第三節(jié)雙級蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)

1、制冷原理與設(shè)備第三節(jié)第三節(jié) 雙級蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)雙級蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)第第3節(jié)節(jié) 雙級蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)雙級蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)l3.1 采用多級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的原因l3.1.1 單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的局限性1. 冷凝壓力冷凝壓力 tk 環(huán)境溫度、冷卻介質(zhì)溫度環(huán)境溫度、冷卻介質(zhì)溫度 蒸發(fā)壓力蒸發(fā)壓力 t0 用戶要求（制冷系統(tǒng)的用途）用戶要求（制冷系統(tǒng)的用途）2. 用戶要求蒸發(fā)溫度用戶要求蒸發(fā)溫度 蒸發(fā)壓力蒸發(fā)壓力 壓縮比（壓縮比（p pk k/p/p0 0） 壓縮機輸氣系數(shù)下降；壓縮機輸氣系數(shù)下降；3. p pk k/p/p0 0增大增大導(dǎo)致導(dǎo)致 壓縮機排

2、氣溫度升高，潤滑條件變壞；壓縮機排氣溫度升高，潤滑條件變壞； 耗功增加，制冷量下降，制冷系數(shù)降低。耗功增加，制冷量下降，制冷系數(shù)降低。1.氨制冷系統(tǒng)：氨制冷系統(tǒng)：pk/p08； 最低蒸發(fā)溫度最低蒸發(fā)溫度-25；2.氟利昂制冷系統(tǒng)：氟利昂制冷系統(tǒng)：pk/p010； 蒸發(fā)溫度蒸發(fā)溫度-37 單級蒸氣壓縮條件：單級蒸氣壓縮條件：第第3節(jié)節(jié) 雙級蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)雙級蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)l3.1.2 采用多級蒸氣壓縮制冷循環(huán)的必要性l（1）降低壓縮機的排氣溫度l（2）降低壓力比 l（3）減少節(jié)流損失 第第3節(jié)節(jié) 雙級蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)雙級蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)第3節(jié)節(jié) 雙級蒸

3、氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)3.2 雙級蒸氣壓縮工作原理雙級蒸氣壓縮工作原理3.2.1 壓縮過程壓縮過程 低壓級壓縮低壓級壓縮 高壓級壓縮高壓級壓縮 蒸發(fā)壓力蒸發(fā)壓力 中間壓力中間壓力 冷凝壓力冷凝壓力1.1.來自蒸發(fā)器的低溫制冷劑蒸氣（壓力為來自蒸發(fā)器的低溫制冷劑蒸氣（壓力為PoPo）先進入低）先進入低壓級壓縮機，在其中壓縮到中間壓力壓級壓縮機，在其中壓縮到中間壓力PmPm 2.2.經(jīng)過中間冷卻器冷卻（分為兩種情況中間完全冷經(jīng)過中間冷卻器冷卻（分為兩種情況中間完全冷卻為飽和蒸氣和中間不完全冷卻為過熱蒸氣）卻為飽和蒸氣和中間不完全冷卻為過熱蒸氣） 3.3.再進入高壓級壓縮機，將其壓縮為冷凝壓力再進

4、入高壓級壓縮機，將其壓縮為冷凝壓力PkPk，排入，排入冷凝器中冷凝器中 l單機雙級：一臺壓縮機，氣缸一部分為高壓級，一部分為低壓級。單機雙級：一臺壓縮機，氣缸一部分為高壓級，一部分為低壓級。l雙機雙級：兩臺壓縮機，分別為高壓級和低壓級。雙機雙級：兩臺壓縮機，分別為高壓級和低壓級。l一級節(jié)流：供液的制冷劑液體直接由冷凝壓力節(jié)流至蒸發(fā)壓力。一級節(jié)流：供液的制冷劑液體直接由冷凝壓力節(jié)流至蒸發(fā)壓力。l二級節(jié)流：一級節(jié)流至中間壓力，二級節(jié)流至蒸發(fā)壓力。二級節(jié)流：一級節(jié)流至中間壓力，二級節(jié)流至蒸發(fā)壓力。l中間完全冷卻：將低壓級的排氣冷卻到中間壓力下的飽和蒸氣。中間完全冷卻：將低壓級的排氣冷卻到中間壓力下的

