两级压缩和复叠制冷循环(精)
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两级压缩和复叠式制冷循环课件
机压比大致相等， ④ 冷凝蒸发器的传热温差Δt=5～10℃。 Δt = 低温循环的tk - 高温循环的t0。 Δt过大使压比↑。
⑤ 蒸发器的传热温差Δt≤5℃，不可逆损 失少。
4.4.3复叠式制冷机的启动与膨胀容器
复叠式制冷循环应用中的一些问题 1．停机后低温制冷剂的处理 2. 系统的起动 3．温度范围的调节
4.3.3 温度变动时制冷机的特性
tk、ξ不变，t0变化 t0↑ → v1↓，q0↑ ，Q0↑，ε0↑
Pk/Pm≈3，PeG最大，按其值选高压级压缩机 电机，低压级压缩机电机按运行工况选配。
4.3 复叠式制冷机循环
4.3.1 复叠式制冷机循环系统 1）单工质多级压缩循环的局限性 需要低温时,t0过低，造成的危害： ① 循环性能差。 ② 蒸发器压力低，易渗入空气。 ③ 制冷剂凝固。 ④ 吸气阀片因压差小无法开启。 若采用低温工质，① 冷凝压力过高。
10 由两个单级系统组成的复叠式制冷机.swf
由两个单级系统组成的复叠式制冷机
制冷循环系统
T-s图
4.3.1复叠式制冷机循环系统
2）系统、原理及组成 复叠式压缩制冷系统通常由两个单级压缩制
冷循环组成，之间用蒸发冷凝器联系起来： 高温部分：采用中温制冷剂，蒸发器为低温部分
冷凝器中的制冷剂冷凝服务。 低温部分：采用低温制冷剂，蒸发器为用户制冷。
容积计算
制冷系统制冷剂流量qm.x+膨胀容器内制冷剂质量 qv.p/ vx =制冷系统+膨胀容器内制冷剂质量 （qvx.t+qv.p)/vp
qv.p=(qm.xvp-qvx.t)vx/（vx–vp） m3
各种蒸气压缩式制冷方式的比较
制冷循环 单级压缩 双级压缩 复叠压缩使源自原因 一般制冷 压缩比过大 制取低温
⑤ 蒸发器的传热温差Δt≤5℃，不可逆损 失少。
4.4.3复叠式制冷机的启动与膨胀容器
复叠式制冷循环应用中的一些问题 1．停机后低温制冷剂的处理 2. 系统的起动 3．温度范围的调节
4.3.3 温度变动时制冷机的特性
tk、ξ不变，t0变化 t0↑ → v1↓，q0↑ ，Q0↑，ε0↑
Pk/Pm≈3，PeG最大，按其值选高压级压缩机 电机，低压级压缩机电机按运行工况选配。
4.3 复叠式制冷机循环
4.3.1 复叠式制冷机循环系统 1）单工质多级压缩循环的局限性 需要低温时,t0过低，造成的危害： ① 循环性能差。 ② 蒸发器压力低，易渗入空气。 ③ 制冷剂凝固。 ④ 吸气阀片因压差小无法开启。 若采用低温工质，① 冷凝压力过高。
10 由两个单级系统组成的复叠式制冷机.swf
由两个单级系统组成的复叠式制冷机
制冷循环系统
T-s图
4.3.1复叠式制冷机循环系统
2）系统、原理及组成 复叠式压缩制冷系统通常由两个单级压缩制
冷循环组成，之间用蒸发冷凝器联系起来： 高温部分：采用中温制冷剂，蒸发器为低温部分
冷凝器中的制冷剂冷凝服务。 低温部分：采用低温制冷剂，蒸发器为用户制冷。
容积计算
制冷系统制冷剂流量qm.x+膨胀容器内制冷剂质量 qv.p/ vx =制冷系统+膨胀容器内制冷剂质量 （qvx.t+qv.p)/vp
qv.p=(qm.xvp-qvx.t)vx/（vx–vp） m3
各种蒸气压缩式制冷方式的比较
制冷循环 单级压缩 双级压缩 复叠压缩使源自原因 一般制冷 压缩比过大 制取低温
双级蒸汽压缩式与复叠式制冷循环
工作原理
高温蒸发器在较高压力下工作，低温蒸发器在较低压力下工 作，通过中间冷却器将高温蒸发器的制冷剂蒸气冷凝成液体 ，再通过节流阀降低压力后进入低温蒸发器，从而实现更低 的制冷温度。
系统的组成
中间冷却器
用于将高温蒸气冷 凝成液体。
低温蒸发器
用于在较低压力下 吸收热量，产生低 温蒸气。
高温蒸发器
用于吸收热量，产 生高温蒸气。
系统组成的比较
要点一
总结词
双级蒸汽压缩式制冷循环系统通常包括两个或更多个独立 的制冷剂循环系统，每个系统都有自己的蒸发器、压缩机 、冷凝器和膨胀阀等。而复叠式制冷循环则由多个独立的 制冷剂循环系统组成，每个系统有自己的蒸发器和冷凝器 ，以及独立的压缩机和膨胀阀等。
要点二
详细描述
