蒸汽压缩式制冷循环

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3
2 qmd
对于中间不完全冷却的两 级循环,根据中间冷却器 的热平衡关系
qmg h9
qmgqmd h3 qmdh4
10 4
qmg qmd
中间冷却器
可得到流经高压级压缩机的制冷剂流量:
qmg qmd h3 h4 h3 h9
另外:
qmgh6 qmg qmd h3 qmdh2
图4-15 生产干冰的复叠式循环原理图及温熵图
(a) 系统原理图
(b) T-S 图
4.4 自复叠式制冷机
•采用混合工质 •单台压缩机 •可获得-60℃以下 •工作温区大(80K 至230K) •用于普冷领域以 及低温电子、低温
压力比pk / po变大
我国活塞式制冷压缩机标准GB10875--89中 规定了不同制冷机使用温度在高温、中温和低 温的不同温度范围。
单级压缩循环所能达到的最低制冷温度是 有限的。通常,最低只能达到-40℃左右。
原因: 受单级活塞式压缩机的极限使用条件的限制。
单级蒸气压缩活塞式制冷机,压缩比一 般不超过10。当蒸发温度过低,超出极限使 用条件时会带来如下问题:
按温度的比例中项确定中间压力
Tm To Tk
式中 Tm , T0 和 Tk 分别为中间温度,
蒸发温度和冷凝温度,单位均为K。
用经验公式直接计算最佳中间压力
对于两级氨制冷循环,拉赛(A.Rasi) 提出了较为简单的最佳中间温度计算式:
tm 0.4tk 0.6t0 3
式中 tm , t0 和 tk 分别为中间温度,
-120℃
R22-R1150
R507-R1150
R22-R23R50
R507-R23R50
R22两级压缩—R1150两级压缩组合的复叠式循环
R507两级压缩—R1150两级压缩组合的复叠式循环
R22单级压缩—R23单级压缩—R50单级压缩组合的复叠 式循环
R507单级压缩—R23单级压缩—R50单级压缩组合的复叠 式循环
4.3.3 三个单级压缩循环组成的复叠式制冷机
循环 制冷剂
高温 中温 低温
高温 R22或R507 中温 R23 低温 R50、R1150或R170
最低蒸发温度可达-120℃~-140℃
4.3.4 用CO2作为第二制冷剂的复叠式制冷机
冷凝
节流降压
二氧化碳
液体
干冰
制冷机
开式 半开式
图4-14 CO2的压力—焓示意图
qmg (h7 h3 ) qmd (h2 h1)
压缩机实际过程的排气焓值为
h2
h1
h2s h1
id
高压压缩机实际过程的排气焓值(中间完 全冷却)为
h7
h3
h7s h3
ig
四、两级节流、中间补气的两级压缩循环 两级节流、中间补气的两级压缩循环系统图
两级节流、中间补气的两级压缩循环压-焓图
T 2
3
1 4
s 图2-3 劳伦茨循环
3.跨临界循环
定义
将CO2作为制冷剂用于空调制冷的温度范 围时,由于CO2的临界温度低(仅30℃),排 热将在超临界区进行。而吸热则在临界点以下 进行,整个循环跨越临界点。
T
2
3 4
1
5
60
图4-4 CO2跨临界循环
S
1—2压缩过程;2—3气体冷却过程; 3—4气体冷却过程;4—5节流过程; 5—6蒸发过程;0—1气体过热过程。
通常被限制在 2~4
单级蒸气压缩制冷的典型循环
1.朗肯循环
空调、制冷、食品冷藏温度范 围大量使用的循环
基本朗肯循环 有回热的朗肯循环
朗肯循环图例
T 2
3
4
1
s
图4-1 基本朗肯循环 循环T—s图:1—2 压缩过程 2—3 冷却冷凝过程
3—4 节流过程 4—1 蒸发吸热过程
T
2
3 3’
1’ 4
1
R507单级或两级压缩—R23单级压缩组合的复叠式循环 R290两级压缩—R23单级压缩组合的复叠式循环 R22两级压缩—R23单级或两级压缩组合的复叠式循环
R507-R23 R22-R1150 R507-R1150
R507两级压缩—R23单级或两级压缩组合的复叠式循环 R22两级压缩—R1150单级压缩组合的复叠式循环 R507两级压缩—R1150单级压缩组合的复叠式循环
( a ) 流程图
( b ) lgp-h图
图4-9 两级节流、具有中温蒸发器的中间完全冷却两级
压缩制冷循环
( a ) 流程图
( b ) lgp-h图
4.2.3 两级压缩制冷循环的热力计算
