蒸汽压缩式制冷循环课件.ppt

第,4,章,蒸气压缩式制冷循环,4.1,单级蒸气,压缩式制冷循环,1,朗肯循环,2,劳伦茨循环,3,跨临界循环,4.2,多级蒸气压缩式制冷循环,4.3,复叠式制冷循环,4.1,单级蒸气压缩式制冷循环,容积式压缩机的单级压比受,压缩机容积效率、制冷剂凝固温度,和压缩终了温度的制约,通常被限制在,8,10,离心式压缩机的单级压缩比受工,质分子量大小与叶轮的周边速度制约,通常被限制在,2,4,单级蒸气压缩制冷的典型循环,1,朗肯循环,空调、制冷、食品冷藏温度范,围大量使用的循环,基本朗肯循环,有回热的朗肯循环,T,朗肯循环图例,2,3,4,1,s,图,4-1,基本朗肯循环,循环,T,s,图：,1,2,压缩过程,2,3,冷却冷凝过程,3,4,节流过程,4,1,蒸发吸热过程,T,2,3,3,1,1,S,4,图,4-2,有回热的朗肯循环,T,S,图：,1,2,压缩过程,2,3,冷凝过程,3,3,液体过冷过程,3,4,节流过程,4,1,蒸发过程,1,1,吸气过热过程,2,劳伦茨循环,朗肯循环的主要特征,有两个定压定温的相变过程与纯,质制冷剂及共沸混合制冷剂的压力特,性相适应。,劳伦茨循环,循环中的两个相变过程变成伴,随有降温的定压凝结和伴随有升温,的定压蒸发。,T,2,3,4,1,s,图,2-3,劳伦茨循环,3,跨临界循环,定义,将,CO,2,作为制冷剂用于空调制冷的温度范,围时，由于,CO,2,的临界温度低（仅,30,），排,热将在超临界区进行。而吸热则在临界点以下,进行，整个循环跨越临界点。,T,3,2,4,1,5,6,0,S,图,4-4 CO,2,跨临界循环,1,2,压缩过程；,2,3,气体冷却过程；,3,4,气体冷却过程；,4,5,节流过程；,5,6,蒸发过程；,0,1,气体过热过程。,4.2,多级蒸气压缩式制冷循环,?,4.2.1,概述,?,4.2.2,两级压缩制冷循环,?,4.2.3,两级压缩制冷循环的热力计算,?,4.2.4,中间压力的选择,4.2.1,概述,单级蒸气压缩制冷机运行时制冷剂的冷,凝压力是由环境介质（如空气或水）温度所,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（,p,k,-p,o,）增大,压力比,p,k,/p,o,变大,我国活塞式制冷压缩机标准,GB10875-89,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。,原因,:,受单级活塞式压缩机的极限使用条件的限制。,单级蒸气压缩活塞式制冷机，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。,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。,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：,4.2.2,两级压缩制冷循环,1.,一级节流、中间完全冷却的两级压缩,制冷循环,（如图,4-5,所示）,2.,一级节流、中间不完全冷却的两级压缩制,冷循环,（如图,4-6,所示）,3.,两级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷,循环,（,如图,4-7,所示）,4.,两级节流、中间不完全冷却的两级压缩制,冷循环,（如图,4-8,所示）,5.,两级节流、具有中温蒸发器的中间完全冷,却两级压缩制冷循环，,(,如图,4-9,所示）,图,4-5,一级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环,(a),流程图,b)lgp-h,图,图,4-6,一级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环,(a),流程图,(b)lgp-h,图,图,4-7,两级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环,(a),流程图,(b)lgp-h,图,图,4-8,两级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环,(a),流程图,(b)lgp-h,图,图,4-9,两级节流、具有中温蒸发器的中间完全冷却两级,压缩制冷循环,(a),流程图,(b)lgp-h,图,4.2.3,两级压缩制冷循环的热力计算,一、,两级节流、中间完全冷却的两级压缩循环,单位制冷量：,p,q,0,?,h,1,?,h,4,低压级理论功：,9,8,4,10,5,p,k,7,w,d,?,h,2,?,h,1,低压级制冷剂循环量：,p,m,3,6,2,p,0,1,h,q,md,