双级蒸汽压缩式制冷循环系统中，每个级别的制冷剂循环 都是独立的，但它们之间通过中间冷却器进行热量传递。 而复叠式制冷循环则是由多个独立的制冷剂循环系统组成 ，每个系统都有自己的制冷剂和相应的设备。这种设计使 得复叠式制冷循环可以同时实现多个温度等级的制冷需求 ，并且每个温度等级的制冷剂都可以独立控制，灵活性更 高。
市场发展前景
市场需求持续增长
随着全球气候变暖和能源消耗的增加，双级 蒸汽压缩式和复叠式制冷循环的市场需求将 持续增长。
技术创新推动市场发展
未来，技术的不断创新和进步将进一步推动双级蒸 汽压缩式和复叠式制冷循环的市场发展。
市场竞争加剧
随着市场需求的增长，竞争将进一步加剧， 企业需要加强技术创新和服务质量提升以获 得竞争优势。
双级蒸汽压缩式与复叠式制冷循环
目 录
• 双级蒸汽压缩式制冷循环 • 复叠式制冷循环 • 双级与复叠式制冷循环的比较 • 双级与复叠式制冷循环的应用场景 • 双级与复叠式制冷循环的发展趋势与挑战
高温蒸发器在较高压力下工作，低温蒸发器在较低压力下工 作，通过中间冷却器将高温蒸发器的制冷剂蒸气冷凝成液体 ，再通过节流阀降低压力后进入低温蒸发器，从而实现更低 的制冷温度。
系统的组成
中间冷却器
用于将高温蒸气冷 凝成液体。
低温蒸发器
用于在较低压力下 吸收热量，产生低 温蒸气。
高温蒸发器
用于吸收热量，产 生高温蒸气。
系统组成的比较
要点一
总结词
双级蒸汽压缩式制冷循环系统通常包括两个或更多个独立 的制冷剂循环系统，每个系统都有自己的蒸发器、压缩机 、冷凝器和膨胀阀等。而复叠式制冷循环则由多个独立的 制冷剂循环系统组成，每个系统有自己的蒸发器和冷凝器 ，以及独立的压缩机和膨胀阀等。
要点二
详细描述
双级蒸汽压缩式制冷循环系统中，每个级别的制冷剂循环 都是独立的，但它们之间通过中间冷却器进行热量传递。 而复叠式制冷循环则是由多个独立的制冷剂循环系统组成 ，每个系统都有自己的制冷剂和相应的设备。这种设计使 得复叠式制冷循环可以同时实现多个温度等级的制冷需求 ，并且每个温度等级的制冷剂都可以独立控制，灵活性更 高。
市场发展前景
市场需求持续增长
随着全球气候变暖和能源消耗的增加，双级 蒸汽压缩式和复叠式制冷循环的市场需求将 持续增长。
技术创新推动市场发展
未来，技术的不断创新和进步将进一步推动双级蒸 汽压缩式和复叠式制冷循环的市场发展。
市场竞争加剧
随着市场需求的增长，竞争将进一步加剧， 企业需要加强技术创新和服务质量提升以获 得竞争优势。
双级蒸汽压缩式与复叠式制冷循环
目 录
• 双级蒸汽压缩式制冷循环 • 复叠式制冷循环 • 双级与复叠式制冷循环的比较 • 双级与复叠式制冷循环的应用场景 • 双级与复叠式制冷循环的发展趋势与挑战
04.两级压缩和复叠式制冷循环讲解
根据制冷系数最大这一原则去选取最佳中间压力。
（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。
（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。
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。
4.两级压缩和复叠式制冷循环
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。
2.设计计算：
复叠式制冷循环原理
例如：R13为低温级制冷剂，
或R22为高温级制冷剂，低温 级蒸发温度为-80℃，冷凝温
T
度为-30℃；高温级冷凝温度
为35℃。 冷凝蒸发器中的传热温差一
R22
Pk
30 ℃
-30 ℃ Po -80 ℃
般取5—10℃。
R13
S
23
复叠式制冷循环的几个问题：
1.应用温度范围： 当蒸发温度低于-80℃时，应采用复叠式制冷。当蒸发温度为 -60—-80℃时，复叠式制冷和双级压缩都可以采用。 2.制冷剂的选择： 高温部分可选用R22、R717、R502、丙烷、丙烯；低温部分可 选用R13、CO2、R14、乙烷、乙烯、甲烷等，根据制冷装置的用途 配对选用。 3.热力计算： 复叠式制冷的热力计算可分别对高温部分及低温部分单独进行 计算。计算方法与单级或两级压缩制冷循环的热力计算相同。计算 中注意高温部分的制冷量等于低温部分的冷凝热负荷加上冷损失。
