4兩級壓縮和復(fù)疊式制冷循環(huán)4.1概述4.2兩級壓縮制冷循環(huán)4.3兩級壓縮制冷機(jī)的熱力計(jì)算和溫度變動時(shí)的特性4.4復(fù)疊式制冷機(jī)循環(huán)4.1概述

一.單級壓縮與多級壓縮

壓縮機(jī)的壓縮比pk/p0問題：在蒸汽壓縮式制冷循環(huán)中，冷凝壓力pk和蒸發(fā)壓力p0都是變化的。①pk的變化：冷凝壓力取決于冷凝溫度，冷凝溫度取決于環(huán)境溫度，而環(huán)境溫度是變化的；②p0的變化：蒸發(fā)壓力取決于蒸發(fā)溫度，蒸發(fā)溫度取決于制冷需求，而制冷需求是變化的。不同的制冷要求，對應(yīng)不同的pk/p0數(shù)值。當(dāng)壓縮比增大時(shí)，會帶來以下幾個(gè)問題：①壓縮機(jī)的容積系數(shù)（即容積效率）會降低；在一定情況下，容積效率會變?yōu)榱恪獕嚎s機(jī)不再吸氣，空轉(zhuǎn)而不制冷。②壓縮機(jī)耗功會增加。③排氣溫度增高或過高，從而使?jié)櫥妥兿?，壓縮機(jī)潤滑條件惡化。一個(gè)關(guān)于容積效率的例子：例4-1一臺制冷機(jī)，工質(zhì)為R22，相對余隙容積C=0.048，膨脹過程指數(shù)m=1.04，冷凝溫度tk=40℃，求允許最低蒸發(fā)溫度.4.1概述例4-1一臺制冷機(jī)，工質(zhì)為R22，相對余隙容積C=0.048，膨脹過程指數(shù)m=1.04，冷凝溫度tk=40℃，求允許最低蒸發(fā)溫度.℃，℃，為蒸發(fā)溫度極限值。當(dāng)蒸發(fā)溫度達(dá)到此溫度時(shí)，制冷機(jī)壓縮機(jī)照常運(yùn)行；但無法得到任何的制冷效果，且空耗部分電能。解決問題的方法：變單級壓縮為多級壓縮。4.1概述二.復(fù)疊式制冷為獲得更低的制冷溫度，則要求制冷劑必須工作在更低的蒸發(fā)溫度下，勢必出現(xiàn)壓縮比大的問題。壓縮機(jī)氣缸尺寸過大，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性下降。到目前為止，還難以找到一種制冷劑——它既滿足pk不太高，又滿足p0不太低。壓縮比增大，可以采用多級壓縮、級間冷卻的手段加以對待。但蒸發(fā)溫度過低會帶來其它難以克服的問題：

①可能出現(xiàn)制冷劑凝固。如需要-80℃的蒸發(fā)溫度時(shí)，采用氨作制冷劑的話，它會在設(shè)備內(nèi)凝固(氨的凝固點(diǎn)為-77.7℃)。②蒸發(fā)壓力甚低，空氣漏入系統(tǒng)的可能性加大。③吸氣比容增大和輸氣系數(shù)降低，導(dǎo)致：④吸氣閥開啟困難。如p0=15kPa，則推動吸氣閥開啟的壓差≤15kPa，太小。

解決的辦法：在一套制冷機(jī)中同時(shí)采用兩種及以上不同的制冷劑，使之滿足在低溫蒸發(fā)時(shí)具有合適的p0，又滿足冷凝時(shí)具有合適的pk。即采用復(fù)疊式制冷循環(huán)。4.2兩級壓縮制冷循環(huán)

