制冷原理第5章

1、制冷原理第五章 双级蒸气压缩和复叠制冷循环 制作：徐杰电子工业出版社第五章 双级蒸气压缩和复叠制冷循环5.1 概述5.1.1 采用多级蒸气压缩式制冷循环的原因（1）压力比增大，压缩机的输气系数减小，实际吸气容积减少，制冷量降低，制冷系数减小。（2）实际压缩过程偏离等熵压缩程度更大，压缩机消耗功率增加。（3）排气温度升高，润滑油变稀甚至炭化，使压缩机运转条件恶化。（4）润滑油在高温下强烈挥发，容易随排汽一起进入制冷系统，降低了各换热器的效果。因此，对于单级压缩制冷循环，其压力比不宜过大，对于氨压缩机，压力比PK/ P08；氟利昂压缩机，压力比PK/ P010。 5.1.2 双级蒸气压缩制冷循环的

2、基本类型 按照它们的节流级数和中间冷却方式不同有各种形式，常见的有：（1）一级节流中间完全冷却循环。（2）一级节流中间不完全冷却循环。（3）一级节流中间不冷却循环。（4）二级节流中间完全冷却循环。（5）二级节流中间不完全冷却循环。工程中氟利昂制冷系统主要采用一级节流中间不完全冷却的双级压缩制冷循环；而氨制冷系统主要采用一级节流中间完全冷却的双级压缩制冷循环，二级节流的双级压缩制冷循环主要用于离心式制冷系统。 第五章 双级蒸气压缩和复叠制冷循环第五章 双级蒸气压缩和复叠制冷循环5.2 双级压缩制冷循环5.2.1 双级蒸气压缩一级节流中间完全冷却循环1制冷循环的工作原理第五章 双级蒸气压缩和复叠制

3、冷循环该制冷循环的工作流程：膨胀阀B （Pm）高压级压缩机混合冷凝器（Pk、tk） 膨胀阀B（Pm）膨胀阀A 蒸发器（Po、to）中间冷却器（Pm）分为两路中间冷却器（Pm）低压级压缩机（Pm）蒸发器（Po、to）第五章 双级蒸气压缩和复叠制冷循环2热力性能指标计算根据图52对一级节流中间完全冷却双级压缩制冷理论循环进行热力性能计算：（1）单位质量制冷量、单位容积制冷量（2）低压级压缩机的理论比功第五章 双级蒸气压缩和复叠制冷循环（3）低压级制冷剂的质量流量 （54）式中，Q0为制冷机的设计冷量，单位为kW。（4）低压级压缩机的理论功率 （55）（5）高压级制冷剂质量流量 （56） 第五章 双

4、级蒸气压缩和复叠制冷循环（6）高压级压缩机的理论功率 （57）（7）冷凝热负荷 （58）（8）中间冷却器盘管负荷 （59）第五章 双级蒸气压缩和复叠制冷循环（9）循环的理论制冷系数 （510）第五章 双级蒸气压缩和复叠制冷循环5.2.2 双级蒸气压缩一级节流中间不完全冷却循环1制冷循环的工作原理第五章 双级蒸气压缩和复叠制冷循环中间不完全冷却的双级压缩制冷循环与中间完全冷却的双级压缩制冷循环的主要区别为：低压级压缩机的排气不在中间冷却器中冷却，而是与中间冷却器中产生的饱和蒸气在管路中混合后再进入高压级压缩机中。理论循环一般认为中间冷却器出来的制冷剂状态为中间压力Pm下的干饱和蒸气，因此与低压级

5、压缩机的排气混合后得到的蒸气具有一定的过热度，高压级压缩机吸入的是中间压力Pm下的过热蒸气，而中间完全冷却的双级压缩制冷循环中，高压级压缩机吸入的是中间压力Pm下的饱和蒸气。第五章 双级蒸气压缩和复叠制冷循环该制冷理论循环的压焓图如图55所示。图中：81是制冷剂蒸气在蒸发器内的定压吸热过程，制冷量为Q0。12是低压级压缩机的压缩过程，低压级压缩机耗功为P0d。23是低压级压缩机的排气在管道内的定压冷却过程，点3为低压级压缩机的排气与中间冷却器出来的饱和蒸气混合的状态。34是高压级压缩机的压缩过程，高压级压缩机耗功为P0g。45是制冷剂蒸气在冷凝器中的定压冷却冷凝过程，冷凝热负荷为QK。56是制

6、冷剂液体经节流阀B由冷凝压力PK节流至中间压力Pm的过程，并向中间冷却器供液。57是冷凝器出来的饱和液体在中间冷却器盘管中的定压过冷过程，盘管内的制冷剂液体向中间冷却器内的制冷剂放热，放出的热量即为中间冷却器盘管负荷Qm。78是制冷剂过冷液体经节流阀A由冷凝压力PK节流至蒸发压力Po的过程，并向蒸发器供液。第五章 双级蒸气压缩和复叠制冷循环5.2.3 氨泵供液的双级压缩一级节流中间完全冷却循环第五章 双级蒸气压缩和复叠制冷循环该制冷循环的压焓图如图58所示。其后半段的工作过程：中间冷却器盘管出来的制冷剂液体（状态点7）通过节流后（状态点8）进入低压循环桶内，气液分离为饱和液体（状态点9）及闪发

