第十六讲实际工况变化对制冷循环的影响

第十七讲采用多级压缩制冷的
原因
教学目的：
1、初步认识多级压缩制冷；
2、掌握单级蒸汽压缩式制冷循环的局限性
教学重点：
采用多级压缩的局限性
教学难点：
多级压缩制冷循环的特点
教学过程：
复习提问：单级蒸汽压缩式制冷循环的设备组成？
一、单级蒸汽压缩式制冷循环的局限性
为了满足生产工艺的要求，往往要求制冷循环能获得较低的蒸发温度。

对于单级蒸汽压缩式制冷循环来说，当压力比过大时就会带来一系列的问题：
1、由于压力比过大，余隙容积的影响将会增大，
而导致活塞式制冷压缩机的输汽系数下降，实际输汽量减少，制冷机的制冷量下降。

2、由于压力比过大，会使制冷压缩机的排汽温度升高。

3、由于压力比过大，会使压缩机压缩过程的不可逆性增大，即实际压缩过程偏离等熵程度增大，使制冷压缩机的效率下降，实际耗功增大，制冷系数下降。

4、由于压力比过大，使循环中的节流损失增大，节流后制冷剂的干度增大，导致循环的制冷量下降，制冷性能下降。

所以在实际制冷工程中，单级制冷压缩机的压力比是有限制的。

单级制冷压缩机所能达到的最大压力比，是与制冷压缩机的设计及制造质量，汽缸的冷却情况及制冷剂的种类有关。

对于氨因绝热指数较大，故一般取压力比小于或等于8；对于一般的氟利昂因绝热指数较小，故可取压力比小于或等于10。

所以单级蒸汽压缩式制冷循环在应用中温中压
制冷剂时，蒸发温度通常达到-20～-30℃左右，最低只能达到-40℃。

如果需要更低的蒸发温度以及高的制冷循环工作效率，就需采用多级压缩制冷循环或复叠式制冷循环等。

二、多级蒸汽压缩式制冷循环的特点
采用多级蒸汽压缩制冷循环能够避免或减少单级蒸汽压缩制冷循环中由于压力比过大所引起的一系列不利的因素，从而改善制冷压缩机的工作条件。

1、采用多级压缩制冷循环，可使每一级的压力比降低，减少活塞式式冷压缩机的余隙容积影响，减少制冷剂蒸汽与汽缸壁之间的热交换、减少制冷剂在压缩过程中的内部泄漏损失等，提高制冷压缩机的输汽系数，提高实际输汽量，在其它条件不变的情况下，增加循环的制冷量。

2、每一级的压力比降低，可以提高制冷压缩机的指示效率，减少实际压缩过程中的不可逆损失。

3、降低了每一级的压力比，同样也降低了每级制冷压缩机的压力差，使得制冷机运行的平衡性增
高，机械摩擦损失减少。

4、采用多级压缩制冷循环，可提高制冷循环中的节流效应，减少节流损失，提高制冷效率。

5、采用多级压缩制冷循环，对于离心式制冷机来说，可以节省能源，降低离心机工作转速或省去增速装置，改由主电机直接驱动，减少用齿轮传动而引起的能量损失，提高警惕轴承寿命和机组运行可靠性，也简化离心机的结构，另外还可解决单级离心机的负荷调正问题，扩大稳定工作范围，避免或减少离心机产生喘振的机会。

小结：
1、单级压缩制冷循环的特点和局限
性；
2、多级压缩制冷循环的局限性。

作业：
排汽温度过高会有哪些影响？
课后记：
第十八讲两级蒸汽压缩式制冷
循环
教学目的：
1、了解两级压缩中的基本概念；
2、掌握对不同的制冷剂采用的中间冷却方式；
3、一次节流中间完全冷却的循环原理
教学重点：
1、两级蒸汽压缩循环的基本形式；
2、一次节流中间完全冷却的循环原理。

教学难点：
中间完全冷却和中间不完全冷却的区别
教学过程：
复习提问：单级蒸汽压缩式制冷循环的局限性？
一、两级蒸汽压缩式制冷循环的基本形式
两级蒸汽压缩式制冷循环，按照它们的节流级数和中间冷却方式不同有各种形式，常见的有：
1、一次节流中间完全冷却两级压缩制冷循环
2、一次节流中间不完全冷却两级压缩制冷循
环
3、一次节流中间完全不冷却两级压缩制冷循
环
4、二次节流中间完全冷却两级压缩制冷循环
5、二次节流中间不完全冷却两级压缩制冷循
环
一次节流是指向蒸发器供液的制冷剂液体直接由冷凝压力节流至蒸发压力的节流过程。

