双级和复叠式蒸气压缩制冷

4.1双级蒸气压缩制冷

一、  单级蒸气压缩局限性:
1. 
冷凝压力 ↔ tk环境温度、冷却介质温度
  
蒸发压力 ↔ t0用户要求(制冷系统的用途)
2.
用户要求蒸发温度蒸发压力↘ 压缩比(pk/p0)↗
3. pk/p0增大→导致 1. 压缩机输气系数下降;
2. 压缩机排气温度升高,润滑条件变坏;
3.
压缩机耗功增加,制冷量下降,制冷系数降低。

二、单级蒸气压缩条件:

  氨制冷系统:pk/p0≤8;最低蒸发温度=-25℃;
  氟利昂制冷系统:pk/p0≤10;最低蒸发温度=-37℃;

三、双级蒸气压缩工作原理:压缩过程分两阶段进行
  低压级压缩 高压级压缩
蒸发压力——————→ 中间压力 ——————→ 冷凝压力
  a.来自蒸发器的低温制冷剂蒸气(压力为Po)先进入低压级压缩机,在其中压缩到中间压力Pm
  b.经过中间冷却器冷却(分为两种情况--中间完全冷却为饱和蒸气和中间不完全冷却为过热蒸气);
  c.再进入高压级压缩机,将其压缩为冷凝压力Pk,排入冷凝器中。
四、双级蒸气压缩类型:
  单机双级:一台压缩机,气缸一部分为高压级,一部分为低压级。
双机双级:两台压缩机,分别为高压级和低压级。
  一级节流:供液的制冷剂液体直接由冷凝压力节流至蒸发压力;
二级节流:经一个阀节流至中间压力,再经另一个节流至蒸发压力。
  中间完全冷却:将低压级的排气,冷却到中间压力下的饱和蒸气。
中间不完全冷却:未将排气冷却到中间压力下的饱和蒸气。
  1.       一级节流中间完全冷却   2.       一级节流中间不完全冷却
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 中间不完全冷却的双级压缩工作原理(点击放大
  3.二级节流中间完全冷却   4.       二级节流中间不完全冷却
二级节流中间完全冷却的双级压缩工作原理(点击放大
 
二级节流中间不完全冷却的双级压缩工作原理(点击放大
  5.       二级节流,带中温蒸发器的中间完全冷却    
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
   
五、双级蒸气压缩热力学计算:
  1.       一级节流中间完全冷却——氨系统
一级节流中间完全冷却原理(点击放大 一级节流中间完全冷却p-h图(点击放大
  1)单位质量制冷量: q0h1h8    kJ/kg
  2
)单位容积制冷量: qvq0 / v1    kJ/ m3
  3
)单位冷凝热负荷: qkh4h5     kJ/kg
  4
)低压级单位理论压缩功: w0dh2h1   kJ/kg
  5
)高压级单位理论压缩功: w0gh4h3    kJ/kg
  6
)低压级制冷剂的质量流量: MRdQ0 / q0    kg/s
  7
)高压级制冷剂的质量流量:
  8
)制冷系数:
2.      
一级节流中间不完全冷却——氟利昂系统
一级节流中间不完全冷却原理(点击放大 一级节流中间不完全冷却p-h图(点击放大
   1)单位质量制冷量: q0h1h8    kJ/kg
   2
)单位容积制冷量: qvq0 / v1    kJ/ m3
   3
)单位冷凝热负荷: qkh4h5     kJ/kg
   4
)低压级单位理论压缩功: w0dh2h1   kJ/kg
   5
)高压级单位理论压缩功: w0gh4h3    kJ/kg
   6
)低压级制冷剂的质量流量: MRdQ0 / q0    kg/s
   7
)高压级制冷剂的质量流量:
   8
)制冷系数:
3.      
一级节流中间完全冷却与一级节流中间不完全冷却的区别:
   ①
一级节流中间完全冷却的压缩过程:从蒸发器来的制冷剂在低压级压缩机中压缩至中间压力pm,排入到中间冷却器中,被其中的液体制冷剂冷却成中间压力pm下的饱和蒸气,再进入高压级压缩机中被压缩到冷凝压力pk
   ②一级节流中间不完全冷却的压缩过程:低压级压缩机的排气不是直接进入中间冷却器冷却,而是和中间冷却器出来的中温制冷剂蒸汽在管道中混合被冷却,然后进入高级压缩机压缩。

   ③一级节流中间不完全冷却的制冷系统中一般设有回热器,保证低压级压缩机的过热度。因此供液的制冷剂液体两次过冷。

六、中间压力的确定:适宜的中间压力可获得最佳的运行经济性。
R717φ0.951
R22φ0.9~0.95
4.2复叠式蒸气压缩制冷
一、复叠式压缩原因:
   1. 双级压缩制冷的局限性:

    ①双级压缩制冷的制冷温度受制冷剂凝固点的限制不能太低。

    ②双级压缩制冷受蒸发压力过低的限制。
  
 ③双级压缩受循环压力比的限制。
   2. 解决方法:采用低温制冷剂。

   
低温制冷剂在常温下无法冷凝成液体,因此采用另一台制冷装置与之联合运行,为低温制冷剂循环的冷凝过程提供冷源,降低冷凝温度和压力。即为复叠式制冷。
二、 
复叠式压缩工作原理:
  复叠式压缩制冷系统通常由两个单级压缩循环组成,之间用蒸发冷凝器联系起来:
高温部分:采用中温制冷剂,制冷剂的蒸发用来使低温部分系统中的制冷剂冷凝,其蒸发器是低温部分的冷凝器。
低温部分:采用低温制冷剂,蒸发时从被冷却对象吸热制冷。
复叠式压缩工作(点击放大 复叠式压缩计算p-h图(点击放大
 三、  复叠式压缩机实例:
  1. 两个单级复叠系统组成的制冷机原理:     2. 三个单级复叠系统组成的制冷机原理:
两个单级复叠系统(点击放大
 
三个单级复叠系统(点击放大
  3. 生产干冰的复叠式制冷机原理:   四、  复叠式压缩制冷装置:
干冰复叠式制冷(点击放大
 
复叠式制冷装置(点击放大
五、  各种蒸气压缩式制冷方式的比较:  

   制冷循环

   使用原因

   应用温度范围

   制冷剂

   单级压缩

   一般制冷

   5℃~-30℃

   一种

   双级压缩

   压缩比过大

   -60℃~-80℃

   一种

   复叠式压缩

   制低温

   <-80℃

   两种或两种以上