用于空调工况的双级压缩循环的分析计算

    1 引言

    随着国民经济的发展,制冷及空调设备的需要量越来越多,然而制冷空调设备的冷却水源却越来越短缺,因此空调机组采用风冷是大势所趋。但采用风冷将导致冷凝压力升高,压缩机压比增大,这对于目前广泛应用的回转式制冷压缩机,如滚动转子式,涡旋式,螺杆式制冷压缩机将引起泄漏增加,机器效率急剧下降。为此,根据回转式压缩机的结构特点,在气缸中间某一位置打一个孔引入中压进气,使之成为一个/准两级压缩机0,按双级制冷循环运转,这样可以提高循环的效率。本文以螺杆式制冷压缩机为例进一步说明即使是在高温空调工况下,使用双级制冷循环也是有利的。

    2 理论分析和计算

    螺杆压缩机具有吸气、压缩、排气单向进行的特点,如果在压缩过程的中部设置一个中间补气口,吸入中间容器(经济器)的闪发蒸汽就可以使单级螺杆压缩机按两级制冷循环运转。单级螺杆压缩机则变成了两级压缩在同一压缩腔内进行的"准二级压缩"螺杆压缩机。

    图1、2分别表示带经济器螺杆制冷机的系统图,lgp-h图,图3表示不带经济器螺杆制冷机的lgp-h图。图示系统的工作过程如下:从冷凝器出来的高压液体一小部分经第一节流阀节流到中间压力pm,进入中间冷却器冷却另一部分高压液体。被冷却的这一部分高压液体经第二节流阀径直节流到蒸发压力p0,随后在蒸发器中蒸发制冷,然后被螺杆压缩机吸入并压缩到中间压力pm,在中间补气口附近与从中间冷却器出来的蒸汽混合继续被压缩至冷凝压力pk。整个循环过程类似于一个两级压缩一级节流循环。

    2.1 主要热力参数及关系式

    (1)中间补气过程的计算

    根据热力学原理:

    式中 h1—点1状态的焓值,kJ/kg

    hmsat—中间饱和状态的蒸汽焓值,kJ/kg 

    W1-2—状态1等熵压缩到状态2过程的耗功

    α—中间补气量,

α=(h5-h6)/(hm-h5)

h2=h1+W1-2

    中间压力可由经验公式pm=(p0pk)^1/2确定,中压混合点3点的焓值:

h3=(h2+αhmsat)/(1+α)

    (2)制冷量

    不带经济器的单位制冷量:

q0=h1-h4  (kJ/kg)

    带经济器的单位制冷量:

q0=h1-h7  (kJ/kg)

    (3)压缩机的功率

    不带经济器的压缩机功率:

w0=h2-h1  (kJ/kg)

    带经济器的压缩机功率:

w0=h2-h1+(1+α)(h4-h3)  (kJ/kg)

    2.2 变工况计算

    以螺杆式压缩机运转的经济器系统为例,在相同的冷凝压力下,随着蒸发温度的变化,制冷量以及压缩机功率、制冷系数的变化情况。

    计算工况及有关参数:工质:R22;冷凝温度:tk=45℃;冷凝压力:pk=1.729MPa。