第四章 两级压缩和复叠式制冷循环.
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2.4双级压缩和复叠式制冷
五,采用复叠式制冷循环的原因
当制冷温度达到-70℃ 80℃ 当制冷温度达到-70℃,-80℃以下时,双级压缩也无能为 力,这时因为: 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 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 因达到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,即是采用双级压缩也将使 2.压缩比限制.蒸发温度过低时,即是采用双级压缩也将使 每一级压缩比超过限制.若使用多级压缩,则系统又过于 复杂,可靠性变差. 3.蒸发压力过低.此时使用一般制冷剂,蒸发压力会变的很 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容易渗入系统. 4.吸排气阀门动作困难,这些阀门一般是弹簧片结构,它们 4.吸排气阀门动作困难,这些阀门一般是弹簧片结构,它们 的动作实际也依赖一个微小的压力差,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.如果使用低温制冷剂,则上述问题可以解 5.临界温度限制.如果使用低温制冷剂,则上述问题可以解 决,但是低温制冷剂临界温度太低,无法在常温下液化.
从热力学上分析,定温压缩过程是最佳压缩的热 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 程中不采用过多的压缩级数,因级数过多,使系 统复杂,设备费用增加,技术复杂性提高.在应 用中温中压制冷剂时,活塞式制冷压缩机的三级 压缩制冷循环所达到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采用 两级压缩制冷循环.
制冷原理与设备(第4章两级压缩制冷 循环)【执行文案】
制冷原理及设备
广东海洋大学工程学院
制冷原理与设备
第四章
主讲：李敏
制冷原理及设备
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第4章 两级压缩及复叠式制冷循环 制冷原理与设备
制冷原理及设备
4 双级压缩和复叠式制冷循环
本章主要内容和要求
1.熟悉采用双级压缩制冷循环的原因；
2.熟悉双级压缩制冷循环的类型及其特点； 3.熟悉双级压缩制冷循环系统的组成及其热力计算（重点是中间压力的确定）；
低压级来qm1 膨胀阀1来qm2
3）低压级蒸汽进入中冷器中液体内，完全 冷却到中间压力下的饱和温度
制冷原理及设备
4 双级压缩和复叠式制冷循环
2、 压-焓图分析
1-2低压压缩机压缩 2-3低压压缩机排气 在中冷器冷却 3-4高压压缩机压缩 4-5高压排气在冷凝器 冷却冷凝 5-6节流阀①中液体节流 5-7工质在中冷器中盘管冷却 7-8节流阀②节流 8-1蒸发器中蒸发吸热
中冷器热平衡方程 h7=h8
h2 h7 qmd h3 h6
因为 h5=h6
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
Pth = Pthd + Pthg
h2 h7 Q0 (h3 h6 )(h1 h7 )
3）系统的总耗功率
h2 h1 Pthd qmd (h2 h1 ) Q0 h1 h7
中间不完全冷却:低压级排出的气体只降低温度而未达到干饱和状态，而处于中间压力下的过 热蒸汽。
制冷原理及设备
4 双级压缩和复叠式制冷循环
采取的中间冷却方式与制冷工质种类有关
①对R290, R502采用中间不完全冷却
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第四章
主讲：李敏
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第4章 两级压缩及复叠式制冷循环 制冷原理与设备
制冷原理及设备
4 双级压缩和复叠式制冷循环
本章主要内容和要求
1.熟悉采用双级压缩制冷循环的原因；
2.熟悉双级压缩制冷循环的类型及其特点； 3.熟悉双级压缩制冷循环系统的组成及其热力计算（重点是中间压力的确定）；
低压级来qm1 膨胀阀1来qm2
3）低压级蒸汽进入中冷器中液体内，完全 冷却到中间压力下的饱和温度
制冷原理及设备
4 双级压缩和复叠式制冷循环
2、 压-焓图分析
1-2低压压缩机压缩 2-3低压压缩机排气 在中冷器冷却 3-4高压压缩机压缩 4-5高压排气在冷凝器 冷却冷凝 5-6节流阀①中液体节流 5-7工质在中冷器中盘管冷却 7-8节流阀②节流 8-1蒸发器中蒸发吸热
中冷器热平衡方程 h7=h8
h2 h7 qmd h3 h6
因为 h5=h6
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
Pth = Pthd + Pthg
h2 h7 Q0 (h3 h6 )(h1 h7 )
