第四章制冷原理.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章,制冷原理,主要内容,第一节 单级蒸汽压缩式制冷循环,第二节 两级蒸汽压缩式制冷循环,第三节 复叠式制冷循环,基本要求:,一、熟悉逆卡诺和具有温差的逆卡诺循环的特殊性及其理论和实践价值,二、掌握变温热源逆向循环的特点及其制冷工质的要求,三、熟悉影响理论制冷循环性能的各种因素,四、牢固掌握理论制冷循环热力计算方法,本章重点：,单一工质的单级制冷循环,2.,简介：,多级制冷及复叠式制冷（采用两种性质不同的制冷剂，可获得更低的制冷温度）,第一节 单级蒸汽压缩式制冷循环,单级蒸汽压缩式制冷原理及特点,理想的制冷循环,单级蒸汽压缩式制冷的理论循环,蒸汽压缩式制冷的实际循环,一、单级蒸汽压缩式制冷原理及特点,（一）原理,利用某些低沸点的物质（,相变工质或制冷剂,）的液体在汽化时能保持温度不变而吸收热量的性质而实现制冷,高温高压过热蒸汽,高温高压湿蒸汽,高温高压液体,低温低压液体（部分闪发蒸汽）,低温低压蒸汽,低温低压湿蒸汽,简单的蒸汽压缩制冷原理图,（二）蒸汽压缩式制冷机的特点,1.设备紧凑,2.型式多,可制成,大、中、小型,制冷机,3.适应性强,能适应不同的场合的需要；制冷温度范围从,稍低于环境温度到-150,（三）蒸汽压缩式制冷机的种类,单级、双级和复叠式,（四）所用的制冷工质,单一工质、混合工质,二、理想的制冷循环,（一）理想的制冷循环,指由两个等温过程和两个等熵过程组成的制冷循环（逆卡诺循环）,逆卡诺循环的假设条件：,1.,被冷却物体的温度,T,2,，,环境介质温度,T,1,均为,常数,2.,工质的放热和吸热温度分别等于高温热源温度,T,1,和低温热源温度,T,2,，,无传热温差,3.,压缩过程、膨胀过程都是在,理想绝热,情况下进行的，无任何损失,（二）逆卡诺循环在温-熵图上的表示,在上述假设的基础上，逆卡诺循环由下列四个过程组成：,过程,12,绝热等熵压缩过程；外界对工质做压缩功，制冷剂温度从,T,1,升高到,T,2,过程,23,等温放热过程；制冷剂放出热量,q,1,过程,34,绝热等熵膨胀过程；制冷剂对外界做膨胀功，工质温度从,T,2,降低到,T,1,过程,41,等温吸热过程，工质吸收热量,q,2,无传热温差的逆卡诺循环图,（三）,逆卡诺循环制冷系数的计算,据温-熵图可知，逆卡诺循环中，每千克制冷剂从被冷物体吸取的热量为：,q,2,=T,2,（s,1,s,4,),每千克制冷剂向环境放出的热量为：,q,1,=T,1,（s,2,s,3,),每千克制冷剂循环消耗的功为：,W=q,1,q,2,=（T,1,T,2,）（s,2,s,1,),逆卡诺循环的制冷系数为：,无传热温差的逆卡诺循环图,从计算可知，逆卡诺循环的制冷系数仅是热源温度的函数，与工质种类无关，且从公式看出，高温热源温度T,1,越低，制冷系数越大；低温热源的温度T,2,越高，制冷系数也越大，即两者都影响制冷系数，但,低温热源对制冷系数的影响更显著,（四）有传热温差的逆卡诺循环在温-熵图上的表示及其制冷系数的计算,实际的制冷循环高温放热和低温吸热过程都存在温差,其制冷系数总是小于相同热源温度间工作的可逆循环的制冷系数,逆卡诺循环是相同高低温热源间工作的制冷循环中制冷系数最高,考虑了传热温差后，其循环与逆卡诺循环在温,-,熵图上的表示如图所示,从图可知，工质的放热温度,T,k,=T,1,+T,1,高于环境介质温度,T,1,；,工质的吸热（蒸发）温度,T,0,=T,2,T,2,低于被冷介质的温度,T,2,有传热温差的逆卡诺循环图,（五）逆卡诺循环无法实现,湿蒸汽区内蒸汽压缩制冷的逆卡诺循环,从图中可知，逆卡诺循环的两个等温过程可以在湿蒸气区实现，但两个绝热过程无法实现,过冷液体区,湿蒸汽区,过热蒸汽区,理想循环的两个绝热过程难于实现的原因,2.湿压缩比较危险,1.