雙級壓縮式制冷循環(huán)

1、雙級壓縮式制冷循環(huán)25兩級壓縮及復(fù)疊式制冷原理251采用兩級壓縮的原因單級壓縮在選用合適的制冷劑時，其蒸發(fā)溫度只能達到-25-35，原因是壓縮比不能再提高了。因為：（1），壓縮機輸氣量制冷量（2）壓縮機排氣溫度()汽缸壁溫吸入蒸汽溫度吸氣量 例如：當蒸發(fā)溫度-30，冷凝溫度40時，單級氨壓縮機排氣溫度可達160以上。必須作如下限制： 單級氨壓縮機排氣溫度140 單級氟壓縮機（R12）排氣溫度100 單級氟壓縮機（R22）排氣溫度115（3）偏離理想等熵壓縮機過程的程度壓縮機效率 我國規(guī)定：R717：8 R12、R22：10 （P38表2-3） 要獲得-30-65的蒸發(fā)溫度，又要符合合適的壓縮比

2、，則需要兩級壓縮制冷。252兩級壓縮制冷循環(huán)1兩級壓縮制冷循環(huán)的類型總壓縮比 每一級壓縮比810以下可分為 * 兩級節(jié)流：冷凝壓力節(jié)流到中間壓力，再節(jié)流到蒸發(fā)壓力* 一級節(jié)流：冷凝壓力節(jié)流到蒸發(fā)壓力，容易調(diào)節(jié)，實際生產(chǎn)中常用一級節(jié)流。* 兩級壓縮采用中間冷卻的目的是降低高壓級的排氣溫度，降低壓縮機功耗。 中間完全冷卻低壓級排氣溫度（過熱蒸汽）被冷卻成中間壓力下的干飽和蒸汽溫度。（氨壓縮機） 中間不完全冷卻低壓級排氣溫度（過熱蒸汽）被冷卻降低了溫度，來達到中間壓力下的干飽和蒸汽溫度。（氟壓縮機）2一級節(jié)流中間完全冷卻循環(huán) 這種循環(huán)形式被大多數(shù)的兩級壓縮氨制冷系統(tǒng)所采用。（a）Pm,tm旁通閥43

3、BA621蒸發(fā)器低壓級中間冷卻器冷凝器88724P0,t0Pk,tk1653lgPi75高壓級（b）圖2-32 兩級壓縮一級節(jié)流中間完全冷卻循環(huán)如圖所示：從壓縮機高壓級排出的高壓高溫過熱蒸汽4，進入冷凝器后被冷卻成飽和液體5；從冷凝器出來的液體分為兩路，一路經(jīng)膨脹閥A進行節(jié)流，節(jié)流后降溫為6，然后進入中間冷卻器吸熱，使中間冷卻器中來自低壓級的排氣2充分冷卻，6與2混合后的氣體3為中間壓力下的飽和溫度，3作為高壓級的吸氣經(jīng)高壓級壓縮后變成過熱蒸汽4，至此構(gòu)成一個高壓級的循環(huán)回路；另一路飽和液體5經(jīng)中間冷卻器過冷后變成過冷液7，經(jīng)膨脹閥B進行節(jié)流后變成低壓液體8，進入蒸發(fā)器汽化制冷，然后變成飽和蒸

4、汽1，在低壓級壓縮后變成過熱蒸汽2，在中間冷卻器冷卻并與在中間冷卻器汽化的蒸汽混合，變成飽和蒸汽了，作為高壓級的吸氣經(jīng)壓縮后變成高壓級排氣4，形成另一個循環(huán)，這是實現(xiàn)低溫制冷的主循環(huán)。如果高壓液體不要過冷時，可經(jīng)過旁通閥直接進入膨脹閥B。從圖（b）可看到，循環(huán)34563在中間冷卻器里產(chǎn)生冷量，供另一個循環(huán)中飽和液體的過冷（過程57）和低壓級過熱蒸汽的完全冷卻（過程23）之用。另一個循環(huán)12345781是制取低溫冷量用，其制冷劑蒸汽經(jīng)過高低壓級兩次壓縮、一級節(jié)流、中間完全冷卻。整個制冷系統(tǒng)有三個壓力：457為冷凝壓力段，也稱高壓段；81為蒸發(fā)壓力段，也稱低壓段；63為中間壓力段，它既是低壓級的排