实际循环的制冷系数为
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
双级压缩,与复叠式制冷循环
第三章 双级压缩与复叠式制冷循环
基本要求：
1．采用双级和复叠式蒸气压缩制冷循环的原因。 2 ．一次节流、中间完全冷却和中间不完全冷却的 系统图、压焓图、热力计算方法。(中间压力的确定方
法，中间冷却器的工作原理温度变动时制冷机的特性)
3 ．复叠式蒸气压缩制冷循环系统图、压焓图及特 点。(了解复叠式制冷机启动时的注意事项，膨胀容器的工作原理)
系数下降。 2．压缩机运行时的压力 比增大，容积效率下 降。
由于压缩机余隙容积的存在，压力比提高到一定数值 后，压缩机的容积系数变为零，压缩机不再吸气，制 冷机虽然在不断运行，制冷量却变为零。
补充：余隙容积的影响
一、余隙容积
实际的活塞式压气机中，当 活塞处于左止点时，活塞顶面与 缸盖之间必须留有一定的空隙， 称为余隙容积。图具有余隙容积 的压气机理论示功图，图中容积 V3就是余隙容积。 由于余隙容积的存在，活塞就 不可能将高压气体全部排出，排 气终了时仍有一部分高压气体残 留在余隙容积内。因此，活塞在 下一个吸气行程中，必须等待余 隙容积中残留的高压气体膨胀到 进气压力p1（即点4）时，才能 从外界吸入气体。
按节流方式又可分为一级节流循环与两级 节流循环。如果将高压液体先从冷凝压力 Pk 节流到中间压力 Pm ，然后再由 Pm 节 流降压至蒸发压力P0 ，称为两级节流循环。 如果制冷剂液体由冷凝压力Pk 直接节流至 蒸发压力 P0 ，则称为一级节流循环。 一级节流循环虽经济性较两级节流稍差， 但它利用节流前本身的压力可实现远距离 供液或高层供液，故被广泛采用。
第二节
双级压缩式制冷循环
两级压缩制冷循环中，制冷剂的压缩过程 分两个阶段进行，即将来自蒸发器的低压制冷 剂蒸气（压力为p0 ）先进入低压压缩机，在其 中压缩到中间压力pm ，经过中间冷却后再进入 高压压缩机，将其压缩到冷凝压力pk ，排入冷 凝器中。这样，可使各级压力比适中，由于经 过中间冷却，又可使压缩机的耗功减少，可靠 性、经济性均有所提高。
基本要求：
1．采用双级和复叠式蒸气压缩制冷循环的原因。 2 ．一次节流、中间完全冷却和中间不完全冷却的 系统图、压焓图、热力计算方法。(中间压力的确定方
法，中间冷却器的工作原理温度变动时制冷机的特性)
3 ．复叠式蒸气压缩制冷循环系统图、压焓图及特 点。(了解复叠式制冷机启动时的注意事项，膨胀容器的工作原理)
系数下降。 2．压缩机运行时的压力 比增大，容积效率下 降。
由于压缩机余隙容积的存在，压力比提高到一定数值 后，压缩机的容积系数变为零，压缩机不再吸气，制 冷机虽然在不断运行，制冷量却变为零。
补充：余隙容积的影响
一、余隙容积
实际的活塞式压气机中，当 活塞处于左止点时，活塞顶面与 缸盖之间必须留有一定的空隙， 称为余隙容积。图具有余隙容积 的压气机理论示功图，图中容积 V3就是余隙容积。 由于余隙容积的存在，活塞就 不可能将高压气体全部排出，排 气终了时仍有一部分高压气体残 留在余隙容积内。因此，活塞在 下一个吸气行程中，必须等待余 隙容积中残留的高压气体膨胀到 进气压力p1（即点4）时，才能 从外界吸入气体。
按节流方式又可分为一级节流循环与两级 节流循环。如果将高压液体先从冷凝压力 Pk 节流到中间压力 Pm ，然后再由 Pm 节 流降压至蒸发压力P0 ，称为两级节流循环。 如果制冷剂液体由冷凝压力Pk 直接节流至 蒸发压力 P0 ，则称为一级节流循环。 一级节流循环虽经济性较两级节流稍差， 但它利用节流前本身的压力可实现远距离 供液或高层供液，故被广泛采用。
第二节
双级压缩式制冷循环
两级压缩制冷循环中，制冷剂的压缩过程 分两个阶段进行，即将来自蒸发器的低压制冷 剂蒸气（压力为p0 ）先进入低压压缩机，在其 中压缩到中间压力pm ，经过中间冷却后再进入 高压压缩机，将其压缩到冷凝压力pk ，排入冷 凝器中。这样，可使各级压力比适中，由于经 过中间冷却，又可使压缩机的耗功减少，可靠 性、经济性均有所提高。
第四章 两级压缩和复叠制冷循环
