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第七章蒸汽动力循环和制冷循环
0、引言
蒸汽动力循环:
是以蒸汽为工质,将热连续地转变成功的过程,其主要设备是各种热机。
产功的过程。如:火力发电厂,大型化工厂。
常用的工质是水蒸气。
制冷循环:
是将热连续地由低温处输送到高温处的过程,其主要设备是热泵。
耗功的过程。
-100℃以上为普冷,-100℃以下为深冷。
7.1.蒸汽动力循环
一、蒸汽动力循环基本原理
主要由水泵、锅炉、透平机和冷凝器组成。
4→1水进入锅炉被加热汽化,直至成为过热蒸汽。
1→2进入透平机膨胀作功。
2→3作功后的低压湿蒸汽进入冷凝器被冷凝成水,回到水泵中。
3→4水在水泵中被压缩升压,再回到锅炉中,完成一个循环。
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二、朗肯循环及其热效率
原理:朗肯循环是最简单的蒸汽动力循环,主要由:水泵、锅炉、透平机和冷凝器组成。
1、理想朗肯循环
3→4饱和水可逆绝热压缩过程。(等S)
4→1高压水等压升温和汽化,可逆吸热过程。
1→2过热蒸汽可逆绝热膨胀过程。(等S)
2→3湿蒸汽等压等温可逆冷却为饱和水(相变)。
气体压缩式制冷机
以气体为制冷剂,由压缩机、冷凝器、回热器、膨胀机和冷箱等组成(图1)。经压缩机
压缩的气体先在冷凝器中被冷却,向冷却水(或空气)放出热量,然后流经回热器被返流气
体进一步冷却,并进入膨胀机绝热膨胀,压缩气体的压力和温度同时下降。气体在膨胀机中膨
胀时对外作功,成为压缩机输入功的一部分。同时膨胀后的气体进入冷箱,吸取被冷却物体
的热量,即达到制冷的目的。此后,气体返流经过回热器,同压缩气体进行热交换后又进入
压缩机中被压缩。气体制冷机都应采用回热器,这不但能提高制冷机的经济性而且可以降低
膨胀机前压缩气体的温度,因而降低制冷温度。气体制冷机能达到的制冷温度范围较宽,从
高于0℃到低于-100℃;制冷温度较高时其经济性较差,但当制冷温度低于-90℃时其经济性
反而高于蒸气制冷机。
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压缩式制冷机
蒸气压缩式制冷机
由压缩机、冷凝器、蒸发器、节流机构和一些辅助设备组成。这类制冷机的制冷剂在
常温和普通低温下能够液化,在制冷机的工作过程中制冷剂周期性地冷凝和蒸发。常用的蒸
气压缩式制冷机有单级的、两级的和复叠式3种。
①单级蒸气压缩式制冷机:制冷剂从蒸发压力提高到冷凝压力只经过一级压缩的蒸气
压缩式制冷机,简称单级制冷机。单级制冷机由压缩机、冷凝器、节流机构和蒸发器等组成
(图2)。由压缩机排出的高压蒸气经冷凝器放出热量而冷凝成液体。接着,液体制冷剂经节
流阀(膨胀阀)节流,压力和温度同时降低,进入蒸发器中,吸取载冷剂(用它去再冷却被冷
却物体)的热量而蒸发成蒸气。然后,蒸气进入压缩机继续压缩,如此循环不已。为提高经
济性,有的单级制冷机还在冷凝器后设置过冷器和回热器。单级制冷机的蒸发温度通常在
-30~5℃之间。
压缩式制冷机
②两级蒸气压缩式制冷机:制冷剂从蒸发压力提高到冷凝压力需要经过两级压缩的蒸
气制冷机(图3)。它比单级制冷机多一台压缩机、一台中间冷却器和节流阀。经高压压缩机
压缩后的制冷剂蒸气,在冷凝器中冷凝成液体,然后分成两路:一路经节流阀A进入中间
冷凝器,冷却低压压缩机的排气和盘管中的液体,在中间冷凝器中蒸发的制冷剂蒸气连同低
压压缩机的排气一同进入高压压缩机继续压缩;另一路在盘管内被冷却并经过节流阀B节流
至蒸发压力,进入蒸发器中蒸发制冷,蒸发后的蒸气进入低压压缩机压缩至中间压力,进入
中间冷凝器。与单级制冷机相比,两级制冷机可达到较低的蒸发温度,通常在-30~-70℃之
间。
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③复叠式制冷机:用不同制冷剂作为工作介质的两台(或数台)单级或两级压缩蒸气压
缩式制冷机,用冷凝蒸发器联系起来的复合制冷机。冷凝蒸发器是一个利用高温级制冷剂的
蒸发来冷凝低温级制冷剂的换热器。复叠式制冷机能达到很低的蒸发温度。图4为两个单
级制冷机组成的复叠式制冷机的工作原理。它的高温级由高温级压缩
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