蒸汽壓縮式制冷循環(huán)課件

第4章蒸氣壓縮式制冷循環(huán)4.1單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)1．朗肯循環(huán)2．勞倫茨循環(huán)3．跨臨界循環(huán)4.2多級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)4.3復(fù)疊式制冷循環(huán)第4章蒸氣壓縮式制冷循環(huán)4.1單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)1．朗4.1單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)容積式壓縮機(jī)的單級壓比受壓縮機(jī)容積效率、制冷劑凝固溫度和壓縮終了溫度的制約通常被限制在8～10離心式壓縮機(jī)的單級壓縮比受工質(zhì)分子量大小與葉輪的周邊速度制約通常被限制在2～44.1單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)容積式壓縮機(jī)的單級壓比受壓縮機(jī)單級蒸氣壓縮制冷的典型循環(huán)1．朗肯循環(huán)空調(diào)、制冷、食品冷藏溫度范圍大量使用的循環(huán)基本朗肯循環(huán)有回?zé)岬睦士涎h(huán)單級蒸氣壓縮制冷的典型循環(huán)1．朗肯循環(huán)空調(diào)、制冷、食品冷藏溫T朗肯循環(huán)圖例2341s圖4-1基本朗肯循環(huán)循環(huán)T—s圖：1—2壓縮過程2—3冷卻冷凝過程3—4節(jié)流過程4—1蒸發(fā)吸熱過程T朗肯循環(huán)圖例2341s圖4-1基本朗肯循環(huán)循環(huán)T—s圖T233'1'1S4圖4-2有回?zé)岬睦士涎h(huán)T—S圖：1'—2壓縮過程2—3冷凝過程3—3'液體過冷過程3'—4節(jié)流過程4—1蒸發(fā)過程1—1'吸氣過熱過程T233'1'1S4圖4-2有回?zé)岬睦士涎h(huán)T—S圖：1蒸汽壓縮式制冷循環(huán)課件2．勞倫茨循環(huán)朗肯循環(huán)的主要特征有兩個(gè)定壓定溫的相變過程與純質(zhì)制冷劑及共沸混合制冷劑的壓力特性相適應(yīng)。勞倫茨循環(huán)循環(huán)中的兩個(gè)相變過程變成伴隨有降溫的定壓凝結(jié)和伴隨有升溫的定壓蒸發(fā)。2．勞倫茨循環(huán)朗肯循環(huán)的主要特征有兩個(gè)定壓定溫的相變過程與純T2341s圖2-3勞倫茨循環(huán)T2341s圖2-3勞倫茨循環(huán)3．跨臨界循環(huán)定義將CO2作為制冷劑用于空調(diào)制冷的溫度范圍時(shí)，由于CO2的臨界溫度低（僅30℃），排熱將在超臨界區(qū)進(jìn)行。而吸熱則在臨界點(diǎn)以下進(jìn)行，整個(gè)循環(huán)跨越臨界點(diǎn)。3．跨臨界循環(huán)定義將CO2作為制冷劑用于空調(diào)制冷的溫度范圍時(shí)T3241560S圖4-4CO2跨臨界循環(huán)1—2壓縮過程；2—3氣體冷卻過程；3—4氣體冷卻過程；4—5節(jié)流過程；5—6蒸發(fā)過程；0—1氣體過熱過程。T3241560S圖4-4CO2跨臨界循環(huán)1—2壓縮過程蒸汽壓縮式制冷循環(huán)課件4.2多級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)?4.2.1概述?4.2.2兩級壓縮制冷循環(huán)?4.2.3兩級壓縮制冷循環(huán)的熱力計(jì)算?4.2.4中間壓力的選擇4.2多級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)?4.2.1概述?4.24.2.1概述單級蒸氣壓縮制冷機(jī)運(yùn)行時(shí)制冷劑的冷凝壓力是由環(huán)境介質(zhì)（如空氣或水）溫度所決定。