论文关于复叠式制冷关于复叠式制冷摘要复叠式制冷广泛应用于工业产品的热处理过程和金属的冷处理广泛应用于军工、航空、航天、化工、医药、机械制造等行业。原因就是它有如下几方面的优势:复叠式制冷采用环保制冷剂符合国际环保要求:性价比高价格仅为进口同类产品的,操作简单采用智能变频PID控制及多点无接触测温系统主要元器件全部采用国际知名品牌完全可替代进口同类产品复叠式制冷系列自动复叠循环制冷机结构紧凑可靠性高操作简便在能源、军工、空间、生物、医疗和生命科学等高科技领域内有着广泛的应用。国内外学者纷纷对自动复叠制冷技术展开了新的研究。目前自动复叠制冷循环呈现出新的发展特点对其研究主要集中在两个方面:一方面是对原有的制冷循环流程的改进包括采用新型换热器和高效气液分离器另一方面则是采用新型的制冷工质包括二元工质和多元工质以满足环保和制取低温的要求。本文就复叠式制冷的原理在与双级制冷的对比之下做出阐释希冀能更进一步对复叠制冷的理解。关键词双级制冷复叠式制冷AbstractCascadetyperefrigerationwidelyusedinindustrialproductsofheattreatmentprocessandmetalcoldtreatment,versatileapplications,aviation,spaceflight,chemical,pharmaceuticalandmachineryindustriesReasonisthatithasthefollowingseveraladvantages:cascadetyperefrigerationadoptedenvironmentalprotectionrefrigerants,conformstotheinternationalenvironmentalprotectionrequirement:costeffective,priceisjustfortheimportedproductsofto,Simpleoperation,usingintelligentfrequencyPIDcontrolandmultipointnoncontactmeasuringtemperaturesystem,Maincomponentsadoptinternationalwellknownbrand,cancompletelyreplacetheimportedproducts,Cascadetyperefrigerationseriesofautomaticcascadecirculationchillercompactstructure,highreliability,simpleoperation,andinenergy,industry,space,biology,medicalandlifescienceandotherhightechareaswithinawiderangeofapplicationsDomesticandoverseasscholarsinsuccessiontoautomaticcascaderefrigerationtechnologyopenednewstudyAtpresent,theautomaticautocascaderefrigerationsystempresentedanewdevelopmentfeaturesofitsresearchmainlyontwoaspects:oneistotheoriginalrefrigerationprocessimprovement,includingusingnewheatexchangerandefficientliquidvaporseparator,Ontheotherhandisanewrefrigeration,includingdualmediumpropellantandmultiplepropellant,inordertosatisfytherequirementsofenvironmentalprotectionandmakinglowtemperatureBasedontheprincipleofcascadetyperefrigerationwithdoublestagerefrigerationincontrasttointerpretandhopestofurtherunderstandingofcascaderefrigerationKeywords:DualclassrefrigerationCascadetyperefrigeration关于复叠式制冷采用双级压缩的必要性。在进入复叠式制冷原理的的分析前首先说明一些关于单级、双级及多级制冷的原理与不同。压缩循环的局限性。单级单击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~最低不超过。这主要是由于压缩机压缩比不能过大的原因造成的。关于压缩比压缩机的压缩比等于冷凝压力pk与蒸发压力p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。