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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机、冷凝器、节流阀和
冷凝蒸发器组成；低温级由低温级压缩机、冷凝蒸发器、回热器、节流阀和蒸发器组成。高
温级和低温级各为一台单级制冷机。冷凝蒸发器将高温级与低温级联系起来:对高温级来说,
它是蒸发器;对低温级来说,它是冷凝器。冷凝蒸发器使低温级的放热量转变为高温级的制冷
量。在低温级中，通常使用沸点较低的制冷剂（如R13），停机后制冷剂将全部气化,并导
致压力过分升高。为了防止这一现象，通常在低温级系统中装设一个平衡容器。

压缩式制冷机

用两台单级制冷机复叠时，低温级的蒸发温度一般为-40～-80℃。一台单级制冷机与
一台两级制冷机复叠时，蒸发温度可低达-110℃；若用三元（例如R22、R13和R14）复
叠，蒸发温度