第四章 兩級壓縮

第四章兩級壓縮和復(fù)疊式制冷循環(huán)本章的重點：掌握雙級制冷循環(huán)型式掌握中間壓力確定的方法掌握制冷循環(huán)熱力計算的步驟§4.1概述單級蒸氣壓縮制冷機(jī)，當(dāng)采用中溫制冷劑時，蒸發(fā)溫度只能達(dá)到－20℃～－35℃左右。工質(zhì)選定后，其冷凝壓力、蒸發(fā)壓力由冷凝溫度和蒸發(fā)溫度決定。當(dāng)冷凝壓力升高或蒸發(fā)壓力降低時，壓縮機(jī)的壓力比將增大。由于壓縮機(jī)余隙容積的存在，壓力比提高后，壓縮機(jī)回行時，余隙內(nèi)的氣體膨脹后占據(jù)的體積△V1大；且壓比越大，△V1越大，壓縮機(jī)實際吸氣量減少。中小型活塞式單級制冷壓縮機(jī)設(shè)計與使用條件規(guī)定：NH3

最大壓差1.6MP

最高排氣溫度150℃R22最大壓差1.6～1.8MP

最高排氣溫度145℃一．采用多級壓縮的原因

1.壓縮機(jī)的最大壓差是其受力零件強(qiáng)度計算的依據(jù)。如果在運行時，壓力差超過規(guī)定的數(shù)值，將會引起壓縮機(jī)零部件的損壞。2．壓縮機(jī)壓力比也有一定的限制。如果壓力比過高，會帶來如下影響：(1)壓力比過大時，壓縮機(jī)的排氣溫度過高；排氣溫度升高，將使壓縮機(jī)氣缸壁上的潤滑油變稀，潤滑條件變壞；當(dāng)排氣溫度接近潤滑油的閃點溫度時，會使部分潤滑油碳化；會使吸入的制冷劑蒸氣吸熱較多，導(dǎo)致容積效率下降。（2）當(dāng)活塞回行時，氣缸余隙容積中的蒸氣膨脹后體積過大，因而，使壓縮機(jī)的容積系數(shù)減少。當(dāng)pk與p0之差（pk與p0之比）達(dá)到一定值時，壓縮機(jī)的容積系數(shù)λV為零（ΔV1=Vg）。此時，壓縮機(jī)的氣缸中不再吸入新的制冷劑蒸氣，只是氣缸余隙容積中殘留的制冷劑壓縮與膨脹，制冷量為零。單級壓縮循環(huán)所能達(dá)到的最低溫度是有一定限制的，如要獲得更低的溫度必須采用多級壓縮。3與4在同一膨脹線上，假設(shè)膨脹指數(shù)m為定值，略去排氣過程的壓力損失△P2,可寫成相對余隙容積C與壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)、工藝水平有關(guān)。m多變指數(shù)，隨制冷劑種類，氣缸冷卻情況而定。一般：NH3m=1.10～1.15氟：m=1.0～1.05例4-1：一臺壓縮機(jī)，制冷劑R22，c=0.048,m=1.04,tk=40℃,求最低蒸發(fā)溫度。解：當(dāng)達(dá)到最低蒸發(fā)溫度時，λV=0，tk=40℃,Pk=15.34bar∴P0=Pk/24.7=0.621bar,查得：t0=-50.5℃（3）液體制冷劑節(jié)流引起的損失增加，使循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性下降。當(dāng)蒸發(fā)溫度較低時，節(jié)流損失增大?！遆5’>X5,q0’<q0,v1’>v1,qv’<qvw0’>w0∴Q0↓,ε0(cop)↓綜合上述原因，單級制冷壓縮機(jī)所能達(dá)到的最低蒸發(fā)溫度是有限制的，要想獲得更低的溫度，就需要采用雙級壓縮或復(fù)疊式制冷機(jī)。二．單級循環(huán)壓縮機(jī)壓力比的要求NH3：氨制冷劑的絕熱指數(shù)較大，排氣溫度較高，因此，氨單級壓縮機(jī)的壓力比一般不超過8；氟里昂：氟里昂制冷劑的絕熱指數(shù)較小，但從經(jīng)濟(jì)性考慮，其單級壓縮機(jī)的壓力比一般不超過10。三．單級壓縮的最低蒸發(fā)溫度制冷劑冷凝溫度（℃）R717R22R134aR152aR29030－25－37－32－34－4035－22－34－29－30－3740－20－31－25－28－3550/－25－20－21－29四．兩級壓縮制冷循環(huán)的類型兩級壓縮制冷循環(huán)按其制冷劑節(jié)流和冷卻方式可分為：中間不完全冷卻兩級壓縮一級節(jié)流制冷循環(huán)中間完全冷卻中間不完全冷卻兩級壓縮兩級節(jié)流制冷循環(huán)中間完全冷卻兩級壓縮制冷循環(huán)是指將制冷劑從蒸發(fā)壓力壓縮到冷凝壓力，需要經(jīng)過兩次壓縮；首先通過低壓級壓縮機(jī)將制冷劑蒸氣從蒸發(fā)壓力壓縮到中間壓力再通過高壓級壓縮機(jī)將制冷劑蒸氣從中間壓力繼續(xù)壓縮到冷凝壓力。兩級（兩次）節(jié)流是指制冷工質(zhì)液體從冷凝壓力節(jié)流到蒸發(fā)壓力，要先后經(jīng)過兩個節(jié)流閥。由冷凝壓力節(jié)流到中間壓力，再從中間壓力節(jié)流到蒸發(fā)壓力。一級節(jié)流是指制冷工質(zhì)液體從冷凝壓力節(jié)流到蒸發(fā)壓力，只經(jīng)過一個節(jié)流閥。由冷凝壓力節(jié)流到蒸發(fā)壓力中間完全冷卻：是指低壓級壓縮機(jī)排出的氣體被冷卻成中間壓力下的干飽和蒸氣。此時高壓級壓縮機(jī)吸入的氣體為飽和蒸氣。中間不完全冷卻：是指低壓級壓縮機(jī)排出的氣體的溫度下降了，但未被冷卻到中間壓力下的干飽和蒸氣，即高壓級壓縮機(jī)吸入的氣體為過熱蒸氣?！?．2一級節(jié)流、中間冷卻的兩級壓縮循環(huán)低壓級壓縮機(jī)排氣直接送到高壓級壓縮機(jī)，過程為1-2-4’，排氣溫度將過高。為降低排氣溫度，將低壓級壓縮機(jī)的排氣冷卻，再進(jìn)入高壓級壓縮機(jī)。①排氣溫度下降（T4’>T4）；②節(jié)省一部分壓縮功△W。兩級壓縮循環(huán)與一級壓縮循環(huán)比較：①增加了一臺壓縮機(jī)；高壓級壓縮機(jī)和低壓級壓縮機(jī)，或采用單機(jī)雙級壓縮機(jī)。②增加中間冷卻器，用以降低低壓級壓縮機(jī)排氣溫度。一．一級節(jié)流、中間完全冷卻兩級壓縮循環(huán)

