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1、单级蒸气压缩适用条件单级蒸气压缩适用条件1.氨制冷系统：氨制冷系统：p pk k/p p0 088；最低蒸发温度最低蒸发温度-25-25；2.2.氟利昂制冷系统：氟利昂制冷系统：p pk k/p p0 01010；最低蒸发温度最低蒸发温度-37-37 4.1 概述例例有一台制冷压缩机，工质有一台制冷压缩机，工质R22，相对余隙容积，相对余隙容积c=余隙容积余隙容积/工作工作行程容积行程容积=0.048，多变指数，多变指数m=1.04，tK=40，求此时制冷机所能，求此时制冷机所能制取的最低温度。制取的最低温度。解：容积系数的计算公式为：解：容积系数的计算公式为：为压缩机压力比为压缩机压力比=当
2、达到最低蒸发温度，当达到最低蒸发温度，v=0,Qo=0,压缩机停止吸气压缩机停止吸气,即即 当当tk=40,pk=15.269 bar,故最低蒸发压力故最低蒸发压力与之对应的与之对应的to=-50.5，这就是此时蒸发温度的，这就是此时蒸发温度的极限值极限值 单级蒸气压缩制冷机运行时制冷剂的冷凝单级蒸气压缩制冷机运行时制冷剂的冷凝压力由环境介质（如空气或水）温度决定压力由环境介质（如空气或水）温度决定在一定的冷凝温度下在一定的冷凝温度下蒸发温度降低蒸发温度降低冷凝压力和蒸发压力之差（冷凝压力和蒸发压力之差（pk-po）增大）增大压缩比压缩比pk/po变大变大 单级压缩循环所能达到的最低制冷温度是
3、有限的。单级压缩循环所能达到的最低制冷温度是有限的。通常，最低只能达到通常，最低只能达到-40左右。左右。原因原因:受单级活塞式压缩机的极限使用条件的限制。受单级活塞式压缩机的极限使用条件的限制。通常单级蒸气压缩活塞式制冷机压缩比通常单级蒸气压缩活塞式制冷机压缩比10，超出极限使用条件时超出极限使用条件时：(1)(1)压缩比压缩比增大时增大时,压缩机的压缩机的输气系数输气系数大大为降低为降低，压缩机的输气量及效率显著下降。，压缩机的输气量及效率显著下降。(2)(2)压缩机压缩机排气温度过高排气温度过高，使润滑油的粘，使润滑油的粘度急剧下降，影响压缩机的润滑。当排气度急剧下降，影响压缩机的润滑。
4、当排气温度与润滑油的闪点接近时，会使润滑油温度与润滑油的闪点接近时，会使润滑油碳化，以致在阀片上产生结碳现象。碳化，以致在阀片上产生结碳现象。所以，为获得较低的温度（所以，为获得较低的温度（-40以下），以下），同时使压缩机的工作压力控制在一个合适的范同时使压缩机的工作压力控制在一个合适的范围内，就要采用多级压缩循环。围内，就要采用多级压缩循环。(3)(3)制制冷冷剂剂节节流流损损失失增增加加，单单位位质质量量制制冷冷量量及单位容积及单位容积制冷量下降过大制冷量下降过大，经济性下降经济性下降。两级蒸气压缩工作原理两级蒸气压缩工作原理 压缩过程分两阶段进行压缩过程分两阶段进行:低压级压缩低压级压
5、缩 高压级压缩高压级压缩 蒸发压力蒸发压力 中间压力中间压力 冷凝压力冷凝压力1.1.来自蒸发器的低温制冷剂蒸气（压力为来自蒸发器的低温制冷剂蒸气（压力为P Po o）先进入）先进入低压级压缩机，在其中压缩到中间压力低压级压缩机，在其中压缩到中间压力P Pm m 2.2.经过中间冷却器冷却（分两种情况中间完全经过中间冷却器冷却（分两种情况中间完全冷却为饱和蒸气冷却为饱和蒸气/中间不完全冷却为过热蒸气）中间不完全冷却为过热蒸气）3.3.再进入高压级压缩机，将其压缩为冷凝压力再进入高压级压缩机，将其压缩为冷凝压力P Pk k，排，排入冷凝器中入冷凝器中 4.2 4.2 两级压缩制冷循环两级压缩制冷
