第5章雙級(jí)蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)

1、制冷原理與裝置l制冷原理與裝置l5.1 采用多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的原因l5.1.1 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的局限性 1實(shí)際吸氣容積減少，制冷量降低，節(jié)流損失增加，制冷系數(shù)下降。 2壓縮機(jī)的排氣溫度上升。 3壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)的壓力比增大，容積效率下降。l5.1.2 采用多級(jí)蒸氣壓縮制冷循環(huán)的必要性 （1）降低壓縮機(jī)的排氣溫度 （2）降低壓力比 （3）減少節(jié)流損失 l制冷原理與裝置 1.1.一級(jí)節(jié)流、中間完全冷卻的兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)一級(jí)節(jié)流、中間完全冷卻的兩級(jí)壓縮制冷循環(huán) 2.2.一級(jí)節(jié)流、中間不完全冷卻的兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)一級(jí)節(jié)流、中間不完全冷卻的兩級(jí)壓縮制冷循環(huán) 3. 3.兩級(jí)節(jié)流、中間完全冷卻的兩

2、級(jí)壓縮制冷循環(huán)兩級(jí)節(jié)流、中間完全冷卻的兩級(jí)壓縮制冷循環(huán) 4. 4.兩級(jí)節(jié)流、中間不完全冷卻的兩級(jí)壓縮制冷循環(huán) 5.5.兩級(jí)節(jié)流、具有中溫蒸發(fā)器的中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循兩級(jí)節(jié)流、具有中溫蒸發(fā)器的中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)環(huán) 5.2.1 雙級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)基本類型雙級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)基本類型l制冷原理與裝置5.2.2 一級(jí)節(jié)流中間完全冷卻循環(huán)圖3-1一級(jí)節(jié)流中間完全冷卻制冷循環(huán)l制冷原理與裝置l制冷原理與裝置5.2.3 一級(jí)節(jié)流中間不完全冷卻循環(huán)圖3-2一級(jí)節(jié)流中間不完全冷卻制冷循環(huán)l制冷原理與裝置l制冷原理與裝置l5.2.4 一級(jí)節(jié)流中間不冷卻循環(huán) l圖3-3一級(jí)節(jié)流中間不冷卻制冷循

3、環(huán) l制冷原理與裝置l5.2.5 二級(jí)節(jié)流中間完全冷卻循環(huán) 圖3-4二級(jí)節(jié)流中間完全冷卻制冷循環(huán) l制冷原理與裝置l5.2.6 二級(jí)節(jié)流中間不完全冷卻循環(huán)l圖3-5二級(jí)節(jié)流中間不完全冷卻制冷循環(huán)l制冷原理與裝置l5.2.7 氨泵供液的雙級(jí)壓縮制冷循環(huán) 圖3-6氨泵供液的一級(jí)節(jié)流中間完全冷卻制冷循環(huán)l制冷原理與裝置l制冷原理與裝置l制冷原理與裝置l5.2.8 雙級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的比較分析 （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 （2）在相同的冷卻條件下，一級(jí)節(jié)流循環(huán)要比二級(jí)節(jié)流循環(huán)的制冷系數(shù)小 l1）一級(jí)節(jié)流可依靠高壓制冷劑本身的壓力供液到較遠(yuǎn)的用冷場(chǎng)所，適用于大

4、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(rùn)滑油進(jìn)入蒸發(fā)器的機(jī)會(huì)，可提高熱交換設(shè)備的換熱效果。l3）蒸發(fā)器和中間冷卻器分別供液，便于操作控制，有利于制冷系統(tǒng)的安全運(yùn)行 l制冷原理與裝置l5.3.1 制冷劑與循環(huán)形式的選擇制冷劑與循環(huán)形式的選擇 雙級(jí)壓縮制冷循環(huán)通常應(yīng)使用中溫制冷劑。目前雙級(jí)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廣泛使用的制冷劑是R717、R22和和R502。R717常常采用一級(jí)節(jié)流中間完全冷卻形式，采用一級(jí)節(jié)流中間完全冷卻形式，R22、R502常常采用一級(jí)節(jié)流中間不完全冷卻形式。采用一級(jí)節(jié)流中間不完全冷卻形式。 對(duì)采用回?zé)嵫?/p>