3）系统的总耗功率
h2 h1 Pthd qmd (h2 h1 ) Q0 h1 h7
中间不完全冷却:低压级排出的气体只降低温度而未达到干饱和状态，而处于中间压力下的过 热蒸汽。
制冷原理及设备
4 双级压缩和复叠式制冷循环
采取的中间冷却方式与制冷工质种类有关
①对R290, R502采用中间不完全冷却
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。
两级压缩和复叠制冷循环(精)
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。
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
制冷原理与设备第四章习题解答
制冷原理与设备第四章习题解答制冷原理与设备第四章思考题与习题⼀、思考题1. 为什么单级压缩制冷压缩机的压⼒⽐⼀般不应超过8、10?答：采⽤单级压缩式制冷循环，在常温冷却条件下能够获得的低温条件有限。
制约因素是单级压⼒⽐和排⽓温度。
对于往复式压缩机，影响是三⽅⾯的：（1）实际压缩机存在余隙容积，压⼒⽐升⾼，压缩机的容积效率下降（极限情况下容积效率下降到0，系统中制冷剂⽆法循环）。
（2）压缩⽐增⾼，压缩过程不可逆损失增加，压缩机效率降低，造成制冷量和制冷系数下降。
（3）压缩机排⽓温度上升，会超过允许的限值。
从运⾏经济性和可靠性⽅⾯综合考虑，对氟利昂类和氨的单级压⼒⽐规定分别不得超过10 和8.对于回转式压缩机，单级压⼒⽐增⼤虽不⾄太多地影响容积效率，但排⽓温度过分升⾼也是不允许的。
对于离⼼式压缩机，单级叶轮可以达到的压⼒⽐取决于轮周速度和制冷剂的相对分⼦质量。
通常单级压缩的压⼒⽐只能达到3?4。
2. 双级蒸⽓压缩式制冷循环的形式有哪些？答：（1）⼀级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环（2）⼀级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环（3 ）两级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环（4 ）两级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环3. ⼀级节流与⼆级节流相⽐有什么特点？中间不完全冷却与中间完全冷却相⽐⼜有什么特点？（1）⼀级节流与⼆级节流⼀级节流指制冷剂液体从冷凝压⼒节流到蒸发压⼒时，只经过⼀次节流。
⼀级节流，压降⼤，节流后的闪蒸汽多，制冷量⼩。
循环的能量指标没有⼆级节流的好，但它具有下⾯特点：①可以依靠⾼压液态制冷剂的压⼒，供液给较远或多层冷库较⾼的蒸发器。
②进⼊蒸发器的制冷剂液体，不与中间冷却器中的液态制冷剂直接混合，这可减少冷冻机油进⼊蒸发器，蒸发器的传热性能提⾼。
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。
⼆级节流指制冷剂液体从冷凝压⼒节流到蒸发压⼒时，经过⼆次节流。
双级压缩与复叠式制冷循环
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。
所以，为了获得比较低的温度 （－ 40 ～－ 80℃），同时又能使压缩 机的工作压力控制在一个合适的范围内， 就要采用多级压缩循环。
三、双级压缩的特点
循环过程两级压缩制冷循环，是指来自蒸发器的制冷剂蒸气要经过低压与
高压压缩机(或气缸)两次压缩后，才进入冷凝器。
以上计算方法适用于设计或选择压缩机时的计算，我们可根 据计算出来的qmG 和 qmD 去设计或选配合适的压缩机， 根据 Qo和 Qk 去设计或选配蒸发器和冷凝器。对于已有的两 级制冷机，我们可根据它的 qmG 和qmD 数值计算出 它的制冷量 Q0 ，即
3、实际应用举例
图3 两级压缩氨制冷机的实际系统图 A－低压压缩机；B－高压压缩机；C－油分离器；D－单向阀； E－冷凝器；F－贮液器；G－过冷器； H－中间冷却器；I－浮子调节阀；J－调节站；K－气液分离器； L－室内冷却排管（蒸发器）
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。
两级压缩制ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ循环按中间冷却方式可分为中间完全冷却循 环与中间不完全冷却循环； 所谓中间完全冷却是指 将低压级的排气冷却到中间压力下的饱和蒸气。如果低压 级排气虽经冷却，但并未冷到饱和蒸气状态时称为中间不 完全冷却。 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。
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
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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。