液体膨胀机难以制造,理想循环要实现的绝热膨胀过程必须有一台液体膨胀机，技术上很困难，目前的制冷设备均是用节流装置代替膨胀机，节流装置完成的等焓过程而不是绝热过程；功耗增加且制冷量减少了；压缩机的压缩过程也不是可逆绝热过程，而是等熵过程,结论,无论是可逆的逆卡诺循环还是考虑传热温差的逆卡诺循环，在实际中都是无法实现的。但热力学中研究理想制冷循环的目的是：,为了寻找热力学上最完善的制冷循环，并以此作为评价实际制冷循环效率高低的标准,三、单级蒸汽压缩式制冷的理论循环,1.单级蒸汽压缩式制冷,指制冷剂蒸汽经过一次压缩从蒸发压力直接压缩到冷凝压力的制冷（一般用于制取,-40以上,的低温）,（一）系统的组成与工作过程,单级蒸汽压缩式制冷机的系统图,2.基本组成,t,0,的工质在蒸发器中吸热汽化压缩机抽走蒸汽并在压缩机中将其压缩成冷凝压力p,k,的蒸汽送往冷凝器冷凝器中工质与周围介质发生热交换凝结成液体工质再经节流装置变成蒸发压力p,0,和蒸发温度t,0,下的制冷剂液体，并产生一定的,闪发蒸气,再次进入蒸发器完成一个循环,闪发蒸气指节流过程产生的蒸气,3.工作过程,（二）理论制冷循环,1.理论循环 即简单的,饱和循环,，指离开蒸发器进入压缩机的制冷剂蒸气为,饱和蒸气,，离开冷凝器进入节流装置的制冷剂为,饱和液体,的循环,理论制冷循环过程及其在T-S图上的表示,单级蒸气压缩制冷理论循环的T-S图与lgp-h图,2.理论循环是建立在以下假设的基础上,1）压缩过程为等熵过程：,2）节流前后焓值不变：,忽略了工质在通过节流阀前后流速的变化和热交换,3）制冷剂的冷凝温度等于冷却介质的温度，蒸发温度等于被冷却物体的温度，且冷凝温度和蒸发温度均为定值,4）制冷剂在冷凝器、蒸发器和管道内流动时，无流动阻力损失,5）制冷剂在管道中与外界无热交换,3.理论循环过程的组成,1）等熵压缩过程12,点1表示工质蒸气进入压缩机的状态，位于p,0,等压线与饱和蒸气线的交点上；点2表示工质蒸气离开压缩机的状态，处于过1点的等熵线与p,k,等压线的交点上,2）等压冷却（23）冷凝过程（34）,3）等焓节流过程45,点5表示工质离开节流装置进入蒸发器的状态，位于点4的等焓线与p,0,等压线的交点上,4）等压蒸发过程51,三种制冷循环在T-S图上的表示,（三）单级蒸气压缩式制冷 理论循环的热力计算,为了分析单级压缩制冷的理论循环，采用了一些,性能指标,以判断循环性能的好坏，各指标可通过状态点的参数进行计算，其热力计算内容有：,1.单位质量制冷量（单位制冷量）q,0,指1kg制冷剂在一次循环中所制取的冷量,q,0,=h,1,h,5,=h,1,h,4,(kJ/kg),2.单位容积制冷量,q,v,指压缩机吸入状态下吸入单位容积制冷剂蒸气所能获得的冷量。若吸入状态下制冷剂蒸气的比容为v,1,，则为q,v,：,q,v,=q,0,/v,1,=h,1,h,5,/v,1,(kJ/m,3,),3.单位理论功w,0,压缩机压缩并输送单位质量制冷剂所消耗的功,w,0,=h,2,h,1,=（kJ/kg）,4.单位冷凝负荷q,k,包括显热（,h,2,h,3,）和潜热（,h,3,h,4,），根据制冷机热平衡关系,q,k,应为：,q,k,=,q,0,+,w,0,=,h,2,h,4,（kJ/kg）,5.制冷系数,指制冷循环中每消耗单位功所获得的制冷量,=,q,0,/,w,0,对于理论循环 ,0,=,q,0,/,w,0,=,h,1,h,4,/h,2,h,1,6.