制 冷 技 术
学时安排
章 数 学时
第一章 蒸气压缩式制冷装置的基本原理与热力计算 4
第二章 制冷剂及载冷剂 2
第三章 制冷压缩机 5
第四章 冷凝器和蒸发器 3
第五章 节流机构和辅助设备 3
第六章 双级蒸气压缩制冷 5
第七章 冷库制冷工艺 20
第八章 室内人工冰场制冷工艺 6
总 计 48
第一章 蒸气压缩式制冷装置的基本原理
与热力计算
1,蒸气压缩式制冷装置的基本原理及典型流程
1.1 基本组成及工作原理
压缩机（ compressor） 冷凝器（ condenser）
蒸发器（ evaporator） 节流阀（ throttle）
高温高压过热蒸气
高温高压
饱和液体
低温低压两相流
低温低压
饱和蒸气 or
过热蒸气
1.2 理论循环
第一章 蒸气压缩式制冷装置的基本原理
与热力计算
理论循环：在没有任何实际损失下的制冷循环。
条件：无温差传热；
压缩过程是可逆绝热压缩过程即等熵过程；
管路中无任何耗损。
T-S图 LgP-h图
2,单级蒸气压缩制冷的理论循环及热力完善度
第一章 蒸气压缩式制冷装置的基本原理
与热力计算
理想制冷循环：逆卡诺循环
逆卡诺循环
特点：
用节流阀代替膨胀机：
损失膨胀功、产生“闪发气体”；但简化装置、便于调节。
产生节流损失
用干压缩代替湿压缩；
实现“干冲程”；但耗功量、制冷量均增加，制冷系数下
降。
产生过热损失
实际采用的制冷理论循环：
两个定压过程；
一个绝热压缩过程；
一个绝热节流过程。
实际理论循环
2.1 改善蒸气压缩制冷循环的措施
第一章 蒸气压缩式制冷装置的基本原理
与热力计算
节流损失
过热损失
再冷度过热度
Pk/P0>8
膨胀阀前液态制冷剂的再冷却；
蒸气回热循环 ；
图
图
中间冷却的多级压缩 图
有再冷却器的蒸气压缩式制冷
回热式蒸气压缩式制冷
多级蒸气压缩式制冷循环
2.2 单级蒸气压缩式制冷理论循环的性能指标与热力计算
第一章 蒸气压缩式制冷装置的基本原理
与热力计算
LgP-h图
? 单位质量制冷量 q0 kJ/kg
q0=h1-h4
? 单位容积制冷量 qv kJ/m3
qv= q0/v1=(h1-h4)/v1
制冷剂质量流量 MR=? 0/q0 kg/s
制冷剂体积流量 VR= MRv1=? 0/qv m3/s
? 单位质量冷凝热 qk kJ/kg
qk= h2-h3
冷凝器负荷 ? k=MRqk= MR(h2-h3) kW
第一章 蒸气压缩式制冷装置的基本原理
与热力计算
2.2 单级蒸气压缩式制冷理论循环的性能指标与热力计算
? 单位质量耗功率 wc kJ/kg
wc=h2-h1
压缩机的理论耗功率 Pth=MRwc=MR(h2-h1) kW
? 理论制冷系数 εth
εth=? 0/Pth=q0/wc=(h1-h4)/ (h2-h1)
? 理想循环制冷系数 ε0
ε0=T0/ (TK-T0)
? 热力完善度 η
η=εth/ε0=[(h1-h4)/(h2-h1)]/[T0/ (TK-T0)] LgP-h图
第一章 蒸气压缩式制冷装置的基本原理
与热力计算
ε:相同 TK,T0的制冷循环
η,不相同 TK,T0的制冷循环
评价制冷循环
的经济型指标
第二章 制冷剂及载冷剂
§ 2-1 制冷剂
2.1 制冷剂的基础知识
制冷剂 —在制冷装置中循环流动，通过自身热力状态的变
化与外界发生能量交换，从而实现制冷作用的工作流体。
制冷装置与制冷剂相互依存，相互适应，才能组成完美的
制冷系统。根据现实工业条件，提出了对制冷剂的要求：
首先，制冷剂的热力性质对制冷系数的影响可用制冷效率
ηR来表述。
制冷效率 —理论循环的制冷系数 εth与有温差的逆卡诺循环
制冷系数 εc’之比。
ηR= εth / εc’
其中,εc’=(T0-ΔT0)/[(TK+ ΔTK)-(T0- ΔT0)]
ηR物理意义,表示了 制冷剂的节流损失和过热损失的大小。
除了 制冷效率外，还应考虑如下的其他性能：
对制冷剂的要求：
第二章 制冷剂及载冷剂
? 热力学的性质：
蒸发压力和冷凝压力适中；
单位制冷量 q0和单位容积制冷量 qv要大；
制冷剂的凝结温度要高；
凝固温度要适当的低一些；
绝热指数应低一些；
防止空气渗入；减少装置承压，防止制冷剂
外泄；压缩比小－减少压缩机的耗功量
减少工质的循环量；缩小压缩机的尺寸
便于用一般冷却水或空气冷凝；接近逆卡诺
循环，节流损失小
能得到较低的蒸发温度
压缩机排气温度低－提高压缩机容积效率、
对润滑油有好处
第二章 制冷剂及载冷剂
对制冷剂的要求：
? 物理化学的性质：
制冷剂在润滑油中的可溶性；
制冷剂的导热系数、传热系数要高；
制冷剂的密度、粘度要小；
制冷剂对金属和其它材料应无腐蚀和侵蚀作用；
制冷剂在高温下应不分解，且不燃烧、不爆炸；
? 其它：
制冷剂对人的生命和健康无危害，不具有毒性、窒息性
和刺激性；
制冷剂应易于购买，且价廉。
提高换热效率，减少蒸发器、冷凝器的传热
面积
流动阻力小，降低耗功率、缩小管径
第二章 制冷剂及载冷剂
2.2 常用制冷剂
常用制冷剂（氨及氟利昂）性能比较
序号 R717 F 对比
1 价廉易取 比 R717贵十几倍 R717系统投资、运行费低
2 q0,qv大,MR小 相反 同 ? 0下,R717com尺寸小、管径小
3 几乎不溶于油 大多数易溶于油 R717系统分油易,F系统分油难
4 λ,α大,k大 相反 R717换热设备尺寸小
5 渗透力弱，易发现 相反 R717损耗小，运行费低
6 无限溶于水 难溶于水 F系统易产生冰堵
7 毒性大,有燃烧爆炸危险 相反 F可用于空调中直接蒸发冷却
8 含水对铜有腐蚀
（系统中无铜）
对天然橡胶有侵蚀
（垫圈不能用橡胶）
不同系统采用不同材料
9 分子量小,t排 高 相反 R717 com用水冷； F com用风冷
10 粘度小,密度小,阻力小 相反 R717系统管径小,com耗功小
11 对生态环境影响小 某些 F工质对生态环境
影响大
某些 F工质渗透、排放造成人类生态
环境恶化
§ 2-2 载冷剂
t＞ 0 oC，用水； t≤0 oC，用盐溶液。
2.1 盐水
盐水凝固温度与浓度有关。盐水浓度太低，
会析出冰粒；浓度太高，比热小、比重大、流阻大、有盐粒析出。
第二章 制冷剂及载冷剂
浓度确定方法：
? 盐水溶液浓度对应的凝固温度 t凝 =t0-(6~8) oC；
? 且 t凝 >t合晶点 ；（ NaCl为 -21.2 oC； CaCl2为 -55 oC；）
一般使用时,0 oC > t0>-16 oC:可用 NaCl；
-16 oC > t0>-50 oC:可用 CaCl2；
且 ξ < ξ合晶点 。
盐水腐蚀性强，还应加入缓蚀剂。
由于盐水对金属有强烈
腐蚀作用，溶液中要加
入缓蚀剂。 1m3CaCl2溶
液,1.6kgNa2Cr2O7、
0.45kgNaOH; 1m3NaCl
溶液,3.2kgNa2Cr2O7、
0.89kgNaOH
2.2 乙二醇水溶液
第二章 制冷剂及载冷剂
特点：
?冻结温度合适，适用范围广
?热物性较佳：比冷冻水差，但优于其它盐类不冻液
?腐蚀性低
?化学稳定好
?安全性好
?易于购买
浓度确定方法同前。（查 P28图 2-2-3或 P34表 2-2-8）
浓度确定后，再从 P29~P36查对应的物性，计算流
量、流阻，选择水泵。
1,压缩机的分类
第三章 制冷压缩机
容
积
型
速
度
型
往复式
旋转式
涡旋式
螺杆式
离心式
活塞连杆式
活塞斜盘式
转子式
旋转叶片式
双螺杆式
单螺杆式
1.1活塞式制冷压缩机的型式
（一）按气体在气缸内的流动情况分为：
顺流式 逆流式
（二）按气缸排列和数目的不同，分为：
立式、卧式、角式三种。
立式 卧式
角式
气缸排数,1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
气缸总数,4 8 12 16 3 6 9 12 2 4 6 8
（三）按结构不同，分为开启式、封闭式：
开启式 ——压缩机和驱动电机分别为两个设备，用联轴器连接为一体。
封闭式 ——压缩机和驱动电机被封闭在同一空间。空间用法兰螺栓封闭
为半封闭：空间用焊接封闭为全封闭。
1.2开启式活塞制冷压缩机的构造
第三章 制冷压缩机
2,活塞式制冷压缩机的性能
2.1 活塞式压缩机的活塞排量
气缸的工作容积 Vg m3
式中 D－气缸直径,m；
s－活塞行程,m。
理论排气量 or活塞排量 Vh m3 /s
如压缩机有 z个气缸，转数为 n（ r/min），则压缩机可
吸入的气体体积：
sDV g 24??
s n zDnzVV gh 224060/ ???
活塞式制冷压缩机实际工作过程
2.2 活塞式压缩机的容积效率 ηv
压缩机的容积效率：压缩机的实际排气量永远小于压缩
机的理论排气量，两者的比值称为压缩机的容积效率。
第三章 制冷压缩机
h
Rv
V
V??
影
响
因
素
气缸余隙容积
进排气阀阻力
吸气过程中气体
被加热的程度
漏气
余隙系数 λv
节流系数 λp
预热系数 λt
气密系数 λl
η v=λvλpλtλl
在计算中，可按经验公式计算：
ηv=0.94-0.085[(p2/p1)1/m-1]
上式 n>=720 r.p.m
m－多变指数，
NH3:m=1.28;R12:m=1.13;
R22:m=1.18
当 n<720 r.p.m：
ηv=0.94-0.0605[(p2/p1)1/m-1]
2.3 活塞式压缩机的制冷量和耗功率,
压缩机的实际排量 VR m3 /s
VR= ηv Vh
压缩机的制冷量 ? 0 kW:
? 0=VR qv= ηv Vh qv
压缩机的轴功率 Pe kW:
? 指示功率 Pi
? 摩擦功率 Pm
Pe=Pi+Pm
第三章 制冷压缩机
直接用于压缩气体
Pi=MRwi=MRwth/ηi
=(ηvVh/v1)[(h2-h1)/ηi]
ηi －指示效率，单位质量
制冷剂的理论耗功量与单
位质量实际耗功量之比。
确定方法,
(1)由 com型式、工质,Tk、
T0查设计手册；
(2)由经验公式计算
用于克服运动机构的摩擦阻力
Pm=Pe-Pi=Pi/ηm-Pi=Pi(1/ηm-1)
ηm －摩擦效率，指示功率与
轴功率之比。
一般,ηm =0.8~0.9
= Pi/ηm=Pth/ηiηm
= (ηvVh/v1)[(h2-h1)/ηi ηm]
2.3 活塞式压缩机的制冷量和耗功率,
Pe = (ηvVh/v1)[(h2-h1)/ηi ηm]
定义 压缩机的总效率 ηs= ηi ηm
一般,ηs=0.65~0.72
配用电机的输入功率 Pin kW：
Pin = Pe/η0 ηd =(1.1~1.15)Pe/ηd
η0－电机效率，一般,η0=0.91~0.86（ 三相）；
ηd－传动效率，直联, ηd=1；
皮带联接, ηd=0.9~0.95。
第三章 制冷压缩机
评价压缩机的性能如何，常用下列三项指标：
? 压缩机制冷量：
? 0= ηvVhqv= ηvVhq0/v1
? 压缩机轴功率：
Pe= (ηvVh/v1)(wth/ηiηm])=Pth/ηiηm
2.4 影响活塞式制冷压缩机性能的主要因素
? 性能评价指标：
单位轴功率的制冷量－性能系数（ Ke或 COP）：（开启式）
COP=? 0/Pe=(? 0/Pth)ηiηm=εth ηiηm
单位电机输入功率的制冷量－能效比（ EER）：（封闭式）
EER=? 0/Pin=(? 0/Pth)ηiηmηdη0=εth ηiηmηdη0
影响压缩机性能的主要因素是,T0,TK； T0的作用＞ TK
TK 不变,T0↓1° C,? 0↓ 2～ 3% Pe↑ 1～ 2% COP↓ 3～ 4%
T0 不变,Tk↑ 1° C,? 0↓ 1～ 2% Pe↑ 1～ 2% COP↓ 2～
3%
由于
ηv,qv,wth,ηiηm=f(T0,TK)
因此
影响压缩机性能的主要因素是：
T0,TK
TK, T0 对活塞式制冷压缩机性能的影响：
冷凝温度 TK 的影响
当蒸发温度 T0=const，冷凝温度 TK上升时：
(1) q0 q0’； {PK/P0 ηv ； v1不变,Vh不变,? 0=ηvVhq0/v1 }
(4) t排 润滑油润滑不良
(5) (PK-P0) 活塞压力,
com的工作条件恶化
(2) wth wth’； {∵ wth 增加比 ηv减少多
∴ Pe= (ηvVh/v1)(wth/ηiηm) }
(3) COP= ? 0/Pe
第三章 制冷压缩机
蒸发温度 T0 的影响
当冷凝温度 TK=const，蒸发温度 T0下降时,
(1) q0 q0’,PK/P0, v1 v1’,Vh不变； qv=q0/v1, ηv, ? 0=ηvVhqv
(2) t排 润滑油润滑不良
(4) 无论 Pe or, COP= ? 0/Pe
(3) wth wth’,ηiηm 变化很小,MR= ηiVh/v1
Pe= MRwth/ηiηm or？
经分析可以得到, Pemax出现在 PK/P0=3处
所以,PK/P0<3时,T0, Pe