5、環(huán)有利的對(duì)采用回?zé)嵫h(huán)有利的R12、R502等制冷劑，就等制冷劑，就采用中間不完全冷卻的循環(huán)形式；對(duì)采用回?zé)嵫捎弥虚g不完全冷卻的循環(huán)形式；對(duì)采用回?zé)嵫h(huán)形式不利的制冷劑（如環(huán)形式不利的制冷劑（如R717），則應(yīng)采用中間），則應(yīng)采用中間完全冷卻的循環(huán)形式。完全冷卻的循環(huán)形式。l制冷原理與裝置l5.3.2 循環(huán)工作參數(shù)的確定 1.容積比的選擇dgdgmdmgvtdvtgvvqqqqqvtg高壓級(jí)理論輸氣量（高壓級(jí)理論輸氣量（m3/s）；）；qvtd低壓級(jí)理論輸氣量（低壓級(jí)理論輸氣量（m3/s）；）；qmg高壓級(jí)制冷劑的質(zhì)量流量（高壓級(jí)制冷劑的質(zhì)量流量（kg/s）；）；qmd低壓級(jí)制冷劑的質(zhì)量流量

6、（低壓級(jí)制冷劑的質(zhì)量流量（kg/s）；）；vg高壓級(jí)吸氣比體積（高壓級(jí)吸氣比體積（m3/kg）；）；vd低壓級(jí)吸氣比體積（低壓級(jí)吸氣比體積（m3/kg）；）； g高壓級(jí)輸氣系數(shù)；高壓級(jí)輸氣系數(shù)； d低壓級(jí)輸氣系數(shù)低壓級(jí)輸氣系數(shù) l制冷原理與裝置 根據(jù)我國(guó)冷藏庫(kù)的生產(chǎn)實(shí)踐，當(dāng)蒸發(fā)溫度t0=-28-40范圍內(nèi)時(shí)，容積比的值通常取0.330.5之間，即qvtg:qvtd=1:31:2。在長(zhǎng)江以南地區(qū)宜取大些。 合理的容積比的選擇還應(yīng)結(jié)合考慮其他經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。配組雙級(jí)壓縮機(jī)的容積比可以有較大的選擇余地。如果采用單機(jī)雙級(jí)壓縮機(jī)，則它的容積比是既定的，容積比的值通常只有0.33和0.5兩種。l制冷原理與裝置2

7、.中間壓力與中間溫度的確定 l（1）選配壓縮機(jī)時(shí)中間壓力的確定 選配壓縮機(jī)時(shí)，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。確定最佳中間壓力pm常用的方法有公式法和圖解法。 1）公式法l常用的公式法有比例中項(xiàng)公式法和拉塞經(jīng)驗(yàn)公式法兩種 比例中項(xiàng)公式法 l按壓力的比例中項(xiàng)確定中間壓力komppp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,單單位位MPal制冷原理與裝置l拉塞經(jīng)驗(yàn)公式法 對(duì)于兩級(jí)氨制冷循環(huán)，拉賽(A.Rasi)提出了較為簡(jiǎn)單的最佳中間溫度計(jì)算式： tm=0.4tk+ 0.6to+3 式

8、中，tm , tk和to分別表示中間溫度，冷凝溫度和蒸發(fā)溫度，單位均為。 上式不只適用于氨，在4040溫度范圍內(nèi)，對(duì)于R12也能得到滿意的結(jié)果。l制冷原理與裝置l2）圖解法 l根據(jù)確定的蒸發(fā)壓力p0和冷凝壓力pk，l在pm（tm）值的上下，按一定間隔選取若干個(gè)中間溫度tm值。l根據(jù)給定的工況和選取的各個(gè)中間溫度tm分別畫出雙級(jí)縮循環(huán)的lgp-h圖，確定循環(huán)的各狀態(tài)點(diǎn)的參數(shù)，計(jì)算出相應(yīng)的制冷系數(shù)。l繪制=f（tm）曲線，找到制冷系數(shù)最大值max，由該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的中間溫度tm l制冷原理與裝置l（2）既定壓縮機(jī)時(shí)中間壓力的確定 已經(jīng)選定壓縮機(jī)好，此時(shí)高、低壓級(jí)的容積比已確定，即值一定，這時(shí)可采用容積比