热力完善度,=,0,/,c,=(T,k,T,0,/,T,0,)(,h,1,h,4,/h,2,h,1,),例题1：一台按,理论循环,工作的单级蒸气压缩制冷机，冷凝温度,t,k,=30，蒸发温度,t,0,=-15，工质为R22，试进行热力计算,解：据已知条件在lg-p作出循环路线图，由R22的lg-p查出各状态点的状态参数（也可查性质表）,点号,t/,P/10,5,Pa,V/m,3,kg,-1,h/kJ kg,-1,S/kJ kg,-1,K,-1,1,2,4,5,-15,53.55,30,-15,2.975,11.919,11.919,2.975,0.077625,399.546,434.49,236.664,236.664,1.77541,1.77541,（四）制冷压缩机的工况,从以上分析可知，一台制冷机的制冷量和压缩消耗的功是随蒸发温度t,0,和冷凝温度t,k,的改变而改变的，离开工作温度条件谈制冷量和功耗无实际意义，要准确说明一台制冷机的制冷量、功耗的大小，必须同时指明工作温度条件，为了便于对制冷机的性能进行比较，必须规定一个共同的温度作为比较的基准，此温度基准即为制冷机的工况,工况,即制冷压缩机工作的温度和工作条件,标准工况,制冷剂,工作温度/,R717,R22,R12,蒸发温度,t,0,-15,-15,-15,冷凝温度,t,k,30,30,30,吸入温度,t,1,-10,-15,-15,过冷温度,t,u,25,25,25,空调工况,制冷剂,工作温度/,R717,R22,R12,蒸发温度,t,0,5（0）,5,5,冷凝温度,t,k,40（35）,40,40,吸入温度,t,1,10（5）,15,15,过冷温度,t,u,35（30）,35,35,为了考核压缩机部零件的机械强度和确保压缩机能正常工作，机械工业部对于中小型活塞式单级压缩机规定了最大压差工况和最大功率工况,最大压差工况和最大功率工况,制冷剂,工作温度/,R717,R22,R12,最大压差,最大功率,最大压差,最大功率,最大压差,最大功率,蒸发温度,t,0,-20,5,-30,10,-30,5,冷凝温度,t,k,40,40,50,50,40,40,吸入温度,t,1,-15,10,0,15,15,15,压缩机的电机一般按最大功率工况下计算出的数据进行选配，以保证启动过程中满足压缩机负荷要求，但若在固定工况下运行，也可按实际工况选配，但启动时要采用部分卸载启动或进气节流等措施,压缩机出厂时，机器铭牌上标出的制冷量一般为标准工况下的制冷量，实际运行工况改变时，制冷机的性能可以从其性能曲线选取，也可根据,转速不变时压缩机理论输气量是定值,这一条件加以换算,方法如下：,设标准工况的制冷量为Q,0（A）,，任意工况下的制冷量为Q,0（B）,，则有：,Q,0（A),=V,h,（A),q,v（A）,，Q,0（B),=V,h,（B),q,v（B）,转换后得到：,Q,0（B),=,（B),q,v（B）,/,（A),q,v（A）,Q,0（A),=K,i,Q,0（A),。,式中的K,i,压缩机制冷量的换算系数,制冷压缩机的工况可根据需要而改变，但改变是有限度的，变化范围必须符合国家有关部门规定的制冷压缩机的设计及使用条件的要求,制冷压缩机的设计及使用条件,制冷剂,冷凝温度/,最大压差,（p,k,-p,0,）10,5,Pa,蒸发温度,最高排气温度,R717,R12,R22,40,50,40,13.72,11.76,11.76,5,10,5,150,130,150,例题2：计算氟里昂R22制冷剂在下列工况下循环的理论制冷系数，并进行比较和讨论,A工况：t,k,=35，t,0,=0,B工况：t,k,=40，t,0,=0,C工况：t,k,=35，t,0,=-5,解：根据已知条件把各工况的状态点在R22的lg-p图上表示后查得各状态点参数并计算结果如表所示,参数,工况,冷凝,蒸发,H,1,kJ/kg,H,1,kJ/kg,H,1,kJ/kg,制冷系数,温度,t,k,压力10,5,Pa,温度,t,0,压力10,5,Pa,A工况,35,13.5,0,4.98,405.4,430,243.1,6.60,B工况,40,15.3,0,4.98,405.4,433,249.7,5.64,C工况,40,15.3,-5,4.21,403.5,437,249.7,4.59,从上表可知，A、B