PK/P0>3时,T0, Pe
关于压缩机的四个规定温度工况
为了比较压缩机的性能，设计和考核压缩机的机械强度，
国家规定了如下的四个温度工况：
工 况
蒸发温度
° C
吸气温度
° C
冷凝温度
° C
再冷温度
° C
标准工况 R717
R12
R22
-15
-10
+15
+15
+30 +25
空调工况 R717
R12
R22
+5
+10
+15
+15
+40 +35
最大功率
工况
R717
R12
R22
+5
+10
+5
+10
+15
+15
+40
+50
+40
+40
+50
+40
最大压差
工况
R717
R12
R22
-20
-30
-30
-15
0
+15
+40
+50
+40
+40
+50
+40
§ 3-3 螺杆式压缩机
1,工作原理
阴、阳螺杆的齿槽与机壳内壁构成基元容积。螺杆转动
时，基元容积的位置及大小随之改变，使基元容积连续重复
地进行“吸气－压缩－排气”工作过程。
第三章 制冷压缩机
螺杆式压缩机的工作原理
螺杆式压缩机与活塞式压缩机相比，具有结构简单、体积
小、易损件少、振动小、容积效率高、对湿压缩不敏感等特点。
序号 类别 活塞式压缩机 螺杆式压缩机
1 压缩元件 气缸活塞及曲轴连杆机构 阴、阳转子
2 气缸密封方式 气缸活塞环接触润滑密封 喷润滑油密封
3 吸、排气元件 气缸套及进排气阀组合件 吸气口、排气口
4 卸载及能量调节装置 油压启阀式卸载装置，包
括：顶杆启阀机构、油压
推杆机构
滑阀及轴向移动控制机构
5 润滑系统 油泵、分油阀 油泵、油分离器、油冷却
器、粗油过滤器、精油过
滤器及分油阀
6 余隙系数 有 无（无余隙容积）
7 节流系数 有 无（无进、排气阀片）
8 容积效率 较低 较高
9 单级压缩的最高压缩比 8~10 20
10 能量调节范围 100%,75%,50%,25% 15~100%无级调节
活塞式压缩机与螺杆式压缩机比较
2,螺杆式制冷压缩机的运行调节
螺杆式压缩机均带有能量调节机构，可
使冷量在 15%～ 100%之间无级调节。
能量调节通过两螺杆转子间的底部的滑
阀和轴向移动控制机构实现。
滑阀打开后，转子底部有一间隙与吸气
口相通，使基元容积的吸气量减少，排气也
减少，制冷量减少，调节滑阀间隙的大小，
就能控制制冷量；滑阀关闭后，基元容积的
吸气量达 100%，制冷量达 100%。
3,螺杆式制冷压缩机的设计和使用
条件
螺杆式压缩机应在下列温度条件下使用。
制冷剂 R717 R12 R22
工
况
最高冷凝温度 oC 45 55
最低蒸发温度 oC -40
最高蒸发温度 oC +5 +10
最高排气温度 oC ≤105 90
4,螺杆式压缩机的计算
螺杆式压缩机属于容积式压缩机，因此,Vh,? 0,Pe的
计算与活塞式基本相同。
理论排气量 Vh m3/h （见 Ｐ 73,3-4-10式）
Vh=60·Cn·L·n·D2
式中 D－主动转子的公称直径,m；
L－转子的工作长度,m；
n－主动转子的转速,r/min；
Cn－齿形系数，近似可取 0.46~0.508
螺杆式压缩机制冷量与耗功量
制冷量 ? 0 W （见 Ｐ 73,3-4-11式）
? 0=Vh ηv qv /3.6 w
式中 ηv－螺杆式压缩机的容积效率，由厂家资料提供，
一般可取 0.75~0.9；
qv －单位容积制冷量，由热力计算求得,kJ/m3；
轴功率 Pe kW （见 Ｐ 73,3-4-12式）
Pe = ηvVh (h2-h1)/(3600ηsv1)
式中 h2－ com排气比焓,kJ/kg；
h1－ com吸气比焓,kJ/kg；
v1－ com吸气比容,m3/kg；
ηs－压缩机总功率，由厂家提供。
§ 3-4 制冷压缩机的选择计算
1,氨压缩机的计算
1.1 一般原则
1) 应根据各蒸发温度机械负荷分别选定，一般不设备用机；
2) 当压力比 PK/ P0≤8 时，选用单级压缩机；
当压力比 PK/ P0＞ 8 时，选用双级压缩机；
3) 氨压缩机的工作条件不得超过制造厂规定的允许条件；（见 P59-60)
4) 选配的压缩机，其制冷量宜大小搭配；
5) 机房内压缩机的系列不宜超过两种，若仅二台机时，应选同一系列；
6) 制冷装置中各设备的选择均应与压缩机的制冷量相适应；
7) 氨压缩机的标准工况和空调工况应符合国家规定。 (见 P55)
1.2 实际选择设计计算的工作步骤
? 计算冷库各房间冷负荷（ § 7中介绍）；
? 计算压缩机的机械负荷 ? 0 （ § 7中介绍） ；
? 由工艺要求确定工作工况（即 t 0,t k,t rc,t sh,t中,
t排 )，作 lgP-h图，查得热力计算所需的状态参数；
? 计算工作工况下的 ηv,qv；
? 由 Vh= ? 0 / (ηv?qv) 计算得到压缩机的理论排气量 Vh；
? 由 Vh查表选择压缩机；
? 校核配用电机功率。
1.3 制冷工况的确定
? 蒸发温度 t0
一般情况：
t载 － t0=5 oC；
t冷藏间 － t0=10 oC；
(1) 当采用卧式壳管式蒸发器时,t0按对数平均温差公式求
解计算：
Δtm=(t2-t1)/{ln[(t2-t0)/(t1-t0)]}=4~6 oC
式中 Δtm－对数平均温差；
t1－流出蒸发器的载冷剂温度；
t2－流进蒸发器的载冷剂温度。
(2) 当采用螺旋管式 or直立管式水箱式蒸发器时：
t0=t1-(4~6) oC 〔 注意：当水为载冷剂时,t0>0 oC 〕
(3) 当采用直接蒸发表面式空气冷却器时，
t0=t1-(8~10) oC
式中 t1－流出蒸发器的空气温度；
(4) 冷库采用冷排管时,t0一般比库温低 5~10 oC 。库温越低，
差值越小；相对湿度要求大，差值选小。
? 冷凝温度 tK
(1) 当采用水冷冷凝器时，
tK=(ts1+ts2)/2+(5~7) oC
式中 ts1－冷凝器冷却水的进水温度；
ts2－冷凝器冷却水的出水温度；
ts1=ts＋ Δts
式中 ts－当地夏季室外平均每年不保证 50小时的湿球温度；
Δts－安全值，冷却水喷水池,Δts=5~7 oC
机械通风冷却塔,Δts=3~4 oC
冷凝器的进出水温差确定：
立式冷凝器,ts2－ ts1=2~4 oC
卧式 or组合式冷凝器,ts2－ ts1=4~8 oC
淋水式 or蒸发式冷凝器,ts2－ ts1=2~4 oC
(2) 当采用风冷冷凝器时，
tK=t干 +(5~10) oC
t干 —当地夏季室外干球温度,oC。
? 吸气温度 t1
(1) 查书中 P61，表 3-4-2；
(2) 制冷剂为氨，过热温度取 5 oC；
制冷剂为氟利昂，采用回热循环时，过热温度取 15 oC。
? 再冷温度 tr.c
(1) 设再冷器时，再冷度 Δtr.c=3~5 oC ；或 trc比再冷器进水温度高
4 oC ；或 trc比再冷器进水温度高 2~3 oC ；
(2) 如系统中使用卧式壳管式 or套管式冷凝器，可增大 10~15％
的冷凝面积进行再冷，再冷度 Δtr.c=2~3 oC ；
(3) 立式冷凝器不考虑再冷。
? 中间冷却温度
根据 tK,t0按“冷藏库设计手册” P201计算。（ § 6中讲）
? 排气温度
根据 tK,t0查书中 P61，表 3-4-3。
1.4 热力计算
根据以上六个 (蒸发温度、冷凝温度、吸气温度、再冷
温度、排气温度、中间冷却温度 )参数，在 lgP－ h图上做出
该制冷循环，进行热力计算，求得 q0, qv, qk, MR, Wth
等值。
1.5 求压缩机的容积效率 ηv：
活塞式压缩机可用经验公式求 ηv（见 P50 3-2-9式）；
螺杆式压缩机的 ηv，可由制造厂提供，或查有关设计手
册求得。
1.6 用制冷量 ? 0公式 求理轮排气量 Vh：
活塞式压缩机按 P51（ 3-2-9）式求理论排气 Vh。
螺杆式压缩机按 P73（ 3-4-11）式求理论排气 Vh。
1.7 用求出的 理轮排气量 Vh选定压缩机型号及台数：
查样本，按理论排气量 Vh选定压缩机型号及台数，并查
出所选压缩机的理论排气量 Vh,和压缩机所配电机的功率 Pin,。
1.8 校核电机输入功率 Pin：
活塞式压缩机按 P53（ 3-2-15）式求得输入功率 Pin。
螺杆式压缩机按 P73（ 3-4-12）式求得 Pe，再按公式
Pin= Pe/(ηd? η 0) 求得输入功率 Pin。
若 Pin≤ Pin,则原配电机合格；
反之，则按求得的输入功率 Pin重新选配电机。
§ 4-1 冷凝器
1.1 冷凝器的种类
第四章 冷凝器和蒸发器
冷凝器
立
式
壳
管
式
卧
式
壳
管
式
套
管
式
壳
管
式
水冷冷凝器 风冷冷凝器 蒸发式冷凝器 淋激式冷凝器
传热系数高，占地面积小，清洗方便；耗水量大，体型笨重
传热系数高，耗水量小，占空间小；水质要求高，
清洗不易，留出拔管空间
传热系数高，机组占地面积小，结构简单；
金属耗量大，清洗困难，水阻力大
不需水，安装简单，可置于屋面；传
热系数小，受环境温度影响大，恶化
环境，除尘困难
省水，造价低，结构简单，
水垢易清除，体积小
省水，造价
低，结构简
单，可现场
制作，水垢
易清除；金
属耗量大，
占地面积大
立式壳管式冷凝器
卧式壳管式冷凝器
套管式冷凝器
风冷冷凝器
蒸发式冷凝器
淋激式冷凝器
第四章 冷凝器和蒸发器
1.2 冷凝器的传热系数
1.2.1 传热过程
制冷剂侧
的放热
金属壁和垢
层的导热
冷却剂侧
的放热
1.2.2 传热系数
1
00
0
)1(1
?
? ??
?
?
?
?
?
? ??????
iw
fo ie F
FR
F
FRK
??
?
?
水冷冷凝器 (以传热管外表面计算 )(式中各参数见书注解 ):
风冷冷凝器 (以传热管外表面计算，制冷剂管内流动 ):
1
00
0
1)1(
?
? ??
?
?
?
?
?
? ??????
w
f
n
o ie R
F
F
F
FRK
??
?
?
制冷剂侧
放热热阻 油膜热阻
管壁导
热热阻
冷却剂侧
污垢热阻
冷却剂侧
放热热阻
金属壁内侧
油膜的导热
第四章 冷凝器和蒸发器
1.3 冷凝器的选择计算
确定冷凝器
的热负荷
确定冷凝
器的型式
计算传
热温差
计算传
热面积
计算冷
却水量
根据以上确定的面积 FK，由于考虑到：
使用后的污垢热阻将降低传热效率；制
冷系统的容量波动，故要加上安全系数：
5~10%，因此 FK*=(1.05~1.1)FK
?QK=MR(h2-h3)= ? 0+Pth
?经验公式：开启式 QK=Ψ·Q0
冷负荷系数 Ψ=f(tK,t0,工质,气缸冷
却方式 )
全封闭式 QK=Q0(A+BtK)
28oC=<tK=<54OC:
R12:A=0.9,B=0.053
R22:A=0.88,B=0.042
FK=QK/(K·Δtm)
传热系数查表
冷凝的对数平均温差：
2
1
12
lg3.2
wk
wk
ww
m
tt
tt
ttt
?
?
???
?气候条件
?水质水量
?工艺要求
?用户要求
)( 12 www KK ttC
QW
??
第四章 冷凝器和蒸发器
2,蒸发器
2.1 蒸发器的种类
蒸发器
满液式 非满液式 循环式 喷淋式
盘管中全为制
冷剂。沸腾放
热系数高；工
质充灌量大，
对于 F系统，
com回油困难 。
盘管内为气、
液共存状态。
工质充灌量少，
易于 com回油；
传热效果较满
液式差 。
泵强制工质循环。
沸腾放热系数高，
com回油较易；
系统投资高，运
行费高。
用泵将工质喷淋在传热
面上。沸腾放热系数高，
工质充灌量小，能消除
静液高度对蒸发温度的
影响；设备费用高
2.2 常用蒸发器的种类
第四章 冷凝器和蒸发器
蒸发器
冷却液体的蒸发器 冷却空气的蒸发器
立管
式蒸
发器
满液式
壳管蒸
发器
干式壳
管蒸发
器
冷却
盘管
冷却机 氟利昂直接
蒸发式空气
冷却器
满液式 非满液式 非满液式满液式 非满液式
立管式蒸发器
满液式壳管蒸发器
干式蒸发器
冷却盘管有：顶排管、墙排管、单层管、多层管等多种形式。
氟利昂直接蒸发式空气冷却器
第四章 冷凝器和蒸发器
2.2 蒸发器的传热系数
2.2.1 传热过程
蒸发器传热过程与冷凝器相同：
制冷剂侧
的放热
金属壁和垢
层的导热
载冷剂侧
的放热
蒸发器的传热系数 K的计算与冷凝器基本相同，但制冷
剂侧的放热为沸腾放热，故放热系数与冷凝器不同，Ｋ值
也不同。
金属壁内侧
油膜的导热
第四章 冷凝器和蒸发器
2.3 蒸发器的选择计算
确定蒸发器
的冷负荷
确定蒸发
器的型式
计算传
热温差
计算传
热面积
计算载冷
剂流量
根据以上确定的面积 F0，由于考虑
到：使用后的污垢热阻将降低传热
效率；制冷系统的容量波动，故要
加上安全系数,10~15%，因此
F0*=(1.1~1.15)F0
?已知值
?Q0=MRq0=MCp(t1-t2)
F0=Q0/(K·Δtm)
传热系数查表
对数平均温差：
02
01
21
lg3.2
tt
tt
ttt
m
?
