第四章 两级压缩和复叠制冷循环1115

1、 总目录总目录 返回本章返回本章返回本节下一页上一页结束结束第四节第四节 单级压缩蒸气制冷特性分析单级压缩蒸气制冷特性分析 第五节第五节 制冷循环的热力学第二定律分析制冷循环的热力学第二定律分析上节课教学内容 总目录总目录 返回本章返回本章返回本节下一页上一页结束结束本节课教学内容本节课教学内容 第四章第四章 两级压缩和复叠制冷循环两级压缩和复叠制冷循环其他制冷其他制冷第四章第四章 两级压缩和复叠制冷循环两级压缩和复叠制冷循环第一节 概 述第三节第三节复叠式制冷循环第二节 两级压缩制冷循环及热力计算两级压缩制冷循环及热力计算第四章第四章 重点掌握内容重点掌握内容1.采用两级压缩制冷循环的原因采

2、用两级压缩制冷循环的原因2.两级压缩制冷循环的分类和两级压缩制冷循环的分类和工作流程3.采用采用复叠式制冷循环的原因循环的原因4.复叠式制冷循环的工作流程第一节 概 述获得获得低温低温而采取两级压缩或复叠制冷循环的原因：而采取两级压缩或复叠制冷循环的原因：(1)、单级压缩蒸气制冷循环压比的限制、单级压缩蒸气制冷循环压比的限制 冷凝温度受到环境条件的限制 ，冷凝温度tk一定时，蒸发温度t0越低，其循环的压力比pk/p0越大。往复式压缩机 ：容积效率下降，压缩过程不可逆损失增加，压缩机效率降低，引起制冷量和COP明显下降，压缩机排气温度也会上升，甚至会超过允许的限制值； 0 122s2v345pp

3、k0Lg ph 总目录总目录 返回本章返回本章返回本节下一页上一页结束结束 单级压缩循环所能达到的最低制冷温度单级压缩循环所能达到的最低制冷温度是有限的。通常，最低只能达到是有限的。通常，最低只能达到-40左右。左右。原因原因:受单级活塞式压缩机的极限使用条件的限制。受单级活塞式压缩机的极限使用条件的限制。 我国活塞式制冷压缩机标准我国活塞式制冷压缩机标准GB10875-89中规定了不同制冷机中规定了不同制冷机使用温度在高温、中温和低温的使用温度在高温、中温和低温的不同温度范围。不同温度范围。单级压缩蒸气制冷循环压比一般不超过810。在通常的环境条件下，在允许压比范围的最大值时，常用的中温制冷

4、剂一般只能获得-20-40的低温。解决方法解决方法：实行分级压缩，从而避免压比过大和排气温度过高带来的危害，获得较低的蒸发温度。0 122s2v345ppk0Lg ph(2)、制冷剂热物理特性的限制、制冷剂热物理特性的限制制冷剂分高温、中温低温制冷剂三类(沸点)蒸发温度很低时，蒸发压力也相应很低 。当蒸发压力低于大气压时：一方面使空气渗漏入制冷系统内的可能性增加，不利于制冷机的正常工作；另一方面由于输气系数降低及蒸气比容积增大，使压缩机气缸尺寸增大，运行经济性降低。对于往复式压缩机，因阀门自动启闭特性，当吸气压力降低到16kPa以下时，压缩机已难以正常工作。 0 122s2v345ppk0Lg

5、 ph对中温制冷剂： 如R134a /R22等，当t0=-80 时，蒸发压力已在10kPa以下。 氨在-77.7时，凝固。对低温制冷剂：如R23 ：ts=-82.1，tf =-155； 但tc=25.6 ，常温下已经超临界。所以通常：单级： -20-40；双级：-60 复叠：-60 -120 0 122s2v345ppk0Lg ph表2-3 一些制冷剂的基本热力性质制冷剂制冷剂分子量分子量正常沸点正常沸点/凝固点凝固点/临界温度临界温度/临界压力临界压力/kPaR7044.0026-268.9-267.9228.8R7022.0159-252.8-259.2-239.91315R72020.1

6、83-246.1-248.6-228.73397R72828.013-198.8-210-146.93396R72928.97-194.3-140.73772R74039.948-185.9-189.3-122.34895R73231.9988-182.9-218.8-118.45077R5016.04-161.5-182.2-82.54638R1488.01-127.9-184.9-45.73741R115028.05-103.7-1699.35114R50387.5-88.719.54182R17030.07-88.8-18332.24891R2370.02-82.1-15525.6483

7、3R13104.47-81.4-18128.83865R74444.01-78.4-56.631.17372制冷剂制冷剂分子量分子量正常沸点正常沸点/凝固点凝固点/临界温度临界温度/临界压力临界压力/kPaR50479.2-57.266.44758R3252.02-51.2-78.478.35808R125120.02-48.45-10360.13592R127042.09-47.7-18591.84618R143a84.04-47.6-111.373.13776R2286.48-40.76-160964974R29044.10-42.07-187.796.84254R16148.06-37.

