第一章蒸汽压缩式制冷课件电子教案

制冷原理与技术第一章蒸汽压缩式制冷学习要点1.掌握单级蒸气压缩式制冷系统的基本组成及其工作流程；2.掌握制冷剂的压焓图；3.理论循环在压焓图和温熵图上的表示；4.掌握单级蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算方法；5.掌握单级蒸气压缩式制冷的实际循环与理论循环的差别；6.掌握有关因素对单级蒸气压缩式实际制冷循环的影响；7.掌握单级蒸气压缩式制冷机的性能、工作条件对性能的影响；8.掌握制冷机工况的概念及国标工况的含义；1.1单级蒸气压缩式制冷理论循环1.2单级蒸气压缩式制冷实际循环1.3两级蒸气压缩式制冷循环1.1单级蒸气压缩式制冷理论循环基本组成与工作原理1理论循环过程2工况对制冷循环的影响44理论循环的热力计算3窗式空调结构示意图图1.2分体式空调器循环示意图分体式空调结构示意图1.制冷机四大部件压缩制冷剂蒸气，提高压力和温度。放热，使高压高温制冷剂蒸气冷却、冷凝成高压常温的制冷剂液体。得到低温低压制冷剂。制冷剂液体吸热、蒸发、制冷基本组成与工作原理11）压缩机①提高制冷剂的压力②形成输送制冷剂的动力2）冷凝器

制冷剂高压蒸气与环境温度介质充分热交换“四大部件”作用基本组成与工作原理13）节流阀（膨胀阀）

①使高压常温制冷剂节流膨胀降压；②调节进入蒸发器的制冷剂流量，4）蒸发器提供低压制冷剂与冷却空间充分热交换的场所，使制冷剂不断吸热汽化。基本组成与工作原理12.制冷剂的变化过程1）制冷剂在制冷压缩机中变化

制冷剂蒸气被压缩成过热蒸气：蒸发压力p0冷凝压力pk温度进一步升高基本组成与工作原理12）制冷剂在冷凝器中的变化（两个阶段）过热蒸气饱和蒸气压力不变温度下降饱和蒸气饱和液体压力不变温度不变基本组成与工作原理1闪发蒸气：在节流阀中由于压力下降而提前蒸发的制冷剂蒸气。饱和液体湿蒸气tkt0pkp03）制冷剂在节流元件中的变化基本组成与工作原理14）制冷剂在蒸发器中的变化饱和液体饱和蒸气压力不变温度不变基本组成与工作原理1在冷凝器和蒸发器中，制冷剂按等压过程循环，且有传热温差；制冷剂用膨胀阀节流，而非膨胀机；压缩机吸入饱和蒸气，而不是湿蒸气。3.理论制冷循环与逆卡诺循环的区别:基本组成与工作原理1一点：临界点C三区：液相区、两相区、气相区。五态：过冷液状态、饱和液状态、湿蒸气状态、饱和蒸气状态、过热蒸气状态。八线：等压线p（水平线）等焓线h（垂直线）饱和液线x=0，饱和蒸气线x=1，无数条等干度线x等熵线s(向右上方倾斜)等比体积线v等温线t竖直线（未）→水平线（湿）→向右下方弯曲（过）液相区两相区气相区1.压焓图理论循环过程2压缩过程为等熵过程；离开蒸发器与冷凝器的为饱和蒸气与饱和液体；除压缩机与节流阀以外流动没有流动阻力损失；节流过程与外界没有热量交换。2.理论循环的假设条件等熵饱和等压等焓理论循环过程21）制冷剂压缩过程2）制冷剂冷凝过程

3）制冷剂膨胀过程

4）制冷剂蒸发过程

3.理论循环过程在压焓图上的表示理论循环过程2点1：为制冷剂蒸汽进入压缩机的状态：t1＝t0p1＝p0可根据p0的等压线和干饱和蒸汽线的交点得出点1。X=0X=134122‘hΡoqoΡkwlgP理论循环过程2点2：为制冷剂出压缩机的状态，也是进冷凝器的状态：

p2＝pk可由pk的等压线与过1点的等熵线的交点得到点2理论循环过程2X=0X=134122‘hΡoqoΡkwlgP点2’：为制冷剂饱和气体状态：t3＝tk

p3＝pk根据pk的等压线和干饱和蒸汽线交点即为点3。点4：为制冷剂出冷凝器的状态：t4＝tkp4＝pk根据pk的等压线和饱和液体线交点即为点4。理论循环过程2X=0X=134122‘hΡoqoΡkwlgP点4：为制冷剂出节流阀(膨胀阀)的状态，

t5＝t0p5＝p0由点3作竖直直线（即等焓线）与p0的等压线相交即得点4。理论循环过程2X=0X=134122‘hΡoqoΡkwlgP1.热力计算的目的：①确定各状态点的参数值；②确定各主要设备的热、功转换数值；③确定系统经济性的数量关系;④为系统各设备的结构设计提供基本数据。理论循环的热力计算32.稳定流动的能量方程

