双级压缩式制冷循环的热力

第9讲温度变动对双级蒸气压缩式制冷循环制冷机特性的影响

双级压缩制冷机中，蒸发温度to、冷凝温度tk的变化对制冷量与轴功率的影响同单级压缩制冷机是一样的，这里不再重复。这里主要讨论工作条件的变化对双级压缩制冷机中间压力pm的影响，这对实际双级蒸气压缩式制冷系统的操作运行管理具有重要的意义。2.2.4.1温度变动对双级压缩制冷机特性的影响（1）蒸发温度to的变化对中间压力pm的影响对于己经选定压缩机的制冷系统，可认为容积比ζ为定值。当冷却介质选定之后，冷凝温度随环境温度的变动变化不大，可近似认为冷凝温度tk为定值。在冷凝温度tk、容积比ζ均为定值的情况下，随着蒸发温度to的变化，蒸发压力po与中间压力pm的变化关系与循环的形式以及制冷剂的种类有关。下图给出了按一级节流中间完全冷却循环工作的单机双级氨制冷机工作压力与蒸发温度之间的变化关系，压缩机型号812.5A110G，容积比ζ=0.333，冷凝温度tk=35℃，节流前液体制冷剂温度t7=30℃。由图可以看出：1）随着蒸发温度to的升高，蒸发压力po与中间压力pm都不断升高，但pm比po升高得更快。当蒸发温度to达到某一边界数值t0b(图中t0b≈4℃)时，高压级压力差pk—pm=0，从这一温度开始，高压级不再起压缩作用，双级压缩可以改为单级压缩。2）随着蒸发温度to的升高，高压级压力差（pk—pm）逐渐减小，而低压级压力差（pm—po）逐渐增大。当蒸发温度to达到边界温度tob时，高压级压力差(pk—pm)=0，而低压级压力差(pm—po)达到最大值。此时低压级压缩机耗功最大，压缩比pm/po大约为3。3）当蒸发温度t0=-27℃时，pk/pm3，高压级压缩机出现最大功率，由此可以确定高压级压缩机的电动机功率配备问题。（2）冷凝温度tk的变化对中间压力pm的影响如果蒸发温度to和容积比ζ保持不变，随着冷凝温度tk的升高，中间压力pm也升高。这是由于冷凝压力的升高导致高压级压缩比pk/pm增大，高压级输气系数λg减小，使高压级的输气量减少而引起的。反之，tk降低，则pm也降低。（3）容积比ζ的变化对中间压力pm的影响当蒸发温度to和冷凝温度tk都不变时，改变高、低压级压缩机输气量的比值，即容积比ζ，则中间压力pm也随之改变。随着容积比ζ的减小，中间压力pm升高；反之，容积比ζ增大，中间压力pm降低。在实际双级蒸气压缩式制冷系统的操作运行管理中，可以通过改变配组双级制冷机低压级压缩机的运转台数，或改变单机双级制冷剂低压级气缸工作的数量，来改变容积比ζ的大小。低压级卸载，容积比增大，中间压力pm降低；低压级加载，容积比减小，中间压力pm升高。2.2.4.2与变工况特性有关的两个问题当双级压缩制冷机的工作条件发生变化时，对制冷机的性能会产生一系列的影响，由此带来的两个重要问题就是双级压缩制冷机的起动问题和压缩机电动机的选配问题。（1）双级压缩制冷循环压缩机的起动问题当制冷机首次起动或长时间停机后起动以及食品冷加工过程中冻结间刚刚进入大量热货，此时，蒸发温度to较高。随着制冷机的运行，蒸发温度to逐渐下降。由前面的分析可知，当蒸发温度to没有降低到边界温度tob之前，高压级压缩机不起作用，若两台压缩机同时起动势必造成电能浪费。因此，对于配组双级制冷压缩机，可以先运行单级循环对系统进行降温，等蒸发温度to降低到某一数值时再运行双级循环。蒸发温度to所需降低到的温度数值大小取决于低压级压缩机配用的电动机功率。（2）双级压缩制冷循环压缩机电动机选配问题对于配组双级的制冷系统，高、低压级压缩机的电动机要分别选取。对于单机双级压缩机电动机的选配，其电动机轴功率应为高、低压级轴功率之和，即Ps=Psd+Psg