8、6-143.2102.25090R71717.03-33.3-77.913311417R50099.31-33.5105.54423R12120.93-29.8-158112.04113R134a102.03-26.26-96.6101.14067R152a66.05-25.00-117113.54492R600a58.13-11.73-160135.03645R124136.5-10.95-199122.253614R142b100.5-9.8-131137.14120R63031.06-6.7-92.5156.97455R60058.13-0.5-138.5152.03794制冷剂制冷剂分

9、子量分子量正常沸点正常沸点/凝固点凝固点/临界温度临界温度/临界压力临界压力/kPaR114170.943.8-94145.73259R21102.938.9-135178.55168R16064.5212.4-138.3187.25267R63145.0816.6-80.6183.05619R11137.3823.82-111198.04406R245ca134.0525.4-73.4178.53855R123152.9127.9-1071843676R61160.0531.8-992145994R61074.1234.6-116.31943603R216220.9335.69-125.41

10、802753R113187.3947.57-35214.13437R113096.9547.8-50243.35478R1120131.3987.2-73271.15016R71818.0100.00374.222103两级压缩制冷循环： 制冷剂气体从蒸发压力提高到冷凝压力的过程分制冷剂气体从蒸发压力提高到冷凝压力的过程分两个阶段：先经两个阶段：先经低压级低压级压缩到压缩到中间压力中间压力，中间压力下，中间压力下的气体经过冷却（即的气体经过冷却（即中间冷却中间冷却）后再到高压级进一步）后再到高压级进一步压缩到冷凝压力的制冷循环。压缩到冷凝压力的制冷循环。 第二节第二节 两级压缩制冷循环及热力计

11、算两级压缩制冷循环及热力计算0 122s2v345ppk0Lg ph两级压缩制冷循环的类型：根据中间冷却过程和节流次数的不同可分为： 一级节流中间完全冷却循环， 一级节流中间不完全冷却循环； 两级节流中间完全冷却循环 两级节流中间不完全冷却循环；某些特殊情况下，为简化机组，还可采用一级节流中间不冷却循环。 中间压力下低压压缩机排气的冷却程度不同，中间冷却可分为中间完全冷却和中间不完全冷却。中间完全冷却中间完全冷却就是使低压级的排气完全降低到中间压力下的饱和温度（即高压级压缩机吸入的是中间压力下的饱和蒸汽）；中间不完全冷却中间不完全冷却则是低压级的排气并没有降低到中间压力下的饱和温度，此时高压级

12、压缩机吸入的是中间压力下的过热蒸汽。 根据制冷剂从冷凝压力节流到蒸发压力所需要的节流次数，可分为一级节流和两级节流。一级节流是将冷凝压力pk下的制冷剂液体，直接节流到蒸发压力p0；两级节流则是先从冷凝压力节流到中间压力，再从中间压力节流到蒸发压力。一、两级压缩一级节流中间不完全冷却制冷循环二、两级压缩一级节流中间完全冷却制冷循环图图2-5 一级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环一级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环 ( a ) 流程图流程图 b ) lgp-h图图流程流程:高压级：高压级：973109A阀低压级：低压级：9732154910B阀 中间压力下低压压缩机排气的冷却程度不同，中间

13、冷却可分为中间完全冷却和中间不完全冷却。中间完全冷却中间完全冷却就是使低压级的排气完全降低到中间压力下的饱和温度（即高压级压缩机吸入的是中间压力下的饱和蒸气）；中间不完全冷却中间不完全冷却则是低压级的排气并没有降低到中间压力下的饱和温度，此时高压级压缩机吸入的是中间压力下的过热蒸气。 一些文献曾给出了确定中间压力（或中间温度）的经验公式或图线。下面列举几个推荐应用的公式：按压力的比例中项确定中间压力按压力的比例中项确定中间压力komppp式中式中P Pm m ,P ,Po o和和P Pk k分别为中间压力、蒸发压分别为中间压力、蒸发压力和冷凝压力力和冷凝压力, ,单位单位MPaMPa。确定确定

14、最佳最佳中间压力中间压力经验公式法经验公式法 按式求出的中间压力和制冷循环的最按式求出的中间压力和制冷循环的最佳中间压力有一定的偏差。但公式很简单，佳中间压力有一定的偏差。但公式很简单，可用于初步估算。可用于初步估算。按温度的比例中项确定中间压力按温度的比例中项确定中间压力komTTT 式中式中T Tm m , ,T To o和和T Tk k分别为中间温度，蒸分别为中间温度，蒸发温度和冷凝温度发温度和冷凝温度, ,单位均为单位均为K K。 用经验公式直接计算最佳中间压力用经验公式直接计算最佳中间压力 对于两级氨制冷循环，拉赛对于两级氨制冷循环，拉赛(A.Rasi)(A.Rasi)提提出了较为简

