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1、制冷原理与设备第3章 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环,主 编李晓东,电子制作齐向阳,第3章 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环,3.1 采用多级蒸气压缩式制冷循环的原因 3.1.1 单级蒸气压缩式制冷循环的局限性 1实际吸气容积减少，制冷量降低，节流损失增加，制冷系数下降。 2压缩机的排气温度上升。 3压缩机运行时的压力比增大，容积效率下降。 3.1.2 采用多级蒸气压缩制冷循环的必要性 （1）降低压缩机的排气温度 （2）降低压力比 （3）减少节流损失,第3章 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环,1.一级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环,2.一级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环,3.两级节流
2、、中间完全冷却的两级压缩制冷循环,4.两级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环,5.两级节流、具有中温蒸发器的中间完全冷却两级压缩制冷循环,3.2.1 双级蒸气压缩式制冷循环基本类型,第3章 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环,3.2.2 一级节流中间完全冷却循环 图3-1一级节流中间完全冷却制冷循环,第3章 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环,第3章 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环,3.2.3 一级节流中间不完全冷却循环 图3-2一级节流中间不完全冷却制冷循环,第3章 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环,第3章 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环,3.2.4 一级节流中间不冷却循环 图3-3一级节流中间不
3、冷却制冷循环,第3章 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环,3.2.5 二级节流中间完全冷却循环 图3-4二级节流中间完全冷却制冷循环,第3章 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环,3.2.6 二级节流中间不完全冷却循环 图3-5二级节流中间不完全冷却制冷循环,第3章 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环,3.2.7 氨泵供液的双级压缩制冷循环 图3-6氨泵供液的一级节流中间完全冷却制冷循环,第3章 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环,第3章 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环,第3章 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环,3.2.8 双级蒸气压缩式制冷循环的比较分析 （1）中间不完全冷却循环的制冷系数要比中间完全冷却循环的
4、制冷系数小 （2）在相同的冷却条件下，一级节流循环要比二级节流循环的制冷系数小 1）一级节流可依靠高压制冷剂本身的压力供液到较远的用冷场所，适用于大型制冷装置。 2）盘管中的高压制冷剂液体不与中间冷却器中的制冷剂相接触，减少了润滑油进入蒸发器的机会，可提高热交换设备的换热效果。 3）蒸发器和中间冷却器分别供液，便于操作控制，有利于制冷系统的安全运行,3.3 双级蒸气压缩式制冷循环的热力计算及运行特性分析,3.3.1 制冷剂与循环形式的选择 双级压缩制冷循环通常应使用中温制冷剂。目前广泛使用的制冷剂是R717、R22和R502。R717常采用一级节流中间完全冷却形式，R22、R502常采用一级节
5、流中间不完全冷却形式。 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。,3.3 双级蒸气压缩式制冷循环的热力计算及运行特性分析,3.3.2 循环工作参数的确定 1.容积比的选择,qvtg高压级理论输气量（m3/s）； qvtd低压级理论输气量（m3/s）； qmg高压级制冷剂的质量流量（kg/s）； qmd低压级制冷剂的质量流量（kg/s）； vg高压级吸气比体积（m3/kg）； vd低压级吸气比体积（m3/kg）； g高压级输气系数； d低压级输气系数,3.3 双级蒸气压缩式制冷循环
