第五章-单机蒸汽压缩制冷复叠式制冷混合工质制冷循环.pptx
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1、2024/4/25 周四1第五章第五章 多级蒸气压缩制冷、复叠式制冷、多级蒸气压缩制冷、复叠式制冷、混合工质制冷循环混合工质制冷循环 551 1 多级蒸气压缩制冷循环多级蒸气压缩制冷循环 552 2 复叠式制冷循环复叠式制冷循环 553 3 混合工质制冷剂制冷循环混合工质制冷剂制冷循环 习题五习题五 2024/4/25 周四2551 1 多级蒸气压缩制冷循环多级蒸气压缩制冷循环 一、采用多级蒸气压缩式制冷循环的原因一、采用多级蒸气压缩式制冷循环的原因 1 1单级蒸气压缩式制冷循环的局限性单级蒸气压缩式制冷循环的局限性 由湿蒸气的热力性质可知,确定的制冷剂的冷凝压力与由湿蒸气的热力性质可知,确定
2、的制冷剂的冷凝压力与冷凝温度、蒸发压力与蒸发温度存在着一一对应的关系。因冷凝温度、蒸发压力与蒸发温度存在着一一对应的关系。因此,为了获得较低的蒸发温度,必须降低蒸发压力。这对于此,为了获得较低的蒸发温度,必须降低蒸发压力。这对于单级蒸气压缩式制冷来说,因冷凝温度受环境制约,冷凝压单级蒸气压缩式制冷来说,因冷凝温度受环境制约,冷凝压力变化不大,因此蒸发压力的降低必将导致制冷压缩机的力变化不大,因此蒸发压力的降低必将导致制冷压缩机的压压缩比缩比(p pk k:p po o)增大增大。如果压缩比超过一定限度,将会带来以。如果压缩比超过一定限度,将会带来以下一系列的问题。下一系列的问题。2024/4/
3、25 周四3蒸气压缩式制冷系统蒸气压缩式制冷系统 制冷剂系统(点击放大)2024/4/25 周四4 油系统(点击放大)2024/4/25 周四5 空气分离系统(点击放大)2024/4/25 周四6 泄氨系统(点击放大)2024/4/25 周四7 水系统(点击放大)2024/4/25 周四8 (1)(1)余隙容积影响增大余隙容积影响增大 随着压缩比的增大,排气结束时余隙容积内的高压制冷剂随着压缩比的增大,排气结束时余隙容积内的高压制冷剂在吸气时膨胀所点据的气缸容积越来越多,能吸入的回气越来在吸气时膨胀所点据的气缸容积越来越多,能吸入的回气越来越少。实践表明,当压缩比大于越少。实践表明,当压缩比大
4、于 20 20 后,普通活塞式压缩机的后,普通活塞式压缩机的容积系数几乎为零,基本失去吸入低压制冷剂回气的能力。容积系数几乎为零,基本失去吸入低压制冷剂回气的能力。(2)(2)排气温度升高,影响正常运行排气温度升高,影响正常运行 排气温度升高后,主要会产生如下排气温度升高后,主要会产生如下4 4个不利因素:个不利因素:(1)(1)使润使润滑油变稀,黏度下降,导致润滑条件恶化;滑油变稀,黏度下降,导致润滑条件恶化;(2)(2)排气温度超过排气温度超过润滑油的闪点后,易炭化而堵塞油路;润滑油的闪点后,易炭化而堵塞油路;(3)(3)易使润滑油挥发,易使润滑油挥发,随制冷剂进入换热器管道,并积聚成油膜
5、,影响换热;随制冷剂进入换热器管道,并积聚成油膜,影响换热;(4)(4)润润滑油与制冷剂易在高温下慢性分解,产生不凝性气体,使冷凝滑油与制冷剂易在高温下慢性分解,产生不凝性气体,使冷凝压力升高、增大冷凝负荷、产生易燃易爆的氢气,增大运行的压力升高、增大冷凝负荷、产生易燃易爆的氢气,增大运行的危险性。危险性。2024/4/25 周四9 (3)(3)压缩过程偏离等熵程度增大,实际功耗增加,制冷系数压缩过程偏离等熵程度增大,实际功耗增加,制冷系数下降。如图下降。如图5 51 1所示。所示。(4)(4)节流损失增大,制冷能力下降节流损失增大,制冷能力下降 如图如图5 52 2所示,压缩比较大时,节流后