二次节流就是指向蒸发器供液的制冷剂液体先从冷凝压力节流到中间压力，再由中间压力节流至蒸发压力的节流过程。

而中间完全冷却是指在中间冷却过程中，将低压级排汽等压冷却到中间压力下的干饱和蒸汽的冷却过程。

如果只将低压级排出的过热蒸气等压冷却降低一定量的温度而未达到饱和状态的冷却过程称为中间不完全冷却。

而中间完全不冷却是指在两级压缩制冷循环中不采用中间冷却方式。

采用何种形式的中间冷却方式与制冷剂的种类有关。

二、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的工作过程是：从蒸发器出来的低压蒸汽首先在低压级制冷压缩机中由蒸发压力压缩至中间压力。

低压级排出的过热蒸汽，先在中间水冷却器中进行一定程度的等压冷却，然后再输入中间冷却器，由中间冷却器中的制冷剂液体冷却到中间压力下的干饱和蒸汽。

这时制冷剂蒸汽温度是中间压力相对应的饱和温度，即中间温度，然后被吸入高压级制冷压缩机继续被压缩到冷凝压力。

经两级压缩后的制冷剂蒸汽由商压级压缩机排出，进入冷凝器。

在冷凝器中，过热蒸汽被等压冷却冷凝成饱和液体，由冷凝器流出的制冷剂液体分成两路，一路经节流阀A节流至中间压力进入中间冷却器，利用这部分制冷剂的汽化来冷却低压级排汽和冷却中间冷却器盘管中的高压液体，然后与低压级排汽、节流时产生的闪发性汽体一起进入高压级制冷压缩机。

另一路液体在中间冷却器的盘管内被冷却后经节流阀B节流至蒸发
压力，进入蒸发器内用以摄取低温热源的热量，以此周而复始地完全制冷循环。

在循环中采用中间水冷却器可将一部分热量在中间冷却器前被冷却水带走，可减少高压级制冷压缩机的功率消耗，以提高制冷循环的经济性。

所以采用中间水冷却器对循环是有利的。

从理论循环计算耗功率、制冷量和制冷系数的公式中就可看出，在蒸发温度与冷凝温度已给定的情况下，耗功率、制冷量和制冷系数的大小是随中间压力而变化的，所以合理地选择中间压力可使循环功率消耗最少、制冷系数最大。

这一结论对于两级压缩的理论循环和实际循环都是适用的。

小结：
1、两级蒸汽压缩式制冷循环的基
本概念；
2、一次节流中间完全冷却的循环
原理
作业：
解释：一次节流、中间不完全冷却
课后记：
第十九讲两级蒸汽压缩式制冷
循环
教学目的：
1、掌握几种两级压缩的工作原理；
2、了解两级压缩的循环的原理图；
3、了解两级蒸汽压缩式制冷循环的比较
教学重点：
一次节流中间不完全冷却的工作原理
教学难点：
分析两级蒸汽压缩式制冷循环
教学过程：
复习提问：什么是中间不完全冷却？
一、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循环和一次节流中间完全冷却循环的主要区别是：低压级的排汽不在中间冷却器的制冷剂中冷却，而是与中间冷却器中产生的干饱和蒸汽或湿饱和蒸汽在节点相互混合冷却后再进入高压级制冷压缩机。

因此高压级制冷压缩
机吸入的制冷剂不是中间压力下的干饱和蒸汽，而是具有一定过热度的过热蒸汽。

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冷循环的热力分析方法除了高压级制冷剂循环量和高压级耗功率的计算之外，其余的基本相同。

二、一次节流中间完全不冷却两级压缩制冷循环
这种循环实际上与一个单级压缩制冷循环很相似，只不过压缩过程分高压级和低压级来完成。

低压级压缩，制冷剂由蒸发压力压缩至中间压力；高压级压缩，制冷剂由中间压力压缩至冷凝压力。

显然，一次节流中间完全不冷却两级压缩制冷循环是不省功的，也不能提高循环的制冷量和制冷系数。

但在实际循环中是有利的，因为在这种特定条件下采用一次节流中间完全不冷却两级压缩制冷循环，可以降低每一级的压力比，改善每一级制冷压缩机的工作性能，提高了制冷压缩机的输汽系数、指示效率，相应提高循环的实际输汽量，降低轴功率，
并且一定程度上提高了制冷量和制冷系数。

