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1、第第9讲讲 温度变动对双级蒸气压缩式制冷温度变动对双级蒸气压缩式制冷循环制冷机特性的影响循环制冷机特性的影响 双级压缩制冷机中，蒸发温度to、冷凝温度tk的变化对制冷量与轴功率的影响同单级压缩制冷机是一样的，这里不再重复。这里主要讨论工作条件的变化对双级压缩制冷机中间压力pm的影响，这对实际双级蒸气压缩式制冷系统的操作运行管理具有重要的意义。化学工业出版社化学工业出版社 2.2.4.1 温度变动对双级压缩制冷机特性的影响温度变动对双级压缩制冷机特性的影响（1蒸发温度蒸发温度to的变化对中间压力的变化对中间压力pm的影响的影响 对于己经选定压缩机的制冷系统，可认为容积比对于己经选定压缩机的制冷系
2、统，可认为容积比为定值。当冷却介质选定之后，冷凝温度随环境温度为定值。当冷却介质选定之后，冷凝温度随环境温度的变动变化不大，可近似认为冷凝温度的变动变化不大，可近似认为冷凝温度tk为定值。在为定值。在冷凝温度冷凝温度tk、容积比、容积比均为定值的情况下，随着蒸发温均为定值的情况下，随着蒸发温度度to的变化，蒸发压力的变化，蒸发压力po与中间压力与中间压力pm的变化关系的变化关系与循环的形式以及制冷剂的种类有关。下图给出了按与循环的形式以及制冷剂的种类有关。下图给出了按一级节流中间完全冷却循环工作的单机双级氨制冷机一级节流中间完全冷却循环工作的单机双级氨制冷机工作压力与蒸发温度之间的变化关系，压
3、缩机型号工作压力与蒸发温度之间的变化关系，压缩机型号812.5A110G，容积比，容积比=0.333，冷凝温度，冷凝温度tk= 35，节流前液体制冷剂温度节流前液体制冷剂温度t7=30。由图可以看出：1随着蒸发温度to的升高，蒸发压力po与中间压力pm都不断升高，但pm比po升高得更快。当蒸发温度to达到某一边界数值t0b (图中t0b4)时，高压级压力差pkpm=0，从这一温度开始，高压级不再起压缩作用，双级压缩可以改为单级压缩。2随着蒸发温度to的升高，高压级压力差pkpm逐渐减小，而低压级压力差pmpo逐渐增大。当蒸发温度to达到边界温度tob时，高压级压力差(pkpm)= 0，而低压级
4、压力差(pmpo)达到最大值。此时低压级压缩机耗功最大，压缩比pm/po大约为3。3当蒸发温度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。（2冷凝温度tk的变化对中间压力pm的影响如果蒸发温度to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。这是由于冷凝压力的升高导致高压级压缩比pk/pm增大，高压级输气系数g减小，使高压级的输气量减少而引起的。反之，tk降低，则pm也降低。化学工业出版社化学工业出版社 （3容积比的变化对中间压力pm的影响当蒸发温度to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，即容积比
5、，则中间压力pm也随之改变。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。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剂低压级气缸工作的数量，来改变容积比的大小。低压级卸载，容积比 增大，中间压力pm降低；低压级加载，容积比 减小，中间压力pm升高。 2.2.4.2 与变工况特性有关的两个问题与变工况特性有关的两个问题 当双级压缩制冷机的工作条件发生变化时，对制冷机的性能会产生一系列的影响，由此带来的两个重要问题就是双级压缩制冷机的起动问题和压缩机电动机的选配问题。化学工业出版社化学工业出版社 （1
6、双级压缩制冷循环压缩机的起动问题当制冷机首次起动或长时间停机后起动以及食品冷加工过程中冻结间刚刚进入大量热货，此时，蒸发温度to较高。随着制冷机的运行，蒸发温度to逐渐下降。由前面的分析可知，当蒸发温度to没有降低到边界温度tob之前，高压级压缩机不起作用，若两台压缩机同时起动势必造成电能浪费。因而，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to降低到某一数值时再运行双级循环。蒸发温度to所需降低到的温度数值大小取决于低压级压缩机配用的电动机功率。化学工业出版社化学工业出版社 （2双级压缩制冷循环压缩机电动机选配问题对于配组双级的制冷系统，高、低压级压缩机的电动机要分