5、氣壓力，又是高壓級的吸氣壓力。（對照P40圖2-33兩級壓縮氨制冷裝置）雙級壓縮制冷循環(huán)分析與計算理想的中間壓力應(yīng)當選擇使高壓級和低壓級所消耗的壓縮功的總和為最小值，而制冷系數(shù)達到最大值。進行熱力計算時，首先要確定制冷劑和制冷循環(huán)工作參數(shù)以及中間冷卻方式。雙級壓縮制冷循環(huán)必須使用中溫制冷劑。制冷量是指低壓側(cè)蒸發(fā)器的制冷量。當氨系統(tǒng)高低壓級容積比為1:2時，其中間壓力在0.25MPa左右。當氨系統(tǒng)高低壓級容積比為1:3時，其中間壓力在0.34MPa左右。通常高壓級制冷劑流量要大于低壓級制冷劑流量。雙級壓縮循環(huán)工作參數(shù)的確定，是根據(jù)環(huán)境介質(zhì)的溫度和被冷卻物體的溫度，考慮選取一定的合理傳熱溫差，即可

6、確定冷凝溫度和蒸發(fā)溫度。熱力計算的任務(wù)是求出循環(huán)的性能指標，如壓縮機的輸氣量、功率和制冷量等。根據(jù)雙級壓縮一級節(jié)流中間完全冷卻制冷循環(huán)系統(tǒng)的工況圖，其熱力計算如下：（1） 單位質(zhì)量制冷劑的制冷量q0：q0=h1-h8 kJ/kg（2） 低壓級單位質(zhì)量制冷劑的壓縮功Wd：Wd=h2-h1 kJ/kg（3） 低壓級的制冷量為Q0kW時，低壓級制冷劑質(zhì)量循環(huán)量qmd：qmd=3600Q0q0=3600Q0h1-h8 kg/h（4） 低壓級壓縮機的理論功率Pd：Pd=qmdh2-h13600=3600Q0h1-h8h2-h13600=Q0h2-h1h1-h8 kW（5） 低壓級壓縮機的軸功率Ped：k

7、d=im式中：kd低壓級壓縮機的總效率，通常為：0.650.72。 i 低壓級壓縮機的指示效率，實際壓縮制冷劑氣體的效率。 m 低壓級壓縮機的摩擦效率，通常為：0.80.9。Ped=Pdkd kW（6） 低壓級壓縮機的排氣量Vpd：Vpd=qmdv1d m3/h式中：v1低壓級壓縮機吸入蒸氣比體積，m3/kg d低壓級壓縮機的輸氣系數(shù)，其數(shù)值按相同壓縮比時單級壓縮機輸氣系數(shù)的90%考慮。（7） 高壓級壓縮機的制冷劑質(zhì)量循環(huán)量qmg：中間冷卻器內(nèi)的熱量平衡與質(zhì)量平衡關(guān)系式為：qmgh3-h5=qmdh2-h7因為h5=h6，h7=h8，所以有：qmgh3-h6=qmdh2-h8（8） 高壓級壓縮

8、機的排氣量Vpg：Vpg=qmgv3g m3/h式中：v3高壓級壓縮機吸入蒸氣比體積，m3/kg g高壓級壓縮機的輸氣系數(shù)，其數(shù)值按相同壓縮比時單級壓縮機輸氣系數(shù)相同。（9） 高壓級單位質(zhì)量制冷劑的壓縮功Wg：Wg=h4-h3 kJ/kg（10） 高壓級壓縮機的理論功率Pg：Pg=qmgh4-h33600=qmdh2-h8h3-h6h4-h33600=3600Q0h1-h8h2-h8h3-h6h4-h33600= Q0h2-h8h3-h6h4-h3h1-h8 kW（11） 高壓級壓縮機的軸功率Peg：Peg=Pgkg kW式中：kg高壓級壓縮機的總效率（12） 兩級壓縮制冷系數(shù)的確定：理論=Q

9、0Wdqmd+Wgqmg=Q0(h2-h1)3600Q0h1-h8+(h4-h3) qmdh2-h8h3-h6=Q0(h2-h1)3600Q0h1-h8+(h4-h3) 3600Q0(h1-h8)h2-h8h3-h6=13600(h2-h1)(h1-h8)+(h4-h3)(h1-h8)h2-h8h3-h6=(h1-h8)3600(h2-h1)+(h4-h3)h2-h8h3-h6實際=Q0Wdkdqmd+Wgkgqmg（13） 冷凝器熱負荷Qk：Qk=qmgh4-h53600 kW（14） 中間壓力pm和中間溫度tm的確定：理想的中間壓力pm可按下式運算：pm=pkp0理想的中間溫度tm可按下式

