双级压缩制冷循环原理
双级压缩和复叠式制冷原理
三、双级压缩工作原理
压缩过程分两阶段进行:
低压级压缩
高压级压缩
蒸发压力
中间压力
冷凝压力
三、双级压缩工作原理
➢ 双级压缩分两阶段进行:
低压级压缩
高压级压缩
蒸发压力
中间压力
冷凝压力
➢ 双级压缩工作过程：
1.来自蒸发器的低温制冷剂蒸气（压力为Po）先进入低
六、工作参数的确定
1. 中间温度和中间压力的确定 制冷系数最大的原则——最佳中间压力 常用方法：公式法、图解法、容积比插入法
公式法
①比例中项公式法（适用于初步估算）
pm p0 pk
R717:φ=0.95 ~ 1; R22: φ=0.9 ~ 0.95;
六、工作参数的确定
公式法
②拉塞经验公式法:
tm=0.4 tk + 0.6 t0 + 3 适用于：
-40~ 40℃，R717、R40等制冷剂
六、工作参数的确定
2. 高压级压缩机吸气温度和节流前制冷剂液体温 度的确定
• 中间完全冷却，吸气温度即为中间温度 • 中间不完全冷却，吸气温度≤-15℃过热蒸气 • 制冷剂液体从中间冷却器出液温度比中间温度
压级压缩机，在其中压缩到中间压力Pm
2.经过中间冷却器冷却（分为两种情况－－中间完全冷 却为饱和蒸气和中间不完全冷却为过热蒸气）
3.再进入高压级压缩机，将其压缩为冷凝压力Pk，排入 冷凝器中
四、双级压缩类型
1、按压缩机
双机双级：两台压缩机，分别为高压级和低压级。
（配组式双级系统）
单机双级：一台压缩机,气缸一部分为高压级,一部分为低压级
两级压缩与复叠式制冷方式的比较
0. 6355
- 13
- 18
- 24
- 65 低温 高温
0. 0407 0. 0379
0. 4478 0. 0909
21. 098 18. 913
62. 894 32. 301
0. 7253 0. 7498
0. 4431 0. 6133
0. 5817 0. 7325
0. 4399 0. 6396
4. 33
第 3 期 程有凯等 :两级压缩与复叠式制冷方式的比较 · 6 9 ·
4. 08
0. 853
1. 2497
0. 5252
- 15
- 20
- 27
- 70 低温 高温
0. 0576 0. 0612
1. 2283 0. 1213
25. 422 23. 968
108. 299 43. 836
0. 6614 0. 6925
0. 2212 0. 5529
0. 5620 0. 6746
0
- 28
- 33
- 36
- 80 低温 高温
0. 1685 0. 1126
0
0
37. 980 34. 284
0
0
0. 4621 0. 5298
0
0
0. 4675 0. 5979
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Байду номын сангаас
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双级压缩制冷循环原理
双级压缩制冷循环原理引言：双级压缩制冷循环是一种高效的制冷循环系统，通过将压缩机分为两级，可以提高制冷系统的性能和效率。
本文将详细介绍双级压缩制冷循环的原理、工作过程以及优点。
一、双级压缩制冷循环的原理双级压缩制冷循环是基于传统的压缩制冷循环的改进。
传统的压缩制冷循环由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器四个主要组件组成。