5、飽和蒸氣。l中間不完全冷卻：未將排氣冷卻到中間壓力下的飽和蒸氣。中間不完全冷卻：未將排氣冷卻到中間壓力下的飽和蒸氣。 3.2.2 雙級蒸氣壓縮類型雙級蒸氣壓縮類型第3節(jié)節(jié) 雙級蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)一、 一級節(jié)流中間完全冷卻循環(huán)第3節(jié)節(jié) 雙級蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)第第3節(jié)節(jié) 雙級蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)雙級蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)第3節(jié) 雙級蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)二、 一級節(jié)流中間不完全冷卻循環(huán)第3節(jié) 雙級蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)第3節(jié) 雙級蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)l三、 二級節(jié)流中間完全冷卻循環(huán)l l圖3-4二級節(jié)流中間完全冷卻制冷循環(huán)第3節(jié) 雙級蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循

6、環(huán)l四、 二級節(jié)流中間不完全冷卻循環(huán)l圖3-5二級節(jié)流中間不完全冷卻制冷循環(huán)第3節(jié) 雙級蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)l五、 氨泵供液的雙級壓縮制冷循環(huán) l圖3-6氨泵供液的一級節(jié)流中間完全冷卻制冷循環(huán)第3節(jié) 雙級蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)第3節(jié) 雙級蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)3.3 雙級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的熱力計算及運行特性分析l3.3.1 制冷劑與循環(huán)形式的選擇l雙級壓縮制冷循環(huán)通常應(yīng)使用中溫制冷劑。目前廣泛使用的制冷劑是R717、R22和R502。R717常采用一級節(jié)流中間完全冷卻形式，R22、R502常采用一級節(jié)流中間不完全冷卻形式。l對采用回?zé)嵫h(huán)有利的R12、R502等制冷劑，就采用中

7、間不完全冷卻的循環(huán)形式；對采用回?zé)嵫h(huán)形式不利的制冷劑（如R717），則應(yīng)采用中間完全冷卻的循環(huán)形式。3.3 雙級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的熱力計算及運行特性分析3.3.2 中間壓力與中間溫度的確定 選配壓縮機時中間壓力的確定選配壓縮機時，中間壓力pm的選擇，可以根據(jù)制冷系數(shù)最大這一原則去選取，這一中間壓力pm又稱最佳中間壓力。按壓力的比例中項確定中間壓力式中式中Pm ,Po和和Pk分別為中間壓力、蒸發(fā)壓力和冷凝壓力分別為中間壓力、蒸發(fā)壓力和冷凝壓力,單位單位MPakompppR717：0.951R22：0.90.95中間冷卻器中間冷卻器n結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)n連接連接l作用作用：l1.降低低壓級壓縮機排出的氣

8、體溫度，以避免高壓級過降低低壓級壓縮機排出的氣體溫度，以避免高壓級過高的排氣溫度；高的排氣溫度；l2.使高壓液體在節(jié)流前得到過冷，以提高系統(tǒng)制冷能力，使高壓液體在節(jié)流前得到過冷，以提高系統(tǒng)制冷能力，減少節(jié)流過程產(chǎn)生的閃發(fā)氣體；減少節(jié)流過程產(chǎn)生的閃發(fā)氣體；l3.起到油分離器的作用，它可將由低壓級壓縮機帶出的起到油分離器的作用，它可將由低壓級壓縮機帶出的潤滑油，通過改變流動方向、降低流速、洗滌和降溫作潤滑油，通過改變流動方向、降低流速、洗滌和降溫作用分離出來，并由放油管排出。用分離出來，并由放油管排出。l設(shè)計設(shè)計：l1.中間冷卻器直徑中間冷卻器直徑 = 0.5 ms l l2.中間冷卻器蛇形盤管冷