五、复叠式制冷循环1.采用复叠式制冷循环的原因1）受制冷剂凝固点的限制当制冷循环需要的蒸发温度低于制冷剂凝固点时，制冷剂就会凝固不流动而无法循环。例如R717凝固点为-77.7℃。2）受制冷循环压力比的限制当需要的蒸发压力po过低时，即便采用双级压缩也将使每一级的压力比超过规定值，使制冷循环的效率大大降低。如果采用多级压缩，循环压力比能够得到保证，但制冷系统将很复杂，技术经济性指标不高。3）受蒸发压力po过低的限制制冷剂的蒸发压力po过低，这将使不凝性气体漏入的可能性大大增加。同时，引起压缩机吸气比容增大和输气系数的降低，从而导致压缩机气缸尺寸的增大。4）受活塞式压缩机阀门结构特性的限制当吸气压力低于0.01~0.015kMPa时，吸气时难以克服压缩机吸气阀上的弹簧力，以致压缩机无法吸气。5）受低温制冷剂冷凝压力pk过高的限制若采用低温制冷剂，上述情况可以得到改善，但低温制冷剂常常有过高的冷凝压力或过低的临界温度，常温下无法冷凝成液体。例如R13的临界温度为28.8℃，临界压力为3.861MPa，不能象中温制冷剂那样用环境介质水、空气来完成冷凝过程。同时，在接近临界状态时制冷循环的节流损失很大，经济性很差。因此，应用单一的低温制冷剂仍无法获得进一步的低温。如果在一套套制冷装置置中，同时时采用两种种制冷剂，，即将中温温制冷剂和和低温制冷冷剂结合起起来。用低低温制冷剂剂的蒸发进进行制冷，，获得在低低温下蒸发发时合适的的蒸发压力力；同时用用中温制冷冷剂的蒸发发来冷凝低低温制冷剂剂，获得在在环境温度度下冷凝时时适中的冷冷凝压力，，上述矛盾盾均可解决决，这就是是复叠式制制冷循环。。2.复叠式式制冷循环环由两个单级级压缩制冷冷循环组成成的二元复复叠式制冷冷循环，高高温部分是是1-2-3-4-5-6-1，通常常采用R22制冷剂剂；低温部部分是1'-2'-3'-4'-5'-6'-1'，通通常采用R13制冷冷剂，循环环最低蒸发发温度可以以达到－80~－90℃。复叠式制冷冷循环3.复叠式式制冷循环环的热力计计算下图为复叠叠式制冷循循环的lgp-h图。其中，，a）是高高温部分的的lgp-h图，b））是低温部部分的lgp-h图。利用此此图可对复复叠式制冷冷循环进行行热力计算算。1-2-3-4-5-6-1是高温部部分的循环环，1'-2'-3'-4'-5'-6'-1'是低温温部分的循循环，低温温部分的冷冷凝温度必必须高于高高温部分的的蒸发温度度，这一温温差就是冷冷凝蒸发器器中的传热热温差。这这个传热温温差△t=5~10℃，为了了提高循环环的经济性性往往取小小值。1——2、4——5以及1'—2'、4'——5'分别别是高温部部分和低温温部分的气气、液回热热过程。确确定了循环环的工作参参数之后，，就可以按按两个单级级压缩循环环分别进行行热力计算算。计算中中应注意，，高温部分分的制冷量量QoG基本等于低低温部分的的冷凝热负负荷QkD。（5）复叠叠式制冷循循环应用中中的一些问问题1）停机后后低温制冷冷剂的处理理当复复叠式制冷冷机在停止止运转后，，系统内部部温度会逐逐渐升高到到接近环境境温度，低低温部分的的制冷剂就就会全部汽汽化成过热热蒸气，这这时低温部部分的压力力将会超出出制冷系统统允许的最最高工作压压力这一非非常危险的的情况。为为解决这一一问题，大大型系统采采用高温系系统定时开开机，以维维持低温系系统较低压压力，但这这种方法耗耗功大；或或者将低温温制冷剂抽抽出装入高高压钢瓶中中。对于小小型复叠式式制冷装置置，通常在在低温部分分的系统中中连接一个个膨胀容器器，当停机机后低温部部分的制冷冷剂蒸气可可进入膨胀胀容器，如如系统中不不设膨胀容容器，则应应考虑加大大蒸发冷凝凝器的容积积，使其起起到膨胀容容器的作用用，以免系系统压力过过高。2）系统的的起动由由于低温温制冷剂的的临界温度度一般较低低，所以复复叠式制冷冷机在起动动时，必须须先起动高高温部分，，当高温部部分的蒸发发温度降到到足以保证证低温部分分的冷凝压压力不超过过允许的最最高压力时时，才可以以起动低温温部分。3）温度范围的的调节复叠叠式制冷循环的的制冷温度是可可以调节的，但但有一定的温度度范围。因压力力比不能太大，，所以吸气压力力不能调节得太太低，这就决定定了它的下限温温度不能太低。。同时，吸气压压力也不能调得得太高，因为