在一定的冷凝溫度下蒸發(fā)溫度的降低冷凝壓力和蒸發(fā)壓力之差（pk-po）增大壓力比pk/po變大4.2.1概述單級蒸氣壓縮制冷機(jī)運(yùn)行時(shí)制冷劑的冷凝壓力是由我國活塞式制冷壓縮機(jī)標(biāo)準(zhǔn)GB10875--89中規(guī)定了不同制冷機(jī)使用溫度在高溫、中溫和低溫的不同溫度范圍。單級壓縮循環(huán)所能達(dá)到的最低制冷溫度是有限的。通常，最低只能達(dá)到-40℃左右。原因:受單級活塞式壓縮機(jī)的極限使用條件的限制。我國活塞式制冷壓縮機(jī)標(biāo)準(zhǔn)GB10875--89中規(guī)定了不同制單級蒸氣壓縮活塞式制冷機(jī)，壓縮比一般不超過10。當(dāng)蒸發(fā)溫度過低，超出極限使用條件時(shí)會帶來如下問題：(1)壓縮比增大時(shí)壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)λ大為降低，壓縮機(jī)的輸氣量及效率顯著下降。(2)壓縮機(jī)排氣溫度過高，使?jié)櫥偷恼扯燃眲∠陆?，影響壓縮機(jī)的潤滑。當(dāng)排氣溫度與潤滑油的閃點(diǎn)接近時(shí)，會使?jié)櫥吞蓟?，以致在閥片上產(chǎn)生結(jié)碳現(xiàn)象。單級蒸氣壓縮活塞式制冷機(jī)，壓縮比一般不超過10。當(dāng)蒸發(fā)溫度過(3)制冷劑節(jié)流損失增加，單位質(zhì)量制冷量及單位容積制冷量下降過大，經(jīng)濟(jì)性下降。所以，為了獲得比較低的溫度（－40～－70℃），同時(shí)又能使壓縮機(jī)的工作壓力控制在一個(gè)合適的范圍內(nèi)，就要采用多級壓縮循環(huán)。采用哪一種型式有利則與制冷劑種類、制冷劑容量及其它條件有關(guān)。常用的組成型式有：(3)制冷劑節(jié)流損失增加，單位質(zhì)量制冷量及單位容積制冷量下降4.2.2兩級壓縮制冷循環(huán)1.一級節(jié)流、中間完全冷卻的兩級壓縮制冷循環(huán)（如圖4-5所示）2.一級節(jié)流、中間不完全冷卻的兩級壓縮制冷循環(huán)（如圖4-6所示）3.兩級節(jié)流、中間完全冷卻的兩級壓縮制冷循環(huán)（如圖4-7所示）4.兩級節(jié)流、中間不完全冷卻的兩級壓縮制冷循環(huán)（如圖4-8所示）5.兩級節(jié)流、具有中溫蒸發(fā)器的中間完全冷卻兩級壓縮制冷循環(huán)，(如圖4-9所示）4.2.2兩級壓縮制冷循環(huán)1.一級節(jié)流、中間完全冷卻的兩圖4-5一級節(jié)流、中間完全冷卻的兩級壓縮制冷循環(huán)(a)流程圖b)lgp-h圖圖4-5一級節(jié)流、中間完全冷卻的兩級壓縮制冷循環(huán)(a蒸汽壓縮式制冷循環(huán)課件圖4-6一級節(jié)流、中間不完全冷卻的兩級壓縮制冷循環(huán)(a)流程圖(b)lgp-h圖圖4-6一級節(jié)流、中間不完全冷卻的兩級壓縮制冷循環(huán)(a蒸汽壓縮式制冷循環(huán)課件圖4-7兩級節(jié)流、中間完全冷卻的兩級壓縮制冷循環(huán)(a)流程圖(b)lgp-h圖圖4-7兩級節(jié)流、中間完全冷卻的兩級壓縮制冷循環(huán)(a蒸汽壓縮式制冷循環(huán)課件圖4-8兩級節(jié)流、中間不完全冷卻的兩級壓縮制冷循環(huán)(a)流程圖(b)lgp-h圖圖4-8兩級節(jié)流、中間不完全冷卻的兩級壓縮制冷循環(huán)(a蒸汽壓縮式制冷循環(huán)課件圖4-9兩級節(jié)流、具有中溫蒸發(fā)器的中間完全冷卻兩級壓縮制冷循環(huán)(a)流程圖(b)lgp-h圖圖4-9兩級節(jié)流、具有中溫蒸發(fā)器的中間完全冷卻兩級壓縮制蒸汽壓縮式制冷循環(huán)課件4.2.3兩級壓縮制冷循環(huán)的熱力計(jì)算一、兩級節(jié)流、中間完全冷卻的兩級壓縮循環(huán)