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復(fù)疊制冷系統(tǒng)運(yùn)行特性分析
1、循環(huán)形式及節(jié)能當(dāng)蒸發(fā)溫度較低(-80 - -100℃)時(shí)
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對于用氟利昂作工質(zhì)的復(fù)疊式循環(huán),一般在高溫部分用兩級(jí)壓縮,此時(shí)低溫部分的壓力比,可與高溫部分低壓壓縮機(jī)的壓力比相等,這樣各壓縮機(jī)的指示效率和輸氣系數(shù)較高,并在有利的工況下工作;
2、當(dāng)蒸發(fā)溫度更低(- 100℃)時(shí)
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可采用高低溫都為兩級(jí)壓縮的復(fù)疊式,與高溫部分兩級(jí)壓縮低溫部分單級(jí)壓縮的復(fù)疊系統(tǒng)比較,降低r t壓縮機(jī)的壓力比,增大了輸氣系數(shù),提高了蒸發(fā)壓力,減小了壓縮機(jī)容量及摩擦功率,使經(jīng)濟(jì)性提高。
3、制冷工質(zhì)蒸發(fā)溫度越低時(shí)
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傳熱溫差的不可逆損失越大。因此,冷凝蒸發(fā)器傳熱溫差的大小,不僅影響其傳熱面積和冷量損耗,而且也影響到整個(gè)制冷機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。故低溫復(fù)疊式制冷機(jī)冷凝蒸發(fā)器的傳熱溫差應(yīng)取較小值,最好不要大于5 0c。
為提高復(fù)疊式冷水機(jī)制冷循環(huán)的性能指標(biāo),或改善壓縮機(jī)的工作條件,常在復(fù)疊式制冷系統(tǒng)中使用一些換熱器。如:
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①水冷或風(fēng)冷冷卻器,用于低溫部分壓縮機(jī)的排氣溫度較高時(shí),將氣體冷卻到30 -45 0c,再進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器,以減輕冷凝蒸發(fā)器的熱負(fù)荷,提高循環(huán)的效率。使用水冷或風(fēng)冷冷卻之后,按其蒸發(fā)溫度技制冷對的不同,制冷系數(shù)可提高7% - 18%,壓縮機(jī)總?cè)萘靠蓽p小6% - 12/7e。
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②汽一汽換熱器,用于低溫部分提高壓縮機(jī)吸入蒸氣的溫度,改善壓縮機(jī)的工作條件,同時(shí)也起著減少冷凝蒸發(fā)器的熱負(fù)荷的作用。
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③汽一液換熱器(常稱回?zé)崞鳎?,它是用從蒸發(fā)器出來的低溫蒸氣,過冷節(jié)流閥前制冷劑液體。液體過冷增加了單位制冷量,吸氣過熱改善了壓縮機(jī)的工作條件。吸人蒸氣的過熱度應(yīng)612-63cc。高時(shí)取小值,£。低時(shí)取大值。在低溫系統(tǒng)中當(dāng)汽-液換熱器不能達(dá)到這一過熱度時(shí),就要再用一個(gè)汽一汽換熱器?;?zé)崞髟趶?fù)疊式制冷機(jī)高溫部分也可應(yīng)用,但單級(jí)氨制冷系統(tǒng)中則是有害的。
4、在制冷系統(tǒng)中使用上述一些換熱器,雖然能達(dá)到不同的目的,但卻使系統(tǒng)變得復(fù)雜,流動(dòng)阻力和泄漏的可能性增大,產(chǎn)生冷損的地方增多。因此,在設(shè)計(jì)中可根據(jù)容量大小及使用條件,盡量簡化。特別是對于小型制冷杌及用混合工質(zhì)運(yùn)行的制冷機(jī),甚至可不用L述任何一種換熱器。