Q,0,Q,o,?,?,q,0,h,1,?,h,4,从而可算出低压压缩机消耗的理论功率：,h,2,?,h,1,P,td,?,q,md,w,d,?,Q,0,h,1,?,h,4,对于中间冷却器：,3,q,mg,2,q,md,q,mg,h,g,?,q,md,h,2,?,q,mg,h,3,?,q,md,h,4,则：,10,q,mg,q,md,中间冷却器,4,q,mg,q,md,(,h,2,?,h,4,),?,h,3,?,h,9,高压压缩机的单位理论功为,w,g,?,h,7,?,h,3,由此可得高压压缩机的理论功率：,Q,o,h,2,?,h,4,P,tg,?,q,mg,w,g,?,(,h,7,?,h,3,),h,1,?,h,4,h,3,?,h,9,根据制冷系数的定义，两级压缩制冷循,环的理论制冷系数为,Q,o,?,?,q,mg,w,g,?,q,md,w,d,最后可得：,h,1,?,h,4,?,?,h,2,?,h,4,h,2,?,h,1,?,(,h,7,?,h,3,),h,3,?,h,9,二、,两级节流、中间完全冷却的两级压缩循环,单位制冷量：,p,9,8,4,10,q,0,?,h,1,?,h,4,低压级理论功：,p,k,7,3,1,h,w,d,?,h,2,?,h,1,q,md,Q,0,Q,o,?,?,q,0,h,1,?,h,4,p,m,p,0,6,2,5,低压级制冷剂循环量：,高压级理论功为,w,g,?,h,7,?,h,6,对于中间不完全冷却的两,级循环，根据中间冷却器,的热平衡关系,q,mg,6,3,2,q,md,10,q,mg,h,9,?,?,q,mg,?,q,md,?,h,3,?,q,md,h,4,q,mg,q,md,中间冷却器,4,可得到流经高压级压缩机的制冷剂流量：,q,mg,?,q,md,?,h,3,?,h,4,?,?,h,3,?,h,9,?,另外：,q,mg,h,6,?,?,q,mg,?,q,md,?,h,3,?,q,md,h,2,h,6,?,q,mg,h,3,?,q,md,(,h,2,?,h,3,),q,mg,可得：,h,2,?,h,4,?,h,3,?,(,h,2,?,h,3,),h,3,?,h,4,高压压缩机消耗的理论功率,：,Q,o,h,3,?,h,4,P,tg,?,q,mg,w,g,?,(,h,7,?,h,6,),h,1,?,h,4,h,3,?,h,9,中间不完全冷却的两级循环的理论制冷系数为,h,1,?,h,4,?,?,h,3,?,h,4,(,h,2,?,h,1,),?,(,h,7,?,h,6,),h,3,?,h,9,三、,具有中温冷却器的中间完全冷却、两级节流,的两级压缩循环,进行高压级压缩机制冷剂流量计算时，应该加,上流经中温蒸发器的制冷剂流量,q,mm,。,Q,m,q,mm,?,h,3,?,h,4,式中,Q,m,为中温蒸发器的制冷量。,对于这一制冷系统，流经高压级压缩机的制,冷剂流量和低压级压缩机的制冷剂流量之间,有下列关系,q,mg,?,q,md,?,q,mm,根据中间冷却器的热平衡关系可求得高压,压缩机和低压压缩机的制冷剂流量比,q,md,h,2,?,q,mg,h,9,?,q,mm,h,3,?,q,md,h,4,?,q,mg,h,3,?,q,mm,h,4,q,mg,q,md,h,2,?,h,4,q,mm,(,h,3,?,h,4,),?,?,h,3,?,h,9,q,md,(,h,3,?,h,9,),循环理论制冷系数,为,q,md,(,h,1,?,h,4,),?,q,mm,(,h,3,?,h,4,),?,?,q,mg,(,h,7,?,h,3,),?,q,md,(,h,2,?,h,1,),压缩机实际过程的排气焓值为,h,2,?,h,1,?,h,2,s,?,h,1,?,id,高压压缩机实际过程的排气焓值（中间完,全冷却）为,h,7,?,h,3,?,h,7,s,?,h,3,?,ig,四、,两级节流、中间补气的两级压缩循环,两级节流、中间补气的两级压缩循环系统图,两级节流、中间补气的两级压缩循环压,-,焓图,4.2.4,中间压力的选择,图,2-24,最佳中间温度的确定,一些文献曾给出了确定中间压力（或中间,温度）的经验公式或图线。下面列举几个,推荐应用的公式：,按压力的比例中项确定中间压力,p,m,?,p,0,?,p,k,p,p,p,0,和,k,分别为中间压,式中,m,力、蒸发压力和冷凝压力。,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,T,m,?,T,o,?,T,k,T,0,和,T,k,分别为中间温度，,式中,T,m,蒸发温度和冷凝温度,单位均为,K,。