[科普中國(guó)]-兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)

兩級(jí)壓縮制冷機(jī)是將壓縮過(guò)程分兩次來(lái)實(shí)現(xiàn)，即將自蒸發(fā)器來(lái)的壓力為P0的制冷劑蒸氣，先用低壓壓縮機(jī)(或壓縮機(jī)的低壓級(jí))壓縮到中間壓力Pm，然后再用高壓壓縮機(jī)(或壓縮機(jī)的高壓級(jí))壓縮到冷凝壓力。因此，它需要用兩臺(tái)壓縮機(jī)，或使用雙級(jí)壓縮機(jī)?，F(xiàn)在，對(duì)于活塞式及螺桿式壓縮機(jī)，多不專門(mén)針對(duì)兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)的要求，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)高壓壓縮機(jī)和低壓壓縮機(jī)，而是選用單級(jí)壓縮機(jī)組合成兩級(jí)壓縮制冷機(jī)；或者將8缸(或4缸)單級(jí)活塞式壓縮機(jī)，改型設(shè)計(jì)成單機(jī)雙級(jí)壓縮機(jī)，高壓級(jí)與低壓級(jí)氣缸數(shù)的比為1：3。1

兩級(jí)壓縮制冷機(jī)工作過(guò)程圖1（A-低壓壓縮機(jī)(4F10型，n=960 r/min) B-高壓壓縮機(jī)(2F10H型，n=600r/min) C1、C2-油分離器 D-冷凝器，E-干燥過(guò)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(jī)廠生產(chǎn)的SD2—4F10A型兩級(jí)壓縮制冷機(jī)的流程圖，它是由兩臺(tái)活塞式壓縮機(jī)、一臺(tái)冷凝器、一臺(tái)蒸發(fā)器和相應(yīng)的輔助設(shè)備及控制閥門(mén)組成。各個(gè)設(shè)備的名稱及管道連接方式已在圖中示明，下面僅說(shuō)明制冷機(jī)的工作過(guò)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(jìn)入低壓壓縮機(jī)A，被壓到中間壓力pm。低壓壓縮機(jī)的排氣先進(jìn)入油分離器C1，蒸氣中夾帶的潤(rùn)滑油被分離出來(lái)并自動(dòng)返回壓縮機(jī)A的曲軸箱中，而蒸氣出油分離器后，進(jìn)入高壓壓縮機(jī)B，被繼續(xù)壓縮到冷凝壓力pt。制冷劑蒸氣從高壓壓縮機(jī)排出后，先流經(jīng)油分離器C2，將潤(rùn)滑油分出(分離出的油自動(dòng)流回壓縮機(jī)B的曲軸箱中)，然后進(jìn)入冷凝器D中冷凝為液體。由冷凝器出來(lái)的高壓液體，先流經(jīng)干燥過(guò)濾器E，除去水分和機(jī)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(jī)的排氣混合，一同進(jìn)入高壓壓縮機(jī)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(jìn)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(duì)外提供冷量。這樣便完成了兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)。該制冷機(jī)可以用R22或R12為制冷劑，蒸發(fā)溫度可低達(dá)-70℃。1

圖2（A-低壓壓縮機(jī) B-高壓壓縮機(jī) C-油分離器 D-單向閥 E-冷凝器 F-高壓貯液器G-過(guò)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(kù)常用的以氨為制冷劑的兩級(jí)壓縮制冷機(jī)的流程簡(jiǎn)圖。圖中只畫(huà)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(tái)活塞式壓縮機(jī)、一臺(tái)冷凝器、多臺(tái)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(mén)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(kù)房一般較多，故采用多臺(tái)并聯(lián)的室內(nèi)冷卻排管，每層樓的庫(kù)房用一個(gè)氣液分離器并采用重力供液方式，而每個(gè)氣液分離器有一根自調(diào)節(jié)站來(lái)的供液管，②在冷凝器后設(shè)有一臺(tái)高壓貯液器，它具有足夠的容量，以適應(yīng)多個(gè)蒸發(fā)器的供液不均勻性，并可減少每年向系統(tǒng)中補(bǔ)充氨液的次數(shù)；③中間冷卻器不只用來(lái)冷卻高壓氨液，同時(shí)還用來(lái)冷卻低壓壓縮機(jī)排出的氨氣。1

上述兩種兩級(jí)壓縮制冷機(jī)工作過(guò)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(guò)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(pán)管，被進(jìn)一步冷卻后，經(jīng)調(diào)節(jié)站分別供液到各個(gè)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(jìn)入中間冷卻器中蒸發(fā)制冷，用來(lái)冷卻盤(pán)管內(nèi)的高壓氟液和低壓壓縮機(jī)的排氣。低壓壓縮機(jī)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(jìn)入高壓壓縮機(jī)被繼續(xù)壓縮。其余部分的工作過(guò)程與圖1所示流程相同。1

兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)的型式由圖1和圖2所示的兩級(jí)壓縮制冷機(jī)的流程，可以抽象出兩級(jí)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(jī) C-中間冷卻器 D-高壓壓縮機(jī) 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(huà)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(mén)等。這兩個(gè)循環(huán)的液體節(jié)流方式有一共同之點(diǎn)，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(jí)節(jié)流兩級(jí)壓縮循環(huán)。但兩個(gè)循環(huán)的低壓壓縮機(jī)排氣的冷卻方式是不相同的。圖3表示一級(jí)節(jié)流兩級(jí)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(jī)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(jī)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(guò)程中，低壓壓端機(jī)排氣的溫度有所降低，但不能達(dá)到中間壓力下的飽和溫度，故稱中間不完全冷卻。

兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)型式差別兩級(jí)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(jī)排氣的冷卻方式兩個(gè)方面。液體節(jié)流方式有一級(jí)節(jié)流和兩級(jí)節(jié)流兩種。采用一級(jí)節(jié)流時(shí)，可利用其較大的壓力差，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離供液及向多層冷庫(kù)供液，而且供液量便于凋節(jié)，故應(yīng)用較廣；采用兩級(jí)節(jié)流時(shí)，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(jìn)入第二節(jié)流閥的液體已達(dá)中間壓力下的飽和溫度)，故適宜用于離心式制冷機(jī)。低壓壓縮機(jī)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(jí)壓縮循環(huán)中的高壓壓縮機(jī)而言，當(dāng)采用中間完全冷卻時(shí)，吸入的是飽和蒸氣，相當(dāng)于單級(jí)壓縮制冷機(jī)的無(wú)回?zé)嵫h(huán)；當(dāng)采用中間不完全冷卻時(shí)，吸入的是過(guò)熱蒸氣，相當(dāng)于單級(jí)壓縮制冷機(jī)的回?zé)嵫h(huán)。由此可知，對(duì)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(duì)于R717則宜于采用中間完全冷卻循環(huán)。對(duì)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(xiàn)者為:

鄭國(guó)忠 - 副教授 - 華北電力大學(xué)