三、二次节流中间完全冷却两级压缩制冷循环
二次节流循环也是两级压缩常用的制冷循环形式。

但二次节流循环一般不适宜于活塞式、螺杆式制冷系统，适宜于离心式两级压缩制冷系统。

而中间完全冷却方式一般只适宜于氨离心式两级压缩制冷系统。

四、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适宜于氟利昂离心式压缩制冷循环。

五、两级蒸汽压缩式制冷循环的比较分析
从热力学上分析，上述几种两级压缩制冷循环间存在一定的差别，当制冷剂、蒸发温度、冷凝温度及中间温度分别相同的条件下。

1、中间不完全冷却循环的制冷系数要比中间完全冷却循环来的小，这是因为在其他条件相同下，中间不完全冷却循环耗功来的大。

2、在相同的冷却条件下，一次节流循环要比二
次节流循环的制冷系数来的小。

这是由于在一次节流循环中，中间冷却器盘管具有传热温差，而使循环的单位制冷量减少。

目前活塞式制冷机采用一次节流循环较多，其原因是在于：
（1）可依靠高压制冷剂液体本身的压力供液到较远的用冷场所，适用于大型制冷装置。

（2）高压制冷剂液体不与中间冷却器中的制冷剂相接触，可减少润滑油进入蒸发器的机会，从
而提高换热设备的换热效果。

（3）由于蒸发器与中间冷却分别供液，便于操作，有利于制冷系统的安全运行。

小结：
1、一次节流中间不完全冷却循环；
2、一次节流中间完全不冷却循环。

作业：
比较分析各种两级压缩式制冷循环的差别。

课后记：
第二十讲复叠式制冷循环
教学目的：
1、掌握复叠式制冷循环的特点；
2、了解二元复叠式制冷循环
教学重点：
1、采用复叠式制冷循环的原因；
2、二元复叠式制冷循环的循环原理
教学难点：
复叠式制冷循环的特点分析
教学过程：
复习提问：分析比较一次节流与二次节流？
一、采用复叠式制冷循环的原因及特点
为了获得更低的蒸发温度，有时单独采用单级、多级蒸汽压缩式制冷循环往往不能满足要求，需采用复叠式制冷循环，其主要原因是：
1、为了获得更低的低温，降低蒸发温度常受到中温制冷剂凝固点的限制。

2、低温制冷剂大多是有机物质，凝固点低。

所以在
常况下低温制冷剂不能象高温、中温制冷剂那样用水、空气等普通冷却介质来完成冷却冷凝过程。

另外就是低于临界温度时，由于低温制冷剂接近临界点向高温热源放热这一特性，使得其循环时的节流损失大，循环经济性差。

3、当蒸发温度过低，虽没有低于中温制冷剂的凝固点，同样对采用中温制冷剂的多级压缩制冷循环有极大的影响。

（1）蒸发压力过低，会导致制冷压缩机的每一级压力比增大，输汽系数减小，使运行经济性变差，若采用
两级以上的压缩循环，系统更为复杂，操作困难，
所产生的效果仍不大。

（2）蒸发温度过低，导致吸汽比容增大，实际输汽量降低，为满足生产工艺要求，需采用更大尺寸的制冷
压缩机。

（3）蒸发温度过低，会使得制冷系统的低压部分在真空下运行，使空气漏入系统的可能性增加，运行性能
下降。

也使安装中系统密封性要求更高。

（4）对于活塞式制冷压缩机，由于汽阀结构的限制，当吸汽压力低至9.81～14.7kPa时，吸汽时就难以克
服吸汽阀上的弹簧力，以致制冷压缩机不能吸汽。

复叠式制冷循环的特点：
1、低温部分制冷压缩机的理论输汽量比两级压缩的低压级制冷压缩机的理论输汽量要小得多，这就使整个机组的制冷压缩机尺寸减小，重量减轻。

2、每台制冷压缩机的工作压力范围比较适中，低温部分制冷压缩机的输汽系数及指示效率都有所提高，尤其是摩擦功率减少，因此循环的制冷系数提高。

3、系统内保持正压，空气不易漏入，运行的稳定性好。

4、复叠式制冷循环需采用冷凝蒸发器、膨胀容器、汽液热交换器及汽汽热交换器等，又采用多元制冷剂，使系统的复杂性提高。

二、常见的复叠式制冷循环
1、由两个单级压缩循环组成的二元复叠式制冷
循环
这种复叠式制冷循环的高温部分通常采用R502、R22制冷剂、低温部分采用R13制冷剂。

循环最低蒸发温度可达-80℃～-90℃。

2、由一个两级压缩循环和一个单级压缩循环组
成的二元复叠式制冷循环
这一循环的高温部分采用R22或R502作制冷剂，所以采用一次节流中间不完全冷却两级压缩制冷循环，为提高循环效率，使用回热器；低温部分采用R13制冷剂，也使用回热器。

最低蒸发温度可达-100℃～-110℃。

3、由三个单级压缩循环组成的三元复叠式制冷
循环
三元复叠式制冷循环由高温、中温、低温三部分组成，高温部分使用R22或R502制冷剂，中温部分使用R13制冷剂，低温部分使用R14制冷剂。

最低蒸发温度可达-120℃～-130℃。

在三元复叠式制冷循环中由二个冷凝蒸发器分别连接高温与中温部分和中温与低温部分。

小结：
1、采用复叠式制冷循环的原因及特点；
2、常见的复叠式制冷循环
作业：
分析采用复叠式制冷循环的特点？课后记：。