而双级压缩制冷循环则在传统循环的基础上增加了一个中间冷却器。
双级压缩制冷循环的工作原理如下：1. 第一级压缩：制冷剂从蒸发器进入第一级压缩机，被压缩为高温高压气体。
2. 中间冷却：高温高压气体进入中间冷却器，在此过程中，部分热量被冷却掉，使制冷剂降温。
3. 第二级压缩：冷却后的制冷剂进入第二级压缩机，再次被压缩为更高温高压气体。
4. 冷凝：高温高压气体进入冷凝器，通过散热的方式释放热量，变为高压液体。
5. 膨胀：高压液体通过膨胀阀进入蒸发器，压力迅速降低，使制冷剂蒸发为低温低压的气体。
6. 蒸发：低温低压气体吸收周围热量，实现制冷效果，并再次进入第一级压缩机，循环往复。
二、双级压缩制冷循环的工作过程双级压缩制冷循环的工作过程可以分为两个阶段：高温阶段和低温阶段。
1. 高温阶段：在高温阶段，制冷剂在第一级压缩机中被压缩，变为高温高压气体。
然后，通过中间冷却器的冷却作用，一部分热量被排出。
之后，制冷剂再次进入第二级压缩机，被再次压缩为更高温高压气体。
最后，高温高压气体进入冷凝器，通过散热的方式释放热量，变为高压液体。
2. 低温阶段：在低温阶段，高压液体通过膨胀阀进入蒸发器，压力迅速降低，使制冷剂蒸发为低温低压的气体。
低温低压气体吸收周围热量，实现制冷效果。
然后，制冷剂再次进入第一级压缩机，循环往复。
三、双级压缩制冷循环的优点双级压缩制冷循环相比传统的压缩制冷循环具有以下优点：1. 高效能：通过增加中间冷却器，可以减少制冷机组的功耗，提高制冷系统的效率。
2. 节能：利用中间冷却器的冷却作用，可以减少能量的损失，从而达到节能的目的。
04.两级压缩和复叠式制冷循环讲解
（1）按几何比例中项确定中间压力：
根据确定的冷凝压力Pk、和蒸发压力Po，按下式确定：
（2）按拉塞（A.Rasl）公式确定中间温度：
根据确定的冷凝温度Tk、和蒸发温度To，按下式确定：
（3）按诺模图确定中间温度： 诺模根据拉塞公式制作了 诺模图，可以很方便地查找中 间温度。 值得注意的是：诺模图和 拉塞公式一般只适用于氨为制 冷剂的系统。实际循环的制源自系数为实际循环的制冷系数为：
冷凝器热负荷：
根据计算出来的qvhG、qvhD选配合适的压缩机，并据Qo和Qk选配蒸发器 和冷凝器—称之为设计性计算； 对于已有的两级制冷机可根据它的qvhG、qvhD数值，计算出它的实际制 冷量Qo
两级压缩氨制冷机在冷库制冷装置中的实际系统图
4. 2.2 一级节流、中间不完全冷却的两级压缩循环
高压压缩机的吸气状态参数点4 的比焓可由两部分蒸气混合 过程的热平衡关系式求得。
两级压缩SD2-4F10A氟里昂制冷机在制冷装置中 实际系统图
4.3 两级压缩制冷机的热力计算 和温度变动时的特性
4. 3. 1两级压缩制冷机的热力计算
*两级压缩制冷机应使用R717、R22、R290等中温制冷剂，为的是 低温下系统中蒸发压力不会太低、常温下冷凝压力又不会且易于液化。 *对采用回热有利的制冷剂—R22、R290等应选用一级节流中间不完 全冷却循环方式； *对采用回热不利的制冷剂—R717等应选用一级节流中间完全冷却 循环方式。 *两级压缩制冷的热力计算方法与单级压缩制冷的热力计算方法基 本一样。
4. 3. 2 两级压缩制冷机中间压力的确定
1.校核计算：
高、低压级压缩机已定，通过热力计算去确定中间压力。 按一定间隔选择若干个中间温度，按所选温度分别进行循环的 热力计算，求出不同中间温度下的理论输气量的比值，与给定的高、 低压压缩机的理论输气量比值进行比较，用试凑法来确定中间压力。
