两级压缩和复叠式制冷循环

2
9
E
1
此时冷凝和蒸发参数好确定； 中间压力的确定无从下手。
采用试凑法(作图法)，步骤：
4.3 两级压缩制冷机的热力计算和温度变动时的特性
采用试凑法(作图法)，步骤： (1)按一定间隔选择若干tm， 则出现相应若干个具体的循环；
分别进行热力计算，得到对应 的ξ ；
(2)绘制ξ=f(tm)曲线，找到 ξ=c1对应的tm1；
由tm1得出对应的pm1。
2. 第二种情况——压气机未定
遵循制冷系数最大化原则来确 定中间压力pm。
(1)根据已确定的pk和P0，按照
求得一个近似值；
6
C
5
3 qmG - qmD 4 q m G
7
qmD
8
2
9
E
1
4.3 两级压缩制冷机的热力计算和温度变动时的特性
2. 第二种情况——压气机未定 遵循制冷系数最大化原则来确 定中间压力pm。 (1)根据已确定的pk和P0，按照
4-5：qmG流量工质在高压缸 中被压缩、升温、升压；
器出来的饱和蒸汽冷却一定程度 (过热度降低)进入高压缸。
5-6：qmG流量工质在冷凝器 中被冷却、冷凝至6点；
4.2 两级压缩制冷循环
二.一级节流、中间不完全冷 却的两级压缩制冷循环
2.工作流程
6-7：(qmG - qmD )流量工质 节流进入冷却器，用于将出自冷 凝器qmD流量工质的过冷(6-8) ；
4 两级压缩和复叠式制冷循环
4.1 概述 4.2 两级压缩制冷循环 4.3 两级压缩制冷机的热力计算和温度变
动时的特性 4.4 复叠式制冷机循环
4.1 概述
一.单级压缩与多级压缩
压缩机的压缩比pk/p0问题： 在蒸汽压缩式制冷循环中，
冷凝压力pk和蒸发压力p0都是变 化的。
① pk的变化： 冷凝压力取决于冷凝温度， 冷凝温度取决于环境温度，而环 境温度是变化的；
1.已经选配好高、低压级的压 缩机时中间压力pm的确定
压缩机选定，
6
C
5
3 qmG - qmD 4 q m G
7
qmD
8
2
9
E
1
4.3 两级压缩制冷机的热力计算和温度变动时的特性
1.已经选配好高、低压级的压 缩机时中间压力pm的确定
压缩机选定，
6
C
5
3 qmG - qmD 4 q m G
7
qmD
8
(1)首先确定循环形式: 针对氨，选用一级节流中间完 全冷却循环。 (2)确定参数（利用P330-334页）:
(3)确定中间压力pm:
ε0 Q0 qmGw0G qmDw0D
qmD h1 h7
qmG h 4 - h3 qmD h 2 - h1'
h 4ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
- h3 h2
h1 h7
1.系统原理图与p-h图
6
C
5
3 qmG - qmD 4 q m G
7
qmD
8
2
2.工作流程 1-2：低压缸中qmD流量工质，
9
E
1
中间不完全冷却体现在：
“2”点过热蒸汽不是被降温 冷却到饱和蒸汽、而是被中间冷却
被压缩、升温、升压；
2-4和3-4：qmD过热气与(qmG - qmD ) 饱和汽在pm下混合；
6
C
5
3 qmG - qmD 4 q m G
7
qmD
8
2
9
E
1
运行工况只有与设计工况相同 时，该机组才体现出设计表。
(2)制冷机的启动、蒸发温度 要求调节的制冷装置，都会出现tk、 ξ不变而t0发生变化的情况。
(3)t0下降时， Q0 、ε0 都降低.