根据热力学第一定律，如果忽略位能和动能的变化，加给系统的热量与外界功等于系统焓的变化，则稳定流动的能量方程可表示为

Q+P=M(h2-h1)kW

理论循环的热力计算3当热量和功朝向系统时，Q和P取正值。该方程可单独适用于制冷系统中的每一个设备。3.理论循环的性能指标及其计算1）单位质量制冷量

制冷压缩机每输送1kg制冷剂经循环从被冷却介质中制取的冷量称为单位质量制冷量，用q0表示。

理论循环的热力计算32）单位容积制冷量

制冷压缩机每吸入1m3制冷剂蒸气（按吸气状态计）经循环从被冷却介质中制取的冷量，称为单位容积制冷量，用qv表示。理论循环的热力计算33）理论比功

制冷压缩机按等熵压缩时每压缩输送1kg制冷剂蒸气所消耗的功，称为理论比功，用w0表示。压缩机功率：理论循环的热力计算34）单位冷凝热负荷制冷压缩机每输送1kg制冷剂在冷凝器中放出的热量，称为单位冷凝热负荷，用qk表示。总冷负荷：对于单级蒸气压缩式制冷理论循环，存在着下列关系：理论循环的热力计算35）制冷系数

单位质量制冷量与理论比功之比，即理论循环的收益和代价之比，称为理论循环制冷系数，用

0表示，

6）热力完善度理论循环的热力计算3例1假定循环为单级蒸气压缩式制冷的理论循环，蒸发温度t0=-10℃，冷凝温度tk=35℃，工质为R22，循环的制冷量Q0=55kW，试对该循环进行热力计算。解

点1：t1=t0=

10℃

p1=p0=0.3543MPa

h1=401.555kJ/kg

v1=0.0653m3/kg点3：t3=tk=35℃

p3=pk=1.3548MPa

h3=243.114kJ/kg，由图可知，h2=435.2kJ/kg，t2=57℃

理论循环的热力计算31）单位质量制冷量2）单位容积制冷量3）制冷剂质量流量4）理论比功5）压缩机消耗的理论功率

理论循环的热力计算36）冷凝器单位热负荷

7）冷凝器热负荷

8）制冷系数9）热力完善度理论循环的热力计算3例2某空气调节系统需冷量20kW，采用蒸气压缩式制冷，蒸发温度t0=4℃，冷凝温度tk=40℃，试进行制冷理论循环的热力计算。工质压缩机出口温度℃单位制冷量kJ/kg制冷剂流量kg/s体积流量m3/s压缩机耗功率kW制冷系数热力完善度R2256.3156.850.12750.0053033.1246.4020.832R134a44.1144.510.13840.0083583.1676.320.82氨气86.71075.760.01860.004683.006.660.8642.氨气的单位质量制冷量最大，流量最小3.氨气压缩机耗功最小，制冷系数和热力完善度最大1.氨气的压缩机出口温度最高理论循环的热力计算3(1)其他条件不变，冷凝温度tk变化(升高)的影响hp冷凝温度tk时：1-2-3-4-1冷凝温度升高为t´k时：1-2´-3´-4´

-11234tkt0t´k3´2´4´工况对制冷循环的影响44hp1234tkt04t´k3´2´4´q´0q0不变单位制冷量q0输气系数

吸气比容v1

qv=q0/v1

Q0=

Vh

qv工况对制冷循环的影响44hp1234tkt0t´k3´2´4´w0w´0不变单位压缩功w0

吸气比容v1

P=

Vh

w0/v1制冷系数工况对制冷循环的影响44(2)其他条件不变，蒸发温度t0变化(降低)的影响hlgp蒸发温度t0时：1-2-3-4-1蒸发温度降低为t´0时：1´-2´-2-3-4-1´1234tkt02´4´t´01´工况对制冷循环的影响44Q0=