7、别选取。对于单机双级压缩机电动机的选配，其电动机轴功率应为高、低压级轴功率之和，即Ps = Psd + Psg 五、复叠式制冷循环 1.采用复叠式制冷循环的原因 1受制冷剂凝固点的限制 当制冷循环需要的蒸发温度低于制冷剂凝固点时，制冷剂就会凝固不流动而无法循环。例如R717凝固点为-77.7。 2受制冷循环压力比的限制 当需要的蒸发压力po过低时，即便采用双级压缩也将使每一级的压力比超过规定值，使制冷循环的效率大大降低。如果采用多级压缩，循环压力比能够得到保证，但制冷系统将很复杂，技术经济性指标不高。化学工业出版社化学工业出版社 3受蒸发压力po过低的限制 制冷剂的蒸发压力po过低，这将使不凝
8、性气体漏入的可能性大大增加。同时，引起压缩机吸气比容增大和输气系数的降低，从而导致压缩机气缸尺寸的增大。4受活塞式压缩机阀门结构特性的限制 当吸气压力低于0.010.015kMPa时，吸气时难以克服压缩机吸气阀上的弹簧力，以致压缩机无法吸气。5受低温制冷剂冷凝压力pk过高的限制 若采用低温制冷剂，上述情况可以得到改善，但低温制冷剂常常有过高的冷凝压力或过低的临界温度，常温下无法冷凝成液体。例如R13的临界温度为28.8，临界压力为3.861MPa，不能象中温制冷剂那样用环境介质水、空气来完成冷凝过程。同时，在接近临界状态时制冷循环的节流损失很大，经济性很差。因而，应用单一的低温制冷剂仍无法获得
9、进一步的低温。如果在一套制冷装置中，同时采用两种制冷剂，即将中温制冷剂和低温制冷剂结合起来。用低温制冷剂的蒸发进行制冷，获得在低温下蒸发时合适的蒸发压力；同时用中温制冷剂的蒸发来冷凝低温制冷剂，获得在环境温度下冷凝时适中的冷凝压力，上述矛盾均可解决，这就是复叠式制冷循环。2.复叠式制冷循环由两个单级压缩制冷循环组成的二元复叠式制冷循环，高温部分是1-2-3-4-5-6-1，通常采用R22制冷剂；低温部分是1-2-3-4-5-6-1，通常采用R13制冷剂，循环最低蒸发温度可以达到8090。 复叠式制冷循环3.复叠式制冷循环的热力计算下图为复叠式制冷循环的lgp-h图。其中，a是高温部分的lgp-
10、h图， b是低温部分的lgp-h图。利用此图可对复叠式制冷循环进行热力计算。 1-2-3-4-5-6-1是高温部分的循环，1-2-3-4-5-6-1是低温部分的循环，低温部分的冷凝温度必须高于高温部分的蒸发温度，这一温差就是冷凝蒸发器中的传热温差。这个传热温差t=510，为了提高循环的经济性往往取小值。12、45以及12、45分别是高温部分和低温部分的气、液回热过程。确定了循环的工作参数之后，就可以按两个单级压缩循环分别进行热力计算。计算中应注意，高温部分的制冷量QoG基本等于低温部分的冷凝热负荷QkD。 （5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 当复叠式制冷机在停止运转后，
11、系统内部温度会逐渐升高到接近环境温度，低温部分的制冷剂就会全部汽化成过热蒸气，这时低温部分的压力将会超出制冷系统允许的最高工作压力这一非常危险的情况。为解决这一问题，大型系统采用高温系统定时开机，以维持低温系统较低压力，但这种方法耗功大；或者将低温制冷剂抽出装入高压钢瓶中。对于小型复叠式制冷装置，通常在低温部分的系统中连接一个膨胀容器，当停机后低温部分的制冷剂蒸气可进入膨胀容器，如系统中不设膨胀容器，则应考虑加大蒸发冷凝器的容积，使其起到膨胀容器的作用，以免系统压力过高。化学工业出版社化学工业出版社 2系统的起动 由于低温制冷剂的临界温度一般较低，所以复叠式制冷机在起动时，必须先起动高温部分，
12、当高温部分的蒸发温度降到足以保证低温部分的冷凝压力不超过允许的最高压力时，才可以起动低温部分。3温度范围的调节 复叠式制冷循环的制冷温度是可以调节的，但有一定的温度范围。因压力比不能太大，所以吸气压力不能调节得太低，这就决定了它的下限温度不能太低。同时，吸气压力也不能调得太高，因为随着吸气压力的升高，蒸发温度也升高，当蒸发温度高到一定程度时，就失去了复叠式循环的意义。为使压缩机和制冷系统能正常工作，复叠式制冷循环的蒸发温度在调节时一般不高于-50，也不应低于-80。本本 节节 重重 点点1. 1. 循环工作参数的确定循环工作参数的确定循环工作参数的确定循环工作参数的确定 2. 2. 制冷循环的热力计算制冷循环的热力计算制冷循环的热力计算制冷循环的热力计算3. 3. 运行特性分析运行特性分析运行特性分析运行特性分析4. 4. 复叠式制冷循环复叠式制冷循环复叠式制冷循环复叠式制冷循环