7、性饱和蒸气（状态点1）两部分。其中饱和液体被氨泵增压后（状态点10），再经流量调节阀节流（状态点11），进入蒸发器汽化制冷。蒸发器出来的气液混合制冷剂（状态点12）返回低压循环桶再次进行气、液分离。在低压循环桶中先后两次分离出的低压蒸气（状态点1）进入低压级压缩机压缩，后面的循环过程与双级压缩一级节流中间完全冷却制冷循环一样。第五章 双级蒸气压缩和复叠制冷循环低压循环桶的三个作用：向蒸发器供液；分离节流后闪发性气体；使吸热蒸发完毕后的制冷剂气、液分离，避免制冷压缩机的“湿行程”。 第五章 双级蒸气压缩和复叠制冷循环5.3 双级蒸气压缩制冷循环的热力计算5.3.1 制冷剂与循环形式的确定中间冷却

8、的方法与选用的制冷剂的种类密切相关：对采用回热循环有利的R12、R502等制冷剂，就采用中间不完全冷却的循环形式；对采用回热循环形式不利的制冷剂（如R717），则应采用中间完全冷却的循环形式。第五章 双级蒸气压缩和复叠制冷循环5.3.2 循环工作参数的确定1容积比的选择所谓容积比，是指高压级压缩机理论输气量Vhg与低压级压缩机的理论输气量Vhd的比值，即 根据生产实践，当t0在2840范围内，容积比常取0.330.5之间，即Vhg：Vhd=1：31：2。在长江以南地区宜取稍大些，如0.5左右。如采用单机双级时，则它的容积比是既定的，值大多为0.33。第五章 双级蒸气压缩和复叠制冷循环2确定中间

9、压力 可用拉塞经验公式法计算 适用范围：采用R717、R12等作为制冷工质，并且温度在4040范围内。第五章 双级蒸气压缩和复叠制冷循环 按制冷系数最大的原则来确定中间压力、中间温度先假设几个中间温度tm，再根据给定工况和假设中间温度画出双级压缩制冷循环压焓图，并在压焓图上确定各有关状态点的参数，按公式逐一计算出相应的制冷系数，然后画在以和tm为坐标的图上。连接这些点，形成一条光滑曲线，找出制冷系数最大的中间温度即为最佳中间温度，其对应的饱和压力即为最佳中间压力，如图510所示。除以上两种方法外，还有比例中项法、容积比插入法等等。计算例题见教材例51。第五章 双级蒸气压缩和复叠制冷循环5.4

10、双级蒸气压缩制冷循环运行特性分析5.4.1 温度变动对双级压缩制冷机特性的影响1蒸发温度的变化对中间压力的影响t0上升时，Pm和P0随之上升 ，到t0=t0b时，Pm/P03时低压级压缩机出现最大功率值。当t0=27时，Pk/Pm3，高压级压缩机出现最大功率，由此可以确定高压级压缩机的电动机功率配备问题。第五章 双级蒸气压缩和复叠制冷循环2冷凝温度的变化对中间压力的影响如果蒸发温度t0和容积比保持不变，随着冷凝温度tk的升高，中间压力Pm也升高。反之，tk降低，则Pm也降低。3容积比的变化对中间压力的影响当蒸发温度t0和冷凝温度tk都不变时，改变高、低压级压缩机输气量的比值，则中间压力Pm也随

11、之改变。随着容积比的减小，中间压力Pm升高；反之，容积比增大，中间压力Pm降低。 注：在实际双级蒸气压缩式制冷系统的操作运行管理中，可以通过改变配组双级制冷机低压级压缩机的运转台数，或改变单机双级制冷压缩机低压级气缸工作的数量，来改变容积比的大小。 第五章 双级蒸气压缩和复叠制冷循环5.4.2 双级压缩制冷循环压缩机电动机功率的配备对于配组双级的制冷系统，高、低压级压缩机的电动机要分别选取：高压级压缩机电动机的选取与单级压缩机相同，可以按它的最大轴功率工况选配电动机的功率 对于低压级压缩机，可按最大轴功率工况来选配电动机或根据系统的不同要求来进行选配。 对于单机双级压缩机电动机的选配：电动机轴

12、功率应为高、低压级轴功率之和。第五章 双级蒸气压缩和复叠制冷循环5.4.3 双级压缩制冷循环压缩机的启动问题对于配组双级制冷压缩机，可以先运行单级循环对系统进行降温，等蒸发温度降低到某一数值时再运行双级循环。对于小型机组来讲，分别启动的节能效果并不明显，为操作方便起见往往采用高、低压级压缩机同时启动的方法。对于带有能量调节装置的单机双级制冷机，启动时对低压级气缸进行部分卸载，随着蒸发温度的降低，对低压级气缸进行逐步加载。这样，既可以避免启动时压缩机电机过载，又能使启动过程节能。第五章 双级蒸气压缩和复叠制冷循环5.5 复叠式制冷循环5.5.1 采用复叠式制冷循环的原因受制冷工质凝固点的限制受活塞式压缩机阀门特性的限制受制冷循环压力比的限制5.5.2 复叠式制冷循环的组成及工作原理1.组成：由两种或两种以上不同的制冷剂，采用两个或两个以上的单级（也可以是双级）制冷系统组合而成。2.工作原理：与单级（或双级）制冷系统工作原理相同。第五章 双级