Vh

q0/v1lgph1234tkt02´4´t´01´q´0q0单位制冷量q0

输气系数

吸气比容vh工况对制冷循环的影响44ph1234tkt0w0´w0单位耗功w0

4´制冷系数2´1´工况对制冷循环的影响44过冷、过热及回热循环1热交换及压力损失的影响2实际循环的热力计算31.2单级蒸气压缩式制冷实际循环1.制冷压缩机的压缩过程不是等熵过程，而是多变过程；2.实际制冷循环中压缩机吸入的制冷剂为过热蒸气，节流前往往是过冷液体，即存在气体过热、液体过冷现象；3.制冷剂在设备及管道内流动时，存在着流动阻力损失，且与外界有热量交换；4.实际节流过程不完全是等焓过程，节流后的焓值增加；5.制冷系统中存在着不凝性气体。实际循环与理论循环的区别过冷、过热及回热循环11.过冷循环液体过冷：液体制冷剂的温度低于其压力所对应的饱和液体温度。过冷度(Δtrc)：液体实际温度和其压力所对应饱和液体温度之差。1）定义例如p=1atm时，水的饱和温度为100℃，而通常自来水温度为20℃，即为过冷液体，过冷度Δtrc=ts-trc=80℃，过冷温度trc=20℃。过冷、过热及回热循环1理论循环：1-2-3-4-1过冷循环：1-2-3'-4'-1理论循环过冷循环q0=h1-h4q0

=h1-h4

=（h1-h4）+（h4-h4

）=q0+

q0w0=h2-h1w0

=h2-h1

2）分析过冷、过热及回热循环13）实现方法冷凝器后装过冷器；设计选型时，适当增大冷凝器面积F×1.15(较多使用)；制冷系统中设置回热器，采用回热循环。过冷、过热及回热循环1结论过冷循环使单位制冷量增加，消耗比功相同，制冷系数增加。液体过冷会增大初投资及运行费用，对大型的制冷装置才采用液体过冷，当蒸发温度低于-5℃时，应用液体过冷才是有利的。故一般空调用制冷装置都不采用液体过冷。对于大型的且蒸发温度很低的制冷装置，在条件许可时才尽可能采用液体过冷。过冷、过热及回热循环12.过热循环蒸气过热：制冷剂蒸气温度高于其压力下饱和温度。过热度：蒸气实际温度和同压力下饱和温度之差1）定义有效过热：过热吸收热量来自被冷却介质，产生有用的制冷效果。

主要发生在蒸发器本身或安装在被冷却空间吸气管道有害过热：过热吸收热量来自被冷却介质以外，无制冷效果。过冷、过热及回热循环1蒸发器面积大于设计所需的蒸发面积，有效过热。制冷剂蒸气在压缩机的吸气管路中吸收外界环境的热量而过热，属有害过热。吸收电动机绕组和运转时所产生的热量而过热，属有害过热，但是必须的。制冷剂蒸气在回热器中吸收制冷剂液体的热量而过热，属有害过热，有过冷过程伴随。2）蒸气过热原因过冷、过热及回热循环1理论循环1-2-3-4-1过热循环1

-2

-3-4-1

有效过热有害过热q0=h1-h4q0

=h1

-h4=（h1-h4）+（h1

-h1）=q0+

q0

q0

=h1-h4=q0

w0=h2-h1

w0

=h2

-h1

=w0+

w0

w0

=h2

-h1

=w0+

w0

理论循环：1-2-3-4-1过热循环：1'-2'-3-4-1过冷、过热及回热循环1单位压缩功增加单位制冷量不变制冷系数下降单位冷凝负荷增大进入压缩机制冷剂比容增大

