双级蒸汽压缩式与复叠式制冷循环

中间冷却器

结构

连接
2.热力计算
轴
轴
（三）一次节流中间不完全冷却双 级蒸汽压缩式制冷循环
一次节流中间不完全冷却双级蒸汽压缩式制冷循环的流程图和 lgp-h图
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二级节流中间不完全冷却
2.热力计算
（四）一次节流中间完全不冷却双 级蒸汽压缩式制冷循环
一次节流中间完全不冷却双级蒸汽压缩式制冷循环的流程图和 lgp-h图
（五）二次节流中间完全冷却双 级蒸汽压缩式制冷循环
二次节流中间完全冷却双级蒸汽压缩式制冷循环的流程图和 lgp-h图
动画演示
二级节流中间完全冷却
（六）二次节流中间不完全冷却 双级蒸汽压缩式制冷循环
二次节流中间不完全冷却双级蒸汽压缩式制冷循环的流程图和 lgp-h图
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（七）氨泵供液的双级制冷循环
氨泵供液的一级节流中间完全冷却制冷循环的流程图和 lgp-h图
（八）双级蒸汽压缩式制冷循环的比 较分析
（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 的制冷系数小。 （2）在相同的冷却条件下，一级节流循环要比二级节流循环 的制冷系数小。 1）一级节流可依靠高压制冷剂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）盘管中的高压制冷剂液体不与中间冷却器中的制冷剂相 接触，减少了润滑油进入蒸发器的机会，可提高热交换 设备的换热效果。 3）蒸发器和中间冷却器分别供液，便于操作控制，有利于 制冷系统的安全运行 。
原因: 受单级活塞式压缩机的极限使用条件的限制。
活塞式制冷机超出极限条件使用
单级蒸汽压缩活塞式制冷机，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：
(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。
常用容积比
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根据我国冷藏库的生产实践，当蒸发温度t0=-28 ～-40℃范围内时，容积比的值通常取0.33～0.5 之间，即qvtg:qvtd=1:3～1:2。在长江以南地区宜取 大些。 合理的容积比的选择还应结合考虑其他经济指标 。配组双级压缩机的容积比可以有较大的选择余 地。如果采用单机双级压缩机，则它的容积比是 既定的，容积比的值通常只有0.33和0.5两种。
中间压力与中间温度的确定
（1）选配压缩机时中间压力的确定
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选配压缩机时，中间压力pm的选择，可以根据制 冷系数最大这一原则去选取，这一中间压力pm又 称最佳中间压力。确定最佳中间压力pm常用的方 法有公式法和图解法。 1）公式法 • 常用的公式法有比例中项公式法和拉塞经验公式 法两种 。
中间压力与中间温度的确定
中间压力与中间温度的确定
2）图解法
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①根据确定的蒸发压力p0和冷凝 压力pk， ②在pm（tm）值的上下，按一定 间隔选取若干个中间温度tm值。 ③根据给定的工况和选取的各个 中间温度tm分别画出双级缩循环 的lgp-h图，确定循环的各状态点 的参数，计算出相应的制冷系数 。 ④绘制 =f（tm）曲线，找到制 冷系数最大值 max，由该点对应 的中间温度tm 。
（二）制冷循环工作参数的确定
容积比的选择； 中间温度和中间压力的确定； 高压级压缩机吸气温度与节流前液体温度的确 定。
容积比ζ ：
ζ= qvtg/qvtd
容积比的选择
=（ qmg *vg/λg ）*（qmd*vd/λd）
qvtg高压级理论输气量（m3/s）； qvtd低压级理论输气量（m3/s）； qmg高压级制冷剂的质量流量（kg/s）； qmd低压级制冷剂的质量流量（kg/s）； vg高压级吸气比体积（m3/kg）； vd低压级吸气比体积（m3/kg）； g高压级输气系数； d低压级输气系数
第三节 双级蒸汽压缩式制冷循 环的热力计算
（一）制冷剂与循环形式的选择 （二）制冷循环工作参数的确定 （三）制冷循环状态点及状态参数的确定 （四）制冷循环热力性能计算与分析 （五）计算实例
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（一）制冷剂与循环形式的选择
双级压缩制冷循环通常应使用中温制冷剂。目前广泛 使用的制冷剂是R717、R22和R502。R717常采用 一级节流中间完全冷却形式，R22、R502常采用一 级节流中间不完全冷却形式。 对采用回热循环有利的R12、R502等制冷剂，就采用 中间不完全冷却的循环形式；对采用回热循环形式 不利的制冷剂（如R717），则应采用中间完全冷却 的循环形式。
（二）一次节流中间完全冷却双级蒸 汽压缩式制冷循环
一次节流中间完全冷却双级蒸汽压缩式制冷循环的流程图和 lgp-h图 动画演示
一次节流中间完全冷却双级循环 原理图
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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
1.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 2.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） 3.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
二、单级蒸气压缩条件：
1.氨制冷系统：pk/p0≤8； 最低蒸发温度＝-25℃；
2.氟利昂制冷系统：pk/p0≤10； 蒸发温度＝-37℃
由于环境温度、压力差（Pk-P0）和压力比Pk/P0的限制，单级 压缩机不能达到很低的蒸发温度，为了获得更低的蒸发温度，就需 要使用多级压缩。
（二）采用多级蒸汽压缩式制冷 循环的特点及应用
单机双级系统：气缸数比常为1:3or1:2
中间冷 却程度
低压级com排气在中间冷却器中被冷却到中 间压力下的饱和温度。用于氨系统 低压级com排气与中间冷却器中蒸发的蒸气相 混合，被冷却到某一过热点。用于氟利昂系统
