1、 第四章第四章 两级压缩和复叠式制冷循环两级压缩和复叠式制冷循环第1页，共27页。4.1 4.1 概述概述 在蒸气压缩式制冷循环中，当制冷剂选定后，其冷凝压力、蒸在蒸气压缩式制冷循环中，当制冷剂选定后，其冷凝压力、蒸发压力均由冷凝温度和蒸发温度决定。冷凝温度受环境介质发压力均由冷凝温度和蒸发温度决定。冷凝温度受环境介质(水或空水或空气气)温度的限制，蒸发温度由制冷装置的用途确定。当冷凝温度升高温度的限制，蒸发温度由制冷装置的用途确定。当冷凝温度升高或蒸发温度降低时，压缩机的压力比将增大。由于压缩机余隙容积或蒸发温度降低时，压缩机的压力比将增大。由于压缩机余隙容积的存在，压力比提高到一定数值后，
2、将会出现以下问题：的存在，压力比提高到一定数值后，将会出现以下问题：（1）压缩机的容积系数变为零，压缩机不再吸气，制冷机虽然在不）压缩机的容积系数变为零，压缩机不再吸气，制冷机虽然在不断运行，制冷量却变为零；断运行，制冷量却变为零；（2）压缩机排气温度过高，润滑油可能碳化；）压缩机排气温度过高，润滑油可能碳化；（3）节流损失增大，单位质量制冷量和制冷系数大为下降。）节流损失增大，单位质量制冷量和制冷系数大为下降。第2页，共27页。所以，单级制冷压缩机的压力比一般不应超过所以，单级制冷压缩机的压力比一般不应超过810，在设计和，在设计和使用时都规定了最大压力差限制，如：使用时都规定了最大压力差限
3、制，如：以以R717为制冷剂时，（为制冷剂时，（Pk-P0）1.6MPa；以以R717为制冷剂时，（为制冷剂时，（Pk-P0）1.6MPa；以以R12为制冷剂时，（为制冷剂时，（Pk-P0）1.4MPa。同理，单级制冷压缩机的蒸发温度低于一定数值时，也无法达同理，单级制冷压缩机的蒸发温度低于一定数值时，也无法达到制冷的目的，所以也规定了单级制冷压缩机的最低蒸发温度：到制冷的目的，所以也规定了单级制冷压缩机的最低蒸发温度：第3页，共27页。因此，当制冷系统的设计压差大于最大压力差限制，或制冷系因此，当制冷系统的设计压差大于最大压力差限制，或制冷系统的蒸发温度低于最低蒸发温度时，应采用多级压缩统的
4、蒸发温度低于最低蒸发温度时，应采用多级压缩 （活塞式制冷（活塞式制冷压缩机多为两级压缩），甚至复叠式制冷。压缩机多为两级压缩），甚至复叠式制冷。第4页，共27页。4.2 4.2 两级压缩制冷循环两级压缩制冷循环 两级压缩制冷循环中，制冷剂的压缩过程分两个阶段进行，即使两级压缩制冷循环中，制冷剂的压缩过程分两个阶段进行，即使来自蒸发器的低压制冷剂蒸气来自蒸发器的低压制冷剂蒸气P0先进人低压压缩机，在其中压缩到中先进人低压压缩机，在其中压缩到中间压力间压力Pm，经过中间冷却后再进入高压压缩机，将其压缩到冷凝压力，经过中间冷却后再进入高压压缩机，将其压缩到冷凝压力Pk，最后排入冷凝器中。，最后排入冷
5、凝器中。两级压缩制冷系统，可以是双机双级型，也可以是单机双级型。两级压缩制冷系统，可以是双机双级型，也可以是单机双级型。两级压缩制冷循环按中间冷却方式可分为中间完全冷却循环与中两级压缩制冷循环按中间冷却方式可分为中间完全冷却循环与中间不完全冷却循环；按节流方式又可分为一级节流循环与两级节流循间不完全冷却循环；按节流方式又可分为一级节流循环与两级节流循环。环。第5页，共27页。4.1.1 4.1.1 一级节流、中间完全冷却的两级压缩循环一级节流、中间完全冷却的两级压缩循环 所谓一级节流中间完全冷却的两级压缩循环，是指直接将制冷所谓一级节流中间完全冷却的两级压缩循环，是指直接将制冷剂液体由冷凝压力
