兩級(jí)壓縮與復(fù)疊式制冷循環(huán)v

單級(jí)蒸氣壓縮適用條件1.氨制冷系統(tǒng)：pk/p0≤8；最低蒸發(fā)溫度＝-25℃；2.氟利昂制冷系統(tǒng)：pk/p0≤10；最低蒸發(fā)溫度＝-37℃

4.1概述[例]有一臺(tái)制冷壓縮機(jī)，工質(zhì)R22，相對(duì)余隙容積c=余隙容積/工作行程容積=0.048，多變指數(shù)m=1.04，tK=40℃，求此時(shí)制冷機(jī)所能制取的最低溫度。解：容積系數(shù)的計(jì)算公式為：π為壓縮機(jī)壓力比π=當(dāng)?shù)竭_(dá)最低蒸發(fā)溫度，λv=0,Qo=0,壓縮機(jī)停頓吸氣,即當(dāng)tk=40℃,pk=15.269bar,故最低蒸發(fā)壓力與之對(duì)應(yīng)的to=-50.5℃，這就是此時(shí)蒸發(fā)溫度的極限值單級(jí)蒸氣壓縮制冷機(jī)運(yùn)行時(shí)制冷劑的冷凝壓力由環(huán)境介質(zhì)〔如空氣或水〕溫度打算在肯定的冷凝溫度下蒸發(fā)溫度降低冷凝壓力和蒸發(fā)壓力之差〔pk-po〕增大壓縮比pk/po變大單級(jí)壓縮循環(huán)所能到達(dá)的最低制冷溫度是有限的。通常，最低只能到達(dá)-40℃左右。緣由:受單級(jí)活塞式壓縮機(jī)的極限使用條件的限制。

通常單級(jí)蒸氣壓縮活塞式制冷機(jī)壓縮比≤10，超出極限使用條件時(shí)：

(1)壓縮比增大時(shí),壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)λ大為降低，壓縮機(jī)的輸氣量及效率顯著下降。(2)壓縮機(jī)排氣溫度過高，使?jié)櫥偷恼扯燃眲∠陆?，影響壓縮機(jī)的潤(rùn)滑。當(dāng)排氣溫度與潤(rùn)滑油的閃點(diǎn)接近時(shí)，會(huì)使?jié)櫥吞蓟?，以致在閥片上產(chǎn)生結(jié)碳現(xiàn)象。所以，為獲得較低的溫度〔-40℃以下〕，同時(shí)使壓縮機(jī)的工作壓力掌握在一個(gè)適宜的范圍內(nèi)，就要承受多級(jí)壓縮循環(huán)。(3)制冷劑節(jié)流損失增加，單位質(zhì)量制冷量及單位容積制冷量下降過大，經(jīng)濟(jì)性下降。兩級(jí)蒸氣壓縮工作原理壓縮過程分兩階段進(jìn)展:低壓級(jí)壓縮高壓級(jí)壓縮蒸發(fā)壓力中間壓力冷凝壓力1.來自蒸發(fā)器的低溫制冷劑蒸氣〔壓力為Po〕先進(jìn)入低壓級(jí)壓縮機(jī)，在其中壓縮到中間壓力Pm2.經(jīng)過中間冷卻器冷卻〔分兩種狀況－－中間完全冷卻為飽和蒸氣/中間不完全冷卻為過熱蒸氣〕3.再進(jìn)入高壓級(jí)壓縮機(jī)，將其壓縮為冷凝壓力Pk，排入冷凝器中4.2兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)

兩級(jí)蒸氣壓縮類型單機(jī)雙級(jí)：一臺(tái)壓縮機(jī)，氣缸一局部為高壓級(jí)，一局部為低壓級(jí)雙機(jī)雙級(jí)：兩臺(tái)壓縮機(jī)，分別為高壓級(jí)和低壓級(jí)一級(jí)節(jié)流：供液的制冷劑液體直接由冷凝壓力節(jié)流至蒸發(fā)壓力。兩級(jí)節(jié)流：一級(jí)節(jié)流至中間壓力，二級(jí)節(jié)流至蒸發(fā)壓力。一級(jí)節(jié)流可利用壓差實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離供液,便于調(diào)整,應(yīng)用廣泛兩級(jí)節(jié)流,很少承受中間完全冷卻：將低壓級(jí)的排氣冷卻到中間壓力下的飽和蒸氣。中間不完全冷卻：未將排氣冷卻到中間壓力下的飽和蒸氣。

對(duì)R12,R22,R502承受中間不完全冷卻對(duì)R717承受中間完全冷卻承受哪一種型式與制冷劑種類、制冷劑容量等條件有關(guān)常用的組成型式有：

