第4章 两级压缩和复叠式制冷循环

两级 中间完全冷却器

第四章 两级压缩 和复叠式制冷循环

两级 中间完全冷却器

目的、要求

掌握采用两级压缩制冷循环的原因及其基本流程 掌握常用两级压缩制冷循环的形式及其特性分析

了解复叠式制冷循环的组成及特点

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4.1 概述蒸汽压缩制冷循环的冷凝温度与蒸 发温度决定相应的冷凝压力和蒸发压力。 冷凝温度受环境介质的温度限制，蒸发 温度由制冷装置的用途决定。

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当压力差(Pk-P0)>12~14和压力比 Pk/P0>8 ~ 10时，

压缩机的压力差超过允许值，导致机件损坏； 压力比过大，排气温度升高，使润滑油稀化；导致润滑油的碳化，引起润滑不良；压力比过大，导致容积效率ηV和 制冷量φ0大大降低。 下表为常用制冷剂在Pk/P0=10时的最低蒸发温度：冷凝温度(°C)

制冷剂 R717R22 R12

30

35

40

45

50

-30.5-37.2 -36.8

-27.3-34.2 -33.8

-24.4-31.5 -31.1

—— -28.3

—— -25.4

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规定：单级压缩氨制冷剂的压比Pk/P0≤8;氟 利昂的压比Pk/P0≤10. 方法：为达到较低的蒸发温度,采用两级或多 级压缩制冷循环。

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4.2 两级压缩制冷循环1)循环流程： 蒸发器的制冷剂蒸汽P0→低压级压缩机Pm→中间 冷却器→高压级压缩机Pk→冷凝器Pk 2)分类：中间完全冷却方式，冷却到饱和蒸汽状态; 中间不完全冷却方式，未冷却到饱和蒸汽状态. 一级节流，Pk→P0 两级节流，Pk→Pm→P0

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压缩过程为两级压缩，其他与单级相同：低温低 低压级 中间压 压制冷 力下过 剂蒸气 热蒸气 中间冷却器 过热蒸气 高压级 被冷却

冷凝压 力下过 热蒸气

两台压缩机双级制冷 系统组成 一台压缩机， 高、低压气缸 中间完 全冷却 中间不完 全冷却

双机双级系统单机双级系统：气缸数比常为1:3或1:2

中间冷 却程度

低压级排气在中间冷却器中被冷却到中 间压力下的饱和温度。如氨系统 低压级排气与中间冷却器中的蒸气混和， 被冷却到某一过热点。如氟利昂系统

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4.2.1 一级节流，中间完全冷却 两级压缩制冷循环

两级 中间完全冷却器

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循环过程蒸发器中产生的低压低温制冷剂蒸气(状态1), 被低压压缩机吸入并压缩成中间压力的过热蒸气 (状态2),然后进入同一压力的中间冷却器，在 中冷器内被冷却成干饱和蒸气(状态3)。中压干 饱和蒸气又被高压压缩机吸入并压缩到冷凝压力的 过热蒸气(状态4),随后进入冷凝器被冷凝成液 体(状态5)。然后分成两路，一路经膨胀阀节流 降压后(状态8)进入中间冷却器，大部分液体从 另一路进入中间冷却器的盘管内过冷(状态6), 成为过冷液体，进入第二个节流阀，节流后进入蒸 发器。

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热力计算有关计算公式： ①单位制冷量 q0, ②理论比功 ω0, ③质量流量 qm= Φ0/q0, ④轴

功率Pe=qmω0/ηk, ⑤实际输气量：qvs=qm v1, ⑥理论输气量 qvh= qvs/λ, ⑦理论性能系数COP0= Φ0/ (PD+P G)

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热力计算⑧实际性能系数COPS =COP0/ (P D/ηkD +P G/ηkG) ⑨中间冷却器： 低压级排气放热量+液体过冷放热量 =节流后的低压液体吸热量

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单位制冷量：q0= h1–h8= h1–h7 低压级压缩机的理论比功： ω0D = h2-h1 低压级压缩机的质量流量： qmD=Φ0/q0=Φ0/( h1- 7) h 低压级压缩机的轴功率： PeD=qmDω0D/ηkD =Φ0(h2-h1)/(h1- 7)ηkD h 低压级压缩机的实际输气量： qvsD =qmDv1=Φ0v1/( h1- 7) h 低压级压缩机的理论输气量： qvhD=qvsD/λD=Φ0v1/(h1–h7)λD

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热力计算高压级压缩机的理论比功：ω0G = h4 - 3 –h 中间冷却器的热平衡关系： qmDh2+qmD(h5- 7)+(qmG- mD)h5=qmGh3 h q 高压级压缩机的制冷剂流量: qmG=(h2–h7)Φ0/( h3- 5)( h1–h7) h 高压级压缩机的轴功率： PeG=qmGω0G/ηkG=Φ0(h2- 7)(h4- 3)/(h1- 7)(h3–h5)η h h h

kG

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热力计算

高压级压缩机的实际输气量： qvsG =qmGv3=Φ0(h2- 7)v3/(h1- 7)(h3- 5) h h h 高压级压缩机的理论输气量： qvhG=qvsG/λG=Φ0(h2- 7)v3/(h1- 7)(h3- 5)λG h h h 理论循环性能系数： COP0=Φ0/(qmDω0D+qmGω0G) 实际循环性能系数： COP0=Φ0/(qmDω0D/ηkD+qmGω0G/ηkG)

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热力计算

冷凝器热负荷： Φk=qmG(h4s- 5) h h4s=h3–(h4–h3)ηiG 制冷量： Φ0=qvhDλD(h1- 7)/v1 h