1.進(jìn)蒸發(fā)器的制冷劑液體不進(jìn)入中間冷卻器①循環(huán)的流程圖與工作過程工作過程：從冷凝器中流出的狀態(tài)為5點的大部分高壓液體，經(jīng)節(jié)流閥F節(jié)流降壓后（0點），進(jìn)入蒸發(fā)器中，在蒸發(fā)器中吸收熱量而蒸發(fā)，蒸發(fā)后的低壓冷劑蒸氣（1點）被低壓級壓縮機(jī)吸入，壓縮為中間壓力下的過熱蒸氣（2點），排至中間冷卻器，在中間冷卻器中被冷卻到中間壓力下的飽和氣體（3點），進(jìn)入高壓級壓縮機(jī)，在高壓壓縮機(jī)中被壓縮到冷凝壓力（4點），排至冷凝器，冷凝成為狀態(tài)5點的高壓液體；另一小部分5點的高壓液體經(jīng)節(jié)流閥G進(jìn)入中間冷卻器，在其中吸收低壓級排氣的熱量。②將循環(huán)表示在壓—焓（lgp-h）圖和

溫—熵(T-S)圖上壓—焓圖溫—熵(T-S)圖

圖中1—2：低壓壓縮機(jī)的壓縮過程；

2—3：低壓級排氣在中間冷卻器中的冷卻過程；

3—4：高壓級壓縮機(jī)的壓縮過程；

4—5：高壓氣體在冷凝器中的冷卻、冷凝過程；

5—6：高壓液體經(jīng)節(jié)流閥進(jìn)入中間冷卻器的節(jié)流過程；

6—3：中壓制冷劑在中間冷卻器中的蒸發(fā)過程；

5—0：高壓液體經(jīng)節(jié)流閥進(jìn)入蒸發(fā)器的節(jié)流過程；0—1：制冷劑低壓液體在蒸發(fā)器中的蒸發(fā)過程；③.經(jīng)濟(jì)性分析：比較循環(huán)1-2-3-4-5-6-0-1

與循環(huán)1-2-4’-5-0-1：a)循環(huán)1-2-4’-5-0-1低壓壓縮機(jī)的排氣直接進(jìn)入高壓級壓縮機(jī)，壓縮過程分兩次完成，即：1—2和2—4’。b)循環(huán)1-2-3-4-5-6-0-1低壓級壓縮機(jī)的排氣先進(jìn)入中間冷卻器，再進(jìn)入高壓級壓縮機(jī)。高壓級壓縮機(jī)吸入的制冷劑是中間壓力下的飽和氣體。循環(huán)1-2-3-4-5-6-0-1高壓級壓縮機(jī)的排氣溫度降低了。例4-2：分別比較R717與R22兩種制冷劑，t0=-40℃，tk=40℃，中間溫度tm=-6℃時，循環(huán)a1-2-3-4-5-6-0-1與循環(huán)b1-2-4’-5-0-1的經(jīng)濟(jì)性。解：氨

pk=1556.7kPap0=71.59kPapm=341.64kPah1(kJ/kg)h2(kJ/kg)h3(kJ/kg)h4(kJ/kg)h4’(kJ/kg)h5=h6=h0(kJ/kg)1405.88716201451.51316701900390.247無中間冷卻：