兩級壓縮制冷循環(huán)，就是采取兩級壓縮+中間冷卻手段的制冷。一般按照中間冷卻和節(jié)流的方式分為如下幾種：1.按照中間冷卻方式分

①中間完全冷卻循環(huán)將低壓級的排氣冷卻到中間壓力pm所對應(yīng)下的飽和蒸汽。

②中間不完全冷卻循環(huán)低壓級的排氣冷卻后未達(dá)到中間壓力pm所對應(yīng)下的飽和蒸汽。2.按節(jié)流方式分

①一級節(jié)流循環(huán)制冷劑液體由pk直接一次節(jié)流到p0，為一級節(jié)流循環(huán)。

②二級節(jié)流循環(huán)將高壓液體先從pk節(jié)流到pm，再由pk節(jié)流降壓至p0，為兩級節(jié)流循環(huán)。一.一級節(jié)流、中間完全冷卻的兩級壓縮制冷循環(huán)1.系統(tǒng)原理圖與p-h圖CE123456784.2兩級壓縮制冷循環(huán)

2.工作流程

1-2：低壓缸中qmD流量工質(zhì)，被壓縮、升溫、升壓；

2-3：qmD流量的排氣在中間冷卻器中被冷卻至pm下飽和蒸汽；

3-4：qmG流量工質(zhì)在高壓缸中被壓縮、升溫、升壓；

4-5：qmG流量工質(zhì)在冷凝器中被冷卻、冷凝至5點(diǎn)；

5-6：(qmG

-

qmD

)流量工質(zhì)節(jié)流進(jìn)入冷卻器，用于將出自冷凝器qmD流量工質(zhì)的過冷(5-7)和出自低壓缸qmD流量工質(zhì)的冷卻(2-3)；

6-3：(qmG-qmD

)因?qū)崿F(xiàn)5-7的過冷和2-3的冷卻而在pm下吸熱成為飽和蒸汽；CE123456784.2兩級壓縮制冷循環(huán)

2.工作流程

7-8：qmD流量工質(zhì)一次節(jié)流進(jìn)入蒸發(fā)器；

8-1：qmD流量工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)吸熱（制冷）成低壓飽和蒸汽。*關(guān)于5-7：qmD流量被過冷，是為減小節(jié)流后8點(diǎn)的干度，減少節(jié)流后的無效蒸汽量。一般有

3.熱力計(jì)算CE12345678℃

熱力計(jì)算是循環(huán)裝置中最基本、也是最關(guān)鍵的計(jì)算。

(1)單位制冷量

(2)低壓缸消耗理論功4.2兩級壓縮制冷循環(huán)

3.熱力計(jì)算

(5)低壓機(jī)的實(shí)際輸氣量qvsDCE12345678

(3)qmD流量

(4)低壓機(jī)需要的軸功率4.2兩級壓縮制冷循環(huán)

3.熱力計(jì)算

(6)低壓機(jī)的理論輸氣量qvhDCE12345678

(7)高壓缸消耗理論功

(8)qmG的求出：4.2兩級壓縮制冷循環(huán)

3.熱力計(jì)算

(10)高壓機(jī)的實(shí)際輸氣量qvsGCE12345678

(9)高壓機(jī)的軸功率

(11)高壓機(jī)的理論輸氣量qvhG

(12)理論循環(huán)制冷系數(shù)