工况蒸发温度相同，但B工况的t,k,比A工况的t,k,高5，则制冷系数下降，下降的百分数为：,（6.60-5.64）/6.60100%=14.5%,B、C工况的冷凝温度相同，但C工况的t,0,比B工况的t,0,降低了5，则制冷系数下降，下降的百分数为：,（5.64-4.59）/5.64100%=18.6%,从上计算可知，蒸发温度的变化对制冷系数的影响大于冷凝温度变化的影响,（五）冷凝温度和蒸发温度变化时循环性能的变化,冷凝温度变化时循环的变化,从图中可知，当冷凝温度升高时，循环的单位制冷量下降；单位理论功增加；单位容积制冷量减少；单位热负荷增大；,制冷系数,下降,蒸发温度变化时循环的变化,从图中可知，当蒸发温度下降时，循环的单位制冷量下降；单位理论功增加；单位容积制冷量减少；单位热负荷增大；制冷系数下降,结论,从上分析可知，当冷凝温度越低，蒸发温度越高时，制冷系数越大。在冷凝温度和蒸发温度给定的情况下，制冷系数越大则循环的经济性越好,但对于工作在不同温度区间的制冷循环，用制冷系数对循环的经济性进行比较是没有意义的，此时应用热力完善度来衡量循环的经济性,（六）单级蒸气压缩制冷理论循环的修正,1.蒸气压缩制冷的过冷循环,指使节流前制冷剂的温度低于相应压力所对应的饱和温度的循环。（即具有液体过冷的循环）,过冷循环的T-S图lgp-h图,实现过冷的方法,1.,在冷凝器中过冷：,当冷凝器的面积足够大，冷却水温较低时，制冷剂在冷凝器中可得到一定程度的过冷,2.,用过冷器过冷：,在冷凝器或贮液器后串接一个采用深井水做冷却介质的过冷器，使液体制冷剂过冷，有较好效果，用于大型制冷系统；,如图,3.,用直接蒸发的过冷器过冷：,当需要较大的过冷度时，可在供液管通道上装一个直接蒸发的液体过冷器，但要消耗一定的冷量，在必要时用,4.,在回热器中过冷：,在回气管上安装一个回热器（气液交换器），用来自蒸发器的低温蒸气冷却节流前的液体制冷剂，,R12,系统常用,应用液体过冷器的制冷系统图,R12的回热形式,液体流,液体流,液体流,液体流,蒸气流,蒸气流,蒸气流,蒸气流,从上可知，采用过冷循环后制冷系数提高了，且过冷度越大，提高越多，但制冷剂的过冷是依靠冷却介质的冷却作用获得的，过冷后的制冷剂温度越低，所需的冷却介质的温度越低，所以受到冷却介质的限制，制冷剂的过冷温度不可能太低,另外采用过冷后设备的投资费、折旧费、运行费相应增加，在实际使用中应考虑具体情况和运行技术经济比较后再确定是否采用,2.蒸气压缩制冷的过热循环,指具有吸气过热的循环。（即压缩机吸入蒸气的温度高于吸气压力所对应的饱和温度）,过热循环的T-S图和lgp-h图,图中t,sh,为吸气过热度,从过热循环的,T-S图和lgp-h,图可知，与理论循环相比，压缩机的排气温度升高；单位理论功增大；单位冷负荷增大；过热循环的制冷量和制冷系数是增大还是减少，取决于,过热的形式,过热的形式：,无效过热：,指过热发生在,被冷却空间之外,无效过热的单位制冷量不变；单位容积制冷量减少；,制冷系数下降,因此无效过热对制冷循环不利（,对压缩机工作有利,）,，,为有害过热,，蒸发温度越低，对循环影响越大，在实际工作中为减少有害过热，可在吸气管上包扎隔热材料，但有害过热不能完全消除,2.有效过热,指过热发生在,被冷空间内,。因蒸气吸收的热量来自于被冷空间，对被冷物体产生制冷作用，所以为,有利过热,有效过热单位制冷量增大；单位理论功增大；单位容积制冷量和制冷系数是增大还是减少取决于制冷剂的种类,单位体积制冷量随吸气过热度的变化,因受排气温度的限制，过热度一般控制在2040，另外因R717和R22排气温度较高，因此使用中不宜采用过高的过热度,制冷系数与吸气过热度的关系,结论,R502和R12 采用过热循环对制冷系统是有利的，而R717和R22采用过热循环会使制冷系数和单位容积制冷量下降，所以在实际生产中，R502和R12通常采用过热循环且有较大的过热度，R717和R22可根据具体而定且通常过热度较小,实际工作的制冷机，有效过热和无效过热总是同时存在，可根据具体情况考虑各自所占的比例,3.