第三節(jié)雙級(jí)蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)

1、制冷原理與設(shè)備第三節(jié)第三節(jié) 雙級(jí)蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)雙級(jí)蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)第第3節(jié)節(jié) 雙級(jí)蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)雙級(jí)蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)l3.1 采用多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的原因l3.1.1 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的局限性1. 冷凝壓力冷凝壓力 tk 環(huán)境溫度、冷卻介質(zhì)溫度環(huán)境溫度、冷卻介質(zhì)溫度 蒸發(fā)壓力蒸發(fā)壓力 t0 用戶(hù)要求（制冷系統(tǒng)的用途）用戶(hù)要求（制冷系統(tǒng)的用途）2. 用戶(hù)要求蒸發(fā)溫度用戶(hù)要求蒸發(fā)溫度 蒸發(fā)壓力蒸發(fā)壓力 壓縮比（壓縮比（p pk k/p/p0 0） 壓縮機(jī)輸氣系數(shù)下降；壓縮機(jī)輸氣系數(shù)下降；3. p pk k/p/p0 0增大增大導(dǎo)致導(dǎo)致 壓縮機(jī)排

2、氣溫度升高，潤(rùn)滑條件變壞；壓縮機(jī)排氣溫度升高，潤(rùn)滑條件變壞； 耗功增加，制冷量下降，制冷系數(shù)降低。耗功增加，制冷量下降，制冷系數(shù)降低。1.氨制冷系統(tǒng)：氨制冷系統(tǒng)：pk/p08； 最低蒸發(fā)溫度最低蒸發(fā)溫度-25；2.氟利昂制冷系統(tǒng)：氟利昂制冷系統(tǒng)：pk/p010； 蒸發(fā)溫度蒸發(fā)溫度-37 單級(jí)蒸氣壓縮條件：?jiǎn)渭?jí)蒸氣壓縮條件：第第3節(jié)節(jié) 雙級(jí)蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)雙級(jí)蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)l3.1.2 采用多級(jí)蒸氣壓縮制冷循環(huán)的必要性l（1）降低壓縮機(jī)的排氣溫度l（2）降低壓力比 l（3）減少節(jié)流損失 第第3節(jié)節(jié) 雙級(jí)蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)雙級(jí)蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)第3節(jié)節(jié) 雙級(jí)蒸

3、氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)3.2 雙級(jí)蒸氣壓縮工作原理雙級(jí)蒸氣壓縮工作原理3.2.1 壓縮過(guò)程壓縮過(guò)程 低壓級(jí)壓縮低壓級(jí)壓縮 高壓級(jí)壓縮高壓級(jí)壓縮 蒸發(fā)壓力蒸發(fā)壓力 中間壓力中間壓力 冷凝壓力冷凝壓力1.1.來(lái)自蒸發(fā)器的低溫制冷劑蒸氣（壓力為來(lái)自蒸發(fā)器的低溫制冷劑蒸氣（壓力為PoPo）先進(jìn)入低）先進(jìn)入低壓級(jí)壓縮機(jī)，在其中壓縮到中間壓力壓級(jí)壓縮機(jī)，在其中壓縮到中間壓力PmPm 2.2.經(jīng)過(guò)中間冷卻器冷卻（分為兩種情況中間完全冷經(jīng)過(guò)中間冷卻器冷卻（分為兩種情況中間完全冷卻為飽和蒸氣和中間不完全冷卻為過(guò)熱蒸氣）卻為飽和蒸氣和中間不完全冷卻為過(guò)熱蒸氣） 3.3.再進(jìn)入高壓級(jí)壓縮機(jī)，將其壓縮為冷凝壓力再進(jìn)

4、入高壓級(jí)壓縮機(jī)，將其壓縮為冷凝壓力PkPk，排入，排入冷凝器中冷凝器中 l單機(jī)雙級(jí)：一臺(tái)壓縮機(jī)，氣缸一部分為高壓級(jí)，一部分為低壓級(jí)。單機(jī)雙級(jí)：一臺(tái)壓縮機(jī)，氣缸一部分為高壓級(jí)，一部分為低壓級(jí)。l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)。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)。l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。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。l二級(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。二級(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。l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。中間完全冷卻：將低壓級(jí)的排氣冷卻到中間壓力下的