10、運算：tm=tkt0中間溫度tm也可用近似式計算：tm=0.6t0+0.4tk+3 3一級節(jié)流中間不完全冷卻循環(huán)這種循環(huán)形式被大多數(shù)的兩級壓縮氟制冷系統(tǒng)所采用。3Pm,tm43BA621蒸發(fā)器低壓級中間冷卻器冷凝器88724P0,t0Pk,tk1653lgPi75高壓級（b）圖2-34 兩級壓縮一級節(jié)流中間不完全冷卻循環(huán)（a）3如圖所示：從壓縮機高壓級排出的高壓高溫過熱蒸汽4，進入冷凝器后被冷卻成飽和液體5；從冷凝器出來的液體分為兩路，一路經(jīng)膨脹閥A進行節(jié)流，節(jié)流后降溫為6，然后進入中間冷卻器吸熱，使中間冷卻器維持在中間溫度中使來自低壓級的排氣2充分冷卻，6與2混合后的氣體3為中間壓力下的飽和

11、溫度，3作為高壓級的吸氣經(jīng)高壓級壓縮后變成過熱蒸汽4，至此構(gòu)成一個高壓級的循環(huán)回路；另一路飽和液體5經(jīng)中間冷卻器再冷卻，過冷后變成過冷液7，經(jīng)膨脹閥B進行節(jié)流后變成低壓液體8，進入蒸發(fā)器汽化制冷，然后變成飽和蒸汽1，在低壓級壓縮后變成過熱蒸汽2，2與3混合進入高壓級，作為高壓級的吸氣經(jīng)壓縮后變成高壓級排氣4，形成另一個循環(huán)，這是實現(xiàn)低溫制冷的主循環(huán)。從圖（b）可看到，循環(huán)34563在中間冷卻器里產(chǎn)生冷量，供另一個循環(huán)中飽和液體的過冷（過程57）和低壓級過熱蒸汽的不完全冷卻（過程23）之用。循環(huán)12345781是制取低溫冷量用，其制冷劑蒸汽經(jīng)過高低壓級兩次壓縮、一級節(jié)流、中間不完全冷卻。整個制冷

12、系統(tǒng)有三個壓力：457為冷凝壓力段，也稱高壓段；81為蒸發(fā)壓力段，也稱低壓段；6332為中間壓力段，它既是低壓級的排氣壓力，又是高壓級的吸氣壓力。如果要確定中間壓力，一般取 從上式得到的，使高低壓級的壓縮相等，此情況雖然使制冷系數(shù)偏離最佳值，但可使壓縮機汽缸工作容積的利用率較高，比較實用。達到-40-60。（例如：高低壓級組合的一臺壓縮機中，8個汽缸中，2個作高壓級，6個作低壓級）（對照P41圖2-35兩級壓縮氟利昂制冷裝置）舉例：R717，蒸發(fā)溫度-50時對應(yīng)的飽和壓力為0.041MPa，冷凝溫度40時對應(yīng)的飽和壓力為1.559MPa，則pm=1.5590.041=0.25MPa舉例：R22

13、，蒸發(fā)溫度-70時對應(yīng)的飽和壓力為0.0205MPa，冷凝溫度40時對應(yīng)的飽和壓力為1.5331MPa，則pm=0.02051.5331=0.177MPa 中間壓力有點低了。需采用復(fù)疊式制冷系統(tǒng)。采用雙級壓縮制冷循環(huán)的原因由于冷藏、生產(chǎn)及實驗等需要，對制冷溫度值要求越來越低。在單級壓縮制冷循環(huán)中，選擇適用的制冷劑，其最低的合理蒸發(fā)溫度如表4-1。表4-1 單級壓縮合理的最低蒸發(fā)溫度(單位：)冷凝溫度3035404550R22系統(tǒng)-37.2-34.2-28.5/R717系統(tǒng)-30.5-27.5-21.0/如果要獲取比表2-1更低的蒸發(fā)溫度，單級壓縮就難以實現(xiàn)了。這是因為隨著蒸發(fā)溫度的降低，蒸發(fā)壓