1.一級(jí)節(jié)流、中間完全冷卻的兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)2.一級(jí)節(jié)流、中間不完全冷卻的兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)

3.兩級(jí)節(jié)流、中間完全冷卻的兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)

4.兩級(jí)節(jié)流、中間不完全冷卻的兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)5.兩級(jí)節(jié)流、具有中溫蒸發(fā)器的中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)

由冷凝器流出的液體分為兩路：a.經(jīng)膨脹閥1節(jié)流至Pm進(jìn)入中冷器，利用它吸熱冷卻低壓級(jí)排氣和盤管中的高壓液體。蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽同低壓壓縮機(jī)排氣一起進(jìn)入高壓級(jí)；b.液體在中冷器盤管中被冷卻后，經(jīng)膨脹閥2節(jié)流到P0，在蒸發(fā)器中蒸發(fā)制冷。高壓級(jí)壓縮機(jī)冷劑質(zhì)量流量MR：一級(jí)節(jié)流、液體過冷、中間完全冷卻的雙級(jí)壓縮制冷循環(huán)

低壓級(jí)來MR1

膨脹閥1來MR2一級(jí)節(jié)流、中間完全冷卻的兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)

(a)流程圖b)lgp-h圖壓-焓圖分析1-2低壓壓縮機(jī)壓縮2-3低壓壓縮機(jī)排氣在中冷器冷卻3-4高壓壓縮機(jī)壓縮4-5高壓排氣在冷凝器冷卻5-6節(jié)流閥①中液體節(jié)流6-3節(jié)流閥①后液體在中冷器內(nèi)蒸發(fā)5-7另一路液體在中冷器內(nèi)過冷7-8節(jié)流閥②節(jié)流8-1蒸發(fā)器中蒸發(fā)1〕單位質(zhì)量制冷量：q0＝h1－h(huán)8kJ/kg2〕單位容積制冷量：qv＝q0/v1kJ/m33〕單位冷凝熱負(fù)荷：qk＝h4－h(huán)5kJ/kg4〕低壓級(jí)單位理論壓縮功：w0d＝h2－h(huán)1kJ/kg5〕高壓級(jí)單位理論壓縮功：w0g＝h4－h(huán)3kJ/kg6〕低壓級(jí)制冷劑的質(zhì)量流量：MRd＝Q0/q0kg/s7〕高壓級(jí)制冷劑的質(zhì)量流量：8〕制冷系數(shù)：兩級(jí)壓縮氨制冷機(jī)的實(shí)際系統(tǒng)圖A-低壓壓縮機(jī)B-高壓壓縮機(jī)C-油分別器D-單向閥E-冷凝器F-儲(chǔ)液器G-過冷器H-中間冷卻器I-浮子調(diào)整閥J-調(diào)整站K-氣液分別器L-蒸發(fā)器170系列氨壓縮機(jī)組機(jī)組在冷凝溫度≤40℃，蒸發(fā)溫度單級(jí)+5℃～-30℃，雙級(jí)-25℃～-45℃的范圍內(nèi)工作。廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門中需要實(shí)現(xiàn)人工制冷的場(chǎng)合，如石油、化工、制藥等工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)、國(guó)防、科研方面的低溫試驗(yàn)、食品的低溫加工貯藏和運(yùn)輸，工廠、醫(yī)院及公共場(chǎng)所等大型建筑的空氣調(diào)整等。4.2.2.一級(jí)節(jié)流，中間不完全冷卻的兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)一級(jí)節(jié)流、中間不完全冷卻的兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)(a)流程圖(b)lgp-h圖熱力計(jì)算其余過程略1〕單位質(zhì)量制冷量：q0＝h1－h(huán)8kJ/kg2〕單位容積制冷量：qv＝q0/v1kJ/m33〕單位冷凝熱負(fù)荷：qk＝h4－h(huán)5kJ/kg4〕低壓級(jí)單位理論壓縮功：w0d＝h2－h(huán)1kJ/kg5〕高壓級(jí)單位理論壓縮功：w0g＝h4－h(huán)3kJ/kg6〕低壓級(jí)制冷劑的質(zhì)量流量：MRd＝Q0/q0kg/s7〕高壓級(jí)制冷劑的質(zhì)量流量：8〕制冷系數(shù)：圖7SD2-4F10A兩級(jí)壓縮氟里昂制冷系統(tǒng)圖

