一．采用多級壓縮的原因

1.壓縮機的最大壓差是其受力零件強度計算的依據(jù)。如果在運行時，壓力差超過規(guī)定的數(shù)值，將會引起壓縮機零部件的損壞。2．壓縮機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，壓縮機的排氣溫度過高；

排氣溫度升高，將使壓縮機氣缸壁上的潤滑油變稀，潤滑條件變壞；當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)致輸氣系數(shù)下降。（2）當活塞回行時，氣缸余隙容積中的蒸氣膨脹后體積過大，因而，使壓縮機的輸氣系數(shù)減少。（3）液體制冷劑節(jié)流引起的損失增加，使循環(huán)的經(jīng)濟性下降。綜合上述原因，單級制冷壓縮機所能達到的最低蒸發(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。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；即首先通過低壓壓縮機將制冷劑蒸氣從蒸發(fā)壓力壓縮到中間壓力，然后再通過高壓壓縮機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排出的氣體被冷卻成中間壓力下的干飽和蒸氣。此時高壓壓縮機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，即高壓壓縮機吸入的氣體為過熱蒸氣。一級節(jié)流、中間冷卻的兩級壓縮循環(huán)低壓級壓縮機排氣直接送到高壓級壓縮機，過程為1-2-4’，排氣溫度將過高。為降低排氣溫度，將低壓級壓縮機的排氣冷卻，再進入高壓級壓縮機。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；高壓級壓縮機和低壓級壓縮機，或采用單機雙級壓縮機。②增加中間冷卻器，用以降低低壓級壓縮機排氣溫度。一．一級節(jié)流、中間完全冷卻兩級壓縮循環(huán)

1.進蒸發(fā)器的制冷劑液體不進入中間冷卻器（無液體再過冷）①循環(huán)的流程圖與工作過程工作過程：大部分狀態(tài)為5點的高壓液體從冷凝器中引出，經(jīng)節(jié)流閥F節(jié)流降壓后（0點），進入蒸發(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）被低壓壓縮機吸入，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），再進入高壓壓縮機，在高壓壓縮機中被壓縮到冷凝壓力后（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

圖中1—2：低壓壓縮機的壓縮過程；

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)流閥進入蒸發(fā)器的節(jié)流過程；1：制冷劑低壓液體在蒸發(fā)器中的蒸發(fā)過程；工作過程：從高壓級排出的氣體4進入冷凝器中，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)的氣體一同進入高壓級壓縮機，壓縮成為冷凝壓力下的過熱蒸氣，進入冷凝器，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；Δt—盤管的端部溫差；Δt一般取5～8℃。③．高低壓級流量比由中冷器熱平衡：④．制冷機的性能指標1）單位制冷量（kJ/kg）2)低壓級制冷劑循環(huán)量（㎏/s）3)低壓級壓縮機理論比功（kJ/kg）4)低壓級壓縮機理論功率（kw）5）高壓級制冷劑循環(huán)量（kg/s）6）高壓級壓縮機理論比功（kJ/kg）7）高壓級壓縮機理論功率（kw）8)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，但分母增加的更快，所以，其經(jīng)濟性比無“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。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，進入低壓壓縮機，在壓縮機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入高壓級壓縮機中，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．制冷機的性能指標1）單位制冷量（kJ/kg）2)低壓級制冷劑循環(huán)量（㎏/s）3)低壓級壓縮機理論比功（kJ/kg）4)低壓級壓縮機理論功率（kw）5）高壓級制冷劑循環(huán)量（kg/s）6）高壓級壓縮機理論比功（kJ/kg）7）高壓級壓縮機理論功率（kw）8)制冷系數(shù)三.比較一級節(jié)流中間完全冷卻與中間不完全冷卻循環(huán)①區(qū)別：中間完全冷卻循環(huán)，低壓級壓縮機排氣進入中間冷卻器，高壓級吸入的是中間壓力下的飽和蒸氣。中間不完全冷卻循環(huán)，低壓級壓縮機排氣不進入中間冷卻器，而是與中間冷卻器中產(chǎn)生的中間壓力下的飽和蒸氣，在管路中混合后進入高壓級壓縮機，所以高壓級壓縮機吸入的不是中間壓力下的飽和蒸氣，而是過熱蒸氣。

②工作溫度相同時，比較其經(jīng)濟性凡是應(yīng)用回?zé)嵫h(huán)（單級）制冷系數(shù)降低的那些工質(zhì)（R717等），在兩級壓縮循環(huán)中應(yīng)用中間完全冷卻循環(huán)，其制冷系數(shù)比應(yīng)用中間不完全冷卻循環(huán)高，即R717應(yīng)用中間完全冷卻是有利的。凡是應(yīng)用回?zé)嵫h(huán)（單級）制冷系數(shù)提高的那些工質(zhì)（R12、R502等），在兩級壓縮循環(huán)中應(yīng)用中間完全冷卻循環(huán)，制冷系數(shù)降低，而應(yīng)用中間不完全冷卻循環(huán)制冷系數(shù)反而提高。

