制冷與低溫技術(shù)原理—第3章蒸氣壓縮制冷循環(huán)-復(fù)疊式制冷循環(huán)

1、3.4 復(fù)疊式制冷機(jī)循環(huán)復(fù)疊式制冷機(jī)循環(huán)3.4.1 采用復(fù)疊式制冷循環(huán)的原因采用復(fù)疊式制冷循環(huán)的原因1. 為了獲得更低溫度，采用單一制冷劑的多級壓縮為了獲得更低溫度，采用單一制冷劑的多級壓縮 循環(huán)將受蒸發(fā)溫度過低，制冷劑凝固的限制；循環(huán)將受蒸發(fā)溫度過低，制冷劑凝固的限制；氨；標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為氨；標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為 -33.4， 凝固凝固溫溫度度為為 -77.7。例如例如蒸發(fā)壓力過低會帶來下列問題：蒸發(fā)壓力過低會帶來下列問題： 蒸發(fā)器與外界的壓差增大，空氣滲入系統(tǒng)的蒸發(fā)器與外界的壓差增大，空氣滲入系統(tǒng)的 可能性增加，影響系統(tǒng)的正常工作?？赡苄栽黾樱绊懴到y(tǒng)的正常工作。 吸氣比體積大，實(shí)際吸入汽缸的氣體

2、減少，吸氣比體積大，實(shí)際吸入汽缸的氣體減少， 增加了汽缸尺寸。增加了汽缸尺寸。 對活塞式壓縮機(jī)，壓縮機(jī)的吸排氣靠閥門自動對活塞式壓縮機(jī)，壓縮機(jī)的吸排氣靠閥門自動 起閉來完成，當(dāng)吸氣壓力低于起閉來完成，當(dāng)吸氣壓力低于0.01-0.015MPa時(shí)，時(shí)， 難于克服吸氣閥彈簧力，影響壓縮機(jī)難于克服吸氣閥彈簧力，影響壓縮機(jī) 的正常工作。的正常工作。3.4.1 采用復(fù)疊式制冷循環(huán)的原因采用復(fù)疊式制冷循環(huán)的原因2. 采用低溫制冷劑時(shí)，蒸發(fā)壓力均高于采用低溫制冷劑時(shí)，蒸發(fā)壓力均高于10KPa， 但冷凝壓力太高，接近于臨界狀態(tài)，使循環(huán)但冷凝壓力太高，接近于臨界狀態(tài)，使循環(huán) 的節(jié)流損失大大增加。的節(jié)流損失大大增加

3、。3.4.1 采用復(fù)疊式制冷循環(huán)的原因采用復(fù)疊式制冷循環(huán)的原因例如例如 用乙烷做低溫制冷劑，用乙烷做低溫制冷劑，當(dāng)蒸發(fā)溫度當(dāng)蒸發(fā)溫度t0=-100時(shí)，蒸發(fā)壓力時(shí)，蒸發(fā)壓力p0=542kPa，冷凝溫度冷凝溫度tk=30時(shí)，冷凝壓力時(shí)，冷凝壓力pk=4860kPa，接近其臨界狀態(tài)。節(jié)流損失大大增加。接近其臨界狀態(tài)。節(jié)流損失大大增加。3.4.2 復(fù)疊式制冷循環(huán)復(fù)疊式制冷循環(huán)1. 系統(tǒng)的組成：系統(tǒng)的組成： 由兩個(gè)（或數(shù)個(gè)）采用不同制冷劑的單級（或多級）由兩個(gè)（或數(shù)個(gè)）采用不同制冷劑的單級（或多級） 制冷系統(tǒng)組成，分別稱為高溫部分和低溫部分。制冷系統(tǒng)組成，分別稱為高溫部分和低溫部分。 高溫系統(tǒng)使用中溫制