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。
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187.39
96.95 131.39 18.0
47.57
47.8 87.2 100.0
-35
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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；
双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环
双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环双级蒸气压缩式制冷循环是一种通过两个不同压力级别的压缩机来实现制冷的技术。
在这种循环中，高温高压的蒸汽通过第一级压缩机被压缩，然后通过冷凝器放热并冷却成液体，液体再经过节流阀降压，进入低温低压的蒸发器蒸发，吸收热量进行制冷。
而低温低压的蒸汽则通过第二级压缩机再次被压缩，形成高压蒸汽，循环再次进行。
这种循环适用于需要同时实现高温和低温制冷的场合，例如冷库和超市的冷冻柜。
复叠式制冷循环是一种通过多个有机朗肯循环进行分级压缩的技术。
在这种循环中，不同有机工质通过多个级别的压缩进行循环，同时实现了不同温度级别的制冷。
每个循环级别的压力和温度可以根据需要进行调节，使得这种循环对于需要多级别制冷的场合非常适用，例如化工和医药行业的制冷需求。
总的来说，双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环都是高效的制冷技术，它们分别适用于不同的制冷需求。
在实际应用中，根据具体的情况可以选择适合的制冷循环技术，以实现最佳的制冷效果。
制冷循环是现代生活中不可或缺的技术之一，它广泛应用于家用、商用和工业领域。
在不同的环境和使用条件下，需要不同的制冷技术来满足特定的需求。
双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环就是两种常用的制冷技术，它们分别具有各自独特的特点和优势。
双级蒸气压缩式制冷循环适用于需要同时进行高温和低温制冷的场合。
在这种循环中，通过两个不同压力级别的压缩机对蒸汽进行压缩，实现两个不同温度级别的制冷。
高温高压的蒸汽通过第一级压缩机被压缩，然后通过冷凝器放热成液体，再经过节流阀降压进入低温低压的蒸发器蒸发，吸收热量进行制冷。
低温低压的蒸汽则通过第二级压缩机再次被压缩，形成高压蒸汽，循环再次进行。
这种制冷循环适用于需要同时进行高温和低温制冷的场合，例如在冷库和超市的冷冻柜等。
复叠式制冷循环是一种通过多个有机朗肯循环进行分级压缩的技术。
在这种循环中，不同有机工质通过多个级别的压缩进行循环，同时实现了不同温度级别的制冷。
两级压缩和复叠式制冷循环
由tm1得出对应的pm1。
2. 第二种情况——压气机未定
遵循制冷系数最大化原则来确 定中间压力pm。
(1)根据已确定的pk和P0，按照
求得一个近似值；
6
C
5
3 qmG - qmD 4 q m G
7
qmD
8
2
9
E
1
4.3 两级压缩制冷机的热力计算和温度变动时的特性
2. 第二种情况——压气机未定 遵循制冷系数最大化原则来确 定中间压力pm。 (1)根据已确定的pk和P0，按照
℃，
℃，
为蒸发温度极限值。
当蒸发温度达到此温度时， 制冷机压缩机照常运行；
但无法得到任何的制冷效果， 且空耗部分电能。
解决问题的方法： 变单级压缩为多级压缩。
4.1 概述
二.复叠式制冷
压缩机气缸尺寸过大，运
为获得更低的制冷温度，则要 行经济性下降。
求制冷剂必须工作在更低的蒸发温 ④吸气阀开启困难。
4.2 两级压缩制冷循环
qmG qmD h3 h8 h3 h6
(2)h4的计算 4点为过热蒸汽：
3 qmG - qmD
4 qmG
6
C
5
3 qmG - qmD 4 q m G
7
qmD
8
2
9
E
1
qmD
2
h4
q m Gh 3
qmD qmG
h2
h3
h4
h3
h3 h3
h6 - h8
h 2
h4 - h3 h2 h7 h3 h5
h 2 - h1'
4.4 复叠式制冷机循环
一.复叠式制冷机循环系统
复叠式制冷机通常由高温级和 低温级两部分制冷系统组成。
2. 第二种情况——压气机未定
遵循制冷系数最大化原则来确 定中间压力pm。
(1)根据已确定的pk和P0，按照
求得一个近似值；
6
C
5
3 qmG - qmD 4 q m G
7
qmD
8
2
9
E
1
4.3 两级压缩制冷机的热力计算和温度变动时的特性
2. 第二种情况——压气机未定 遵循制冷系数最大化原则来确 定中间压力pm。 (1)根据已确定的pk和P0，按照
℃，
℃，
为蒸发温度极限值。
当蒸发温度达到此温度时， 制冷机压缩机照常运行；
但无法得到任何的制冷效果， 且空耗部分电能。
解决问题的方法： 变单级压缩为多级压缩。
4.1 概述
二.复叠式制冷
压缩机气缸尺寸过大，运
为获得更低的制冷温度，则要 行经济性下降。
