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1、第4章,4.1 简述 4.1.1 单级蒸气压缩式制冷循环的局限性 4.1.2 多级蒸气压缩式制冷循环的特点 4.1.3 复叠式与自复叠式制冷循环的特点 4.2 两级往复式蒸气压缩制冷循环 4.2.1 两级往复式蒸气压缩制冷循环 4.2.2 两级往复式蒸气压缩制冷循环热力计算 4.3 多级离心式蒸气压缩制冷循环 4.3.1 三次节流中间不完全冷却三级离心机制冷工作原理 4.3.2 三次节流中间不完全冷却三级离心机制冷理论循环 4.4 复叠式制冷循环,第4章,4.4.1 复叠式制冷循环特点 4.4.2 复叠式制冷循环形式 4.4.3 复叠式制冷循环热力分析方法 4.5 自复叠式制冷循环 4.5.1
2、 劳伦斯循环与变温热源制冷理论循环 4.5.2 自复叠式制冷循环形式,4.1 简述,4.1.1 单级蒸气压缩式制冷循环的局限性 4.1.2 多级蒸气压缩式制冷循环的特点 4.1.3 复叠式与自复叠式制冷循环的特点,4.1.1 单级蒸气压缩式制冷循环的局限性,1)由于压力比pk/p0过大，制冷压缩机的余隙影响会增大，制冷压缩机的输气系数下降，实际输气量Vs减少，制冷量Q0下降。 2)由于压力比pk/p0过大，会使制冷压缩机的排气温度升高。 3)由于压力比pk/p0过大，会使制冷机压缩过程的不可逆性增大，即实际压缩过程偏离等熵程度增大，使制冷压缩机的效率下降，实际耗功增大，制冷系数下降。 4)由于
3、压力比pk/p0过大，使得循环中的节流损失增大，节流后的制冷剂干度增大，导致循环的制冷量下降，制冷系数下降。,4.1.2 多级蒸气压缩式制冷循环的特点,1)采用多级蒸气压缩式制冷循环可降低每一级压力比，减少制冷压缩机的余隙影响，减少制冷剂蒸气与气缸壁之间的热交换，减少制冷剂在压缩中的内部泄漏损失；提高制冷压缩机的输气系数，提高实际输气量；在其他条件不变的情况下，增加循环的制冷量。 2)采用多级蒸气压缩式制冷循环可降低每一级压力比，提高制冷压缩机的指示效率(或内效率)，减少实际压缩过程中的不可逆损失。 3)采用多级蒸气压缩式制冷循环可降低每一级制冷压缩机的压力差，增强制冷机运行的平衡性，简化机器
4、结构，减少能耗损失。 4)采用多级蒸气压缩式制冷循环，可减少制冷循环中的节流损失，提高制冷性能。,4.1.2 多级蒸气压缩式制冷循环的特点,5)采用带级间补气的多级离心式压缩循环，可降低离心机工作转速或省去增速装置，改由主电动机直接驱动，减少因齿轮传动而引起的能量损失，提高轴承寿命和机组运行可靠性；还可扩大离心式制冷压缩机的稳定工作范围，改善调节特性。,4.1.3 复叠式与自复叠式制冷循环的特点,为了获得更低的蒸发温度，有时需采用复叠式制冷循环，或采用远共沸溶液制冷剂的自复叠式制冷循环。其主要原因是：多级蒸气压缩式制冷循环中采用中温中压制冷剂(单一工质或共沸溶液工质)，大多数中温制冷剂的凝固点
5、不是很低，当制冷循环的蒸发温度达到该制冷剂的凝固点时，制冷剂就会凝固而失去循环的特性。例如，R717的凝固点是-77.7，这就是采用R717制冷循环的极限蒸发温度。虽然低温制冷剂的凝固点较低，例如，R13的凝固点是-180，而R13的临界温度为28.8，临界压力为3.861MPa，在通常情况下低温制冷剂不能用水、空气等普通冷却介质来完成冷却冷凝过程。另外，低温制冷剂在接近临界点循环时会使得节流损失增大，循环经济性变差。,4.2 两级往复式蒸气压缩制冷循环,4.2.1 两级往复式蒸气压缩制冷循环 4.2.2 两级往复式蒸气压缩制冷循环热力计算,4.2.1 两级往复式蒸气压缩制冷循环,1.一次节流