?
???
根据需要
选择
)( 21
00
ttC
QW
p ?
?
第五章 节流机构和辅助设备
1,节流机构
作
用
降压降温，保证压差,PK P0,TK T0
调节蒸发器的供液量 。
分
类
氨
系
统
氟
系
统
手动膨胀阀
浮球式膨胀阀
热力膨胀阀
毛细管
电子膨胀阀
直通式浮球膨胀阀
非直通式浮球膨胀阀
内平衡式热力膨胀阀
外平衡式热力膨胀阀
手动膨胀阀
由工作人员根据
负荷大小，手动调节
阀门开度，管理不方
便；结构同普通截止
阀。
直通式浮球膨胀阀
依靠浮球室
中的浮球受液面
的影响，控制阀
门的启闭。直通
式,构造简单，
浮球受液面波动
大，易损坏，下
部供液。
非直通式浮球膨胀阀
依靠浮球室中的浮球
受液面的影响，控制
阀门的启闭。非直通
式,液面平稳，不易
损坏，构造、安装较
复杂
氨浮球阀选择计算
（ 1）查表 氨浮球阀：
标准工况下的标准制冷量 Kcal/h 浮球阀通道面积（ mm2） 接管直径（ mm）
60000以下 17 15
60000~140000 20 25
140000~280000 50 32
280000~560000 100 40
560000~1100000 200 50
（ 2）计算
f=G/[50.4μ(ΔP·r)1/2] mm2
式中 G－质量流量 Kg/h
μ－流量系数,R717,μ=0.35;R12,μ=0.6~0.8
ΔP－膨胀阀前后压差，若 con到 E的进口压力损失不大，则
ΔP=PK-P0 Kgf/cm2
r－阀前液态制冷剂的容重,Kg/L
f－浮球阀通道断面积
考虑变工况运行,f‘=1.3f
内平衡式热力膨胀阀
根据感温包内制冷剂的饱和压力控制阀的开启，自动调节供液量，以保证
蒸发器的出口过热度为 3~5oC。
内平衡式：阀内膜片下方承受的压力为,E进口压力 P0和弹簧作用力；
外平衡式热力膨胀阀
根据感温包内制冷剂的饱和压
力控制阀的开启，自动调节供液量，
以保证 E的出口过热度为 3~5oC。
外平衡式：阀内膜片下方承受
的压力为,E出口处压力和弹簧作
用力；
根据制冷量，考虑一定的裕量，查样本选择。
但应注意设计工况与标准工况的转换：
???
?
???
?
???
?
???
????
设
标
设
标
设标
v
v
v
v
00 q
q
?
?
毛细管
液体比气体非常容易通过，气体流
动阻力 >液体流动阻力。
结构简单，制造方便，无运动部件，
不易出故障，有自补偿特点，停机
后,con与 E 内压力能很快自平衡。
过冷度对毛细管的流量影响较大。
合理选择：在规定的 TK,T0下，使
毛细管的阻力足以在毛细管进口处
保持一个液封，而又无过多的液体
存于冷凝器内。
电子膨胀阀
由检测、控制、执行三部分组成。由检测部分完成调节系统的
输入值（过热度），控制系统由程序控制，根据检测到的数据与规
定数据的比较，调节阀门。
电子膨胀阀对供液量调节范围宽，调节反应快，能保证蒸发器
的出口过热度稳定在 1～ 2 oC内，并能配合变频调节。
毛细管 热力膨胀阀 电子膨胀阀
制冷剂与阀的选择是
否相关
无关 由感温包充注的制
冷剂决定
无关
制冷剂流量调节范围 小 较大 大
流量调节机构 毛细管流动阻力 调节阀开度 调节阀开度
调节控制信号 过冷度 蒸发器出口过热度 蒸发器出口过热度
调节方法 回热循环，降低毛
细管出口段温度
检测出口过热度，
控制调节阀开度
检测出口过热度，
控制调节阀开度
对蒸发器过热度控制
偏差
大 较小,4~7° C，
但蒸发温度低时大
很小,1~2° C
流量调节特性补偿 困难 困难 可以
调节的过渡过程特性 不好 较好 优
允许负荷波动 很小 较大，但不适合于
能量可调节系统
很大，适合于能量
可调节系统
流量前馈调节 困难 困难 可以
价格 便宜 较高 高
电子膨胀阀与毛细管、热力膨胀阀的特点比较
第五章 节流机构和辅助设备
2,辅助设备
2.1 油分离器
作用：分离压缩机排气中的润滑油，以防止润滑油进入冷凝
器和蒸发器，形成油膜，降低其传热效果。
原理及分类,
? 利用流通截面积的突然扩大，降低气流速度来分离油滴。
外加冷却水套的
干式氨油分离器
干式氨油分离器 分油效果差，无法分离油蒸气。
利用冷却水降低混合气体温度，使部
分油蒸气冷凝，提高了分油效果。
? 改变气体流向 or利用离心力将油滴从制冷剂中甩出 。
离心式氨油分离器 分油效果好于干式油分离器。
2.1 油分离器
? 采用液体制冷剂对含油的制冷剂蒸气洗涤分油
洗涤式氨油分离器 不仅使油蒸气凝结，而能分离出
油滴。分油效果较好。
? 通过过滤层分油
滤过式氨油分离器 高效油分离器
? 氟利昂油分离器
在氨干式油分离器的基础上，在进气管下端加设过滤器，
实现双重作用。其下部设有自动回油的浮球阀。
选择计算：
yy
y w
V
w
Vd ?
?
? 0 1 8 8.0
3 6 0 0
4 ??
式中 dy－油分离器直径 (m)； λ－氨压缩机的容积效率；
V－氨压缩机的理论排气量 (m3/h)；
wy－油分离器中的气体速度 (m/s),wy=0.8~1.0m/s。
第五章 节流机构和辅助设备
干式氨油分离器 外加冷却水套的干式氨油分离器 离心式氨油分离器
第五章 节流机构和辅助设备
洗涤式氨油分离器 洗涤式氨油分离器安装要求
滤过式氨油分离器 氟利昂油分离器
第五章 节流机构和辅助设备
2.2 集油器（仅用于氨系统）
? 收集油分离器中分离出来
的润滑油，以及残留在冷凝
器、蒸发器,贮液器等容
器中的润滑油。
? 在压缩机吸气作用下，能
分离油中混合的制冷剂，使
操作安全、方便。
? 集油器应安装在整个制冷
系统的最低处。
? 高压侧、低压侧应各自使
用一个集油器，不能混用。
集油器
2.3 气液分离器
工作原理：
利用制冷剂蒸气流速
的急剧降低和流向的
急剧改变，实现：
? 分离蒸发器回气中
的液体制冷剂，防止
压缩机湿压缩。
? 分离进入蒸发器供
液中的闪发蒸气，提
高蒸发器的传热效果。
右图为：氨液分离器
2.4 贮液器
按
用
途
和
所
承
受
的
压
力
贮存冷凝器排出的高
压制冷剂液体，以供
应和调节系统供液量
贮存气液分离器分
离出的氨液，位于
气液分离器后
用于氨泵供液制冷系统，
作气液分离器和低压贮液
桶用，为氨泵提供所需的
低压氨液
维修和检修设备以
及设备冲霜时，贮
存设备排出的制冷
剂
高压贮
液器
低压贮
液器
循环贮
液桶
排液桶
贮液器的贮液容量按整
个系统制冷剂小时循环
量的 1/3~1/2选取
贮液器贮存制冷剂的最
大允许容量为本身容量
的 80%
贮存制冷剂的最大允许容
量为本身容量的 70~80%
卧式循环贮液桶的液
面不应超过其直径的
1/3
立式循环贮液桶的液
面不应超过其桶高的
1/4
最大氨液贮存容积
不小于氨泵每小时
循环量的 30%
高压贮液器
氟利昂液
体积计算式：（ P120 5-2-4式）
式中 VZ－贮液器的体积,m3；
Ψ－贮液器的体积系数；
β－贮液器的氨液充满度，取
70%；
v－冷凝温度下氨饱和液体的
比体积（ m3/kg）
－制冷装置中每小时氨
液的总循环量（ kg）
?? mZ qvV ??
?mq 氨液
低压贮液器
循环贮液桶
直径计算式：（ P123 5-2-5式）
式中 dd－低压循环贮液器的直径,m；
λ－氨压缩机的容积效率；
V－氨压缩机的理论排气量,m3/h；
Wd－低压循环贮液桶内的气流速度,(m/s)；
ξd －低压循环贮液桶截面积系数；
nd－低压循环贮液桶气体进气口的个数。
dddddd
d nW
V
nW
Vd
?
?
??
? ??? 0 1 88.0
3 6 00
4
体积计算式,（ P123 5-2-6式）
（ 1）上进下出式供液系统：
式中 Vd－低压循环贮液器的体积,m3；
θq－冷却设备蒸发器的设计灌氨量的体积百分比
（％）；
Vq－冷却设备蒸发器的体积,m3；
Vh－回气管体积,m3；
（ 2）上进下出式供液系统,（ P123 5-2-7式）
式中 Vq’－冷却设备灌氨量最大的一冷间蒸发器的体积，
m3；
Vb－一台氨泵的体积流量,m3/h；
tb－由氨泵启动到液体自系统返回低压循环贮液
桶的时间,h；
)6.0(5.01 hqqd VVV ?? ?
)6.0'2.0(7.0 1 bbhqd VtVVV ???
循环贮液桶
排液桶
2.5 空气分离器
作用：
原理：
在低温下，制冷剂会
冷凝，而空气不冷凝。将
混合气体在冷凝压力下降
温到一值，使混合气体中
的大部分制冷剂冷凝为液
体，而分离出空气，将空
气排出。
由于高压贮液桶出液
管的液封作用，所以都聚
积在冷凝器和高压贮液桶
中，故空气分离器连接在
冷凝器和高压贮液器上。
排出制冷系统的不凝性气体
套管式空气分离器
套管式空气分离器
立式空气分离器
第五章 节流机构和辅助设备
2.6 紧急泄氨器
2.7 过滤器
紧急情况时，防止氨系统
发生爆炸，将氨液加以稀
释后排入消防允许的下水
道内；
与贮氨量较多的容器相连
液体过滤器
气体过滤器
安装在节流阀前，氨泵进液管上
安装在压缩机的吸气管上
滤网
铁丝网
铜丝网
氨系统
氟系统
2.8 干燥过滤器
2.9 气液热交换器
第五章 节流机构和辅助设备
干燥剂：硅胶 or CaCl2分子筛
经冷凝后的液体在交换器内的蛇形管内流动；
由 E出来的蒸气在交换器内的蛇形管外流动； 逆向流动
2.10 中间冷却器
对于中间冷却器
的选择，应按其
直径和蛇形管冷
却面积计算确定，
相关内容可查阅
教材 P129~130
或其它参考文献。
用于多级压缩中，冷却低压级压缩机
排出的过热蒸气，使其冷却到中间压
力，以便保证高压级压缩机的正常工
作；同时还起到了油分离器的作用
（洗涤式油分离器）。
2.11 氨泵
第五章 节流机构和辅助设备
用于冷库制冷系统中的氨泵供液系统。
用来：输送氨液；克服阻力。
齿轮泵
离心泵
输液量恒定，抗气蚀能力强；
装配间隙小，要求氨液纯净
流量与压力呈一定比例变化，
抗气蚀能力差
选择计算：
流量,qv=nxqzvz
qv－氨泵体积流量,m3/h
nx－循环倍数
qz－氨泵所供同一蒸发温度的氨液蒸发量,kg/h
vz－蒸发温度下氨饱和液体的比体积,m3/kg
扬程：
克服泵出口至蒸发器进液口的沿程阻力损失；
氨泵中心至最高的蒸发器进液口上升管静压阻力损失、加速度阻力损失；
蒸发器节流阀前应留有足够压力（ 1~1.5kgf/cm2）。
为防止氨泵发
生气蚀，氨泵
进液处压力应
有不小于 0.5m
液柱的裕度
第六章 双级蒸气压缩制冷
为什么使用双级压缩？
com的压力差超过允许值，导致机件损坏；
压力比过大，排气温度升高，导致润滑油稀化，增加润
滑油的消耗；导致润滑油的碳化，引起润滑不良；
压力比过大，导致容积效率 ηV和 制冷量 ?0大大降低。
下表列出常用制冷剂在 Pk/P0=10时的最低蒸发温度：
当压力差（ Pk-P0）＞ 12~14和压力比 Pk/P0＞ 8~10时，
单级压缩机会发生：
制冷剂
冷凝温度（ ° C）
30 35 40 45 50
R717 -30.5 -27.3 -24.4 — —
R22 -37.2 -34.2 -31.5 — —
R12 -36.8 -33.8 -31.1 -28.3 -25.4
由于 环境温度、压力差（ Pk-P0）和压力比 Pk/P0的
限制,单级压缩机不能达到很低的蒸发温度，为了获得
更低的蒸发温度，就需要使用多级压缩。
§ 6-1,双级压缩制冷循环与系统组成
双级压缩制冷循环仅压缩过程为两级压缩，其他与单级相同：
低温低
压制冷
剂蒸气
中间压
力下过
热蒸气
低压级 com 过热蒸
气被冷
却
中间冷却器 冷凝压
力下过
热蒸气
高压级 com
单机双级系统：气缸数比常为 1:3or1:2
双级制冷
系统组成
双机双级系统两台压缩机
一台压缩机，
高、低压气缸
中间冷
却程度
中间完全
冷却
中间不完
全冷却
低压级 com排气在中间冷却器中被冷却到中
间压力下的饱和温度。用于氨系统
低压级 com排气与中间冷却器中蒸发的蒸气相
混合，被冷却到某一过热点。用于氟利昂系统
两级节流中间完全冷却原理图 两级节流中间完全冷却 lgP-h图
1,双级压缩氨制冷循环
1.1.1 双级节流中间完全冷却循环
节流级数
双级
单级
采用两个节流阀，制冷剂经过两次节流
采用一个节流阀，制冷剂经过一次节流
MR2
MR1 MR1
MR
MR
MR1 MR1
MR
MR3
1.1.2 两级节流中间完全冷却制冷循环流量计算
? 由总流量与各分流量关系得：
MR=MR1+MR2+MR3 (6-1)
其中,MR1—蒸发器中气化的制冷剂流量；
MR2—中间冷却器冷却初级排气而气化的制冷剂流量；
MR3—一级节流气化的制冷剂流量。
? 由中间冷却器热平衡方程得：
MR1(h2,-h3)=MR2(h3-h4) (6-2)
?一级节流气化的制冷剂流量 MR3为：
MR3=MR(h10-h4)/(h3-h4) (6-3)
?蒸发器中气化的制冷剂流量 MR1为：
MR1=?0/(h1-h5) (6-4)
?求解 (6-1),(6-2),(6-3),(6-4)式组成 的方程组，即可求得
各流量值。
1.2.1 一次节流中间完全冷却循环
一次节流中间完全冷却双级压缩系统图 一次节流中间完全冷却双级压缩 lgP-h图
M1
MD
MG
M1
M
D
MG
MD
1.2.2 一次节流中间完全冷却制冷循环流量计算
? 由总流量与各分流量关系得：
MG=M1+MD (6-5)