制冷原理与设备(第4章两级压缩制冷循环)
qmg
(h2
h3) (h5 h3
h7 ) (h3 h6
h6 )
qmd
h2 h3
h7 h6
qmd
中冷器热平衡方程
因为 h5=h6 h7=h8
制冷原理及设备
4 双级压缩和复叠式制冷循环
高压级吸入的质量流量：
qmg
(h3
h2 h7 h6 )(h1
h7 )
Q0
3）系统的总耗功率
Pth = Pthd
4.2.1一级节流、中间完全冷却的双级压缩制冷循环
1、流程和特点 （多了压缩机，节流阀和中间冷却器）
1）由冷凝器流出的液体分为两路：
a.经膨胀阀1节流至Pm进入中冷器， 利用它的吸热来冷却低压级排气 和盘管中高压液体。蒸发了的蒸 汽同低压压缩机排气一起进入高 压级；
b.液体在中冷器盘管中被冷 却后，经膨胀阀2节流到P0， 在蒸发器中蒸发制冷。
2）.制冷剂To↓Po↓，如R12 to=-67℃, Po=0.149bar 空气易渗入 系统，破坏循环正常运行。
3）Po↓V1↑qv↓，势必要求压缩机体积流量很大。
2、.使用条件
4）对制冷循环压力比的限制 5）受活塞式压缩机阀门结构特性的 限制
－60~－80℃ －80~－100℃ －100～－130℃
度和蒸发温度，单位均为℃。
– 上式不只适用于氨，在－40～40℃温度范围 内，对于R12也能得到满意的结果。
制冷原理及设备
4 双级压缩和复叠式制冷循环
• 4.3.3 温度变动时制冷机特性
• 双级蒸气压缩式制冷循环的比较分析
– （1）中间不完全冷却循环的制冷系数要比中间完全冷却循环 的制冷系数小
– （2）在相同的冷却条件下，一级节流循环要比二级节流循环 的制冷系数小 • 1）一级节流可依靠高压制冷剂本身的压力供液到较远的 用冷场所，适用于大型制冷装置。 • 2）盘管中的高压制冷剂液体不与中间冷却器中的制冷剂 相接触，减少了润滑油进入蒸发器的机会，可提高热交换 设备的换热效果。 • 3）蒸发器和中间冷却器分别供液，便于操作控制，有利 于制冷系统的安全运行
双级压缩制冷循环原理
双级压缩制冷循环原理一、两级压缩采用的原因制冷系统的冷凝温度（或冷凝压力）决定于冷却剂（或环境）的温度，而蒸发温度（或蒸发压力）取决于制冷要求。
由于生产的发展，对制冷温度的要求越来越低，因此，在很多制冷实际应用中，压缩机要在高压端压力（冷凝压力）对低压端压力（蒸发压力)的比值（即压缩比）很高的条件下进行工作。
由理想气体的状态方程Pｖ/T≡Ｃ可知，此时若采用单级压缩制冷循环，则压缩终了过热蒸气的温度必然会很高(Ｖ一定，Ｐ↑→Ｔ↑），于是就会产生以下许多问题。
１.压缩机的输气系数λ大大降低，且当压缩比≥20时，λ＝0 。
２.压缩机的单位制冷量和单位容积制冷量都大为降低。
３.压缩机的功耗增加，制冷系数下降。
４.必须采用高着火点的润滑油，因为润滑油的粘度随温度升高而降低。
５.被高温过热蒸气带出的润滑油增多，增加了分油器的负荷，且降低了冷凝器的传热性能。
总上所述，当压缩比过高时，采用单级压缩循环，不仅是不经济的，而且甚至是不可能的。
为了解决上述问题，满足生产要求，实际中常采用带有中间冷却器的双级压缩制冷循环。
但是，双级压缩制冷循环所需的设备投资较单级压缩大的多，且操作也较复杂。
因此，采用双级压缩制冷循环并非在任何情况下都是有利的，一般当压缩比≥８时，采用双级压缩较为经济合理。
二、双级压缩制冷循环的组成及常见形式两级压缩制冷循环，是指来自蒸发器的制冷剂蒸气要经过低压与高压压缩机两次压缩后，才进入冷凝器。