單位制冷量：pq0?h1?h4低壓級理論功：984105pk7wd?h2?h1低壓級制冷劑循環(huán)量：pm362p01hqmdQ0Qo??q0h1?h44.2.3兩級壓縮制冷循環(huán)的熱力計(jì)算一、兩級節(jié)流、中間完全從而可算出低壓壓縮機(jī)消耗的理論功率：h2?h1Ptd?qmdwd?Q0h1?h4對于中間冷卻器：3qmg2qmdqmghg?qmdh2?qmgh3?qmdh4則：10qmgqmd中間冷卻器4qmgqmd(h2?h4)?h3?h9從而可算出低壓壓縮機(jī)消耗的理論功率：h2?h1Ptd?qmd高壓壓縮機(jī)的單位理論功為wg?h7?h3由此可得高壓壓縮機(jī)的理論功率：Qoh2?h4Ptg?qmgwg?(h7?h3)h1?h4h3?h9高壓壓縮機(jī)的單位理論功為wg?h7?h3由此可得高壓壓縮機(jī)的根據(jù)制冷系數(shù)的定義，兩級壓縮制冷循環(huán)的理論制冷系數(shù)為Qo??qmgwg?qmdwd最后可得：h1?h4??h2?h4h2?h1?(h7?h3)h3?h9根據(jù)制冷系數(shù)的定義，兩級壓縮制冷循環(huán)的理論制冷系數(shù)為Qo??二、兩級節(jié)流、中間完全冷卻的兩級壓縮循環(huán)單位制冷量：p98410q0?h1?h4低壓級理論功：pk731hwd?h2?h1qmdQ0Qo??q0h1?h4pmp0625低壓級制冷劑循環(huán)量：二、兩級節(jié)流、中間完全冷卻的兩級壓縮循環(huán)單位制冷量：p984高壓級理論功為wg?h7?h6對于中間不完全冷卻的兩級循環(huán)，根據(jù)中間冷卻器的熱平衡關(guān)系qmg632qmd10qmgh9??qmg?qmd?h3?qmdh4qmgqmd中間冷卻器4高壓級理論功為wg?h7?h6對于中間不完全冷卻的兩級循環(huán)，可得到流經(jīng)高壓級壓縮機(jī)的制冷劑流量：qmg?qmd?h3?h4??h3?h9?另外：qmgh6??qmg?qmd?h3?qmdh2h6?qmgh3?qmd(h2?h3)qmg可得：h2?h4?h3?(h2?h3)h3?h4可得到流經(jīng)高壓級壓縮機(jī)的制冷劑流量：qmg?qmd?h3?h高壓壓縮機(jī)消耗的理論功率：Qoh3?h4Ptg?qmgwg?(h7?h6)h1?h4h3?h9中間不完全冷卻的兩級循環(huán)的理論制冷系數(shù)為h1?h4??h3?h4(h2?h1)?(h7?h6)h3?h9高壓壓縮機(jī)消耗的理論功率：Qoh3?h4Ptg?qmgwg?三、具有中溫冷卻器的中間完全冷卻、兩級節(jié)流的兩級壓縮循環(huán)進(jìn)行高壓級壓縮機(jī)制冷劑流量計(jì)算時(shí)，應(yīng)該加上流經(jīng)中溫蒸發(fā)器的制冷劑流量qmm。Qmqmm?h3?h4式中,Qm為中溫蒸發(fā)器的制冷量。對于這一制冷系統(tǒng)，流經(jīng)高壓級壓縮機(jī)的制冷劑流量和低壓級壓縮機(jī)的制冷劑流量之間有下列關(guān)系qmg?qmd?qmm三、具有中溫冷卻器的中間完全冷卻、兩級節(jié)流的兩級壓縮循環(huán)進(jìn)行根據(jù)中間冷卻器的熱平衡關(guān)系可求得高壓壓縮機(jī)和低壓壓縮機(jī)的制冷劑流量比qmdh2?qmgh9?qmmh3?qmdh4?qmgh3?qmmh4qmgqmdh2?h4qmm(h3?h4)??h3?h9qmd(h3?h9)循環(huán)理論制冷系數(shù)為qmd(h1?h4)?qmm(h3?h4)??qmg(h7?h3)?qmd(h2?h1)根據(jù)中間冷卻器的熱平衡關(guān)系可求得高壓壓縮機(jī)和低壓壓縮機(jī)的制冷壓縮機(jī)實(shí)際過程的排氣焓值為h2?h1?h2s?h1?id高壓壓縮機(jī)實(shí)際過程的排氣焓值（中間完全冷卻）為h7?h3?h7s?h3?ig壓縮機(jī)實(shí)際過程的排氣焓值為h2?h1?h2