求制冷剂必须工作在更低的蒸发温 ④吸气阀开启困难。
4.2 两级压缩制冷循环
qmG qmD h3 h8 h3 h6
(2)h4的计算 4点为过热蒸汽：
3 qmG - qmD
4 qmG
6
C
5
3 qmG - qmD 4 q m G
7
qmD
8
2
9
E
1
qmD
2
h4
q m Gh 3
qmD qmG
h2
h3
h4
h3
h3 h3
h6 - h8
h 2
h4 - h3 h2 h7 h3 h5
h 2 - h1'
4.4 复叠式制冷机循环
一.复叠式制冷机循环系统
复叠式制冷机通常由高温级和 低温级两部分制冷系统组成。
第四章双级压缩
积比是既定的，容积比的值通常只有0.44和
0.5两种。
4.3 双级蒸气压缩式制冷循环的热 力计算及运行特性分析
2.中间压力与中间温度的确定 • （1）选配压缩机时中间压力的确定
– 选配压缩机时，中间压力pm的选择，可以根据制 冷系数最大这一原则去选取，这一中间压力pm又 称最佳中间压力。确定最佳中间压力pm常用的方 法有公式法和图解法。
• 两级压缩制冷机的工况变动时的一些特性：
– ① 随着t0的升高，压力pc和pm都有不断升高，但 pm升高得快；
– ② 随着t0的升高，压力比σH和σL都不断下降， 但σH下降快；
– ③ 随着t0的升高，压力差（pc-pm）减小，（pm-pe） 先逐渐增大而后逐渐减小。
• 4.4 复叠式制冷循环
–
高压级制冷剂的质量流量为
高压级压缩机的理论功率为
qm g
qmd
h2 - h7 h3 - h5
P0g
qm gw0g
Q0
h2 - h7 h4 - h3 h3 - h5 h1 - h8
4.3 双级蒸气压缩式制冷循环的热 力计算及运行特性分析
• 4.3.4 制冷循环的热力计算
– 理论循环制冷系数为
0
4.2.1 双级蒸气压缩式制冷循环基本类型
1.一级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环 2.一级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环
3.两级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环
4.两级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环
5.两级节流、具有中温蒸发器的中间完全冷却两级压缩制冷循环
第4章 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环
–定义
• 由两个（或数个）不同制冷 剂工作的单级（也可以是多 级）制冷系统组合而成。
0.5两种。
4.3 双级蒸气压缩式制冷循环的热 力计算及运行特性分析
2.中间压力与中间温度的确定 • （1）选配压缩机时中间压力的确定
– 选配压缩机时，中间压力pm的选择，可以根据制 冷系数最大这一原则去选取，这一中间压力pm又 称最佳中间压力。确定最佳中间压力pm常用的方 法有公式法和图解法。
• 两级压缩制冷机的工况变动时的一些特性：
– ① 随着t0的升高，压力pc和pm都有不断升高，但 pm升高得快；
– ② 随着t0的升高，压力比σH和σL都不断下降， 但σH下降快；
– ③ 随着t0的升高，压力差（pc-pm）减小，（pm-pe） 先逐渐增大而后逐渐减小。
• 4.4 复叠式制冷循环
–
高压级制冷剂的质量流量为
高压级压缩机的理论功率为
qm g
qmd
h2 - h7 h3 - h5
P0g
qm gw0g
Q0
h2 - h7 h4 - h3 h3 - h5 h1 - h8
4.3 双级蒸气压缩式制冷循环的热 力计算及运行特性分析
• 4.3.4 制冷循环的热力计算
– 理论循环制冷系数为
0
4.2.1 双级蒸气压缩式制冷循环基本类型
1.一级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环 2.一级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环
3.两级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环
4.两级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环
5.两级节流、具有中温蒸发器的中间完全冷却两级压缩制冷循环
第4章 双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环
–定义
• 由两个（或数个）不同制冷 剂工作的单级（也可以是多 级）制冷系统组合而成。
两级压缩与复叠式制冷循环
制 冷 原 理
两级压缩与复叠式制冷循环
4.1 概述
例4-1 有一台制冷压缩机，工质为R22，相对 余隙容积为c=0.048，膨胀过程指数m=1.04， 冷凝温度tk=40℃，求所能达到的极限最低蒸发 温度。
qva ηv = = λv λ p λT λl qvt
λv = 1 − c(ε − 1)
1 m
五、两级蒸气压缩工作工程
1. 一级节流中间完全冷却
五、两级蒸气压缩工作工程