并在两次压缩中间设置中间冷却器。
两级压缩制冷循环系统可以是由两台压缩机组成的双机（其中一台为低压级压缩机，另一台为高压级压缩机）两级系统，也可以是由一台压缩机组成的单机两级系统，其中一个或两个汽缸作为高压缸，其余几个汽缸作为低压缸，其高、低压汽缸数量比一般为1:3或1:2 。
两级压缩制冷循环由于节流方式和中间冷却程度不同而有不同的循环方式，通常分为：两次节流中间完全冷却、两次节流中间不完全冷却、一次节流中间完全冷却和一次节流中间不完全冷却四种两级压缩制冷循环方式。
两级压缩以及复叠式制冷原理
一级节流中间不完全冷却循环
4
冷凝器
中间 冷却器
膨胀阀 5'
4' 膨胀阀
5
1
蒸发器
T 3
高压 Tk
压缩机
2'
T0
2
低压 压缩机
k
4
4' 5'
6
5
3' wc
q0
pk 3
pk' 2 2' p0
1
S
Pm = Pk P0
图7示出的SD2-4F10A型两级压缩氟里昂制冷机系统
就是按图4-4a所示的一级节流中间不完全冷却循环所
《制冷原理与技术》讲义
第七讲 两级压缩及复 叠式制冷原理
陈江平 上海交通大学制冷研究所
1、采用两级压缩的原因
单级压缩压缩比为10时最低蒸发温度
制冷剂
冷凝 温度 （°C）
30
35
40
45
50
R717 -30.5 -27.3 -24.4
R12
-37.2 -34.2 -31.5
R22
-36.8 -33.8 -31.1 -28.3 -25.4
图7 SD2-4F10A两级压缩氟里昂制冷系统图 A－低压压缩机；B－高压压缩机；C１、C２－油分离器；D－冷凝器；E－过滤干燥器；F－中间冷却器；
G－蒸发器；H－气液分离器；I１、I２－热力膨胀机；J１、J２－电磁阀
3、两级压缩的热力计算
两级压缩制冷机进行循环的热力计算时，首先要对制冷工质及循环型式加 以选择，然后 确定循环的工作参数，按上节所述方法进行具体的计算。 两级压缩制冷机应使用中温制冷剂，这是因为受到在低温时系统中蒸发压力不能太低 ，在常温下冷凝压力又不允许过高及应能够液化的限制。通常应用较为广泛的是R717、 R22、R290等。 中间冷却的方式是与选用的制冷剂的种类密切相关的。对采用回热有利的制冷剂如 R290等采用中间不完全冷却循环型式，同样可使循环的制冷系数有所提高。但为了降低高 压级的排气温度，也可选用中间完全冷却的循环型式。对采用回热循环不利的制冷剂如氨 等，则应采用中间完全冷却的循环型式。 对于蒸发温度较低的两级压缩循环，通常都增加回热器，其目的并不在于提高制冷系 数，而是为了提高低压级压缩机的吸气温度，改善压缩机的工作条件。 两级压缩循环工作参数的确定与单级压缩循环是相似的，即根据环境介质的温度和被 冷却物体要求的温度，考虑选取一定的传热温差，即可确定循环的冷凝温度和蒸发温度。 至于中间温度（或中间压力）如何确定是两级压缩循环的特有问题，中间压力选择是否恰 当，不仅影响到经济性，而且对压缩机的安全运行也有直接关系。
双级压缩机
一、采用两级压缩的原因制冷系统的冷凝温度（或冷凝压力）决定于冷却剂（或环境）的温度，而蒸发温度（或蒸发压力）取决于制冷要求。
由于生产的发展，对制冷温度的要求越来越低，因此，在很多制冷实际应用中，压缩机要在高压端压力（冷凝压力）对低压端压力（蒸发压力)的比值（即压缩比）很高的条件下进行工作。
由理想气体的状态方程Pｖ/T≡Ｃ可知，此时若采用单级压缩制冷循环，则压缩终了过热蒸气的温度必然会很高(Ｖ一定，Ｐ↑→Ｔ↑），于是就会产生以下许多问题。
