24双级压缩和复叠式制冷解析

4)采用多级压缩制冷循环，可提高制冷循环 中的节流效应，减少节流损失，提高制冷效 率。
5)采用多级压缩循环，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。 简化离心机的结构及减少离心机产生喘振的 机会。
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。
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 缩机输气量减少，制冷 量下降。压缩比越大， 这种影响就越大，当压 缩比达到20的时候，压 缩机几乎不能吸气，从 而失去制冷能力。
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、采用双级压缩的必要性
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，虽然可能采用不同的制冷剂，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原因造成的。 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。
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
注意低压循环桶部分的工质状态变化。
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行分析，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，彼此存在一定的差异，主要表 现在：
⑶压力比的增大将导致压缩机排气温度升高， 汽缸壁的温度随之升高。这一方面会使吸 入的制冷剂蒸气温度升高，比体积增大， 减少了压缩机吸气量；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 部分碳化，导致压缩机润滑状况恶化，严 重影响压缩机正常运行。
由于以上原因，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情 况下，单级压缩机可以达到的蒸发温度通常 为-20℃~-30℃，最多不超过-40℃.主要的原 因是考虑多方面因素，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 的情况下，势必出现压力值变大现象，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可靠，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，减少实际压缩过程中的不 可逆损失。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，机械摩擦损失减少。在设计时， 可简化制冷机结构，降低生产成本。
另外，特别需要指出的是，多级压缩系统
中每一级都采用同种制冷剂。除了离心式 压缩机以外，双级压缩制冷循环只能采用 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达到的最低 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基本类型 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：
二、多级压缩的特点
采用多级蒸气压缩制冷循环，能够避免或减 少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)采用多级压缩制冷循环，可使每一级的压力比 降低，减少活塞式制冷压缩机的余隙容积影响， 减少制冷剂蒸气与气缸壁之间的热交换，减少制 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 件不变的情况下，增加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。
②一级节流中间不完全冷却的双级 压缩制冷循环
注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，既要达到低温又要简化制冷系统，这时常采用一次 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。
在实际循环中是其有利的一面，因为在这种特定条 件下，采用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，并且一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 图和温熵图见下图