14、力也隨之降低，這時，壓縮機的壓縮比會過高，帶來以下的問題：1)壓縮比增大，壓縮機的吸氣量減小，導(dǎo)致制冷量大幅度下降；2)壓縮比增大，造成壓縮機排氣溫度升高，汽缸壁的溫度也升高，吸氣比體積增大，吸氣量減少；同時高溫使?jié)櫥瑮l件惡化，甚至使?jié)櫥土呀?，給壓縮機的運轉(zhuǎn)帶來困難；3)壓縮比增大，會使實際壓縮過程與理想的絕熱等熵壓縮過程偏離程度加大，壓縮機的效率下降。因此，為了要獲取較低的蒸發(fā)溫度(一般為-35-65)，并使壓縮比控制在合理的范圍內(nèi)，就需要采用兩級壓縮制冷循環(huán)。雙級壓縮式制冷循環(huán)雙級壓縮是在單級壓縮的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它把壓縮過程分為兩個階段進行，即分為低壓階段和高壓階段，兩段之間靠中間冷

15、卻器來聯(lián)接。低壓段用的壓縮機稱低壓機，高壓段用的壓縮機稱高壓機；如果用一臺壓縮機完成雙級壓縮，則該壓縮機的汽缸分為低壓缸和高壓缸。 壓縮機冷凝器 2/6FS10 氟利昂制冷系統(tǒng)吸氣溫度比蒸發(fā)溫度高5左右。在有氣液過熱器時保持15的吸氣過熱度是合適的。氨制冷系統(tǒng)吸氣溫度比蒸發(fā)溫度高510左右。吸氣過熱度過小易液擊沖缸。吸氣過熱度過大制冷量，排氣溫度，功耗，潤滑效果變差。雙級壓縮制冷系統(tǒng)，高壓級吸氣溫度比中間溫度高45，中間溫度在-5+5之間。一次節(jié)流中間完全冷卻的雙級壓縮制冷循環(huán)（a）系統(tǒng)原理簡圖（b）運行工況圖圖4-6 一次節(jié)流中間完全冷卻的雙級循環(huán)這種雙級壓縮循環(huán)方式被大多數(shù)的氨制冷系統(tǒng)所采

16、用。圖4-6為一次節(jié)流中間完全冷卻的雙級壓縮制冷循環(huán)的系統(tǒng)原理圖和運行工況的壓焓圖。圖中的雙級壓縮制冷循環(huán)如下： (1)蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑吸熱變?yōu)楦娠柡驼魵獗坏蛪簷C吸走，即圖中的1點；(2)低壓機將蒸氣壓縮成過熱蒸氣2，在中間冷卻器內(nèi)被冷卻，其熱量傳給中冷器內(nèi)的制冷劑液體，部分中間壓力下的液體汽化為中間壓力下的飽和蒸氣，低壓機的排氣也被冷卻為中間壓力下的飽和蒸氣；(3)中冷器內(nèi)的飽和蒸氣3被高壓機吸走，然后壓縮成冷凝壓力下的過熱蒸氣4；(4)冷凝器將高壓機排來的過熱蒸氣冷凝為制冷劑的液體5；(5)高壓制冷劑液體分兩路：一路由狀態(tài)5經(jīng)節(jié)流閥2給中間冷卻器供液，經(jīng)節(jié)流閥2節(jié)流后的濕蒸氣狀態(tài)為6；另一

17、路經(jīng)中冷器內(nèi)的蛇形盤管被冷卻到狀態(tài)7，實現(xiàn)過冷(過冷度一般為35)，蛇形盤管內(nèi)的熱量傳給中冷器內(nèi)的制冷劑液體，使之汽化被高壓機吸走；(6)有一定過冷度的高壓制冷劑液體7經(jīng)過節(jié)流閥1給蒸發(fā)器供液，狀態(tài)為濕蒸氣8；濕蒸氣在蒸發(fā)器內(nèi)吸熱汽化，被低壓機吸走，完成雙級壓縮循環(huán)。這里，中間冷卻器主要完成兩種工作，一是冷卻低壓機排出的高溫過熱蒸氣至中間壓力下的干飽和狀態(tài)；另一是實現(xiàn)高壓制冷劑液體的過冷，以提高單位質(zhì)量制冷量。高壓機與低壓機的理論輸氣量之比為 V高:V低=1:21:3；如果用一臺壓縮機實現(xiàn)雙級壓縮，其輸氣量的比值一般為V高:V低=1:3或V高:V低=1:2。中冷器的蛇形盤管在進出管上并聯(lián)一只截