回热循环,指既具有液体过冷又具有蒸气过热的循环。其流程是利用一台换热器使节流前的高温液体与压缩机吸气前的低温蒸气进行热交换，使液体得到过冷，而蒸气得到过热,回热循环的系统图和lgp-h图,回热制冷循环,回热循环的单位制冷量提高；单位理论功增大；单位容积,制冷量,和,制冷系数,是增大还是减少取决于制冷剂的种类,其影响情况与有效过热基本一样；即对R502和R12采用回热循环对制冷系统有利；而R22和R717采用回热循环对系统不利,但是否采用回热循环还应考虑多方面的因素,三种修正后的理论制冷循环在lgp-h图上的比较,回热循环的lgp-h图,过热循环的lgp-h图,过冷循环的lgp-h图,四、蒸汽压缩式制冷的实际循环,（一）理论循环与实际循环的区别,1.压缩机的实际工作过程为多变压缩过程，而不是等熵过程,2.实际循环在换热器中存在传热温差,冷凝温度高于环境介质的温度，蒸发温度低于被冷物体的温度；且冷却介质和被冷物体的温度是变化的,3.制冷剂流动存在流动阻力,压缩机的排气压力上升，蒸发器的吸气压力下降；造成冷凝温度和蒸发温度将不是定值,4.制冷剂在流经系统的各个设备和管道时与环境有热交换,5.系统存在一定的渗漏,使系统内有不凝性气体，造成冷凝器压力升高，压缩机压缩比增大，吸气系数下降,（二）实际循环的简化,1.忽略冷凝器和蒸发器中制冷剂的压力变化,即以压缩机的排气压力为冷凝压力，以压缩机的吸气压力为蒸发压力，冷凝温度和蒸发温度为定值，但考虑传热温差,2.实际压缩过程简化为等熵过程后进行效率修正,3.节流前后焓值不变,经过简化后的实际循环可直接利用lgp-h图进行热力计算，而产生的误差不大，可满足工程需要,实际循环（1abc2defg1),简化后的实际循环（1234561),简化后的实际循环,（三）单级蒸汽压缩式制冷 实际循环的热力计算,1.热力计算,1）计算的目的,得到实际循环的性能指标、压缩机的容量、功率、蒸发器、冷凝器的热负荷等，为压缩机和热交换器的设计和选配提供数据,2）计算步骤,（1）确定制冷循环工作参数,即确定制冷剂的工作温度和压力。工作温度取决于冷却介质与被冷物体的温度及传热温差。而冷却介质的温度根据当地水源和气象资料确定，被冷却物的温度由用户或食品冷冻加工工艺和空调要求确定。传热温差由具体条件确定，水冷式换热器取,5，,空冷式换热器取,10,（2）在压-焓图上绘制出循环图，查出各主要点的状态参数,（3）根据步骤（2）的数据进行热力计算,3）计算内容,（1）单位质量制冷量q,0,（2）单位容积制冷量q,v,（3）单位理论功w,0,（4）单位热负荷q,k,q,k,=h,2s,h,4,h,2s,为压缩机的排气状态点，其焓值为：,h,2s,=h,1,+（h,2,h,1,）/,i,简化后的实际循环,（5）制冷剂的循环流量m,m=Q,0,/q,0,（kg/s）,（6）冷凝器的热负荷Q,k,Q,k,=m q,k,=（kW),(7)压缩机的实际输气量为,V,s,=mv,1,（m,3,/s）,（8）压缩机的理论输气量V,h,为,V,h,=V,s,/（m,3,/s）压缩机的输气系数,（9）压缩机的功率P(kW)计算：,理论功率P,t,=mw,0,指示功率P,i,=P,t,/,i,轴功率P,c,=P,i,/,m,=P,t,/,m,i,压缩机电机的输入功率：P,e,=P,c,/,e,(10)实际循环制冷系数,0,；逆卡诺循环制冷系数,c,（11）热力完善度,（12）能效比EER（单位轴功率制冷量）,EER=,Q,0,/P,c _,P,c,压缩机消耗的轴功率,(13)过冷器热负荷；回热器热负荷等,（四）计算实例,1.例题1,一个小型冷藏库，库内温度为-10，冷却水的温度为28，利用一台2F10型压缩机配套组成一个R12的,回热循环,制冷系统。