单位质量制冷剂将需要更大的压缩机容积，或对给定的压缩机而言，总制冷量下降。压缩机排气温度升高有害过热过冷、吸过热及回热循环1w0

=h2

-h1

=w0+

w0

q0

=h1-h4=q0

有害过热1'-2'-3-4-1

w0=h2-h1

q0=h1-h4

理论循环1-2-3-4-1

有效过热单位压缩功增加单位制冷量增加循环是否有益与制冷剂性质有单位冷凝负荷增大进入压缩机制冷剂比容增大压缩机的排气温度升高过冷、过热及回热循环1w0

=h2

-h1

=w0+

w0

q0

=h1

-h4=(h1-h4)+(h1

-h1)=q0+

q0

有效过热1'-2'-3-4-1w0=h2-h1

q0=h1-h4理论循环1-2-3-4-1

有效过热对循环是否有益与制冷剂有关。蒸发温度为0℃冷凝温度为40℃过冷、过热及回热循环1过热度R502R600aR290R134aR22NH3045.337.444.444.155.993.03073.965.772.172.986.3131.5过热度对排气温度的影响过冷、过热及回热循环1结论蒸气过热对循环不利，但制冷机实际运行中，希望有压缩机吸气能有适当的过热度，否则未气化的制冷剂液体会进入压缩机气缸，给运行带来危害，并使压缩机制冷量下降。氨过热度5～8℃，氟利昂一般取可采取较大的过热度。过冷、过热及回热循环13.回热循环1）定义使冷凝器冷凝后的制冷剂液体先通过回热器再去节流阀；蒸发器吸热气化的制冷剂蒸气先通过回热器再去压缩机。从而使节流阀前常温下的制冷剂液体与压缩机吸入口前低温的制冷剂蒸气进行热交换，达到节流前制冷剂液体过冷、压缩机吸气过热的目的。过冷、过热及回热循环11’-2’（压缩机）：等熵压缩2’-3（冷凝器）：等压放热冷凝3-3’（回热器）：等压放热过冷3’-4’（节流阀）：等焓节流4’-1（蒸发器）：等压吸热制冷1-1’（回热器）：等压吸热过热2）循环过程分析过冷、过热及回热循环1w0

=h2

-h1

=w0+

w0

w0=h2-h1

q0

=h1-h4

=q0+

q0=h1

-h4

q0=h1-h4

回热循环1

-2

-3

-4

-1

理论循环1-2-3-4-1过冷、过热及回热循环1利于压缩机运行，防止液击；提高压缩机吸气温度，减轻或避免有害过热;改善低温下压缩机的润滑条件;回热循环特别适用于增加吸气过热度能提高其循环制冷系数、以及绝热指数较小，绝热压缩后排气温度较低的制冷剂，如R12（K=1.136）、R502。对氨（K=1.310）、因为提高过热度后会降低其制冷系数，所以不采用回热循环。3）优点过冷、过热及回热循环1（1）热交换的影响

t

qv、w0、ε0、Q0措施：隔热、保温1.吸气管道

：从蒸发器出口到压缩机吸气入口之间的管道。空气气态制冷剂热量P吸

qv、p排/p吸、ε0

Q0

（2）流动阻力的影响措施：降低流速、减少弯头和阀件等吸入管道对循环性能的影响最大热交换及压力损失的影响2

p排

p排/p吸、ε0、w0

Q02.排气管道：压缩机出口到冷凝器入口之间的管道高温制冷剂蒸气空气热量不会引起性能的改变，仅仅是减少了冷凝器中的热负荷。（1）热交换的影响（2）流动阻力的影响热交换及压力损失的影响23.液体管道：冷凝器到膨胀阀之间的管道水冷冷凝器空气液态制冷剂热量液态制冷剂空气热量风冷冷凝器可能导致部分液体气化液体制冷剂进一步过冷q0、ε0q0、ε0（1）热交换的影响：分两种情形（2）流动阻力的影响：引起的压力降低到当时温度的饱和压力之下，会导致液体气化，q0、ε0

一般引起压力降低的主要导因是高度差。热交换及压力损失的影响24.两相管道：膨胀阀到蒸发器之间的管道（1）热交换的影响：通常膨胀阀是紧靠蒸发器安装的。若膨胀阀安装在室外,热量的传递将使制冷量减少，因而此段管道必须保温。倘若将它安装在被冷却空间内，传给管道的热量将产生有效制冷量，对性能无影响；（2）流动阻力的影响：如果系统中采用液体分配器，那么，每一路的阻力应相等，否则将会出现分液不均匀的现象，影响制冷效果。由膨胀阀到蒸发器之间的管道中产生压降对性能无影响。热交换及压力损失的影响25.蒸发器q0、ε0、w0、Q0均不发生变化。（1）假定制冷剂出蒸发器的状态保持不变：蒸发器的换热温差减小4’baP3214'hh4h1热交换及压力损失的影响22）假定制冷剂进蒸发器的状态保持不变：导致蒸发器出口制冷剂压力降低，v1（pk/p0）、qv、Q0、ε0。热交换及压力损失的影响2假定出冷凝器的压力不变,为克服冷凝器中制冷剂的流动阻力,必须提高进冷凝器时制冷剂的压力,这必然导致压缩机的排气压力升高,压力比增大,压缩机耗功增加,制冷系数下降。6.冷凝器热交换及压力损失的影响21）热交换的影响当制冷剂气体的温度低于气缸壁温度时，dS>0；当制冷剂气体的温度等于气缸壁温度时，dS=0；当制冷剂气体的温度高于气缸壁温度时，dS<0。

7.压缩机热交换及压力损失的影响2偏离等熵压缩3）压缩机输气量的影响输气系数λ表示，其定义为：

λ=VS/Vh

对于活塞式压缩机Vh=πD2SnZ/4

2）吸、排气阀流动阻力及通道处有热量交换的影响VS=λVh

Q0=λVhqv热交换及压力损失的影响2（p排/p吸）w0Vs4）压缩机的指示效率ηi理论比功与实际压缩过程中所消耗的指示比功之比称为指示效率，即式中wi——实际压缩过程中所消耗的指示比功，kJ/kg热交换及压力损失的影响25）压缩机的机械效率ηm和轴效率ηk