6、中间完全冷却两级蒸气压缩制冷循环 2.一次节流中间不完全冷却两级蒸气压缩制冷循环 3.两级往复式蒸气压缩制冷循环的比较分析,1.一次节流中间完全冷却两级蒸气压缩制冷循环,1)单位制冷量 2)单位容积制冷量 3)已知制冷循环的制冷量Q0(kW)时，低压级制冷剂循环量 4)低压级制冷压缩机的理论功率(等熵压缩功率) 5)高压级制冷剂循环量 6)高压级制冷压缩机理论功率 7)冷凝器负荷、中间冷却器盘管负荷 8)理论循环制冷系数 9)理论循环热力完善度,1.一次节流中间完全冷却两级蒸气压缩制冷循环,图4-1 一次节流中间完全冷却两级蒸气压缩制冷循环原理图 a低压级制冷压缩机 b蒸发器 c节流器B d中
7、间冷却器 e节流器A f冷凝器 g高压级制冷压缩机,1.一次节流中间完全冷却两级蒸气压缩制冷循环,图4-2 一次节流中间完全冷却两级蒸气压缩制冷理论循环热力状态图 a)p-h图 b)T-s图,2.一次节流中间不完全冷却两级蒸气压缩制冷循环,图4-3 一次节流中间不完全冷却两级蒸气压缩制冷理论循环 a)原理图 b)p-h图 c)T-s图,3.两级往复式蒸气压缩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制冷系数小，这是因为在其他条件相同的情况下，中间不完全冷却循环耗功大。 2)在一次节流循环中，中间冷却器盘管具有传热温差t，而使循环的单位制冷量减少。,4.2.2 两级
8、往复式蒸气压缩制冷循环热力计算,1.制冷剂与循环形式的选择 2.循环工作参数的确定 3.制冷循环状态点及状态参数的确定 4.两级压缩制冷实际循环热力性能计算与分析,1.制冷剂与循环形式的选择,两级蒸气压缩制冷循环常使用中温中压制冷剂，如R717、R22和R502等。根据制冷剂的热力性质，R717宜采用中间完全冷却形式，R22、R502宜采用中间不完全冷却形式。,2.循环工作参数的确定,(1)比例中项计算法 (2)最大制冷系数max法 每个制冷循环必然存在最大制冷系数，用最大制冷系数max确定中间温度tm值时，先按一定温度间隔(例t=2)假设若干个中间温度值进行热力循环计算，求出相对应的制冷系数
9、，并绘制-tm曲线图。 (3)拉塞公式与拉塞图 (4)容积比插入法 高、低压级制冷压缩机的理论输气量比qV,h,H/qV,h,L称为两级压缩循环的容积比。,(1)比例中项计算法,根据热力学理论推导得到，并假定在循环中工质为理想气体；低压级排气在中间水冷却器中完全冷却；高、低压级吸气温度相等；高、低压级制冷剂循环量相等；高、低压级压缩都是等熵过程。由式(4-16)求得的中间压力是理论最佳中间压力。,(2)最大制冷系数max法 每个制冷循环必然存在最大制冷系数，用最大制冷系数max确定中间温度tm值时，先按一定温度间隔(例t=2)假设若干个中间温度值进行热力循环计算，求出相对应的制冷系数，并绘制-
10、tm曲线图。,(3)拉塞公式与拉塞图,图4-4 确定最佳中间温度的拉塞图,(4)容积比插入法,1)由比例中项公式pm=或拉塞公式(拉塞图)求得中间温度tm(中间压力pm)。 2)参照上述中间温度tm，按照一定温度间隔(510)再选取两个中间温度tm、tm；以中间温度tm、进行循环计算，求出对应的理论输气量比值qV,h,H/qV,h,L及=qV,h,H/qV,h,L。 3)根据(tm,)、(tm,)，绘制=f(tm)曲线，由实际值求出中间温度tm，或者由中间温度tm求出相应高、低压级制冷机的理论输气量比=qV,h,H/qV,h,L。,3.制冷循环状态点及状态参数的确定,由所求得的工作温度画出循环
11、的状态图，并求出各状态点的有关参数。,4.两级压缩制冷实际循环热力性能计算与分析,1)高、低压级实际输气量 2)高、低压级制冷压缩机功率 3)制冷量 4)冷凝器负荷、中冷器盘管负荷、回热器负荷 5)制冷系数、热力完善度,图4-5 例4-1图 a)p-h图 b)-s图,4.3 多级离心式蒸气压缩制冷循环,4.3.1 三次节流中间不完全冷却三级离心机制冷工作原理 4.3.2 三次节流中间不完全冷却三级离心机制冷理论循环,4.3.1 三次节流中间不完全冷却三级离心机制冷工作原理,图4-8 三次节流中间不完全冷却三级离心式蒸气压缩制冷理论循环 A低压级压缩机 B蒸发器 C三级节流阀 D低压中间冷却器