6、循环 两级蒸气压缩类型两级蒸气压缩类型单机双级：一台压缩机，气缸一部分为高压级，一部分为低压级单机双级：一台压缩机，气缸一部分为高压级，一部分为低压级双机双级：两台压缩机，分别为高压级和低压级双机双级：两台压缩机，分别为高压级和低压级一级节流：供液的制冷剂液体直接由冷凝压力节流至蒸发压力。一级节流：供液的制冷剂液体直接由冷凝压力节流至蒸发压力。两级节流：一级节流至中间压力，二级节流至蒸发压力。两级节流：一级节流至中间压力，二级节流至蒸发压力。一级节流可利用压差实现远距离供液一级节流可利用压差实现远距离供液,便于调节便于调节,应用广泛应用广泛两级节流两级节流,很少采用很少采用中间完全冷却：将低压
7、级的排气冷却到中间压力下的饱和蒸气。中间完全冷却：将低压级的排气冷却到中间压力下的饱和蒸气。中间不完全冷却：未将排气冷却到中间压力下的饱和蒸气。中间不完全冷却：未将排气冷却到中间压力下的饱和蒸气。对对R12,R22,R502采用中间不完全冷却采用中间不完全冷却对对R717采用中间完全冷却采用中间完全冷却采用哪一种型式与制冷剂种类、制冷剂容量等条件有关采用哪一种型式与制冷剂种类、制冷剂容量等条件有关常用的组成型式有：常用的组成型式有：1.1.一级节流、中间完全冷却的两级压一级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环缩制冷循环 2.2.一一级级节节流流、中中间间不不完完全全冷冷却却的的两两级级压缩制冷
8、循环压缩制冷循环 3.3.两两级级节节流流、中中间间完完全全冷冷却却的的两两级级压压缩制冷循环缩制冷循环 4.4.两两级级节节流流、中中间间不不完完全全冷冷却却的的两两级级压缩制冷循环压缩制冷循环5.5.两级节流、具有中温蒸发器的中间完两级节流、具有中温蒸发器的中间完全冷却两级压缩制冷循环全冷却两级压缩制冷循环 由冷凝器流出的液体分为两路：由冷凝器流出的液体分为两路：a.经经膨膨胀胀阀阀1节节流流至至Pm进进入入中中冷冷器器，利利用用它它吸吸热热冷冷却却低低压压级级排排气气和和盘盘管管中中的的高高压压液液体体。蒸蒸发发产产生生的的蒸蒸汽汽同同低低压压压缩机排气一起进入高压级；压缩机排气一起进入
9、高压级；b.液液体体在在中中冷冷器器盘盘管管中中被被冷冷却却后后，经经膨膨胀胀阀阀2节节流流到到P0，在蒸发器中蒸发制冷。，在蒸发器中蒸发制冷。高压级压缩机冷剂质量流量高压级压缩机冷剂质量流量MR：4.2.1一级节流、液体过冷、中间完全冷却的双级压缩制冷循环一级节流、液体过冷、中间完全冷却的双级压缩制冷循环n 低压级来低压级来MR1n 膨胀阀膨胀阀1来来MR2压压-焓图分析焓图分析1-2低压压缩机压缩低压压缩机压缩2-3低压压缩机排气在中冷器冷低压压缩机排气在中冷器冷却却3-4高压压缩机压缩高压压缩机压缩4-5高压排气在冷凝器冷却高压排气在冷凝器冷却5-6节流阀节流阀中液体节流中液体节流6-3
10、节流阀节流阀后液体在中冷器内后液体在中冷器内蒸发蒸发5-7另一路液体在中冷器内过冷另一路液体在中冷器内过冷7-8节流阀节流阀节流节流8-1蒸发器中蒸发蒸发器中蒸发1）单位质量制冷量：）单位质量制冷量：q0h1h8 kJ/kg2）单位容积制冷量：）单位容积制冷量：qvq0/v1 kJ/m33）单位冷凝热负荷：）单位冷凝热负荷：qkh4h5 kJ/kg4）低压级单位理论压缩功：）低压级单位理论压缩功：w0dh2h1 kJ/kg5）高压级单位理论压缩功：）高压级单位理论压缩功：w0gh4h3 kJ/kg6）低压级制冷剂的质量流量：）低压级制冷剂的质量流量：MRdQ0/q0 kg/s7）高压级制冷剂的
11、质量流量：）高压级制冷剂的质量流量：8）制冷系数：）制冷系数：两级压缩氨制冷机的实际系统图A-低压压缩机B-高压压缩机C-油分离器D-单向阀E-冷凝器F-储液器G-过冷器H-中间冷却器I-浮子调节阀J-调节站K-气液分离器L-蒸发器170 系列氨压缩机组系列氨压缩机组机组在冷凝温度机组在冷凝温度 40，蒸发温度单级蒸发温度单级+5-30，双级，双级-25-45 的的范围内工作。范围内工作。广泛应用于国民经济各部广泛应用于国民经济各部门中需要实现人工制冷的场门中需要实现人工制冷的场合，如石油、化工、制药等合，如石油、化工、制药等工业工业产品的生产、国防、科产品的生产、国防、科研方面的低温试验、食
