「两级压缩（优质材料）」.doc

1.1.3.3 多级蒸汽压缩制冷循环在单级蒸气压缩式制冷循环中，当制冷剂选定后，其冷凝压力，蒸发压力由冷凝温度和蒸发温度决定。冷凝温度受环境介质(水或空气)温度的限制，蒸发温度由制冷装置的用途确定的，当冷凝温度升高或蒸发温度降低时，压缩机的压力增大，排气温度上升，在常温冷却条件下能够获得低温程度是有限的，即制冷温差是有限的。当要求的制冷温差使循环的压力比超过单级压力比的上述限制时，一种解决办法是采用分级压缩，中间冷却，就是分两极或多级达到循环所要求的总压力比，并且在低压即完成压缩后，现将其排气冷却降温后再到高压级继续压缩，从而每一级的压力比和排气温度均不超限。由于考虑到超过两级后系统设计的复杂性及其他许多因素，故两级以上的循环在实际中很少使用，通常采用两级压缩循环，所以一下重点讨论两级压缩制冷循环。1.1.3.3.1 两级压缩制冷循环概述在蒸气压缩式制冷循环中，当制冷剂选定后，其冷凝压力、蒸发压力由冷凝温度和蒸发温度决定。冷凝温度受环境介质（水或空气）温度的限制，蒸发温度由制冷装置的用途确定。当冷凝温度升高或蒸发温度降低时，压缩机的压力比将增大。由于压缩机余隙容积的存在，压力比提高到一定数值后，压缩机的容积系数变为零，压缩机不再吸气，制冷机虽然在不断运行，制冷量却变为零。例1 有一台制冷压缩机，工质为R22，相对余隙容积 ，膨胀过程指数 ，冷凝温度 ，求允许最低蒸发温度。解 容积系数 的计算公式为当达到最低蒸发温度时， ，上式可变为代入具体数值，即冷凝温度 时，R22的冷凝压力 ，因此最低蒸发压力为与 相对应的蒸发温度 ，这就是蒸发温度的极限值。单级压缩的最低蒸发温度不仅受到容积系数为零的限制，随着压力比的增大，除了引起制冷量下降，功耗增加、制冷系数下降、经济性降低外，排气温度的限制也是选择压缩机级数的另一个重要原因。排气温度过高，它将使润滑油变稀，润滑条件恶化，甚至会引起润滑油的碳化和出现拉缸等现象。当冷凝温度为40，蒸发温度为-30时，单级氨压缩机即使在等熵压缩的情况下，排气温度已高达160，显然它已超过了规的最高排气温度为150的限制。对于氨制冷剂，因绝热指数较大，排气温度较高，因此氨单级压缩的压力比一般不希望超过8；氟里昂制冷剂的绝热指数相对较小，但从经济性角度出发，它们的单级压缩的压力比一般也不希望超过10。在这一条件下，不同冷凝温度时单级压缩所能达到的最低蒸发温度如下表所示。单级压缩的最低蒸发温度 为了获取更低温度，采用单一制冷剂的多级压缩循环仍将受到蒸发压力过低、甚至使制冷剂凝固的限制。例如，当蒸发温度为80时，若采用氨作为制冷剂，它在-77.7时就已凝固，使循环遭到完全破坏。如果采用R22作为制冷剂，此时它虽未凝固，但蒸发压力已低达10Kpa，一方面增加了空气漏入系统的可能性，另一方面导致压缩机吸气比容增大（此时蒸气比容为1.76m3/kg）和输气系数的降低，从而使压缩机的气缸尺寸增大，运行经济性下降。对于往复式制冷压缩机而言，气阀是依靠阀片两侧气体的压力差自动启、闭来完成压缩机的吸气、压缩、排气和膨胀过程的，当吸气压力低于15Kpa时，吸气阀片因压差过低而往往无法开启，压缩机无法正常工作，增加压缩机级数也是无济于事的。1.1.3.3.2 两级压缩制冷循环 两级压缩制冷循环中，制冷剂的压缩过程分两个阶段进行，即将来自蒸发器的低压制冷剂蒸气（压力为 ）先进入低压压缩机，在其中压缩到中间压力 ，经过中间冷却后再进入高压压缩机，将其压缩到冷凝压力 ，排入冷凝器中。这样，可使各级压力比适中，由于经过中间冷却，又可使压缩机的耗功减少，可靠性、经济性均有所提高。两级压缩制冷循环按中间冷却方式可分为中间完全冷却循环与中间不完全冷却循环；按节流方式又可分为一级节流循环与两级节流循不。所谓中间完全冷却是指将低压级的排气冷却到中间压力下的饱和蒸气。如果低压级排气虽经冷却，但并未冷到饱和蒸气状态时称为中间不完全冷却。如果将高压液体先从冷凝压力 节流到中间压力 ，然后再由 节流降压至蒸发压力 ，称为两级节流循环。