1315 3397
R728
R729 R740 R732 R50
28.013
28.97 39.948 31.9988 16.04
-198.8
-194.3 -185.9 -182.9 -161.5
-210
－ -189.3 -218.8 -182.2
-146.9
-140.7 -122.3 -118.4 -82.5
-100℃
R22-R23 R507-R23 R22-R1150 R507-R1150
-120℃
R22-R1150 R507-R1150 R22-R23-R50 R507-R23-R50
高温部分 ,
低温部分
图2-10 由两个单级系统组成的复叠式制冷机 a) 制冷循环系统 b) T-s图
高温系统制冷剂的蒸发是用来冷凝低温部分系统的制冷剂,只有低温部分 的制冷剂在蒸发时被冷却物吸热
返回本章
结束
单级压缩蒸气制冷循环压比一般不超过8～10。在通常 的环境条件下，在允许压比范围的最大值时，常用 的中温制冷剂一般只能获得-20～-40℃的低温。 解决方法： 实行分级压缩，从而避免压比过大和排气温度过高带 来的危害，获得较低的蒸发温度。
Lg p 4 3 pk
2
v
2
s
2
p 0 5 0 1 h
187.39
96.95 131.39 18.0
47.57
47.8 87.2 100.0
-35
-50 -73 0
214.1
243.3 271.1 374.2
3437
5478 5016 22103
第二节 两级压缩制冷循环及热力计算
两级压缩制冷循环：
制冷剂气体从蒸发压力提高到冷凝压力的过程分 两个阶段：先经低压级压缩到中间压力，中间压力下 的气体经过冷却（即中间冷却）后再到高压级进一步 压缩到冷凝压力的制冷循环。
R728
R729 R740 R732 R50
28.013
28.97 39.948 31.9988 16.04
-198.8
-194.3 -185.9 -182.9 -161.5
-210
－ -189.3 -218.8 -182.2
-146.9
-140.7 -122.3 -118.4 -82.5
-100℃
R22-R23 R507-R23 R22-R1150 R507-R1150
-120℃
R22-R1150 R507-R1150 R22-R23-R50 R507-R23-R50
高温部分 ,
低温部分
图2-10 由两个单级系统组成的复叠式制冷机 a) 制冷循环系统 b) T-s图
高温系统制冷剂的蒸发是用来冷凝低温部分系统的制冷剂,只有低温部分 的制冷剂在蒸发时被冷却物吸热
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结束
单级压缩蒸气制冷循环压比一般不超过8～10。在通常 的环境条件下，在允许压比范围的最大值时，常用 的中温制冷剂一般只能获得-20～-40℃的低温。 解决方法： 实行分级压缩，从而避免压比过大和排气温度过高带 来的危害，获得较低的蒸发温度。
Lg p 4 3 pk
2
v
2
s
2
p 0 5 0 1 h
187.39
96.95 131.39 18.0
47.57
47.8 87.2 100.0
-35
-50 -73 0
214.1
243.3 271.1 374.2
3437
5478 5016 22103
第二节 两级压缩制冷循环及热力计算
两级压缩制冷循环：
制冷剂气体从蒸发压力提高到冷凝压力的过程分 两个阶段：先经低压级压缩到中间压力，中间压力下 的气体经过冷却（即中间冷却）后再到高压级进一步 压缩到冷凝压力的制冷循环。
第4章 两级压缩和复叠式制冷循环
qvsD =qmDv1=Φ0v1/( h1-h7) 低压级压缩机的理论输气量：
qvhD=qvsD/λD=Φ0v1/(h1–h7)λD
高压级压缩机的理论比功：ω0G = h4 -–h3 中间冷却器的热平衡关系：
qmDh2+qmD(h5-h7)+(qmG-qmD)h5=qmGh3 高压级压缩机的制冷剂流量:
热力计算
冷凝器热负荷：
Φk=qmG(h4s-h5) 制冷量：
h4s=h3–(h4–h3)ηiG
Φ0=qvhDλD(h1-h7)/v1
一级节流，中间不完全冷却两 级压缩制冷循环
一级节流，中间不完全冷却两级压缩制冷循环