已确定低压蒸气经回热器到压缩机吸入口的温度为0，管道,无有害过热,，压缩机的输气系数=0.65，指示效率,i,=0.8，机械效率,m,=0.9，试进行制冷系统的热力计算,解：查2F10型压缩机可知其汽缸直径为D=100mm，活塞行程s=75mm，转速n=24r/s，汽缸数Z=2，假定：冷凝器冷凝水温升t=4；冷凝温度较冷凝器出水温度高3；蒸发温度较库内温度低10,热力计算：,1.确定循环的工作参数,1）冷凝温度t,k,=28+4+3=35，查R12的热力性质表或lgp-h图得到冷凝压力为 P,k,=8.4775,MPa,bar（绝对）,2）蒸发温度 t,0,=-10-10=-20；查得蒸发压力P,0,=1.5093,MPa,（绝对）,在压,-,焓图上绘出循环路线图,2s,3.在压-焓图上查出主要状态点的状态参数如下,点号,t/,P/10,5,Pa,V/m,3,kg,-1,h/kJ kg,-1,S/kJ kg,-1,K,-1,0,1,2,4,5,-20,0,35,1.5093,1.5093,8.4775,8.4775,0.120,343,355,388,233.5,2s,4.热力计算,1）根据回热器热平衡关系得h,5,h,4,h,5,=h,1,h,0,h,5,=h,4,（h,1,h,0,）,=233.5（335343）=221.5（kJ/kg）,2)确定2s点的焓值,h2s=h1+（h2 h1）/i=355+(388-355)/0.8=396.25 kJ/kg,2s,2s,2s,例题2：某一台制冷机，制冷量为2kW，环境温度为t,h,=35，被冷空间温度为t,e,=-20，制冷剂为R12，采用,回热循环,；且已知压缩机吸气温度为t,1,=0，压缩机的指效率为,i,=0.8；机械效率,m,=0.94，电机效率,e,=0.8，试进行热力计算,解：取冷凝温度比环境温度高10，蒸发温度比被冷空间低5，则冷凝温度t,k,=35+10=45,蒸发温度t,0,=-20-5=-25,蒸气的过热度为：t,sh,=25,循环系统的的lgp-h图如下：,由R12的性质表和lgp-h确定个主要状态点的状态参数如表：,点号,t/,P/10,5,Pa,V/m,3,kg,-1,h/kJ kg,-1,S/kJ kg,-1,K,-1,0,1,2,3,4,-25,0,83.7,45,1.2368,1.2368,10.834,10.834,10.834,0.14666,340.42,335.26,398.63,243.66,1.627,1.627,4.热力计算,1）根据热平衡关系得h,4,：,h,3,h,4,=h,1,h,0,h,4,=h,3,（h,1,h,0,）,=243.66（335.26340.22）,=228.62（kJ/kg）,根据P,k,和h,4,可查的t,4,=30，相应的过冷度为,t,sc,=15,第二节 两级蒸汽压缩式制冷循环,采用两级蒸气压缩式制冷循环的原因,两级压缩制冷循环,两级压缩制冷循环的热力计算,两级压缩制冷循环的计算实例,一、采用两级蒸气压缩式制冷循环的原因,单级蒸气压缩式制冷系统一般采用终温中压的制冷剂，其蒸发温度一般在-20-40。若想得到更低的温度很难。原因是：单级压缩制冷不能在高压缩比P,k,/P,0,下工作,在高压缩比下工作的不良后果：,（一）压缩机的输气系数大大降低，实际压缩过程与理论等熵压缩压缩过程偏离程度太大，制冷系数下降，当压缩比达,20,时，输气系数接近零,（二）压缩机排气温度很高，润滑油变稀，润滑条件下降，甚至引起润滑油碳化而拉缸、阀片上结碳等现象，过多的油蒸气进入系统，使换热设备性能下降,（三）液体制冷剂节流时损失增加，单位质量制冷量和单位容积制冷量下降,因此单级压缩制冷循环不宜在高压缩比下工作。