12、E二级节流阀 F高压中间冷却器 G一级节流阀 H冷凝器 J高压级压缩机 K中压级压缩机,4.3.2 三次节流中间不完全冷却三级离心机制冷理论循环,图4-9 三次节流中间不完全冷却三级离心式蒸气压缩制冷理论循环热力状态图 a)p-h图 b)T-s图,4.4 复叠式制冷循环,4.4.1 复叠式制冷循环特点 4.4.2 复叠式制冷循环形式 4.4.3 复叠式制冷循环热力分析方法,4.4.1 复叠式制冷循环特点,为了获得更低的蒸发温度，有时需采用复叠式制冷循环，主要原因是由于多级制冷循环采用中温制冷剂时受到凝固点高的限制，采用低温制冷剂时受到临界点低的限制。 复叠式压缩制冷通常是由两个或两个以上制冷系
13、统组成的多元复叠制冷循环。在二元复叠制冷循环中，高温部分选用中温中压制冷剂，低温部分选用低温高压制冷剂。在三元复叠制冷循环中，采用低温、中温、高温三部分复叠。高温部分采用中温中压制冷剂，中温与低温部分采用低温高压制冷剂。在复叠式制冷循环中，由低温制冷剂在蒸发器内汽化吸收冷源热量Q0；由中温制冷剂在冷凝器内向热源放出热量Qk。中温制冷剂与低温制冷剂的换热则通过冷凝蒸发器来完成。,4.4.2 复叠式制冷循环形式,图4-10 两个单级压缩系统组成的二元复叠式制冷循环原理图 a低温部分压缩机 b膨胀容器 c低温部分蒸发器 d低温部分节流器 e低温部分回热器 f冷凝蒸发器 g高温部分节流器 h高温部分回
14、热器 i冷凝器 j高温部分压缩机,4.4.2 复叠式制冷循环形式,图4-11 两个单级压缩系统组成的二元复叠式制冷循环热力状态图 )高温部分p-h图 )低温部分p-h图 )高温部分T-s图 )低温部分T-s图,4.4.3 复叠式制冷循环热力分析方法,1)根据所需达到的低温来选用不同组合的复叠式制冷循环型式和制冷剂种类。 2)复叠式制冷循环的热力性能分析须根据低温部分、中温部分及高温部分循环来计算，其分析方法与单级压缩、两级压缩制冷循环相似。 3)复叠式制冷循环的中间温度涉及两个温度，即放热部分制冷剂的冷凝温度和吸热部分制冷剂的蒸发温度。,4.5 自复叠式制冷循环,4.5.1 劳伦斯循环与变温热
15、源制冷理论循环 4.5.2 自复叠式制冷循环形式,4.5.1 劳伦斯循环与变温热源制冷理论循环,1.劳伦斯循环 2.变温热源制冷理论循环,1.劳伦斯循环,图4-12 劳伦斯循环,2.变温热源制冷理论循环,图4-13 变温热源制冷基本循环 a)原理图 b)T-s图,4.5.2 自复叠式制冷循环形式,由中温、高温制冷剂混合组成的近共沸溶液沸点差较小，压力比也不太大，可采用图4-13的循环形式。但由中温、低温制冷剂组成的远共沸溶液沸点差较大，需结合分凝过程来实现由中温、低温制冷剂组成的远共沸混合制冷剂的冷凝过程，即首先用普通冷却介质(水、空气)来冷却冷凝大部分的中温制冷剂，再通过冷凝下来的中温制冷剂液体的节流汽化吸热来使其余未被冷却介质冷凝的低温制冷剂蒸气冷凝。分凝后的制冷剂经蒸发器汽化吸热后还需经过混合，回复到原有的组分状态，以供制冷压缩机吸入。所以说，分凝过程和混合过程也是自复叠式(蒸气压缩分凝式)制冷循环的基本热力过程。根据所达到的低温要求，可采用单级蒸气压缩自复叠式制冷循环或两级蒸气压缩自复叠式制冷循环。,4.5.2 自复叠式制冷循环形式,图4-14 单级蒸气压缩一次分凝自复叠式制冷循环原理 a制冷压缩机 b蒸发器 c富低温制冷剂节流装置 d回热器 e蒸发冷凝器 f富低温制冷剂储液器 g富中温制冷剂节流装置 h富中温制冷剂储液器 i水冷凝器,