A－低壓壓縮機(jī)；B－高壓壓縮機(jī)；C１、C２－油分別器；D－冷凝器；E－過濾枯燥器；F－中間冷卻器；G－蒸發(fā)器；H－氣液分別器；I１、I２－熱力膨脹閥；J１、J２－電磁閥兩級(jí)節(jié)流、中間完全冷卻的兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)(a)流程圖(b)lgp-h圖4.2.3.兩級(jí)壓縮兩級(jí)節(jié)流制冷循環(huán)兩級(jí)節(jié)流、中間不完全冷卻的兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)(a)流程圖(b)lgp-h圖兩級(jí)節(jié)流、具有中溫蒸發(fā)器的中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)(a)流程圖(b)lgp-h圖中間壓力確實(shí)定壓縮機(jī)已定的狀況當(dāng)已經(jīng)選配好高、低壓級(jí)壓縮機(jī)時(shí)，則高、低壓級(jí)的理論輸氣量之比為定值，可用試湊法〔作圖法〕確定所需的中間壓力。4.3兩級(jí)壓縮制冷機(jī)的熱力計(jì)算

具體步驟：1〕按肯定間隔選擇假設(shè)干個(gè)中間溫度，按所選溫度分別進(jìn)展循環(huán)的熱力計(jì)算，求出不同中間溫度下的理論輸氣量的比值；2〕繪制曲線，并在圖上畫一條等于給定值的水平線，此線與曲線的交點(diǎn)即為所求中間溫度〔即中間壓力〕。一般高、低壓級(jí)理論輸氣量之比值在1/2--1/3之間，如承受單機(jī)雙級(jí)型壓縮機(jī)，它們的容積比一般為1:3。用這種方法確定的中間壓力不肯定是循環(huán)的最正確中間壓力。最正確的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性—制冷系數(shù)最大：最正確中間壓力方法1：計(jì)算作圖法方法2：簡(jiǎn)潔估算法估算壓力R717：φ＝0.95～1R22：φ＝0.9~0.95估算溫度求最正確中間壓力對(duì)于兩級(jí)氨制冷循環(huán)，拉賽(A.Rasi)提出了較為簡(jiǎn)潔的最正確中間溫度計(jì)算式：tm=0.4tk+0.6to+3

式中，tm,tk和to分別表示中間溫度，冷凝溫度和蒸發(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(duì)于R12也能得到滿足的結(jié)果。例4-2例4-3思考題:4-1,4-3,4-4

4.3.3溫度變動(dòng)時(shí)制冷機(jī)特性tk,ξ不變而t0發(fā)生變化時(shí):t0上升,v1減小,q0增大,Q0增大,ε提高;t0下降則相反;電機(jī)選配:高壓級(jí)電機(jī)按最大功率工況選配,低壓級(jí)電機(jī)可按它投入運(yùn)行時(shí)的工況選配(為什么?)先開高壓級(jí),后開低壓級(jí)4.4復(fù)疊式制冷機(jī)循環(huán)一、復(fù)疊式壓縮緣由1.雙級(jí)壓縮制冷的局限性：①制冷溫度受制冷劑凝固點(diǎn)的限制不能太低。②受蒸發(fā)壓力過低的限制。③受循環(huán)壓力比的限制。2.解決方法：承受低溫制冷劑。低溫制冷劑在常溫下無法冷凝成液體，因此承受另一臺(tái)制冷裝置與之聯(lián)合運(yùn)行，為低溫制冷劑循環(huán)的冷凝過程供給冷源，降低冷凝溫度和壓力,即為復(fù)疊式制冷。二、復(fù)疊式壓縮工作原理

復(fù)疊式壓縮制冷系統(tǒng):由兩個(gè)單級(jí)壓縮制冷循環(huán)組成，之間用蒸發(fā)冷凝器聯(lián)系起來高溫局部：承受中溫制冷劑，蒸發(fā)器為低溫局部冷凝器中的制冷劑冷凝效勞低溫局部：承受低溫制冷劑，蒸發(fā)器為用戶制冷工作原理溫熵圖(壓焓圖是怎樣的?)由兩個(gè)單級(jí)系統(tǒng)組成的復(fù)疊式制冷機(jī)

a)制冷循環(huán)系統(tǒng)b)T-s圖三、復(fù)疊式制冷機(jī)

兩個(gè)單級(jí)系統(tǒng)組成的復(fù)疊制冷機(jī)原理高溫壓縮機(jī)冷凝器節(jié)流閥冷凝蒸發(fā)器高溫系統(tǒng)制冷劑R23壓縮機(jī)冷凝蒸發(fā)器回?zé)崞鞴?jié)流閥蒸發(fā)器膨脹容器組成低溫系統(tǒng)制冷劑R22高溫局部一級(jí)節(jié)流中間不完全冷卻節(jié)流前液體過冷帶回?zé)岬膬杉?jí)壓縮循環(huán)R22或