其中,MG—高级压缩机的制冷剂流量；
M1—中间冷却器冷却初级排气而气化的制冷剂流量；
MD—低级压缩机的制冷剂流量。
? 由中间冷却器热平衡方程得：
M1(h3-h10)=MD(h9-h4,)+ MD(h2-h3) (6-6)
又 ∵ h10=h9 (6-7)
?求解 (6-5),(6-6),(6-7)式组成 的方程组，即可求得,
MG= MD(h2-h4,)/(h3-h9) (6-8)
1.2.3 双级压缩氨制冷系统
一次节流中间完全冷却双级压缩氨制冷系统图
MG
M1
MD
MD
1.3.1 一次节流中间不完全冷却制冷循环
（双级压缩氟利昂制冷循环）
一次节流中间不完全冷却原理图 一次节流中间不完全冷却 LgP-h图
MG
M1
MD
M1
MD
MG
1.3.2 一次节流中间不完全冷却流量计算
? 由总流量与各分流量关系得：
MG=M1+MD (6-8)
其中,MG—高级压缩机制冷剂流量；
M1--中间冷却器使饱和液体过冷而气化的制冷剂流量；
MD--低级压缩机的制冷剂流量。
? 由中间冷却器热平衡方程得：
M1(h3-h10)=MD(h9-h4,) (6-9)
又 ∵ h10=h9 (6-10)
? 求解 (6-8),(6-9),(6-10)式组成 的方程组，即可求得,
MG= MD(h3-h4,)/(h3-h9) (6-11)
另外,6点的压力为中间压力 PZ，焓值 h6应由热平衡求得，
才能确定 6点的位置：
(MG-MD)(h6-h3)=MD(h2-h6)
∴ h6=[MG?h3+ MD?(h2-h3)]/ MG
=h3+(h3-h9)(h2-h3)/(h3-h4’) (6-12)
M1
M1
MD
MD
MG
§ 6-2,双级压缩制冷的热力计算
在进行双级压缩热力计算前，首先应解决制冷剂和循环形式
的选择，以及工作参数的确定，现介绍如下：
制冷剂选择,根据需要达到的最低蒸发温度 t0，按
? 每级压缩比 Pk/P0≤8~10；
? P0>0.1~0.15 bar（绝对压力）。
选择能达到上述条件的制冷剂作为双级压缩的制冷剂。
循环形式的选择,循环形式与制冷剂密切相关。一般，氨
宜选择一级节流中间完全冷却制冷循环，氟利昂宜选择一级节流
中间不完全冷却制冷循环。
1,工作参数的确定,（即,tk,t0,tz,Pk,P0,Pz等参数）
tk,t0的确定同单级压缩，而中间温度 tz和中间压力 Pz是双级
压缩特有的问题，因此，我们着重讨论这个问题。
1.1 选配压缩机时中间压力的确定
最佳中间压力：使压缩机在最佳状态下运行，使压缩机的运
行经济性最好。其方法如下：
（ 1）多次试算，求最佳值；
（ 2）氨制冷剂根据 Tk,T0查图 6-2-1；
（ 3） Tz=0.4Tk+0.6T0+3 OC,(-40~+40 OC);
（ 4） Pz=(Pk·P 0)1/2。
1.2 对已选 com系统确定中间压力
（ 1） 按高、低压缩机的排气量的比值确定中间压力 。
DDD
GGG
hD
hG
vm
vm
V
V
?
??
/
/
?
???
单机双级,ξ=1:3or1:2
双机双级：根据制冷剂
工质、蒸发温度选择合
适的比值
中间压力的确定有两种不同情况：一种是为制冷循环选择
压缩机需要中间压力；另一种是对已有的压缩机确定中间压力。
下面就按这两种情况讨论。
(6-2-1)
（ 2）任取几个中间温度，宜取负值，每两值之差 5~10° C为宜，
然后计算各中间温度的 ξ值, 以 ξ—tz作图。图中对应于 (6-2-1)式
计算出的 ξ值的中间温度即为该既定循环的中间温度。（具体作
法请参考 P144例 2）
2,双级压缩氨制冷循环的热力计算
确定了工作参数后，就可以作 lgP-h图，查取各点的状态参
数值，进行热力计算。
热力计算的任务就是求出循环的性能指标、各换热器的热
负荷、压缩机的输气量及功率、或制冷量等。 下面以 P134图 6-
1-3所示的双级压缩氨制冷循环为例，说明双级压缩制冷循环的
热力分析和计算方法。该循环的 lgP-h图见 P134图 6-1-4。
(1) 双级压缩的制冷量是低压级蒸发过程 5’-1，其单位质量制
冷量 q0为：
q0=h1-h5’ (kJ/kg) (6-2-2)
(2) 低压级消耗的单位质量理论功为：
wtD=h2-h1 (kJ/kg) (6-2-3)
(3) 当已知冷负荷为 Q0(kW)时，低压级制冷剂循环量 mD为：
mD=Q0/(h1-h5’) (kg/s) (6-2-4)
(4) 低压级压缩机的理论耗功率为：
NtD=mD?wtD=Q0(h2-h1)/(h1-h5’) (kW) (6-2-5)
(5) 高压级消耗的单位质量理论功为：
wtG=h7-h3 (kJ/kg) (6-2-6)
(6)根据前述一次节流中间完全冷却循环流量计算 (6-8)式，高
压级制冷剂循环量 mG为：
mG =mD(h2-h4’)/(h3-h9) (kg/s) (6-2-7)
(7) 高压级压缩机的理论耗功率为：
NtD=mG?wtG
=[Q0(h2-h4’)(h7-h3)]/[(h1-h5’)(h3-h9)] (kW) (6-2-8)
(8) 双级压缩制冷循环的理论耗功率为：
Nth=NtD+NtG (kW)
（ 9）制冷系数 ε为：
ε=Q0/Nth=Q0/(ND+ NG)= Q0/(mD·W tD+mG·W tG)
=q0/(wtD+ mG·w tG/ mD) (6-2-9)
以上是一次节流中间完全冷却双级压缩制冷 理论循环 的热力
分析和计算。由于随后要进行的一次节流中间完全冷却双级压
缩制冷 实际循环 的热力分析和计算，以及涉及到理论排气量 Vh、
容积效率 ηv、指示效率 ηi等的计算，与单级压缩制冷循环相同，
这里不再重述，请同学们参见 P59 § 3-4。
但是，在计算中间冷却器的热平衡及高、低压级的流量比
mG/mD和冷凝器热负荷时都需要用到压缩机实际压缩过程的排
气焓值。这里介绍一下实际排气焓值的计算方法：
（ 10）高、低压 com实际过程排气焓值 h7S,h2S
根据指示效率定义式,ηi=wth/wi,对于低压级压缩机有
ηiD=(h2-h1)/(h2S-h1)
∴ h2S=h1+(h2-h1)/ηiD (kJ/kg) (6-2-10)
同理，对于高压级压缩机实际压缩过程的排气焓值为：
h7S=h3+(h7-h3)/ηiG (kJ/kg) (6-2-11)
另外，在相同压缩比下，双级压缩低压级压缩机输气系数
λaD比单级压缩机输气系数 λ约低 10%，即：
(11) λaD=0.9 λ (6-2-11’)
以上是一次节流中间完全冷却双级压缩制冷循环装置选择
设计的热力计算。 对于已确定的双级压缩制冷机，常常需要计
算制冷量 Q0，其计算方法如下：
? 根据双级压缩制冷机运行中测得的温度、压力，在 lgP-h图上
作出制冷循环，确定出各点的状态参数值；
? 制冷量的计算公式如下：
Q0=VhD?λaD?(h1-h5’)/v1 (kW) (6-2-11’’)
其中,VhD--双级压缩低压级压缩机的理论排气量,m3/s；
λaD--双级压缩低压级压缩机的输气系数；
v1--双级压缩低压级压缩机吸气的比容,m3/kg。
一次节流中间不完全冷却双级压缩制冷循环热力计算，与
前面讲的一次节流中间完全冷却双级压缩制冷循环基本相同，
其区别仅在于中间冷却器的热平衡方程不同，由此得到的流量
计算也不同。现在重述一下热力计算中需要用到的流量计算结
果：
(1) 高、低压级压缩机的流量关系,
MG= MD(h3-h4,)/(h3-h9) (6-11)
(2) 6点的压力为中间压力 PZ，焓值 h6是由两部分气体混合而成，
应由热平衡求得，才能确定 6点的位置：
(MG-MD)(h6-h3)=MD(h2-h6)
∴ h6=[MG?h3+ MD?(h2-h3)]/ MG
=h3+(h3-h9)(h2-h3)/(h3-h4’) (6-12)
焓值 h6求得后，就能在 PZ线上作出 6点，查出 6点的其它状
态参数值，即可进行一次节流中间不完全冷却双级压缩制冷循
环热力计算。
肉类生产性冷藏库平面类型之一,
1-冻结间； 2-常温脱盘、脱钩间； 3-走道； 4-冻结物冷藏间； 5-贮冰间； 6-快速制冰
间； 7-值班室； 8-站台； 9-机房及设备间； 10-配电室； 11-露天变压器； 12-机修间。
肉类生产性冷藏库平面类型之二：
1-冻结间； 2-冻结物冷藏间； 3-贮冰间； 4-制冰间； 5-机房； 6-常温脱盘、脱钩间；
7-常温穿堂； 8-电梯； 9-贮藏室； 10-值班室； 11-工人休息室； 12-回钩廊； 13-公
路站台； 14-铁路站台； 15-联系廊。
§ 7-9 制冷系统的自控装置
1,自动控制的组成和原理
所有自动控制装置都由传感器（或变送器）、调节器（或控
制器）、执行机构组成。其流程如下：
2,电脑自动控制的组成和原理
电脑在自动控制装置中的作用相当于上述的“比较 → 调节器”
的作用。电脑能显示、贮存数据，但自控装置要增设“数／模转
换器”。其自动控制流程如下：
数／模转换器，又称变送器，或 A/D,D/A变送器。其作用
是：把模拟量转变为电脑认识的数字信号，并传输给电脑：把
电脑发出的控制指令（数字信号）转变为模拟量，并传输给执
行机构。
工业控制要求可靠，同时还要求在中央和现场都能控制，因
此工业控制系统一般如下：
工业自控系统框图
3,自控元件的功能
冷库用的自控元件可分为六类：
自动融霜控制。TDS-04,TDS-05型融霜时间程序控制器时间控
制类
按冷库负荷变化，对压
缩机的产冷量进行定点
延时分级调节。
TDF-01,TDF-02型分级步进调节器。能量调
节类
控制容器中制冷剂的液
位。
UQK-40,UQK-41~43型浮球液位控制器
等。
液位控
制类
现场控制库温。压力式温度控制器（ WTQK,WTZK型）、
TDW-12型温度调节器等。
温度控
制类
压力保护，压力调节，
压力变送。
YWK型压力控制器,CWK型压差控制器、
YSG-01电感压力变送器等。
压力控
制类
通过控制管道中制冷剂
的通断，控制压力，调
节流量。
电磁阀、恒压阀、主阀、组合式主阀、
水电磁阀、止回阀、自动旁通阀、氨热
力膨胀阀等。
流通控
制类
主要功能控制元件名称及型号类别
电磁阀
继动电磁阀 液用常闭型电磁主阀
气用常开型电磁主阀
恒压阀
主阀
阀门符号 等效线路
其中：
正恒压阀 (I型 )
正恒压阀 (II型 )
反恒压阀 (I型 )
反恒压阀 (II型 )
电磁阀
常闭主阀
常开主阀
导阀接管方向
导阀外接管
4,应用方案
4.1 设计规范的规定 (GB50072-2001)
设计规范的强制规定是必须遵守的，因为这关系到生命和财
产的安全问题，具有法律的效力和责任。这里只简略介绍设计规
范的强制规定，其它的规定请同学们自己去查看。
? 6.4.1条：氨压缩机的安全保护装置应由氨压缩机制造厂成套配
置，且应符合下列规定：共有 7条，从略。
? 6.4.3条：氨泵应设下安全保护装置,共 4条，规定氨泵应设断液
自动停泵装置；排液管上应设止逆阀、压力表；排液总管上应设
旁通泄压阀。
? 6.4.4条：所有设备、容器、加氨站集管及有管道与冷却设备相
连的 (液体的、气体的、融霜的 )氨分配站集管上和不凝气体分离
器的回气管上均应设压力表或真空压力表。
? 6.4.5条：氨压力表和真空压力表应采用氨专用的，其精度要求
高压侧不应低于 1.5级，低压侧不应低于 2.5级，并宜带饱和温度
刻度，其量程在 1.5倍工作压力到 3倍工作压力之间。距地 2m时，
其表径不宜小于 100mm，距地 2-3m时，其表径不宜小于 160mm。
压力表的安装高度距观察地面不应超过 3m。
? 6.4.6条：低压循环贮液器、氨液分离器和中间冷却器应设超高
液位报警装置及正常液位自控装置。低压贮液器应设超高液位报
警装置。
? 6.4.7条：各种压力容器 (设备 )应按产品标准要求设安全阀。
? 7.2.4条：每台氨压缩机应在机组控制台装设紧急停车按钮。
? 7.2.5条：氨压缩机房的事故排风机应采用防爆型电机，当发生
意外事故而被切断供电电源时，应能保证事故排风机的可靠供电。
事故排风机的过载保护宜作用于信号报警系统而不直接停止排风
机。事故排风机的控制按钮应在氨压缩机房门外侧的墙内暗装。
? 7.3.10条：穿过库房隔热层的电气线路，宜集中敷设，且必须采
取可靠的防火及防止产生冷桥的措施。
? 7.3.12条：库房阁楼层内不得装置电气设备及敷设电气线路。
4.2 冷库自控应用
冷库自动控制可以分为库房回路、氨泵回路及机房回路三部
分。无论哪一部分的自控都必须遵守, 冷库设计规范, 的规定。
4.2.1 库房回路
1,冻结物冷藏间库温自控回路
库温控制方法：用温控器控制供液阀
热氨融霜控制：手动融霜
2,冻结间库温及融霜程序自控
库温控制方法：用时间和温度控制器控制供液阀和风机
热氨融霜控制：用融霜程控器控制热氨阀、排液阀和水阀
3,冷却物冷藏间库温及融霜自控
库温控制方法：用时间及温控器控制供液阀和风机
湿度控制方法：控制回气压力，稳定蒸发温度
热氨融霜控制：用融霜程控器控制热氨阀、排液阀和水阀
4.2.2 氨泵回路
氨泵应设下安全保护装置,氨泵应设断液自动停泵装置；
排液管上应设止逆阀、压力表；排液总管上应设旁通泄压阀。
作业的已知条件,R717,tk=40℃,tr.c=35℃,t0=5℃,tsh=10℃,
? 0=40000kcal/h.
