制冷与低温原理 第2版 教学课件 作者 陈光明 陈国邦 主编 第三章 第二、三节 两级蒸气压缩制冷循环.doc

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1、第二节两级蒸气压缩制冷循环一、概述单级蒸气压缩制冷机运行时制冷剂的冷凝压力是由环境介质（如空气或水）温度所决定。在一定的冷凝温度下，随着蒸发温度的降低，冷凝压力和蒸发压力之差（pk-p0）增大,因而使压缩比pk/p0变大。常规制冷系统里所使用的制冷压缩机，都是制造厂定型生产的。因此，使用这些压缩机的制冷系统，必须满足压缩机所规定的设计和使用条件。我国活塞式制冷压缩机标准GB10875—89中规定了不同制冷机使用温度在高温、中温和低温的不同温度范围。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。

2、其主要原因是受单级压缩机的极限使用条件的限制。例如，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。（2）压缩机排气温度过高，使润滑油的粘度急剧下降，影响压缩机的润滑。当排气温度与润滑油的闪点接近时，会使润滑油碳化，以致在阀片上产生结碳现象。（3）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℃～-70℃），同时又能使压缩机的工作压力控制在

3、一个合适的范围内，就要采用多级压缩循环。从理论上讲，只要制冷剂的凝固温度足够低，随着级数的增加，能达到的蒸发温度就更低。但是，当蒸发温度很低时，蒸发压力也相应很低，蒸发压力过低时，一方面使空气渗漏入制冷系统内的可能性增加，不利于制冷机的正常工作；另一方面由于输气系数降低及蒸气比容积增大，使压缩机气缸尺寸增大，运行经济性降低。因此，多级压缩制冷机的蒸发温度也不可能很低。例如，对于R-134a及R-22等当t0=-80℃时蒸发压力已在10kPa以下，而氨在t0＝-77.7℃时已经凝固。在实际应用中，三级压缩制冷循环的蒸发温度与

4、两级压缩循环相差不大。所以，现代制冷机中，三级压缩循环应用很少，目前多应用于制造干冰的高压系统。为了获得更低的温度，采用单一制冷剂的多级压缩循环将受到蒸发压力过低的限制，如果采用低温制冷剂，例如，采用乙烷作为低温制冷剂，虽然在比较低的蒸发温度下，如t0=-100℃时,其蒸发压力（p0=542kPa）也不会过低，但其冷凝压力也大大提高，在tk=30℃时,其冷凝压力pk=4860kPa,已经接近临界状态。在接近临界状态时循环的节流损失大大增加。因此，制取比两级压缩制冷循环更低的温度时，往往选用复叠式或混合制冷剂自行复叠制冷循环

5、。两级压缩制冷机可用两台压缩机串联起来，制冷剂在系统中要进行两次压缩。一台压缩机称为低压级，另一台称高压级，每台压缩机的压缩比控制在一定范围以内。系统的总压力比是两台压缩机压力比的乘积。不同型式压缩机，其极限使用条件有所差异。螺杆式制冷机因采用喷油冷却，单级排气温度一般不超过100℃，因此，合理使用的最大压差和最大压比都比活塞式制冷压缩机大一些。故单级能达到的最低蒸发温度也比活塞式制冷机低。离心式制冷机每一级能达到的压力比要比活塞式小。因此，除了在冷凝温度不太高的空调系统中采用卤代烃单级制冷循环外，其他场合都需采用多级或复

6、叠式制冷循环。115一、两级压缩制冷循环（一）流程的组织形式两级压缩制冷机可以按照节流级数分为一级节流和二级节流两种。一级节流是由冷凝压力pk直接节流到蒸发压力p0；而二级节流是指制冷剂液体先由冷凝压力pk节流到中间压力pm，再由中间压力节流到蒸发压力p0。同时又可根据液体和蒸气中间冷却方式的不同分为中间完全冷却和中间不完全冷却以及无中间冷却循环。所谓中间完全冷却是指将低压级的排气冷却成中压下的干饱和蒸汽，如果只降低了温度而并未达到饱和状态时则称为中间不完全冷却；而无中间冷却的两级压缩循环实际上与一个单级压缩循环没有多大的

7、区别，只不过是压缩过程分高低压两级来完成，这一循环常用于为了尽量简化设备的冷藏运输制冷装置中。1.一级节流两级压缩制冷循环（1）一级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环其流程图和p-h图如图3-20所示。原图3-19原来图3-19～图3-20与图3-21～图3-23风格不同，统一图3-20一级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环a）流程图b）p-h图在这个流程中，自冷凝器出来并经过中间冷却器过冷的高压液体，通过一个节流阀B直接节流到蒸发压力。由低压压缩机排出的气体，在中间冷却器里被冷却到中间压力下的饱和状态。两级循环和单级

8、循环的不同之处在于流经高压级压缩机的制冷剂流量qmg和流经低压级压缩机的制冷剂流量qmd不同。由图3-20可以看出，由高压压缩机排出并经冷凝器和过冷器流出的制冷剂液体分为两部分：一部分经节流阀A进入中间冷却器，与低压压缩机排出的气体进行热、质交换而成为中间压力下的饱和气体，再去高压压缩机；另一部分流经中