s?h1?id高壓四、兩級節(jié)流、中間補(bǔ)氣的兩級壓縮循環(huán)兩級節(jié)流、中間補(bǔ)氣的兩級壓縮循環(huán)系統(tǒng)圖四、兩級節(jié)流、中間補(bǔ)氣的兩級壓縮循環(huán)兩級節(jié)流、中間補(bǔ)氣的兩級兩級節(jié)流、中間補(bǔ)氣的兩級壓縮循環(huán)壓-焓圖兩級節(jié)流、中間補(bǔ)氣的兩級壓縮循環(huán)壓-焓圖4.2.4中間壓力的選擇圖2-24最佳中間溫度的確定4.2.4中間壓力的選擇圖2-24最佳中間溫度的確一些文獻(xiàn)曾給出了確定中間壓力（或中間溫度）的經(jīng)驗(yàn)公式或圖線。下面列舉幾個(gè)推薦應(yīng)用的公式：按壓力的比例中項(xiàng)確定中間壓力pm?p0?pkppp0和k分別為中間壓式中m,力、蒸發(fā)壓力和冷凝壓力。一些文獻(xiàn)曾給出了確定中間壓力（或中間溫度）的經(jīng)驗(yàn)公式或圖線。按式求出的中間壓力和制冷循環(huán)的最佳中間壓力有一定的偏差。但公式很簡單，可用于初步估算。按溫度的比例中項(xiàng)確定中間壓力Tm?To?TkT0和Tk分別為中間溫度，式中Tm,蒸發(fā)溫度和冷凝溫度,單位均為K。按式求出的中間壓力和制冷循環(huán)的最佳中間壓力有一定的偏差。但公用經(jīng)驗(yàn)公式直接計(jì)算最佳中間壓力對于兩級氨制冷循環(huán)，拉賽(A.Rasi)提出了較為簡單的最佳中間溫度計(jì)算式：tm?0.4tk?0.6t0?3t0和tk分別為中間溫度，式中tm,蒸發(fā)溫度和冷凝溫度,單位均為℃。上式不只適用于氨，在－40～40℃溫度范圍內(nèi)，對于R12也能得到滿意的結(jié)果。用經(jīng)驗(yàn)公式直接計(jì)算最佳中間壓力對于兩級氨制冷循環(huán)，拉賽(A.4.3復(fù)疊式蒸氣壓縮式制冷循環(huán)?4.3.1.兩個(gè)單級壓縮循環(huán)組成的復(fù)疊式制冷機(jī)?4.3.2一個(gè)兩級壓縮循環(huán)和一個(gè)單級壓縮循環(huán)組成的復(fù)疊式制冷機(jī)?4.3.3三個(gè)單級壓縮循環(huán)組成的復(fù)疊式制冷機(jī)?4.3.4用CO2作為第二制冷劑的復(fù)疊式制冷機(jī)4.3復(fù)疊式蒸氣壓縮式制冷循環(huán)?4.3.1.兩個(gè)單級壓縮定義由兩個(gè)（或數(shù)個(gè)）不同制冷劑工作的單級（也可以是多級）制冷系統(tǒng)組合而成。定義由兩個(gè)（或數(shù)個(gè)）不同制冷劑工作的單級（也可以是多級）制冷4.3.1兩個(gè)單級壓縮循環(huán)組成的復(fù)疊式制冷機(jī)高溫壓縮機(jī)高溫系統(tǒng)冷凝器節(jié)流閥冷凝蒸發(fā)器制冷劑R234.3.1兩個(gè)單級壓縮循環(huán)組成的復(fù)疊式制冷機(jī)高溫壓縮機(jī)高溫系壓縮機(jī)冷凝蒸發(fā)器低溫系統(tǒng)回?zé)崞鞴?jié)流閥蒸發(fā)器膨脹容器組成制冷劑R22壓縮機(jī)冷凝蒸發(fā)器低溫系統(tǒng)回?zé)崞鞴?jié)流閥蒸發(fā)器膨脹容器組成制冷劑圖4-10由兩個(gè)單級系統(tǒng)組成的復(fù)疊式制冷機(jī)a)制冷循環(huán)系統(tǒng)b)T-s圖圖4-10由兩個(gè)單級系統(tǒng)組成的復(fù)疊式制冷機(jī)a)制冷循環(huán)系統(tǒng)蒸汽壓縮式制冷循環(huán)課件復(fù)疊式制冷循環(huán)計(jì)算復(fù)疊式制冷循環(huán)是由單級或兩級壓縮制冷循環(huán)組成的，在制冷機(jī)循環(huán)中除個(gè)別兼供中溫冷量的循環(huán)外，制取冷量的均是低溫部分的蒸發(fā)過程。復(fù)疊式制冷循環(huán)的熱力計(jì)算可分別對高溫部分及低溫部分單獨(dú)進(jìn)行計(jì)算。