷；蒸发温度；管路有害过热。试进行热力计算并选配合适的压缩机。C计算实例*22weisean23*24weisean*25weisean复叠式蒸气压缩制冷循环

采用一种制冷剂循环将出现的问题：1、任何制冷剂，当蒸发温度降低时，其蒸发器压力也必然降低。2、任何制冷剂，当蒸发温度降低时，其比容就很大。

*26weisean

复叠式蒸气压缩制冷循环是由两个或两个以上的单级制冷循环组成，而且在两个制冷系统中充加不同性质的制冷剂。它既能满足在较低蒸发温度时有合适的蒸发压力，又能满足在环境温度条件下冷凝时具有适中的冷凝压力。

*27weisean*28weisean*29weiseanCO2制冷剂及CO2热泵热水器*30weisean1、CO2制冷剂的物理特性2、CO2跨临界制冷循环3、CO2热泵热水器4、亟待解决的问题CO2制冷剂及CO2热泵热水器*31weiseanCO2制冷剂的物理特性

制冷剂ODP值GWP值特点HFC134a01300—

CO201高压NH30<1有毒碳氢化合物（HC）0<3可燃性CO2制冷剂及CO2热泵热水器*32weisean

CO2及HFC134a的热物性对比

制冷剂临界温度

(℃)临界压力

(MPa)蒸发潜热*

(kJ/kg)饱和压力

（kPa）饱和气体密度

(kg/m3)CO231.17.38232348597.6HFC134a101.24.061982931404CO2制冷剂及CO2热泵热水器*33weisean在0℃条件下，通过比较CO2和HFC134a发现，在0℃时CO2的饱和气体密度是HFC134a的7倍左右，蒸发潜热是HFC134a的1.2倍左右。因此，在蒸发温度0℃时，CO2制冷剂的单位体积制冷量大约时HFC134a的8倍，由此可知，CO2系统的压缩机排气量约为HFC134a系统的1/8；比较0℃时的饱和压力可以发现，CO2制冷剂大约时HFC134a制冷剂的10倍以上，因此要求各部件结构上能耐高压；另外，CO2的临界温度为31.1摄氏度，比HFC134a的101.2摄氏度低。通常CO2制冷循环中高压侧成超临界状态进行运转，因此高压侧热交换器不是作为冷凝器，而是作为对显热进行散热的气体冷却器使用。CO2制冷剂及CO2热泵热水器*34weiseanCO2跨临界循环

由于CO2的临界温度比较低，通常CO2循环在高压侧成超临界状态进行运转。超临界流体(supercriticalfluid,简称为SF)是一种被压缩至临界压力pc

和加热至临界温度Tc以上的流体。与低于临界态的气体和液体的性质不一样，它具有许多重要的特殊性质，如类似于液体的密度和类似于气体的黏度和自扩散系数。CO2制冷剂及CO2热泵热水器*35weiseanCO2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。如果采用传统的蒸汽压缩式制冷循环，循环工质的临界温度决定发生冷凝过程的温度上限，通常要求它至少高出环境温度30℃才可以获得较好的制冷系数。由于CO2临界温度太低(311℃)，使其制冷系数COP较低。尤其是环境温度较高时，制冷能力显著下降，功耗却增大,经济性很差。CO2跨临界循环CO2制冷剂及CO2热泵热水器*36weisean在CO2跨临界制冷循环中，其放热过程为变温过程，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，当用于热泵循环时，有较高的放热系数。CO2跨临界循环CO2制冷剂及CO2热泵热水器*37weiseanCO2热泵热水器

CO2制冷剂及CO2热泵热水器*38weiseanCO2热泵热水器

CO2制冷剂及CO2热泵热水器*39weiseanCO2热泵热水器目前所面临的问题主要在于继续提高效率和不断降低成本。技术进