两级压缩以及复叠式制冷原理
一张图弄清楚：复叠式制冷系统的装置组成,以及和两级压缩系统的特性对比!
一张图弄清楚：复叠式制冷系统的装置组成，以及和两级压缩系统的特性对比！复叠式制冷，是指用两种或两种以上的制冷剂，由两个或两个以上的单级（或双级）压缩制冷循环系统组成的制冷装置。
一般用于-120℃℃-60℃的低温设施，比如超低温的冷库，快速冻结工艺设施，需要超低温工艺的生物及化学工业领域、低温箱等。
复叠式制冷系统与循环原理图两个单级系统组成的复叠式制冷机三个单级压缩循环组成的复叠式制冷机常见的复叠式制冷装置，系统结构上分为高温级部分和低温级部分。
其中高温部分用的是中温制冷剂，低温部分用的是低温制冷剂。
高温部分的制冷剂蒸发使低温部分的制冷剂冷凝，两个部分用一个冷凝蒸发器连接起来形成一个整体。
冷凝蒸发器既是高温部分的蒸发器，也是低温部分的冷凝器。
示例图如下：一、低温级部分：来自蒸发器的低温制冷剂气体，经过低温级回热器后，再经过低温级压缩机压缩后进入油分，低温制冷剂中的润滑油在油分中大部分被分离出来，润滑油返回压缩机，含油量很少的制冷剂气体进入预冷器中被预冷，然后进入冷凝蒸发器中。
在冷凝蒸发器中，低温制冷剂放出的热量被高温制冷剂吸收，高温制冷剂蒸发的同时，低温制冷剂冷凝，冷凝后的低温制冷剂经过干燥过滤器、低温级回热器，再经过节流阀进入蒸发器中，完成一个制冷循环。
二、高温级部分：在冷凝蒸发器中吸热后蒸发的高温制冷剂气体，被高温级压缩机吸入压缩后进入风冷冷凝器中冷凝，放出热量给冷却介质，冷凝后的高温制冷剂液体进入储液器，然后经过干燥过滤器、节流阀进入冷凝蒸发器中，完成一个制冷循环。
不同于普通的单级压缩制冷装置，复叠式制冷装置有两个特殊的组件，冷凝蒸发器和膨胀容器。
其中：一、冷凝蒸发器：一般是采用套管式换热器或板式板式换热器。
用套管式换热器做冷凝蒸发器时，通常为管内蒸发，管间冷凝。
即高温部分的制冷剂在管内蒸发，低温部分的制冷剂在管间冷凝。
用板式换热器做冷凝蒸发器时，一般在高温级的制冷剂入口装有制冷剂液体分配器，使液体制冷剂均匀流入各通道。
双级压缩和复叠式制冷原理
三、双级压缩工作原理
压缩过程分两阶段进行:
低压级压缩
高压级压缩
蒸发压力
中间压力
冷凝压力
三、双级压缩工作原理
➢ 双级压缩分两阶段进行:
低压级压缩
高压级压缩
蒸发压力
中间压力
冷凝压力
➢ 双级压缩工作过程：
1.来自蒸发器的低温制冷剂蒸气（压力为Po）先进入低
六、工作参数的确定
1. 中间温度和中间压力的确定 制冷系数最大的原则——最佳中间压力 常用方法：公式法、图解法、容积比插入法
公式法
①比例中项公式法（适用于初步估算）
pm p0 pk
R717:φ=0.95 ~ 1; R22: φ=0.9 ~ 0.95;
六、工作参数的确定
公式法
②拉塞经验公式法:
tm=0.4 tk + 0.6 t0 + 3 适用于：
-40~ 40℃，R717、R40等制冷剂
六、工作参数的确定
2. 高压级压缩机吸气温度和节流前制冷剂液体温 度的确定
• 中间完全冷却，吸气温度即为中间温度 • 中间不完全冷却，吸气温度≤-15℃过热蒸气 • 制冷剂液体从中间冷却器出液温度比中间温度
压级压缩机，在其中压缩到中间压力Pm
2.经过中间冷却器冷却（分为两种情况－－中间完全冷 却为饱和蒸气和中间不完全冷却为过热蒸气）
3.再进入高压级压缩机，将其压缩为冷凝压力Pk，排入 冷凝器中
四、双级压缩类型
1、按压缩机
双机双级：两台压缩机，分别为高压级和低压级。
（配组式双级系统）
单机双级：一台压缩机,气缸一部分为高压级,一部分为低压级
两级压缩和复叠式制冷循环课件
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
双级复叠制冷系统原理
双级复叠制冷系统原理1.低温压缩级：制冷剂从低温蒸发器进入低温压缩机，经过压缩后成为高温高压气体。
该气体通过低温冷凝器，在与冷却介质（如水）的热交换中，释放热量，冷却并变为高温高压液体。
2.高温压缩级：高温高压液体由低温冷凝器进入高温压缩机，在高温环境下进行压缩。
该过程会使制冷剂的温度和压力进一步升高，变为更高温高压的气体。
3.高温冷凝级：高温高压气体进入高温冷凝器，通过与冷却介质的热交换，释放热量，冷却并变为高温高压液体。
4.高温膨胀级：高温高压液体通过高温膨胀阀，进入高温蒸发器。
在高温蒸发器中，制冷剂通过与待冷物体的热交换，吸收热量并蒸发，从而实现制冷效果。
同时，制冷剂的温度和压力降低，成为低温低压气体。
5.低温膨胀级：低温低压气体通过低温膨胀阀，进入低温蒸发器。
