[科普中國]-兩級壓縮制冷循環(huán)

兩級壓縮制冷機是將壓縮過程分兩次來實現(xiàn)，即將自蒸發(fā)器來的壓力為P0的制冷劑蒸氣，先用低壓壓縮機(或壓縮機的低壓級)壓縮到中間壓力Pm，然后再用高壓壓縮機(或壓縮機的高壓級)壓縮到冷凝壓力。因此，它需要用兩臺壓縮機，或使用雙級壓縮機?，F(xiàn)在，對于活塞式及螺桿式壓縮機，多不專門針對兩級壓縮制冷循環(huán)的要求，設(shè)計和生產(chǎn)高壓壓縮機和低壓壓縮機，而是選用單級壓縮機組合成兩級壓縮制冷機；或者將8缸(或4缸)單級活塞式壓縮機，改型設(shè)計成單機雙級壓縮機，高壓級與低壓級氣缸數(shù)的比為1：3。1

兩級壓縮制冷機工作過程圖1（A-低壓壓縮機(4F10型，n=960 r/min) B-高壓壓縮機(2F10H型，n=600r/min) C1、C2-油分離器 D-冷凝器，E-干燥過濾器 F-中間冷卻器 G-蒸發(fā)器 H-氣液熱交換器(回?zé)崞? I1、I2-熱力膨脹閥 J1、J2-電磁閥）示出上海某冷氣機廠生產(chǎn)的SD2—4F10A型兩級壓縮制冷機的流程圖，它是由兩臺活塞式壓縮機、一臺冷凝器、一臺蒸發(fā)器和相應(yīng)的輔助設(shè)備及控制閥門組成。各個設(shè)備的名稱及管道連接方式已在圖中示明，下面僅說明制冷機的工作過程。1

蒸發(fā)器G中產(chǎn)生的制冷劑蒸氣(壓力為p0)，經(jīng)回?zé)崞鱄與高壓液體發(fā)生熱交換，溫度提高后，進入低壓壓縮機A，被壓到中間壓力pm。低壓壓縮機的排氣先進入油分離器C1，蒸氣中夾帶的潤滑油被分離出來并自動返回壓縮機A的曲軸箱中，而蒸氣出油分離器后，進入高壓壓縮機B，被繼續(xù)壓縮到冷凝壓力pt。制冷劑蒸氣從高壓壓縮機排出后，先流經(jīng)油分離器C2，將潤滑油分出(分離出的油自動流回壓縮機B的曲軸箱中)，然后進入冷凝器D中冷凝為液體。由冷凝器出來的高壓液體，先流經(jīng)干燥過濾器E，除去水分和機械雜質(zhì)，然后分為兩路；一路經(jīng)熱力膨脹閥I1供入中間冷卻器F，在其中蒸發(fā)制冷，用以冷卻另一路高壓液體，而蒸發(fā)的蒸氣同低壓壓縮機的排氣混合，一同進入高壓壓縮機被壓縮，另一路(主要的一路)高壓液體，依次流經(jīng)中間冷卻器F及回?zé)崞鱄，被進一步冷卻之后，經(jīng)熱力膨脹閥I2供入蒸發(fā)器G，在其中蒸發(fā)制冷，并對外提供冷量。這樣便完成了兩級壓縮制冷循環(huán)。該制冷機可以用R22或R12為制冷劑，蒸發(fā)溫度可低達-70℃。1

圖2（A-低壓壓縮機 B-高壓壓縮機 C-油分離器 D-單向閥 E-冷凝器 F-高壓貯液器G-過冷器 H-中間冷卻器 I-浮球調(diào)節(jié)閥 J-調(diào)節(jié)站 K-氣液分離器 L-冷卻排臂）示出食品冷庫常用的以氨為制冷劑的兩級壓縮制冷機的流程簡圖。圖中只畫出流程的主要部分，省去了放油、排除空氣、熔霜、排液等管道系統(tǒng)。它是由兩臺活塞式壓縮機、一臺冷凝器、多臺并聯(lián)的室內(nèi)冷卻排管(冷卻空氣的蒸發(fā)器)和輔助設(shè)備、控制閥門等組成。圖2所示流程同圖1所示流程相比，主要有如下的區(qū)別：①庫房一般較多，故采用多臺并聯(lián)的室內(nèi)冷卻排管，每層樓的庫房用一個氣液分離器并采用重力供液方式，而每個氣液分離器有一根自調(diào)節(jié)站來的供液管，②在冷凝器后設(shè)有一臺高壓貯液器，它具有足夠的容量，以適應(yīng)多個蒸發(fā)器的供液不均勻性，并可減少每年向系統(tǒng)中補充氨液的次數(shù)；③中間冷卻器不只用來冷卻高壓氨液，同時還用來冷卻低壓壓縮機排出的氨氣。1