復(fù)疊式制冷循環(huán)計(jì)算復(fù)疊式制冷循環(huán)是由單級或兩級壓縮制冷循環(huán)組復(fù)疊式制冷循環(huán)計(jì)算復(fù)疊式制冷循環(huán)是由單級或兩級壓縮制冷循環(huán)組成的，在制冷機(jī)循環(huán)中除個(gè)別兼供中溫冷量的循環(huán)外，制取冷量的均是低溫部分的蒸發(fā)過程。復(fù)疊式制冷循環(huán)的熱力計(jì)算可分別對高溫部分及低溫部分單獨(dú)進(jìn)行計(jì)算。復(fù)疊式制冷循環(huán)計(jì)算復(fù)疊式制冷循環(huán)是由單級或兩級壓縮制冷循環(huán)組4.3.2一個(gè)兩級壓縮循環(huán)和一個(gè)單級壓縮循環(huán)組成的復(fù)疊式制冷機(jī)一級節(jié)流高溫部分中間不完全冷卻節(jié)流前液體過冷帶回?zé)岬膬杉墘嚎s循環(huán)4.3.2一個(gè)兩級壓縮循環(huán)和一個(gè)單級壓縮循環(huán)組成的復(fù)疊式低溫部分帶回?zé)岬膯渭墘嚎s循環(huán)高溫制冷劑低溫R22或R507R23或R1150最低蒸發(fā)溫度可達(dá)-110℃低溫部分帶回?zé)岬膯渭墘嚎s循環(huán)高溫制冷劑低溫R22或R507R圖4-11高溫部分為兩級壓縮循環(huán)、低溫部分為單級壓縮循環(huán)組成的復(fù)疊式制冷循環(huán)系統(tǒng)原理圖a1—低溫部分壓縮機(jī)a2—高溫部分低壓級壓縮機(jī)a3—高溫部分高壓級壓縮機(jī)b—冷凝器c1、c2、c3—節(jié)流閥d—蒸發(fā)器d12冷凝-蒸發(fā)器e1—低溫部分氣-液熱交換器e2—高溫部分氣-液熱交換器f—高溫部分中間冷卻器圖4-11高溫部分為兩級壓縮循環(huán)、低溫部分為單級壓縮循環(huán)圖4-12高溫部分為兩級壓縮循環(huán)、低溫部分為單級壓縮循環(huán)組成的復(fù)疊式制冷循環(huán)lgp-h圖(a)高溫部分(b)低溫部分圖4-12高溫部分為兩級壓縮循環(huán)、低溫部分為單級壓縮循環(huán)最低蒸制冷劑發(fā)溫度制冷循環(huán)型式-80℃R22-R23R507-R23R290-R23R22單級或兩級壓縮—R23單級壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)R507單級或兩級壓縮—R23單級壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)R290兩級壓縮—R23單級壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)R22兩級壓縮—R23單級或兩級壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)R507兩級壓縮—R23單級或兩級壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)R22兩級壓縮—R1150單級壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)R22兩級壓縮—R1150兩級壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)-100℃R22-R23R507-R23R22-R1150-120℃R22-R1150R507-R1150R507兩級壓縮—R1150單級壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)R507-R1150R507兩級壓縮—R1150兩級壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)R22-R23-R50R507-R23-R50R22單級壓縮—R23單級壓縮—R50單級壓縮組合的復(fù)疊式循環(huán)R507單級壓縮—R23單級壓縮—R50單級壓縮組合