两级复叠式低温预冷设备的(火用)分析.pdfVIP

第3l卷第6期 河南科技大学学报：自然科学版 Vo!．3lNO．6 2010年12片 ofHenan Dee． 2010 Journal ofScienceand Science University Technology：Natural 两级复叠式低温预冷设备的炯分析 刘秀芳1’2，王发辉1，盛伟1，郭培红1 摘要：为了辅助某换热器的性能实验并深入研究低温制冷机的性能，自行设计并搭建了一个两级复叠式低温 预冷实验台。该实验台在低温级循环中加了一个回热器和冷凝器，当高温级循环辅助肩动后，低温级循环可 通过自身回热而实现独立运行并达到一60℃的制冷温度。采用炯分析方法对系统进行r分析，计算了各部 件及整个系统的炯损失和炯效率，结果表明：高温级各部件的炯损失大于低温级各部件的炯损失；高温级气体 冷却器及低温级回热器的炯效率较低。 关键词：预冷；复叠；单级运行；炯分析 中图分类号：TB657．3 文献标识码：A 0 前言 随着科学技术的不断发展，一60～一80℃的低温环境被广泛的应用于石油化工、科学试验、低温电 子、低温生物、红外探测及低温环境模拟等领域，这一温区的没备需求量很大。1-sj。日前，用来获得一60 一一80气：温区的常用制冷方法有液氮制冷、气体绝热膨胀制冷、两级复叠蒸气压缩式制冷，几种制冷方 法各有优缺点曲。。。为了辅助某换热器的性能实验并深入研究一60～一80℃制冷机的性能，自行设计 m3／h的空气 并搭建了一个低温预冷实验台，该实验台采用改进的两级复叠式制冷循环，能够将10～20 由20℃冷却至一60℃。 本文采用炯分析方法对系统进行了分析1…，计算了各部件及整个系统的炯损失和J娴效率，找出了 用能的薄弱环节，为系统的优化设计及节能提供了理论依据。 1 循环流程 1．1 系统流程示意图 该低温预冷实验台采用了一种改进的两级复叠式制冷循环。该循环与传统复叠式制冷循环的区别 是：(1)低温级循环中加了一个回热器，使得低温级压缩机吸气温度有所提高，润滑油凹油效果变好，并 且，当冷量需求较少时，在高温级循环辅助启动后，低温级循环可以通过自身回热而实现独立运行。 (2)在高温级蒸发冷凝器之后设置了一个空气冷却器，20℃的空气先经过高温级空气冷却器冷却到一 定的温度，然后进入低温级蒸发器进一步冷却到一60℃，实现了分步降温，减少了系统的不可逆损失。 该系统以R22／R23为制冷工质，图1为两级复叠式低温预冷系统的流程示意图和压焓图。 1．2 设计工况下系统的状态点参数及各部件的热负荷 设计工况：高温级冷凝温度为t。。=30℃，高温级蒸发温度t。。=一38℃，低温级冷凝温度t。。= 一33℃，低温级的蒸发温度为t札=一65℃，低温级蒸发器出口12点的于度为0．7。设计工况F各状 态点的参数如表1所示。 m3／h的窄气由20℃冷却至一60℃，由能量平衡方程计 根据设计任务，该实验台应能够将10～20 算可得各部件的热负荷如表2所示。 作者简介：刘秀芳(1978一)。女，山西吕粱人．讲师． 收稿日期：2010—01—04 万方数据 -30· 河南科技大学学报：自然科学版 C1 c1高温级压缩机；c2低温级压缩机玉1高温级冷凝器；E2低温级 冷凝器；Jl高温级节流阀；J2低温级节流阀；gl蒸发冷凝器； G2低温级蒸发器；G3低温级回热器；G4高温级气体冷却器。 (a)流程示意图 (b)压焓图 图1 两级复叠式低温预冷系统的流程示意图和压焓图 表1 设计工况下各状态点的参数 2各部件的炯计算模型 2．1 压缩机 以高温级压