(13)實(shí)際循環(huán)制冷系數(shù)4.2兩兩級壓縮制冷冷循環(huán)3.熱力計(jì)算算CE12345678(14)冷凝凝器熱負(fù)荷以上計(jì)算可用用于設(shè)計(jì)或選選擇壓縮機(jī)的的計(jì)算：根據(jù)計(jì)算出來來的qvhG和qvhD來設(shè)計(jì)或選配配合適的壓縮縮機(jī)；根據(jù)計(jì)算出來來的Q0和Qk來設(shè)計(jì)或選配配合適的蒸發(fā)發(fā)器和冷凝器器。4.2兩兩級壓縮制冷冷循環(huán)二.一級節(jié)流、中中間不完全冷冷卻的兩級壓壓縮制冷循環(huán)環(huán)1.系統(tǒng)原理理圖與p-h圖中間不完全冷冷卻體現(xiàn)在：：“2”點(diǎn)過熱熱蒸汽不是被被降溫冷卻到到飽和蒸汽、、而是被中間間冷卻器出來來的飽和蒸汽汽冷卻一定程程度(過熱度度降低)進(jìn)入入高壓缸。1-2：低壓缸中qmD流量工質(zhì)，被被壓縮、升溫溫、升壓；2-4和3-4：qmD過熱氣與(qmG-qmD)飽和汽在在pm下混合；4-5：qmG流量工質(zhì)在高高壓缸中被壓壓縮、升溫、、升壓；5-6：qmG流量工質(zhì)在冷冷凝器中被冷冷卻、冷凝至至6點(diǎn)；2.工作流程程CE1256789344.2兩兩級壓縮制冷冷循環(huán)二.一級節(jié)流、中中間不完全冷冷卻的兩級壓壓縮制冷循環(huán)環(huán)2.工作流程程6-8：qmD流量工質(zhì)在冷冷卻器內(nèi)被過過冷；9-1：qmD流量工質(zhì)在蒸蒸發(fā)器內(nèi)吸熱熱（制冷）成成低壓過熱蒸蒸汽。CE1245678938-9：qmD流量工質(zhì)一次次節(jié)流進(jìn)入蒸蒸發(fā)器；6-7：(qmG-qmD)流量工質(zhì)節(jié)節(jié)流進(jìn)入冷卻卻器，用于將將出自冷凝器器qmD流量工質(zhì)的過過冷(6-8)；7-3：(qmG-qmD)流量因?qū)崿F(xiàn)6-8的過冷而在pm下吸熱成為飽飽和蒸汽；4.2兩兩級壓縮制冷冷循環(huán)二.一級節(jié)流、中中間不完全冷冷卻的兩級壓壓縮制冷循環(huán)環(huán)3.熱力計(jì)算算(1)qmG的計(jì)算分析中間冷卻卻器：與一級節(jié)流、、中間完全冷冷卻循環(huán)的熱熱力計(jì)算基本本相同。有兩點(diǎn)需要指指出：CE12456789367834.2兩兩級壓縮制冷冷循環(huán)(2)h4的計(jì)算4點(diǎn)為過熱蒸蒸汽：CE1245678933244.3兩級級壓縮制冷機(jī)機(jī)的熱力計(jì)算算和溫度變動動時(shí)的特性一.兩級壓縮縮制冷機(jī)的熱熱力計(jì)算主要內(nèi)容有：：CE1245678931.選擇制制冷工質(zhì)及循循環(huán)方式2.確定循循環(huán)的工作參參數(shù)3.確定兩兩級循環(huán)的中中間壓力4.具體計(jì)計(jì)算二.兩級壓縮縮制冷機(jī)pm的確定針對兩種情況進(jìn)行行pm的確定：一是已經(jīng)選配好高高、低壓級的壓縮縮機(jī)；二是后配高、低壓壓級壓縮機(jī)。1.已經(jīng)選配好高高、低壓級的壓縮縮機(jī)時(shí)中間壓力pm的確定壓縮機(jī)選定，4.3兩級壓縮縮制冷機(jī)的熱力計(jì)計(jì)算和溫度變動時(shí)時(shí)的特性CE1245678931.已經(jīng)選配好高高、低壓級的壓縮縮機(jī)時(shí)中間壓力pm的確定壓縮機(jī)選定，此時(shí)冷凝和蒸發(fā)參參數(shù)好確定；中間壓力的確定無無從下手。