有中間冷卻：

假定流經(jīng)低壓級的制冷劑質(zhì)量為1㎏，注液量為y㎏。熱平衡：兩個循環(huán)相比：氨制冷劑采用中間完全冷卻循環(huán)，經(jīng)濟(jì)性是提高的。

R22：pk=1533.5kPap0=104.95kPapm=407.23kPah1(kJ/kg)h2(kJ/kg)h3(kJ/kg)h4(kJ/kg)h4’(kJ/kg)h5=h6=h0(kJ/kg)388.609425403.114438460249.686無中間冷卻：

有中間冷卻：

假定流經(jīng)低壓級的制冷劑質(zhì)量為1㎏，注液量為y㎏。熱平衡：需要注入的液體量：高壓級流量：兩個循環(huán)相比：氟利昂制冷劑采用中間完全冷卻循環(huán)，經(jīng)濟(jì)性是下降的。結(jié)論：氨制冷劑采用中間完全冷卻循環(huán)、氟里昂制冷劑采用中間不完全冷卻循環(huán)。④.高低壓級流量比由中冷器熱平衡：∴由上式可以看出高壓級制冷劑流量大于低壓級制冷劑流量。高壓級壓縮機(jī)吸入的是：a.低壓壓縮機(jī)排氣；b.經(jīng)節(jié)流閥產(chǎn)生的閃發(fā)氣體；c.在中間冷卻器中蒸發(fā)了的制冷工質(zhì)蒸氣。

例4-3某制冷循環(huán)的流程圖如圖示，已知R717的蒸發(fā)溫度為-40℃，低壓壓縮機(jī)吸入的是飽和氣體，壓縮至壓力為315.56kPa，節(jié)流前液體的溫度為32℃，壓力為1352.5kPa。已知制冷量Q0為80kW。試確定1）高壓級壓縮機(jī)吸氣時的容積流量；2）若無中間冷卻器時，高壓級壓縮機(jī)吸氣時的容積流量。解：1）將循環(huán)表示在lgp-h圖上2）確定各點狀態(tài)t0=－40℃P0=71.59kPatM=－8℃PM=315.56kPatk=35℃Pk=1352.56kPa點號P(KPa)t(℃)h(kJ/kg)v(m3/kg)171.59－401405.8872315.5616000.483315.56－81449.3960.38641352.56166051352.5632352.5043)低壓級流量

(kg/s)高壓級流量（kg/s）4）有中冷器時高壓級吸氣的容積流量qv3

(m3/s)5)無中冷器時高壓級吸氣的容積流量qV2

（m3/s）無中間冷卻器時高壓級吸氣的容積流量qV2比有中間冷卻器時大11%。本循環(huán)特點：制冷劑液體節(jié)流損失大，使系統(tǒng)的制冷量下降。為了提高一級節(jié)流循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性，采用高壓液體過冷的循環(huán)。2.進(jìn)蒸發(fā)器的制冷劑液體進(jìn)入中間冷卻器①．循環(huán)的流程圖與工作過程工作過程：從高壓級排出的氣體進(jìn)入冷凝器中，冷凝后的液體分成兩路，一路經(jīng)節(jié)流閥A進(jìn)入中冷器，另一路經(jīng)盤管在中間冷卻器中被冷卻后，經(jīng)節(jié)流閥B，成為壓力為P0的濕蒸氣進(jìn)入蒸發(fā)器中，在蒸發(fā)器中低壓液體吸熱蒸發(fā)成為低壓蒸氣后，被低壓壓縮機(jī)吸入，壓縮成為中間壓力的過熱蒸氣排至中間冷卻器，被其中的液體所冷卻，成為中間壓力下的飽和蒸氣，與中間冷卻器中的液體吸熱而蒸發(fā)的氣體一同進(jìn)入高壓級壓縮機(jī)，壓縮成為冷凝壓力下的過熱蒸氣，進(jìn)入冷凝器，如此循環(huán)。②．將循環(huán)表示在壓—焓（lgp-h）圖和

溫—熵(T-S)圖上循環(huán)各過程：1-2：低壓壓縮機(jī)的壓縮過程；2-3：低壓級排氣在中間冷卻器中的冷卻過程；3-4：高壓級壓縮機(jī)的壓縮過程；4-5：高壓氣體在冷凝器中的冷卻、冷凝過程；5-6：小部分高壓液體經(jīng)節(jié)流閥進(jìn)入中間冷卻器的節(jié)流過程（PK→Pm）；