6、的制冷剂干度所示,压缩比较大时,节流后的制冷剂干度(X X5 5)较大,根据第四章公式较大,根据第四章公式 q q0 0=r r0 0(1 1X X5 5)()(式式4 414)14)或图中或图中制冷量的比例大小可知循环时单位制冷能力下降。制冷量的比例大小可知循环时单位制冷能力下降。图图5 51 1 偏离等熵压缩时实际功耗增大偏离等熵压缩时实际功耗增大图图5 52 2 压缩比较大时功耗增大、制冷量下降压缩比较大时功耗增大、制冷量下降2024/4/25 周四10 可见,制冷压缩机的压缩比不能过大。在一般工作条件下,可见,制冷压缩机的压缩比不能过大。在一般工作条件下,现代活塞式单级制冷压缩机的压缩
7、比不超过现代活塞式单级制冷压缩机的压缩比不超过8 81010。其中,氨。其中,氨制冷压缩机因氨的绝热指数较大,压缩比不大于制冷压缩机因氨的绝热指数较大,压缩比不大于 8 8;氟利昂;氟利昂压缩机的压缩比不大于压缩机的压缩比不大于 10 10。表。表5 51 1列出了几种常见中温中压列出了几种常见中温中压制冷剂应用在单级活塞式制冷下的最低蒸发温度。制冷剂应用在单级活塞式制冷下的最低蒸发温度。表表5 5l l 单级活塞式压缩机的最低蒸发温度单级活塞式压缩机的最低蒸发温度 冷凝温度冷凝温度()()3030 3535 4040 5050最低蒸发温最低蒸发温度度()()R22R22 3737 3434
8、3131 2929 R502R502 3939 3636 3434 2929 R134aR134a 3232 2929 2525 2020 R717R717 2525 2222 2020 /由表由表5 5l l可见,单级蒸气压缩式制冷的蒸发温度一般只能可见,单级蒸气压缩式制冷的蒸发温度一般只能达到达到30302020,4040已经到了极限。如果需要更低的温已经到了极限。如果需要更低的温度并具有不太低的工作效率,则需采用度并具有不太低的工作效率,则需采用多级压缩制冷循环或复多级压缩制冷循环或复叠式制冷循环叠式制冷循环。2024/4/25 周四11 氟利昂制冷系统氟利昂制冷系统(点击放大点击放大)
9、2024/4/25 周四12 2 2采用多级蒸气压缩式制冷循环的优点采用多级蒸气压缩式制冷循环的优点 采用多级蒸气压缩式制冷循环来获取低温,能够避免或减采用多级蒸气压缩式制冷循环来获取低温,能够避免或减少单级蒸气压缩制冷循环中由于少单级蒸气压缩制冷循环中由于压力比过大压力比过大所引起的一系列所引起的一系列不不利的因素利的因素,从而改善制冷压缩机的工作条件,提高制冷效,从而改善制冷压缩机的工作条件,提高制冷效率。具体优点如下:率。具体优点如下:(1)(1)可降低各级压缩比,减小活塞式制冷压缩机的余隙容积可降低各级压缩比,减小活塞式制冷压缩机的余隙容积影响,减少制冷剂回气与气缸壁间的热交换,减少制
10、冷剂在压影响,减少制冷剂回气与气缸壁间的热交换,减少制冷剂在压缩过程中的窜气泄漏,提高制冷压缩机的输气系数,从而增大缩过程中的窜气泄漏,提高制冷压缩机的输气系数,从而增大制冷量。制冷量。(2)(2)可降低各级的排气温度,减小压缩过程中的不可逆损失,可降低各级的排气温度,减小压缩过程中的不可逆损失,保证设备更加高效、安全运行。保证设备更加高效、安全运行。(3)(3)可降低各级的压力差,使运行的平衡性能提高、机械摩可降低各级的压力差,使运行的平衡性能提高、机械摩擦和磨损减小。有利于简化设计和降低成本。擦和磨损减小。有利于简化设计和降低成本。(4)(4)可减少节流损失,提高制冷效率。可减少节流损失,