为了克服机械摩擦和带动辅助设备(如油泵等),压缩机实际消耗的比功ws又较指示比功大,两者的比值称为压缩机的机械效率ηm，即

ηm=wi/ws

所以，压缩机实际消耗的比功ws=wi/ηm

=w0/ηiηm=w0/ηk

ηk——压缩机的轴效率，理论比功与实际比功之比，即

ηk=w0/ws=ηiηm热交换及压力损失的影响2（6）实际循环的制冷系数εs

εs=q0/wS

=ε0ηk

实际循环的制冷系数也可以叫做单位轴功率制冷量Ke。（7）封闭式压缩机的能效比EEREER=q0/weL=ε0ηeL式中weL——电动机的输入电比功，weL=ws/ηm0

ηm0——电动机效率

ηeL——电效率热交换及压力损失的影响21)不凝性气体产生的原因和部位系统中的不凝性气体(如空气等)往往积存在冷凝器上部,因为它不能通过冷凝器(或贮液器)的液封。2)不凝性气体的危害不凝性气体的/存在将使冷凝器内的压力增加,从而导致压缩机的：pk

、pk/p0

w0、VS

ε0、Q0热交换及压力损失的影响28.不凝性气体的危害3)不凝性气体的排除方法从冷凝器的最高点或压缩机的排出口多用通道放出，但应注意防止制冷剂随之放出。4

-1表示制冷剂在蒸发器汽化和压降过程；1-1表示制冷剂蒸气的过热（有益或有害）和压降过程；1-2s表示制冷剂蒸气在制冷压缩机内实际的非等熵压缩过程；2s-2s表示压缩后的制冷剂蒸气经过排气阀的压降过程；2s-3表示制冷剂蒸气经排气管进入冷凝器的冷却、冷凝和压降过程；3-3表示制冷剂液体的过冷和压降过程；3-4

表示制冷剂液体的非绝热节流过程

9.实际循环的P—h图热交换及压力损失的影响2112(2)3456,,ppk0Lgph简化实际循环可表示为图中的1-1

-2

-3-4-5-6-1

1-1

表示蒸气的过热过程

1

-2

表示实际增熵压缩过程

2

-3-4表示制冷剂在冷凝压力pk下的等压冷却、冷凝过程4-5表示制冷剂在冷凝压力下的过冷过程5-6表示制冷剂在等焓下的节流过程6-1表示制冷剂在蒸发压力p0下的等压汽化过程热交换及压力损失的影响2确定工作参数蒸发温度t0

：空气：t0＝t空气2-(8～10℃)

水或盐水：t0＝t水2-（4～6℃）冷凝温度tk：空气：tk＝t空气1+15℃

水：tk＝t平均水温+（5～7℃）蒸发式冷凝器：

tk＝夏季室外计算湿球温度+（8～15℃）实际循环的热力计算3过冷温度trc：trc=tk-（3～5℃）压缩机吸气温度tgr：氨：tgr＝t0+（5～8℃）

氟利昂（回热循环）：tgr=t1’+15℃实际循环的热力计算31.单位质量制冷量2.指示比功wi和指示效率

i

按等熵压缩时每压缩输送1kg制冷剂蒸气所消耗的功，称为理论比功w0=h2-h1

指示比功:压缩输送1kg制冷剂蒸气实际消耗的功wi=h2

-h1

112(2)3456,,ppk0Lgph实际循环的热力计算33.单位冷凝热负荷qkqk=h2

-h4

4.制冷剂质量流量M

5.压缩机的理论功率P0和指示功率PiP0=M*w0

6.冷凝器的热负荷QkQk=M*qk

112(2)3456,,ppk0Lgph指示效率

i:理论比功w0与指示比功wi之比实际循环的热力计算3Pi=M*wi

7.实际制冷系数

8.热力完善度

112(2)3456,,ppk0Lgph实际循环的热力计算3实际循环的热力计算3t3实际循环的热力计算3实际循环的热力计算3实际循环的热力计算3VsVh实际循环的热力计算3逆卡诺循环的制冷系数εc=T0/（Tk-T0）=（273+5）/[（273+40）-（273+5）]=7.94指示热力学完善度ηci=εi/εc=5.45/7.94=0.686