,用经验公式直接计算最佳中间压力,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：,t,m,?,0,.,4,t,k,?,0,.,6,t,0,?,3,t,0,和,t,k,分别为中间温度，,式中,t,m,蒸发温度和冷凝温度,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。,4.3,复叠式蒸气压缩式制冷循环,?,4.3.1.,两个单级压缩循环组成的复叠式制冷机,?,4.3.2,一个两级压缩循环和一个单级压缩循环,组成的复叠式制冷机,?,4.3.3,三个单级压缩循环组成的复叠式制冷机,?,4.3.4,用,CO,2,作为第二制冷剂的复叠式制冷机,定义,由两个（或数个）不同制冷剂工作,的单级（也可以是多级）制冷系统组合,而成。,4.3.1,两个单级压缩循环组成的复叠式制冷机,高温压缩机,高温系统,冷凝器,节流阀,冷凝蒸发器,制冷剂,R23,压缩机,冷凝蒸发器,低温系统,回热器,节流阀,蒸发器,膨胀容器组成,制冷剂,R22,图,4-10,由两个单级系统组成的复叠式制冷机,a),制冷循环系统,b)T-s,图,复叠式制冷循环计算,复叠式制冷循环是由单级或两级压缩,制冷循环组成的，在制冷机循环中除个别,兼供中温冷量的循环外，制取冷量的均是,低温部分的蒸发过程。,复叠式制冷循环的热力计算可分别对,高温部分及低温部分单独进行计算。,复叠式制冷循环计算,复叠式制冷循环是由单级或两级压缩,制冷循环组成的，在制冷机循环中除个别,兼供中温冷量的循环外，制取冷量的均是,低温部分的蒸发过程。,复叠式制冷循环的热力计算可分别对,高温部分及低温部分单独进行计算。,4.3.2,一个两级压缩循环和一个单级压缩,循环组成的复叠式制冷机,一级节流,高温部分,中间不完全冷却,节流前液体过冷,带回热的两级压缩循环,低温部分,带回热的单级压缩循环,高温,制冷剂,低温,R22,或,R507,R23,或,R1150,最低蒸发温度可达,-,110,图,4-11,高温部分为两级压缩循环、低温部分为单级压缩循环组成,的复叠式制冷循环系统原理图,a1,低温部分压缩机,a2,高温部,分低压级压缩机,a3,高温部分高压级压缩机,b,冷凝器,c1,、,c2,、,c3,节流阀,d,蒸发器,d12,冷凝,-,蒸发器,e1,低温部分气,-,液热交,换器,e2,高温部分气,-,液热交换器,f,高温部分中间冷却器,图,4-12,高温部分为两级压缩循环、低温部分为,单级压缩循环组成的复叠式制冷循环,lgp-h,图,(a),高温部分,(b),低温部分,最低蒸,制冷剂,发温度,制冷循环型式,-80,R22-R23,R507-R23,R290-R23,R22,单级或两级压缩,R23,单级压缩组合的复叠式循环,R507,单级或两级压缩,R23,单级压缩组合的复叠式循环,R290,两级压缩,R23,单级压缩组合的复叠式循环,R22,两级压缩,R23,单级或两级压缩组合的复叠式循环,R507,两级压缩,R23,单级或两级压缩组合的复叠式循环,R22,两级压缩,R1150,单级压缩组合的复叠式循环,R22,两级压缩,R1150,两级压缩组合的复叠式循环,-100,R22-R23,R507-R23,R22-R1150,-120,R22-R1150,R507-R1150,R507,两级压缩,R1150,单级压缩组合的复叠式循环,R507-R1150,R507,两级压缩,R1150,两级压缩组合的复叠式循环,R22-R23-,R50,R507-R23-,R50,R22,单级压缩,R23,单级压缩,R50,单级压缩组合的复叠,式循环,R507,单级压缩,R23,单级压缩,R50,单级压缩组合的复叠,式循环,4.3.3,三个单级压缩循环组成的复叠式制冷机,高温,中温,低温,循环,制冷剂,高温,R22,或,R507,中温,R23,低温,R50,、,R1150,或,R170,最低蒸发温度可达,120,140,4.3.4,用,CO,2,作为第二制冷剂的复叠式制冷机,冷凝,二氧化碳,液体,节流降压,干冰,制冷机,开式,半开式,图,4-14 CO,2,的压力,焓示意图,图,4-15,生产干冰的复叠式循环原理图及温熵图,(a),系统原理图,(b)T-S,图,4.4,自复叠式制冷机,?,采用混合工质,?,单台压缩机,?,可获得,-60,以下,?,工作温区大（,80K,至,230K,）,?,用于普冷领域以,及低温电子、低温,医学、冷冻干燥、,气体液化等低温领,域，实用价值高。,自复叠制冷系统流程图,2,?,1-2,：压缩过程,?,2-3,：冷凝过程,?,3,-7,：液态混合工质,节流过程,?,7-8,：液态混合工质,蒸发过程,?,3”,-4,：气态混合工质,冷凝过程,?,4-5,：节流过程,?,5-6,：蒸发制冷过程,?,8,、,6-1,：混合过程,3,”,8,1,6,p,k,p,0,3,3,(,7),4(5),w,p,k,p,0,R23/R134a,的焓,-,质量分数关系图,