9、卻面積中間冷卻器蛇形盤管冷卻面積 ghgghgV0188. 03600V4d中間冷卻器中間冷卻器l1. 一級節(jié)流中間完全冷卻一級節(jié)流中間完全冷卻氨系統(tǒng)氨系統(tǒng)3.3 雙級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的熱力計算及運行特性分析3.3.3制冷循環(huán)的熱力計算制冷循環(huán)的熱力計算3.3 雙級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的熱力計算及運行特性分析l1. 一級節(jié)流中間完全冷卻一級節(jié)流中間完全冷卻氨系統(tǒng)氨系統(tǒng)l1）單位質(zhì)量制冷量：）單位質(zhì)量制冷量： q0h1h8 kJ/kgl2）單位容積制冷量：）單位容積制冷量： qvq0 / v1 kJ/ m3l3）單位冷凝熱負荷：）單位冷凝熱負荷： qkh4h5 kJ/kgl4）低壓級單位理論壓縮

10、功：）低壓級單位理論壓縮功： w0dh2h1 kJ/kgl5）高壓級單位理論壓縮功：）高壓級單位理論壓縮功： w0gh4h3 kJ/kgl6）低壓級制冷劑的質(zhì)量流量：）低壓級制冷劑的質(zhì)量流量： qmdQ0 / q0 kg/slqmdh2+qmd (h5h7) +(qmgqmd) h5= qmgh3 34mg12md81mdogodOohhqhhqhhqPPQ5372mdmghhhhqql7）高壓級制冷劑的質(zhì)量流量：）高壓級制冷劑的質(zhì)量流量： 8）制冷系數(shù)：）制冷系數(shù)：3.3 雙級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的熱力計算及運行特性分析3.3 雙級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的熱力計算及運行特性分析l2. 一級節(jié)流中間

11、不完全冷卻一級節(jié)流中間不完全冷卻氟利昂系統(tǒng)氟利昂系統(tǒng)3.3 雙級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的熱力計算及運行特性分析l1）單位質(zhì)量制冷量：）單位質(zhì)量制冷量： q0h1h8 kJ/kgl2）單位容積制冷量：）單位容積制冷量： qvq0 / v1 kJ/ m3l3）單位冷凝熱負荷：）單位冷凝熱負荷： qkh4h5 kJ/kgl4）低壓級單位理論壓縮功：）低壓級單位理論壓縮功： w0dh2h1 kJ/kgl5）高壓級單位理論壓縮功：）高壓級單位理論壓縮功： w0gh4h3 kJ/kgl6）低壓級制冷劑的質(zhì)量流量：）低壓級制冷劑的質(zhì)量流量： qmd Q0 / q0 kg/s3.3 雙級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的熱力計

12、算及運行特性分析5373mdmghhhhqq34mg12md81mdogodOohhqhhqhhqPPQ7）高壓級制冷劑的質(zhì)量流量：）高壓級制冷劑的質(zhì)量流量： 8）制冷系數(shù)：）制冷系數(shù)： l3.3.4 雙級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的比較分析l（1）中間不完全冷卻循環(huán)的制冷系數(shù)要比中間完全冷卻循環(huán)的制冷系數(shù)小 l（2）在相同的冷卻條件下，一級節(jié)流循環(huán)要比二級節(jié)流循環(huán)的制冷系數(shù)小 l1）一級節(jié)流可依靠高壓制冷劑本身的壓力供液到較遠的用冷場所，適用于大型制冷裝置。l2）盤管中的高壓制冷劑液體不與中間冷卻器中的制冷劑相接觸，減少了潤滑油進入蒸發(fā)器的機會，可提高熱交換設(shè)備的換熱效果。l3）蒸發(fā)器和中間冷卻器分