实际循环的热力计算31.蒸气压缩制冷循环系统主要由哪些部件组成，各有何作用？2.画出单级蒸气压缩式制冷理论循环的p-h图和T-S图，说明各点的确定方法。3.制冷剂在蒸气压缩制冷循环中，热力状态是如何变化的？4.制冷剂通过节流元件时压力降低，温度也大幅下降，可以认为节流过程近似为绝热过程，那么制冷剂降温时的热量传给了谁？5.单级蒸气压缩式制冷理论循环有哪些假设条件？6.某一单级蒸气压缩式制冷理论循环用于食品冷藏，制冷量Q0＝116kW，环境温度th=30℃，被冷却对象温度tc=-10，如果分别用R134a、R717作制冷剂，试进行制冷循环的热力计算。（Δtk＝5℃，Δt0＝10℃）思考题7.试画出单级蒸气压缩式制冷实际循环的lgp-h图，并说明图中各过程线的含义。8.已知R22的压力为0.1MPa，温度为10℃。求该状态下R22的比焓、比熵和比体积。9.有一个单级蒸气压缩式制冷系统，高温热源温度为30℃，低温热源温度为-15℃，分别采用R22和R717为制冷剂，试求其工作时理论循环的性能指标。10.一台单级蒸气压缩式制冷机，工作在高温热源温度为40℃，低温热源温度为-20℃下，试求分别用R134a和R22工作时，理论循环的性能指标。思考题1.3两级蒸气压缩式制冷循环采用多级制冷循环的原因1两级压缩式制冷循环机理2复叠式制冷循环31.冷凝压力←

tk←环境温度、冷却介质温度蒸发压力←t0←用户要求（制冷系统的用途）2.蒸发温度↘→蒸发压力↘→压缩比π=pk/p0↗

1）节流损失增加，制冷系数下降。2）压缩机的排气温度上升。3）输气系数（容积效率）下降。

3.采用两级压缩制冷循环的目的1)减少往复式压缩机余隙容积的影响；2)减小气缸的压缩比，提高输气系数；3)降低排气温度、减少耗功率、提高经济性。采用多级制冷循环的原因1例:某单级制冷压缩机，工质为R22，相对余隙容积c=0.048，膨胀过程多变指数m=1.04，冷凝温度40℃；一、为什么要采用两级压缩式制冷案例分析制冷机压缩机照常运行,但无法得到任何的制冷效果，空耗电能。与p0相对应的蒸发温度t0=-50.5℃2314h一、为什么要采用两级压缩式制冷压缩比增加对制冷循环的影响：知识点回顾1.节流损失增加，性能系数下降；2.排气温度上升，润滑油变稀甚至炭化

，损坏机件；3.压缩机运行容积效率下降。一、为什么要采用两级压缩式制冷开启式压缩机氨：π≤8，最低蒸发温度＝-25℃；氟利昂：π≤10，最低蒸发温度＝-37℃；小型半封闭和全封闭压缩机π≤13，最低蒸发温度=10～-40℃。单级压缩比的限制为了获得更低的蒸发温度（-40～-70℃），同时又能使压缩机的工作压力控制在一个合适的范围内，就要采用多级压缩循环，一般采用双级压缩循环。

结论蒸发压力p0

中间压力pm冷凝压力pk低压级压缩

高压级压缩1.工作原理例如：π=pk/p0=48π1=pm/p0=8π2=pk/pm=6二、两级蒸气压缩工作原理低压级高压级21342’1”1’中间冷却降低排气温度、降低耗功2.分类一级节流：由冷凝压力直接节流至蒸发压力。二级节流：先节流至中间压力，再节流至蒸发压力。中间完全冷却：进入高压级压缩机的为中间压力的饱和状态。中间不完全冷却：进入高压压缩机的中间压力的过热状态。二、两级蒸气压缩工作原理节流次数中间冷却状态三、一级节流、中间完全冷却两级制冷1）与单级循环的不同之处分析两台压缩机中间冷却器两个膨胀阀2）两个膨胀阀为什么叫一级节流？3）如何体现是中间完全冷却？从冷凝器到蒸发器之间只经过一次节流三、一级节流、中间完全冷却两级制冷冷凝器蒸发器12345678节流阀B节流阀A低压压缩机高压压缩机中间冷却器2314567857863中间冷却器节流阀A节流阀B中间冷却器41蒸发器高压级压缩机放热吸热23中间冷却器放热2）中间冷却器57863中间冷却器节流阀A节流阀B中间冷却器41蒸发器高压级压缩机放热吸热mlmh-ml23中间冷却器放热ml两级压缩式制冷循环机理2三、一级节流、中间完全冷却两级制冷23145678冷凝器蒸发器12345678节流阀B节流阀A低压压缩机高压压缩机中间冷却器热力学第一定律(1)单位制冷量(2)低压级压缩机单位理论功(3)高压级压缩机单位理论功(4)冷凝器单位热负荷热力计算(5)制冷系数：三、一级节流、中间完全冷却两级制冷热力计算单级压缩：mm23145678冷凝器蒸发器12345678节流阀B节流阀A低压压缩机高压压缩机中间冷却器三、一级节流、中间完全冷却两级制冷中间冷却器冷凝器蒸发器12345678节流阀B节流阀A低压压缩机高压压缩机中间冷却器进口出口进入系统能量离开系统能量=高压级与低压级压缩机质量流量的关系：三、一级节流、中间完全冷却两级制冷冷凝器蒸发器12345678节流阀B节流阀A低压压缩机高压压缩机中间冷却器中间冷却器