18、止閥，在冬季不用雙級壓縮時，可打開此閥讓液體直通過去。中冷器的浮球調(diào)節(jié)閥自動控制中冷器的液面在一定水平上。如果需要確定中間壓力，一般取從此式得出的中間壓力Pm，能使高低壓級的壓縮比相等，這種情況雖然使制冷系數(shù)偏離最佳值，但可以充分利用汽缸的工作容積，實用價值高。一次節(jié)流中間不完全冷卻的雙級壓縮制冷循環(huán) 圖4-7為一次節(jié)流中間不完全冷卻的雙級壓縮制冷循環(huán)的系統(tǒng)原理圖和運行工況壓焓圖。這種循環(huán)形式被大多數(shù)的兩級壓縮氟制冷系統(tǒng)所采用。圖中的雙級壓縮制冷循環(huán)如下：(b) 運行工況圖(a)系統(tǒng)原理圖圖4-7 一次節(jié)流中間不完全冷卻的雙級循環(huán)(1)蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑吸熱汽化為干飽和蒸氣（狀態(tài)1），由低壓機吸

19、走； (2)低壓機將蒸氣壓縮為過熱蒸氣2；(3)中冷器內(nèi)產(chǎn)生干飽和蒸氣3與低壓機排出的過熱蒸氣2混合，混合后的狀態(tài)為3，然后被高壓機吸走；(4)高壓機將蒸氣3壓縮為高壓高溫的蒸氣4，并進入冷凝器；(5)冷凝器在冷凝壓力下將氣體冷凝為液體5；(6)液體分兩路供出，一路為中冷器供液，使之在中間壓力下吸熱汽化為干飽和蒸氣；另一路通過中冷器內(nèi)的蛇形盤管在冷凝壓力下過冷到7，經(jīng)節(jié)流閥1節(jié)流到狀態(tài)8，給蒸發(fā)器供液。從上述循環(huán)中可以看到，低壓機排出的過熱蒸氣只是與中冷器產(chǎn)生的干飽和蒸氣混合，因此沒有將低壓機的排氣冷卻為干飽和蒸氣，只是通過混合降低了高壓機的吸氣溫度。 回熱器使供液與回氣進行熱交換，過冷液態(tài)制

20、冷劑，提高單位質(zhì)量制冷量，同時提高回氣的過熱度，防止壓縮機的濕沖程和液擊。 油分離器將壓縮機排氣中帶出來的潤滑油分離出來，并返回曲軸箱，防止油進入熱交換器而影響傳熱效率，同時保證了壓縮機潤滑的用油。中間冷卻器 中間冷卻器裝安于雙級壓縮或多級壓縮的制冷系統(tǒng)中。連接在低壓缸（或低壓級壓縮機）的排氣管與高壓缸（或高壓級壓縮機）的吸汽管之間。它的功用主要在于降低低壓缸（或低壓級壓縮機）所排出的過熱氨氣的溫度，避免高壓缸（或高壓級壓縮機）由于吸入溫度高而使排出溫度高，使排出溫度超過允許的限度。它還有分離低壓缸（或低壓級壓縮機）排出中挾帶的潤滑油以及冷卻蛇形盤管中通過的高壓氨液，使它獲得較大的過冷度以提高單位重量制冷能力的作用。中間冷卻器如圖2-52所示。圖2-52中間冷卻器中間冷卻器是立式圓筒形設(shè)備，筒內(nèi)下部設(shè)有蛇形盤管，筒的上部有一進氣管由上方直插筒內(nèi)下部，在筒側(cè)上部設(shè)有一出氣接管，在筒體側(cè)面有一浮球閥、電磁閥、濾氨器、調(diào)節(jié)閥、液面指示器、氨液進口、壓力表、氨截止閥等，在筒上部的封頭上設(shè)有一安全閥，底部有放油閥和排氨液出口。氨液通過節(jié)流進入中間冷卻器內(nèi)，并保持一定液位高度，其蒸發(fā)壓力保持為中間壓力，低壓缸（低壓級壓縮機