11、提高制冷效率。2024/4/25 周四13二、两级蒸气压缩式制冷循环二、两级蒸气压缩式制冷循环 1 1两级蒸气压缩制冷循环的基本形式两级蒸气压缩制冷循环的基本形式 根据节流的级数和中间冷却方式的不同,两级蒸气压缩根据节流的级数和中间冷却方式的不同,两级蒸气压缩制冷循环有下列几种基本形式:制冷循环有下列几种基本形式:(1)(1)一次节流中间完全冷却两级压缩制冷循环。一次节流中间完全冷却两级压缩制冷循环。(2)(2)一次节流中间不完全冷却两级压缩制冷循环。一次节流中间不完全冷却两级压缩制冷循环。(3)(3)一次节流中间完全不冷却两级压缩制冷循环。一次节流中间完全不冷却两级压缩制冷循环。(4)(4)
12、二次节流中间完全冷却两级压缩制冷循环。二次节流中间完全冷却两级压缩制冷循环。(5)(5)二次节流中间不完全冷却两级压缩制冷循环。二次节流中间不完全冷却两级压缩制冷循环。下面就常见的几种两级压缩制冷循环作简要的介绍和分下面就常见的几种两级压缩制冷循环作简要的介绍和分析,其余的基本结构和原理相类似。析,其余的基本结构和原理相类似。2024/4/25 周四14 一级节流中间完全冷却的双级压缩工作原理(点击放大)一级节流中间完全冷却的双级压缩工作原理(点击放大)2024/4/25 周四15一级节流一级节流 中间不完全冷却的双级压缩工作原理(点击放大)中间不完全冷却的双级压缩工作原理(点击放大)2024
13、/4/25 周四16二级节流中间完全冷却的双级压缩工作原理(二级节流中间完全冷却的双级压缩工作原理(点击放大点击放大)2024/4/25 周四17二级节流中间不完全冷却的双级压缩工作原理(二级节流中间不完全冷却的双级压缩工作原理(点击放大点击放大)2024/4/25 周四18二级节流,带中温蒸发器的中间完全冷却的双级压缩工作原理(二级节流,带中温蒸发器的中间完全冷却的双级压缩工作原理(点击放大点击放大)2024/4/25 周四19 2 2一次节流中间完全冷却两级压缩制冷循环一次节流中间完全冷却两级压缩制冷循环 (1)(1)系统基本组成系统基本组成 如图如图5 53 3所示,一次节流中间完全冷却
14、两级压缩制冷系所示,一次节流中间完全冷却两级压缩制冷系统主要由低压级压缩机、高压级压缩机、冷凝器、中间冷却统主要由低压级压缩机、高压级压缩机、冷凝器、中间冷却器、节流阀和蒸发器等设备组成。器、节流阀和蒸发器等设备组成。图图5 53 3 一次节流中间完全冷却两级压缩制冷系统基本组成一次节流中间完全冷却两级压缩制冷系统基本组成2024/4/25 周四20 (2)(2)基本工作原理基本工作原理 低压级制冷压缩机吸入来自蒸发器的低温低压低压级制冷压缩机吸入来自蒸发器的低温低压(t t0 0,p p0 0)制冷剂回气,压缩成为中间压力制冷剂回气,压缩成为中间压力(p pm m )的过热蒸气后排出,再的过
15、热蒸气后排出,再经管道送到中间冷却器。在中间冷却器中,该过热蒸气与原冷经管道送到中间冷却器。在中间冷却器中,该过热蒸气与原冷却器中的制冷剂饱和液体混合,并被冷却成为温度是却器中的制冷剂饱和液体混合,并被冷却成为温度是 t tm m (与中与中间压力间压力 p pm m 对应对应)的干饱和蒸气,之后,被吸人到高压级压缩机的干饱和蒸气,之后,被吸人到高压级压缩机中并被再次压缩至压力中并被再次压缩至压力 p pk k (冷凝压力冷凝压力)。经过两级压缩的制冷。经过两级压缩的制冷剂过热蒸气排入冷凝器等压冷却冷凝成饱和液体,然后分成两剂过热蒸气排入冷凝器等压冷却冷凝成饱和液体,然后分成两路:少部分经辅助
