一、采用兩級壓縮的原因

　　制冷系統的冷凝溫度(或冷凝壓力)決定于冷卻劑(或環(huán)境)的溫度，而蒸發(fā)溫度(或蒸發(fā)壓力)取決于制冷要求。由于生產(chǎn)的發(fā)展，對制冷溫度的要求越來(lái)越低，因此，在很多制冷實(shí)際應用中，壓縮機要在高壓端壓力(冷凝壓力)對低壓端壓力(蒸發(fā)壓力)的比值(即壓縮比)很高的條件下進(jìn)行工作。由理想氣體的狀態(tài)方程 Pv/T≡C可知，此時(shí)若采用單級壓縮制冷循環(huán)，則壓縮終了過(guò)熱蒸氣的溫度必然會(huì )很高(V一定，P↑→T↑)，于是就會(huì )產(chǎn)生以下許多問(wèn)題。

　　1. 壓縮機的輸氣系數λ大大降低，且當壓縮比≥20時(shí)，λ=0 。

　　2. 壓縮機的單位制冷量和單位容積制冷量都大為降低。

　　3. 壓縮機的功耗增加，制冷系數下降。

　　4. 必須采用高著(zhù)火點(diǎn)的潤滑油，因為潤滑油的粘度隨溫度升高而降低。

　　5. 被高溫過(guò)熱蒸氣帶出的潤滑油增多，增加了分油器的負荷，且降低了冷凝器的傳熱性能。

　　綜上所述，當壓縮比過(guò)高時(shí)，采用單級壓縮循環(huán)，不僅是不經(jīng)濟的，而且甚至是不可能的。為了解決上述問(wèn)題，滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，實(shí)際中常采用帶有中間冷卻器的雙級壓縮制冷循環(huán)。但是，雙級壓縮制冷循環(huán)所需的設備投資較單級壓縮大的多，且操作也較復雜。因此，采用雙級壓縮制冷循環(huán)并非在任何情況下都是有利的，一般當壓縮比≥8時(shí)，采用雙級壓縮較為經(jīng)濟合理。

　　二、雙級壓縮制冷循環(huán)的組成及常見(jiàn)形式

　　兩級壓縮制冷循環(huán)，是指來(lái)自蒸發(fā)器的制冷劑蒸氣要經(jīng)過(guò)低壓與高壓壓縮機兩次壓縮后，才進(jìn)入冷凝器。并在兩次壓縮中間設置中間冷卻器。兩級壓縮制冷循環(huán)系統可以是由兩臺壓縮機組成的雙機(其中一臺為低壓級壓縮機，另一臺為高壓級壓縮機)兩級系統，也可以是由一臺壓縮機組成的單機兩級系統，其中一個(gè)或兩個(gè)汽缸作為高壓缸，其余幾個(gè)汽缸作為低壓缸，其高、低壓汽缸數量比一般為1:3或1:2 。

　　兩級壓縮制冷循環(huán)由于節流方式和中間冷卻程度不同而有不同的循環(huán)方式，通常分為：兩次節流中間完全冷卻、兩次節流中間不完全冷卻、一次節流中間完全冷卻和一次節流中間不完全冷卻四種兩級壓縮制冷循環(huán)方式。其中，兩次節流是指制冷劑從冷凝器出來(lái)要先后經(jīng)過(guò)兩個(gè)膨脹閥再進(jìn)入蒸發(fā)器，即先由冷凝壓力節流到中間壓力，再由中間壓力節流到蒸發(fā)壓力，而一次節流只經(jīng)過(guò)一個(gè)膨脹閥，大部分制冷劑從冷凝壓力直接節流到蒸發(fā)壓力，相比之下，一次節流系統比較簡(jiǎn)單，且可以利用其較大的壓力差實(shí)現遠距離或高層冷庫的供液。因此實(shí)踐中采用的基本上都是一次節流兩級壓縮制冷循環(huán)系統。至于采用哪一種中間冷卻方式，由選用制冷劑的種類(lèi)來(lái)決定。通常兩級壓縮氨制冷系統采用中間完全冷卻，而兩級壓縮氟利昂制冷系統，則常采用中間不完全冷卻。

　　1. 一次節流中間完全冷卻的雙級循環(huán)