压缩比过大带来的问题压缩机压缩比过大会使得活塞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的时候压缩机几乎不能吸气从而失去制冷能力。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。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使用氟利昂作为制冷剂的活塞式压缩机压缩比最大不超过而使用离心式压缩机时压缩比最大不能超过。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~最多不超过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。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。)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)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。)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。)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氟机约为采用复叠式制冷循环的原因。现在在分析完以上几种简单制冷循环原理之后我们来谈一谈为什么有复叠式制冷以及用复叠式制冷循环的优势。当制冷温度达到、以下时双级压缩也无能为力这时因为:制冷剂凝固点温度限制。中温制冷剂在这个温度范围往往因达到凝固点而凝固造成无法循环。压缩比限制。蒸发温度过低时即是采用双级压缩也将使每一级压缩比超过限制。若使用多级压缩则系统又过于复杂可靠性变差。蒸发压力过低。此时使用一般制冷剂蒸发压力会变的很低一方面吸气比体积增大会降低压缩机输气量增大汽缸尺寸另一方面也使得空气容易渗入系统。吸排气阀门动作困难这些阀门一般是弹簧片结构它们的动作实际也依赖一个微小的压力差但是吸气压力过低时练这个条件也很难满足造成阀片动作困难无法吸气。临界温度限制。如果使用低温制冷剂则上述问题可以解决但是低温制冷剂临界温度太低无法在常温下液化。复叠式制冷循环原理复叠式制冷一般使用两个制冷系统在高温系统里使用沸点温度高的制冷剂在低温系统里使用沸点温度低的制冷剂高温系统中制冷剂的蒸发是为了吸收低温系统中制冷剂冷凝放出的热量只有低温系统中制冷剂蒸发向被冷却对象吸热。这种系统叫做复叠式制冷系统它既可以获得较低的蒸发温度和合适的蒸发压力又可以向环境放热。复叠式制冷循环原理图复叠式制冷循环特点复叠式制冷循环有如下优点。低温部分压缩机的汽缸容积比双级压缩低温部分压缩机汽缸容积小得多这对减少整机的重量、尺寸有利。系统内保持正压力不凝性气体不易漏人系统使运行稳定而安全。复叠式制冷机不仅可以用不同的制冷剂组合而且可用不同的制冷方式加以组合。例如低温部分用蒸汽压缩式制冷循环而高温部分用吸收式制冷循环。缺点是冷凝蒸发器、膨胀容器等设备及多元制冷剂使系统的复杂性提高。同时由于蒸发冷凝器有传热温差存在当传热温差过大时会使复叠式制冷机消耗的功比多级压缩单一制冷剂的系统要大。复叠式制冷循环应用中的一些问题:停机后低温制冷剂的处理当复叠式制冷机在停止运转后系统内部温度会逐渐升高到接近环境温度低温部分的制冷剂就会全部汽化成过热蒸汽这时低温部分的压力将超出制冷系统允许的最高工作压力这一非常危险的情况。为解决这一问题大型系统采用高温系统定时开机以维持低温系统较低压力但这种方法耗功大或者将低温制冷剂抽出差人高压钢瓶中。对于小型复叠式制冷装置通常在低温部分的系统中连接一个膨胀容器停机后低温部分的制冷剂蒸汽可进入膨胀容器如系统中不设膨胀容器则应考虑加大蒸发冷凝器的容积使其起到膨胀容器的作用以免系统压力过高。系统的启动由于低温制冷剂的临界温度一般较低所以复叠式制冷机在启动时必须先启动高温部分当高温部分的蒸发温度降到足以保证低温部分的冷凝压力不超过允须的最高压力时才可以启动低温部分。对于小型复叠式制冷循环高低温部分可同时启动但在低温系统上必须装设压力控制阀以保证系统的安全。复叠式制冷循环的制冷温度是可以调节的但不能过大。温度范围的调节总结本文是在学习本专业初步原理基础上通过网络以及其他书籍资料整理出的其中仅选取能够概括大意的原理加以分析以藉讨论。难免在叙述中有赘余之处但出于对复叠式制冷研究的渴望诱使我大胆加以选材对自己而言会有助于理解这种制冷循环有助于对复叠式制冷的进一步探索。参考文献查世彤,马一太,王景刚,李丽新,苏维诚自然工质低温复叠式制冷循环的热力学分析与比较J热科学与技术年期查世彤,马一太,王景刚,魏东CONH低温复叠式制冷循环的热力学分析与比较J制冷学报年期顾兆林,刘红娟,李云NHCO低温制冷系统研究J西安交通大学学报年期卢苇,马一太,王志国,李敏霞低温级以CO为工质的复叠式制冷循环热力学分析J天津大学学报年期马一太,宁静红,陈启,马利蓉自然工质复叠式制冷循环替代与节能研究J节能技术年期
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