求：该压缩机在标准工况的 ? 0=？； Pe=？
解,1,作 lgP-h图，查出已知工况和
标准工况的各点焓值及 v1值；
2,求已知工况的 ηv和 Vh值：
ηv=0.94-0.085[(pk/p0)1/m-1]
Vh= ? 0/(ηv?qv)
3,求标准工况的 ηv‘,? 0’：
ηv‘=0.94-0.085[(pk‘/p0’)1/m-1]
? 0’= ηv‘? Vh?qv’
4,求标准工况的 ηi,Pm和 Pe：
ηi=(273+t0)/(273+tk)+b?tk
Pi=(Vh? ηv‘/v1’)(h2’-h1’)/ ηi
Pm=(50~80)Vh
Pe=Pi+Pm
学时安排
章 数 学时
第一章 蒸气压缩式制冷装置的基本原理与热力计算 4
第二章 制冷剂及载冷剂 2
第三章 制冷压缩机 5
第四章 冷凝器和蒸发器 3
第五章 节流机构和辅助设备 3
第六章 双级蒸气压缩制冷 5
第七章 冷库制冷工艺 20
第八章 室内人工冰场制冷工艺 6
总 计 48
第一章 蒸气压缩式制冷装置的基本原理
与热力计算
1,蒸气压缩式制冷装置的基本原理及典型流程
1.1 基本组成及工作原理
压缩机（ compressor） 冷凝器（ condenser）
蒸发器（ evaporator） 节流阀（ throttle）
高温高压过热蒸气
高温高压
饱和液体
低温低压两相流
低温低压
饱和蒸气 or
过热蒸气
1.2 理论循环
第一章 蒸气压缩式制冷装置的基本原理
与热力计算
理论循环：在没有任何实际损失下的制冷循环。
条件：无温差传热；
压缩过程是可逆绝热压缩过程即等熵过程；
管路中无任何耗损。
T-S图 LgP-h图
2,单级蒸气压缩制冷的理论循环及热力完善度
第一章 蒸气压缩式制冷装置的基本原理
与热力计算
理想制冷循环：逆卡诺循环
逆卡诺循环
特点：
用节流阀代替膨胀机：
损失膨胀功、产生“闪发气体”；但简化装置、便于调节。
产生节流损失
用干压缩代替湿压缩；
实现“干冲程”；但耗功量、制冷量均增加，制冷系数下
降。
产生过热损失
实际采用的制冷理论循环：
两个定压过程；
一个绝热压缩过程；
一个绝热节流过程。
实际理论循环
2.1 改善蒸气压缩制冷循环的措施
第一章 蒸气压缩式制冷装置的基本原理
与热力计算
节流损失
过热损失
再冷度过热度
Pk/P0>8
膨胀阀前液态制冷剂的再冷却；
蒸气回热循环 ；
图
图
中间冷却的多级压缩 图
有再冷却器的蒸气压缩式制冷
回热式蒸气压缩式制冷
多级蒸气压缩式制冷循环
2.2 单级蒸气压缩式制冷理论循环的性能指标与热力计算
第一章 蒸气压缩式制冷装置的基本原理
与热力计算
LgP-h图
? 单位质量制冷量 q0 kJ/kg
q0=h1-h4
? 单位容积制冷量 qv kJ/m3
qv= q0/v1=(h1-h4)/v1
制冷剂质量流量 MR=? 0/q0 kg/s
制冷剂体积流量 VR= MRv1=? 0/qv m3/s
? 单位质量冷凝热 qk kJ/kg
qk= h2-h3
冷凝器负荷 ? k=MRqk= MR(h2-h3) kW
第一章 蒸气压缩式制冷装置的基本原理
与热力计算
2.2 单级蒸气压缩式制冷理论循环的性能指标与热力计算
? 单位质量耗功率 wc kJ/kg
wc=h2-h1
压缩机的理论耗功率 Pth=MRwc=MR(h2-h1) kW
? 理论制冷系数 εth
εth=? 0/Pth=q0/wc=(h1-h4)/ (h2-h1)
? 理想循环制冷系数 ε0
ε0=T0/ (TK-T0)
? 热力完善度 η
η=εth/ε0=[(h1-h4)/(h2-h1)]/[T0/ (TK-T0)] LgP-h图
第一章 蒸气压缩式制冷装置的基本原理
与热力计算
ε:相同 TK,T0的制冷循环
η,不相同 TK,T0的制冷循环
评价制冷循环
的经济型指标
第二章 制冷剂及载冷剂
§ 2-1 制冷剂
2.1 制冷剂的基础知识
制冷剂 —在制冷装置中循环流动，通过自身热力状态的变
化与外界发生能量交换，从而实现制冷作用的工作流体。
制冷装置与制冷剂相互依存，相互适应，才能组成完美的
制冷系统。根据现实工业条件，提出了对制冷剂的要求：
首先，制冷剂的热力性质对制冷系数的影响可用制冷效率
ηR来表述。
制冷效率 —理论循环的制冷系数 εth与有温差的逆卡诺循环
制冷系数 εc’之比。
ηR= εth / εc’
其中,εc’=(T0-ΔT0)/[(TK+ ΔTK)-(T0- ΔT0)]
ηR物理意义,表示了 制冷剂的节流损失和过热损失的大小。
除了 制冷效率外，还应考虑如下的其他性能：
对制冷剂的要求：
第二章 制冷剂及载冷剂
? 热力学的性质：
蒸发压力和冷凝压力适中；
单位制冷量 q0和单位容积制冷量 qv要大；
制冷剂的凝结温度要高；
凝固温度要适当的低一些；
绝热指数应低一些；
防止空气渗入；减少装置承压，防止制冷剂
外泄；压缩比小－减少压缩机的耗功量
减少工质的循环量；缩小压缩机的尺寸
便于用一般冷却水或空气冷凝；接近逆卡诺
循环，节流损失小
能得到较低的蒸发温度
压缩机排气温度低－提高压缩机容积效率、
对润滑油有好处
第二章 制冷剂及载冷剂
对制冷剂的要求：
? 物理化学的性质：
制冷剂在润滑油中的可溶性；
制冷剂的导热系数、传热系数要高；
制冷剂的密度、粘度要小；
制冷剂对金属和其它材料应无腐蚀和侵蚀作用；
制冷剂在高温下应不分解，且不燃烧、不爆炸；
? 其它：
制冷剂对人的生命和健康无危害，不具有毒性、窒息性
和刺激性；
制冷剂应易于购买，且价廉。
提高换热效率，减少蒸发器、冷凝器的传热
面积
流动阻力小，降低耗功率、缩小管径
第二章 制冷剂及载冷剂
2.2 常用制冷剂
常用制冷剂（氨及氟利昂）性能比较
序号 R717 F 对比
1 价廉易取 比 R717贵十几倍 R717系统投资、运行费低
2 q0,qv大,MR小 相反 同 ? 0下,R717com尺寸小、管径小
3 几乎不溶于油 大多数易溶于油 R717系统分油易,F系统分油难
4 λ,α大,k大 相反 R717换热设备尺寸小
5 渗透力弱，易发现 相反 R717损耗小，运行费低
6 无限溶于水 难溶于水 F系统易产生冰堵
7 毒性大,有燃烧爆炸危险 相反 F可用于空调中直接蒸发冷却
8 含水对铜有腐蚀
（系统中无铜）
对天然橡胶有侵蚀
（垫圈不能用橡胶）
不同系统采用不同材料
9 分子量小,t排 高 相反 R717 com用水冷； F com用风冷
10 粘度小,密度小,阻力小 相反 R717系统管径小,com耗功小
11 对生态环境影响小 某些 F工质对生态环境
影响大
某些 F工质渗透、排放造成人类生态
环境恶化
§ 2-2 载冷剂
t＞ 0 oC，用水； t≤0 oC，用盐溶液。
2.1 盐水
盐水凝固温度与浓度有关。盐水浓度太低，
会析出冰粒；浓度太高，比热小、比重大、流阻大、有盐粒析出。
第二章 制冷剂及载冷剂
浓度确定方法：
? 盐水溶液浓度对应的凝固温度 t凝 =t0-(6~8) oC；
? 且 t凝 >t合晶点 ；（ NaCl为 -21.2 oC； CaCl2为 -55 oC；）
一般使用时,0 oC > t0>-16 oC:可用 NaCl；
-16 oC > t0>-50 oC:可用 CaCl2；
且 ξ < ξ合晶点 。
盐水腐蚀性强，还应加入缓蚀剂。
由于盐水对金属有强烈
腐蚀作用，溶液中要加
入缓蚀剂。 1m3CaCl2溶
液,1.6kgNa2Cr2O7、
0.45kgNaOH; 1m3NaCl
溶液,3.2kgNa2Cr2O7、
0.89kgNaOH
2.2 乙二醇水溶液
第二章 制冷剂及载冷剂
特点：
?冻结温度合适，适用范围广
?热物性较佳：比冷冻水差，但优于其它盐类不冻液
?腐蚀性低
?化学稳定好
?安全性好
?易于购买
浓度确定方法同前。（查 P28图 2-2-3或 P34表 2-2-8）
浓度确定后，再从 P29~P36查对应的物性，计算流
量、流阻，选择水泵。
1,压缩机的分类
第三章 制冷压缩机
容
积
型
速
度
型
往复式
旋转式
涡旋式
螺杆式
离心式
活塞连杆式
活塞斜盘式
转子式
旋转叶片式
双螺杆式
单螺杆式
1.1活塞式制冷压缩机的型式
（一）按气体在气缸内的流动情况分为：
顺流式 逆流式
（二）按气缸排列和数目的不同，分为：
立式、卧式、角式三种。
立式 卧式
角式
气缸排数,1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
气缸总数,4 8 12 16 3 6 9 12 2 4 6 8
（三）按结构不同，分为开启式、封闭式：
开启式 ——压缩机和驱动电机分别为两个设备，用联轴器连接为一体。
封闭式 ——压缩机和驱动电机被封闭在同一空间。空间用法兰螺栓封闭
为半封闭：空间用焊接封闭为全封闭。
1.2开启式活塞制冷压缩机的构造
第三章 制冷压缩机
2,活塞式制冷压缩机的性能
2.1 活塞式压缩机的活塞排量
气缸的工作容积 Vg m3
式中 D－气缸直径,m；
s－活塞行程,m。
理论排气量 or活塞排量 Vh m3 /s
如压缩机有 z个气缸，转数为 n（ r/min），则压缩机可
吸入的气体体积：
sDV g 24??
s n zDnzVV gh 224060/ ???
活塞式制冷压缩机实际工作过程
2.2 活塞式压缩机的容积效率 ηv
压缩机的容积效率：压缩机的实际排气量永远小于压缩
机的理论排气量，两者的比值称为压缩机的容积效率。
第三章 制冷压缩机
h
Rv
V
V??
