兩級壓縮制冷循環(huán)

機械與動力工程學(xué)院2023年2月4日兩級壓縮式制冷兩級壓縮重點掌握：1、理解采用兩級壓縮制冷的原因；2、兩級壓縮循環(huán)原理及其在壓焓圖上的表示；3、兩級壓縮的相關(guān)熱力計算*2weisean單級壓縮制冷循環(huán)的最低蒸發(fā)溫度主要受到以下幾個方面的因素的影響：1、壓縮機（容積效率）的限制；2、潤滑油（排氣溫度）的限制；3、制冷劑（最低蒸發(fā)溫度）的限制；4、冷凝溫度（環(huán)境溫度）的限制；一、概述*3weisean一、概述采用兩級壓縮式制冷，是為了降低循環(huán)中的壓力比，降低壓縮機排氣溫度，保證壓縮機在合宜的余隙容積下運行，從而保證制冷循環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)生需要的制冷量。

對于兩級壓縮來講，主要是為了使系統(tǒng)保持在較適合的壓力比，從而能獲得較低冷量工況下運行；

*4weisean*5weisean二、兩級壓縮制冷循環(huán)

什么是兩級壓縮？

在兩級壓縮制冷循環(huán)中，制冷劑的壓縮過程分兩個階段進行，設(shè)置了兩個壓縮機，從低壓壓縮機出來的蒸氣先經(jīng)過中間冷卻后再進入高壓級的壓縮機進行壓縮，這樣，對于單臺壓縮機來講，壓縮機壓縮比降低了。*6weisean

兩級壓縮制冷循環(huán)

兩級壓縮中間完全冷卻

兩級壓縮中間不完全冷卻*7weisean1、一級節(jié)流、中間完全冷卻的兩級壓縮循環(huán)*8weisean*9weisean2、一級節(jié)流、中間不完全冷卻的兩級壓縮循環(huán)*10weisean帶有回?zé)崞鞯囊患壒?jié)流中間不完全冷卻的兩級壓縮制冷循環(huán)*11weisean帶有回?zé)崞鞯囊患壒?jié)流中間不完全冷卻的兩級壓縮制冷循環(huán)121.中間壓力的確定循環(huán)的冷凝溫度和蒸發(fā)溫度：根據(jù)環(huán)境介質(zhì)的溫度和被冷卻物體要求的溫度，考慮一定的傳熱溫差確定。中間溫度（或中間壓力）：兩級壓縮循環(huán)的特有問題，中間壓力選擇是否恰當(dāng)，影響到經(jīng)濟性及壓縮機的安全運行。三、兩級壓縮制冷循環(huán)熱力計算*13weisean

中間壓力的確定原則：制冷系數(shù)最大原則去選取——最佳中間壓力。幾個推薦應(yīng)用的公式：

(1)按壓力的比例中項確定中間壓力:

Pm-中間壓力Po-蒸發(fā)壓力Pk-冷凝壓力單位均為MPa按此式求出的中間壓力和制冷循環(huán)的最佳中間壓力有一定的偏差。但公式很簡單，可用于初步估算。*14weisean1）確定冷凝壓力PK

和蒸發(fā)壓力P0

，按

求得一個近似值，查表得到對應(yīng)的中間溫度tm；2）在該tm

值的上下按一定間隔選取若干個中間溫度；3）對每一個tm值進行循環(huán)的熱力計算，求得該循環(huán)下的制冷系數(shù)e

；4）繪制e＝F(tm)

曲線，找到e的最大值，由該點對應(yīng)的中間溫度即為循環(huán)的最佳中間溫度（即最佳中間壓力）。具體步驟為：*15weisean最佳中間溫度的確定*16weisean(2)按溫度的比例中項確定中間壓力Tm-中間溫度To-蒸發(fā)溫度Tk-冷凝溫度單位均為K

*17weisean(3)用經(jīng)驗公式直接計算最佳中間壓力

tm=0.4tk+

0.6to+3tm－中間溫度tk－冷凝溫度to－蒸發(fā)溫度，單位均為℃。上式不只適用于氨，在－40～40℃溫度范圍內(nèi)，對于R12也能得到滿意的結(jié)果。對于兩級氨制冷循環(huán)，拉賽(A.Rasi)提出了較為簡單的最佳中間溫度計算式：*18weisean2.循環(huán)的理論熱力計算在兩級壓縮制冷循環(huán)中制取冷量的是低壓部分的蒸發(fā)過程，其單位制冷量是：

低壓壓縮機每壓縮1kg蒸氣所消耗的理論功是：設(shè)制冷機的制冷量為Q0kw，則低壓壓縮機的流量是:*19weisean中間冷卻器熱平衡圖**21weisean

某冷庫在擴建中需要增加一套兩級壓縮制冷機，其工作條件如下：制冷量；制冷劑為氨；冷凝溫度，無過冷；蒸發(fā)溫度；管路有害過熱。試進行熱力計算并選配合適的壓縮機。C計算實例*22weisean23*24weisean*25weisean復(fù)疊式蒸氣壓縮制冷循環(huán)