4、冷劑，低溫系統(tǒng)采用低溫制冷劑。高溫系統(tǒng)使用中溫制冷劑，低溫系統(tǒng)采用低溫制冷劑。 兩部分由一只蒸發(fā)冷凝器聯(lián)系起來。兩部分由一只蒸發(fā)冷凝器聯(lián)系起來。 高溫部分制冷劑的蒸發(fā)用來使低溫部分制冷劑冷凝。高溫部分制冷劑的蒸發(fā)用來使低溫部分制冷劑冷凝。 兩部分之間靠蒸發(fā)冷凝器來實(shí)現(xiàn)傳熱。高溫部分的制冷劑兩部分之間靠蒸發(fā)冷凝器來實(shí)現(xiàn)傳熱。高溫部分的制冷劑 再通過自己系統(tǒng)的冷凝器釋放給環(huán)境介質(zhì)水或空氣。再通過自己系統(tǒng)的冷凝器釋放給環(huán)境介質(zhì)水或空氣。 而低溫部分通過自己系統(tǒng)的蒸發(fā)器來吸收被冷卻對象低溫而低溫部分通過自己系統(tǒng)的蒸發(fā)器來吸收被冷卻對象低溫 環(huán)境下的熱量。環(huán)境下的熱量。復(fù)疊式制冷循環(huán)的組合形式與制冷溫度

5、和制冷劑種類復(fù)疊式制冷循環(huán)的組合形式與制冷溫度和制冷劑種類實(shí)際確定具體使用何種形式主要考慮：實(shí)際確定具體使用何種形式主要考慮： 所要達(dá)到的溫度，使用場所，制冷劑種類，所要達(dá)到的溫度，使用場所，制冷劑種類，特性及效率等因素。特性及效率等因素。說明說明2. 復(fù)疊式制冷循環(huán)的組合形式與制冷溫度和復(fù)疊式制冷循環(huán)的組合形式與制冷溫度和 制冷劑種類制冷劑種類最低蒸發(fā)溫度最低蒸發(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單級或兩級單級或兩級R23單級單級R507-R23R507單級或兩級單級或兩級R23單級單級R290-R23R290兩級兩級R23單級單級 -100R22-R2

6、3R22兩級兩級R23單級或兩級單級或兩級R507-R23R507兩級兩級R23單級或兩級單級或兩級R22-R1150R22兩級兩級R1150單級單級R507-R1150R507兩級兩級R1150單級單級 -120R22-R1150R22兩級兩級R1150兩級兩級R507-R1150R507兩級兩級R1150兩級兩級R22-R23-R50R22單級單級R23單級單級-R50單級單級R507-R23-R50R507單級單級R23單級單級-R50單級單級復(fù)疊式制冷循環(huán)的組合形式與制冷溫度和制冷劑種類復(fù)疊式制冷循環(huán)的組合形式與制冷溫度和制冷劑種類3.4.2 復(fù)疊式制冷循環(huán)復(fù)疊式制冷循環(huán)3. 制冷制冷

7、系統(tǒng)及系統(tǒng)及P-h圖和圖和T-S圖表示圖表示 由兩個(gè)單級壓縮系統(tǒng)組成的復(fù)疊式制冷系統(tǒng)由兩個(gè)單級壓縮系統(tǒng)組成的復(fù)疊式制冷系統(tǒng)壓縮機(jī)壓縮機(jī)蒸發(fā)器蒸發(fā)器節(jié)節(jié)流流閥閥1234冷凝蒸發(fā)器冷凝蒸發(fā)器壓縮機(jī)壓縮機(jī)節(jié)節(jié)流流閥閥冷凝器冷凝器5678Ts24 31 068 75 循環(huán)工況：循環(huán)工況： 高溫級高溫級 tkg=35, t0g=-45 低溫級低溫級 tkd=-50, t0d=-85 蒸發(fā)器工作的低溫室溫度蒸發(fā)器工作的低溫室溫度: : -80 冷凝蒸發(fā)器傳熱溫差范圍冷凝蒸發(fā)器傳熱溫差范圍: : 5-10 （低溫部分的冷凝溫度必須高于高溫部分的（低溫部分的冷凝溫度必須高于高溫部分的 蒸發(fā)溫度。）蒸發(fā)溫度。）