9、插入法求出中間壓力 l制冷原理與裝置低壓級(jí)壓縮機(jī)的理論功率為低壓級(jí)壓縮機(jī)的理論功率為 811200dmd0dhhhhQwqP-低壓級(jí)的理論比功為：低壓級(jí)的理論比功為： w0d=h2-h1 3.3.3 制冷循環(huán)的熱力計(jì)算制冷循環(huán)的熱力計(jì)算單位質(zhì)量制冷量為：?jiǎn)挝毁|(zhì)量制冷量為： q0=h1-h8低壓級(jí)制冷劑的質(zhì)量流量低壓級(jí)制冷劑的質(zhì)量流量qmd為：為：81000mdhhQqQq-l制冷原理與裝置l5.3.3 制冷循環(huán)的熱力計(jì)算 高壓級(jí)的理論比功為：w0g=h4-h3 qmg表示高壓級(jí)制冷劑的質(zhì)量流量: qmdh2+qmd (h5h7) +(qmgqmd) h5= qmgh3 高壓級(jí)制冷劑的質(zhì)量流量為

10、 5372mdmghhhhqq-高壓級(jí)壓縮機(jī)的理論功率為高壓級(jí)壓縮機(jī)的理論功率為 8153347200gmg0ghhhhhhhhQwqP-l制冷原理與裝置l5.3.3 制冷循環(huán)的熱力計(jì)算 理論循環(huán)制冷系數(shù)為 3472125381530g0d00hhhhhhhhhhhhPPQ-l制冷原理與裝置l5.3.4 運(yùn)行特性分析 1. 變工況特性 （1）蒸發(fā)溫度的變化對(duì)中間壓力的影響： l制冷原理與裝置l兩級(jí)壓縮制冷機(jī)的工況變動(dòng)時(shí)的一些特性： 隨著t0的升高，壓力pc和pm都有不斷升高，但pm升高得快； 隨著t0的升高，壓力比H和L都不斷下降，但H下降快； 隨著t0的升高，壓力差（pc-pm）減小，（pm

11、-pe）先逐漸增大而后逐漸減小。l制冷原理與裝置l5.4 復(fù)疊式制冷循環(huán) 定義l由兩個(gè)（或數(shù)個(gè)）不同制冷劑工作的單級(jí)（也可以是多級(jí)）制冷系統(tǒng)組合而成。 5.4.1 采用復(fù)疊式制冷循環(huán)的原因l1受制冷劑凝固點(diǎn)的限制 l2對(duì)制冷循環(huán)壓力比的限制 l3受活塞式壓縮機(jī)閥門結(jié)構(gòu)特性的限制 l制冷原理與裝置5.4.2 復(fù)疊式制冷循環(huán)復(fù)疊式制冷循環(huán)l制冷原理與裝置l制冷原理與裝置5.4.2 復(fù)疊式制冷循環(huán)復(fù)疊式制冷循環(huán)l制冷原理與裝置表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(jí)或雙級(jí)壓縮單級(jí)或雙級(jí)

12、壓縮- R23單級(jí)壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)單級(jí)壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)R507-R23R507單級(jí)或雙級(jí)壓縮單級(jí)或雙級(jí)壓縮- R23單級(jí)壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)單級(jí)壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)R290-R23R290雙級(jí)壓縮雙級(jí)壓縮- R23單級(jí)壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)單級(jí)壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)-100R22-R23R22雙級(jí)壓縮雙級(jí)壓縮- R23單級(jí)或雙級(jí)壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)單級(jí)或雙級(jí)壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)R507-R23R507雙級(jí)壓縮雙級(jí)壓縮- R23單級(jí)或雙級(jí)壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)單級(jí)或雙級(jí)壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)R22-R1150R22雙級(jí)壓縮雙級(jí)壓縮- R1150單級(jí)壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)單級(jí)壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)R5

13、07-R1150R507雙級(jí)壓縮雙級(jí)壓縮- R1150單級(jí)壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)單級(jí)壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)-120R22-R1150R22雙級(jí)壓縮雙級(jí)壓縮- R1150雙級(jí)壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)雙級(jí)壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)R507-R1150R507雙級(jí)壓縮雙級(jí)壓縮- R1150雙級(jí)壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)雙級(jí)壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)R22-R23-R50R22單單級(jí)壓縮級(jí)壓縮- R23單單級(jí)壓縮級(jí)壓縮- R50單單級(jí)壓縮級(jí)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(jí)壓縮級(jí)壓縮- R23單單級(jí)壓縮級(jí)壓縮- R50單單級(jí)壓縮級(jí)壓縮組合的組合的復(fù)疊式循復(fù)疊式循環(huán)環(huán)l制冷原理與裝置l5.4.3 復(fù)疊式制冷循環(huán)應(yīng)用中的一些問(wèn)題 1停機(jī)后低溫制冷劑的處理 2. 系統(tǒng)的起動(dòng) 3溫度范圍的調(diào)節(jié) 思考題l1. 為什么單級(jí)壓縮制冷壓縮機(jī)的壓力比一般