13、別供液，便于操作控制，有利于制冷系統(tǒng)的安全運行 3.3 雙級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的熱力計算及運行特性分析l3.4 復(fù)疊式制冷循環(huán)l定義定義l由兩個（或數(shù)個）不同制冷劑工作的單級（也可以是多級）制冷系統(tǒng)組合而成。l3.4.1 采用復(fù)疊式制冷循環(huán)的原因 雙級壓縮制冷的局限性雙級壓縮制冷的局限性: :l1受制冷劑凝固點的限制 (不能太低不能太低)l2對制冷循環(huán)壓力比的限制 l3雙級壓縮制冷受蒸發(fā)壓力過低的限制第3節(jié) 雙級蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)第3節(jié) 雙級蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)l復(fù)疊式壓縮制冷系統(tǒng)通常由兩個單級壓縮循環(huán)組成，復(fù)疊式壓縮制冷系統(tǒng)通常由兩個單級壓縮循環(huán)組成，之間用蒸發(fā)冷凝器聯(lián)系起來：

14、之間用蒸發(fā)冷凝器聯(lián)系起來：l高溫部分：采用中溫制冷劑，蒸發(fā)器為低溫部分冷凝高溫部分：采用中溫制冷劑，蒸發(fā)器為低溫部分冷凝器中的制冷劑冷凝服務(wù)。器中的制冷劑冷凝服務(wù)。l低溫部分：采用低溫制冷劑，蒸發(fā)器為用戶制冷。低溫部分：采用低溫制冷劑，蒸發(fā)器為用戶制冷。 復(fù)疊式壓縮工作原理復(fù)疊式壓縮工作原理第3節(jié) 雙級蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)低溫壓縮機高溫壓縮機冷凝蒸發(fā)器節(jié)流閥節(jié)流閥蒸發(fā)器冷凝器第3節(jié) 雙級蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)低溫制冷劑高溫制冷劑第3節(jié) 雙級蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)第3節(jié) 雙級蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)表3-1 復(fù)疊式制冷循環(huán)的組合型式與制冷溫度和制冷劑種類的關(guān)系 最低蒸發(fā)溫度最低蒸

15、發(fā)溫度/制冷劑制冷劑制冷循環(huán)形式制冷循環(huán)形式-80R22-R23R22單級或雙級壓縮單級或雙級壓縮- R23單級壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)單級壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)R507-R23R507單級或雙級壓縮單級或雙級壓縮- R23單級壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)單級壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)R290-R23R290雙級壓縮雙級壓縮- R23單級壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)單級壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)-100R22-R23R22雙級壓縮雙級壓縮- R23單級或雙級壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)單級或雙級壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)R507-R23R507雙級壓縮雙級壓縮- R23單級或雙級壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)單級或雙級壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)R22-R1

16、150R22雙級壓縮雙級壓縮- R1150單級壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)單級壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)R507-R1150R507雙級壓縮雙級壓縮- R1150單級壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)單級壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)-120R22-R1150R22雙級壓縮雙級壓縮- R1150雙級壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)雙級壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)R507-R1150R507雙級壓縮雙級壓縮- R1150雙級壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)雙級壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)R22-R23-R50R22單單級壓縮級壓縮- R23單單級壓縮級壓縮- R50單單級壓縮級壓縮組合的組合的復(fù)疊式循復(fù)疊式循環(huán)環(huán)R507-R23-R50R507單單級壓縮級壓縮- R23單單級壓縮級壓縮- R50單單級壓縮級壓縮組合的組合的復(fù)疊式復(fù)疊式循環(huán)循環(huán)第3節(jié) 雙級蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)制冷循環(huán)制冷循環(huán) 使用原因使用原因應(yīng)用溫度范圍應(yīng)用溫度范圍制冷劑制冷劑單級壓縮單級壓縮 一般制冷一般制冷5- 30 一種一種雙級壓縮雙級壓縮 壓縮比過大壓縮比過大-30- 80 一種一種復(fù)疊壓縮復(fù)疊壓縮 制低溫制低溫-80 兩種或兩種兩種或兩種以上以上 第3節(jié) 雙級蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)第3節(jié) 雙級蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)l自然復(fù)疊制冷（用二元或多元非共沸制冷劑）第3節(jié) 雙級蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)第3節(jié) 雙級蒸