2.4双级压缩和复叠式制冷解析

②一级节流中间不完全冷却的双级 压缩制冷循环
留意该循环和第一种循环的不同点。自行 画出T-S图。
③一级节流中间不冷却的双级压缩 制冷循环，
在冷藏运输以及某些特定的生产工艺制冷工段的制冷装 置中，既要到达低温又要简化制冷系统，这时常承受一次 节流中间完全不冷却两级压缩制冷循环(右图)。这种循环 和前面所述的两级压缩比较，取消了中间却冷却器，因而 系统进一步简化，但这种循环方式不省功，也不能提高循 环的制冷量和制冷系数。
⑶压力比的增大将导致压缩机排气温度上升， 汽缸壁的温度随之上升。这一方面会使吸 入的制冷剂蒸气温度上升，比体积增大， 削减了压缩机吸气量；另一方面排气温度 和汽缸温度过高，会使得润滑油变稀甚至 局部碳化，导致压缩机润滑状况恶化，严 峻影响压缩机正常运行。
由于以上缘由，单级压缩机压缩比不宜过大 。一般使用氨作为制冷剂的活塞式压缩机压 缩比最大为8，使用氟利昂作为制冷剂的螺 杆式压缩机压缩比最大不能超过10，而使用 离心式压缩机时，压缩比最大不能超过4。 这样的话，在冷凝温度跟环境温度差不多的 状况下，单级压缩机可以到达的蒸发温度通 常为-20℃~-30℃，最多不超过-40℃.主要的 缘由是考虑多方面因素，其中最关键的因素 是系统压缩过程不是绝热过程，当压缩比过 大的状况下，势必消逝压力值变大现象，而 这个时候温度也会突生，在温度高的状态下 ，对压缩机的冷冻油以及冷媒有分解，炭化 的问题，所以为了保证系统安全与牢靠，系 统运行过程中的压缩比不能超过10.
2)每一级的压力比降低，可以提高制冷压缩 机的指示效率，削减实际压缩过程中的不 行逆损失。在有中间冷却的多级压缩中， 可节省循环耗功；降低每一级的排气温度， 保证制冷系统的高效安全运行，如图
3)降低了每一级的压力比，同样也降低了每 级制冷压缩机的压力差，使得制冷机运行的 平衡性增高，机械摩擦损失削减。在设计时， 可简化制冷机构造，降低生产本钱。
另外，特殊需要指出的是，多级压缩系统
中每一级都承受同种制冷剂。除了离心式 压缩机以外，双级压缩制冷循环只能承受 中温中压制冷剂，受制冷剂凝固点温度限 制，双级压缩制冷循环所能够到达的最低 制冷温度，氨机约为-60℃，氟机约为-80℃.
三、各种形式的双级压缩制冷循环
双级蒸气压缩式制冷循环的根本类型 双级蒸气 压缩式制冷循环由于它们所用节流级数及中间冷 却方式的不同，有不同的循环形式。节流级数分 为一级节流和二级节流；中间冷却方式分为中间 完全冷却，中间不完全冷却和中间不冷却三种。 经过组合，常见双级压缩循环有下面5种：
复叠式制冷循环原理图
留意点：冷凝蒸发器、回热器、膨胀容器。
七、复叠式制冷循环特点
复叠式制冷循环有如下优点。 ①低温局部压缩机的汽缸容积比双级压缩低温局部压缩机汽
缸容积小得多，这对削减整机的重量、尺寸有利。 ②系统内保持正压力，不凝性气体不易漏人系统，使运行稳
定而安全。 ③复叠式制冷机不仅可以用不同的制冷剂组合，而且可用不
同的制冷方式加以组合。例如，低温局部用蒸气压缩式制 冷循环，而高温局部用吸取式制冷循环。 缺点是冷凝蒸发器、膨胀容器等设备及多元制冷剂使系统的 简洁性提高。同时由于蒸发冷凝器有传热温差存在，当传 热温差过大时，会使复叠式制冷机消耗的功比多级压缩单 一制冷剂的系统要大。