中间冷却器
作用：
1.降低低压级压缩机排出的气体温度，以避免高压 级过高的排气温度； 2.使高压液体在节流前得到过冷，以提高系统制冷 能力，减少节流过程产生的闪发气体； 3.起到油分离器的作用，它可将由低压级压缩机带 出的润滑油，通过改变流动方向、降低流速、洗 涤和降温作用分离出来，并由放油管排出。
第三章 双级蒸汽压缩式与复叠 式制冷循环
[教学目的与要求] [教学内容] [教学重点和教学难点] [教学建议] [作业]
[教学目的与要求]
1. 了解采用多级蒸汽压缩式与复叠式制冷的原 因。 2. 掌握双级蒸汽压缩式制冷循环的工作过程。 3. 掌握双级蒸汽压缩式制冷循环的基本热力分 析与计算方法。 4. 了解复叠式制冷循环的工作过程。
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（一）双级蒸汽压缩式制冷循环的基 本形式和选择方法
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：
一次节流中间完全冷却双级蒸汽压缩式制冷循环 一次节流中间不完全冷却双级蒸汽压缩式制冷循环 一次节流中间完全不冷却双级蒸汽压缩式制冷循环 二次节流中间完全冷却双级蒸汽压缩式制冷循环 二次节流中间完全冷却双级蒸汽压缩式制冷循环
§双级压缩制冷循环与系统组成
双级压缩制冷循环仅压缩过程为两级压缩，其他与单级相同：
低温低 压制冷 剂蒸气
低压级com 中间压 中间冷却器 过热蒸 高压级com 力下过 气被冷 热蒸气 却 两台压缩机 双机双级系统
冷凝压 力下过 热蒸气
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
中间压力与中间温度的确定
（2）既定压缩机时中间压力的确定
已经选定压缩机好，此时高、低压级的容积比已确定，即值一定，这 时可采用容积比插入法求出中间压力 。
（三）制冷循环状态点及状态参数的确定
1、冷凝温度：tk=th+Δtk 2、蒸发温度：to=tl-Δto 3、中间温度：上述分析。 4、低压级吸气温度：R717，查表选取；氟利昂吸气温度 取15℃。 5、高压级吸气温度：R717高压级压缩机的吸气状态为中 间压力下的干饱和蒸汽。氟里昂制冷剂，其高压级吸气 温度取15℃，吸气状态为中间压力下的过热蒸汽。 6、节流前液体的温度：制冷剂液体经中间冷却器盘管冷 却后的出液温度比中间温度高3一7℃，一般R717取小 值，氟里昂取大值。对于氟里昂双级制冷系统，还考虑 采用回热器，其过冷度由回热器的热平衡关系式求得。
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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）↗ 压缩机输气系数下降； 3. pk/p0增大导致→ 压缩机排气温度升高，润滑条件 变坏；耗功增加，制冷量下降，制冷系数降低。
中间压力与中间温度的确定
②拉塞经验公式法
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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+ 0.6to+3 式中，tm , tk和to分别表示中间温度，冷凝温度和蒸发温 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。
①比例中项公式法
按压力的比例中项确定中间压力
pm=√po*pk
式中Pm ,Po和Pk分别为中间压力、蒸发压力和冷凝压力, 单位MPa。 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。
按温度的比例中项确定中间压力
Tm=√To*Tk
式中Tm ,To和Tk分别为中间温度，蒸发温度和冷凝温度,单位 均为K。
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（1）降低压缩机的排气温度 （2）降低压力比 （3）减少节流损失
第二节 双级蒸汽压缩式制冷循环
（一）双级蒸汽压缩式制冷循环的基本形式和选择方法 （二）一次节流中间完全冷却双级蒸汽压缩式制冷循环 （三）一次节流中间不完全冷却双级蒸汽压缩式制冷循环 （四）一次节流中间完全不冷却双级蒸汽压缩式制冷循环 （五）二次节流中间完全冷却双级蒸汽压缩式制冷循环 （六）二次节流中间完全冷却双级蒸汽压缩式制冷循环 （七）氨泵供液的双级制冷循环 （八）双级蒸汽压缩式制冷循环的比较分析
冷凝压力由环境介质温度决定
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 压缩比pk / po变大
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。
活塞式制冷压缩机使用有限制
我国活塞式制冷压缩机标准B10875--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。
一次节流中间完全不冷却双级循环工作过程
工作过程为：从蒸发器出来的蒸汽经回热器后被低压 压缩机吸入，压缩到中间压力并与中冷器出来的干 饱和蒸汽在管路中进行混合，使从低压机排出的过 热蒸汽被冷却后再进入高压压缩机，经压缩到冷凝 压力并进入冷凝器，冷凝后的高压制冷剂液体进入 了中冷器的蛇形盘管进行再冷却，然后进入回热器 与从蒸发器出来的低温低压蒸汽进行热交换，使从 中冷器蛇形盘管中出来的过冷液体再一次得到冷却， 最后经膨胀阀进入蒸发器吸热蒸发。
相关名词
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：一级节流至中间压力，二级节流至蒸发压力。 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。
[教学内容]
第一节 采用多级蒸汽压缩式制冷的原因 第二节 双级蒸汽压缩式制冷循环 第三节 双级蒸汽压缩式制冷循环的热力计算 第四节 温度变动对双级蒸汽压缩式制冷循环 制冷机特性的影响 第五节 复叠式制冷循环
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第一节 采用多级蒸汽压缩式制冷的原因
（一）单级蒸汽压缩式制冷循环的局限性 （二）采用多级蒸汽压缩式制冷循环的特点及 应用