15、单的最佳中间温度计算式：出了较为简单的最佳中间温度计算式：t tm m=0.4=0.4t tk k+ + 0.60.6t to o+3+3式中，式中，t tm m , , t tk k和和t to o分别表示中间温度，分别表示中间温度，冷凝温度和蒸发温度，单位均为冷凝温度和蒸发温度，单位均为。上式不只适用于氨，在上式不只适用于氨，在40404040温度温度范围内，对于范围内，对于R12R12也能得到满意的结果。也能得到满意的结果。第四节第四节 复叠式制冷循环复叠式制冷循环 要获得要获得-60-60以下以下的低温，采用单一制冷的低温，采用单一制冷剂的多级压缩已经难以实现，此时应该剂的多级压缩已经

16、难以实现，此时应该采用复叠式制冷循环。采用复叠式制冷循环。 复叠式循环也有多种型式，如两个单级复叠式循环也有多种型式，如两个单级循环复叠、单级压缩循环与两级压缩循循环复叠、单级压缩循环与两级压缩循环的复叠、三个单级循环的复叠等。环的复叠、三个单级循环的复叠等。 由两个（或数个）不同由两个（或数个）不同制冷剂制冷剂工作的工作的单级（也可以是多级）制冷系统组合而成。单级（也可以是多级）制冷系统组合而成。 通常高温系统使用沸点较通常高温系统使用沸点较高高的制冷的制冷剂剂, ,低温系统里使用沸点较低温系统里使用沸点较低低的制冷剂的制冷剂, ,各各自成为一个使用自成为一个使用单一制冷剂单一制冷剂的制冷系

17、统的制冷系统, ,其中高温系统制冷剂的其中高温系统制冷剂的蒸发蒸发是用来是用来冷凝冷凝低低温部分系统的制冷剂温部分系统的制冷剂, ,只有低温部分的制只有低温部分的制冷剂在蒸发时被冷却物吸热。冷剂在蒸发时被冷却物吸热。定义定义最低蒸最低蒸发温度发温度制冷剂制冷剂制冷循环型式制冷循环型式-80R22-R23R22单级或两级压缩单级或两级压缩R23单级压缩组合的复叠式循环单级压缩组合的复叠式循环R507-R23R507单级或两级压缩单级或两级压缩R23单级压缩组合的复叠式循环单级压缩组合的复叠式循环R290-R23R290两级压缩两级压缩R23单级压缩组合的复叠式循环单级压缩组合的复叠式循环-100

18、R22-R23R22两级压缩两级压缩R23单级或两级压缩组合的复叠式循环单级或两级压缩组合的复叠式循环R507-R23R507两级压缩两级压缩R23单级或两级压缩组合的复叠式循环单级或两级压缩组合的复叠式循环R22-R1150R22两级压缩两级压缩R1150单级压缩组合的复叠式循环单级压缩组合的复叠式循环R507-R1150R507两级压缩两级压缩R1150单级压缩组合的复叠式循环单级压缩组合的复叠式循环-120R22-R1150R22两级压缩两级压缩R1150两级压缩组合的复叠式循环两级压缩组合的复叠式循环R507-R1150R507两级压缩两级压缩R1150两级压缩组合的复叠式循环两级压缩

19、组合的复叠式循环R22-R23-R50R22单级压缩单级压缩R23单级压缩单级压缩R50单级压缩组合的复单级压缩组合的复叠式循环叠式循环R507-R23-R50R507单级压缩单级压缩R23单级压缩单级压缩R50单级压缩组合的复单级压缩组合的复叠式循环叠式循环图图2-10 由两个单级系统组成的复叠式制冷机由两个单级系统组成的复叠式制冷机 a) 制冷循环系统制冷循环系统 b) T-s图图高温部分高温部分 , 低温部分低温部分 高温系统制冷剂的蒸发是用来冷凝低温部分系统的制冷剂,只有低温部分的制冷剂在蒸发时被冷却物吸热压缩机压缩机冷凝蒸发器冷凝蒸发器回热器回热器节流阀节流阀蒸发器蒸发器膨胀容器组成膨胀容器组成低温系统低温系统制冷剂制冷剂高温部分高温部分R22 ,低温低温部分部分R23R23 总目录总目录 返回本章返回本章返回本节下一页上一页结束结束(三三)、制冷剂的选择与使用、制冷剂的选择与使用高温级使用的中温制冷剂，除已规定禁用的外，高温级使用的中温制冷剂，除已规定禁用的外，现阶段可使用的有现阶段可使用的有R22、C3H8、C3H6和和R134a、R407C、R410A等。等。低温级使用的低温制冷