如果制冷剂液体由冷凝压力 直接节流至蒸发压力 ，则称为一级节流循环。一级节流循环虽经济性较两级节流稍差，但它利用节流前本身的压力可实现远距离供液或高层供液，故被广泛采用。一级节流、中间完全冷却的两级压缩循环图1 示出一级节流、中间完全冷却的两级压缩循环系统原理图及相应的 图。在蒸发器中产生的压力为 的低压蒸气首选被低压压缩机A吸入并压缩到中间压力 ，进入中间冷却器F，在其中被液体制冷剂的蒸发冷却到与中间压力相对应的饱和温度 ，再进入高压压缩机B进一步压缩到冷凝压力 ，然后进入冷凝器C被冷凝成液体。由冷凝器出来的液体分为两路：一路流经中间冷却器内盘管，在管内被盘管外的液体的蒸发而得到冷却（过冷），再经节流阀H节流到蒸发压力 ，在蒸发器中蒸发，制取冷量；另一路经节流阀节流到中间压力 ，进入中间冷却器，节流后的液体在中间冷却器F内蒸发，冷却低压压缩机的排气和盘管内的高压液体，节流后产生的部分蒸气和液体蒸发产生的蒸气随同低压压缩机的排气一同进入高压压缩机B中，压缩到冷凝压力后排入冷凝器C。循环就这样周而复始地进行。进入蒸发器的这一部分高压液体在节流前先在盘管内进一步冷却，可以使节流过程产生的无效蒸气量（即干度）减少，从而使单位制冷量增大。从循环的工作过程可以看出，与单级压缩制冷循环比较，它不仅增加了一台压缩机，而且还增加了中间冷却器和一只节流阀，且高压级的制冷剂流量因加上了在中间冷却器内产生的蒸气而大于低压级的制冷剂流量。上述两级压缩循环的工作过程可用压焓图表示，如图1b所示。图中用来表示各主要状态点的点号与图1a是对应的。图中1-2表示低压压缩机的压缩过程，2-3表示低压压缩机的排气在中间冷却器内的冷却过程，3-4表示高压压缩机内的压缩过程，4-5表示在冷凝器内的冷却、冷凝和过冷过程（也可以没有过冷），此后液体分为两路：5-6表示进入中间冷却器的一路在节流阀G中的节流过程，6-3表示节流后液体在中间冷却器内的蒸发过程，5-7表示进入蒸发器的一路在中间冷却器盘管内的进一步过冷过程，7-8表示它在节流阀H中的节流过程，8-1表示它在蒸发器内蒸发制冷的过程。由于盘管内具有端部传热温差，高压液体在其中不可能被冷却到中间温度 ，一般 大约比 高35。和单级压缩制冷循环一样，利用工作过程的 图可以对两级压缩制冷循环进行循环的热力计算。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8-1，其单位制冷量是(1)低压压缩机每压缩1kg蒸气所消耗的理论功是 (2)设制冷机的制冷量 ，则低压压缩机的流量是(3)从而可算出低压压缩机所需的轴功率(4)式中- 低压压缩机的绝热效率。低压压缩机的实际输气量是 (5)式中 - 低压压缩机吸入蒸气比容它的理论输气量为 (6)式中 - 低压压缩机的输气系数，其数值可以按相同压缩比时单级压缩机的输气系数的90%考虑。为了在低温下制得冷量 ，除了低压压缩机消耗能量外，高压压缩机也要消耗一定的能量。高压压缩机消耗的单位理论功是 (7)高压压缩机的制冷剂流量 大于低压压缩机的制冷剂流量 ，它可以根据中间冷却器的热平衡关系计算出来。由图2可知：从而可求出(8)因此高压压缩机所需要的轴功率是(9)式中- 高压压缩机的绝热效率。高压压缩机的实际输气量是(10)式中- 高压压缩机吸入蒸气比容高压压缩机的理论输气量 (11)式中- 高压压缩机的输气系数，其数值与相同压缩比时的单级压缩机的输气系数相同。两级压缩一级节流、中间完全冷却理论循环的制冷系数为 (12)而实际循环的制冷系数为 (13)冷凝器热负荷(14) (15)式中- 高压压缩机的指示效率；- 高压压缩机的实际排气比焓，kJ/kg。以上计算方法适用于设计或选择压缩机时的计算，我们可根据计算出来的 和 去设计或选配合适的压缩机，根据 和 去设计或选配蒸发器和冷凝器。