两级压缩和复叠式制冷循环

4两级压缩和复叠式制冷循环4.1概述4.2两级压缩制冷循环4.3两级压缩制冷机的热力计算和温度变动时的特性4.4复叠式制冷机循环4.1概述

一.单级压缩与多级压缩

压缩机的压缩比pk/p0问题：在蒸汽压缩式制冷循环中，冷凝压力pk和蒸发压力p0都是变化的。①pk的变化：冷凝压力取决于冷凝温度，冷凝温度取决于环境温度，而环境温度是变化的；②p0的变化：蒸发压力取决于蒸发温度，蒸发温度取决于制冷需求，而制冷需求是变化的。不同的制冷要求，对应不同的pk/p0数值。当压缩比增大时，会带来以下几个问题：①压缩机的容积系数（即容积效率）会降低；在一定情况下，容积效率会变为零——压缩机不再吸气，空转而不制冷。②压缩机耗功会增加。③排气温度增高或过高，从而使润滑油变稀，压缩机润滑条件恶化。一个关于容积效率的例子：例4-1一台制冷机，工质为R22，相对余隙容积C=0.048，膨胀过程指数m=1.04，冷凝温度tk=40℃，求允许最低蒸发温度.4.1概述例4-1一台制冷机，工质为R22，相对余隙容积C=0.048，膨胀过程指数m=1.04，冷凝温度tk=40℃，求允许最低蒸发温度.℃，℃，为蒸发温度极限值。当蒸发温度达到此温度时，制冷机压缩机照常运行；但无法得到任何的制冷效果，且空耗部分电能。解决问题的方法：变单级压缩为多级压缩。4.1概述二.复叠式制冷为获得更低的制冷温度，则要求制冷剂必须工作在更低的蒸发温度下，势必出现压缩比大的问题。压缩机气缸尺寸过大，运行经济性下降。到目前为止，还难以找到一种制冷剂——它既满足pk不太高，又满足p0不太低。压缩比增大，可以采用多级压缩、级间冷却的手段加以对待。但蒸发温度过低会带来其它难以克服的问题：

①可能出现制冷剂凝固。如需要-80℃的蒸发温度时，采用氨作制冷剂的话，它会在设备内凝固(氨的凝固点为-77.7℃)。②蒸发压力甚低，空气漏入系统的可能性加大。③吸气比容增大和输气系数降低，导致：④吸气阀开启困难。如p0=15kPa，则推动吸气阀开启的压差≤15kPa，太小。

解决的办法：在一套制冷机中同时采用两种及以上不同的制冷剂，使之满足在低温蒸发时具有合适的p0，又满足冷凝时具有合适的pk。即采用复叠式制冷循环。4.2两级压缩制冷循环

两级压缩制冷循环，就是采取两级压缩+中间冷却手段的制冷。一般按照中间冷却和节流的方式分为如下几种：1.按照中间冷却方式分

①中间完全冷却循环将低压级的排气冷却到中间压力pm所对应下的饱和蒸汽。

②中间不完全冷却循环低压级的排气冷却后未达到中间压力pm所对应下的饱和蒸汽。2.按节流方式分

①一级节流循环制冷剂液体由pk直接一次节流到p0，为一级节流循环。

②二级节流循环将高压液体先从pk节流到pm，再由pk节流降压至p0，为两级节流循环。一.一级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环1.系统原理图与p-h图CE123456784.2两级压缩制冷循环

