双级压缩和复叠式制冷.ppt

双级压缩和复叠式制冷 一、采用双级压缩的必要性 1.单级压缩循环的局限性。 单极蒸汽压缩式制冷循环，冷凝温度都差不多，虽然可能采用不同的制冷剂，但是所能够获得的最低制冷温度一般只有 -20~-30℃，最低不超过-40℃。这主要是由于压缩机压缩比不能过大的原因造成的。 2.关于压缩比 压缩机的压缩比等于冷凝压力pk与蒸发压力p0的比值，当冷凝温度固定的时候，压缩比就取决于蒸发温度，蒸发温度越低，蒸发压力就越小，压缩比就越大。 3.压缩比过大带来的问题 ⑴压缩机压缩比过大，会使得螺杆式压缩机的输气系数下降，使得压缩机输气量减少，制冷量下降。压缩比越大，这种影响就越大，当压缩比达到20的时候，压缩机几乎不能吸气，从而失去制冷能力。 ⑵压缩机压缩比过大，会使得压缩机的压缩过程偏离等熵过程，使得压缩机功耗增加，效率下降，降低了系统的制冷系数。 ⑶压力比的增大将导致压缩机排气温度升高，汽缸壁的温度随之升高。这一方面会使吸入的制冷剂蒸气温度升高，比体积增大，减少了压缩机吸气量；另一方面排气温度和汽缸温度过高，会使得润滑油变稀甚至部分碳化，导致压缩机润滑状况恶化，严重影响压缩机正常运行。 由于以上原因，单级压缩机压缩比不宜过大。一般使用氨作为制冷剂的活塞式压缩机压缩比最大为8，使用氟利昂作为制冷剂的螺杆式压缩机压缩比最大不能超过10，而使用离心式压缩机时，压缩比最大不能超过4。这样的话，在冷凝温度跟环境温度差不多的情况下，单级压缩机可以达到的蒸发温度通常为-20℃~-30℃，最多不超过-40℃.主要的原因是考虑多方面因素，其中最关键的因素是系统压缩过程不是绝热过程，当压缩比过大的情况下，势必出现压力值变大现象，而这个时候温度也会突生，在温度高的状态下，对压缩机的冷冻油以及冷媒有分解，炭化的问题，所以为了保证系统安全与可靠，系统运行过程中的压缩比不能超过10. 二、多级压缩的特点 采用多级蒸气压缩制冷循环，能够避免或减少单级蒸气压缩制冷循环中由于压力比过大所引起的一系列不利的因素，从而改善制冷压缩机的工作条件。 1)采用多级压缩制冷循环，可使每一级的压力比降低，减少活塞式制冷压缩机的余隙容积影响，减少制冷剂蒸气与气缸壁之间的热交换，减少制冷剂在压缩过程中的内部泄漏损失等，提高制冷压缩机的输气系数，提高实际输气量，在其他条件不变的情况下，增加循环的制冷量。 2)每一级的压力比降低，可以提高制冷压缩机的指示效率，减少实际压缩过程中的不可逆损失。在有中间冷却的多级压缩中，可节省循环耗功；降低每一级的排气温度，保证制冷系统的高效安全运行，如图 3)降低了每一级的压力比，同样也降低了每级制冷压缩机的压力差，使得制冷机运行的平衡性增高，机械摩擦损失减少。在设计时，可简化制冷机结构，降低生产成本。 4)采用多级压缩制冷循环，可提高制冷循环中的节流效应，减少节流损失，提高制冷效率。 5)采用多级压缩循环，对于离心式制冷机来说，可以节省能源，降低离心机工作转速。简化离心机的结构及减少离心机产生喘振的机会。 从热力学上分析，定温压缩过程是最佳压缩的热力过程，耗功最少。并且从理论上讲，当带有中间冷却的多级压缩级数越多，越接近等温压缩过程，省功越多，制冷系数也就越大。如有中间冷却的无穷多级压缩，则整个压缩过程就越接近等温过程，这在实际工程中是做不到的。在实际工程中不采用过多的压缩级数，因级数过多，使系统复杂，设备费用增加，技术复杂性提高。在应用中温中压制冷剂时，活塞式制冷压缩机的三级压缩制冷循环所达到的蒸发器温度范围与两级压缩循环相差不大，所以现代活塞式制冷机常采用两级压缩制冷循环。 另外，特别需要指出的是，多级压缩系统中每一级都采用同种制冷剂。除了离心式压缩机以外，双级压缩制冷循环只能采用中温中压制冷剂，受制冷剂凝固点温度限制，双级压缩制冷循环所能够达到的最低制冷温度，氨机约为-60℃，氟机约为-80℃. 三、各种形式的双级压缩制冷循环 双级蒸气压缩式制冷循环的基本类型 双级蒸气压缩式制冷循环由于它们所用节流级数及中间冷却方式的不同，有不同的循环形式。节流级数分为一级节流和二级节流；中间冷却方式分为中间完全冷却，中间不完全冷却和中间不冷却三种。经过组合，常见双级压缩循环有下面5种： ①一级节流中间完全冷却的双级压缩制冷循环 ②一级节流中间不完全冷却的双级压缩制冷循环 ③一级节流中间不冷却的双级压缩制冷循环 ④二级节流中间完全冷却的双级压缩制冷循环 ⑤二级节流中间不完全冷却的双级压缩制冷循环 ①一级节流中间完全冷却的双级压缩制冷循环 有关该循环的热力计算，请同学们自行推导一下。有关循环的T-S图也请同学们自己画一下。 ②一级节流中间不完全冷却的双级压缩