5、飽和蒸氣。l中間不完全冷卻：未將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。 3.2.2 雙級(jí)蒸氣壓縮類(lèi)型雙級(jí)蒸氣壓縮類(lèi)型第3節(jié)節(jié) 雙級(jí)蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)一、 一級(jí)節(jié)流中間完全冷卻循環(huán)第3節(jié)節(jié) 雙級(jí)蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)第第3節(jié)節(jié) 雙級(jí)蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)雙級(jí)蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)第3節(jié) 雙級(jí)蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)二、 一級(jí)節(jié)流中間不完全冷卻循環(huán)第3節(jié) 雙級(jí)蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)第3節(jié) 雙級(jí)蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)l三、 二級(jí)節(jié)流中間完全冷卻循環(huán)l l圖3-4二級(jí)節(jié)流中間完全冷卻制冷循環(huán)第3節(jié) 雙級(jí)蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循

6、環(huán)l四、 二級(jí)節(jié)流中間不完全冷卻循環(huán)l圖3-5二級(jí)節(jié)流中間不完全冷卻制冷循環(huán)第3節(jié) 雙級(jí)蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)l五、 氨泵供液的雙級(jí)壓縮制冷循環(huán) l圖3-6氨泵供液的一級(jí)節(jié)流中間完全冷卻制冷循環(huán)第3節(jié) 雙級(jí)蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)第3節(jié) 雙級(jí)蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)3.3 雙級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的熱力計(jì)算及運(yùn)行特性分析l3.3.1 制冷劑與循環(huán)形式的選擇l雙級(jí)壓縮制冷循環(huán)通常應(yīng)使用中溫制冷劑。目前廣泛使用的制冷劑是R717、R22和R502。R717常采用一級(jí)節(jié)流中間完全冷卻形式，R22、R502常采用一級(jí)節(jié)流中間不完全冷卻形式。l對(duì)采用回?zé)嵫h(huán)有利的R12、R502等制冷劑，就采用中

7、間不完全冷卻的循環(huán)形式；對(duì)采用回?zé)嵫h(huán)形式不利的制冷劑（如R717），則應(yīng)采用中間完全冷卻的循環(huán)形式。3.3 雙級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的熱力計(jì)算及運(yùn)行特性分析3.3.2 中間壓力與中間溫度的確定 選配壓縮機(jī)時(shí)中間壓力的確定選配壓縮機(jī)時(shí)，中間壓力pm的選擇，可以根據(jù)制冷系數(shù)最大這一原則去選取，這一中間壓力pm又稱(chēng)最佳中間壓力。按壓力的比例中項(xiàng)確定中間壓力式中式中Pm ,Po和和Pk分別為中間壓力、蒸發(fā)壓力和冷凝壓力分別為中間壓力、蒸發(fā)壓力和冷凝壓力,單位單位MPakompppR717：0.951R22：0.90.95中間冷卻器中間冷卻器n結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)n連接連接l作用作用：l1.降低低壓級(jí)壓縮機(jī)排出的氣

8、體溫度，以避免高壓級(jí)過(guò)降低低壓級(jí)壓縮機(jī)排出的氣體溫度，以避免高壓級(jí)過(guò)高的排氣溫度；高的排氣溫度；l2.使高壓液體在節(jié)流前得到過(guò)冷，以提高系統(tǒng)制冷能力，使高壓液體在節(jié)流前得到過(guò)冷，以提高系統(tǒng)制冷能力，減少節(jié)流過(guò)程產(chǎn)生的閃發(fā)氣體；減少節(jié)流過(guò)程產(chǎn)生的閃發(fā)氣體；l3.起到油分離器的作用，它可將由低壓級(jí)壓縮機(jī)帶出的起到油分離器的作用，它可將由低壓級(jí)壓縮機(jī)帶出的潤(rùn)滑油，通過(guò)改變流動(dòng)方向、降低流速、洗滌和降溫作潤(rùn)滑油，通過(guò)改變流動(dòng)方向、降低流速、洗滌和降溫作用分離出來(lái)，并由放油管排出。用分離出來(lái)，并由放油管排出。l設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)：l1.中間冷卻器直徑中間冷卻器直徑 = 0.5 ms l l2.中間冷卻器蛇形盤(pán)管冷