2.工作流程

1-2：低压缸中qmD流量工质，被压缩、升温、升压；

2-3：qmD流量的排气在中间冷却器中被冷却至pm下饱和蒸汽；

3-4：qmG流量工质在高压缸中被压缩、升温、升压；

4-5：qmG流量工质在冷凝器中被冷却、冷凝至5点；

5-6：(qmG

-

qmD

)流量工质节流进入冷却器，用于将出自冷凝器qmD流量工质的过冷(5-7)和出自低压缸qmD流量工质的冷却(2-3)；

6-3：(qmG-qmD

)因实现5-7的过冷和2-3的冷却而在pm下吸热成为饱和蒸汽；CE123456784.2两级压缩制冷循环

2.工作流程

7-8：qmD流量工质一次节流进入蒸发器；

8-1：qmD流量工质在蒸发器内吸热（制冷）成低压饱和蒸汽。*关于5-7：qmD流量被过冷，是为减小节流后8点的干度，减少节流后的无效蒸汽量。一般有

3.热力计算CE12345678℃

热力计算是循环装置中最基本、也是最关键的计算。

(1)单位制冷量

(2)低压缸消耗理论功4.2两级压缩制冷循环

3.热力计算

(5)低压机的实际输气量qvsDCE12345678

(3)qmD流量

(4)低压机需要的轴功率4.2两级压缩制冷循环

3.热力计算

(6)低压机的理论输气量qvhDCE12345678

(7)高压缸消耗理论功

(8)qmG的求出：4.2两级压缩制冷循环

3.热力计算

(10)高压机的实际输气量qvsGCE12345678

(9)高压机的轴功率

(11)高压机的理论输气量qvhG

(12)理论循环制冷系数

(13)实际循环制冷系数4.2两两级压缩制冷冷循环3.热力计算算CE12345678(14)冷凝凝器热负荷以上计算可用用于设计或选选择压缩机的的计算：根据计算出来来的qvhG和qvhD来设计或选配配合适的压缩缩机；根据计算出来来的Q0和Qk来设计或选配配合适的蒸发发器和冷凝器器。4.2两两级压缩制冷冷循环二.一级节流、中中间不完全冷冷却的两级压压缩制冷循环环1.系统原理理图与p-h图中间不完全冷冷却体现在：：“2”点过热热蒸汽不是被被降温冷却到到饱和蒸汽、、而是被中间间冷却器出来来的饱和蒸汽汽冷却一定程程度(过热度度降低)进入入高压缸。1-2：低压缸中qmD流量工质，被被压缩、升温温、升压；2-4和3-4：qmD过热气与(qmG-qmD)饱和汽在在pm下混合；4-5：qmG流量工质在高高压缸中被压压缩、升温、、升压；5-6：qmG流量工质在冷冷凝器中被冷冷却、冷凝至至6点；2.工作流程程CE1256789344.2两两级压缩制冷冷循环二.一级节流、中中间不完全冷冷却的两级压压缩制冷循环环2.工作流程程6-8：qmD流量工质在冷冷却器内被过过冷；9-1：qmD流量工质在蒸蒸发器内吸热热（制冷）成成低压过热蒸蒸汽。CE1245678938-9：qmD流量工质一次次节流进入蒸蒸发器；6-7：(qmG-qmD)流量工质节节流进入冷却却器，用于将将出自冷凝器器qmD流量工质的过过冷(6-8)；7-3：(qmG-qmD)流量因实现6-8的过冷而在pm下吸热成为饱饱和蒸汽；4.2两两级压缩制冷冷循环二.一级节流、中中间不完全冷冷却的两级压压缩制冷循环环3.热力计算算(1)qmG的计算分析中间冷却却器：与一级节流、、中间完全冷冷却循环的热热力计算基本本相同。有两点需要指指出：CE12456789367834.2两两级压缩制冷冷循环(2)h4的计算4点为过热蒸蒸汽：CE1245678933244.3两级级压缩制冷机机的热力计算算和温度变动动时的特性一.两级压缩缩制冷机的热热力计算主要内容有：：CE1245678931.选择制制冷工质及循循环方式2.确定循循环的工作参参数3.确定两两级循环的中中间压力4.具体计计算二.两级压缩缩制冷机pm的确定针对两种情况进行行pm的确定：一是已经选配好高高、低压级的压缩缩机；二是后配高、低压压级压缩机。1.已经选配好高高、低压级的压缩缩机时中间压力pm的确定压缩机选定，4.3两级压缩缩制冷机的热力计计算和温度变动时时的特性CE1245678931.已经选配好高高、低压级的压缩缩机时中间压力pm的确定压缩机选定，此时冷凝和蒸发参参数好确定；中间压力的确定无无从下手。采用试凑法(作图图法)，步骤：4.3两级压缩缩制冷机的热力计计算和温度变动时时的特性CE124567893采用试凑法(作图图法)，步骤：(1)按一定间隔隔选择若干tm，则2.第二种情况况——压气机未定定遵循制冷系数最大大化原则来确定中中间压力pm。出现相应若干个具具体的循环；分别进行热力计算算，得到对应的ξ；(2)绘制ξ=f(tm)曲线，找到ξ=c1对应的tm1；由tm1得出对应的pm1。(1)根据已确定定的pk和P0，按照求得一个近似值；；4.3两级压缩缩制冷机的热力计计算和温度变动时时的特性CE124567893(1)根据已确定定的pk和P0，按照求得一个近似值，，并有一个对应的近近似tm值；(2)在该pm(tm)值的附近按一定定间隔选取若干中中间值；(3)对每一个pm(tm)值进行循环热力力计算，得一系列列对应的ε0；(4)绘制ε0=f(tm)曲线，找到最大大的ε0max所对应点的tm(pm)。2.第二种情况况——压气机未定定遵循制冷系数最大大化原则来确定中中间压力pm。4.3两级压缩缩制冷机的热力计计算和温度变动时时的特性CE124567893设计工况是唯一可可确定的，而运行工况往往与设设计工况不一致；；制冷机的启动、蒸蒸发温度要求调节节的制冷装置，都都会出现温度变化化的现实。(1)已设计制造造或选配组成的两两级压缩制冷机组组，其ξ为定值。运行工况只有与设设计工况相同时，，该机组才体现出出设计表。运行中的制冷机温温度的变动是常见见的现实，因为三.温度变动时制制冷机的特性(2)制冷机的启启动、蒸发温度要要求调节的制冷装装置，都会出现tk、ξ不变而t0发生变化的情况。。(3)t0下降时，Q0、ε0都降低.例4-2.某某冷库在扩建中需需要增加一套两级级压缩制冷机，其其工作条件如下：：制冷量Q0=150kW；制制冷剂为氨；冷凝凝温度为40℃，无过冷；蒸发发温度t0=-40℃；管路有有害过热Δt=5℃。试进进行热力计算并选选配适宜的压缩机机。(1)首先确定循循环形式:针对氨，选用一级级节流中间完全冷冷却循环。(2)确定参数（（利用P330-334页）:(3)确定中间压压力pm:例4-2.某某冷库在扩建中需需要增加一套两级级压缩制冷机，其其工作条件如下：：制冷量Q0=150kW；制制冷剂为氨；冷凝凝温度为40℃，无过冷；蒸发发温度t0=-40℃；管路有有害过热Δt=5℃。试进进行热力计算并选选配适宜的压缩机机。(3)确定中间压压力pm:4.4复叠式式制冷机循环一.复叠式制冷机机循环系统复叠式制冷机通常常由高温级和低温温级两部分制冷系系统组