6、剂液体由冷凝压力Pk节流至蒸发压力节流至蒸发压力P0，并将低压级的排气完全冷，并将低压级的排气完全冷却到中间压力却到中间压力Pm下的饱和蒸气下的饱和蒸气常用于两级压缩氨制冷循环常用于两级压缩氨制冷循环。第6页，共27页。一级节流中间完全冷却的两级压缩一级节流中间完全冷却的两级压缩循环热力计算：循环热力计算：两级压缩制冷循环中单位质量制冷量两级压缩制冷循环中单位质量制冷量：低压压缩机每压缩低压压缩机每压缩1kg蒸气所消耗的理论功蒸气所消耗的理论功：设制冷机的制冷量为设制冷机的制冷量为Q0kW，则低压压缩机的质量流量为，则低压压缩机的质量流量为：低压压缩机所需的轴功率：低压压缩机所需的轴功率：第7
7、页，共27页。低压压缩机的实际输气量：低压压缩机的实际输气量：低压压缩机的理论输气量：低压压缩机的理论输气量：高压压缩机消耗的单位理论功：高压压缩机消耗的单位理论功：第8页，共27页。高压压缩机的制冷剂流量高压压缩机的制冷剂流量qmG可以根据中间冷却器的热平衡关系计算，可以根据中间冷却器的热平衡关系计算，由公式：由公式：从而可求出从而可求出：高压压缩机所需的轴功率：高压压缩机所需的轴功率：第9页，共27页。高压压缩机的理论输气量：高压压缩机的理论输气量：高压压缩机的实际输气量：高压压缩机的实际输气量：两级压缩一级节流、中间完全冷却理论循环的制冷系数为：两级压缩一级节流、中间完全冷却理论循环的制
8、冷系数为：实际循环的制冷系数为第10页，共27页。实际循环的制冷系数为：实际循环的制冷系数为：冷凝器热负荷：冷凝器热负荷：根据计算出来的根据计算出来的qvhG、qvhD选配合适的压缩机，并据选配合适的压缩机，并据Qo和和Qk选配蒸发器选配蒸发器和冷凝器和冷凝器称之为设计性计算；称之为设计性计算；对于已有的两级制冷机可根据它的对于已有的两级制冷机可根据它的qvhG、qvhD数值，计算出它的实际制数值，计算出它的实际制冷量冷量Qo第11页，共27页。两级压缩氨制冷机在冷库制冷装置中的实际系统图两级压缩氨制冷机在冷库制冷装置中的实际系统图第12页，共27页。4.2.2 4.2.2 一级节流、中间不完
9、全冷却的两级压缩循环一级节流、中间不完全冷却的两级压缩循环 与一级节流中间完全冷却循环的主要区别在于低压压缩机的排与一级节流中间完全冷却循环的主要区别在于低压压缩机的排气不进人中间冷却器，而是与中间冷却器中产生的饱和蒸气在管路气不进人中间冷却器，而是与中间冷却器中产生的饱和蒸气在管路中混合后进入高压压缩机，因此，高压压缩机吸入的是中间压力下中混合后进入高压压缩机，因此，高压压缩机吸入的是中间压力下的过热蒸气的过热蒸气常用于两级压缩氟里昂制冷循环。常用于两级压缩氟里昂制冷循环。第13页，共27页。一级节流中间不完全冷却循环的热力计算与一级节流中间完全一级节流中间不完全冷却循环的热力计算与一级节流
10、中间完全冷却循环的计算基本上是一样的。冷却循环的计算基本上是一样的。高压压缩机的制冷剂流量仍可由高压压缩机的制冷剂流量仍可由 中间冷却器的热平衡关系求得中间冷却器的热平衡关系求得。一级节流中间不完全冷却的两级压缩循环热力计算：一级节流中间不完全冷却的两级压缩循环热力计算：第14页，共27页。高压压缩机的吸气状态参数点高压压缩机的吸气状态参数点4 的比焓可由两部分蒸气混合的比焓可由两部分蒸气混合过程的热平衡关系式求得。过程的热平衡关系式求得。第15页，共27页。两级压缩两级压缩SD2-4F10A氟里昂制冷机在制冷装置中氟里昂制冷机在制冷装置中实际系统图实际系统图第16页，共27页。4.3 4.3
