制冷机组为什么要双级压缩
在众多工业生产场景中,为满足特定的生产工艺要求,常常需要制冷循环能够获取较低的蒸发温度。然而,单级蒸汽压缩式制冷循环所能达到的最低蒸发温度并非固定不变,它会因压缩机的工作原理以及制冷剂种类的不同而存在明显差异。
对于单级蒸汽压缩式制冷循环而言,当压力比(pk/po)过大且超过一定数值时,就会引发一系列问题:
1、对于余隙容积固定的活塞式制冷压缩机,压力比的增大是一个关键影响因素。随着压力比上升,余隙容积内的气体在膨胀至吸气压力时所占据的体积会显著增大。这一变化直接导致活塞式制冷压缩机的输气系数下降,实际输气量减少,进而使得制冷机的制冷量大幅降低。当压力比大于 20 时,普通活塞式制冷压缩机的输气系数约等于 0,这意味着压缩机几乎无法吸入制冷剂气体,完全失去制冷能力。
2、压力比的增大还会使制冷压缩机压缩过程的不可逆性增强。具体表现为实际压缩过程偏离定熵的程度增大,导致制冷压缩机的实际耗功增加,效率明显下降,制冷系数也随之降低。
3、排气温度过高也是一个不容忽视的问题。过高的排气温度会使润滑油变稀,破坏良好的润滑条件,甚至可能引发润滑油的碳化以及出现拉缸等严重故障。例如,当冷凝温度为 40℃,蒸发温度为 -30℃时,单级氨压缩机即使在等熵压缩的理想情况下,排气温度已高达 160℃,这显然超过了规定的最高排气温度 150℃的限制。
4、制冷压缩机的实际工作过程可近似看作多变压缩过程,压力比的过度增大必然导致制冷压缩机排气温度过度升高,甚至超过制冷压缩机所允许的排气温度限制。同样,排气温度过高还会影响制冷循环的正常运行。基于上述诸多原因,尤其是排气温度的限制,单级制冷压缩机的压力比也将受到严格限制。
一般来说,使用氨制冷剂的单级活塞式制冷压缩机的压力比≤8;使用氟利昂制冷剂的单级活塞式制冷压缩机的压力比≤10;使用离心式制冷压缩机每一次所能达到的压力比≤4。
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