影
响
因
素
气缸余隙容积
进排气阀阻力
吸气过程中气体
被加热的程度
漏气
余隙系数 λv
节流系数 λp
预热系数 λt
气密系数 λl
η v=λvλpλtλl
在计算中，可按经验公式计算：
ηv=0.94-0.085[(p2/p1)1/m-1]
上式 n>=720 r.p.m
m－多变指数，
NH3:m=1.28;R12:m=1.13;
R22:m=1.18
当 n<720 r.p.m：
ηv=0.94-0.0605[(p2/p1)1/m-1]
2.3 活塞式压缩机的制冷量和耗功率,
压缩机的实际排量 VR m3 /s
VR= ηv Vh
压缩机的制冷量 ? 0 kW:
? 0=VR qv= ηv Vh qv
压缩机的轴功率 Pe kW:
? 指示功率 Pi
? 摩擦功率 Pm
Pe=Pi+Pm
第三章 制冷压缩机
直接用于压缩气体
Pi=MRwi=MRwth/ηi
=(ηvVh/v1)[(h2-h1)/ηi]
ηi －指示效率，单位质量
制冷剂的理论耗功量与单
位质量实际耗功量之比。
确定方法,
(1)由 com型式、工质,Tk、
T0查设计手册；
(2)由经验公式计算
用于克服运动机构的摩擦阻力
Pm=Pe-Pi=Pi/ηm-Pi=Pi(1/ηm-1)
ηm －摩擦效率，指示功率与
轴功率之比。
一般,ηm =0.8~0.9
= Pi/ηm=Pth/ηiηm
= (ηvVh/v1)[(h2-h1)/ηi ηm]
2.3 活塞式压缩机的制冷量和耗功率,
Pe = (ηvVh/v1)[(h2-h1)/ηi ηm]
定义 压缩机的总效率 ηs= ηi ηm
一般,ηs=0.65~0.72
配用电机的输入功率 Pin kW：
Pin = Pe/η0 ηd =(1.1~1.15)Pe/ηd
η0－电机效率，一般,η0=0.91~0.86（ 三相）；
ηd－传动效率，直联, ηd=1；
皮带联接, ηd=0.9~0.95。
第三章 制冷压缩机
评价压缩机的性能如何，常用下列三项指标：
? 压缩机制冷量：
? 0= ηvVhqv= ηvVhq0/v1
? 压缩机轴功率：
Pe= (ηvVh/v1)(wth/ηiηm])=Pth/ηiηm
2.4 影响活塞式制冷压缩机性能的主要因素
? 性能评价指标：
单位轴功率的制冷量－性能系数（ Ke或 COP）：（开启式）
COP=? 0/Pe=(? 0/Pth)ηiηm=εth ηiηm
单位电机输入功率的制冷量－能效比（ EER）：（封闭式）
EER=? 0/Pin=(? 0/Pth)ηiηmηdη0=εth ηiηmηdη0
影响压缩机性能的主要因素是,T0,TK； T0的作用＞ TK
TK 不变,T0↓1° C,? 0↓ 2～ 3% Pe↑ 1～ 2% COP↓ 3～ 4%
T0 不变,Tk↑ 1° C,? 0↓ 1～ 2% Pe↑ 1～ 2% COP↓ 2～
3%
由于
ηv,qv,wth,ηiηm=f(T0,TK)
因此
影响压缩机性能的主要因素是：
T0,TK
TK, T0 对活塞式制冷压缩机性能的影响：
冷凝温度 TK 的影响
当蒸发温度 T0=const，冷凝温度 TK上升时：
(1) q0 q0’； {PK/P0 ηv ； v1不变,Vh不变,? 0=ηvVhq0/v1 }
(4) t排 润滑油润滑不良
(5) (PK-P0) 活塞压力,
com的工作条件恶化
(2) wth wth’； {∵ wth 增加比 ηv减少多
∴ Pe= (ηvVh/v1)(wth/ηiηm) }
(3) COP= ? 0/Pe
第三章 制冷压缩机
蒸发温度 T0 的影响
当冷凝温度 TK=const，蒸发温度 T0下降时,
(1) q0 q0’,PK/P0, v1 v1’,Vh不变； qv=q0/v1, ηv, ? 0=ηvVhqv
(2) t排 润滑油润滑不良
(4) 无论 Pe or, COP= ? 0/Pe
(3) wth wth’,ηiηm 变化很小,MR= ηiVh/v1
Pe= MRwth/ηiηm or？
经分析可以得到, Pemax出现在 PK/P0=3处
所以,PK/P0<3时,T0, Pe
PK/P0>3时,T0, Pe
关于压缩机的四个规定温度工况
为了比较压缩机的性能，设计和考核压缩机的机械强度，
国家规定了如下的四个温度工况：
工 况
蒸发温度
° C
吸气温度
° C
冷凝温度
° C
再冷温度
° C
标准工况 R717
R12
R22
-15
-10
+15
+15
+30 +25
空调工况 R717
R12
R22
+5
+10
+15
+15
+40 +35
最大功率
工况
R717
R12
R22
+5
+10
+5
+10
+15
+15
+40
+50
+40
+40
+50
+40
最大压差
工况
R717
R12
R22
-20
-30
-30
-15
0
+15
+40
+50
+40
+40
+50
+40
§ 3-3 螺杆式压缩机
1,工作原理
阴、阳螺杆的齿槽与机壳内壁构成基元容积。螺杆转动
时，基元容积的位置及大小随之改变，使基元容积连续重复
地进行“吸气－压缩－排气”工作过程。
第三章 制冷压缩机
螺杆式压缩机的工作原理
螺杆式压缩机与活塞式压缩机相比，具有结构简单、体积
小、易损件少、振动小、容积效率高、对湿压缩不敏感等特点。
序号 类别 活塞式压缩机 螺杆式压缩机
1 压缩元件 气缸活塞及曲轴连杆机构 阴、阳转子
2 气缸密封方式 气缸活塞环接触润滑密封 喷润滑油密封
3 吸、排气元件 气缸套及进排气阀组合件 吸气口、排气口
4 卸载及能量调节装置 油压启阀式卸载装置，包
括：顶杆启阀机构、油压
推杆机构
滑阀及轴向移动控制机构
5 润滑系统 油泵、分油阀 油泵、油分离器、油冷却
器、粗油过滤器、精油过
滤器及分油阀
6 余隙系数 有 无（无余隙容积）
7 节流系数 有 无（无进、排气阀片）
8 容积效率 较低 较高
9 单级压缩的最高压缩比 8~10 20
10 能量调节范围 100%,75%,50%,25% 15~100%无级调节
活塞式压缩机与螺杆式压缩机比较
2,螺杆式制冷压缩机的运行调节
螺杆式压缩机均带有能量调节机构，可
使冷量在 15%～ 100%之间无级调节。
能量调节通过两螺杆转子间的底部的滑
阀和轴向移动控制机构实现。
滑阀打开后，转子底部有一间隙与吸气
口相通，使基元容积的吸气量减少，排气也
减少，制冷量减少，调节滑阀间隙的大小，
就能控制制冷量；滑阀关闭后，基元容积的
吸气量达 100%，制冷量达 100%。
3,螺杆式制冷压缩机的设计和使用
条件
螺杆式压缩机应在下列温度条件下使用。
制冷剂 R717 R12 R22
工
况
最高冷凝温度 oC 45 55
最低蒸发温度 oC -40
最高蒸发温度 oC +5 +10
最高排气温度 oC ≤105 90
4,螺杆式压缩机的计算
螺杆式压缩机属于容积式压缩机，因此,Vh,? 0,Pe的
计算与活塞式基本相同。
理论排气量 Vh m3/h （见 Ｐ 73,3-4-10式）
Vh=60·Cn·L·n·D2
式中 D－主动转子的公称直径,m；
L－转子的工作长度,m；
n－主动转子的转速,r/min；
Cn－齿形系数，近似可取 0.46~0.508
螺杆式压缩机制冷量与耗功量
制冷量 ? 0 W （见 Ｐ 73,3-4-11式）
? 0=Vh ηv qv /3.6 w
式中 ηv－螺杆式压缩机的容积效率，由厂家资料提供，
一般可取 0.75~0.9；
qv －单位容积制冷量，由热力计算求得,kJ/m3；
轴功率 Pe kW （见 Ｐ 73,3-4-12式）
Pe = ηvVh (h2-h1)/(3600ηsv1)
式中 h2－ com排气比焓,kJ/kg；
h1－ com吸气比焓,kJ/kg；
v1－ com吸气比容,m3/kg；
ηs－压缩机总功率，由厂家提供。
§ 3-4 制冷压缩机的选择计算
1,氨压缩机的计算
1.1 一般原则
1) 应根据各蒸发温度机械负荷分别选定，一般不设备用机；
2) 当压力比 PK/ P0≤8 时，选用单级压缩机；
当压力比 PK/ P0＞ 8 时，选用双级压缩机；
3) 氨压缩机的工作条件不得超过制造厂规定的允许条件；（见 P59-60)
4) 选配的压缩机，其制冷量宜大小搭配；
5) 机房内压缩机的系列不宜超过两种，若仅二台机时，应选同一系列；
6) 制冷装置中各设备的选择均应与压缩机的制冷量相适应；
7) 氨压缩机的标准工况和空调工况应符合国家规定。 (见 P55)
1.2 实际选择设计计算的工作步骤
? 计算冷库各房间冷负荷（ § 7中介绍）；
? 计算压缩机的机械负荷 ? 0 （ § 7中介绍） ；
? 由工艺要求确定工作工况（即 t 0,t k,t rc,t sh,t中,
t排 )，作 lgP-h图，查得热力计算所需的状态参数；
? 计算工作工况下的 ηv,qv；
? 由 Vh= ? 0 / (ηv?qv) 计算得到压缩机的理论排气量 Vh；
? 由 Vh查表选择压缩机；
? 校核配用电机功率。
1.3 制冷工况的确定
? 蒸发温度 t0
一般情况：
t载 － t0=5 oC；
t冷藏间 － t0=10 oC；
(1) 当采用卧式壳管式蒸发器时,t0按对数平均温差公式求
解计算：
Δtm=(t2-t1)/{ln[(t2-t0)/(t1-t0)]}=4~6 oC
式中 Δtm－对数平均温差；
t1－流出蒸发器的载冷剂温度；
t2－流进蒸发器的载冷剂温度。
(2) 当采用螺旋管式 or直立管式水箱式蒸发器时：
t0=t1-(4~6) oC 〔 注意：当水为载冷剂时,t0>0 oC 〕
(3) 当采用直接蒸发表面式空气冷却器时，
t0=t1-(8~10) oC
式中 t1－流出蒸发器的空气温度；
(4) 冷库采用冷排管时,t0一般比库温低 5~10 oC 。库温越低，
差值越小；相对湿度要求大，差值选小。
? 冷凝温度 tK
(1) 当采用水冷冷凝器时，
tK=(ts1+ts2)/2+(5~7) oC
式中 ts1－冷凝器冷却水的进水温度；
ts2－冷凝器冷却水的出水温度；
ts1=ts＋ Δts
式中 ts－当地夏季室外平均每年不保证 50小时的湿球温度；
Δts－安全值，冷却水喷水池,Δts=5~7 oC
机械通风冷却塔,Δts=3~4 oC
冷凝器的进出水温差确定：
立式冷凝器,ts2－ ts1=2~4 oC
卧式 or组合式冷凝器,ts2－ ts1=4~8 oC
淋水式 or蒸发式冷凝器,ts2－ ts1=2~4 oC
(2) 当采用风冷冷凝器时，
tK=t干 +(5~10) oC
t干 —当地夏季室外干球温度,oC。
? 吸气温度 t1
(1) 查书中 P61，表 3-4-2；
(2) 制冷剂为氨，过热温度取 5 oC；
制冷剂为氟利昂，采用回热循环时，过热温度取 15 oC。
? 再冷温度 tr.c
(1) 设再冷器时，再冷度 Δtr.c=3~5 oC ；或 trc比再冷器进水温度高
4 oC ；或 trc比再冷器进水温度高 2~3 oC ；
(2) 如系统中使用卧式壳管式 or套管式冷凝器，可增大 10~15％
的冷凝面积进行再冷，再冷度 Δtr.c=2~3 oC ；
(3) 立式冷凝器不考虑再冷。
? 中间冷却温度
根据 tK,t0按“冷藏库设计手册” P201计算。（ § 6中讲）
? 排气温度
根据 tK,t0查书中 P61，表 3-4-3。
1.4 热力计算
根据以上六个 (蒸发温度、冷凝温度、吸气温度、再冷
温度、排气温度、中间冷却温度 )参数，在 lgP－ h图上做出
该制冷循环，进行热力计算，求得 q0, qv, qk, MR, Wth
等值。
1.5 求压缩机的容积效率 ηv：
活塞式压缩机可用经验公式求 ηv（见 P50 3-2-9式）；
螺杆式压缩机的 ηv，可由制造厂提供，或查有关设计手
册求得。
1.6 用制冷量 ? 0公式 求理轮排气量 Vh：
活塞式压缩机按 P51（ 3-2-9）式求理论排气 Vh。
螺杆式压缩机按 P73（ 3-4-11）式求理论排气 Vh。
1.7 用求出的 理轮排气量 Vh选定压缩机型号及台数：
查样本，按理论排气量 Vh选定压缩机型号及台数，并查
出所选压缩机的理论排气量 Vh,和压缩机所配电机的功率 Pin,。
1.8 校核电机输入功率 Pin：
活塞式压缩机按 P53（ 3-2-15）式求得输入功率 Pin。
螺杆式压缩机按 P73（ 3-4-12）式求得 Pe，再按公式
Pin= Pe/(ηd? η 0) 求得输入功率 Pin。
若 Pin≤ Pin,则原配电机合格；
反之，则按求得的输入功率 Pin重新选配电机。
§ 4-1 冷凝器
1.1 冷凝器的种类
第四章 冷凝器和蒸发器
冷凝器
立
式
壳
管
式
卧
式
壳
管
式
套
管
式
壳
管
式
水冷冷凝器 风冷冷凝器 蒸发式冷凝器 淋激式冷凝器
传热系数高，占地面积小，清洗方便；耗水量大，体型笨重
传热系数高，耗水量小，占空间小；水质要求高，
清洗不易，留出拔管空间
传热系数高，机组占地面积小，结构简单；
金属耗量大，清洗困难，水阻力大
不需水，安装简单，可置于屋面；传
热系数小，受环境温度影响大，恶化
环境，除尘困难
省水，造价低，结构简单，
水垢易清除，体积小
省水，造价
低，结构简
单，可现场
制作，水垢
易清除；金
属耗量大，
占地面积大
立式壳管式冷凝器
卧式壳管式冷凝器
套管式冷凝器
风冷冷凝器
蒸发式冷凝器
淋激式冷凝器
第四章 冷凝器和蒸发器
1.2 冷凝器的传热系数
1.2.1 传热过程
制冷剂侧
的放热
金属壁和垢
层的导热
冷却剂侧
的放热
1.2.2 传热系数
1
00
0
)1(1
?
? ??
?
?
?
?
?
? ??????
iw
fo ie F
FR
F
FRK
??
?
?
水冷冷凝器 (以传热管外表面计算 )(式中各参数见书注解 ):
风冷冷凝器 (以传热管外表面计算，制冷剂管内流动 ):
1
00
0
1)1(
?
? ??
?
?
?
?
?
? ??????
w
f
n
o ie R
F
F
F
FRK
??
?
?
制冷剂侧
放热热阻 油膜热阻
管壁导
热热阻
冷却剂侧
污垢热阻
冷却剂侧
放热热阻
金属壁内侧
油膜的导热
第四章 冷凝器和蒸发器
1.3 冷凝器的选择计算
确定冷凝器
的热负荷
确定冷凝
器的型式
计算传
热温差
计算传
热面积
计算冷
却水量
根据以上确定的面积 FK，由于考虑到：
使用后的污垢热阻将降低传热效率；制
冷系统的容量波动，故要加上安全系数：
5~10%，因此 FK*=(1.05~1.1)FK
?QK=MR(h2-h3)= ? 0+Pth
?经验公式：开启式 QK=Ψ·Q0
冷负荷系数 Ψ=f(tK,t0,工质,气缸冷
却方式 )
全封闭式 QK=Q0(A+BtK)
28oC=<tK=<54OC:
R12:A=0.9,B=0.053
R22:A=0.88,B=0.042
FK=QK/(K·Δtm)
传热系数查表
冷凝的对数平均温差：
2
1
12
lg3.2
wk
wk
ww
m
tt
tt
ttt
?
?
???