2. 一级节流中间不完全冷却
五、两级蒸气压缩工作工程
3. 二级节流中间完全冷却
五、两级蒸气压缩工作工程
4.二级节流中间不完全冷却 二级节流中 二级节流
4.3 两级压缩制冷机的热力计算
4.3.1 热力计算
1. 一级节流中间完全冷却 一级节流中间完全冷却——氨系统 氨系统 工作原理 压焓图
1）单位质量制冷量： q0＝h1－h8 kJ/kg ）单位质量制冷量： 2）单位容积制冷量： qv＝q0 / v1 kJ/ m3 ）单位容积制冷量： 3）单位冷凝热负荷： qk＝h4－h5 kJ/kg ）单位冷凝热负荷： 4）低压级单位理论压缩功： w0d＝h2－h1 kJ/kg ）低压级单位理论压缩功： 5）高压级单位理论压缩功： w0g＝h4－h3 kJ/kg ）高压级单位理论压缩功： 6）低压级制冷剂的质量流量： MRd＝Q0 / q0 kg/s ）低压级制冷剂的质量流量： 7）高压级制冷剂的质量流量： M Rg = M Rd h 2 − h 7 ）高压级制冷剂的质量流量： h3 − h5 8）制冷系数： ）制冷系数：
二、单级蒸气压缩条件 1.氨制冷系统：pk/p0≤8； 氨制冷系统： 氨制冷系统 最低蒸发温度＝ 25℃ 最低蒸发温度＝-25℃； 2.氟利昂制冷系统：pk/p0≤10； 2.氟利昂制冷系统： ≤10； 氟利昂制冷系统 蒸发温度＝ 蒸发温度＝-37℃
两级压缩与复叠式制冷循环
4.1 概述
例4-1 有一台制冷压缩机，工质为R22，相对 余隙容积为c=0.048，膨胀过程指数m=1.04， 冷凝温度tk=40℃，求所能达到的极限最低蒸发 温度。
qva ηv = = λv λ p λT λl qvt
λv = 1 − c(ε − 1)
1 m
五、两级蒸气压缩工作工程
1. 一级节流中间完全冷却
五、两级蒸气压缩工作工程
2. 一级节流中间不完全冷却
五、两级蒸气压缩工作工程
3. 二级节流中间完全冷却
五、两级蒸气压缩工作工程
4.二级节流中间不完全冷却 二级节流中 二级节流
4.3 两级压缩制冷机的热力计算
4.3.1 热力计算
1. 一级节流中间完全冷却 一级节流中间完全冷却——氨系统 氨系统 工作原理 压焓图
1）单位质量制冷量： q0＝h1－h8 kJ/kg ）单位质量制冷量： 2）单位容积制冷量： qv＝q0 / v1 kJ/ m3 ）单位容积制冷量： 3）单位冷凝热负荷： qk＝h4－h5 kJ/kg ）单位冷凝热负荷： 4）低压级单位理论压缩功： w0d＝h2－h1 kJ/kg ）低压级单位理论压缩功： 5）高压级单位理论压缩功： w0g＝h4－h3 kJ/kg ）高压级单位理论压缩功： 6）低压级制冷剂的质量流量： MRd＝Q0 / q0 kg/s ）低压级制冷剂的质量流量： 7）高压级制冷剂的质量流量： M Rg = M Rd h 2 − h 7 ）高压级制冷剂的质量流量： h3 − h5 8）制冷系数： ）制冷系数：
二、单级蒸气压缩条件 1.氨制冷系统：pk/p0≤8； 氨制冷系统： 氨制冷系统 最低蒸发温度＝ 25℃ 最低蒸发温度＝-25℃； 2.氟利昂制冷系统：pk/p0≤10； 2.氟利昂制冷系统： ≤10； 氟利昂制冷系统 蒸发温度＝ 蒸发温度＝-37℃
第四章 两级压缩及复叠
q mg h 9 q md h 2 q mg h 3 q md h 4
q mg
h2 h4 h3 h9
q md
理论循环的制冷系数
Q0 q md w 0 d q mg w 0 g
4.2.1 一次节流中间不完全冷却制冷循环
（双级压缩氟利昂制冷循环）
MG
M1 MD
MG M1 MD
一次节流中间不完全冷却原理图
一次节流中间不完全冷却LgP-h图
与中间不完全冷却的两级压缩的区别
低压压缩机的排气不进入中间冷却器，而与中间 冷却器产生的饱和蒸汽在管路中混合后再进入高 压压缩机，所以高压压缩机吸入的不是饱和蒸汽 而是过热蒸汽。
饱和蒸汽
中 间 冷 却 器
进入高压压缩机 过 热 蒸 汽
4.1.1 一次节流中间完全冷却循环
MG M1 M
D
M1
MD
MG
MD
一次节流中间完全冷却双级压缩系统图
一次节流中间完全冷却双级压缩lgP-h图
两级压缩和单级压缩具有的优点
1.降低压缩机的排气温度
2.降低压缩机的压力比 3.增大单位质量制冷量 4.减少节流损失，减少节流后制冷剂的干度 5.压缩机的耗功减少 6.制冷系数增大，经济性好。
4.1.2一次节流中间完全冷却制冷循环流量计算
单位制冷制冷量q0： q0=h1-h5
低压级的质量流量qmd：
q mdh 5
低压级消耗的理论功： w h 2 h1 0d 高压级消耗的理论功：
w 0 g h7 h3
设高压级的质量流量为qmg： 据中间冷去器的热平衡可得：
低温低 压制冷 剂蒸气 双级制冷 系统组成 低压级com 中间压 中间冷却器 过热蒸 高压级com 力下过 气被冷 热蒸气 却 两台压缩机 双机双级系统 单机双级系统：气缸数比常为1:3or1:2 冷凝压 力下过 热蒸气
q mg
h2 h4 h3 h9
q md
理论循环的制冷系数
Q0 q md w 0 d q mg w 0 g
4.2.1 一次节流中间不完全冷却制冷循环
（双级压缩氟利昂制冷循环）
MG
M1 MD
MG M1 MD
