[科普中国]-两级压缩制冷循环

两级压缩制冷机是将压缩过程分两次来实现，即将自蒸发器来的压力为P0的制冷剂蒸气，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。因此，它需要用两台压缩机，或使用双级压缩机。现在，对于活塞式及螺杆式压缩机，多不专门针对两级压缩制冷循环的要求，设计和生产高压压缩机和低压压缩机，而是选用单级压缩机组合成两级压缩制冷机；或者将8缸(或4缸)单级活塞式压缩机，改型设计成单机双级压缩机，高压级与低压级气缸数的比为1：3。1

两级压缩制冷机工作过程图1（A-低压压缩机(4F10型，n=960 r/min) B-高压压缩机(2F10H型，n=600r/min) C1、C2-油分离器 D-冷凝器，E-干燥过滤器 F-中间冷却器 G-蒸发器 H-气液热交换器(回热器) I1、I2-热力膨胀阀 J1、J2-电磁阀）示出上海某冷气机厂生产的SD2—4F10A型两级压缩制冷机的流程图，它是由两台活塞式压缩机、一台冷凝器、一台蒸发器和相应的辅助设备及控制阀门组成。各个设备的名称及管道连接方式已在图中示明，下面仅说明制冷机的工作过程。1

蒸发器G中产生的制冷剂蒸气(压力为p0)，经回热器H与高压液体发生热交换，温度提高后，进入低压压缩机A，被压到中间压力pm。低压压缩机的排气先进入油分离器C1，蒸气中夹带的润滑油被分离出来并自动返回压缩机A的曲轴箱中，而蒸气出油分离器后，进入高压压缩机B，被继续压缩到冷凝压力pt。制冷剂蒸气从高压压缩机排出后，先流经油分离器C2，将润滑油分出(分离出的油自动流回压缩机B的曲轴箱中)，然后进入冷凝器D中冷凝为液体。由冷凝器出来的高压液体，先流经干燥过滤器E，除去水分和机械杂质，然后分为两路；一路经热力膨胀阀I1供入中间冷却器F，在其中蒸发制冷，用以冷却另一路高压液体，而蒸发的蒸气同低压压缩机的排气混合，一同进入高压压缩机被压缩，另一路(主要的一路)高压液体，依次流经中间冷却器F及回热器H，被进一步冷却之后，经热力膨胀阀I2供入蒸发器G，在其中蒸发制冷，并对外提供冷量。这样便完成了两级压缩制冷循环。该制冷机可以用R22或R12为制冷剂，蒸发温度可低达-70℃。1

图2（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-高压贮液器G-过冷器 H-中间冷却器 I-浮球调节阀 J-调节站 K-气液分离器 L-冷却排臂）示出食品冷库常用的以氨为制冷剂的两级压缩制冷机的流程简图。图中只画出流程的主要部分，省去了放油、排除空气、熔霜、排液等管道系统。它是由两台活塞式压缩机、一台冷凝器、多台并联的室内冷却排管(冷却空气的蒸发器)和辅助设备、控制阀门等组成。图2所示流程同图1所示流程相比，主要有如下的区别：①库房一般较多，故采用多台并联的室内冷却排管，每层楼的库房用一个气液分离器并采用重力供液方式，而每个气液分离器有一根自调节站来的供液管，②在冷凝器后设有一台高压贮液器，它具有足够的容量，以适应多个蒸发器的供液不均匀性，并可减少每年向系统中补充氨液的次数；③中间冷却器不只用来冷却高压氨液，同时还用来冷却低压压缩机排出的氨气。1

上述两种两级压缩制冷机工作过程的区别，主要是中间冷却方式不同。在图2所示汽程中，由高压贮液器引出的氨液，在过冷器G中被冷却之后分为两路：主要的一路流经中间冷却器内的盘管，被进一步冷却后，经调节站分别供液到各个冷却排管(蒸发器)；另一路经浮球调节阀节流到中间压力，进入中间冷却器中蒸发制冷，用来冷却盘管内的高压氟液和低压压缩机的排气。低压压缩机的排气是直接通入中间冷却器的氨液中，并被冷却到中间压力下的饱和温度，汇同中间冷却器中产生的氨气，一起进入高压压缩机被继续压缩。其余部分的工作过程与图1所示流程相同。1

两级压缩制冷循环的型式由图1和图2所示的两级压缩制冷机的流程，可以抽象出两级压缩制冷循环的原则性系统图，如图3(A-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-主节流阀 G-中间冷却器的节流阀)所示。在原则性系统图中，只画出构成循环必不可少的设备及其连接方式，而略去了其它设备和控制阀门等。这两个循环的液体节流方式有一共同之点，就是供向蒸发口的制冷剂液体，在中间冷却器中被冷却之后，经主节流阀F，由冷凝压力一次节流到蒸发压力，故称为一级节流两级压缩循环。但两个循环的低压压缩机排气的冷却方式是不相同的。图3表示一级节流两级压缩制冷循环的原则性系统图。其中a)中间不完全冷却；b)中间完全冷却。在图3b所示的循环中，是令低压压缩机的排气同中间冷却器中的制冷剂液体直接接触，并被冷却到中间压力下的饱和温度，故称中间完全冷却。在图3 a所示的循环中，是令低压压缩机的排气，同中间冷却器中产生的蒸气在管道中混合，在这一混合过程中，低压压端机排气的温度有所降低，但不能达到中间压力下的饱和温度，故称中间不完全冷却。

两级压缩制冷循环型式差别两级压缩制冷循环可以有不同的型式，其差别主要体现在制冷剂液体的节流方式和低压压缩机排气的冷却方式两个方面。液体节流方式有一级节流和两级节流两种。采用一级节流时，可利用其较大的压力差，实现远距离供液及向多层冷库供液，而且供液量便于凋节，故应用较广；采用两级节流时，循环的制冷系数较高，而且中间容器中产生的气量较多(因进入第二节流阀的液体已达中间压力下的饱和温度)，故适宜用于离心式制冷机。低压压缩机排气的冷却方式，有中间不完全冷却和中间完全冷却两种。采用哪一种方式是与制冷剂的种类有关。就两级压缩循环中的高压压缩机而言，当采用中间完全冷却时，吸入的是饱和蒸气，相当于单级压缩制冷机的无回热循环；当采用中间不完全冷却时，吸入的是过热蒸气，相当于单级压缩制冷机的回热循环。由此可知，对于R12和R502，采用中间不完全冷却循环比较有利，高压部分的单位容积制冷量增大，循环的制冷系数提高；对于R717则宜于采用中间完全冷却循环。对于R22，两种中间冷却方式均可采用，而一般多采用中间不完全冷却。1

本词条内容贡献者为:

郑国忠 - 副教授 - 华北电力大学