例4-2. 某冷库在扩建中需要增加一套两级压缩制冷机，其工作 条件如下：制冷量Q0=150kW；制冷剂为氨；冷凝温度为40℃，无 过冷；蒸发温度t0=-40 ℃；管路有害过热Δt=5 ℃。试进行热力计 算并选配适宜的压缩机。
h7 h3 h5
h2
- h1'
例4-2. 某冷库在扩建中需要增加一套两级压缩制冷机，其工作 条件如下：制冷量Q0=150kW；制冷剂为氨；冷凝温度为40℃，无 过冷；蒸发温度t0=-40 ℃；管路有害过热Δt=5 ℃。试进行热力计 算并选配适宜的压缩机。
(3)确定中间压力pm:
ε0
h1 h7
4.2 两级压缩制冷循环
qmG qmD h3 h8 h3 h6
(2)h4的计算 4点为过热蒸汽：
3 qmG - qmD
4 qmG
6
C
5
3 qmG - qmD 4 q m G
7
qmD
8
2
9
E
1
qmD
2
h4
q m Gh 3
qmD qmG
h2
h3
h4
h3
h3 h3
h6 - h8
h 2
h3
4.3 两级压缩制冷机的热力计算和温度变动时的特性
一.两级压缩制冷机的热力计算 主要内容有：
1. 选择制冷工质及循环方式 2. 确定循环的工作参数 3. 确定两级循环的中间压力 4. 具体计算 二.两级压缩制冷机pm的确定 针对两种情况进行pm的确定： 一是已经选配好高、低压级的 压缩机； 二是后配高、低压级压缩机。
② p0的变化： 蒸发压力取决于蒸发温度， 蒸发温度取决于制冷需求，而制 冷需求是变化的。
不同的制冷要求，对应不同 的pk/p0数值。
当压缩比增大时，会带来以
下几个问题：
①压缩机的容积系数（即 容积效率）会降低；
在一定情况下，容积效率会 变为零——压缩机不再吸气，空 转而不制冷。
②压缩机耗功会增加。
h4 h3 h4s h3
5
6 7
qmG - qmD 8
C
4
qmG
3
qmD
2
E
1
以上计算可用于设计或选择压 缩机的计算：
根据计算出来的qvhG和qvhD来 设计或选配合适的压缩机；
根据计算出来的Q0和Qk来设计 或选配合适的蒸发器和冷凝器。
4.2 两级压缩制冷循环
二.一级节流、中间不完全冷 却的两级压缩制冷循环
8
2
9
E
1
4.3 两级压缩制冷机的热力计算和温度变动时的特性
三.温度变动时制冷机的特性 运行中的制冷机温度的变动是 常见的现实，因为 设计工况是唯一可确定的，而 运行工况往往与设计工况不一致；
制冷机的启动、蒸发温度要求
调节的制冷装置，都会出现温度变 化的现实。
(1)已设计制造或选配组成的 两级压缩制冷机组，其ξ为定值。
二.一级节流、中间不完全冷 却的两级压缩制冷循环
3.热力计算
与一级节流、中间完全冷却 循环的热力计算基本相同。
有两点需要指出： (1)qmG的计算 分析中间冷却器： 6
3 qmG - qmD
6
C
5
3 qmG - qmD 4 q m G
7
qmD
8
2
9
E
1
7
qmD 8
qmG qmD h3 h8 h3 h6
度下，势必出现压缩比大的问题。 如p0=15kPa，则推动吸气阀
压缩比增大，可以采用多级压 缩、级间冷却的手段加以对待。
开启的压差≤15kPa，太小。
若单从蒸发压力的角度看，
但蒸发温度过低会带来其它难
以克服的问题：
到目前为止，还难以找到一
①可能出现制冷剂凝固。 如需要-80℃的蒸发温度时， 采用氨作制冷剂的话，它会在设备
7-3：(qmG - qmD )流量因实现 6-8的过冷而在pm下吸热成为饱和 蒸汽；
6-8：qmD流量工质在冷却器内 被过冷；
8-9：qmD流量工质一次节流进 入蒸发器；
9-1：qmD流量工质在蒸发器内 吸热（制冷）成低压过热蒸汽。
6
C
5
3 qmG - qmD 4 q m G
7
qmD
8
2
9
E
1
4.2 两级压缩制冷循环
3
qmD
2
E
1
(12)理论循环制冷系数
ε0 Q0 qmGw0G qmDw0D
(13)实际循环制冷系数
εs Q0 PeG PeD
4.2 两级压缩制冷循环
3.热力计算 (14)冷凝器热负荷
Qk qmG h4s h5 h4s h3 h4 h3 ηiG
ηiG 理论耗功 实际耗功
3
qmD
2
E
1
4.2 两级压缩制冷循环
3.热力计算 (3)qmD流量
qmD Q0 q0
Q0 h1 - h7
(4)低压机需要的轴功率
PeD
qmDw 0D ηkD
Q0 h2 - h1 h1 h7 ηkD
5
6 7
qmG - qmD 8
C
4
qmG
3
qmD
2
E
1
(5)低压机的实际输气量qvsD qvsD qmD v1
吸热（制冷）成低压饱和蒸汽。