一般单级氨制冷压缩机最大压缩比,8,；氟里昂压缩机最大压缩比,10,制冷剂,冷 凝 温 度 ,30,35,40,45,50,R717,-25.8,-22.6,-19.5,R22,-37.2,-34.2,-31.5,-28.6,-25.7,R12,-36.8,-33.8,-31.1,-28.3,-25.4,R502,-40,-37.2,-34.4,-36.6,-28.9,单级压缩最低蒸发温度,为了要获得比较低的蒸发温度，又要使压缩机的压缩比控制在一个合适的范围内，则必须采用两级压缩制冷循环，甚至多级制冷压缩循环，采用两级压缩循环可获得,-70,的低温,二、,两级压缩制冷循环,（一）两级压缩制冷循环,指来自蒸发器的制冷剂蒸气（压力为p,0,）先进入低压级汽缸压缩到中间压力（p,m,），经过中间冷却后再进入高压级汽缸，压缩到冷凝压力（p,k,）后排入冷凝器的循环,（二）两级压缩制冷系统的组成方式,1.由两台压缩机组成双级双机系统,一台为低压级，另一台为高压级,2.由一台压缩机组成单机双级系统,其中一个或两个汽缸为高压缸，其余作为低压缸，高,低压缸缸数比一般为1：2或1：3,（三）两级压缩的节流方式,1.两级节流,指制冷剂从冷凝器出来后经过两个节流阀再进入蒸发器的循环。即先由p,k,节流到中间压力p,m,，再由p,m,节流到p,0,2.一次节流,指制冷剂只经过一个节流阀，压力从p,k,直接节流到蒸发压力p,0,；因两者压差较大，可利用其压差实现远距离或高层冷库的供液，可减少润滑油进入蒸发器的机会且调节方便（常用）,（四）两级压缩的冷却方式,1.中间完全冷却,指低压机排出的蒸气被冷却成中间压力p,m,下的饱和蒸气,（氨用）,2.中间不完全冷却,指低压机排出的蒸气只降低了温度，但未达到干饱和状态,（氟里昂用）,（五）两级压缩的冷却和节流的组合方式,1.两级节流中间完全冷却,2.两级节流中间不完全冷却,3.一级节流中间完全冷却（氨用）,4.一级节流中间不完全冷却（氟里昂用）,（六）典型的两级压缩循环,两级压缩一级节流中间完全冷却循环系统原理图,两级压缩一级节流中间完全冷却循环系统原理图,两级压缩一级节流中间完全冷却循环的lgp-h图,两级压缩一级节流中间不完全冷却循环系统原理图,两级压缩一级节流中间不完全冷却循环lgp-h图,两种循环的压焓图比较,（三）两级压缩制冷循环的优点,1.各级压缩比减小，压缩机的输气系数大大提高,2.采用中间冷却，降低了高压级排气温度，改善压缩机的润滑条件,3.功耗降低。如在t,0,=-30，t,k,=30，采用两级压缩的功耗要比单级减少12%,但因两级压缩需增加一台压缩机，一个中间冷却器和一只节流阀，初投资较大，所以只要在蒸发温度要求较低时采用,三、两级压缩制冷循环的热力计算,（一）首先选择好制冷剂、循环形式及确定循环的工作参数,两级压缩循环必须使用中温制冷剂；中间冷却方式取决于制冷剂的种类；循环工作参数的选择原则与单级相同,（二）确定中间压力（中间温度）,1.若已选配好压缩机可通过计算确定中间压力,（依据是确定的压缩机的理论输气量之比为定值）,1）按一定间隔选择若干个中间温度，按所选的中间温度分别进行热力计算，求出不同中间温度下的理论输气量的比值,2）绘制=f（t,m,）曲线，在此曲线上找到已选定的两级压缩机的理论时期量之比值所对应的中间温度，然后查出对应的中间压力,2.从计算确定中间压力的数值，以便选配压缩机,（三）计算内容,1.单位制冷量q,0,2.低压级消耗的单位理论功w,0d,3.低压级的质量的循环量m,d,若制冷机的冷负荷为Q,0,；则,m,0d,=Q,0,/q,0,4.低压级的轴功率P,cd,5.低压级的实际输气量V,sd,6.低压级的理论输气量V,hd,7.高压级压缩机的单位理论功w,gd,8.