9、卻面積中間冷卻器蛇形盤(pán)管冷卻面積 ghgghgV0188. 03600V4d中間冷卻器中間冷卻器l1. 一級(jí)節(jié)流中間完全冷卻一級(jí)節(jié)流中間完全冷卻氨系統(tǒng)氨系統(tǒng)3.3 雙級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的熱力計(jì)算及運(yùn)行特性分析3.3.3制冷循環(huán)的熱力計(jì)算制冷循環(huán)的熱力計(jì)算3.3 雙級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的熱力計(jì)算及運(yùn)行特性分析l1. 一級(jí)節(jié)流中間完全冷卻一級(jí)節(jié)流中間完全冷卻氨系統(tǒng)氨系統(tǒng)l1）單位質(zhì)量制冷量：）單位質(zhì)量制冷量： q0h1h8 kJ/kgl2）單位容積制冷量：）單位容積制冷量： qvq0 / v1 kJ/ m3l3）單位冷凝熱負(fù)荷：）單位冷凝熱負(fù)荷： qkh4h5 kJ/kgl4）低壓級(jí)單位理論壓縮

10、功：）低壓級(jí)單位理論壓縮功： w0dh2h1 kJ/kgl5）高壓級(jí)單位理論壓縮功：）高壓級(jí)單位理論壓縮功： w0gh4h3 kJ/kgl6）低壓級(jí)制冷劑的質(zhì)量流量：）低壓級(jí)制冷劑的質(zhì)量流量： qmdQ0 / q0 kg/slqmdh2+qmd (h5h7) +(qmgqmd) h5= qmgh3 34mg12md81mdogodOohhqhhqhhqPPQ5372mdmghhhhqql7）高壓級(jí)制冷劑的質(zhì)量流量：）高壓級(jí)制冷劑的質(zhì)量流量： 8）制冷系數(shù)：）制冷系數(shù)：3.3 雙級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的熱力計(jì)算及運(yùn)行特性分析3.3 雙級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的熱力計(jì)算及運(yùn)行特性分析l2. 一級(jí)節(jié)流中間

11、不完全冷卻一級(jí)節(jié)流中間不完全冷卻氟利昂系統(tǒng)氟利昂系統(tǒng)3.3 雙級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的熱力計(jì)算及運(yùn)行特性分析l1）單位質(zhì)量制冷量：）單位質(zhì)量制冷量： q0h1h8 kJ/kgl2）單位容積制冷量：）單位容積制冷量： qvq0 / v1 kJ/ m3l3）單位冷凝熱負(fù)荷：）單位冷凝熱負(fù)荷： qkh4h5 kJ/kgl4）低壓級(jí)單位理論壓縮功：）低壓級(jí)單位理論壓縮功： w0dh2h1 kJ/kgl5）高壓級(jí)單位理論壓縮功：）高壓級(jí)單位理論壓縮功： w0gh4h3 kJ/kgl6）低壓級(jí)制冷劑的質(zhì)量流量：）低壓級(jí)制冷劑的質(zhì)量流量： qmd Q0 / q0 kg/s3.3 雙級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的熱力計(jì)

12、算及運(yùn)行特性分析5373mdmghhhhqq34mg12md81mdogodOohhqhhqhhqPPQ7）高壓級(jí)制冷劑的質(zhì)量流量：）高壓級(jí)制冷劑的質(zhì)量流量： 8）制冷系數(shù)：）制冷系數(shù)： l3.3.4 雙級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的比較分析l（1）中間不完全冷卻循環(huán)的制冷系數(shù)要比中間完全冷卻循環(huán)的制冷系數(shù)小 l（2）在相同的冷卻條件下，一級(jí)節(jié)流循環(huán)要比二級(jí)節(jié)流循環(huán)的制冷系數(shù)小 l1）一級(jí)節(jié)流可依靠高壓制冷劑本身的壓力供液到較遠(yuǎn)的用冷場(chǎng)所，適用于大型制冷裝置。l2）盤(pán)管中的高壓制冷劑液體不與中間冷卻器中的制冷劑相接觸，減少了潤(rùn)滑油進(jìn)入蒸發(fā)器的機(jī)會(huì)，可提高熱交換設(shè)備的換熱效果。l3）蒸發(fā)器和中間冷卻器分

13、別供液，便于操作控制，有利于制冷系統(tǒng)的安全運(yùn)行 3.3 雙級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的熱力計(jì)算及運(yùn)行特性分析l3.4 復(fù)疊式制冷循環(huán)l定義定義l由兩個(gè)（或數(shù)個(gè)）不同制冷劑工作的單級(jí)（也可以是多級(jí)）制冷系統(tǒng)組合而成。l3.4.1 采用復(fù)疊式制冷循環(huán)的原因 雙級(jí)壓縮制冷的局限性雙級(jí)壓縮制冷的局限性: :l1受制冷劑凝固點(diǎn)的限制 (不能太低不能太低)l2對(duì)制冷循環(huán)壓力比的限制 l3雙級(jí)壓縮制冷受蒸發(fā)壓力過(guò)低的限制第3節(jié) 雙級(jí)蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)第3節(jié) 雙級(jí)蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)l復(fù)疊式壓縮制冷系統(tǒng)通常由兩個(gè)單級(jí)壓縮循環(huán)組成，復(fù)疊式壓縮制冷系統(tǒng)通常由兩個(gè)單級(jí)壓縮循環(huán)組成，之間用蒸發(fā)冷凝器聯(lián)系起來(lái)：

