双级压缩

双级压缩制冷装置中间压力的确定

作者：吴春江

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上传时间：2005-05-02

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简介：随着制冷技术的发展，对于蒸发温度低、用冷量大的系统采用单机双级压缩制冷装置已不是最佳方案，而采用单机配打双级压缩制冷装置得到越来越广泛的应用。本文主要介绍双级压缩制冷过程中间压力对制冷系数的影响，从而为设计单机配打双级压缩制冷装置时，合理的选择中间压力提供依据。

关键字：制冷工况蒸发压力冷凝压力

0、引言

随着我国国民经济和社会的发展，双级压缩制冷技术已在国防、科研、化工、医院、食品等行业中广泛应用，从而使国民经济和社会发展用于制冷技术方面的能耗逐年增长。一些单位或工厂企业使用双级压缩制冷技术面越来越广，而对于单机配打双级压缩制冷装置设计使用过程中的通常是简单选择中间温度，也因为目前国内、外对于双级压缩制冷中间温度没有系统的标准，实际运行过程中具有一定的随意性，从而导致双级压缩冷冻机经常不处于最大制冷系数的工况下工作，影响整套设备的制冷效果，不能满足节能要求。

我国的节约能源法中指出，节能是指加强用能的管理，采取技术可行、经济合理以及环境和社会可以承担的措施，减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费，更加有效、合理地利用能源。节能还包括再生能源和新能源的开发利用。节能对于我国现代化建设来说，具有更重大的意义。目前，全国各地电力十分紧张，但所需能量也在迅速增长。由此要求我们制冷专业人员在设计、施工到运行管理的各个环节中都应通力合作，才能实现节能的目的。

1、双级压缩制冷系统的基本类型及制冷经济技术指标

两级压缩制冷机是将压缩过程分为两次来实现，系统将来自蒸发器压力为Pe的低压制冷剂蒸气先用低压压缩机(或压缩机的低压级)压缩到中间压力Pm，然后再用高压压缩机(或压缩机的高压级)压缩到冷凝压力Pc。因此，它需要用两台压缩机(或使用双级压缩机)。现在，对于活塞式和螺杆式压缩机，大多是选用单级压缩机组合成两级压缩制冷机，而不专门针对两级压缩制冷的要求设计和生产高压及低压压缩机。

1.1 双级压缩制冷系统的基本类型

1.1.1 两级节流中间完全冷却：

1.1.1.1 高低压级流量比：；

1.1.1.2 理论制冷系数：。

1.1.2 两级节流中间不完全冷却：

T-S图： P-S图：

1.1.

2.1 高低压级流量比：；

1.1.

2.2 理论制冷系数：。

1.1.3 一级节流中间完全冷却：

1.1.3.1 高低压级流量比：；

1.1.3.2 理论制冷系数：。

1.1.4 一级节流中间不完全冷却：

T-S图： P-S图：

1.1.4.1 高低压级流量比：；

1.1.4.2 理论制冷系数：。

2、中间压力Pm（或中间温度Tm）对制冷系数的影响

两级压缩制冷系统设计过程中，首先要确定中间压力。正确而合理的选择中间压力，可使制冷循环具有较高的经济性。

在蒸发压力Pe和冷凝压力Pc已给定的情况下，两级压缩制冷循环的中间压力Pm（或中间温度Tm）对循环的经济性、压缩机的容量和功率都具有一定的影响，因此合理地确定中间压力Pm（中间温度Tm）是压缩机计算过程中的一个重要环节。反过来，在蒸发压力Pe和冷凝压力Pc已给定的情况下，必然对应有一个最佳的中间压力Pm（中间温度Tm），满足使压缩机制冷系统处于最大制冷系数条件下工作的中间压力Pm（中间温度Tm）。这一点对于无级能量调节的螺杆压缩机组，可以通过微调制冷压缩机的能量调节来调整中间压力Pm（中间温度Tm），使其稳定于最佳中间压力Pm（中间温度Tm）条件下工作。也就使制冷装置经常处于最大制冷系数的状态下工作。