11、 两级压缩制冷机的热力计算两级压缩制冷机的热力计算和温度变动时的特性和温度变动时的特性4.3.14.3.1两级压缩制冷机的热力计算两级压缩制冷机的热力计算 *两级压缩制冷机应使用两级压缩制冷机应使用R717R717、R22R22、R290R290等中温制冷剂，等中温制冷剂，为的是为的是低温下系统中蒸发压力不会太低、常温下冷凝压力又不会且易于液化。低温下系统中蒸发压力不会太低、常温下冷凝压力又不会且易于液化。*对采用回热有利的制冷剂对采用回热有利的制冷剂R22R22、R290R290等应选用等应选用一级节流中间不完一级节流中间不完全冷却循环方式；全冷却循环方式；*对采用回热不利的制冷剂对采用回热
12、不利的制冷剂R717R717等应选用等应选用一级节流中间完全冷却一级节流中间完全冷却循环方式。循环方式。*两级压缩制冷的热力计算方法与单级压缩制冷的热力计算方法基两级压缩制冷的热力计算方法与单级压缩制冷的热力计算方法基本一样。本一样。第17页，共27页。4.3.2 4.3.2 两级压缩制冷机中间压力的确定两级压缩制冷机中间压力的确定1.1.校核计算：校核计算：高、低压级压缩机已定，通过热力计算去确定中间压力。高、低压级压缩机已定，通过热力计算去确定中间压力。按一定间隔选择若干个中间温度，按所选温度分别进行循环的按一定间隔选择若干个中间温度，按所选温度分别进行循环的热力计算，求出不同中间温度下的
13、理论输气量的比值，与给定的高、热力计算，求出不同中间温度下的理论输气量的比值，与给定的高、低压压缩机的理论输气量比值进行比较，用试凑法来确定中间压力。低压压缩机的理论输气量比值进行比较，用试凑法来确定中间压力。第18页，共27页。2.2.设计计算：设计计算：根据制冷系数最大这一原则去选取最佳中间压力。根据制冷系数最大这一原则去选取最佳中间压力。（1 1）按几何比例中项确定中间压力）按几何比例中项确定中间压力：根据确定的冷凝压力根据确定的冷凝压力P Pk k、和蒸发压力、和蒸发压力P Po o，按下式确定：，按下式确定：（2 2）按拉塞（）按拉塞（A.RaslA.Rasl）公式确定中间温度）公式
14、确定中间温度：根据确定的冷凝温度根据确定的冷凝温度T Tk k、和蒸发温度、和蒸发温度T To o，按下式确定：，按下式确定：第19页，共27页。（3 3）按诺模图确定中间温度）按诺模图确定中间温度：诺模根据拉塞公式制作了诺模根据拉塞公式制作了诺模图，可以很方便地查找中诺模图，可以很方便地查找中间温度。间温度。值得注意的是：诺模图和值得注意的是：诺模图和拉塞公式一般只适用于氨为制拉塞公式一般只适用于氨为制冷剂的系统。冷剂的系统。第20页，共27页。4.3.3 4.3.3 温度变动时制冷机特性温度变动时制冷机特性 当制冷机的运行工况与设一汁工况相同时，制冷机即具有设计当制冷机的运行工况与设一汁工
15、况相同时，制冷机即具有设计计算中所确定的中间压力计算中所确定的中间压力Pm、轴功率、轴功率PeG、PeD、制冷系数、制冷系数0等，但等，但当工况发生变动时，上述指标也将都发生变化。当工况发生变动时，上述指标也将都发生变化。当当tO升高时，压缩机的进气比容升高时，压缩机的进气比容v1减小，单位制冷量减小，单位制冷量qo增大，增大，故机组的制冷量故机组的制冷量Qo增大，制冷系数增大，制冷系数0提高。反之依然。提高。反之依然。第21页，共27页。4.4 4.4 复叠式制冷机循环复叠式制冷机循环 复叠式制冷机通常由两个单复叠式制冷机通常由两个单独的制冷系统组成，分别称为高独的制冷系统组成，分别称为高温
