冷热冲击试验机复叠式制冷机组设计的关键点
复叠式制冷机组通常由两个部分(也可由三个部分) 组成,分别称为高温部分及低温部分。高温部分使用中温制冷剂,低温部分使用低温制冷剂, 而每一部分都是一个完整的单级或双级压缩制冷系统。高温部分系统中制冷剂的蒸发是用来使低温部分系统中制冷剂冷凝,而只有低温部分系统的制冷剂在蒸发时才制取冷量。高温部分和低温部分用一个冷凝蒸发器起来,它既是高温部分的蒸发器,又是低温部分的冷凝器.
1.制冷剂选择
当前,低温复叠制冷机组大都以R22/R13为制冷剂为满足环保要求,武汉华威冷热冲击试验机采用R404A/ R23作制冷剂。其中, R404A 由R125(标准沸点-49℃)、R143a (标准沸点- 47.2℃) 和R134a (标准沸点-26.1℃)按质量分数44∶52∶4 混合而成,具有与 R22 (标准沸点-40.8℃)较为相近的热物理性质,标准沸点为-46.6℃,ODP和CLP值为零,无毒,安全性高,GWP值为4540。有试验表明:以R404A 为制冷剂的制冷机组与以R22为制冷剂的同一机组相比较,其制冷量会稍微增大但其消耗功率会增大更多,综合来看其COP比R22机组要小一些,这是不利的一方面[223 ];R23标准沸点-82.1℃,ODP 和CLP为零,无毒,安全性高,GWP 稍高,约为14800。
2.机组主要性能指标
R404A 高温部分:蒸发温度te=-38℃,蒸发压力Pe=1.454bar,采用回热器,吸气过热度为15℃;冷凝温度tc=40℃,冷凝压力Pc=18.157bar,过冷度5℃;压缩机消耗功率Ng =11.47kW。R23低温部分:蒸发温度te=-85℃,蒸发压力Pe=0.851bar,吸气过热度为30℃;压缩机排气被水冷换热器冷却降温至40℃,中间温度tm=-33℃,对应压力Pm=9.138bar;制冷量Q0= 10kW;冷凝蒸发器热负荷Qc=13kW;电机消耗功率Nd=6.27 kW总功率(kW):N=Nd+N=17. 74性能系数:COP=Q0/N=0.56。
二、系统设计关键点
1.相关热力计算
复叠式制冷循环的热力计算可分别对高温部分及低温部分单独进行计算。计算中令高温部分的制冷量等于低温部分的冷凝热负荷加上冷损。计算方法与单级或两级压缩制冷循环的热力计算相同。
2.中间温度的确定
武汉华威检测设备复叠式制冷循环中中间温度的确定应根据制冷系数zui大或各个压缩机压力比大致相等的原则。前者对能量利用zui经济,后者对压缩机气缸工作容积的利用率较高(即输气系数较大)。由于中间温度在一定范围内变动时对制泠系数影响并不大,故按各级压力比大致相等的原则来确定中间温度似乎更为合理。根据迈勒普拉萨特公式,低温复叠机组的中间温度(低温段冷凝温度):
Tm=(Tc·Te)0.5-0.5ΔT+0.125ΔT2/(Tc·Te)0.5式中,Tm 为中间温度(K);ΔT为冷凝蒸发器传热式中,Tm为中间温度(K);ΔT为冷凝蒸发器传热温差(K);Tc为冷凝温度(K);Te为蒸发温度(K)。这里,取ΔT=5K,Tc=273.15+40=313.15 K,Te=-85+273.15=188.15K。于是,计算Tm=240.25K=-32.9℃。这里,取Tm=-33℃。
3.传热温差的确定
冷凝蒸发器传热温差的大小不仅影响到传热面积和冷量损耗,而且也影响到整个制冷机的容量和经济性,一般Δt = 5～103