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 当复叠式制冷机在停顿运转后，
④二级节流中间完全冷却的双级压 缩制冷循环
⑤二级节流中间不完全冷却的双级 压缩制冷循环
⑥氨泵供液的双级压缩制冷循环
留意低压循环桶局部的工质状态变化。
四、不同形式的双级压缩循环比较
对于5种典型的双级压缩制冷循环进展分析，从热 力学角度看，当蒸发温度、冷凝温度、中间温度 都相等的条件下，彼此存在确定的差异，主要表 现在：
1)一次节流可依靠高压制冷剂液体本身的压 力供液到较远的用冷场所，适用于大型制 冷装置。
2)高压制冷剂液体不与中间冷却器中的制冷 剂相接触，可削减润滑油进人蒸发器的时 机，从而提高换热设备的换热效果。
3)由于蒸发器与中间冷却分别供液，便于操 作，有利于制冷系统的安全运行。
五、承受复叠式制冷循环的缘由
1.中间完全冷却和不完全冷却的差异
明显，完全冷却的功耗要小于不完全冷却，
所以中间完全冷却的循环制冷系数较大。
2.一次节流和二次节流的差异
由于一次节流的中间冷却器中存在换热温
差，而使制冷循环的单位制冷量削减，但是由于
换热温差一般不大〔3~7℃〕。所以一次节流循环
的制冷系数略少于二次节流。
尽管一次节流循环比二次节流循环实际 的经济性要差些，但活塞式制冷机一般仍 承受一次节流循环较多，避开或削 减单级蒸气压缩制冷循环中由于压力比过大所引 起的一系列不利的因素，从而改善制冷压缩机的 工作条件。
1)承受多级压缩制冷循环，可使每一级的压力比 降低，削减活塞式制冷压缩机的余隙容积影响， 削减制冷剂蒸气与气缸壁之间的热交换，削减制 冷剂在压缩过程中的内部泄漏损失等，提高制冷 压缩机的输气系数，提高实际输气量，在其他条 件不变的状况下，增加循环的制冷量。
3.压缩比过大带来的问题
⑴压缩机压缩比过大， 会使得螺杆式压缩机的 输气系数下降，使得压 缩机输气量削减，制冷 量下降。压缩比越大， 这种影响就越大，当压 缩比到达20的时候，压 缩机几乎不能吸气，从 而失去制冷力气。
⑵压缩机压缩比过大，会使得压缩机的压缩 过程偏离等熵过程，使得压缩机功耗增加， 效率下降，降低了系统的制冷系数。
双级压缩和复叠式制 冷
一、承受双级压缩的必要性
1.单级压缩循环的局限性。 单极蒸汽压缩式制冷循环，冷凝温度都差不
多，虽然可能承受不同的制冷剂，但是所能够获 得的最低制冷温度一般只有 -20~-30℃，最低不超过-40℃。这主要是由于压缩 机压缩比不能过大的缘由造成的。 2.关于压缩比
压缩机的压缩比等于冷凝压力pk与蒸发压力 p0的比值，当冷凝温度固定的时候，压缩比就取 决于蒸发温度，蒸发温度越低，蒸发压力就越小 ，压缩比就越大。
①一级节流中间完全冷却的双级压缩制冷循环
②一级节流中间不完全冷却的双级压缩制冷循环 ③一级节流中间不冷却的双级压缩制冷循环 ④二级节流中间完全冷却的双级压缩制冷循环
⑤二级节流中间不完全冷却的双级压缩制冷循环
①一级节流中间完全冷却的双级压 缩制冷循环
有关该循环的热力计算，请同学们自行推 导一下。有关循环的T-S图也请同学们自己 画一下。
4.吸排气阀门动作困难，这些阀门一般是弹簧片构造，它 们的动作实际也依靠一个微小的压力差，但是吸气压力过 低时练这个条件也很难满足，造成阀片动作困难，无法吸 气。