采用試湊法(作圖圖法)，步驟：4.3兩級壓縮縮制冷機(jī)的熱力計(jì)計(jì)算和溫度變動時(shí)時(shí)的特性CE124567893采用試湊法(作圖圖法)，步驟：(1)按一定間隔隔選擇若干tm，則2.第二種情況況——壓氣機(jī)未定定遵循制冷系數(shù)最大大化原則來確定中中間壓力pm。出現(xiàn)相應(yīng)若干個(gè)具具體的循環(huán)；分別進(jìn)行熱力計(jì)算算，得到對應(yīng)的ξ；(2)繪制ξ=f(tm)曲線，找到ξ=c1對應(yīng)的tm1；由tm1得出對應(yīng)的pm1。(1)根據(jù)已確定定的pk和P0，按照求得一個(gè)近似值；；4.3兩級壓縮縮制冷機(jī)的熱力計(jì)計(jì)算和溫度變動時(shí)時(shí)的特性CE124567893(1)根據(jù)已確定定的pk和P0，按照求得一個(gè)近似值，，并有一個(gè)對應(yīng)的近近似tm值；(2)在該pm(tm)值的附近按一定定間隔選取若干中中間值；(3)對每一個(gè)pm(tm)值進(jìn)行循環(huán)熱力力計(jì)算，得一系列列對應(yīng)的ε0；(4)繪制ε0=f(tm)曲線，找到最大大的ε0max所對應(yīng)點(diǎn)的tm(pm)。2.第二種情況況——壓氣機(jī)未定定遵循制冷系數(shù)最大大化原則來確定中中間壓力pm。4.3兩級壓縮縮制冷機(jī)的熱力計(jì)計(jì)算和溫度變動時(shí)時(shí)的特性CE124567893設(shè)計(jì)工況是唯一可可確定的，而運(yùn)行工況往往與設(shè)設(shè)計(jì)工況不一致；；制冷機(jī)的啟動、蒸蒸發(fā)溫度要求調(diào)節(jié)節(jié)的制冷裝置，都都會出現(xiàn)溫度變化化的現(xiàn)實(shí)。(1)已設(shè)計(jì)制造造或選配組成的兩兩級壓縮制冷機(jī)組組，其ξ為定值。運(yùn)行工況只有與設(shè)設(shè)計(jì)工況相同時(shí)，，該機(jī)組才體現(xiàn)出出設(shè)計(jì)表。運(yùn)行中的制冷機(jī)溫溫度的變動是常見見的現(xiàn)實(shí)，因?yàn)槿?溫度變動時(shí)制制冷機(jī)的特性(2)制冷機(jī)的啟啟動、蒸發(fā)溫度要要求調(diào)節(jié)的制冷裝裝置，都會出現(xiàn)tk、ξ不變而t0發(fā)生變化的情況。。(3)t0下降時(shí)，Q0、ε0都降低.例4-2.某某冷庫在擴(kuò)建中需需要增加一套兩級級壓縮制冷機(jī)，其其工作條件如下：：制冷量Q0=150kW；制制冷劑為氨；冷凝凝溫度為40℃，無過冷；蒸發(fā)發(fā)溫度t0=-40℃；管路有有害過熱Δt=5℃。試進(jìn)進(jìn)行熱力計(jì)算并選選配適宜的壓縮機(jī)機(jī)。(1)首先確定循循環(huán)形式:針對氨，選用一級級節(jié)流中間完全冷冷卻循環(huán)。(2)確定參數(shù)（（利用P330-334頁）:(3)確定中間壓壓力pm:例4-2.某某冷庫在擴(kuò)建中需需要增加一套兩級級壓縮制冷機(jī)，其其工作條件如下：：制冷量Q0=150kW；制制冷劑為氨；冷凝凝溫度為40℃，無過冷；蒸發(fā)發(fā)溫度t0=-40℃；管路有有害過熱Δt=5℃。試進(jìn)進(jìn)行熱力計(jì)算并選選配適宜的壓縮機(jī)機(jī)。(3)確定中間壓壓力pm:4.4復(fù)疊式式制冷機(jī)循環(huán)一.復(fù)疊式制冷機(jī)機(jī)循環(huán)系統(tǒng)復(fù)疊式制冷機(jī)通常常由高溫級和低溫溫級兩部分制冷系系統(tǒng)組