对于已有的两级制冷机，我们可根据它的 和 数值计算出它的制冷量 ，即 (16)图3 两级压缩氨制冷机的实际系统图A低压压缩机；B高压压缩机；C油分离器；D单向阀；E冷凝器；F贮液器；G过冷器；H中间冷却器；I浮子调节阀；J调节站；K气液分离器；L室内冷却排管（蒸发器）图3示出两级压缩氨制冷机在冷库装置中的实际系统图。图中除画出了完成工作循环所必需的基本设备外，还包括一些辅助设备和控制阀门。高压压缩机排出的气体进入冷凝器前先经过氨油分离器，将其中夹带的油滴分离出来，以免进入冷凝器和蒸发器中而影响传热。在油分离出口管路上装有一个单向阀，它的作用是当机器一旦突然停车时防止高压蒸气倒流入压缩机中。冷凝器冷凝下来的氨液流入贮液器，它的作用是用来保证根据蒸发器热负荷的需要供给足够的液氨以及减少向系统内补充液氨的次数。中间冷却器用浮子调节阀供液，以便自动控制中间冷却器中的液位。用来制冷的氨液是经过调节站分配给各个库房中的蒸发器，在调节站管路上一般都装有节流阀。气液分离器的作用是一方面将从蒸发器出来的低压蒸气中夹带的液滴分离出去，以防止氨液进入压缩机中而形成湿压缩，另一方面又可使节流后产生的部分蒸气不进入蒸发器，使蒸发器的面积可得到更为合理的利用。一个气液分离器可以与几个蒸发器相连，这样它还起着分配液体和汇集蒸气的作用。一级节流、中间不完全冷却的两级压缩循环图4示出一级节流、中间不完全冷却的两级压缩循环的系统原理图及相应的图。它的工作过程与一级节流中间完全冷却循环的主要区别中于低压压缩机的排气不进入中间冷却器，而是中间冷却器中产生的饱和蒸气在管路中混合后进入高压压缩机。因此，高压压缩机吸入的是中间压力下的过热蒸气。图4b示出这种循环的 图。图中各状态点均与图4a相对应。点4表示在管路中混合后的状态，也就是高压压缩机吸气状态。一级节流中间不完全冷却循环的热力计算与一级节流中间完全冷却循环的计算基本上是一样的，其区别仅因为中间冷却的方式不同而引起计算高压级流量的化式不同而已，同时高压压缩机吸入的是过热蒸气，其状态参数要通过计算求得。高压压缩机的制冷剂流量仍可由中间冷却器的热平衡关系求得。中间冷却器的热平衡图见图5。所以 (17)而点4状态的蒸气比焓可由图6所示的两部分蒸气混合过程的热平衡关系式求得：(18)图7示出的SD2-4F10A型两级压缩氟里昂制冷机系统就是按图4-4a所示的一级节流中间不完全冷却循环所设计的。系统中增设了气液热交换器，这样不但可使高压液体的温度进一步降低，使单位制冷量增大，而更为主要的是为了提高低压压缩机的吸气温度，以改善压缩机的润滑条件，并避免气缸外表面结霜等。系统中还采用了自动回油的油分离器装置、热力膨胀阀型式的供液量调节以及为了使当压缩机停止运行时能自动切断供液管路的电磁阀等。图7 SD2-4F10A两级压缩氟里昂制冷系统图A低压压缩机；B高压压缩机；C、C油分离器；D冷凝器；E过滤干燥器；F中间冷却器；G蒸发器；H气液分离器；I、I热力膨胀机；J、J电磁阀 1.1.3.3.3 两级压缩制冷机的热力计算 两级压缩制冷机进行循环的热力计算时，首先要对制冷工质及循环型式加 以选择，然后确定循环的工作参数，按上节所述方法进行具体的计算。两级压缩制冷机应使用中温制冷剂，这是因为受到在低温时系统中蒸发压力不能太低，在常温下冷凝压力又不允许过高及应能够液化的限制。通常应用较为广泛的是R717、R22、R290等。中间冷却的方式是与选用的制冷剂的种类密切相关的。对采用回热有利的制冷剂如R290等采用中间不完全冷却循环型式，同样可使循环的制冷系数有所提高。但为了降低高压级的排气温度，也可选用中间完全冷却的循环型式。对采用回热循环不利的制冷剂如氨等，则应采用中间完全冷却的循环型式。对于蒸发温度较低的两级压缩循环，通常都增加回热器，其目的并不在于提高制冷系数，而是为了提高低压级压缩机的吸气温度，改善压缩机的工作条件。两级压缩循环工作参数的确定与单级压缩循环是相似的，即根据环境介质的温度和被冷却物体要求的温度，考虑选取一定的传热温差，即可确定循环的冷凝温度和蒸发温度。