6-3：中壓制冷劑在中間冷卻器中的蒸發(fā)過程；

5-7：高壓液體在中間冷卻器的盤管中的冷卻過程；

7-0：高壓液體經(jīng)節(jié)流閥進(jìn)入蒸發(fā)器的節(jié)流過程(PK→P0)；0-1：制冷劑低壓液體在蒸發(fā)器中的蒸發(fā)過程；③．高低壓級流量比由中冷器熱平衡：④．制冷機(jī)的性能指標(biāo)1）單位制冷量（kJ/kg）2)低壓級制冷劑循環(huán)量（㎏/s）3)低壓級壓縮機(jī)理論比功（kJ/kg）4)低壓級壓縮機(jī)理論功率（kW）5）高壓級制冷劑循環(huán)量

（kg/s）6）高壓級壓縮機(jī)理論比功

（kJ/kg）7）高壓級壓縮機(jī)理論功率（kW）8)理論循環(huán)的性能系數(shù)（制冷系數(shù)）⑤．比較無“液體再過冷”與具有“液體再過冷”循環(huán)具有“液體再過冷”的循環(huán)1-2-3-4-5-6-7-0-1，比無“液體再過冷”的循環(huán)1-2-3-4-5-6-0’-1，單位制冷量增加了Δq0，經(jīng)濟(jì)性是否提高？比較制冷系數(shù)：有“液體再過冷”循環(huán)無“液體再過冷”循環(huán)有“液體再過冷”循環(huán)的制冷系數(shù)中的分子和分母都增加了，其經(jīng)濟(jì)性比無“液體再過冷”循環(huán)高。t7越接近中間溫度，即溫差越小，液體過冷度越大，制冷系數(shù)增加愈多。Δt—盤管的端部溫差；Δt一般取3～8℃。二.一級節(jié)流中間不完全冷卻兩級壓縮循環(huán)1.循環(huán)流程圖與工作過程適用工質(zhì)：氟里昂工作過程：從高壓級排出的氣體進(jìn)入冷凝器中，冷凝后的液體分成兩路，一路經(jīng)節(jié)流閥G進(jìn)入中冷器，另一路經(jīng)盤管在中間冷卻器中冷卻后，經(jīng)節(jié)流閥F，成為壓力為P0的濕蒸氣進(jìn)入蒸發(fā)器中，在蒸發(fā)器中低壓液體吸熱蒸發(fā)成為低壓蒸氣后，進(jìn)入低壓壓縮機(jī)，在壓縮機(jī)中被壓縮成為中間壓力的過熱蒸氣，與在中間冷卻器中吸熱蒸發(fā)的中壓飽和蒸氣混合后進(jìn)入高壓級壓縮機(jī)中，壓縮為高壓蒸氣后排出，如此循環(huán)。2．將循環(huán)表示在壓—焓（lgp-h）圖

和溫—熵(T-S)圖上3.高低壓級流量比及混合后焓值求高壓級流量：中間冷卻器熱平衡：混合狀態(tài)熱平衡：4．制冷機(jī)的性能指標(biāo)1）單位制冷量（kJ/kg）2)低壓級制冷劑循環(huán)量（㎏/s）3)低壓級壓縮機(jī)理論比功（kJ/kg）4)低壓級壓縮機(jī)理論功率（kW）5）高壓級制冷劑循環(huán)量

kg/s6）高壓級壓縮機(jī)理論比功（kJ/kg）7）高壓級壓縮機(jī)理論功率

（kW）8)制冷系數(shù)

三.實際雙級系統(tǒng)流程圖實際系統(tǒng)中，對于蒸發(fā)溫度較低的氟系統(tǒng)，采用了回?zé)崞?。從中間冷卻器中出來的制冷劑液體，與從蒸發(fā)器中出來的制冷劑蒸氣進(jìn)行熱交換。采用回?zé)崞鞯膬?yōu)點：①使液體溫度下降，減小節(jié)流后的干度，節(jié)流的不可逆損失??；②出蒸發(fā)器的蒸氣過熱，可減少有害過熱；③提高低壓級壓縮機(jī)的吸氣溫度，可改善壓縮機(jī)的潤滑條件，并避免在壓縮機(jī)汽缸外表面結(jié)霜；④使活塞式壓縮機(jī)的容積效率有所改善。例4-4：制冷系統(tǒng)采用一級節(jié)流中間不完全冷卻循環(huán)，制冷劑R134a，蒸發(fā)溫度-40℃，出蒸發(fā)器制冷劑有5℃過熱，經(jīng)回?zé)崞鬟^熱20℃，中間冷卻器有5℃的端部溫差，中冷器出來的飽和蒸氣溫度為-10℃，冷凝溫度為30℃，制冷量Q0=60kW。試求：該循環(huán)的性能指標(biāo)。解：1.將循環(huán)表示在lgp-h圖上2.確定各狀態(tài)點參數(shù)p0=52kPat0=-40℃pm=201kPatm=-10℃pk=771kPatk=30℃點號壓力（kPa）溫度（℃）焓值（kJ/kg）比容（m3/kg152450.4222012627057713090.56’201-10241.87771-542.5877122.53201263.20.124771602958點：