单级压缩两级压缩变化低压级高压级压缩比21.684.854.47

制冷剂流量（kg/s）0.1470.1220.165压缩机功率(kW)72.9825.935.96-11.12制冷系数2.062.42+17.50%排气温度(℃)192.9563.5102.84-90.11例某冷库用制冷机，制冷剂为氨，其工作条件如下：制冷量Q0＝150kw，冷凝温度tk＝40℃，蒸发温度t0＝-40℃，无过冷过热。

三、一级节流、中间完全冷却两级制冷与单级压缩式制冷比较2.双级蒸气压缩类型单机双级：一台压缩机，一部分为高压级，一部分为低压级。双机双级：两台压缩机，分别为高压级和低压级。一级节流：进入蒸发器的液体直接由冷凝压力节流至蒸发压力。二级节流：一级节流至中间压力，二级节流至蒸发压力。

中间完全冷却：将低压级排气冷却到中间压力下的饱和蒸气。中间不完全冷却：未将排气冷却到中间压力下的饱和蒸气。两级压缩式制冷循环机理2双级蒸气压缩式制冷循环基本类型一级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环一级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环两级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环两级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环两级压缩式制冷循环机理23．一级节流，中间完全冷却的两级制冷循环两级压缩式制冷循环机理2制冷剂必须在高、低压级两只气缸中进行压缩，增设了中间冷却器和膨胀阀。1）与单级循环的主要区别两级压缩式制冷循环机理23.实例两级压缩式制冷循环机理2两级压缩式制冷循环机理2两级压缩式制冷循环机理24.一级节流中间不完全冷却循环1）循环过程两级压缩式制冷循环机理22）中间冷却器57866‘中间冷却器节流阀A节流阀B中间冷却器1蒸发器高压级压缩机放热吸热mlmh-ml234混合两级压缩式制冷循环机理2中间冷却器的热平衡关系式：可得高压级压缩机与低压级压缩机质量流量的关系点7的焓值仍按中间冷却器中再冷却盘管冷端传热温差t7-t6=3～5℃来确定。点3的焓值由混合过程的热平衡关系：由上两式可得出：两级压缩式制冷循环机理2两级压缩式制冷循环机理2两级压缩式制冷循环机理22、一级节流、中间不完全冷却两级压缩式制冷循环机理2两级压缩式制冷循环机理2中间冷却器57866‘中间冷却器节流阀A节流阀B中间冷却器1蒸发器高压级压缩机放热吸热mlmh-ml234混合两级压缩式制冷循环机理2中间冷却器的热平衡关系式：可得高压级压缩机与低压级压缩机质量流量的关系点7的焓值仍按中间冷却器中再冷却盘管冷端传热温差t7-t6=3～5℃来确定。点3的焓值由混合过程的热平衡关系：由上两式可得出：两级压缩式制冷循环机理2两级压缩式制冷循环机理25.两级节流、中间完全冷却循环两级压缩式制冷循环机理2冷凝器出来的制冷剂过冷液体点5经节流阀B节流至湿蒸气6’进入中间冷却器分成两部分：一部分饱和液体经膨胀阀A节流进入蒸发器，蒸发后被低压级压缩机吸入，状态点为点1，质量流量为ml；另一部分制冷剂液体与闪发蒸气质量流量为mh-ml；其中的饱和液体与来自低压级压缩机过热蒸气点2混合，将过热蒸气冷却成饱和蒸气点3，与闪发蒸气一起被高压级压缩机吸入，此时质量流量为mh。两级压缩式制冷循环机理2因3点为饱和蒸气，由中间冷却器的热平衡关系式：