１.压缩机的输气系数λ大大降低，且当压缩比≥20时，λ＝0 。
２.压缩机的单位制冷量和单位容积制冷量都大为降低。
３.压缩机的功耗增加，制冷系数下降。
４.必须采用高着火点的润滑油，因为润滑油的粘度随温度升高而降低。
５.被高温过热蒸气带出的润滑油增多，增加了分油器的负荷，且降低了冷凝器的传热性能。
总上所述，当压缩比过高时，采用单级压缩循环，不仅是不经济的，而且甚至是不可能的。
为了解决上述问题，满足生产要求，实际中常采用带有中间冷却器的双级压缩制冷循环。
但是，双级压缩制冷循环所需的设备投资较单级压缩大的多，且操作也较复杂。
因此，采用双级压缩制冷循环并非在任何情况下都是有利的，一般当压缩比≥８时，采用双级压缩较为经济合理。
二、双级压缩制冷循环的组成及常见形式两级压缩制冷循环，是指来自蒸发器的制冷剂蒸气要经过低压与高压压缩机两次压缩后，才进入冷凝器。
并在两次压缩中间设置中间冷却器。
两级压缩制冷循环系统可以是由两台压缩机组成的双机（其中一台为低压级压缩机，另一台为高压级压缩机）两级系统，也可以是由一台压缩机组成的单机两级系统，其中一个或两个汽缸作为高压缸，其余几个汽缸作为低压缸，其高、低压汽缸数量比一般为1:3或1:2 。
两级压缩制冷循环由于节流方式和中间冷却程度不同而有不同的循环方式，通常分为：两次节流中间完全冷却、两次节流中间不完全冷却、一次节流中间完全冷却和一次节流中间不完全冷却四种两级压缩制冷循环方式。
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双级压缩制冷循环原理
一、萨震两级压缩采用的原因
制冷系统的冷凝温度（或冷凝压力）决定于冷却剂（或环境）的温度，而蒸发温度（或蒸发压力）取决于制冷要求。
由于生产的发展，对制冷温度的要求越来越低，因此，在很多制冷实际应用中，压缩机要在高压端压力（冷凝压力）对低压端压力（蒸发压力)的比值（即压缩比）很高的条件下进行工作。
由理想气体的状态方程Pｖ/T≡Ｃ可知，此时若采用单级压缩制冷循环，则压缩终了过热蒸气的温度必然会很高(Ｖ一定，Ｐ↑→Ｔ↑），于是就会产生以下许多问题。
１.压缩机的输气系数λ大大降低，且当压缩比≥20时，λ＝0 。
２.压缩机的单位制冷量和单位容积制冷量都大为降低。
３.压缩机的功耗增加，制冷系数下降。
４.必须采用高着火点的润滑油，因为润滑油的粘度随温度升高而降低。
５.被高温过热蒸气带出的润滑油增多，增加了分油器的负荷，且降低了冷凝器的传热性能。
总上所述，当压缩比过高时，采用单级压缩循环，不仅是不经济的，而且甚至是不可能的。
为了解决上述问题，满足生产要求，实际中常采用带有中间冷却器的双级压缩制冷循环。
但是，双级压缩制冷循环所需的设备投资较单级压缩大的多，且操作也较复杂。
因此，采用双级压缩制冷循环并非在任何情况下都是有利的，一般当压缩比≥８时，采用双级压缩较为经济合理。
二、双级压缩制冷循环的组成及常见形式
两级压缩制冷循环，是指来自蒸发器的制冷剂蒸气要经过低压与高压压缩机两次压缩后，才进入冷凝器。
并在两次压缩中间设置中间冷却器。
两级压缩制冷循环系统可以是由两台压缩机组成的双机（其中一台为低压级压缩机，另一台为高压级压缩机）两级系统，也可以是由一台压缩机组成的单机两级系统，其中一个或两个汽缸作为高压缸，其余几个汽缸作为低压缸，其高、低压汽缸数量比一般为1:3或1:2 。