h8=22.5kJ/kg3點：

h3=263.2kJ/kg3．計算性能指標(biāo)1）單位制冷量

（kJ/kg）2)低壓級制冷劑循環(huán)量（㎏/s）3)低壓級壓縮機(jī)理論比功（kJ/kg）4)低壓級壓縮機(jī)理論功率（kW）5）高壓級制冷劑循環(huán)量（kg/s）6）高壓級壓縮機(jī)理論比功（kJ/kg）7）高壓級壓縮機(jī)理論功率（kW）8)制冷系數(shù)§4．3兩級節(jié)流中間冷卻的兩級壓縮循環(huán)一．兩級節(jié)流中間完全冷卻的兩級壓縮循環(huán)1.循環(huán)的流程圖與工作過程工作過程：在蒸發(fā)器中產(chǎn)生的低壓飽和蒸氣，進(jìn)入低壓壓縮機(jī)中，被壓縮到中間壓力下的過熱蒸氣，進(jìn)入中間冷卻器中，被其中的制冷劑液體冷卻到飽和蒸氣，進(jìn)入高壓壓縮機(jī)中，繼續(xù)被壓縮到冷凝壓力，高壓壓縮機(jī)排出的過熱蒸氣進(jìn)入冷凝器中，被冷凝成為液體，高壓液體經(jīng)第一節(jié)流閥G節(jié)流到中間壓力，進(jìn)入中冷器，節(jié)流過程產(chǎn)生的閃發(fā)氣體、中間冷卻器中的液體吸收低壓級壓縮機(jī)排氣的熱量而蒸發(fā)的氣體及被冷卻后的低壓級排氣，一同進(jìn)入高壓級壓縮機(jī)，而中間冷卻器中的大部分液體，經(jīng)第二節(jié)流閥F節(jié)流到蒸發(fā)壓力(p0)，并進(jìn)入蒸發(fā)器中制取冷量，如此不斷循環(huán)。

進(jìn)入高壓級壓縮機(jī)的氣體：①低壓壓縮機(jī)的排氣；②第一次節(jié)流后產(chǎn)生的飽和蒸氣；③中冷器中制冷劑液體冷卻低壓級壓縮機(jī)排氣而蒸發(fā)的飽和氣體。2.將循環(huán)表示在lgp-h圖上：3.高低壓級循環(huán)量之比中冷器熱平衡：4．制冷機(jī)的性能指標(biāo)1）單位制冷量（kJ/kg）2)低壓級制冷劑循環(huán)量（㎏/s）3)低壓級壓縮機(jī)理論比功（kJ/kg）4)低壓級壓縮機(jī)理論功率（kW）5）高壓級制冷劑循環(huán)量kg/s

6）高壓級壓縮機(jī)理論比功kJ/kg7）高壓級壓縮機(jī)理論功率kW8）理論性能系數(shù)（制冷系數(shù)）二．兩級節(jié)流中間不完全冷卻的兩級壓縮循環(huán)1.循環(huán)的流程圖與工作過程：工作過程：在蒸發(fā)器中產(chǎn)生的低壓飽和蒸氣(p0)，進(jìn)入低壓壓縮機(jī)中，被壓縮到中間壓力(pm)下的過熱蒸氣，與中間冷卻器中出來的中壓飽和氣體在管路中混合后，一起進(jìn)入高壓壓縮機(jī)，繼續(xù)被壓縮到冷凝壓力(pk)，高壓壓縮機(jī)排出的過熱蒸氣進(jìn)入冷凝器中，被冷凝成為液體，經(jīng)第一節(jié)流閥G節(jié)流到中間壓力(pm)，進(jìn)入中冷器，節(jié)流過程產(chǎn)生的閃發(fā)氣體進(jìn)入高壓級壓縮機(jī)，中間冷卻器中的液體，經(jīng)第二節(jié)流閥F節(jié)流到蒸發(fā)壓力(p0)，并進(jìn)入蒸發(fā)器中制取冷量，如此不斷循環(huán)。2.將循環(huán)表示在lgp-h圖上：3.流量比及混合后焓值：流量比：混合后焓值：4．制冷機(jī)的性能指標(biāo)1）單位制冷量（kJ/kg）2)低壓級制冷劑循環(huán)量（㎏/s）3)低壓級壓縮機(jī)理論比功（kJ/kg）4)低壓級壓縮機(jī)理論功率（kW）5）高壓級制冷劑循環(huán)量kg/s

