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冷熱沖擊試驗機復(fù)疊式制冷機組設(shè)計的關(guān)鍵點
一、復(fù)疊制冷機組
武漢華威冷熱沖擊試驗機復(fù)疊式制冷機組通常由兩個部分(也可由三個部分) 組成,分別稱為高溫部分及低溫部分。高溫部分使用中溫制冷劑,低溫部分使用低溫制冷劑, 而每一部分都是一個完整的單級或雙級壓縮制冷系統(tǒng)。高溫部分系統(tǒng)中制冷劑的蒸發(fā)是用來使低溫部分系統(tǒng)中制冷劑冷凝,而只有低溫部分系統(tǒng)的制冷劑在蒸發(fā)時才制取冷量。高溫部分和低溫部分用一個冷凝蒸發(fā)器起來,它既是高溫部分的蒸發(fā)器,又是低溫部分的冷凝器.
1.制冷劑選擇
當(dāng)前,低溫復(fù)疊制冷機組大都以R22/R13為制冷劑為滿足環(huán)保要求,武漢華威冷熱沖擊試驗機采用R404A/ R23作制冷劑。其中, R404A 由R125(標(biāo)準(zhǔn)沸點-49℃)、R143a (標(biāo)準(zhǔn)沸點- 47.2℃) 和R134a (標(biāo)準(zhǔn)沸點-26.1℃)按質(zhì)量分?jǐn)?shù)44∶52∶4 混合而成,具有與 R22 (標(biāo)準(zhǔn)沸點-40.8℃)較為相近的熱物理性質(zhì),標(biāo)準(zhǔn)沸點為-46.6℃,ODP和CLP值為零,無毒,安全性高,GWP值為4540。有試驗表明:以R404A 為制冷劑的制冷機組與以R22為制冷劑的同一機組相比較,其制冷量會稍微增大但其消耗功率會增大更多,綜合來看其COP比R22機組要小一些,這是不利的一方面[223 ];R23標(biāo)準(zhǔn)沸點-82.1℃,ODP 和CLP為零,無毒,安全性高,GWP 稍高,約為14800。
2.機組主要性能指標(biāo)
R404A 高溫部分:蒸發(fā)溫度te=-38℃,蒸發(fā)壓力Pe=1.454bar,采用回?zé)崞?吸氣過熱度為15℃;冷凝溫度tc=40℃,冷凝壓力Pc=18.157bar,過冷度5℃;壓縮機消耗功率Ng =11.47kW。R23低溫部分:蒸發(fā)溫度te=-85℃,蒸發(fā)壓力Pe=0.851bar,吸氣過熱度為30℃;壓縮機排氣被水冷換熱器冷卻降溫至40℃,中間溫度tm=-33℃,對應(yīng)壓力Pm=9.138bar;制冷量Q0= 10kW;冷凝蒸發(fā)器熱負(fù)荷Qc=13kW;電機消耗功率Nd=6.27 kW總功率(kW):N=Nd+N=17. 74性能系數(shù):COP=Q0/N=0.56。
二、系統(tǒng)設(shè)計關(guān)鍵點
1.相關(guān)熱力計算
復(fù)疊式制冷循環(huán)的熱力計算可分別對高溫部分及低溫部分單獨進行計算。計算中令高溫部分的制冷量等于低溫部分的冷凝熱負(fù)荷加上冷損。計算方法與單級或兩級壓縮制冷循環(huán)的熱力計算相同。
2.中間溫度的確定
武漢華威檢測設(shè)備復(fù)疊式制冷循環(huán)中中間溫度的確定應(yīng)根據(jù)制冷系數(shù)zui大或各個壓縮機壓力比大致相等的原則。前者對能量利用,后者對壓縮機氣缸工作容積的利用率較高(即輸氣系數(shù)較大)。由于中間溫度在一定范圍內(nèi)變動時對制泠系數(shù)影響并不大,故按各級壓力比大致相等的原則來確定中間溫度似乎更為合理。根據(jù)邁勒普拉薩特公式,低溫復(fù)疊機組的中間溫度(低溫段冷凝溫度):
Tm=(Tc·Te)0.5-0.5ΔT+0.125ΔT2/(Tc·Te)0.5式中,Tm 為中間溫度(K);ΔT為冷凝蒸發(fā)器傳熱式中,Tm為中間溫度(K);ΔT為冷凝蒸發(fā)器傳熱溫差(K);Tc為冷凝溫度(K);Te為蒸發(fā)溫度(K)。這里,取ΔT=5K,Tc=273.15+40=313.15 K,Te=-85+273.15=188.15K。于是,計算Tm=240.25K=-32.9℃。這里,取Tm=-33℃。
3.傳熱溫差的確定
冷凝蒸發(fā)器傳熱溫差的大小不僅影響到傳熱面積和冷量損耗,而且也影響到整個制冷機的容量和經(jīng)濟性,一般Δt = 5～103