?气候条件
?水质水量
?工艺要求
?用户要求
)( 12 www KK ttC
QW
??
第四章 冷凝器和蒸发器
2,蒸发器
2.1 蒸发器的种类
蒸发器
满液式 非满液式 循环式 喷淋式
盘管中全为制
冷剂。沸腾放
热系数高；工
质充灌量大，
对于 F系统，
com回油困难 。
盘管内为气、
液共存状态。
工质充灌量少，
易于 com回油；
传热效果较满
液式差 。
泵强制工质循环。
沸腾放热系数高，
com回油较易；
系统投资高，运
行费高。
用泵将工质喷淋在传热
面上。沸腾放热系数高，
工质充灌量小，能消除
静液高度对蒸发温度的
影响；设备费用高
2.2 常用蒸发器的种类
第四章 冷凝器和蒸发器
蒸发器
冷却液体的蒸发器 冷却空气的蒸发器
立管
式蒸
发器
满液式
壳管蒸
发器
干式壳
管蒸发
器
冷却
盘管
冷却机 氟利昂直接
蒸发式空气
冷却器
满液式 非满液式 非满液式满液式 非满液式
立管式蒸发器
满液式壳管蒸发器
干式蒸发器
冷却盘管有：顶排管、墙排管、单层管、多层管等多种形式。
氟利昂直接蒸发式空气冷却器
第四章 冷凝器和蒸发器
2.2 蒸发器的传热系数
2.2.1 传热过程
蒸发器传热过程与冷凝器相同：
制冷剂侧
的放热
金属壁和垢
层的导热
载冷剂侧
的放热
蒸发器的传热系数 K的计算与冷凝器基本相同，但制冷
剂侧的放热为沸腾放热，故放热系数与冷凝器不同，Ｋ值
也不同。
金属壁内侧
油膜的导热
第四章 冷凝器和蒸发器
2.3 蒸发器的选择计算
确定蒸发器
的冷负荷
确定蒸发
器的型式
计算传
热温差
计算传
热面积
计算载冷
剂流量
根据以上确定的面积 F0，由于考虑
到：使用后的污垢热阻将降低传热
效率；制冷系统的容量波动，故要
加上安全系数,10~15%，因此
F0*=(1.1~1.15)F0
?已知值
?Q0=MRq0=MCp(t1-t2)
F0=Q0/(K·Δtm)
传热系数查表
对数平均温差：
02
01
21
lg3.2
tt
tt
ttt
m
?
?
???
根据需要
选择
)( 21
00
ttC
QW
p ?
?
第五章 节流机构和辅助设备
1,节流机构
作
用
降压降温，保证压差,PK P0,TK T0
调节蒸发器的供液量 。
分
类
氨
系
统
氟
系
统
手动膨胀阀
浮球式膨胀阀
热力膨胀阀
毛细管
电子膨胀阀
直通式浮球膨胀阀
非直通式浮球膨胀阀
内平衡式热力膨胀阀
外平衡式热力膨胀阀
手动膨胀阀
由工作人员根据
负荷大小，手动调节
阀门开度，管理不方
便；结构同普通截止
阀。
直通式浮球膨胀阀
依靠浮球室
中的浮球受液面
的影响，控制阀
门的启闭。直通
式,构造简单，
浮球受液面波动
大，易损坏，下
部供液。
非直通式浮球膨胀阀
依靠浮球室中的浮球
受液面的影响，控制
阀门的启闭。非直通
式,液面平稳，不易
损坏，构造、安装较
复杂
氨浮球阀选择计算
（ 1）查表 氨浮球阀：
标准工况下的标准制冷量 Kcal/h 浮球阀通道面积（ mm2） 接管直径（ mm）
60000以下 17 15
60000~140000 20 25
140000~280000 50 32
280000~560000 100 40
560000~1100000 200 50
（ 2）计算
f=G/[50.4μ(ΔP·r)1/2] mm2
式中 G－质量流量 Kg/h
μ－流量系数,R717,μ=0.35;R12,μ=0.6~0.8
ΔP－膨胀阀前后压差，若 con到 E的进口压力损失不大，则
ΔP=PK-P0 Kgf/cm2
r－阀前液态制冷剂的容重,Kg/L
f－浮球阀通道断面积
考虑变工况运行,f‘=1.3f
内平衡式热力膨胀阀
根据感温包内制冷剂的饱和压力控制阀的开启，自动调节供液量，以保证
蒸发器的出口过热度为 3~5oC。
内平衡式：阀内膜片下方承受的压力为,E进口压力 P0和弹簧作用力；
外平衡式热力膨胀阀
根据感温包内制冷剂的饱和压
力控制阀的开启，自动调节供液量，
以保证 E的出口过热度为 3~5oC。
外平衡式：阀内膜片下方承受
的压力为,E出口处压力和弹簧作
用力；
根据制冷量，考虑一定的裕量，查样本选择。
但应注意设计工况与标准工况的转换：
???
?
???
?
???
?
???
????
设
标
设
标
设标
v
v
v
v
00 q
q
?
?
毛细管
液体比气体非常容易通过，气体流
动阻力 >液体流动阻力。
结构简单，制造方便，无运动部件，
不易出故障，有自补偿特点，停机
后,con与 E 内压力能很快自平衡。
过冷度对毛细管的流量影响较大。
合理选择：在规定的 TK,T0下，使
毛细管的阻力足以在毛细管进口处
保持一个液封，而又无过多的液体
存于冷凝器内。
电子膨胀阀
由检测、控制、执行三部分组成。由检测部分完成调节系统的
输入值（过热度），控制系统由程序控制，根据检测到的数据与规
定数据的比较，调节阀门。
电子膨胀阀对供液量调节范围宽，调节反应快，能保证蒸发器
的出口过热度稳定在 1～ 2 oC内，并能配合变频调节。
毛细管 热力膨胀阀 电子膨胀阀
制冷剂与阀的选择是
否相关
无关 由感温包充注的制
冷剂决定
无关
制冷剂流量调节范围 小 较大 大
流量调节机构 毛细管流动阻力 调节阀开度 调节阀开度
调节控制信号 过冷度 蒸发器出口过热度 蒸发器出口过热度
调节方法 回热循环，降低毛
细管出口段温度
检测出口过热度，
控制调节阀开度
检测出口过热度，
控制调节阀开度
对蒸发器过热度控制
偏差
大 较小,4~7° C，
但蒸发温度低时大
很小,1~2° C
流量调节特性补偿 困难 困难 可以
调节的过渡过程特性 不好 较好 优
允许负荷波动 很小 较大，但不适合于
能量可调节系统
很大，适合于能量
可调节系统
流量前馈调节 困难 困难 可以
价格 便宜 较高 高
电子膨胀阀与毛细管、热力膨胀阀的特点比较
第五章 节流机构和辅助设备
2,辅助设备
2.1 油分离器
作用：分离压缩机排气中的润滑油，以防止润滑油进入冷凝
器和蒸发器，形成油膜，降低其传热效果。
原理及分类,
? 利用流通截面积的突然扩大，降低气流速度来分离油滴。
外加冷却水套的
干式氨油分离器
干式氨油分离器 分油效果差，无法分离油蒸气。
利用冷却水降低混合气体温度，使部
分油蒸气冷凝，提高了分油效果。
? 改变气体流向 or利用离心力将油滴从制冷剂中甩出 。
离心式氨油分离器 分油效果好于干式油分离器。
2.1 油分离器
? 采用液体制冷剂对含油的制冷剂蒸气洗涤分油
洗涤式氨油分离器 不仅使油蒸气凝结，而能分离出
油滴。分油效果较好。
? 通过过滤层分油
滤过式氨油分离器 高效油分离器
? 氟利昂油分离器
在氨干式油分离器的基础上，在进气管下端加设过滤器，
实现双重作用。其下部设有自动回油的浮球阀。
选择计算：
yy
y w
V
w
Vd ?
?
? 0 1 8 8.0
3 6 0 0
4 ??
式中 dy－油分离器直径 (m)； λ－氨压缩机的容积效率；
V－氨压缩机的理论排气量 (m3/h)；
wy－油分离器中的气体速度 (m/s),wy=0.8~1.0m/s。
第五章 节流机构和辅助设备
干式氨油分离器 外加冷却水套的干式氨油分离器 离心式氨油分离器
第五章 节流机构和辅助设备
洗涤式氨油分离器 洗涤式氨油分离器安装要求
滤过式氨油分离器 氟利昂油分离器
第五章 节流机构和辅助设备
2.2 集油器（仅用于氨系统）
? 收集油分离器中分离出来
的润滑油，以及残留在冷凝
器、蒸发器,贮液器等容
器中的润滑油。
? 在压缩机吸气作用下，能
分离油中混合的制冷剂，使
操作安全、方便。
? 集油器应安装在整个制冷
系统的最低处。
? 高压侧、低压侧应各自使
用一个集油器，不能混用。
集油器
2.3 气液分离器
工作原理：
利用制冷剂蒸气流速
的急剧降低和流向的
急剧改变，实现：
? 分离蒸发器回气中
的液体制冷剂，防止
压缩机湿压缩。
? 分离进入蒸发器供
液中的闪发蒸气，提
高蒸发器的传热效果。
右图为：氨液分离器
2.4 贮液器
按
用
途
和
所
承
受
的
压
力
贮存冷凝器排出的高
压制冷剂液体，以供
应和调节系统供液量
贮存气液分离器分
离出的氨液，位于
气液分离器后
用于氨泵供液制冷系统，
作气液分离器和低压贮液
桶用，为氨泵提供所需的
低压氨液
维修和检修设备以
及设备冲霜时，贮
存设备排出的制冷
剂
高压贮
液器
低压贮
液器
循环贮
液桶
排液桶
贮液器的贮液容量按整
个系统制冷剂小时循环
量的 1/3~1/2选取
贮液器贮存制冷剂的最
大允许容量为本身容量
的 80%
贮存制冷剂的最大允许容
量为本身容量的 70~80%
卧式循环贮液桶的液
面不应超过其直径的
1/3
立式循环贮液桶的液
面不应超过其桶高的
1/4
最大氨液贮存容积
不小于氨泵每小时
循环量的 30%
高压贮液器
氟利昂液
体积计算式：（ P120 5-2-4式）
式中 VZ－贮液器的体积,m3；
Ψ－贮液器的体积系数；
β－贮液器的氨液充满度，取
70%；
v－冷凝温度下氨饱和液体的
比体积（ m3/kg）
－制冷装置中每小时氨
液的总循环量（ kg）
?? mZ qvV ??
?mq 氨液
低压贮液器
循环贮液桶
直径计算式：（ P123 5-2-5式）
式中 dd－低压循环贮液器的直径,m；
λ－氨压缩机的容积效率；
V－氨压缩机的理论排气量,m3/h；
Wd－低压循环贮液桶内的气流速度,(m/s)；
ξd －低压循环贮液桶截面积系数；
nd－低压循环贮液桶气体进气口的个数。
dddddd
d nW
V
nW
Vd
?
?
??
? ??? 0 1 88.0
3 6 00
4
体积计算式,（ P123 5-2-6式）
（ 1）上进下出式供液系统：
式中 Vd－低压循环贮液器的体积,m3；
θq－冷却设备蒸发器的设计灌氨量的体积百分比
（％）；
Vq－冷却设备蒸发器的体积,m3；
Vh－回气管体积,m3；
（ 2）上进下出式供液系统,（ P123 5-2-7式）
式中 Vq’－冷却设备灌氨量最大的一冷间蒸发器的体积，
m3；
Vb－一台氨泵的体积流量,m3/h；
tb－由氨泵启动到液体自系统返回低压循环贮液
桶的时间,h；
)6.0(5.01 hqqd VVV ?? ?
)6.0'2.0(7.0 1 bbhqd VtVVV ???