采用一種制冷劑循環(huán)將出現(xiàn)的問題：1、任何制冷劑，當(dāng)蒸發(fā)溫度降低時，其蒸發(fā)器壓力也必然降低。2、任何制冷劑，當(dāng)蒸發(fā)溫度降低時，其比容就很大。

*26weisean

復(fù)疊式蒸氣壓縮制冷循環(huán)是由兩個或兩個以上的單級制冷循環(huán)組成，而且在兩個制冷系統(tǒng)中充加不同性質(zhì)的制冷劑。它既能滿足在較低蒸發(fā)溫度時有合適的蒸發(fā)壓力，又能滿足在環(huán)境溫度條件下冷凝時具有適中的冷凝壓力。

*27weisean*28weisean*29weiseanCO2制冷劑及CO2熱泵熱水器*30weisean1、CO2制冷劑的物理特性2、CO2跨臨界制冷循環(huán)3、CO2熱泵熱水器4、亟待解決的問題CO2制冷劑及CO2熱泵熱水器*31weiseanCO2制冷劑的物理特性

制冷劑ODP值GWP值特點HFC134a01300—

CO201高壓NH30<1有毒碳氫化合物（HC）0<3可燃性CO2制冷劑及CO2熱泵熱水器*32weisean

CO2及HFC134a的熱物性對比

制冷劑臨界溫度

(℃)臨界壓力

(MPa)蒸發(fā)潛熱*

(kJ/kg)飽和壓力

（kPa）飽和氣體密度

(kg/m3)CO231.17.38232348597.6HFC134a101.24.061982931404CO2制冷劑及CO2熱泵熱水器*33weisean在0℃條件下，通過比較CO2和HFC134a發(fā)現(xiàn)，在0℃時CO2的飽和氣體密度是HFC134a的7倍左右，蒸發(fā)潛熱是HFC134a的1.2倍左右。因此，在蒸發(fā)溫度0℃時，CO2制冷劑的單位體積制冷量大約時HFC134a的8倍，由此可知，CO2系統(tǒng)的壓縮機排氣量約為HFC134a系統(tǒng)的1/8；比較0℃時的飽和壓力可以發(fā)現(xiàn)，CO2制冷劑大約時HFC134a制冷劑的10倍以上，因此要求各部件結(jié)構(gòu)上能耐高壓；另外，CO2的臨界溫度為31.1攝氏度，比HFC134a的101.2攝氏度低。通常CO2制冷循環(huán)中高壓側(cè)成超臨界狀態(tài)進行運轉(zhuǎn)，因此高壓側(cè)熱交換器不是作為冷凝器，而是作為對顯熱進行散熱的氣體冷卻器使用。CO2制冷劑及CO2熱泵熱水器*34weiseanCO2跨臨界循環(huán)

由于CO2的臨界溫度比較低，通常CO2循環(huán)在高壓側(cè)成超臨界狀態(tài)進行運轉(zhuǎn)。超臨界流體(supercriticalfluid,簡稱為SF)是一種被壓縮至臨界壓力pc

和加熱至臨界溫度Tc以上的流體。與低于臨界態(tài)的氣體和液體的性質(zhì)不一樣，它具有許多重要的特殊性質(zhì)，如類似于液體的密度和類似于氣體的黏度和自擴散系數(shù)。CO2制冷劑及CO2熱泵熱水器*35weiseanCO2用作蒸汽壓縮式制冷循環(huán)的工質(zhì)時，其性能系數(shù)與制冷能力直接受環(huán)境溫度和冷卻介質(zhì)溫度的影響。如果采用傳統(tǒng)的蒸汽壓縮式制冷循環(huán)，循環(huán)工質(zhì)的臨界溫度決定發(fā)生冷凝過程的溫度上限，通常要求它至少高出環(huán)境溫度30℃才可以獲得較好的制冷系數(shù)。由于CO2臨界溫度太低(311℃)，使其制冷系數(shù)COP較低。尤其是環(huán)境溫度較高時，制冷能力顯著下降，功耗卻增大,經(jīng)濟性很差。CO2跨臨界循環(huán)CO2制冷劑及CO2熱泵熱水器*36weisean在CO2跨臨界制冷循環(huán)中，其放熱過程為變溫過程，有較大的溫度滑移。這種溫度滑移正好與所需的變溫?zé)嵩聪嗥ヅ?，是一種特殊的勞倫茲循環(huán)，當(dāng)用于熱泵循環(huán)時，有較高的放熱系數(shù)。CO2跨臨界循環(huán)CO2制冷劑及CO2熱泵熱水器*37weiseanCO2熱泵熱水器

CO2制冷劑及CO2熱泵熱水器*38weiseanCO2熱泵熱水器

CO2制冷劑及CO2熱泵熱水器*39weiseanCO2熱泵熱水器目前所面臨的問題主要在于繼續(xù)提高效率和不斷降低成本。技術(shù)進