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双级压缩制冷

2019-12-22

双级压缩制冷

一、采用两级压缩的原因

制冷系统的冷凝温度(或冷凝压力)决定于冷却剂(或环境)的温度,而蒸发温度(或蒸发压力)取决于制冷要求。由于生产的发展,对制冷温度的要求越来越低,因此,在很多制冷实际应用中,压缩机要在高压端压力(冷凝压力)对低压端压力(蒸发压力)的比值(即压缩比)很高的条件下进行工作。由理想气体的状态方程 Pv/T≡C可知,此时若采用单级压缩制冷循环,则压缩终了过热蒸气的温度必然会很高(V一定,P↑→T↑),于是就会产生以下许多问题。

1、压缩机的输气系数λ大大降低,且当压缩比≥20时,λ=0 。

2、对于活塞压缩机,由于余隙容积的存在,当压比达到20时,压缩机几乎不吸气。压缩机的单位制冷量和单位容积制冷量都大为降低。

3、压缩机的功耗增加,排气温度升高。节流损失增大,压缩机制冷量减小。

4、排气温度高,润滑油变稀,润滑条件减弱,甚至油会出现结碳现象,且必须采用高着火点的润滑油,因为润滑油的粘度随温度升高而降低。

5、被高温过热蒸气带出的润滑油增多,增加了分油器的负荷,使冷冻机油汽化、油蒸气大量进入系统,影响换热器的换热效果。

综上所述,当压缩比过高时,采用单级压缩循环,不仅是不经济的,而且甚至是不可能的。为了解决上述问题,满足生产要求,实际中常采用带有中间冷却器的双级压缩制冷循环。但是,双级压缩制冷循环所需的设备投资较单级压缩大的多,且操作也较复杂。因此,采用双级压缩制冷循环并非在任何情况下都是有利的,一般来说,单级氨制冷压缩机压比超过8,氟机超过10,采用双级压缩较为经济合理。

二、双级压缩制冷循环的原理与应用

双级压缩制冷循环是将压缩过程分为两个阶段进行。来自蒸发器的低压气体(压力为P0)先经过低压级压缩机压缩至中间压力(Pm),经过中间冷却器冷却后再进入高压级压缩机,压缩到冷凝压力(Pk)排入到冷凝器中。两个阶段的压缩比各自都保持在10以内。

例如:-35/+35℃系统:蒸发温度-35℃,蒸发压力(压力)0.093Mpa;冷凝温度+35℃,冷凝压力(压力)1.353Mpa;采用单级循环:压比 1.353/0.093 = 14.55;

采用双级循环:中间压力取为:0.355Mpa(压力);压比:高压级 1.353/0.355=3.81;低压级 0.355/0.093 = 3.82

三、双级压缩制冷循环节流方式

两级压缩制冷循环由于节流方式和中间冷却程度不同而有不同的循环方式,通常分为:两次节流中间完全冷却、两次节流中间不完全冷却、一次节流中间完全冷却和一次节流中间不完全冷却四种两级压缩制冷循环方式。其中,两次节流是指制冷剂从冷凝器出来要先后经过两个膨胀阀再进入蒸发器,即先由冷凝压力节流到中间压力,再由中间压力节流到蒸发压力,而一次节流只经过一个膨胀阀,大部分制冷剂从冷凝压力直接节流到蒸发压力,相比之下,一次节流系统比较简单,且可以利用其较大的压力差实现远距离或高层冷库的供液。因此实践中采用的基本上都是一次节流两级压缩制冷循环系统。至于采用哪一种中间冷却方式,由选用制冷剂的种类来决定。通常两级压缩氨制冷系统采用中间完全冷却,而两级压缩氟利昂制冷系统,则常采用中间不完全冷却。

四、一次节流中间完全冷却的双级循环

在蒸发器中产生的低压低温制冷剂蒸气,被低压压缩机吸入并压缩成中间压力的过热蒸气,然后进入同一压力的中间冷却器,在中冷器内被冷却成干饱和蒸气。中压干饱和蒸气又被高压压缩机吸入并压缩到冷凝压力的过热蒸气,随后进入冷凝器被冷凝成制冷剂液体。然后分成两路,一路经膨胀阀节流降压后进入中间冷却器,大部分液体从另一路进入中间冷却器的盘管内过冷,但由于存在传热温差,故其在盘管内不可能被冷却到中间温度,而是比中间温度一般高△t=3-5℃。过冷后的液体再经过主膨胀阀节流降压成低温低压的过冷液,更后进入蒸发器吸热蒸发,产生冷效应。

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