循环过程
工作过程： 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。
热力计算
高压级压缩机的实际输气量： qvsG =qmGv3=Φ0(h2-h7)v3/(h1-h7)(h3-h5)
高压级压缩机的理论输气量： qvhG=qvsG/λG=Φ0(h2-h7)v3/(h1-h7)(h3-h5)λG
理论循环性能系数： COP0=Φ0/(qmDω0D+qmGω0G)
实际循环性能系数： COP0=Φ0/(qmDω0D/ηkD+qmGω0G/ηkG)
压焓图分析
图中1—2：低压压缩机的压 缩过程；
2—3：低压级排气在中间 冷却器中的冷却过程；
qvhD=qvsD/λD=Φ0v1/(h1–h7)λD
高压级压缩机的理论比功：ω0G = h4 -–h3 中间冷却器的热平衡关系：
qmDh2+qmD(h5-h7)+(qmG-qmD)h5=qmGh3 高压级压缩机的制冷剂流量:
热力计算
冷凝器热负荷：
Φk=qmG(h4s-h5) 制冷量：
h4s=h3–(h4–h3)ηiG
Φ0=qvhDλD(h1-h7)/v1
一级节流，中间不完全冷却两 级压缩制冷循环
一级节流，中间不完全冷却两级压缩制冷循环
循环过程
工作过程： 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。
热力计算
高压级压缩机的实际输气量： qvsG =qmGv3=Φ0(h2-h7)v3/(h1-h7)(h3-h5)
高压级压缩机的理论输气量： qvhG=qvsG/λG=Φ0(h2-h7)v3/(h1-h7)(h3-h5)λG
理论循环性能系数： COP0=Φ0/(qmDω0D+qmGω0G)
实际循环性能系数： COP0=Φ0/(qmDω0D/ηkD+qmGω0G/ηkG)
压焓图分析
图中1—2：低压压缩机的压 缩过程；
2—3：低压级排气在中间 冷却器中的冷却过程；
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高压级压缩机吸气管道混合过程
(qmg qmd )h10 qmd h2, qmg h3
h3 qmg h10 qmd (h2, h10 ) qmg h10 h10 h5 (h , h10 ) h10 h6 2
图4-F 两级节流、具有中温蒸发器的中间完全冷却两级压缩制冷循环 ( a ) 流程图 ( b ) lgp-h图
一级节流、中间 不完全冷却的两 级压缩循环
1、两级压缩、一级节流的制冷循环中间不完全冷却循环
图4-2 制冷循环图
3 、两级压缩一级节流循环的计算
已知计算参数：制冷量，冷凝温度，蒸发温度， 压缩机吸气状态，冷凝器后过冷液体温度，中间压 力的确定。 待求计算结果：压缩机确定，性能参数。
4.2 两级压缩制冷循环
，
比
一级节流循环是将冷凝压力pk下的制冷 剂液体，直接节流到蒸发压力p0，由于 压差较大，易实现远距离和向高处供液， 而且调节也很方便，故应用较广，两级 节流循环则是先将pk下的制冷剂液体节 流到中间压力pm，然后再次节流到p0， 虽然两级节流比一级节流循环节流损失 小，但实际工程应用并不多。
单级压缩循环所能达到的最低制冷温度 是有限的。通常，最低只能达到-40℃左右。
原因:
（1）单级压缩制冷循环压比的限制。
（2）制冷剂物性参数的限制。
受单级活塞式压缩机的极限使用条件的限制。
单级蒸气压缩活塞式制冷机，压缩 比一般不超过10。当蒸发温度过低，超 出极限使用条件时会带来如下问题：
(1)压缩比增大时，压缩机的输气系数 λ大为降低，压缩机的输气量及效率 显著下降。
蒸发温度变化时循环的变化情况
制冷剂物性的限制
制冷剂有高温、中温、低温制冷剂之分， 各种制冷剂有不同的热物理性质。
例如：采用中温制冷剂R717，ts＝－33.35℃,tf=-77 ℃,tc＝ 132.4 ℃，Pc＝11.52MPa。不适合－77 ℃以下的制冷循环。 在－33.35～-77 ℃范围内,负压运行，空气漏入。另外当 吸气压力低于15KPa时，吸气阀片因压差过低无法开启， 压缩机无法正常工作。 采用低温制冷剂R23， ts＝－82.1℃,tf=-155 ℃,tc＝25.6 ℃， Pc＝4.83MPa。吸气压力高于15KPa，也不会凝固，但是 常温下超临界，无法冷凝，系统中压力超过1.6MPa安全 压力的限制。
