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)

3.4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?yàn)榱双@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；氨；標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為-33.4℃，凝固溫度為-77.7℃。例如蒸發(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)的可能性增加，影響系統(tǒng)的正常工作。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。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0.01-0.015MPa時，

難于克服吸氣閥彈簧力，影響壓縮機(jī)

的正常工作。3.4.1

采用復(fù)疊式制冷循環(huán)的原因采用低溫制冷劑時，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)的節(jié)流損失大大增加。3.4.1

采用復(fù)疊式制冷循環(huán)的原因例如用乙烷做低溫制冷劑，當(dāng)蒸發(fā)溫度t0=-100℃時，蒸發(fā)壓力p0=542kPa，冷凝溫度tk=30℃時，冷凝壓力pk=4860kPa，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)1.系統(tǒng)的組成：

由兩個（或數(shù)個）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。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。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和制冷劑種類實(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，特性及效率等因素。說明2.

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最低蒸發(fā)溫度制冷劑制冷循環(huán)形式

-80℃R22-R23R22單級或兩級—R23單級R507-R23R507單級或兩級—R23單級R290-R23R290兩級—R23單級

-100℃R22-R23R22兩級—R23單級或兩級R507-R23R507兩級—R23單級或兩級R22-R1150R22兩級—R1150單級R507-R1150R507兩級—R1150單級-120℃R22-R1150R22兩級—R1150兩級R507-R1150R507兩級—R1150兩級R22-R23-R50R22單級—R23單級--R50單級R507-R23-R50R507單級—R23單級-R50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3.4.2

復(fù)疊式制冷循環(huán)3.制冷系統(tǒng)及P-h圖和T-S圖表示由兩個單級壓縮系統(tǒng)組成的復(fù)疊式制冷系統(tǒng)壓縮機(jī)蒸發(fā)器節(jié)流閥1234冷凝蒸發(fā)器壓縮機(jī)節(jié)流閥冷凝器5678Ts24

31

068

75

循環(huán)工況：高溫級tkg=35℃,t0g=-45℃低溫級tkd=-50℃,t0d=-85℃

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:5-10℃

（低溫部分的冷凝溫度必須高于高溫部分的蒸發(fā)溫度。）兩級復(fù)疊制冷循環(huán)系統(tǒng)（R22-R23）工作原理圖：

輔助設(shè)備的作用：舉例A低溫壓縮機(jī)；B高溫級壓縮機(jī)；C油分離器；D水冷冷卻器；E冷凝蒸發(fā)器；F過濾器；G回?zé)崞?；H電磁閥；I熱力膨脹閥；K蒸發(fā)器；W膨脹容器；V截止閥；R減壓閥；S低溫級排氣冷卻器ABKIHGHFVFDECWRS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)（R22-R13）回?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)器中的冷凝熱負(fù)荷（減少高溫級循環(huán)的制冷量）。膨脹容器：保證低溫級系統(tǒng)避免超壓和安全順利地啟動。油分離器：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)課后閱讀熱力計算中需注意問題1.

高溫，低溫部分單獨(dú)計算3.4.3

復(fù)疊式制冷循環(huán)的熱力計算Ts24

31

068

75制冷量：低溫部分：高溫部分：2.

低溫蒸發(fā)器：傳熱溫差盡量小，最好不大于5℃，減小不可逆損失。3.冷凝蒸發(fā)器；傳熱溫差為5-10℃。4.

中間溫度，壓力的選用

原則：a：制冷系數(shù)為最大，使能量利用最經(jīng)濟(jì)；

b:

各個壓縮機(jī)壓力比大致相等，壓縮機(jī)的汽缸工作容積利用率較高。3.4.3

復(fù)疊式制冷循環(huán)的熱力計算邁勒普拉薩特：適用范圍；兩個單級壓縮或兩個兩級壓縮組成的復(fù)疊制冷機(jī)。不適用于一個單級壓縮和兩個兩級壓縮的制冷機(jī)。舉例啟動a:

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)的最高允許壓力時，再啟動低壓部分。b:

小型復(fù)疊式制冷機(jī)，高、低溫部分同時啟動，但須在低溫部分壓縮機(jī)的排氣管上裝設(shè)壓力控制閥，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2.停機(jī)后低溫制冷劑的處理問題大型制冷裝置；

a:

通常采用的方法是令高溫部分定時運(yùn)轉(zhuǎn)，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。小型制冷裝置：在低溫部分系統(tǒng)中接入一個膨脹容器，以便停機(jī)后一部分低溫制冷劑蒸氣進(jìn)入膨脹容器，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1.為什么要采用兩級壓縮制冷？兩級