在低温蒸发器中，制冷剂再次与待冷物体进行热交换，吸收更多的热量并蒸发。
同时，制冷剂的温度和压力进一步降低，成为低温低压气体。
通过双级复叠制冷系统，制冷剂在两个级别的蒸发器中循环工作，每个级别分别负责不同温度范围的制冷任务，从而实现更低的制冷温度。
整个系统呈现级联的结构，通过不同级别的压缩机和冷凝器，实现了对制冷剂的逐级升压和冷凝，以及对制冷剂的逐级减压和蒸发，从而实现制冷效果。
然而，双级复叠制冷系统也存在一些挑战，如对于系统的控制和操作要求较高，需要保证两个级别的制冷剂流量和压力的均衡，以及制冷剂在两个蒸发器中的分配和再循环。
此外，系统的建设和维护成本相对较高，需要更多的设备和管道，以及复杂的控制系统。
总之，双级复叠制冷系统通过两个级别的压缩机和冷凝器，以及两个级别的蒸发器和膨胀阀，实现了更低的制冷温度。
该系统适用于需要更低温制冷的领域，但也面临着控制和操作复杂、建设和维护成本较高等挑战。
两级压缩与复叠式制冷方式的比较
0. 6355
- 13
- 18
- 24
- 65 低温 高温
0. 0407 0. 0379
0. 4478 0. 0909
21. 098 18. 913
62. 894 32. 301
0. 7253 0. 7498
0. 4431 0. 6133
0. 5817 0. 7325
0. 4399 0. 6396
4. 33
第 3 期 程有凯等 :两级压缩与复叠式制冷方式的比较 · 6 9 ·
4. 08
0. 853
1. 2497
0. 5252
- 15
- 20
- 27
- 70 低温 高温
0. 0576 0. 0612
1. 2283 0. 1213
25. 422 23. 968
108. 299 43. 836
0. 6614 0. 6925
0. 2212 0. 5529
0. 5620 0. 6746
0
- 28
- 33
- 36
- 80 低温 高温
0. 1685 0. 1126
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Байду номын сангаас
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双级蒸汽压缩式与复叠式制冷循环
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
（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。
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。
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
第四章 两级压缩和复叠制冷循环
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。
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。
两级压缩与复叠式制冷循环
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
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
双级压缩式制冷循环
双级压缩式制冷循环2．5两级压缩与复叠式制冷原理 2．5．1采用两级压缩的原因单级压缩在选用适宜的制冷剂时，其蒸发温度只能达到-25～-35℃，原因是压缩比0p p k不能再提高了。
因为： 〔1〕↑↓↓→↓→00p p p T ko ，压缩机输气量↓→制冷量↓ 〔2〕↑→0p p k压缩机排气温度↑(↑=↑RT pv )→汽缸壁温↑→吸入蒸汽温度↑→↑v →吸气量↓例如：当蒸发温度-30℃，冷凝温度40℃时，单级氨压缩机排气温度可达160℃以上。
必须作如下限制：① 单级氨压缩机排气温度＜140℃ ② 单级氟压缩机〔R12〕排气温度＜100℃ ③ 单级氟压缩机〔R22〕排气温度＜115℃ 〔3〕↑→0p p k偏离理想等熵压缩机过程的程度↑→压缩机效率↓ 我国规定：R717：0p p k ≤8 R12、R22：0p p k≤10 〔P38表2-3〕 要获得-30～-65℃的蒸发温度，又要符合适宜的压缩比，如此需要两级压缩制冷。