图4-A 一级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环 ( a ) 流程图 b ) lgp-h图
图4-B 一级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环 ( a ) 流程图 ( b ) lgp-h图
图4-C
两级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环 ( a ) 流程图 ( b ) lgp-h图
图4-D 两级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环 ( a ) 流程图 ( b ) lgp-h图
（一）不完全冷却循 环计算过程：
蒸发器中单位制冷量q0
q0 h0 h8
kJ/kg
(4-1)
低压级压缩机单位理论功wd
wd h2 h1 kJ/kg
(4-2)
低压级压缩机质量流量 qmd
qmd
Q0 Q0 q0 h0 h8
kg/s (4-3)
低压级压缩机体积流量 qmd
qvd qmd v1
压缩机的实际输气量
qvs qvh
4
D 2 SnZ
ห้องสมุดไป่ตู้
vPT l
1 1 m m P P 1 c c k k v 1 c 1 P P 0 0
Pk 1 c P0 c
Ped qmd wd
m3/s (4-4)
低压级压缩机实际功率 Ped
d
Q0 h2 h1 kW (4-5) h0 h8 d
d idmd
低压级压缩机理论排量 qvhd qvd Q0 v1 qvhd 3600 3600 d h0 h8 d m3/h (4-6)
m
v 0
(2)压缩机排气温度过高，使润滑油的 粘度急剧下降，影响压缩机的润滑。 当排气温度与润滑油的闪点接近时， 会使润滑油碳化，以致在阀片上产生 结碳现象。
当冷凝温度为40℃，蒸发温度为－30 ℃时，单级氨压缩机即使在等熵压缩 情况下，排气温度已高达160℃，超过 150℃的限制。
(3) 制冷剂节流损失增加，单位质量制 冷量及单位容积制冷量下降过大，经济 性下降。
第四章 两级压缩和复叠制冷循环
单级蒸气压缩制冷机运行时制冷剂的冷 凝压力是由环境介质（如空气或水）温度所 决定。 在冷凝温度tk一定的条件下 蒸发温度的降低
冷凝压力和蒸发压力之差（pk-po）增大
压缩比pk / po变大
我国活塞式制冷压缩机标准 GB10875--89中规定了不同制冷机使用温 度在高温、中温和低温的不同温度范围。
常见的两级压缩制冷循环方式
一级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环 （如图4-A所示） 一级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环 （如图4-B所示） 两级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环 （如图4-C所示） 两级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环 （如图4-D所示）
两级节流，具有中温蒸发器的中间完全冷却的两 级压缩制冷循环（如图4-E所示）
所以，为了获得比较低的温度（－40～－ 60℃），同时又能使压缩机的工作压力控制在 一个合适的范围内，就要采用两级压缩循环。 为了获得更低的温度（－60～－150℃），同时 又能使压缩机的工作压力控制在一个合适的范 围内，就要采用复叠循环。一般，两个单级压 缩制冷循环复叠用于获取－60～－80℃低温； 三个单级压缩制冷循环复叠用于获取－80～－ 120℃低温。
由热平衡方程式得高压级压 缩机质量流量 qmg
(qmg qmd )h5 qmd (h5 h6 ) (qmg qmd )h10 h5 h9
qmg
h10 h 6 h10 h6 Q0 qmd h10 h5 h10 h5 h0 h8
kg/s (4-7) 确定h6时，取t6比中间压力下的饱和温度 高3～5℃。