一次节流中间不完全冷却原理图
一次节流中间不完全冷却LgP-h图
与中间不完全冷却的两级压缩的区别
低压压缩机的排气不进入中间冷却器，而与中间 冷却器产生的饱和蒸汽在管路中混合后再进入高 压压缩机，所以高压压缩机吸入的不是饱和蒸汽 而是过热蒸汽。
饱和蒸汽
中 间 冷 却 器
进入高压压缩机 过 热 蒸 汽
4.1.1 一次节流中间完全冷却循环
MG M1 M
D
M1
MD
MG
MD
一次节流中间完全冷却双级压缩系统图
一次节流中间完全冷却双级压缩lgP-h图
两级压缩和单级压缩具有的优点
1.降低压缩机的排气温度
2.降低压缩机的压力比 3.增大单位质量制冷量 4.减少节流损失，减少节流后制冷剂的干度 5.压缩机的耗功减少 6.制冷系数增大，经济性好。
4.1.2一次节流中间完全冷却制冷循环流量计算
单位制冷制冷量q0： q0=h1-h5
低压级的质量流量qmd：
q mdh 5
低压级消耗的理论功： w h 2 h1 0d 高压级消耗的理论功：
w 0 g h7 h3
设高压级的质量流量为qmg： 据中间冷去器的热平衡可得：
低温低 压制冷 剂蒸气 双级制冷 系统组成 低压级com 中间压 中间冷却器 过热蒸 高压级com 力下过 气被冷 热蒸气 却 两台压缩机 双机双级系统 单机双级系统：气缸数比常为1:3or1:2 冷凝压 力下过 热蒸气
第4 章 两级压缩与复叠式制冷循环
4.3.1 两级压缩制冷机的热力计算
热力计算的目的：
1） 根据要求的制冷量，选配压缩机、蒸
发器和冷凝器
2）对已有的两级压缩制冷系统，确定循
环的制冷量
在进行热力计算之前：先确定制冷剂，制冷循环 型式（包括节流型式、中间冷却器型式、是否采 用回热器），循环的工作参数（包括蒸发温度或 压力、冷凝温度或压力、中间温度或压力？？）。 然后画出循环的压焓图，依照热力计算公式进行。
回热器的使用
目的是通过有效过热提高低压级压缩机吸入蒸气的过热度， 一般要求低压级吸气温度不低于－30 ℃，以减少无效过热。
复叠式制冷机的启动？
先开高温级子系统，待蒸发温度降低到足以保证下一级子系 统的冷凝压力不超过限制值时，再启动下一级子系统。
4 两级压缩与复叠式制冷循环
4.1 4.2 4.3 4.4
概述 两级压缩制冷循环 两级压缩制冷机的热力计算 复叠式制冷循环
4.1 概述
问题：为什么要采用两级压缩或复叠式制冷循环？ （1）单级压缩制冷循环压比的限制
对单级压缩制冷循环，存在一个极限压比，此时压缩机的容积效 率系数为0。对某一制冷剂而言，在给定的冷凝条件下，存在一 个极限蒸发温度。
4.2 两级压缩制冷循环 两级压缩制冷循环及其与单级压缩制冷循环 的区别 分类 中间冷却形式 中间完全冷却 中间不完全冷却 节流形式 一级节流 两级节流
4.2 两级压缩制冷循环
4.2.1 一级节流、中间完全冷却
4.2 两级压缩制冷循环
一级节流
4.2 两级压缩制冷循环
两级节流
4.2.1 一级节流、中间完全冷却
4.2.1 一级节流、中间完全冷却
热力循环计算 （1）单位制冷量 （2）低压机的理论比功 （3）低压机的制冷剂质量流量
第4章 两级压缩和复叠式制冷循环
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。
② 超过临界点。
2） 解决方法 低温制冷剂在常温下无法冷凝成液体，因此采用 另一台制冷装置与之联合运行，为低温制冷剂循环的 冷凝过程提供冷源，降低冷凝温度和压力。即为复叠 式制冷。
复叠式制冷循环 由两个（或数个）不同制冷剂工作的单级（或多级） 制冷系统组合而成。
4.3.3 温度变动时制冷机的特性
tk、ξ不变，t0变化 t0↑ → v1↓，q0↑ ，Φ0↑，cop0↑ 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。
4.4 复叠式制冷机循环
4.4.1 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。
单位制冷量：q0= h1–h8= h1–h7 低压级压缩机的理论比功： ω0D = h2-h1 低压级压缩机的质量流量： qmD=Φ0/q0=Φ0/( h1h 7) 低压级压缩机的轴功率： PeD=qmDω0D/ηkD =Φ0(h2-h1)/(h1h7)ηkD 低压级压缩机的实际输气量： qvsD =qmDv1=Φ0v1/( h1h7) 低压级压缩机的理论输气量： qvhD=qvsD/λD=Φ0v1/(h1–h7)λD
当压力差（Pk-P0）＞12～14和压力比 Pk/P0＞8 ～ 10时，
压缩机的压力差超过允许值，导致机件损坏； 压力比过大，排气温度升高，使润滑油稀化；导致润滑油
的碳化，引起润滑不良；压力比过大，导致容积效率ηV和 制冷量φ0大大降低。 下表为常用制冷剂在Pk/P0=10时的最低蒸发温度：
冷凝温度（°C）
第四章双级压缩式和复叠式制冷循环
1)降低了压缩机的排气温度。 2)降低了压缩机的增压比。 3)减少了节流损失(由于膨胀阀之前的制冷剂已充分过冷，节流后制冷剂湿 饱和蒸气的于度较小)。
五．带有经济器(省功器)的压缩制冷循环