6）高壓級壓縮機(jī)理論比功kJ/kg7）高壓級壓縮機(jī)理論功率kW8）理論性能系數(shù)（制冷系數(shù)）

該循環(huán)常用于空調(diào)用離心式或螺桿式冷水機(jī)組以及渦旋式空氣源熱泵機(jī)組。中間冷卻器在此又稱為閃發(fā)蒸氣分離器。既降低了二級壓縮機(jī)排氣溫度，又降低了二級壓縮機(jī)進(jìn)口的蒸氣溫度和比容，從綜合性能上看降低了壓縮機(jī)的功耗，故也稱閃發(fā)蒸氣分離器為“經(jīng)濟(jì)器”；對于離心式、螺桿式和渦旋式制冷壓縮機(jī)而言，因其可以比較方便地進(jìn)行中間抽氣，實現(xiàn)雙級循環(huán)，故這類循環(huán)也有稱作中間補(bǔ)氣制冷循環(huán)。三．兩級節(jié)流與一級節(jié)流比較1.經(jīng)濟(jì)性采用兩級節(jié)流循環(huán)，增加Δq0，而耗功相同，所以制冷系數(shù)提高。2.一級節(jié)流循環(huán)制冷系數(shù)較低的原因由于中間冷卻器盤管具有端部溫差，而使q0減小，且Δt越小，一級節(jié)流的制冷系數(shù)越接近兩級節(jié)流循環(huán)，當(dāng)Δt=0時，ε0相等。通常?。害=3～5℃3.采用兩級節(jié)流時，中間冷卻器應(yīng)靠近蒸發(fā)器。因為從中間冷卻器中出來的液體是飽和液體，流動中有阻力損失，會產(chǎn)生閃發(fā)氣體，減小進(jìn)入膨脹閥的液體量，會存在供液不足的現(xiàn)象。因此，一級節(jié)流應(yīng)用較多。4.采用一級節(jié)流的優(yōu)點：①可依靠高壓液體本身的壓力，供液到較遠(yuǎn)的距離或冷庫的高層庫房；②高壓液體不與中間冷卻器中的液體接觸，這樣可以減少將潤滑油（低壓壓縮機(jī)排氣帶入的）帶到蒸發(fā)器去的機(jī)會；③蒸發(fā)器與中間冷卻器分別供液，便于調(diào)節(jié)?！?．4兩級壓縮制冷循環(huán)的熱力計算熱力計算的目的：為了進(jìn)行制冷機(jī)的產(chǎn)品設(shè)計和選型設(shè)計。先確定：①制冷劑的選擇；②循環(huán)型式的選擇；③循環(huán)的工作參數(shù)的確定。一.制冷劑的選擇兩級壓縮制冷機(jī)使用中溫制冷劑，通常使用R717、R22、R290等。

R717一般用于大型的工業(yè)制冷系統(tǒng)。二.循環(huán)型式節(jié)流型式一般采用一級節(jié)流；R717選擇中間完全冷卻循環(huán)；R22、R290選擇中間不完全冷卻循環(huán)。三.循環(huán)工作參數(shù)的確定蒸發(fā)溫度t0和冷凝溫度tk的確定方法，在單級循環(huán)中已敘述。兩級壓縮特有的工作參數(shù)是中間壓力和中間溫度。確定中間壓力有兩種情況：①Q(mào)0已知，從循環(huán)的計算出發(fā)去確定中間壓力；（選配壓縮機(jī)）②已經(jīng)選配好壓縮機(jī)，通過計算去確定中間壓力。1.對第一種情況，確定中間壓力的原則，一般是根據(jù)運行經(jīng)濟(jì)性最好，即制冷系數(shù)最大來確定中間壓力。此時中間壓力稱最佳中間壓力。方法：A.按比例中項確定：步驟：1）.按比例中項確定中間壓力

2）.在該tm(pm)值上下選取幾個溫度值；3）.對每一個tm值進(jìn)行循環(huán)的熱力計算，求得ε0(cop0)；4）.繪制ε0=f(tm)曲線，找到ε0max值所對應(yīng)的中間溫度，即為所求。B．工質(zhì)R717可查拉賽圖，由t0、tk交點查得pm；也可以按公式確定：2.對第二種情況：當(dāng)壓縮機(jī)選定時，高低壓級的容積比就已確定，通常為1∶2～1∶3，如四缸的壓縮機(jī)，高壓級為一個氣缸，低壓級為三個氣缸。壓縮機(jī)已知，則壓縮機(jī)的理論輸氣量為定值容積比定值中間壓力確定方法：1）.按一定間隔選擇若干個中間溫度，然后計算出不同中間溫度下的理論輸氣量的比值ξ；2）.繪制ξ=f(tm)曲線，在圖上找到ξ=給定值的水平線，求出對應(yīng)的中間溫度。這個中間壓力（中間溫度）不一定是最佳的。四.熱力計算

目的：通過熱力計算求出循環(huán)的性能指標(biāo)，各個熱交換器的熱負(fù)荷，壓縮機(jī)的輸氣量及功率（Q0已知）或制冷量（當(dāng)壓縮機(jī)已知）。實際循環(huán)的熱力計算步驟：（以一級節(jié)流中間完全冷卻為例）（假設(shè)Q0已知）1）單位制冷量