8、兩級復(fù)疊制冷循環(huán)系統(tǒng)（兩級復(fù)疊制冷循環(huán)系統(tǒng)（R22-R23） 工作原理圖：工作原理圖： 輔助設(shè)備的作用：輔助設(shè)備的作用：舉例舉例A 低溫壓縮機(jī)；低溫壓縮機(jī)；B高溫級壓縮機(jī)；高溫級壓縮機(jī)；C油分離器；油分離器；D水冷冷卻器；水冷冷卻器；E冷凝蒸發(fā)器；冷凝蒸發(fā)器；F過濾器；過濾器；G回?zé)崞?；回?zé)崞鳎籋電磁閥；電磁閥；I熱力膨脹閥；熱力膨脹閥；K蒸發(fā)器；蒸發(fā)器；W膨脹容器；膨脹容器；V截止閥；截止閥；R減壓閥；減壓閥；S低溫級排氣冷卻器低溫級排氣冷卻器ABKIHGHFVFDECWRS兩級復(fù)疊制冷循環(huán)系統(tǒng)（兩級復(fù)疊制冷循環(huán)系統(tǒng)（R22-R23）兩級復(fù)疊制冷循環(huán)系統(tǒng)（兩級復(fù)疊制冷循環(huán)系統(tǒng)（R22-R13

9、） 回?zé)崞鳎涸龃笱h(huán)制冷量，改善壓縮機(jī)的工作條件?；?zé)崞鳎涸龃笱h(huán)制冷量，改善壓縮機(jī)的工作條件。 水冷卻器：降低排氣溫度，減少冷凝蒸發(fā)器中水冷卻器：降低排氣溫度，減少冷凝蒸發(fā)器中 的冷凝熱負(fù)荷（減少高溫級循環(huán)的制冷量）。的冷凝熱負(fù)荷（減少高溫級循環(huán)的制冷量）。 膨脹容器：膨脹容器： 保證低溫級系統(tǒng)避免超壓和安全順利地啟動。保證低溫級系統(tǒng)避免超壓和安全順利地啟動。 油分離器：油分離器： 防止?jié)櫥瓦M(jìn)入熱交換器，減少傳熱熱阻。防止?jié)櫥瓦M(jìn)入熱交換器，減少傳熱熱阻。 電磁閥：阻止系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)兩部分系統(tǒng)中的高電磁閥：阻止系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)兩部分系統(tǒng)中的高 壓制冷劑液體竄入蒸發(fā)器，造成系統(tǒng)在啟動過壓制冷劑

10、液體竄入蒸發(fā)器，造成系統(tǒng)在啟動過 程中，大量液體進(jìn)入壓縮機(jī)發(fā)生液擊事故。程中，大量液體進(jìn)入壓縮機(jī)發(fā)生液擊事故。 三級復(fù)疊制冷循環(huán)系統(tǒng)三級復(fù)疊制冷循環(huán)系統(tǒng) 三級復(fù)疊式天然氣液化裝置工作原理； 采用工質(zhì)：丙烷，乙烯和甲烷。 兩級和單級組成的復(fù)疊制冷循環(huán)系統(tǒng)兩級和單級組成的復(fù)疊制冷循環(huán)系統(tǒng) 課后閱讀課后閱讀熱力計(jì)算中需注意問題熱力計(jì)算中需注意問題1. 高溫，低溫部分單獨(dú)計(jì)算高溫，低溫部分單獨(dú)計(jì)算 3.4.3 復(fù)疊式制冷循環(huán)的熱力計(jì)算復(fù)疊式制冷循環(huán)的熱力計(jì)算Ts24 31 068 75 制冷量：制冷量：)(140hhqQmdd 低溫部分：低溫部分：冷冷損損QQQdkg 0高溫部分：高溫部分：2. 低溫