　　這個(gè)系統的特點(diǎn)是采用盤(pán)管式中間冷卻器。它既有兩級節流的減少節流損失效果，又起到對低壓級排氣完全冷卻的作用。其工作過(guò)程是：

　　在蒸發(fā)器中產(chǎn)生的低壓低溫制冷劑蒸氣(狀態(tài)1)，被低壓壓縮機吸入并壓縮成中間壓力的過(guò)熱蒸氣(狀態(tài)2)，然后進(jìn)入同一壓力的中間冷卻器，在中冷器內被冷卻成干飽和蒸氣(狀態(tài)3)。中壓干飽和蒸氣又被高壓壓縮機吸入并壓縮到冷凝壓力的過(guò)熱蒸氣(狀態(tài)4)，隨后進(jìn)入冷凝器被冷凝成制冷劑液體(狀態(tài)5)。然后分成兩路，一路經(jīng)膨脹閥F節流降壓后(狀態(tài)8)進(jìn)入中間冷卻器，大部分液體從另一路進(jìn)入中間冷卻器的盤(pán)管內過(guò)冷(狀態(tài)6)，但由于存在傳熱溫差，故其在盤(pán)管內不可能被冷卻到中間溫度，而是比中間溫度一般高△t=3-5℃。過(guò)冷后的液體再經(jīng)過(guò)主膨脹閥節流降壓成低溫低壓的過(guò)冷液(狀態(tài)7)，z*后進(jìn)入蒸發(fā)器吸熱蒸發(fā)，產(chǎn)生冷效應。

　　這種循環(huán)系統只適用于R717與R22的雙級制冷循環(huán)系統中。

　　2. 一次節流中間不完全冷卻的雙級循環(huán)

　　一次節流中間不完全冷卻的雙級循環(huán)，主要適用于氟利昂制冷裝置，采用回熱循環(huán)。這種循環(huán)系統的特點(diǎn)是：制冷劑主流先經(jīng)盤(pán)管式中間冷卻器過(guò)冷，再經(jīng)回熱器進(jìn)一步冷卻;且低壓壓縮機的吸氣有較大的過(guò)熱度;此外，低壓級的排氣沒(méi)有完全冷卻到飽和狀態(tài)。

　　其工作過(guò)程為：從蒸發(fā)器出來(lái)的蒸汽經(jīng)回熱器后被低壓壓縮機吸入，壓縮到中間壓力并與中冷器出來(lái)的干飽和蒸汽在管路中進(jìn)行混合，使從低壓機排出的過(guò)熱蒸汽被冷卻后再進(jìn)入高壓壓縮機，經(jīng)壓縮到冷凝壓力并進(jìn)入冷凝器，冷凝后的高壓制冷劑液體進(jìn)入了中冷器的蛇形盤(pán)管進(jìn)行再冷卻，然后進(jìn)入回熱器與從蒸發(fā)器出來(lái)的低溫低壓蒸汽進(jìn)行熱交換，使從中冷器蛇形盤(pán)管中出來(lái)的過(guò)冷液體再一次得到冷卻，z*后經(jīng)膨脹閥進(jìn)入蒸發(fā)器吸熱蒸發(fā)。

　　這種循環(huán)系統，只適用于R12或R22的雙級制冷循環(huán)系統中，而決不能用于氨的制冷系統中。這是因為：雖然高、低壓級吸入蒸汽的過(guò)熱度都比較大，但是因為氟利昂的絕熱指數K值比氨要小，故壓縮機的排氣溫度不高。

　　3. 兩次節流中間完全冷卻的雙級循環(huán)

　　這個(gè)系統的特點(diǎn)是選用了閃發(fā)式中間冷卻器。它起兩個(gè)作用，其一是相當于兩次節流的中間液體分離器，其二是利用一小部分液體的吸熱蒸發(fā)作用，對低壓機的排氣進(jìn)行完全中間冷卻。這種型式的制冷循環(huán)系統，只適用于R717或R22 的雙級壓縮制冷循環(huán)系統中。為了防止從中間冷卻器出來(lái)的飽和液體在管路中閃發(fā)成蒸汽，通常要求中間冷卻器與蒸發(fā)器之間的距離要近。

　　綜上分析可知，采用雙級壓縮制冷循環(huán)，不但降低了高壓機的排氣溫度，改善了壓縮機潤滑條件，而且由于各級壓縮比都較小，壓縮機的輸汽系數大大提高。此外，采用雙級壓縮循環(huán)的功耗也比單級壓縮循環(huán)的功耗降低。