5.临界温度限制。假设使用低温制冷剂，则上述问题可以
六、复叠式制冷循环原理
复叠式制冷一般使用两个制冷系统，在高 温系统里使用沸点温度高的制冷剂，在低 温系统里使用沸点温度低的制冷剂，高温 系统中制冷剂的蒸发是为了吸取低温系统 中制冷剂冷凝放出的热量，只有低温系统 中制冷剂蒸发向被冷却对象吸热。这种系 统叫做复叠式制冷系统，它既可以获得较 低的蒸发温度和适宜的蒸发压力，又可以 向环境放热。
在实际循环中是其有利的一面，由于在这种特定条 件下，承受一次节流中间完全不冷却两级压缩制冷 循环，可以降低每一级的压力比，改善每一级制冷 压缩机的工作性能，提高了制冷压缩机的输气系数、 指示效率，相应提高循环的实际输气量，降低轴功 率，并且确定程度上提高了制冷量和制冷系数。一 次节流中间完全不冷却两级压缩制冷理论循环压焓 图和温熵图见以以以下图
4)承受多级压缩制冷循环，可提高制冷循环 中的节流效应，削减节流损失，提高制冷效 率。
5)承受多级压缩循环，对于离心式制冷机来 说，可以节省能源，降低离心机工作转速。 简化离心机的构造及削减离心机产生喘振的 时机。
从热力学上分析，定温压缩过程是最正确压缩的 热力过程，耗功最少。并且从理论上讲，当带有 中间冷却的多级压缩级数越多，越接近等温压缩 过程，省功越多，制冷系数也就越大。如有中间 冷却的无穷多级压缩，则整个压缩过程就越接近 等温过程，这在实际工程中是做不到的。在实际 工程中不承受过多的压缩级数，因级数过多，使 系统简洁，设备费用增加，技术简洁性提高。在 应用中温中压制冷剂时，活塞式制冷压缩机的三 级压缩制冷循环所到达的蒸发器温度范围与两级 压缩循环相差不大，所以现代活塞式制冷机常承 受两级压缩制冷循环。
系统内部温度会渐渐上升到接近环境温度，低温局部的制 冷剂就会全部汽化成过热蒸气，这时低温局部的压力将超 出制冷系统允许的最高工作压力这一特殊危急的状况。为 解决这一问题，大型系统承受高温系统定时开机，以维持 低温系统较低压力，但这种方法耗功大；或者将低温制冷 剂抽出差人高压钢瓶中。对于小型复叠式制冷装置，通常 在低温局部的系统中连接一个膨胀容器，停机后低温局部 的制冷剂蒸气可进入膨胀容器，如系统中不设膨胀容器， 则应考虑加大蒸发冷凝器的容积，使其起到膨胀容器的作 用，以免系统压力过高。 ②系统的启动 由于低温制冷剂的临界温度一般较低，所以 复叠式制冷机在启动时必需先启动高温局部，当高温局部 的蒸发温度降到足以保证低温局部的冷凝压力不超过允彰 的最高压力时，才可以启动低温局部。对于小型复叠式制 冷循环，高fI温局部可同时启动，但在低温系统上必需装 设压力把握阀，以保证系统的安全。 ③温度范围的调整 复叠式制冷循环的制冷温度是可以调整 的，但不能过大。
当制冷温度到达-70℃、-80℃以下时，双级压缩也无能为 力，这时由于：
1.制冷剂凝固点温度限制。中温制冷剂在这个温度范围往 往因到达凝固点而凝固造成无法循环。
2.压缩比限制。蒸发温度过低时，即是承受双级压缩也将 使每一级压缩比超过限制。假设使用多级压缩，则系统又 过于简洁，牢靠性变差。
3.蒸发压力过低。此时使用一般制冷剂，蒸发压力会变的 很低，一方面吸气比体积增大会降低压缩机输气量，增大 汽缸尺寸，另一方面也使得空气简洁渗入系统。