2.1 对于冷凝温度保持恒定而蒸发温度发生变化时。这种变工况不但出现在一些蒸发温度可以调节的试验用低温制冷装置中，而且常出现在任何两级压缩制冷机的热态启动过程中。在这样的情况下，不但制机的制冷量、耗功和制冷系数要发生变化，中间压力和高、低压压缩机的压力比也要发生变化。

下图为一台活塞式两级压缩氨制冷机冷凝温度不变时的工作压力和压力比随蒸发温度的变化关系。

由图可知，两级压缩制冷机的工况变动时的一些特性：

①随着te的升高，压力pc和pm都有不断升高，但pm升高得快；

②随着te的升高，压力比σH和σL都不断下降，但σH下降快；

③随着te的升高，压力差（pc-pm）减小，（pm-pe）先逐渐增大而后逐渐减小。

上述分析和结论虽然是依据个别情况得出，但定性地说，它表达了双级压缩制冷机的共同特性。

2.2 由于季节性的影响蒸发温度不变而冷凝温度变化。这种情况用户用冷温度要求恒定，而冷凝温度通常随季节性的变化而发生变化。如某化工企业有一套单机配打中间完全冷却双级压缩氨制冷装置冬、夏运行工况分别为：

夏季运行工况为-45/+45；

冬季运行工况为-45/+35。

经计算，理论上分析冬季工况和夏季工况不同中间温度对制冷系数的变化关系列表如下：

由上表可知该套双级压缩制冷机的夏季运行工况最佳中间温度约为0℃，而冬季运行工况最佳中间温度约为-10℃。

3、两级压缩制冷循环中间压力的选择

在选择中间压力之前，先确定循环的型式和采用的制冷剂。通常在两级压缩中采用的制冷剂为R717，R22，R12，R502等。当确定了循环型式、制冷剂种类、蒸发温度、冷凝温度以及制冷量之后，再确定循环的中间压力并计算循环的各项性能指标。

中间压力的选择有以下三种情况

３.1 在设计任务中已经规定了中间温度

这种情况下中间压力已经确定，无其它选择余地。如在有中间压力蒸发器的两级压缩制冷系统中，如下图制冷循环装置：

A －低压级蒸发器

B －低压压缩机

C －中间冷却器

D －高压压缩机

E －冷凝器

F －中间压力蒸发器

G －节流阀 3.2 具有中间压力蒸发器的两级压缩制冷机

已知一个蒸发温度和一个冷凝温度，要求出最佳中间压力，并根据这一中间压力确定高压级和低压级压缩机的理论输气量。

这种情况对于生产厂家在设计制造单机配打两级压缩制冷机中具有现实的意义。此时循环的中间压力按制冷系数最大这一原则确定。由于循环的型式不同，制冷系数的表达式也不同，同时制冷系数都是以焓值表示的，而制冷剂的焓值与压力、温度之间又有相当复杂的关系，因此用试凑法或图解法求中间温度较为方便。具体步骤是先选取几个不同的中间温度ｔｍ1，ｔｍ2，ｔｍ3，…，算出相应的制冷系数ε1，ε2，ε2，…，（采用E ｘｃｅｌ电子表格可以方便计算）然后画在以ε和ｔｍ为坐标的图上。连接这些点，形成一条光滑曲线，找出对应于εｍａｘ的最佳中间温度ｔｍ，查制冷剂的热力性质表即可得最佳中间压力。此方法也可先选取几个不同的中间压力P m ，画出P m 与ε的曲线。对应于εｍａｘ的即为最佳中间压力P ｍ，查制冷剂的热力性质表即可得最佳中间温度。

在文献资料中，许多作者提出了确定最佳中间压力的经验公式和图线。按照这些经验公式和图线求得的中间压力与最佳中间压力很接近，在实用上是颇有价值的。在设计单机配打两级压缩制冷机时，可以作为选取中间温度（中间压力）的参考值，从而避免设计计算过程中的盲目性。下面列举几个经验公式和图线： （1）按修正比例中项确定中间压力

（ｂａｒ）