多级蒸汽压缩制冷循环.doc

3.6多级蒸汽压缩制冷循环
采用多级压缩制冷的原因
问题：单级压缩在常温冷却条件下，能获得的低温程度有限。在
此条件下，获得低温的制约因素是压缩比和排气温度。
压缩比和排气温度升高后的危害
压缩比增大时压缩机的余隙系数λv大为降低，
压缩机的输气量及效率显著下降。当压缩比提高到一定数值后，压缩机的余隙系数变为零，压缩机不再吸气，制冷机虽然在不断运行，制冷量却变为零。
(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，会使润滑油碳化和出现拉缸等现象。
(3)制冷剂过热损失增加，单位容积制冷量下降过大，经济性显著下降。
3.6.1两级压缩制冷的循环形式
两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P0）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。
两级蒸气压缩类型
按压缩机台数分
单机双级：一台压缩机，气缸一部分为高压级，另一部分为低压级。
双机双级：两台压缩机，分别作为高压级和低压级。
按中间冷却方式分
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：低压级排气虽经冷却，但并未冷却到饱和蒸气状态，仍然是过热蒸汽。
按节流方式分
两次节流循环：将高压液体先从冷凝压力Pk节流到中间压力Pm，然后再由Pm节流降压至蒸发压力P0。
一次节流循环：制冷剂液体由冷凝压力Pk直接节流至蒸发压力P0
常用的组成型式
1.一次节流、中间完全冷却
2.一次节流、中间不完全冷却
3.两次节流、中间完全冷却
4.两次节流、中间不完全冷却

a）一次节流、中间完全冷却循环

b）两次节流、中间完全冷却循环

c)一次节流、中间不完全冷却循环

d）两次节流、中间不完全冷却循环

两级压缩循环形式选择因素
􀂋中间冷却形式选择
——取决于制冷剂的性质
氨：完全冷却，氟利昂：不完全冷却
一次节流：
􀁺不可逆损失大，经济性差；
􀁺系统简单，只有一个节流阀；
􀁺供液压差大，节流阀尺寸小，可实现远距离供液或高层供液；
􀁺节流前液体过冷度大，不易闪蒸。
二次节流：
􀁺不可逆损失小，经济性好；
􀁺可以获得两种不同蒸发温度；
􀁺系统复杂，要两个节流阀,且要保证流量调节相协调；
􀁺供液压差小，节流阀尺寸大；
􀁺第二只节流阀前液体温度过低且无过冷，容易出现阀前闪蒸。
3.6.2两级压缩制冷的系统流程与循环分析
一次节流中间完全冷却的两级压缩制冷循环

热力计算
一次节流中间完全冷却的两级压缩制冷循环
假定已知制冷量Q0
1.单位质量制冷量:q0＝h1－h8kJ/kg
2.低压级比功:wD＝h2－h1kJ/kg
3.低压级制冷剂质量流量:qm,D=Ø0/q0kg/s
4.低压级压缩机轴功率:Pk,D=qm,DwD/ηK,Dkw
5.低压级输气量:
实际:qvs,D=qm,Dv1m3/s
理论:qvh,D=qvs,D/λDm3/s
(低压级压缩机的容积效率λD等于相同压力下单级压缩的90%)
6.高压级比功:wG=h4﹣h3kJ/kg
7.高压级制冷剂质量流量（由中间冷却器热平衡确定）
质量平衡：
qm,G=qm,D+qm6=qm6+qm7
qm7=qm,D
能量平衡:
qm,Dh2+qm,Dh5+(qmG-m,D)h6=qm,Gh3+qm,Dh7,
∴qm,G=qm,D(h2﹣h7)/(h3﹣h6)kg/s
8.高压级压缩机轴功率:Pk,G=qm,GWG/ηk,Gkw
9.高压级输气量：
实际:qvs,G=qm,Gv3m3/s
理论:qvh,G=qvs,G/λGm3/s
(λG等于相同压力下单级压缩的容积效率)
10.性能系数
理论循环：COP=Ø0/（qm,GWG+qm,DWD）
实际循环：COPs=Ø0/（qm,GWG/ηk,G+qm,DWD/ηk,D）
11.冷凝器的热负荷
Øk=qvs,G(h4s-h5）kw
h4s=h3+(h4-h3)/ηi,DkJ/kg
氨一次节流中间完全冷却两级压缩制冷系统

油氨分离器：将夹带的油滴分离出来，以免进入冷凝器和蒸发器中而
影响传热。
单向阀：当机器一旦突然停车时防止高压蒸气倒流入压缩机中。
贮液器：用来保证根据蒸发器热负荷的需要供给足够的液氨以及减少
向系统内补充液氨的次数。
浮球调节阀：自动控制中间冷却器中的液位。
气液分离器：一方面将从蒸发器出来的低压蒸气中夹带的液滴分离出
去，以防止氨液进入压缩机中而形成湿压缩，另一方面又可使节流后
产生的部分蒸气不进入蒸发器，使蒸发器的面积可得到