高压级压缩机的制冷剂流量m,g,四、两级压缩制冷循环的计算实例,例题：某冷库在扩建中需要增加一套两级压缩制冷压缩机，其工作条件为：,制冷量：Q,0,=543724kJ/kg,制冷剂：R717,冷凝温度：t,k,=40，无过冷,蒸发温度：t,0,=-40 管道有有害过热 t=5,试进行热力计算，并选配适宜的压缩机,解：因制冷剂为R717，所以选用一级节流中间完全冷却循环，其压焓图如下：,根据已知条件，可确定以下参数：,P,k,=15.54bar；P,0,=0.7178bar；,h,9,=6.09kJ/kg；,h,0,=1624.6kJ/kg；,h,1,=1636.7kJ/kg；,v,1,=1.58m,3,/kg；,按制冷系数最大原则确定中间压力和中间温度,t,m,P,m,bar,h,3,kJ kg,-1,h,4,kJ kg,-1,h,2,kJ kg,-1,h,7,kJ kg,-1,0,-2,-4,-6,-8,-10,3.982,3.688,3.414,3.154,2.909,1678.6,1676.1,1674.0,1671.5,1669.0,423.2,414.0,404.8,395.6,386.4,1875.3,1862.8,1850.2,1837.7,1825.1,1877.4,1885.8,1896.3,1906.7,1917.2,2.363,2.370,2.365,2.360,2.350,从表中的制冷系数值可知，最佳的温度在-6-4之间，取t,m,=-5，相应的中间压力P,m,=3.549bar，这时可查得：,h,3,=1674.8kJ/kg；h,4,=409.94kJ/kg；,h,2,=1856.5kJ/kg；h,7,=1891.2kJ/kg,v,3,=0.347 m,3,/kg,根据热力计算所确定的理论输气量，低压压缩机可选用V,h,=1096m,3,/h的8AS-17型压缩机，高压压缩机可选用V,h,=283m,3,/h的4AV-12.5型压缩机,五、两级压缩制冷机的特性,一台已经设计制造或选配组成的两级压缩机，其理论输气量之比为定值，当制冷机的工作温度,（t,k,和t,0,）,与设计数值完全相同时，制冷机按设计工况运行，即具有设计计算中所所规定的,p,m,、Q,0,、p,cg,和p,cd,、,等，但当工况发生变化时，制冷机的特性均发生变化,第三节 复叠式制冷循环,一、采用复叠式制冷的原因,当制冷要求的温度很低时，如-120-70，采用的常规的中温制冷剂受到蒸发压力过低或制冷剂凝固点的限制。如R12和R22在t,0,=-80时蒸发压力低于0.09810,5,Pa（绝对大气压），而R717在-77.7时已经凝固。所以当制冷温度过低时应采用复叠式制冷循环,蒸发压力过低带来的问题：,（一）空气容易渗入系统，影响制冷设备的正常运行,（二）吸气比容增大，输气系数降低，使压缩机汽缸尺寸增大,（三）对活塞式压缩机因阀门自动启闭特性，当吸气压力低于（0.0980.147）10,5,Pa 时，将难以克服吸气阀弹簧力，使压缩机不能正常工作,因此当要求蒸发温度低于-70时，应采用低温制冷剂如R13、R14（蒸发温度一般都低于-80）。但这类制冷剂的冷凝温度要求很低，用常温冷却水无法将其冷凝成液体，所以出现了应用两种制冷剂的复叠式制冷循环,复叠式制冷循环指采用中温制冷剂去冷凝低温制冷剂使其液化，尔后，再去蒸发器内蒸发制冷的循环,二、复叠式制冷循环的原理,复叠式制冷原理图,由,高温部分,和,低温部分,组成，高温部分使用中温制冷剂，低温部分使用低温制冷剂，每部分是一个完整的制冷循环，工作时，高温系统制冷剂的蒸发是用来使低温部分的制冷剂冷凝；低温系统中的制冷剂在蒸发时吸热制冷。两部分用一个蒸发冷凝器连接，蒸发冷凝器既是高温部分的蒸发器，又是低温部分的冷凝器,复叠式制冷循环的压-焓图,D-8型低温箱的复叠式制冷系统图,三、复叠式制冷循环的优点,（一）相同蒸发温度时，复叠式制冷压缩机的尺寸比两级压缩制冷机小,（二）系统内保持正压，空气不会渗入，系统运行稳定,（三）复叠式制冷机可以采用不同的制冷方式，如低温部分可采用压缩式或离心式，高温部分采用吸收式等,