至于中间温度（或中间压力）如何确定是两级压缩循环的特有问题，中间压力选择是否恰当，不仅影响到经济性，而且对压缩机的安全运行也有直接关系。两级压缩制冷机中间压力的确定确定中间压力时要区分两种情况：一种是已经选配好高、低压级压缩机，需通过计算去确定中间压力；另一种是从循环中计算出发来确定中间压力数值。对于第一种情况，由于压缩机已经选定，则高压压缩机的理论输气量 和低压压缩机的理论输气量 之比值 为定值，即(1)显然需要用试凑法（或作图法）来确定中间压力。具体步骤：1）按一定间隔选择若干个中间温度，按所选温度分别进行循环的热力计算，求出不同中间温度下的理论输气量的比值 ；2）绘制 曲线，并在图上画一条 等于给定值的水平线，此线与曲线的交点即为所求中间温度（即中间压力）。用这种方法确定的中间压力不一定是循环的最佳中间压力。选配压缩机时，高压压缩机和低压压缩机可以由同一台压缩机来承担，即所谓单机双级型压缩机，也可选一台压缩机为高压级，一台或多台压缩机为低压级。一般高、低压级理论输气量之比值在1/2-1/3 之间，如采用单机双级型压缩机，它们的容积比一般为1:3。对于第二种情况，中间压力的选择可以根据制冷系数最大这一原则去选取。这一中间压力又称最佳中间压力。选取的具体步骤是：1）根据确定的冷凝压力 和蒸发压力 ，按 求得一个近似值；2）在该() 值的上下按一定间隔选取若干个中间温度；3）对每一个 值进行循环的热力计算，求得该循环下的制冷系数 ；4）绘制 曲线，找到 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）。图1 确定最佳中间温度的曲线图拉赛对用氨作为制冷工质的两级压缩制冷循环制定了按及确定最佳中间温度的线图，如图1所示。该图对于R12也同样可得到比较满意的结果。在4040范围内，该图可用下式来代替： (2)在循环参数确定之后即可对循环进行热力计算，求出所需要的 和 值。但在现有的压缩机系列产品中很可能选不到正好符合热力计算要求的压缩机，这时可选配其容量与计算值相近的压缩机来代替，虽然中间压力会稍有变动，但对制冷系数的大小影响甚微。 下面我们通过两个例题来说明热力计算的方法和步骤。例1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150kw；制冷剂为氨；冷凝温度 40，无过冷；蒸发温度-40；管路有害过热 。试进行热力计算并选配适定的压缩机。解 因制冷剂为氨，选用一级节流中间完全冷却循环，其压-焓图如图2所示。根据给定条件，可确定如下参数：首先我们按制冷系数大的原则来确定中间温度及中间压力。该循环的制冷系数可表达为：假定中间压力 ，对应的中间温度-6.5，因此我们在6.5上下取若干个数值，例如2，4，6，8，10进行计算，在计算中取中间冷却盘管的氨液出口处端部温差 ，现将计算结果列于下表：从表中的数值可知，最佳温度在46之间，按图4-8可查出最佳中间温度5.5，两者比较接近，这说明按图4-8得到的结果是满意的。我们取中间温度，相应的中间压力.355MP。这样，相应各状态点的参数为：高压级及低压级的压力比分别是： 现在我们根据所确定的循环工作参数进行热力计算：(1)单位制冷量(2)低压压缩机制冷剂流量(3)低压压缩机理论输气量(4)低压压缩机理论功率(5)低压压缩机轴功率(6)低压压缩机实际排气焓值(7)高压压缩机制冷剂流量(8)高压压缩机理论输气量(9)高压压缩机理论功率(10)高压压缩机的功率(11)高压压缩机实际排气焓值(12)理论制冷系数(13)理论输气量比(14)冷凝器热负荷根据热力计算所确定的理论输气量，对于低压压缩机可选用178A（即8AS17）型，它的理论输气量为0.304，对于高压压缩机可选用12.54A（即4AV12.5）型，它的理论输气量为0.079。关于计算中选取的输气系数及效率，详细计算办法可参阅往复式制冷压缩机有关章节。例2将104F（4F10)型压缩机改制成单机双级型，其中三个缸作为低压缸，一个缸作为高压缸，如果采用R22作为制冷剂，试问该机器在=30 、=-70 时的制冷量是多少？