6、的热力计算及运行特性分析,根据我国冷藏库的生产实践，当蒸发温度t0=-28-40范围内时，容积比的值通常取0.330.5之间，即qvtg:qvtd=1:31:2。在长江以南地区宜取大些。 合理的容积比的选择还应结合考虑其他经济指标。配组双级压缩机的容积比可以有较大的选择余地。如果采用单机双级压缩机，则它的容积比是既定的，容积比的值通常只有0.33和0.5两种。,3.3 双级蒸气压缩式制冷循环的热力计算及运行特性分析,2.中间压力与中间温度的确定 （1）选配压缩机时中间压力的确定 选配压缩机时，中间压力pm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pm又称最佳中间压力。确定最佳中间
7、压力pm常用的方法有公式法和图解法。 1）公式法 常用的公式法有比例中项公式法和拉塞经验公式法两种 比例中项公式法 按压力的比例中项确定中间压力,式中Pm ,Po和Pk分别为中间压力、蒸发压力和冷凝压力,单位MPa,3.3 双级蒸气压缩式制冷循环的热力计算及运行特性分析,拉塞经验公式法 对于两级氨制冷循环，拉赛(A.Rasi)提出了较为简单的最佳中间温度计算式： tm=0.4tk+ 0.6to+3 式中，tm , tk和to分别表示中间温度，冷凝温度和蒸发温度，单位均为。 上式不只适用于氨，在4040温度范围内，对于R12也能得到满意的结果。,3.3 双级蒸气压缩式制冷循环的热力计算及运行特性
8、分析,2）图解法 根据确定的蒸发压力p0和冷凝压力pk， 在pm（tm）值的上下，按一定间隔选取若干个中间温度tm值。 根据给定的工况和选取的各个中间温度tm分别画出双级缩循环的lgp-h图，确定循环的各状态点的参数，计算出相应的制冷系数。 绘制=f（tm）曲线，找到制冷系数最大值max，由该点对应的中间温度tm,3.3 双级蒸气压缩式制冷循环的热力计算及运行特性分析,（2）既定压缩机时中间压力的确定 已经选定压缩机好，此时高、低压级的容积比已确定，即值一定，这时可采用容积比插入法求出中间压力,3.3 双级蒸气压缩式制冷循环的热力计算及运行特性分析,低压级压缩机的理论功率为,低压级的理论比功为
9、： w0d=h2-h1,3.3.3 制冷循环的热力计算,单位质量制冷量为： q0=h1-h8,低压级制冷剂的质量流量qmd为：,3.3 双级蒸气压缩式制冷循环的热力计算及运行特性分析,3.3.3 制冷循环的热力计算 高压级的理论比功为：w0g=h4-h3 qmg表示高压级制冷剂的质量流量: qmdh2+qmd (h5h7) +(qmgqmd) h5= qmgh3 高压级制冷剂的质量流量为,高压级压缩机的理论功率为,3.3 双级蒸气压缩式制冷循环的热力计算及运行特性分析,3.3.3 制冷循环的热力计算 理论循环制冷系数为,3.3 双级蒸气压缩式制冷循环的热力计算及运行特性分析,3.3.4 运行特
10、性分析 1. 变工况特性 （1）蒸发温度的变化对中间压力的影响：,3.3 双级蒸气压缩式制冷循环的热力计算及运行特性分析,两级压缩制冷机的工况变动时的一些特性： 随着t0的升高，压力pc和pm都有不断升高，但pm升高得快； 随着t0的升高，压力比H和L都不断下降，但H下降快； 随着t0的升高，压力差（pc-pm）减小，（pm-pe）先逐渐增大而后逐渐减小。,3.3 双级蒸气压缩式制冷循环的热力计算及运行特性分析,3.4 复叠式制冷循环 定义 由两个（或数个）不同制冷剂工作的单级（也可以是多级）制冷系统组合而成。 3.4.1 采用复叠式制冷循环的原因 1受制冷剂凝固点的限制 2对制冷循环压力比的
11、限制 3受活塞式压缩机阀门结构特性的限制,3.3 双级蒸气压缩式制冷循环的热力计算及运行特性分析,3.4.2 复叠式制冷循环,3.3 双级蒸气压缩式制冷循环的热力计算及运行特性分析,3.3 双级蒸气压缩式制冷循环的热力计算及运行特性分析,3.4.2 复叠式制冷循环,3.3 双级蒸气压缩式制冷循环的热力计算及运行特性分析,表3-1 复叠式制冷循环的组合型式与制冷温度和制冷剂种类的关系,3.3 双级蒸气压缩式制冷循环的热力计算及运行特性分析,3.4.3 复叠式制冷循环应用中的一些问题 1停机后低温制冷剂的处理 2. 系统的起动 3温度范围的调节 思考题 1. 为什么单级压缩制冷压缩机的压力比一般不应超过810？ 2. 双级蒸气压缩式制冷循环的形式有哪些？ 3. 一级节流与二级节流相比有什么特点？中间不完全冷却与中间完全冷却相比又有什么特点？ 4. 双级蒸气压缩式制冷系统制冷剂与循环形式如何选择？ 5. 双级蒸气压缩式制冷循环需要确定的主要工作参数有哪些？ 6. 如何确定最佳中间压力？ 7. 蒸发温度、冷凝温度以及容积比的变化对中间压力各有何影响？ 8. 什么是复叠式制冷循环？为什么要采用复叠式制冷循环？,