12、品的研方面的低温试验、食品的低温加工贮藏和运输，工厂、低温加工贮藏和运输，工厂、医院及公共场所等医院及公共场所等大型建筑大型建筑的空气调节等。的空气调节等。4.2.2.一级节流，中间不完全冷却的两级压缩制冷循环一级节流，中间不完全冷却的两级压缩制冷循环热力计算热力计算其余过程略1）单位质量制冷量：）单位质量制冷量：q0h1h8 kJ/kg2）单位容积制冷量：）单位容积制冷量：qvq0/v1 kJ/m33）单位冷凝热负荷：）单位冷凝热负荷：qkh4h5 kJ/kg4）低压级单位理论压缩功：）低压级单位理论压缩功：w0dh2h1 kJ/kg5）高压级单位理论压缩功：）高压级单位理论压缩功：w0gh
13、4h3 kJ/kg6）低压级制冷剂的质量流量：）低压级制冷剂的质量流量：MRdQ0/q0 kg/s7）高压级制冷剂的质量流量：）高压级制冷剂的质量流量：8）制冷系数：）制冷系数：图图7 SD2-4F10A两级压缩氟里昂制冷系统图两级压缩氟里昂制冷系统图A低压压缩机；低压压缩机；B高压压缩机；高压压缩机；C、C油分离器；油分离器；D冷凝器；冷凝器；E过滤干燥器；过滤干燥器；F中间冷却器；中间冷却器；G蒸发器；蒸发器；H气液分离器；气液分离器；I、I热力膨胀阀；热力膨胀阀；J、J电磁阀电磁阀 两级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环两级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环(a)流程图流程图 (b)
14、lgp-h图图4.2.3.两级压缩两级节流制冷循环两级压缩两级节流制冷循环两级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环两级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环(a)流程图流程图 (b)lgp-h图图两级节流、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(a)流程图流程图 (b)lgp-h图图中间压力的确定中间压力的确定压缩机已定的情况压缩机已定的情况 当当已已经经选选配配好好高高、低低压压级级压压缩缩机机时时，则则高高、低低压压级级的的理理论论输输气气量量之之比比为为定定值值，可可用用试试凑凑法法（作作图图法法）确确定定所所需需的的中间压力
15、。中间压力。4.3 两级压缩制冷机的热力计算两级压缩制冷机的热力计算 具体步骤：具体步骤：1）按一定间隔选择若干个中间温度，按所选温度分别进行循）按一定间隔选择若干个中间温度，按所选温度分别进行循环的热力计算，求出不同中间温度下的理论输气量的比值环的热力计算，求出不同中间温度下的理论输气量的比值；2）绘制曲线，并在图上画一条等于给定值的水平线，此线）绘制曲线，并在图上画一条等于给定值的水平线，此线与曲线的交点即为所求中间温度（即中间压力）。与曲线的交点即为所求中间温度（即中间压力）。一般高、低压级理论输气量之比值在一般高、低压级理论输气量之比值在1/2-1/3 之间，如之间，如采用单机双级型压
16、缩机，它们的容积比一般为采用单机双级型压缩机，它们的容积比一般为1:3。用这种方法确定的中间压力不一定是循环的最佳中间压力。用这种方法确定的中间压力不一定是循环的最佳中间压力。最佳的运行经济性最佳的运行经济性制冷系数最大：最佳中间压力制冷系数最大：最佳中间压力 方法方法1：计算作图法：计算作图法 方法方法2：简单估算法：简单估算法估算压力估算压力 R717：0.951 R22：0.90.95估算温度求最佳中间压力估算温度求最佳中间压力 对于两级氨制冷循环，拉赛对于两级氨制冷循环，拉赛(A.Rasi)(A.Rasi)提出了较为提出了较为简单的最佳中间温度计算式：简单的最佳中间温度计算式：tm=0