11、蒸發(fā)器：傳熱溫差盡量小，低溫蒸發(fā)器：傳熱溫差盡量小， 最好不大于最好不大于5，減小不可逆損失。減小不可逆損失。3. 冷凝蒸發(fā)器；傳熱溫差為冷凝蒸發(fā)器；傳熱溫差為5-10 。4. 中間溫度，壓力的選用中間溫度，壓力的選用 原則：原則：a：制冷系數(shù)為最大，使能量利用最經(jīng)濟(jì)；制冷系數(shù)為最大，使能量利用最經(jīng)濟(jì)； b: 各個(gè)壓縮機(jī)壓力比大致相等，各個(gè)壓縮機(jī)壓力比大致相等， 壓縮機(jī)的汽缸工作容積利用率較高。壓縮機(jī)的汽缸工作容積利用率較高。3.4.3 復(fù)疊式制冷循環(huán)的熱力計(jì)算復(fù)疊式制冷循環(huán)的熱力計(jì)算邁勒普拉薩特：邁勒普拉薩特：5 . 0025 . 00)/(125. 05 . 0)(TTTTTTTKKm 適

12、用范圍；兩個(gè)單級壓縮或兩個(gè)兩級壓縮組適用范圍；兩個(gè)單級壓縮或兩個(gè)兩級壓縮組成的復(fù)疊制冷機(jī)。不適用于一個(gè)單級壓縮和成的復(fù)疊制冷機(jī)。不適用于一個(gè)單級壓縮和兩個(gè)兩兩個(gè)兩級級壓縮的制冷機(jī)。壓縮的制冷機(jī)。舉例舉例1.1. 啟動啟動a: 先啟動高溫部分，待高溫部分的蒸發(fā)溫度降到先啟動高溫部分，待高溫部分的蒸發(fā)溫度降到 足以保證低溫部分的冷凝壓力不會超過壓縮機(jī)足以保證低溫部分的冷凝壓力不會超過壓縮機(jī) 的最高允許壓力時(shí)，再啟動低壓部分。的最高允許壓力時(shí)，再啟動低壓部分。b: 小型復(fù)疊式制冷機(jī)，高、低溫部分同時(shí)啟動，小型復(fù)疊式制冷機(jī)，高、低溫部分同時(shí)啟動， 但須在低溫部分壓縮機(jī)的排氣管上裝設(shè)壓力但須在低溫部分壓

13、縮機(jī)的排氣管上裝設(shè)壓力 控制閥，以保證不會超壓?？刂崎y，以保證不會超壓。3.4.3 復(fù)疊式制冷循環(huán)的啟動與膨脹容器復(fù)疊式制冷循環(huán)的啟動與膨脹容器2.停機(jī)后低溫制冷劑的處理問題停機(jī)后低溫制冷劑的處理問題 大型制冷裝置；大型制冷裝置； a: 通常采用的方法是令高溫部分定時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，通常采用的方法是令高溫部分定時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)， 以便低溫部分始終處于低溫狀態(tài)，以便低溫部分始終處于低溫狀態(tài)， b: 將低溫制冷劑充入制冷劑瓶中。將低溫制冷劑充入制冷劑瓶中。 小型制冷裝置：小型制冷裝置： 在低溫部分系統(tǒng)中接入一個(gè)膨脹容器，以便在低溫部分系統(tǒng)中接入一個(gè)膨脹容器，以便 停機(jī)后一部分低溫制冷劑蒸氣進(jìn)入膨脹容器，停機(jī)后一部分低溫制冷劑蒸氣進(jìn)入膨脹容器， 不使系統(tǒng)中的壓力過分升高。不使系統(tǒng)中的壓力過分升高。3.4.3 復(fù)疊式制冷循環(huán)的啟動與膨脹容器復(fù)疊式制冷循環(huán)的啟動與膨脹容器1. 為什么要采用兩級壓縮制冷？兩級壓縮制冷循環(huán)為什么要采用兩級壓縮制冷？兩級壓縮制冷循環(huán) 有哪幾種循環(huán)？有