2．5．2两级压缩制冷循环 1．两级压缩制冷循环的类型k m p p p p 压缩压缩（中间冷却器冷却后）→→→0201总压缩比0201p p p p km •=每一级压缩比≤8～10以下 可分为⎩⎨⎧一级节流两级节流⎩⎨⎧中间不完全冷却中间完全冷却* 两级节流：冷凝压力k p 节流到m p 中间压力，再节流到蒸发压力0p* 一级节流：冷凝压力k p 节流到蒸发压力0p ，容易调节，实际生产中常用一级节流。
* 两级压缩采用中间冷却的目的是降低高压级的排气温度，降低压缩机功耗。
① 中间完全冷却——低压级排气温度〔过热蒸汽〕被冷却成m p 中间压力下的干饱和蒸汽温度。
〔氨压缩机〕② 中间不完全冷却——低压级排气温度〔过热蒸汽〕被冷却降低了温度，来达到m p 中间压力下的干饱和蒸汽温度。
〔氟压缩机〕2．一级节流中间完全冷却循环这种循环形式被大多数的两级压缩氨制冷系统所采用。
如下列图：从压缩机高压级排出的高压高温过热蒸汽4，进入冷凝器后被冷却成饱和液体5；从冷凝器出来的液体分为两路，一路经膨胀阀A 进展节流，节流后降温为6，然后进入中间冷却器吸热，使中间冷却器中来自低压级的排气2充分冷却，6与2混合后的气体3为中间压力m p 下的饱和温度m t ，3作为高压级的吸气经高压级压缩后变成过热蒸汽4，至此构成一个高压级的循环回路；另一路饱和液体5经中间冷却器过冷后变成过冷液7，经膨胀阀B 进展节流后变成低压液体8，进入蒸发器汽化制冷，然后变成饱和蒸汽1，在低压级压缩后变成过热蒸汽2，在中间冷却器冷却并与在中间冷却器汽化的蒸汽混合，变成饱和蒸汽了，作为高压级的吸气经压缩后变成高压级排气4，形成另一个循环，这是实现低温制冷的主循环。
2.4双级压缩和复叠式制冷解析
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。
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收低温系统 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 低的蒸发温度和合适的蒸发压力，又可以 向环境放热。
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.
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。
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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。
求得一个近似值；
2）在该 ( ) 值的上下按一定间隔选取若干个中间温度；3）对每一个 值进行循环的热力计算，求得
该循环下的制冷系数 ；4）绘制
曲线，找到
值，由该点对应的中间温度即为循环的最
佳中间温度（即最佳中间压力）。
图1 确定最佳中间温度的曲线图
拉赛对用氨作为制冷工质的两级压缩制冷循环制定了按 及 确定最佳中间温度 的线图，如图1所示。该图对于R12也同样可得到比较满意的结果。在－40~40℃范围 内，该图可用下式来代替：
5'
6
T0
5
3 3'
wc 2'
q0
pk' 2
p0
1
S
m1(h2’-h5’)=(m-m1)(h4 - h4’+h2 - h2’) m1 /m=(h4-h4’+h2 - h2’)/(h2-h5’+h4-h4’)
和单级压缩制冷循环一样，利用工作过程的
图可以对两级压缩制冷循环进行循环的热力计算。
图3示出两级压缩氨制冷机在冷库装置中的实际系统图。
例 2 将 104F（4F－10)型压缩机改制成单机双级型，其中三个缸 作为低压缸，一个缸作为高压缸，如果采用 R22 作为制冷剂，试问该 机器在 =30 ℃、 =-70 ℃时的制冷量是多少？
解 104F 型压缩机的结构参数及转速是： 缸径 D=100mm，行程 S=70mm，转速 n=960r/min。低压级理论 输气量
保证根据蒸发器热负荷的需要供给足够的液氨以及减
少向系统内补充液氨的次数。中间冷却器用浮子调节
阀供液，以便自动控制中间冷却器中的液位。用来制
冷的氨液是经过调节站分配给各个库房中的蒸发器，
在调节站管路上一般都装有节流阀。气液分离器的作
用是一方面将从蒸发器出来的低压蒸气中夹带的液滴
分离出去，以防止氨液进入压缩机中而形成湿压缩，
(7)高压压缩机制冷剂流量 (8)高压压缩机理论输气量 (9)高压压缩机理论功率 (10)高压压缩机的功率
(11)高压压缩机实际排气焓值
(12)理论制冷系数
(13)理论输气量比 (14)冷凝器热负荷
计算时只要选定 或热端温度 就可根据热平衡式确定点 的状态。在本
例计算中，我们选取
℃，选取中间冷却器内传热温差