14、之間用蒸發(fā)冷凝器聯(lián)系起來(lái)：l高溫部分：采用中溫制冷劑，蒸發(fā)器為低溫部分冷凝高溫部分：采用中溫制冷劑，蒸發(fā)器為低溫部分冷凝器中的制冷劑冷凝服務(wù)。器中的制冷劑冷凝服務(wù)。l低溫部分：采用低溫制冷劑，蒸發(fā)器為用戶(hù)制冷。低溫部分：采用低溫制冷劑，蒸發(fā)器為用戶(hù)制冷。 復(fù)疊式壓縮工作原理復(fù)疊式壓縮工作原理第3節(jié) 雙級(jí)蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)低溫壓縮機(jī)高溫壓縮機(jī)冷凝蒸發(fā)器節(jié)流閥節(jié)流閥蒸發(fā)器冷凝器第3節(jié) 雙級(jí)蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)低溫制冷劑高溫制冷劑第3節(jié) 雙級(jí)蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)第3節(jié) 雙級(jí)蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)表3-1 復(fù)疊式制冷循環(huán)的組合型式與制冷溫度和制冷劑種類(lèi)的關(guān)系 最低蒸發(fā)溫度最低蒸

15、發(fā)溫度/制冷劑制冷劑制冷循環(huán)形式制冷循環(huán)形式-80R22-R23R22單級(jí)或雙級(jí)壓縮單級(jí)或雙級(jí)壓縮- R23單級(jí)壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)單級(jí)壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)R507-R23R507單級(jí)或雙級(jí)壓縮單級(jí)或雙級(jí)壓縮- R23單級(jí)壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)單級(jí)壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)R290-R23R290雙級(jí)壓縮雙級(jí)壓縮- R23單級(jí)壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)單級(jí)壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)-100R22-R23R22雙級(jí)壓縮雙級(jí)壓縮- R23單級(jí)或雙級(jí)壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)單級(jí)或雙級(jí)壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)R507-R23R507雙級(jí)壓縮雙級(jí)壓縮- R23單級(jí)或雙級(jí)壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)單級(jí)或雙級(jí)壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)R22-R1

16、150R22雙級(jí)壓縮雙級(jí)壓縮- R1150單級(jí)壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)單級(jí)壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)R507-R1150R507雙級(jí)壓縮雙級(jí)壓縮- R1150單級(jí)壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)單級(jí)壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)-120R22-R1150R22雙級(jí)壓縮雙級(jí)壓縮- R1150雙級(jí)壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)雙級(jí)壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)R507-R1150R507雙級(jí)壓縮雙級(jí)壓縮- R1150雙級(jí)壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)雙級(jí)壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)R22-R23-R50R22單單級(jí)壓縮級(jí)壓縮- R23單單級(jí)壓縮級(jí)壓縮- R50單單級(jí)壓縮級(jí)壓縮組合的組合的復(fù)疊式循復(fù)疊式循環(huán)環(huán)R507-R23-R50R507單單級(jí)壓縮級(jí)壓縮- R23單單級(jí)壓縮級(jí)壓縮- R50單單級(jí)壓縮級(jí)壓縮組合的組合的復(fù)疊式復(fù)疊式循環(huán)循環(huán)第3節(jié) 雙級(jí)蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)制冷循環(huán)制冷循環(huán) 使用原因使用原因應(yīng)用溫度范圍應(yīng)用溫度范圍制冷劑制冷劑單級(jí)壓縮單級(jí)壓縮 一般制冷一般制冷5- 30 一種一種雙級(jí)壓縮雙級(jí)壓縮 壓縮比過(guò)大壓縮比過(guò)大-30- 80 一種一種復(fù)疊壓縮復(fù)疊壓縮 制低溫制低溫-80 兩種或兩種兩種或兩種以上以上 第3節(jié) 雙級(jí)蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)第3節(jié) 雙級(jí)蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)l自然復(fù)疊制冷（用二元或多元非共沸制冷劑）第3節(jié) 雙級(jí)蒸氣壓縮式和復(fù)疊式制冷循環(huán)第3節(jié) 雙級(jí)蒸