二、變工況特性復(fù)疊式制冷y1蒸發(fā)溫度的調(diào)節(jié)范圍是比較小的,這是因?yàn)榈蜏丶?jí)的冷凝溫度不能尤限制地提高。根據(jù)CB 10875-89的規(guī)定,活塞式制冷壓縮機(jī)的最大工作壓力約為1 6×10,kPa。例如,對于由系列產(chǎn)品壓縮機(jī)選配組成的復(fù)疊式制冷機(jī),若低溫系統(tǒng)中的
R23的最高冷凝溫度為lO℃,則相應(yīng)的pL.d=1 545×10'kPa,而C.H6則為-17℃及1.57×10kPa。在這樣的情況下,低溫級(jí)蒸發(fā)溫度可調(diào)節(jié)的上限,應(yīng)通過試驗(yàn)或計(jì)算來確定。
單級(jí)壓縮自動(dòng)復(fù)疊( Auto-cascade)循環(huán)
混合制冷劑單級(jí)壓縮不僅可用于常規(guī)制冷,而且還可用r獲取制冷溫度較低的場合:混合制冷劑中高沸點(diǎn)組分和低沸點(diǎn)組分的沸點(diǎn)差要足夠大,采用逐級(jí)分凝和自動(dòng)復(fù)巷技術(shù)。采用單級(jí)分凝的船舶雙溫冷庫制冷系統(tǒng)流程圖。
從冷水機(jī)壓縮機(jī)排出的氣態(tài)高溫高壓混合工質(zhì)R600a/R32經(jīng)冷凝器向冷卻介質(zhì)放熱,大部分高沸點(diǎn)的R600a和少量低沸點(diǎn)的R32冷凝成液體,氣液兩相混合工質(zhì)進(jìn)人氣液分離器,R32氣體和R600a液體分離。R600a液體經(jīng)節(jié)流閥J1降壓降溫后進(jìn)入高溫庫蒸發(fā)器,向高溫冷庫提供冷量。
從高溫庫蒸發(fā)器出來的富R600a兩相工質(zhì)與從低溫冷庫出來的富R32工質(zhì)混合后進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器吸熱成為低壓氣體;R32氣體在冷凝蒸發(fā)器冷凝,經(jīng)過節(jié)流閥J2降壓降溫后進(jìn)人低溫庫蒸A發(fā)器,向低溫冷庫提供冷量。狀態(tài)1的低壓氣體被壓縮機(jī)吸人,壓縮成為高溫高壓氣體,完成制冷循環(huán)。
上述自復(fù)疊循環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單,缺點(diǎn)是分離率低。如劇4 29所示,該裝置能有效地提高丁白復(fù)疊制冷系統(tǒng)的I作效率。壓縮機(jī)將氣態(tài)混合制冷劑壓縮為高壓狀態(tài),經(jīng)冷凝器冷卻冷凝后進(jìn)入精餾器底部進(jìn)一步放熱,在節(jié)流閥兒中稍微降壓后進(jìn)人精餾器。在精餾器中,混合制冷劑經(jīng)熱質(zhì)交換分離成高沸點(diǎn)組分和低沸點(diǎn)組分兩部分。底部的高沸點(diǎn)組分液體經(jīng)J2節(jié)流降壓降溫后進(jìn)人精餾器頂部,在這里有少量制冷劑液體吸熱蒸發(fā),使管外的低沸點(diǎn)制冷劑少量冷凝成為液體,作為精餾器的回流液。高沸點(diǎn)制冷劑經(jīng)J3降壓,以合適的溫度在冷凝蒸發(fā)器中吸熱蒸發(fā)成為氣拳。
另一方面,從精館器頂部出來的低沸點(diǎn)制冷劑蒸氣,在冷凝蒸發(fā)器中被冷凝,經(jīng)回?zé)崞?過冷后進(jìn)人節(jié)流閥J4降壓降溫,然后進(jìn)入蒸發(fā)器吸熱蒸發(fā),產(chǎn)生制冷效果。從蒸發(fā)器出米的低溫蒸氣經(jīng)凹熱器吸熱后與高沸點(diǎn)制冷劑匯合,經(jīng)冷凝蒸發(fā)器和回?zé)崞?加熱回到壓縮機(jī),從而完成制冷循環(huán)。
可以看出,在蒸發(fā)器里蒸發(fā)的是低沸點(diǎn)制冷劑液體,在相同的蒸發(fā)壓力下,低沸點(diǎn)制冷劑將具有更低的蒸發(fā)溫度,從而實(shí)現(xiàn)較低的制冷溫度。如果采用單一低沸點(diǎn)制冷劑的單級(jí)壓縮循環(huán),則所需的冷凝壓力將非常高,通常難以實(shí)現(xiàn)。在自動(dòng)復(fù)疊循環(huán)中,低沸點(diǎn)制冷劑的冷凝是由高沸點(diǎn)制冷劑的蒸發(fā)來實(shí)現(xiàn)的,因向勿需很高的壓力。自動(dòng)復(fù)疊循環(huán)的這一優(yōu)點(diǎn),力單級(jí)壓縮實(shí)現(xiàn)較低的制冷溫度提供了一條有效的途徑。