上述兩種兩級壓縮制冷機工作過程的區(qū)別，主要是中間冷卻方式不同。在圖2所示汽程中，由高壓貯液器引出的氨液，在過冷器G中被冷卻之后分為兩路：主要的一路流經(jīng)中間冷卻器內(nèi)的盤管，被進一步冷卻后，經(jīng)調(diào)節(jié)站分別供液到各個冷卻排管(蒸發(fā)器)；另一路經(jīng)浮球調(diào)節(jié)閥節(jié)流到中間壓力，進入中間冷卻器中蒸發(fā)制冷，用來冷卻盤管內(nèi)的高壓氟液和低壓壓縮機的排氣。低壓壓縮機的排氣是直接通入中間冷卻器的氨液中，并被冷卻到中間壓力下的飽和溫度，匯同中間冷卻器中產(chǎn)生的氨氣，一起進入高壓壓縮機被繼續(xù)壓縮。其余部分的工作過程與圖1所示流程相同。1

兩級壓縮制冷循環(huán)的型式由圖1和圖2所示的兩級壓縮制冷機的流程，可以抽象出兩級壓縮制冷循環(huán)的原則性系統(tǒng)圖，如圖3(A-蒸發(fā)器 B-低壓壓縮機 C-中間冷卻器 D-高壓壓縮機 E-冷凝器 F-主節(jié)流閥 G-中間冷卻器的節(jié)流閥)所示。在原則性系統(tǒng)圖中，只畫出構(gòu)成循環(huán)必不可少的設(shè)備及其連接方式，而略去了其它設(shè)備和控制閥門等。這兩個循環(huán)的液體節(jié)流方式有一共同之點，就是供向蒸發(fā)口的制冷劑液體，在中間冷卻器中被冷卻之后，經(jīng)主節(jié)流閥F，由冷凝壓力一次節(jié)流到蒸發(fā)壓力，故稱為一級節(jié)流兩級壓縮循環(huán)。但兩個循環(huán)的低壓壓縮機排氣的冷卻方式是不相同的。圖3表示一級節(jié)流兩級壓縮制冷循環(huán)的原則性系統(tǒng)圖。其中a)中間不完全冷卻；b)中間完全冷卻。在圖3b所示的循環(huán)中，是令低壓壓縮機的排氣同中間冷卻器中的制冷劑液體直接接觸，并被冷卻到中間壓力下的飽和溫度，故稱中間完全冷卻。在圖3 a所示的循環(huán)中，是令低壓壓縮機的排氣，同中間冷卻器中產(chǎn)生的蒸氣在管道中混合，在這一混合過程中，低壓壓端機排氣的溫度有所降低，但不能達到中間壓力下的飽和溫度，故稱中間不完全冷卻。

兩級壓縮制冷循環(huán)型式差別兩級壓縮制冷循環(huán)可以有不同的型式，其差別主要體現(xiàn)在制冷劑液體的節(jié)流方式和低壓壓縮機排氣的冷卻方式兩個方面。液體節(jié)流方式有一級節(jié)流和兩級節(jié)流兩種。采用一級節(jié)流時，可利用其較大的壓力差，實現(xiàn)遠距離供液及向多層冷庫供液，而且供液量便于凋節(jié)，故應(yīng)用較廣；采用兩級節(jié)流時，循環(huán)的制冷系數(shù)較高，而且中間容器中產(chǎn)生的氣量較多(因進入第二節(jié)流閥的液體已達中間壓力下的飽和溫度)，故適宜用于離心式制冷機。低壓壓縮機排氣的冷卻方式，有中間不完全冷卻和中間完全冷卻兩種。采用哪一種方式是與制冷劑的種類有關(guān)。就兩級壓縮循環(huán)中的高壓壓縮機而言，當(dāng)采用中間完全冷卻時，吸入的是飽和蒸氣，相當(dāng)于單級壓縮制冷機的無回?zé)嵫h(huán)；當(dāng)采用中間不完全冷卻時，吸入的是過熱蒸氣，相當(dāng)于單級壓縮制冷機的回?zé)嵫h(huán)。由此可知，對于R12和R502，采用中間不完全冷卻循環(huán)比較有利，高壓部分的單位容積制冷量增大，循環(huán)的制冷系數(shù)提高；對于R717則宜于采用中間完全冷卻循環(huán)。對于R22，兩種中間冷卻方式均可采用，而一般多采用中間不完全冷卻。1

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

鄭國忠 - 副教授 - 華北電力大學(xué)