在螺杆式和离心式压缩机制冷循环中，为了获得较低的蒸发温度或提高循 环的制冷系数，常常使用经济器(省功器)，其与双级压缩制冷循环具有类 似的效果。 (1)带有经济器的螺杆式压缩机制冷循环 利用螺杆式压缩机结构上的特点， 在气缸的适当位置开设补气孔口，在同一个气缸中进行两次吸气过程，与 设置在机组上的经济器相连，组成带有经济器的螺杆式压缩机制冷系统， 螺杆式压缩机的压缩过程增加中间补气后，单级压缩变成了双级压缩。
qVd
Q0 v1 qmd v1 h1 h9
Q0 v1 d h1 h9 d qVd
4、低压级压缩机的理论输气量(m3／s)为
qVthd
5、低压级压缩机所消耗的轴功率Ped(kW)为
Ped
qmd w0 d
kd
Q0 h2 h1 h1 h9 kd
如上图所示，假设中间冷却器外壳具有良好的绝热性能，不考虑中间冷却 器与外界的传热，则
一级节流中间不完全冷却的双级压缩氟利昂制冷系统
三．两级节流中间不完全冷却的双级压缩制冷循环
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
1、制冷量为Qo(kW或kJ／s)时，低压压缩机的质量流量(kg／s)为
q md
Q0 Q0 q0 h1 h9
12、冷凝器热负荷
Qk qmg (h5 h6 )
13、理论循环制冷系数 0
Q0 q md w0 d q mg wog h1 h9 h8 h9 h2 h1 (h5 h4 ) h8 h6
五．带有经济器(省功器)的压缩制冷循环
在螺杆式和离心式压缩机制冷循环中，为了获得较低的蒸发温度或提高循 环的制冷系数，常常使用经济器(省功器)，其与双级压缩制冷循环具有类 似的效果。 (1)带有经济器的螺杆式压缩机制冷循环 利用螺杆式压缩机结构上的特点， 在气缸的适当位置开设补气孔口，在同一个气缸中进行两次吸气过程，与 设置在机组上的经济器相连，组成带有经济器的螺杆式压缩机制冷系统， 螺杆式压缩机的压缩过程增加中间补气后，单级压缩变成了双级压缩。
qVd
Q0 v1 qmd v1 h1 h9
Q0 v1 d h1 h9 d qVd
4、低压级压缩机的理论输气量(m3／s)为
qVthd
5、低压级压缩机所消耗的轴功率Ped(kW)为
Ped
qmd w0 d
kd
Q0 h2 h1 h1 h9 kd
如上图所示，假设中间冷却器外壳具有良好的绝热性能，不考虑中间冷却 器与外界的传热，则
一级节流中间不完全冷却的双级压缩氟利昂制冷系统
三．两级节流中间不完全冷却的双级压缩制冷循环
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
1、制冷量为Qo(kW或kJ／s)时，低压压缩机的质量流量(kg／s)为
q md
Q0 Q0 q0 h1 h9
12、冷凝器热负荷
Qk qmg (h5 h6 )
13、理论循环制冷系数 0
Q0 q md w0 d q mg wog h1 h9 h8 h9 h2 h1 (h5 h4 ) h8 h6
第四章---两级压缩
②．将循环表示在压—焓（lgp-h）图和 温—熵(T-S)图上
循环各过程： 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； 3-4：高压级压缩机的压缩过程； 4-5：高压气体在冷凝器中的冷 却、冷凝过程； 5-6：小部分高压液体经节流阀 进入中间冷却器的节流过程 （PK→PM）； 6-3：中压制冷剂在中间冷却器 中的蒸发过程； 5-7：高压液体在中间冷却器的 盘管中的冷却过程； 7-0：高压液体经节流阀进入蒸 Δ t—盘管的端部温差； 发器的节流过程(PK→P0)； 0-1：制冷剂低压液体在蒸发器 t t 7 t m 中的蒸发过程； Δ t一般取5～8℃。
中小型活塞式单级制冷压缩机设计与使用 条件规定： NH3 最大压差 1.6MP 最高排气温度 150℃ R22 最大压差 1.6～1.8MP 最高排气温度 145℃
一．采用多级压缩的原因
1. 压缩机的最大压差是其受力零件强度计算的依 据。如果在运行时，压力差超过规定的数值，将 会引起压缩机零部件的损坏。 2． 压缩机压力比也有一定的限制。如果压力比 过高，会带来如下影响： (1) 压力比过大时，压缩机的排气温度过高； 排气温度升高，将使压缩机气缸壁上的润滑油变 稀，润滑条件变坏；当排气温度接近润滑油的闪 点温度时，会使部分润滑油碳化；会使吸入的制 冷剂蒸气吸热较多，导致输气系数下降。
1405.887
1590 0.48 0.386
－8
1449.396
4
5
1352.56
1352.56 35
1640
352.504
3)低压级流量
qmD Q0 80 0.076 h1 h5 1405.887 352.504
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4.2 两级压缩制冷循环
1）循环流程： 蒸发器的制冷剂蒸汽P0→低压级压缩机Pm→中间 冷却器→高压级压缩机Pk→冷凝器Pk 2）分类：中间完全冷却方式，冷却到饱和蒸汽状态; 中间不完全冷却方式，未冷却到饱和蒸汽状态. 一级节流，Pk→P0 两级节流，Pk→Pm→P0
双级压缩制冷循环仅压缩过程为两级压缩，其他与单级相同：