例1 某冷库在扩建中需要增加一套两级压缩制冷机，其工作条件如下：制冷
量 ＝150kw；制冷剂为氨；冷凝温度 ＝40℃，无过冷；蒸发温度 ＝-40℃
；管路有害过热
℃。试进行热力计算并选配适定的压缩机。
解 因制冷剂为氨，选用一级节流中间完全冷却循环，其压-焓图如图2所示。 根据给定条件，可确定如下参数：
冷凝蒸发器传热温差的大小不仅影响到传热面积和冷量损耗，而
且也影响到整个制冷机的容量和经济性，一般
℃，温差选得
大，冷凝蒸发器的面积可小些，但却使压力比增加，循环经济性降
低。
制冷剂的温度越低，传热温差引起的不可逆损失越大，故蒸发器 的 传 热 温 差 因 蒸 发 温 度 很 低 而 应 取 较 小 值 ， 最 好 不 大 于 5℃ 。
两级压缩制冷机中间压力的确定
确定中间压力时要区分两种情况：一种是已经选配好高、低压级压缩机，需通过计算去确定中间压力；另一种 是从循环中计算出发来确定中间压力数值。
对于第一种情况，由于压缩机已经选定，则高压压缩机的理论输气量
和低压压缩机的理论输气
量
之比值 为定值，即
(1)
(2)
℃
在循环参数确定之后即可对循环进行热力计算，求出所需要的
和
值
。但在现有的压缩机系列产品中很可能选不到正好符合热力计算要求的压缩机，这
时可选配其容量与计算值相近的压缩机来代替，虽然中间压力会稍有变动，但对制
冷系数的大小影响甚微。
下面我们通过两个例题来说明热力计算的方法和步骤。
采用两级压缩的原因（2）
单级随压蒸缩发的温压度比降一低般，为蒸：发R7压17力, PP下k0 降≤ 8，; R相12应, R压22比, PP增k0 ≤大10， 压缩机输气量减少，导致制冷量大大减小。
压缩比升高，使压缩机排气温度升高，气缸壁温上 升
压缩比增大使实际压缩过程与理想等熵过程偏离程 度增大，压缩机效率下降
设计的。系统中增设了气－液热交换器，这样不但
可使高压液体的温度进一步降低，使单位制冷量增
大，而更为主要的是为了提高低压压缩机的吸气温
度，以改善压缩机的润滑条件，并避免气缸外表面
结霜等。系统中还采用了自动回油的油分离器装置、
热力膨胀阀型式的供液量调节以及为了使当压缩机
停止运行时能自动切断供液管路的电磁阀等。
图中除画出了完成工作循环所必需的基本设备外，还
包括一些辅助设备和控制阀门。高压压缩机排出的气
体进入冷凝器前先经过氨油分离器，将其中夹带的油
滴分离出来，以免进入冷凝器和蒸发器中而影响传热。
在油分离出口管路上装有一个单向阀，它的作用是当
机器一旦突然停车时防止高压蒸气倒流入压缩机中。
冷凝器冷凝下来的氨液流入贮液器，它的作用是用来
℃。
根据已知条件可以确定
根据热力计算所确定的理论输气量，对于低压压缩机可选用 178A （即 8AS17）型，它的理论输气量为 0.304 ，对于高压压缩机可选用 12.54A（即 4AV12.5）型，它的理论输气量为 0.079 。
关于计算中选取的输气系数及效率，详细计算办法可参阅《往复式 制冷压缩机》有关章节。
另一方面又可使节流后产生的部分蒸气不进入蒸发器，
使蒸发器的面积可得到更为合理的利用。一个气液分
离器可以与几个蒸发器相连，这样它还起着分配液体
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；
和汇集蒸气的作用。
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）
首先我们按制冷系数大的原则来确定中间温度及中间压力。该循环的制 冷系数可表达为：
假定中间压力
Байду номын сангаас
，对应的中间
温度 ＝-6.5℃，因此我们在－6.5℃上下取若干个数值，例如－2，－4，
－6，－8，－10℃进行计算，在计算中取中间冷却盘管的氨液出口处端
部温差
℃，现将计算结果列于下表：
现在我们根据所确定的循环工作参数进行热力计算： (1)单位制冷量
显然需要用试凑法（或作图法）来确定中间压力。具体步骤：1）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 ；2）绘制
曲线，并在图
上画一条 等于给定值的水平线，此线与曲线的交点即为所求中间温度（即中间压力）。用这种方法确定的中间
压力不一定是循环的最佳中间压力。选配压缩机时，高压压缩机和低压压缩机可以由同一台压缩机来承担，即
复叠式制冷循环的热力计算
复叠式制冷循环的热力计算可分别对高温部分及低温部分单独进行计 算。计算中令高温部分的制冷量等于低温部分的冷凝热负荷加上冷 损。计算方法与单级或两级压缩制冷循环的热力计算相同。