*关于5-7：qmD流量被过冷，
6 7
是为减小节流后8点的干度，减少 节流后的无效蒸汽量。
qmG - qmD 8
一般有
℃
3.热力计算
热力计算是循环装置中最基本、
也是最关键的计算。
(1)单位制冷量
q0 h1 - h8 (2)低压缸消耗理论功
w0D h2 - h1
C
4
qmG
h4 - h3 h2 h7 h3 h5
h 2 - h1'
4.4 复叠式制冷机循环
一.复叠式制冷机循环系统
复叠式制冷机通常由高温级和 低温级两部分制冷系统组成。
高温部分采用中温制冷剂，低 温部分采用低温制冷剂。
求得一个近似值，
并有一个对应的近似tm值； (2)在该pm(tm)值的附近按一定
间隔选取若干中间值； (3)对每一个pm(tm)值进行循环
热力计算，得一系列对应的ε0 ； (4)绘制ε0=f(tm)曲线，找到最
大的ε0max 所对应点的tm(pm)。
6
C
5
3 qmG - qmD 4 q m G
7
qmD
qmD流量工质的过冷(5-7)和出自低 压缸qmD流量工质的冷却(2-3)；
6-3：(qmG - qmD )因实现5-7的 过冷和2-3的冷却而在pm下吸热成 为饱和蒸汽；
C
4
qmG
3
qmD
2
E
1
4.2 两级压缩制冷循环
2.工作流程
5
7-8：qmD流量工质一次节流进
入蒸发器；
8-1：qmD流量工质在蒸发器内
qmG
h2 h3
h7 h5
Q0 h1 h7
4.2 两级压缩制冷循环
3.热力计算
(9)高压机的轴功率
PeG
qmGw 0G ηkG
(10)高压机的实际输气量qvsG q vsG qmG v3 (11)高压机的理论输气量qvhG q vhG q vsG λG
5
6 7
qmG - qmD 8
C
4
qmG
Q0 h1 h7
v1
4.2 两级压缩制冷循环
3.热力计算 (6)低压机的理论输气量qvhD q vhD q vsD λD
Q0 v1 h1 h7 λD
(7)高压缸消耗理论功 w 0G h 4 - h3 (8)qmG的求出：
5
6 7
qmG - qmD 8
C
4
qmG
3
qmD
2
E
1
qmDh 2 qmD h5 h7 qmG qmD h5 qmGh3
℃，
℃，
为蒸发温度极限值。
当蒸发温度达到此温度时， 制冷机压缩机照常运行；
但无法得到任何的制冷效果， 且空耗部分电能。
解决问题的方法： 变单级压缩为多级压缩。
4.1 概述
二.复叠式制冷
压缩机气缸尺寸过大，运
为获得更低的制冷温度，则要 行经济性下降。
求制冷剂必须工作在更低的蒸发温 ④吸气阀开启困难。
5
1-2：低压缸中qmD流量工质， 被压缩、升温、升压；
2-3：qmD流量的排气在中间冷
却器中被冷却至pm下饱和蒸汽； 3-4：qmG流量工质在高压缸中
6
qmG - qmD
7
被压缩、升温、升压；
8
4-5：qmG流量工质在冷凝器中
被冷却、冷凝至5点；
5-6：(qmG - qmD )流量工质节 流进入冷却器，用于将出自冷凝器
将低压级的排气冷却到中间压 力pm所对应下的饱和蒸汽。
②中间不完全冷却循环 低压级的排气冷却后未达到中
1.系统原理图与p-h图
5
C
4
3
间压力pm所对应下的饱和蒸汽。
2.按节流方式分 ①一级节流循环
6 7
制冷剂液体由pk直接一次节流 到p0，为一级节流循环。
8
E
2 1
4.2 两级压缩制冷循环
2.工作流程
4.2 两级压缩制冷循环
两级压缩制冷循环，就是采取 ②二级节流循环
两级压缩+中间冷却手段的制冷。
将高压液体先从pk节流到pm，
一般按照中间冷却和节流的方 再由pk节流降压至p0，为两级节
式分为如下几种：
流循环。
1. 按照中间冷却方式分 ①中间完全冷却循环
一.一级节流、中间完全冷 却的两级压缩制冷循环
③排气温度增高或过高，从 而使润滑油变稀，压缩机润滑条 件恶化。
一个关于容积效率的例子：
例4-1 一台制冷机，工质 为R22，相对余隙容积C=0.048， 膨胀过程指数m=1.04，冷凝温度 tk=40℃，求允许最低蒸发温度.
4.1 概述
例4-1 一台制冷机，工质 为R22，相对余隙容积C=0.048， 膨胀过程指数m=1.04，冷凝温度 tk=40℃，求允许最低蒸发温度.
种制冷剂——它既满足pk不太高， 又满足p0不太低。
解决的办法：
内凝固(氨的凝固点为-77.7℃)。
在一套制冷机中同时采用两
②蒸发压力甚低，空气漏入系 种及以上不同的制冷剂，使之满
统的可能性加大。
足在低温蒸发时具有合适的p0，
③吸气比容增大和输气系数降 又满足冷凝时具有合适的pk。
低，导致：
即采用复叠式制冷循环。