17、.4tk+0.6to+3 式中，式中，t tm m,t,tk k和和t to o分别表示中间温度，冷凝温度分别表示中间温度，冷凝温度和蒸发温度，单位均为和蒸发温度，单位均为。上式不只适用于氨，在上式不只适用于氨，在40404040温度范围内，温度范围内，对于对于R12R12也能得到满意的结果。也能得到满意的结果。例例4-2例例4-3思考题思考题:4-1,4-3,4-4 4.3.3 温度变动时制冷机特性温度变动时制冷机特性 tk,不变而不变而t0发生变化时发生变化时:t0升高升高,v1减小减小,q0增大增大,Q0增大增大,提高提高;t0下降则相反下降则相反;电机选配电机选配:高压级电机按最大功率
18、工况选配高压级电机按最大功率工况选配,低压级低压级电机可按它投入运行时的工况选配电机可按它投入运行时的工况选配(为什么为什么?)先开高压级先开高压级,后开低压级后开低压级4.4 复叠式制冷机循环一、复叠式压缩原因一、复叠式压缩原因1.1.双级压缩制冷的局限性：双级压缩制冷的局限性：制冷温度制冷温度受制冷剂凝固点的限制不能太低。受制冷剂凝固点的限制不能太低。受受蒸发压力蒸发压力过低的限制。过低的限制。受循环受循环压力比压力比的限制。的限制。2.2.解决方法：采用低温制冷剂。解决方法：采用低温制冷剂。低温制冷剂在常温下无法冷凝成液体，因此低温制冷剂在常温下无法冷凝成液体，因此采用另一台制冷装置与之
19、联合运行，为低温制冷采用另一台制冷装置与之联合运行，为低温制冷剂循环的冷凝过程提供冷源，降低冷凝温度和压剂循环的冷凝过程提供冷源，降低冷凝温度和压力力,即为复叠式制冷。即为复叠式制冷。二、复叠式压缩工作原理二、复叠式压缩工作原理 复叠式压缩制冷系统复叠式压缩制冷系统:由两个单级压缩制冷循环组成，之间用由两个单级压缩制冷循环组成，之间用蒸发冷凝器联系起来蒸发冷凝器联系起来高高温温部部分分：采采用用中中温温制制冷冷剂剂，蒸蒸发发器器为为低低温温部部分分冷冷凝凝器器中中的的制制冷剂冷凝服务冷剂冷凝服务低温部分低温部分：采用低温制冷剂，蒸发器为用户制冷：采用低温制冷剂，蒸发器为用户制冷 工作原理工作原
20、理 温熵图温熵图(压焓图压焓图是怎样的是怎样的?)?)由两个单级系统组成的复叠式制冷机由两个单级系统组成的复叠式制冷机 a)制冷循环系统制冷循环系统 b)T-s图图三、复叠式制冷机三、复叠式制冷机 1.两个单级系统组成的两个单级系统组成的复叠复叠制冷机原理制冷机原理高温压缩机高温压缩机冷凝器冷凝器节流阀节流阀冷凝蒸发器冷凝蒸发器高温系统高温系统制冷剂制冷剂R23压缩机压缩机冷凝蒸发器冷凝蒸发器回热器回热器节流阀节流阀蒸发器蒸发器膨胀容器组成膨胀容器组成低温系统低温系统制冷剂制冷剂R22高温部分高温部分一级节流一级节流中间不完全冷却中间不完全冷却节流前液体过冷节流前液体过冷带回热的两级压缩循环带
21、回热的两级压缩循环R22或或R507低温部分低温部分带回热的单级压缩循环带回热的单级压缩循环制冷剂制冷剂低温低温高温高温最低蒸发温度可达最低蒸发温度可达-110-110R23或或R11502.三个单级系统组成的三个单级系统组成的复叠复叠制冷机原理制冷机原理3.生产干冰的复叠式制冷机原理生产干冰的复叠式制冷机原理4.5 自复叠式制冷循环自复叠式制冷循环问题：应使用怎样的制冷剂才能实现复叠制冷？问题：应使用怎样的制冷剂才能实现复叠制冷？自复叠制冷系统的结构和原理自复叠制冷系统的结构和原理各种蒸气压缩式制冷方式的比较各种蒸气压缩式制冷方式的比较 制冷循环制冷循环 适用条件适用条件应用温度范围应用温度范围制冷剂制冷剂单级压缩单级压缩 一般制冷一般制冷5-30 一种一种双级压缩双级压缩 大压缩比大压缩比-30-80 一种一种复叠压缩复叠压缩 低温制冷低温制冷-80 两种或两两种或两种以上种以上 常见复叠式制冷循环常见复叠式制冷循环