（kJ/kg）2)低壓級壓縮機(jī)理論比功

（kJ/kg）3)低壓級制冷劑循環(huán)量

（㎏/s）4)低壓級壓縮機(jī)理論輸氣量5）低壓級壓縮機(jī)理論功率

6)低壓級壓縮機(jī)指示功率

（kW）7)低壓級壓縮機(jī)軸功率（kW）

8)低壓級壓縮機(jī)排氣焓值（kJ/kg）9）高壓級制冷劑循環(huán)量（kg/s）

10）高壓級壓縮機(jī)理論比功（kJ/kg）11)高壓級壓縮機(jī)理論輸氣量

（）12）高壓級壓縮機(jī)理論功率（kW）13)高壓級壓縮機(jī)指示功率（kW）14)高壓級壓縮機(jī)軸功率（kW）15）高壓級壓縮機(jī)排氣焓值（kJ/kg）16)理論制冷系數(shù)

17）理論輸氣量比18）冷凝器熱負(fù)荷

(kW)19)軸功率制冷量（實際制冷系數(shù)）根據(jù)qVhG與qVhD選配壓縮機(jī)。例：某冷庫在擴(kuò)建中需要增加一套兩級壓縮制冷機(jī)，其工作條件如下：制冷量Q0=150kW；制冷劑為R717；冷凝溫度tk=40℃無過冷；蒸發(fā)溫度t0=－40℃；管路有害過熱Δt=5℃。試進(jìn)行熱力計算并選配適宜的壓縮機(jī)。解：1.循環(huán)型式工質(zhì)是氨，所以選用一級節(jié)流中間完全冷卻循環(huán)。2．將循環(huán)表示在壓-焓圖上3.根據(jù)給定的條件確定一些工作參數(shù)Pk=1.557MPaP0=0.0716MPah5=390.247kJ/kgh1=1405.887kJ/kgh1’=1418kJ/kgv1’=1.584.確定中間溫度和壓力

查得tm’=-6.5℃在-6.5℃上下取若干個數(shù)值，-2、-4、-6、-8、-10℃，分別計算ε0，取中間冷卻器的端部溫差t7-tm=3℃按制冷系數(shù)最大確定中間溫度。tm(℃)pm(Mpa)h3(kJ/kg)h7(kJ/kg)h2(kJ/kg)h4(kJ/kg)ε0-20.3991455.505204.7541656.6771658.7672.329-40.3691453.55195.2491644.2871667.1372.345-60.3421451.515185.7611631.5571677.6072.340-80.3161449.396176.2931618.9871688.0752.327-100.2911447.201166.8641606.4371698.5192.317可見制冷系數(shù)在-4～-6℃最大。取tm=-5℃，pm=0.355Mpa。各狀態(tài)點的參數(shù)為：tm（℃）pm

(Mpa)h3(kJ/kg)h7=h8(kJ/kg)h2(kJ/kg)h4(kJ/kg)V3(m3/kg)-50.3551452.54190.511637.921672.370.3455．熱力計算1）單位制冷量（kJ/kg）2)低壓級壓縮機(jī)理論比功

（kJ/kg）3)低壓級制冷劑循環(huán)量

（㎏/s）4)低壓級壓縮機(jī)理論輸氣量(取λD=0.65)5）低壓級壓縮機(jī)理論功率

6)低壓級壓縮機(jī)指示功率(?。?/p>

7)低壓級壓縮機(jī)軸功率（取）

8)低壓級壓縮機(jī)排氣焓值（kJ/kg）9）高壓級制冷劑循環(huán)量（kg/s）

10）高壓級壓縮機(jī)理論比功（kJ/kg）11)高壓級壓縮機(jī)理論輸氣量（?。?/p>

（）12）高壓級壓縮機(jī)理論功率（kW）13)高壓級壓縮機(jī)指示功率（?。╧W）14)高壓級壓縮機(jī)軸功率（?。╧W）15）高壓級壓縮機(jī)排氣焓值（kJ/kg）16)理論制冷系數(shù)