两级压缩制冷循环由于节流方式和中间冷却程度不同而有不同的循环方式，通常分为：两次节流中间完全冷却、两次节流中间不完全冷却、一次节流中间完全冷却和一次节流中间不完全冷却四种两级压缩制冷循环方式。
其中，两次节流是指制冷剂从冷凝器出来要先后经过两个膨胀阀再进入蒸发器，即先由冷凝压力节流到中间压力，再由中间压力节流到蒸发压力，而一次节流只经过一个膨胀阀，大部分制冷剂从冷凝压力直接节流到蒸发压力，相比之下，一次节流系统比较简单，且可以利用其较大的压力差实现远距离或高层冷库的供液。
因此实践中采用的基本上都是一次节流两级压缩制冷循环系统。
至于采用哪一种中间冷
却方式，由选用制冷剂的种类来决定。
通常两级压缩氨制冷系统采用中间完全冷却，而两级压缩氟利昂制冷系统，则常采用中间不完全冷却。
１.一次节流中间完全冷却的双级循环
这个系统的特点是采用盘管式中间冷却器。
它既有两级节流的减少节流损失效果，又起到对低压级排气完全冷却的作用。
其工作过程是：
在蒸发器中产生的低压低温制冷剂蒸气（状态１），被低压压缩机吸入并压缩成中间压力的过热蒸气（状态２），然后进入同一压力的中间冷却器，在中冷器内被冷却成干饱和蒸气（状态３）。
中压干饱和蒸气又被高压压缩机吸入并压缩到冷凝压力的过热蒸气（状态４），随后进入冷凝器被冷凝成制冷剂液体（状态５）。
然后分成两路，一路经膨胀阀Ｆ节流降压后（状态８）进入中间冷却器，大部分液体从另一路进入中间冷却器的盘管内过冷（状态６），但由于存在传热温差，故其在盘管内不可能被冷却到中间温度，而是比中间温度一般高△ｔ＝３－５℃。
过冷后的液体再经过主膨胀阀节流降压成低温低压的过冷液（状态７），最后进入蒸发器吸热蒸发，产生冷效应。
这种循环系统只适用于Ｒ717与Ｒ22的双级制冷循环系统中。
２.一次节流中间不完全冷却的双级循环
一次节流中间不完全冷却的双级循环，主要适用于氟利昂制冷装置，采用回热循环。
如图3-4 所示的
SD2——4F——10A型两级压缩氟利昂制冷装置系统图，就是按图3-3 的循环设计的。
这种循环系统的特点是：制冷剂主流先经盘管式中间冷却器过冷，再经回热器进一步冷却；且低压压缩机的吸气有较大的过热度；此外，低压级的排气没有完全冷却到饱和状态。
其工作过程为：从蒸发器出来的蒸汽经回热器后被低压压缩机吸入，压缩到中间压力并与中冷器出来的干饱和蒸汽在管路中进行混合，使从低压机排出的过热蒸汽被冷却后再进入高压压缩机，经压缩到冷凝压力并进入冷凝器，冷凝后的高压制冷剂液体进入了中冷器的蛇形盘管进行再冷却，然后进入回热器与从蒸发器出来的低温低压蒸汽进行热交换，使从中冷器蛇形盘管中出来的过冷液体再一次得到冷却，最后经膨胀阀进入蒸发器吸热蒸发。
这种循环系统，只适用于Ｒ12或Ｒ22的双级制冷循环系统中，而决不能用于氨的制冷系统中。
这是因为：虽然高、低压级吸入蒸汽的过热度都比较大，但是因为氟利昂的绝热指数K值比氨要小，故压缩机的排气温度不高。
3.两次节流中间完全冷却的双级循环
这个系统的特点是选用了闪发式中间冷却器。
它起两个作用，其一是相当于两次节流的中间液体分离器，其二是利用一小部分液体的吸热蒸发作用，对低压机的排气进行完全中间冷却。
这种型式的制冷循环系统，只适用于Ｒ717或Ｒ22的双级压缩制冷循环系统中。
为了防止从中间冷却器出来的饱和液体在管路中闪发成蒸汽，通常要求中间冷却器与蒸发器之间的距离要近。
综上分析可知，采用双级压缩制冷循环，不但降低了高压机的排气温度，改善了压缩机润滑条件，而且由于各级压缩比都较小，压缩机的输汽系数大大提高。
此外，采用双级压缩循环的功耗也比单级压缩循环的功耗降低。