氨應(yīng)用中間不完全冷卻循環(huán)其排氣溫度比應(yīng)用中間完全冷卻循環(huán)要高，當壓力比相同時，由于氨工質(zhì)的絕熱指數(shù)比氟高，所以氨的排氣溫度比氟高的多，可能造成排氣溫度超過140℃。所以，氨工質(zhì)不宜采用不完全冷卻循環(huán)。對于R22，可以采用中間不完全冷卻或中間完全冷卻循環(huán)，一般采用中間不完全冷卻循環(huán)。采用中間不完全冷卻可以提高吸氣溫度，降低吸氣比容，提高輸氣量；同時中冷器的結(jié)構(gòu)簡單。四.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提高低壓級壓縮機的吸氣溫度，可改善壓縮機的潤滑條件，并避免在壓縮機汽缸外表面結(jié)霜；④使活塞式壓縮機的容積效率有所改善。例：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。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/kg152450.1722012627057713090.56’201-10241.87771-542.5877122.53201263.20.124771653008點：

h8=22.5kJ/kg3點：

h3=263.2kJ/kg3．計算性能指標1）單位制冷量（kJ/kg）2)低壓級制冷劑循環(huán)量（㎏/s）3)低壓級壓縮機理論比功（kJ/kg）4)低壓級壓縮機理論功率（kw）5）高壓級制冷劑循環(huán)量（kg/s）6）高壓級壓縮機理論比功（kJ/kg）7）高壓級壓縮機理論功率（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(p0)，進入低壓壓縮機中，被壓縮到中間壓力(pm)下的過熱蒸氣，進入中間冷卻器中，被其中的制冷劑液體冷卻到飽和蒸氣，進入高壓壓縮機中，繼續(xù)被壓縮到冷凝壓力(pk)，高壓壓縮機排出的過熱蒸氣進入冷凝器中，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，一同進入高壓級壓縮機，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)，并進入蒸發(fā)器中制取冷量，如此不斷循環(huán)。

進入高壓級壓縮機的氣體：①低壓壓縮機的排氣；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

已知制冷量Q0，則低壓級循環(huán)量為：（kJ/kg）中冷器熱平衡：4.性能指標：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)，進入低壓壓縮機中，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，一起進入高壓壓縮機，繼續(xù)被壓縮到冷凝壓力(pk)，高壓壓縮機排出的過熱蒸氣進入冷凝器中，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)，進入中冷器，節(jié)流過程產(chǎn)生的閃發(fā)氣體進入高壓級壓縮機，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.性能指標：三．兩級節(jié)流與一級節(jié)流比較1.經(jīng)濟性采用兩級節(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Δt=0時，ε0相等。通常?。害=5～8℃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（低壓壓縮機排氣帶入的）帶到蒸發(fā)器去的機會；③蒸發(fā)器與中間冷卻器分別供液，便于調(diào)節(jié)。四.用兩級壓縮制冷循環(huán)與單級相比的好處1.由于各級壓力比減小，使壓縮機的輸氣系數(shù)大大提高；2.由于采用中間冷卻器，進入高壓缸的制冷劑蒸氣能冷卻到低于冷卻水的溫度，故降低了高壓壓縮機壓縮終了溫度，改善了壓縮機的潤滑條件，保證壓縮機安全運轉(zhuǎn)；3.由于分級壓縮，兩級之間有中間冷卻器，使進入高壓缸的蒸氣比容減小，所以，節(jié)省了壓縮功；4.節(jié)流時所產(chǎn)生的不可逆損失減小，因在節(jié)流中產(chǎn)生的部分蒸氣析出，并從pm壓縮到pk，而在單級循環(huán)中，要膨脹到p0；5.冷凝器中的外部不可逆損失減??；這是由于壓縮終了的溫度降低，使制冷劑蒸氣和冷卻水的傳熱溫差減小的原因。6.在一個裝置內(nèi)可獲得二中不同的蒸發(fā)溫度t01和t02?！?．4兩級壓縮制冷循環(huán)的熱力計算熱力計算的目的：為了進行制冷機的產(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）②已經(jīng)選配好壓縮機，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值進行循環(huán)的熱力計算，求得ε0；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：當壓縮機選定時，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，高壓級為一個氣缸，低壓級為三個氣缸。壓縮機已知，則壓縮機的理論輸氣量

為定值容積比定值確定方法：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，各個熱交換器的熱負荷，壓縮機的輸氣量及功率（Q0已知）或制冷量（當壓縮機已知）。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)低壓級壓縮機理論輸氣量

()5）低壓級壓縮機理論功率

（kw）6)低壓級壓縮機指示功率

（kw）7)低壓級壓縮機軸功率

（kw）

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

10）高壓級壓縮機理論比功（kJ/kg）11)高壓級壓縮機理論輸氣量

（）12）高壓級壓縮機理論功率（kw）13)高壓級壓縮機指示功率（kw）14)高壓級壓縮機軸功率（kw）15）高壓級壓縮機排氣焓值（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。例：某冷庫在擴建中需要增加一套兩級壓縮制冷機，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℃。試進行熱力計算并選配適宜的壓縮機。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(kJ/kg)h2(kJ/kg)h4(kJ/kg)v3(m3/kg)-50.3551452.54190.511637.921672.