解 104F型压缩机的结构参数及转速是： 缸径D=100mm，行程S=70mm，转速n=960r/min。低压级理论输气量高压级理论输气量高、低压级理论输气量之比我们采用具有回热器的一级节流中间不完全冷却循环型式，其 图示于图3。图中 及 是回热器中的气、液热交换过程，其热平衡式是：计算时只要选定 或热端温度 就可根据热平衡式确定点 的状态。在本例计算中，我们选取 ，选取中间冷却器内传热温差 。根据已知条件可以确定根据 ，先来确定循环的中间温度和中间压力，现列表计算如下：将计算结果绘成 曲线，如图4所示。它与0.334的交点即为所求的中间温度， 。此时循环的状态参数为：从而可算出 、 及回热器热负荷 ：1.1.3.4 复叠式制冷机循环复叠式制冷机循环系统复叠式制冷机通常由两个单独的制冷系统组成，分别称为高温级及低温级部分。高温部分使用中温制冷剂，低温部分使用低温制冷剂。高温部分系统中制冷剂的蒸发是用来使低温部分系统中制冷剂冷凝，用一个冷凝蒸发器将两部分联系起来，它既是高温部分的蒸发器，又是低温部分的冷凝器。低温部分的制冷剂在蒸发器内向被冷却对象吸取热量（即制取冷量），并将此热量传给高温部分制冷剂，然后再由高温部分制冷剂将热量传给冷却介质（水或空气）。图1示出由两个单级压缩系统组成的最简单的复叠式制冷循环系统原理图。循环工作过程可从图中清楚地看出。图2示出了这一循环的压焓图。图中123451为低温部分循环。6789106为高温部分循环。冷凝蒸发器中的传热温差一般取510。复叠式制冷循环的热力计算复叠式制冷循环的热力计算可分别对高温部分及低温部分单独进行计算。计算中令高温部分的制冷量等于低温部分的冷凝热负荷加上冷损。计算方法与单级或两级压缩制冷循环的热力计算相同。复叠式制冷循环中中间温度的确定应根据制冷系数最大或各个压缩机压力比大致相等的原则。前者对能量利用最经济，后者对压缩机气缸工作容积的利用率较高（即输气系数较大）。由于中间温度在一定范围内变动时对制泠系数影响并不大，故按各级压力比大致相等的原则来确定中间温度似乎更为合理。冷凝蒸发器传热温差的大小不仅影响到传热面积和冷量损耗，而且也影响到整个制冷机的容量和经济性，一般 ，温差选得大，冷凝蒸发器的面积可小些，但却使压力比增加，循环经济性降低。制冷剂的温度越低，传热温差引起的不可逆损失越大，故蒸发器的传热温差因蒸发温度很低而应取较小值，最好不大于5。花全开，意味着就要开始凋谢；月全圆，就代表着要开始残缺。人也是一样，到达巅峰之后，接着就是不可避免地要走下坡路。一生很短，不必追求太多； 心房很小，不必装的太满。“三七开”就是生活的最高境界。人生三分选择，七分放下生老病死，爱恨离别，求之不得，人生有许多事情，往往是让人无能为力的。选择是智者对放弃的诠释，只有量力而行，善于抉择才会拥有更辉煌的成功；放下是智者面对生活的明智选择，只有懂得放下，善于取舍才能事事如鱼得水。小时候听过一个故事。火车马上就要开动了，一个人慌张跑过来，却在上车时被门挤掉了一只鞋。这时火车开动了，这个人立马脱下另一只鞋，用力扔向第一只鞋子掉落的地方。有人问他为什么这么做，他说：“已经丢掉的鞋子，何必再去留念呢？还不如给捡到的人一双鞋呢。”人生在世，不过两词：拿得起，放得下。很多人往往只做到了“拿得起”,却忽视了更重要的“放得下”.鱼和熊掌不可兼得，人生路上不可避免要有所选择，有所放下。当你为了做出选择而必须放弃一些东西时，请记住，好好享受自己选择的，迅速忘掉自己舍弃的。因为选择后的纠结没有任何作用 .学会选择，懂得放下，才能拥有海阔天空的人生境界。处世三分糊涂，七分清醒清醒做事，糊涂做人，是立身处世的救命法宝。有两个患有癌症的人在一间病房，其中有一个耳朵有些背。一次医生在病房外谈话，说他们两个人都只有三个月时间了。耳朵正常的病人听到后，整天忧心忡忡，最终没有活过三个月。而耳朵背的那位病人，到现在已是两年过去了，他还好好地活着。很多事，不知道比知道好，不灵通