mlh2＋mhh5=mhh3＋mlh6可得高压级压缩机与低压级压缩机质量流量的关系：

mh=ml(h2-h6)/(h3-h5)kg/s这种循环的性能指标计算如下：1)单位制冷量

q0=h1-h6kJ/kg2)低压级压缩机单位理论功

w0l=h2-h1kJ/kg3)低压级压缩机质量流量

ml=Q0/(h1-h6)kg/s两级压缩式制冷循环机理24)以蒸发器的制冷剂质量流量为基准，高压级压缩机单位理论功

w0h=(h4-h3)(h2-h6)/(h3-h5)kJ/kg5)低压级压缩机理论功率

N0l=Q0(h2-h1)/(h1-h6)kW6)高压级压缩机理论功率7)制冷系数两级压缩式制冷循环机理26.两级节流、中间不完全冷却循环两级压缩式制冷循环机理2该循环与两级节流、中间完全冷却循环的区别是，中间冷却器中的制冷剂液体吸收液体再过冷的热量，蒸发成饱和蒸气，与节流闪发蒸气一起流出中间冷却器；由中间冷却器来的制冷剂饱和蒸气与来自低压级压缩机的过热蒸气混合后，一起被高压级压缩机吸入。两级压缩式制冷循环机理2由中间冷却器的热平衡关系式：

mhh5=(mh-ml)h7＋mlh6可得：

mh=ml(h7-h6)/(h7-h5)(kg/s)点3的焓值由上式和混合过程的热得出：这种循环的性能指标计算如下：1)单位制冷量

q0=h1-h6(kJ/kg)2)低压级压缩机单位理论功

w0l=h2-h1(kJ/kg)两级压缩式制冷循环机理23)低压级压缩机质量流量

ml=Q0/(h1-h6)(kg/s)4)以蒸发器的制冷剂质量流量为基准，高压级压缩机单位理论功

w0h=(h4-h3)(h7-h6)/(h7-h5)(kJ/kg)5)低压级压缩机理论功率

N0l=Q0(h2-h1)/(h1-h6)(kW)6)高压级压缩机理论功率

两级压缩式制冷循环机理27)制冷系数7.循环工作参数的确定中间不完全冷却循环的制冷系数要比中间完全冷却循环小。在相同的冷却条件下，一级节流循环要比二级节流循环的制冷系数小。一级节流可依靠高压制冷剂本身的压力供液到较远的用冷场所，适用于大型制冷装置。盘管中的高压制冷剂液体不与中间冷却器中的制冷剂相接触，减少了润滑油进入蒸发器的机会，可提高热交换设备的换热效果。蒸发器和中间冷却器分别供液，便于操作控制，有利于制冷系统的安全运行。

1）双级蒸气压缩式制冷循环的比较分析两级压缩式制冷循环机理2双级压缩制冷循环通常应使用中温制冷剂。目前广泛使用的制冷剂是R717、R22和R502。R717常采用一级节流中间完全冷却形式，R22、R502常采用一级节流中间不完全冷却形式。对采用回热循环有利的R12、R502等制冷剂，就采用中间不完全冷却的循环形式；对采用回热循环形式不利的制冷剂（如R717），则应采用中间完全冷却的循环形式。两级压缩式制冷循环机理22）容积比的选择：高压缸与低压缸容积（理论）之比Vhh

高压级理论输气量（m3/s）；Vlh

低压级理论输气量（m3/s）；Mh

高压级制冷剂的质量流量（kg/s）；Ml

低压级制冷剂的质量流量（kg/s）；vh

高压级吸气比容（m3/kg）；vl

低压级吸气比容（m3/kg）；

h

高压级输气系数；

l

低压级输气系数

两级压缩式制冷循环机理2由于一台单机双级制冷压缩机如为四缸，则三个缸为低压缸，一个缸为高压缸；如为六缸，则四个缸为低压缸，二个缸为高压缸；如为八缸，则六个缸为低压缸，两个缸为高压缸。因此总有ξ=1/3或1/2。根据我国冷藏库的生产实践，当蒸发温度t0=-28～-40℃范围内时，容积比

的值通常取0.33～0.5之间，即Vg:Vl=1:3～1:2。在长江以南地区宜取大些。合理的容积比的选择还应结合考虑其他经济指标。配组双级压缩机的容积比可以有较大的选择余地。如果采用单机双级压缩机，则它的容积比是既定的，容积比

的值通常只有0.33和0.5两种。两级压缩式制冷循环机理2

选配压缩机时，中间压力pm可以根据制冷系数最大这一原则去选取，称为最佳中间压力。确定最佳中间压力pm常用的方法有公式法和图解法。1）公式法

常用的公式法有比例中项公式法和经验公式法两种①比例中项公式法按压力的比例中项确定中间压力式中pm,p0和pk分别为中间压力、蒸发压力和冷凝压