16、级部分及低温级部分。温级部分及低温级部分。高温级高温级使用中温制冷剂，低温级使用低使用中温制冷剂，低温级使用低温制冷剂温制冷剂。两部分用一个。两部分用一个冷凝蒸冷凝蒸发器发器联系起来，它既是高温部分联系起来，它既是高温部分的蒸发器，又是低温部分的冷凝的蒸发器，又是低温部分的冷凝器。器。第22页，共27页。23 复叠式制冷循环原理复叠式制冷循环原理 例如：例如：R13R13为低温级制冷剂，为低温级制冷剂，或或R22R22为高温级制冷剂，低温为高温级制冷剂，低温级蒸发温度为级蒸发温度为-80-80，冷凝温，冷凝温度为度为-30-30；高温级冷凝温度；高温级冷凝温度为为3535。冷凝蒸发器中的传热温
17、差一冷凝蒸发器中的传热温差一般取般取510510。STR13R22 一般当蒸发温度低于一般当蒸发温度低于-80-80，采用单一制冷剂的两级压缩制冷系统，采用单一制冷剂的两级压缩制冷系统，由于低压压缩机吸气压力过低，无法正常工作时，应采用复叠式制冷。由于低压压缩机吸气压力过低，无法正常工作时，应采用复叠式制冷。-80-30 30 PkPo第23页，共27页。复叠式制冷循环的几个问题：复叠式制冷循环的几个问题：1.1.应用温度范围：应用温度范围：当蒸发温度低于当蒸发温度低于-80-80时，应采用复叠式制冷。当蒸发温度为时，应采用复叠式制冷。当蒸发温度为-60-60-80-80时，复叠式制冷和双级压
18、缩都可以采用。时，复叠式制冷和双级压缩都可以采用。2.2.制冷剂的选择：制冷剂的选择：高温部分可选用高温部分可选用R22R22、R717R717、R502R502、丙烷、丙烯；低温部分可、丙烷、丙烯；低温部分可选用选用R13R13、COCO2 2、R14R14、乙烷、乙烯、甲烷等，根据制冷装置的用途、乙烷、乙烯、甲烷等，根据制冷装置的用途配对选用。配对选用。3.3.热力计算：热力计算：复叠式制冷的热力计算可分别对高温部分及低温部分单独进行复叠式制冷的热力计算可分别对高温部分及低温部分单独进行计算。计算方法与单级或两级压缩制冷循环的热力计算相同。计算计算。计算方法与单级或两级压缩制冷循环的热力计
19、算相同。计算中注意高温部分的制冷量等于低温部分的冷凝热负荷加上冷损失。中注意高温部分的制冷量等于低温部分的冷凝热负荷加上冷损失。第24页，共27页。第四章第四章 习题习题简答题：简答题：1.1.为什么单级压缩制冷压缩机的压力比一般不应超过为什么单级压缩制冷压缩机的压力比一般不应超过8-108-10？2.2.什么叫做两级压缩？两级压缩制冷的中间压力应如何确定？什么叫做两级压缩？两级压缩制冷的中间压力应如何确定？3.3.为什么两级压缩制冷所能达到的最低温度也是有限的？为什么两级压缩制冷所能达到的最低温度也是有限的？4.4.什么叫复叠式制冷？为什么要采用复叠式制冷？什么叫复叠式制冷？为什么要采用复叠
20、式制冷？5.5.复叠式制冷系统中的冷凝蒸发器的作用是什么？复叠式制冷系统中的冷凝蒸发器的作用是什么？第25页，共27页。计算题：计算题：有一套两级压缩制冷装置，采用有一套两级压缩制冷装置，采用4AV174AV17型压缩机作为低压级型压缩机作为低压级 （气缸直径（气缸直径D D=170mm=170mm，活塞行程，活塞行程S S=140mm=140mm，转速，转速n n=720r/min=720r/min），），以以2AV12.52AV12.5型压缩机作为高压级（气缸直径型压缩机作为高压级（气缸直径D D=125mm=125mm，活塞行程，活塞行程S S=100mm=100mm，转，转速速n n=960r/min=960r/min）。当冷凝温度）。当冷凝温度t tk k=40=40（不用过冷）蒸发温度（不用过冷）蒸发温度t to o=-40=-40，若，若吸气管路有害过热为吸气管路有害过热为66，求两级压缩制冷装置的制冷量是多少？，求两级压缩制冷装置的制冷量是多少？第26页，共27页。谢谢大家！第27页，共27页。