16、节流阀降压至中间压力路:少部分经辅助节流阀降压至中间压力 p pm m 后进入中间冷却后进入中间冷却器汽化吸热,用来冷却低压压缩机排出的蒸气和中间冷却器盘器汽化吸热,用来冷却低压压缩机排出的蒸气和中间冷却器盘管内的高压液体,最终与从低压级排出的被冷却的饱和蒸气一管内的高压液体,最终与从低压级排出的被冷却的饱和蒸气一同进入高压级压缩机,继续压缩成高压蒸气;大部分流入中间同进入高压级压缩机,继续压缩成高压蒸气;大部分流入中间冷却器的盘管,作进一步冷却,最终经节流阀节流降压至冷却器的盘管,作进一步冷却,最终经节流阀节流降压至 p p0 0 ,进入蒸发器汽化并吸收被冷却系统的热量。,进入蒸发器汽化并吸
17、收被冷却系统的热量。2024/4/25 周四21 (3)(3)热力过程压一焓图及其简要分析热力过程压一焓图及其简要分析(图图5 54)4)1 12 2 过程为低压压缩机的等熵压缩过程。过程为低压压缩机的等熵压缩过程。2 23 3 过程为一次压缩后制冷剂蒸气在中间冷却器中冷却过程为一次压缩后制冷剂蒸气在中间冷却器中冷却成饱和蒸汽的过程。成饱和蒸汽的过程。3 34 4 过程为高压压缩机的等熵压缩过程。过程为高压压缩机的等熵压缩过程。4 45 5 过程为高压制冷剂蒸气等压冷却冷凝过程。过程为高压制冷剂蒸气等压冷却冷凝过程。5 56 6 过程为小部分制冷剂液体经辅助节流阀降压至中间过程为小部分制冷剂液
18、体经辅助节流阀降压至中间压力的过程。压力的过程。图图5 54 4 一次节流中间完全冷却两级一次节流中间完全冷却两级 压缩制冷循环压压缩制冷循环压焓图焓图2024/4/25 周四22 6 63 3 过程为中间压力过程为中间压力(p pm m )的制冷剂液体吸热蒸发成饱的制冷剂液体吸热蒸发成饱和蒸气的过程。和蒸气的过程。5 57 7 过程为高压制冷剂液体在中间冷却器过冷过程。过程为高压制冷剂液体在中间冷却器过冷过程。7 78 8 过程为制冷剂液体由高压过程为制冷剂液体由高压 p pk k 节流降压至低压节流降压至低压 p p0 0的的过程。过程。8 81 1 过程为制冷剂液体在蒸发器中吸热汽化的过
19、程。过程为制冷剂液体在蒸发器中吸热汽化的过程。一次节流中间完全冷却两级压缩制冷较一次节流中间完全冷却两级压缩制冷较适用于大型氨制适用于大型氨制冷系统。冷系统。图图5 54 4 一次节流中间完全冷却两级一次节流中间完全冷却两级 压缩制冷循环压压缩制冷循环压焓图焓图一级节流中间完全冷却一级节流中间完全冷却p-hp-h图(点击放大)图(点击放大)2024/4/25 周四23 3 3一次节流中间不完全冷却两级压缩制冷循环一次节流中间不完全冷却两级压缩制冷循环 (1)(1)系统基本组成系统基本组成 一次节流中间不完全冷却两级压缩制冷系统的基本组成一次节流中间不完全冷却两级压缩制冷系统的基本组成与一次节流
20、中间完全冷却两级压缩制冷系统的基本相同,只与一次节流中间完全冷却两级压缩制冷系统的基本相同,只是低压压缩机、中间冷却器和高压压缩机三者之间的相互连是低压压缩机、中间冷却器和高压压缩机三者之间的相互连接有所变化,如图接有所变化,如图5 55 5所示。所示。图图5 55 5 一次节流中间不完全冷却两级压缩制冷系统基本组成一次节流中间不完全冷却两级压缩制冷系统基本组成2024/4/25 周四24 (2)(2)基本工作原理和热力过程压基本工作原理和热力过程压焓图焓图 与一次节流中间完全冷却两级压缩制冷系统的工作原理与一次节流中间完全冷却两级压缩制冷系统的工作原理的主要区别在于,低压级压缩机排出的中间压