17）理論輸氣量比18）冷凝器熱負(fù)荷

(kW)19)軸功率制冷量（實際制冷系數(shù)）根據(jù)qVhG與qVhD選配壓縮機(jī)。6．選配壓縮機(jī)由qVhG=0.082查壓縮機(jī)樣本，選擇12.54A(4AV12.5)，理論輸氣量為0.079；qVhD=0.3查壓縮機(jī)樣本，選擇178A(8AS17)，理論輸氣量為0.304?！?．5溫度變動時兩級壓縮制冷機(jī)的特性一．工況變化時的特性兩級壓縮制冷機(jī)選定后，運行時，tk及ξ為定值。在啟動時，tk、ξ不變，而t0和tm變化。以氨單機(jī)雙級壓縮機(jī)（2個高壓缸，6個低壓缸，缸徑12.5），當(dāng)t0=-25℃以下是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)整理的，-20℃以上是根據(jù)計算結(jié)果整理的。1.當(dāng)t0升高時，pm和p0不斷升高，pm升高得更快。當(dāng)t0=t0b時，pm=pk,此時，高壓壓縮機(jī)將不起壓縮作用。2.當(dāng)t0升高時，壓差（pk-pm）逐漸減小，（pm-p0）逐漸升高；當(dāng)t0=t0b時，（pk-pm）=0，（pm-p0）達(dá)到最大值。3.高壓壓縮機(jī)的最大功率出現(xiàn)在處，低壓壓縮機(jī)在此ξ下，最大功率在最大壓差處，即t0=t0b時。（如果ξ較小時，低壓壓縮機(jī)的最大功率則出現(xiàn)在t0>t0b時，的工況。）二．啟動問題當(dāng)兩級壓縮制冷機(jī)長期停用時或第一次啟動時，系統(tǒng)中各壓力均相等，t0從環(huán)境溫度逐漸下降，當(dāng)t0達(dá)到t0b之前，高壓級不起壓縮作用。如果高、低壓級同時啟動，會造成電能的浪費；如果先啟動低壓級，將會造成低壓級壓縮機(jī)的電動機(jī)過載，而且，低壓級壓縮機(jī)排氣不能再通過循環(huán)回到低壓壓縮機(jī)；因此，要先啟動高壓壓縮機(jī)，等到蒸發(fā)溫度降到某一值時（即pm降到一定值時，這數(shù)值取決于低壓壓縮機(jī)配用電動機(jī)的功率），再啟動低壓壓縮機(jī)。對于小型兩級壓縮制冷機(jī)組，其電動機(jī)的容量一般比較大，啟動過程可不受此限制，兩臺壓縮機(jī)可同時啟動。三．電動機(jī)選配問題

1.高壓壓縮機(jī)1）按最大功率工況時的工況選配電動機(jī)的功率；2）如有卸載機(jī)構(gòu)的壓縮機(jī)，可按運行工況選配電動機(jī)的功率，但啟動時要卸載。2.低壓壓縮機(jī)按運行溫度范圍中功率最大的情況去確定。§4．6復(fù)疊式制冷機(jī)循環(huán)即使采用兩級壓縮循環(huán)，其所能達(dá)到的最低蒸發(fā)溫度也有一定限制。中溫制冷劑：1）當(dāng)t0低于標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度ts時，空氣進(jìn)入系統(tǒng)的可能性大大增加了；2）對于活塞式壓縮機(jī)，由于閥門的特性，當(dāng)吸氣壓力降到0.1～0.15（bar）時，閥門就不能打開，壓縮機(jī)不能工作。

P0=0.15(bar)：NH3t0=-65℃；R22t0=-75℃低溫制冷劑：t0=-100℃時，R13p0=0.339(bar),tk=30℃,R13已超臨界。要獲得較低的溫度，用單一工質(zhì)無法實現(xiàn)，所以采用復(fù)疊式制冷機(jī)。一.復(fù)疊式制冷機(jī)循環(huán)系統(tǒng)復(fù)疊式制冷機(jī)由兩個單獨的制冷系統(tǒng)組成，分別稱為高溫級部分與低溫級部分。高溫級部分采用中溫制冷劑，低溫級部分采用低溫制冷劑?？梢员ＷC高壓不太高，低壓不太低。每一部分都是一個完整的單級或雙級系統(tǒng)。1.復(fù)疊式制冷機(jī)循環(huán)系統(tǒng)流程圖：A：低溫部分壓縮機(jī)B：高溫部分壓縮機(jī)C：冷凝器D：蒸發(fā)冷凝器E：蒸發(fā)器F、G：節(jié)流閥蒸發(fā)冷凝器：高溫部分的蒸發(fā)器，又是低溫部分的冷凝器蒸發(fā)冷凝器中的傳熱溫差：一般取5～10℃2．將循環(huán)表示在壓－焓圖上3．實際系統(tǒng)流程圖二.熱力計算1）單位制冷量（kJ/kg）2)低溫部分壓縮機(jī)理論比功（kJ/kg）3)低溫部分制冷劑循環(huán)量（㎏/s）4)低溫部分壓縮機(jī)理論輸氣量

()5）低溫部分壓縮機(jī)理論功率（kW）6)低溫部分壓縮機(jī)指示功率（kW）7)低溫部分壓縮機(jī)軸功率（kW）8)低溫部分壓縮機(jī)排氣焓值（kJ/kg）

9）蒸發(fā)冷凝器熱負(fù)荷（kW）10）高溫部分的制冷量（kW）

()11）高溫部分制冷劑循環(huán)量（kg/s）12）高溫部分壓縮機(jī)理論比功（kJ/kg）13)高壓級壓縮機(jī)理論輸氣量（）14）高溫部分壓縮機(jī)理論功率（kW）15)高溫部分壓縮機(jī)指示功率（kW）16)高溫部分壓縮機(jī)軸功率（kW）17）高溫部分壓縮機(jī)排氣焓值（kJ/kg）18）冷凝器熱負(fù)荷