4.3.1 两级压缩制冷机的热力计算 步骤：确定制冷剂和循环型式，确定循环的工作参 数，性能参数计算。 制冷剂：中温制冷剂。如R717，R22，R290 循环型式 : 回热有利的用中间不完全冷却方式，如 R290; 回热不利的用中间完全冷却方式，如 R717 ， R22. 若t0低可用回热器提高t1 循环参数：t0 和tk由制冷装置的用途和环境介质的 温度确定。
热力计算
热力计算
高压级压缩机的理论比功：ω0G = h4 –h 3 中间冷却器的热平衡关系： qmh2+qmD( h5h7)+(qmGqmD)h5=qmGh3 高压级压缩机的制冷剂流量: qmG=(h2–h7)Q0/( h5h5)( h1–h7) 高压级压缩机的轴功率： PeG=qmGω0G/ηkG=Q0(h2h7)(h4h3)/(h1h7)(h3–h5)η
kG
热力计算
低压级压缩机的实际输气量： qvsG =qmGv3=Q0(h2h7)v3/(h1h7)(h3h5) 低压级压缩机的理论输气量： qvhG=qvsG/λG=Q0(h2h7)v3/(h1h7)(h3h5)λG 理论循环制冷系数： ε0=Q0/(qmD+qmGω0G) 实际循环制冷系数： ε0=Q0/(qmDω0D/ηkD+qmGω0G/ηkG)
热力计算
有关计算公式： ①单位制冷量 q0， ②理论比功 ω0， ③质量流量 qm= Q0/q0， ④轴功率Pe=qmω0/ηk， ⑤实际输气量：qvs=qm v1， ⑥理论输气量 qvh= qvs/λ， ⑦理论制冷系数ε0= Q0/ (PD+P G)
热力计算
⑧实际制冷系数εS =ε0/ (P D/ηkD +P G/ηkG) ⑨中间冷却器： 低压级排气放热量+液体过冷放热量 =节流后的低压液体吸热量
热力计算
①中间冷却器的热平衡关系： 液体过冷放热量=节流后的低压液体吸热量 qmG = qmD(h3h8)/(h3h6 ) ②3与4混合的热平衡关系： 两股气体的焓=混合后气体的焓 h4=h3+(h3h6)(h2–h3)/(h3h8)
二级节流中间完全冷却制冷循环
二级节流中间不完全冷却制冷循环
第三节 两级压缩制冷机的热力计算和 温度变动时的特性
热力计算
冷凝器热负荷： Qk=qmG(h4h5) h4s=h3–(h4–h3)ηiG 制冷量： Q0=qvhDλD(h1h7)(h1h7)/v1
双级压缩氨制冷系统
MG
M1
MD
MD
一次节流中间完全冷却双级压缩氨制冷系统图
4.2.2 一级节流，中间不完全冷却 两级压缩制冷循环
4.2.2 一级节流，中间不完全冷却两级压缩制 冷循环
当压力差（Pk-P0）＞12～14和压力比Pk/P0＞8 单级压缩机会发生：
～ 10时，
压缩机的压力差超过允许值，导致机件损坏； 压力比过大，排气温度升高，导致润滑油稀化，增加润
滑油的消耗；导致润滑油的碳化，引起润滑不良； 压力比过大，导致容积效率ηV和制冷量ø 0大大降低。 下表列出常用制冷剂在Pk/P0=10时的最低蒸发温度：
低温低 低压级 中间压 压制冷 力下过 剂蒸气 热蒸气 中间冷却器 过热蒸气 高压级 被冷却
冷凝压 力下过 热蒸气
两台压缩机
双级制冷 系Байду номын сангаас组成 一台压缩机， 高、低压气缸
双机双级系统
单机双级系统：气缸数比常为1:3or1:2
中间冷 却程度
中间完 全冷却
低压级排气在中间冷却器中被冷却到中 间压力下的饱和温度。用于氨系统
第四章 两级压缩 和复叠式制冷循环
目的、要求
掌握采用两级压缩制冷循环的原因及其基本流程 掌握常用两级压缩制冷循环的形式及其特性分析
了解复叠式制冷循环的组成及特点
4.1 概述
蒸汽压缩制冷循环的冷凝温度 与蒸发温度决定相应的冷凝压力和 蒸发压力。冷凝温度受环境介质的 温度限制，蒸发温度由制冷装置的 用途决定。
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。
单位制冷量：q0= h1–h8= h1–h7 低压级压缩机的理论比功： ω0D = h2-h1 低压级压缩机的质量流量： qmD= Q0/q0 =Q0/( h1h 7) 低压级压缩机的轴功率： PeD = qmDω0D/ηkD =Q0(h2-h1)/(h1h7)ηkD 低压级压缩机的实际输气量： qvsD =qmDv1=Q0v1/( h1h 7) 低压级压缩机的理论输气量： qvhD=qvsD/λD=Q0v1/(h1–h7)λD
冷凝温度（°C） 制冷剂 R717 R22 R12 30 -30.5 -37.2 -36.8 35 -27.3 -34.2 -33.8 40 -24.4 -31.5 -31.1 45 — — -28.3 50 — — -25.4
规定：单级压缩氨制冷剂的压比π=Pk/P0≤8； 氟利昂的压比π=Pk/P0≤10. 方法：为达到较低的蒸发温度 , 采用两级或多 级压缩制冷循环。
中间不 完全冷 却
低压级排气与中间冷却器中蒸发的蒸气相 混合，被冷却到某一过热点。用于氟利昂 系统
4.2.1 一级节流，中间完全冷却 两级压缩制冷循环
循环过程
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），成为过冷液体，进入第二个节流阀节 流后进入蒸发器。