21、力的主要区别在于,低压级压缩机排出的中间压力(p pm m )的蒸气的蒸气不再进入中间冷却器,而是与来自中间冷却器产生的饱和蒸不再进入中间冷却器,而是与来自中间冷却器产生的饱和蒸气在管路中混合,然后一同进入高压级压缩机。因此,高压气在管路中混合,然后一同进入高压级压缩机。因此,高压级压缩机吸入的是中间压力下的过热蒸气,而不再是饱和蒸级压缩机吸入的是中间压力下的过热蒸气,而不再是饱和蒸气,这就是所谓的气,这就是所谓的“中间不完全冷却中间不完全冷却”。2024/4/25 周四25 一次节流中间不完全冷却两级压缩制冷循环与一次节流一次节流中间不完全冷却两级压缩制冷循环与一次节流中间完全冷却两级压缩制
22、冷循环的理论热力过程相似,不同中间完全冷却两级压缩制冷循环的理论热力过程相似,不同的地方只是中间冷却器冷却过程。对于中间完全冷却,的地方只是中间冷却器冷却过程。对于中间完全冷却,2 23 3过程为制冷剂蒸气在中间冷却器中冷却成饱和蒸气的过程,过程为制冷剂蒸气在中间冷却器中冷却成饱和蒸气的过程,3 34 4 过程为高压压缩机的等熵压缩过程;对于中间不完全冷过程为高压压缩机的等熵压缩过程;对于中间不完全冷却循环,却循环,2 23 3 和和 6 63 3 为管道中的混合过程,而为管道中的混合过程,而 3 34 4 为高为高压压缩机的压缩过程,如图压压缩机的压缩过程,如图 5 56 6所示。所示。图图
23、5 56 6 一次节流中间不完全冷却两一次节流中间不完全冷却两 级压缩制冷循环压一焓图级压缩制冷循环压一焓图 一次节流中间不完全冷却两级压缩制冷循环较适用于一次节流中间不完全冷却两级压缩制冷循环较适用于 R12R12、R22R22等氟利昂制冷系统。等氟利昂制冷系统。一级节流中间不完一级节流中间不完冷却冷却 p-hp-h 图(图(点击放大点击放大)2024/4/25 周四26 4 4二次节流中间完全冷却两级压缩制冷循环二次节流中间完全冷却两级压缩制冷循环 二次节流中间完全冷却两级压缩制冷循环也是常见的制二次节流中间完全冷却两级压缩制冷循环也是常见的制冷循环形式。但二次节流循环一般不适宜用于活塞式
24、和螺杆冷循环形式。但二次节流循环一般不适宜用于活塞式和螺杆式压缩机制冷系统,却适宜于离心式压缩机制冷系统,而中式压缩机制冷系统,却适宜于离心式压缩机制冷系统,而中间完全冷却方式通常只适合氨制冷系统。间完全冷却方式通常只适合氨制冷系统。(1)(1)系统基本组成系统基本组成(图图5 57)7)图图5 57 7 二次节流中间完全冷却两级压缩制冷系统基本组成二次节流中间完全冷却两级压缩制冷系统基本组成2024/4/25 周四27 低压级压缩机吸取来自蒸发器的低压低压级压缩机吸取来自蒸发器的低压(p p0 0)制冷剂回气,制冷剂回气,并将其压缩成压力为并将其压缩成压力为 p pm m (中间压力中间压力
25、)的过热蒸气后排入中间冷的过热蒸气后排入中间冷却器。该过热蒸气在中间冷却器中被完全冷却到中间压力下的却器。该过热蒸气在中间冷却器中被完全冷却到中间压力下的干饱和蒸气后,再被高压级压缩机吸入并压缩到冷凝压力干饱和蒸气后,再被高压级压缩机吸入并压缩到冷凝压力(p pk k )后送入冷凝器等压冷凝成饱和液体。后送入冷凝器等压冷凝成饱和液体。图图5 57 7 二次节流中间完全冷却两级压缩制冷系统基本组成二次节流中间完全冷却两级压缩制冷系统基本组成2024/4/25 周四28该饱和液体经节流阀该饱和液体经节流阀 A A 节流降压到中间压力后进入中间冷却器,节流降压到中间压力后进入中间冷却器,其中一小部分
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