一、两级节流、中间完全冷却的两级压缩循环
单位制冷量:
q0 h1 h4
低压级理论功:
wd h2 h1
2qmd
10 4
qmg qmd
中间冷却器
高压压缩机的单位理论功为
wg h7 h3
由此可得高压压缩机的理论功率:
Ptg
qmgwg
Qo h1 h4
h2 h3
h4 h9
(h7
h3)
根据制冷系数的定义,两级压缩制冷循 环的理论制冷系数为
Qo
qmg wg qmd wd
最后可得:
h1 h4
三、具有中温冷却器的中间完全冷却、两级节流 的两级压缩循环
进行高压级压缩机制冷剂流量计算时,应该加
上流经中温蒸发器的制冷剂流量qmm。
qmm
Qm h3 h4
式中,Qm为中温蒸发器的制冷量。
对于这一制冷系统,流经高压级压缩机的制 冷剂流量和低压级压缩机的制冷剂流量之间 有下列关系
qmg qmd qmm
h2
h1
h2 h3
h4 h9
(h7
h3 )
二、两级节流、中间完全冷却的两级压缩循环
单位制冷量:
p
q0 h1 h4
9 8 pk
7
低压级理论功:
4 10 pm 3 6
wd h2 h1
低压级制冷剂循环量: 5
2
p0 1
qmd
Q0 q0
Qo h1 h4
h
高压级理论功为
wg h7 h6
qmg 6
第4章 蒸气压缩式制冷循环
4.1 单级蒸气 压缩式制冷循环
1.朗肯循环 2.劳伦茨循环 3.跨临界循环
4.2 多级蒸气压缩式制冷循环
4.3 复叠式制冷循环
4.1 单级蒸气压缩式制冷循环
容积式压缩机的单级压比受 压缩机容积效率、制冷剂凝固温度 和压缩终了温度的制约
通常被限制在8~10
离心式压缩机的单级压缩比受工 质分子量大小与叶轮的周边速度制约
4.2 多级蒸气压缩式制冷循环
4.2.1 概述 4.2.2 两级压缩制冷循环 4.2.3 两级压缩制冷循环的热力计算 4.2.4 中间压力的选择
4.2.1 概述
单级蒸气压缩制冷机运行时制冷剂的冷 凝压力是由环境介质(如空气或水)温度所 决定。
在一定的冷凝温度下 蒸发温度的降低
冷凝压力和蒸发压力之差(pk-po)增大
复叠式制冷循环的热力计算可分别对 高温部分及低温部分单独进行计算。
4.3.2 一个两级压缩循环和一个单级压缩 循环组成的复叠式制冷机
高温部分
一级节流 中间不完全冷却 节流前液体过冷 带回热的两级压缩循环
低温部分 带回热的单级压缩循环
高温 制冷剂
低温
R22或R507
R23或R1150
最低蒸发温度可达-110℃
蒸发温度和冷凝温度,单位均为℃ 。 上式不只适用于氨,在-40~40℃温度
范围内,对于R12也能得到满意的结果。
4.3 复叠式蒸气压缩式制冷循环
4.3.1 .两个单级压缩循环组成的复叠式制冷机 4.3.2 一个两级压缩循环和一个单级压缩循环
组成的复叠式制冷机 4.3.3 三个单级压缩循环组成的复叠式制冷机 4.3.4 用CO2作为第二制冷剂的复叠式制冷机
4.2.4 中间压力的选择
图2-24 最佳中间温度的确定
一些文献曾给出了确定中间压力(或中间 温度)的经验公式或图线。下面列举几个 推荐应用的公式:
按压力的比例中项确定中间压力
pm p0 pk
式中 pm , p0 和 pk 分别为中间压
力、蒸发压力和冷凝压力。
按式求出的中间压力和制冷循环的最佳中 间压力有一定的偏差。但公式很简单,可 用于初步估算。
定义
由两个(或数个)不同制冷剂工作 的单级(也可以是多级)制冷系统组合 而成。
4.3.1 两个单级压缩循环组成的复叠式制冷机
高温系统 制冷剂
高温压缩机 冷凝器 节流阀 冷凝蒸发器
R23
低温系统 制冷剂
压缩机 冷凝蒸发器 回热器 节流阀 蒸发器 膨胀容器组成
R22
图4-10 由两个单级系统组成的复叠式制冷机
根据中间冷却器的热平衡关系可求得高压 压缩机和低压压缩机的制冷剂流量比
qmd h2 qmgh9 qmmh3 qmd h4 qmgh3 qmmh4
qmg h2 h4 qmm (h3 h4 ) qmd h3 h9 qmd (h3 h9 )
循环理论制冷系数为
qmd (h1 h4 ) qmm (h3 h4 )
所以,为了获得比较低的温度(- 40~-70℃),同时又能使压缩机的工作压 力控制在一个合适的范围内,就要采用多级 压缩循环。
采用哪一种型式有利则与制冷剂种类、 制冷剂容量及其它条件有关。常用的组成型式 有:
4.2.2 两级压缩制冷循环
1.一级节流、中间完全冷却的两级压缩 制冷循环 (如图4-5 所示) 2.一级节流、中间不完全冷却的两级压缩制 冷循环(如图4-6所示) 3.两级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷 循环 (如图4-7 所示) 4.两级节流、中间不完全冷却的两级压缩制 冷循环(如图4-8 所示) 5.两级节流、具有中温蒸发器的中间完全冷 却两级压缩制冷循环, (如图4-9 所示)
图4-11 高温部分为两级压缩循环、低温部分为单级压缩循环组成 的复叠式制冷循环系统原理图a1—低温部分压缩机 a2—高温部 分低压级压缩机 a3—高温部分高压级压缩机b—冷凝器 c1、c2、 c3—节流阀 d—蒸发器 d12冷凝-蒸发器e1—低温部分气-液热交
换器 e2—高温部分气-液热交换器 f—高温部分中间冷却器
低压级制冷剂循环量:
qmd
Q0 q0
Qo h1 h4
p
9 8 pk
7
4 10 pm 3 6 2
5
p0 1
h
从而可算出低压压缩机消耗的理论功率:
Ptd
qmd wd
h2 h1 h1 h4
Q0
qmg
3
对于中间冷却器:
qmghg qmd h2
qmgh3 qmd h4
则:
qmg
qmd (h2 h4 ) h3 h9
a) 制冷循环系统
b) T-s图
复叠式制冷循环计算
复叠式制冷循环是由单级或两级压缩 制冷循环组成的,在制冷机循环中除个别 兼供中温冷量的循环外,制取冷量的均是 低温部分的蒸发过程。
复叠式制冷循环的热力计算可分别对 高温部分及低温部分单独进行计算。
复叠式制冷循环计算
复叠式制冷循环是由单级或两级压缩 制冷循环组成的,在制冷机循环中除个别 兼供中温冷量的循环外,制取冷量的均是 低温部分的蒸发过程。
图4-5 一级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环
( a ) 流程图
b ) lgp-h图
图4-6 一级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环
( a ) 流程图
( b ) lgp-h图
图4-7 两级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环
( a ) 流程图
( b ) lgp-h图
图4-8 两级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环
(1)压缩比增大时压缩机的输气系数λ大为降 低,压缩机的输气量及效率显著下降。
(2)压缩机排气温度过高,使润滑油的粘度 急剧下降,影响压缩机的润滑。当排气温度 与润滑油的闪点接近时,会使润滑油碳化, 以致在阀片上产生结碳现象。
(3)制冷剂节流损失增加,单位质量制冷量 及单位容积制冷量下降过大,经济性下降。
可得:
h6
qmg h3
qmd (h2 qmg
h3 )
h3
h2 h3
h4 h4
(h2
h3 )
高压压缩机消耗的理论功率:
Ptg
qmgwg
Qo h1 h4
h3 h4 h3 h9
(h7
h6 )
中间不完全冷却的两级循环的理论制冷系数为
h1 h4
(h2
h1 )
h3 h3
h4 h9
(h7
h6 )
S
图4-2 有回热的朗肯循环 T—S图: 1’—2 压缩过程 2—3 冷凝过程 3—3’ 液体过冷过程
3’—4 节流过程 4 —1 蒸发过程 1—1’ 吸气过热过程
2.劳伦茨循环
朗肯循环的主要特征 有两个定压定温的相变过程与纯 质制冷剂及共沸混合制冷剂的压力特 性相适应。 劳伦茨循环
循环中的两个相变过程变成伴 随有降温的定压凝结和伴随有升温 的定压蒸发。
图4-12 高温部分为两级压缩循环、低温部分为
单级压缩循环组成的复叠式制冷循环lgp-h图百度文库
(a) 高温部分
(b) 低温部分
最低蒸 制冷剂 发温度
制冷循环型式
-80℃ R22-R23 R22单级或两级压缩—R23单级压缩组合的复叠式循环
R507-R23 R290-R23 -100℃ R22-R23
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