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双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环
为了满足生产工艺的要求,往往需要制冷循环能获得较低的蒸发温度。单级蒸气压缩式制冷循环所能达到的最低蒸发温度因压缩机的工作原理和制冷剂的种类不同而有所差异。常用的单级活塞式制冷压缩机,在使用氨制冷剂时,所能达到的最低蒸发温度一般不超过-30℃。在前面我们也曾分析,随着蒸发温度的降低,制冷循环的效率将快速地下降。为了获得更低的蒸发温度,同时保证制冷循环的效率不至于下降,就需要采用双级或多级蒸气压缩式制冷循环。
3.1
采用多级蒸气压缩式制冷循环的原因
3.1.1
单级蒸气压缩式制冷循环的局限性
单级活塞式制冷循环在应用中温制冷剂时,根据冷凝温度和所用制冷剂的不同,蒸发温度只能达到-20~-40℃的低温。如果需要获得更低的温度,则冷凝温度与蒸发温度将相差很大,冷凝压力与蒸发压力之比pk/p0就会升高。这时,若仍然采用单级压缩,将会产生下列一些问题:
1)循环的压力比增大,压缩机的输气系数减小,实际吸气容积减少,制冷量降低,而压缩机消耗功率增加,制冷系数降低。压力比越大,其影响也就越大。
2)排气温度升高,润滑油变稀甚至炭化,使压缩机不能正常运行。
3)实际压缩过程偏离等熵压缩程度更大,制冷效率降低。
因此,对于单级压缩制冷循环,其压力比不宜过大,对于氨压缩机,压力比应≤8;氟利昂压缩机,压力比应≤10。为了达到更低的蒸发温度,或者提高制冷系统的工作效率,就需要采用多级压缩制冷循环或复叠式制冷循环。
3.1.2
采用多级蒸气压缩制冷循环的必要性
为了获得更低的蒸发温度(-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。采用多级压缩可以从根本上改善制冷循环的性能指标。多级压缩制冷循环的基本特点是分级压缩并进行中间冷却。采用多级压缩后,每一级的压力比减小,提高了压缩机的输气系数和指示效率,同时由于排气温度降低,润滑情况有了很大改善,保障了压缩机的运行安全。
从理论上讲,级数越多,节省的功也越多,制冷系数也就越大。如果是无穷级数,则整个压缩过程越接近等温压缩。然而,实际上并不采用过多的级数,因为每增加一级都需要增添设备,提高成本,也提高了技术复杂性。另外,由于压缩机不能保持很低的蒸发压力,在应用中温制冷剂时,三级压缩循环的蒸发温度范围与两级压缩循环相差不大,所以制冷循环中采用三级压缩循环很少,一般采用双级压缩循环。 |
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