循环贮液桶
排液桶
2.5 空气分离器
作用：
原理：
在低温下，制冷剂会
冷凝，而空气不冷凝。将
混合气体在冷凝压力下降
温到一值，使混合气体中
的大部分制冷剂冷凝为液
体，而分离出空气，将空
气排出。
由于高压贮液桶出液
管的液封作用，所以都聚
积在冷凝器和高压贮液桶
中，故空气分离器连接在
冷凝器和高压贮液器上。
排出制冷系统的不凝性气体
套管式空气分离器
套管式空气分离器
立式空气分离器
第五章 节流机构和辅助设备
2.6 紧急泄氨器
2.7 过滤器
紧急情况时，防止氨系统
发生爆炸，将氨液加以稀
释后排入消防允许的下水
道内；
与贮氨量较多的容器相连
液体过滤器
气体过滤器
安装在节流阀前，氨泵进液管上
安装在压缩机的吸气管上
滤网
铁丝网
铜丝网
氨系统
氟系统
2.8 干燥过滤器
2.9 气液热交换器
第五章 节流机构和辅助设备
干燥剂：硅胶 or CaCl2分子筛
经冷凝后的液体在交换器内的蛇形管内流动；
由 E出来的蒸气在交换器内的蛇形管外流动； 逆向流动
2.10 中间冷却器
对于中间冷却器
的选择，应按其
直径和蛇形管冷
却面积计算确定，
相关内容可查阅
教材 P129~130
或其它参考文献。
用于多级压缩中，冷却低压级压缩机
排出的过热蒸气，使其冷却到中间压
力，以便保证高压级压缩机的正常工
作；同时还起到了油分离器的作用
（洗涤式油分离器）。
2.11 氨泵
第五章 节流机构和辅助设备
用于冷库制冷系统中的氨泵供液系统。
用来：输送氨液；克服阻力。
齿轮泵
离心泵
输液量恒定，抗气蚀能力强；
装配间隙小，要求氨液纯净
流量与压力呈一定比例变化，
抗气蚀能力差
选择计算：
流量,qv=nxqzvz
qv－氨泵体积流量,m3/h
nx－循环倍数
qz－氨泵所供同一蒸发温度的氨液蒸发量,kg/h
vz－蒸发温度下氨饱和液体的比体积,m3/kg
扬程：
克服泵出口至蒸发器进液口的沿程阻力损失；
氨泵中心至最高的蒸发器进液口上升管静压阻力损失、加速度阻力损失；
蒸发器节流阀前应留有足够压力（ 1~1.5kgf/cm2）。
为防止氨泵发
生气蚀，氨泵
进液处压力应
有不小于 0.5m
液柱的裕度
第六章 双级蒸气压缩制冷
为什么使用双级压缩？
com的压力差超过允许值，导致机件损坏；
压力比过大，排气温度升高，导致润滑油稀化，增加润
滑油的消耗；导致润滑油的碳化，引起润滑不良；
压力比过大，导致容积效率 ηV和 制冷量 ?0大大降低。
下表列出常用制冷剂在 Pk/P0=10时的最低蒸发温度：
当压力差（ Pk-P0）＞ 12~14和压力比 Pk/P0＞ 8~10时，
单级压缩机会发生：
制冷剂
冷凝温度（ ° C）
30 35 40 45 50
R717 -30.5 -27.3 -24.4 — —
R22 -37.2 -34.2 -31.5 — —
R12 -36.8 -33.8 -31.1 -28.3 -25.4
由于 环境温度、压力差（ Pk-P0）和压力比 Pk/P0的
限制,单级压缩机不能达到很低的蒸发温度，为了获得
更低的蒸发温度，就需要使用多级压缩。
§ 6-1,双级压缩制冷循环与系统组成
双级压缩制冷循环仅压缩过程为两级压缩，其他与单级相同：
低温低
压制冷
剂蒸气
中间压
力下过
热蒸气
低压级 com 过热蒸
气被冷
却
中间冷却器 冷凝压
力下过
热蒸气
高压级 com
单机双级系统：气缸数比常为 1:3or1:2
双级制冷
系统组成
双机双级系统两台压缩机
一台压缩机，
高、低压气缸
中间冷
却程度
中间完全
冷却
中间不完
全冷却
低压级 com排气在中间冷却器中被冷却到中
间压力下的饱和温度。用于氨系统
低压级 com排气与中间冷却器中蒸发的蒸气相
混合，被冷却到某一过热点。用于氟利昂系统
两级节流中间完全冷却原理图 两级节流中间完全冷却 lgP-h图
1,双级压缩氨制冷循环
1.1.1 双级节流中间完全冷却循环
节流级数
双级
单级
采用两个节流阀，制冷剂经过两次节流
采用一个节流阀，制冷剂经过一次节流
MR2
MR1 MR1
MR
MR
MR1 MR1
MR
MR3
1.1.2 两级节流中间完全冷却制冷循环流量计算
? 由总流量与各分流量关系得：
MR=MR1+MR2+MR3 (6-1)
其中,MR1—蒸发器中气化的制冷剂流量；
MR2—中间冷却器冷却初级排气而气化的制冷剂流量；
MR3—一级节流气化的制冷剂流量。
? 由中间冷却器热平衡方程得：
MR1(h2,-h3)=MR2(h3-h4) (6-2)
?一级节流气化的制冷剂流量 MR3为：
MR3=MR(h10-h4)/(h3-h4) (6-3)
?蒸发器中气化的制冷剂流量 MR1为：
MR1=?0/(h1-h5) (6-4)
?求解 (6-1),(6-2),(6-3),(6-4)式组成 的方程组，即可求得
各流量值。
1.2.1 一次节流中间完全冷却循环
一次节流中间完全冷却双级压缩系统图 一次节流中间完全冷却双级压缩 lgP-h图
M1
MD
MG
M1
M
D
MG
MD
1.2.2 一次节流中间完全冷却制冷循环流量计算
? 由总流量与各分流量关系得：
MG=M1+MD (6-5)
其中,MG—高级压缩机的制冷剂流量；
M1—中间冷却器冷却初级排气而气化的制冷剂流量；
MD—低级压缩机的制冷剂流量。
? 由中间冷却器热平衡方程得：
M1(h3-h10)=MD(h9-h4,)+ MD(h2-h3) (6-6)
又 ∵ h10=h9 (6-7)
?求解 (6-5),(6-6),(6-7)式组成 的方程组，即可求得,
MG= MD(h2-h4,)/(h3-h9) (6-8)
1.2.3 双级压缩氨制冷系统
一次节流中间完全冷却双级压缩氨制冷系统图
MG
M1
MD
MD
1.3.1 一次节流中间不完全冷却制冷循环
（双级压缩氟利昂制冷循环）
一次节流中间不完全冷却原理图 一次节流中间不完全冷却 LgP-h图
MG
M1
MD
M1
MD
MG
1.3.2 一次节流中间不完全冷却流量计算
? 由总流量与各分流量关系得：
MG=M1+MD (6-8)
其中,MG—高级压缩机制冷剂流量；
M1--中间冷却器使饱和液体过冷而气化的制冷剂流量；
MD--低级压缩机的制冷剂流量。
? 由中间冷却器热平衡方程得：
M1(h3-h10)=MD(h9-h4,) (6-9)
又 ∵ h10=h9 (6-10)
? 求解 (6-8),(6-9),(6-10)式组成 的方程组，即可求得,
MG= MD(h3-h4,)/(h3-h9) (6-11)
另外,6点的压力为中间压力 PZ，焓值 h6应由热平衡求得，
才能确定 6点的位置：
(MG-MD)(h6-h3)=MD(h2-h6)
∴ h6=[MG?h3+ MD?(h2-h3)]/ MG
=h3+(h3-h9)(h2-h3)/(h3-h4’) (6-12)
M1
M1
MD
MD
MG
§ 6-2,双级压缩制冷的热力计算
在进行双级压缩热力计算前，首先应解决制冷剂和循环形式
的选择，以及工作参数的确定，现介绍如下：
制冷剂选择,根据需要达到的最低蒸发温度 t0，按
? 每级压缩比 Pk/P0≤8~10；
? P0>0.1~0.15 bar（绝对压力）。
选择能达到上述条件的制冷剂作为双级压缩的制冷剂。
循环形式的选择,循环形式与制冷剂密切相关。一般，氨
宜选择一级节流中间完全冷却制冷循环，氟利昂宜选择一级节流
中间不完全冷却制冷循环。
1,工作参数的确定,（即,tk,t0,tz,Pk,P0,Pz等参数）
tk,t0的确定同单级压缩，而中间温度 tz和中间压力 Pz是双级
压缩特有的问题，因此，我们着重讨论这个问题。
1.1 选配压缩机时中间压力的确定
最佳中间压力：使压缩机在最佳状态下运行，使压缩机的运
行经济性最好。其方法如下：
（ 1）多次试算，求最佳值；
（ 2）氨制冷剂根据 Tk,T0查图 6-2-1；
（ 3） Tz=0.4Tk+0.6T0+3 OC,(-40~+40 OC);
（ 4） Pz=(Pk·P 0)1/2。
1.2 对已选 com系统确定中间压力
（ 1） 按高、低压缩机的排气量的比值确定中间压力 。
DDD
GGG
hD
hG
vm
vm
V
V
?
??
/
/
?
???
单机双级,ξ=1:3or1:2
双机双级：根据制冷剂
工质、蒸发温度选择合
适的比值
中间压力的确定有两种不同情况：一种是为制冷循环选择
压缩机需要中间压力；另一种是对已有的压缩机确定中间压力。
下面就按这两种情况讨论。
(6-2-1)
（ 2）任取几个中间温度，宜取负值，每两值之差 5~10° C为宜，
然后计算各中间温度的 ξ值, 以 ξ—tz作图。图中对应于 (6-2-1)式
计算出的 ξ值的中间温度即为该既定循环的中间温度。（具体作
法请参考 P144例 2）
2,双级压缩氨制冷循环的热力计算
确定了工作参数后，就可以作 lgP-h图，查取各点的状态参
数值，进行热力计算。
热力计算的任务就是求出循环的性能指标、各换热器的热
负荷、压缩机的输气量及功率、或制冷量等。 下面以 P134图 6-
1-3所示的双级压缩氨制冷循环为例，说明双级压缩制冷循环的
热力分析和计算方法。该循环的 lgP-h图见 P134图 6-1-4。
(1) 双级压缩的制冷量是低压级蒸发过程 5’-1，其单位质量制
冷量 q0为：
q0=h1-h5’ (kJ/kg) (6-2-2)
(2) 低压级消耗的单位质量理论功为：
wtD=h2-h1 (kJ/kg) (6-2-3)
(3) 当已知冷负荷为 Q0(kW)时，低压级制冷剂循环量 mD为：
mD=Q0/(h1-h5’) (kg/s) (6-2-4)
(4) 低压级压缩机的理论耗功率为：
NtD=mD?wtD=Q0(h2-h1)/(h1-h5’) (kW) (6-2-5)
(5) 高压级消耗的单位质量理论功为：
wtG=h7-h3 (kJ/kg) (6-2-6)
(6)根据前述一次节流中间完全冷却循环流量计算 (6-8)式，高
压级制冷剂循环量 mG为：
mG =mD(h2-h4’)/(h3-h9) (kg/s) (6-2-7)
(7) 高压级压缩机的理论耗功率为：
NtD=mG?wtG
=[Q0(h2-h4’)(h7-h3)]/[(h1-h5’)(h3-h9)] (kW) (6-2-8)
(8) 双级压缩制冷循环的理论耗功率为：
Nth=NtD+NtG (kW)
（ 9）制冷系数 ε为：
ε=Q0/Nth=Q0/(ND+ NG)= Q0/(mD·W tD+mG·W tG)
=q0/(wtD+ mG·w tG/ mD) (6-2-9)
以上是一次节流中间完全冷却双级压缩制冷 理论循环 的热力
分析和计算。由于随后要进行的一次节流中间完全冷却双级压
缩制冷 实际循环 的热力分析和计算，以及涉及到理论排气量 Vh、
容积效率 ηv、指示效率 ηi等的计算，与单级压缩制冷循环相同，
这里不再重述，请同学们参见 P59 § 3-4。
但是，在计算中间冷却器的热平衡及高、低压级的流量比
mG/mD和冷凝器热负荷时都需要用到压缩机实际压缩过程的排
气焓值。这里介绍一下实际排气焓值的计算方法：
（ 10）高、低压 com实际过程排气焓值 h7S,h2S
根据指示效率定义式,ηi=wth/wi,对于低压级压缩机有
ηiD=(h2-h1)/(h2S-h1)
∴ h2S=h1+(h2-h1)/ηiD (kJ/kg) (6-2-10)
同理，对于高压级压缩机实际压缩过程的排气焓值为：
h7S=h3+(h7-h3)/ηiG (kJ/kg) (6-2-11)
另外，在相同压缩比下，双级压缩低压级压缩机输气系数
λaD比单级压缩机输气系数 λ约低 10%，即：
(11) λaD=0.9 λ (6-2-11’)
以上是一次节流中间完全冷却双级压缩制冷循环装置选择
设计的热力计算。 对于已确定的双级压缩制冷机，常常需要计
算制冷量 Q0，其计算方法如下：
? 根据双级压缩制冷机运行中测得的温度、压力，在 lgP-h图上
作出制冷循环，确定出各点的状态参数值；
? 制冷量的计算公式如下：
Q0=VhD?λaD?(h1-h5’)/v1 (kW) (6-2-11’’)
其中,VhD--双级压缩低压级压缩机的理论排气量,m3/s；
λaD--双级压缩低压级压缩机的输气系数；
v1--双级压缩低压级压缩机吸气的比容,m3/kg。
一次节流中间不完全冷却双级压缩制冷循环热力计算，与
前面讲的一次节流中间完全冷却双级压缩制冷循环基本相同，
其区别仅在于中间冷却器的热平衡方程不同，由此得到的流量
计算也不同。现在重述一下热力计算中需要用到的流量计算结
果：
(1) 高、低压级压缩机的流量关系,
MG= MD(h3-h4,)/(h3-h9) (6-11)
(2) 6点的压力为中间压力 PZ，焓值 h6是由两部分气体混合而成，
应由热平衡求得，才能确定 6点的位置：
(MG-MD)(h6-h3)=MD(h2-h6)
∴ h6=[MG?h3+ MD?(h2-h3)]/ MG
=h3+(h3-h9)(h2-h3)/(h3-h4’) (6-12)
焓值 h6求得后，就能在 PZ线上作出 6点，查出 6点的其它状
态参数值，即可进行一次节流中间不完全冷却双级压缩制冷循
环热力计算。
肉类生产性冷藏库平面类型之一,
1-冻结间； 2-常温脱盘、脱钩间； 3-走道； 4-冻结物冷藏间； 5-贮冰间； 6-快速制冰
间； 7-值班室； 8-站台； 9-机房及设备间； 10-配电室； 11-露天变压器； 12-机修间。
肉类生产性冷藏库平面类型之二：
1-冻结间； 2-冻结物冷藏间； 3-贮冰间； 4-制冰间； 5-机房； 6-常温脱盘、脱钩间；
7-常温穿堂； 8-电梯； 9-贮藏室； 10-值班室； 11-工人休息室； 12-回钩廊； 13-公
路站台； 14-铁路站台； 15-联系廊。
§ 7-9 制冷系统的自控装置
1,自动控制的组成和原理
所有自动控制装置都由传感器（或变送器）、调节器（或控
制器）、执行机构组成。其流程如下：
2,电脑自动控制的组成和原理
电脑在自动控制装置中的作用相当于上述的“比较 → 调节器”
的作用。电脑能显示、贮存数据，但自控装置要增设“数／模转
换器”。其自动控制流程如下：
数／模转换器，又称变送器，或 A/D,D/A变送器。其作用
是：把模拟量转变为电脑认识的数字信号，并传输给电脑：把
电脑发出的控制指令（数字信号）转变为模拟量，并传输给执
行机构。
工业控制要求可靠，同时还要求在中央和现场都能控制，因
此工业控制系统一般如下：
工业自控系统框图
3,自控元件的功能
冷库用的自控元件可分为六类：
自动融霜控制。TDS-04,TDS-05型融霜时间程序控制器时间控
制类
按冷库负荷变化，对压
缩机的产冷量进行定点
延时分级调节。
TDF-01,TDF-02型分级步进调节器。能量调
节类
控制容器中制冷剂的液
位。
UQK-40,UQK-41~43型浮球液位控制器
等。
液位控
制类
现场控制库温。压力式温度控制器（ WTQK,WTZK型）、
TDW-12型温度调节器等。
温度控
制类
压力保护，压力调节，
压力变送。
YWK型压力控制器,CWK型压差控制器、
YSG-01电感压力变送器等。
压力控
制类
通过控制管道中制冷剂
的通断，控制压力，调
节流量。
电磁阀、恒压阀、主阀、组合式主阀、
水电磁阀、止回阀、自动旁通阀、氨热
力膨胀阀等。
流通控
制类
主要功能控制元件名称及型号类别
电磁阀
继动电磁阀 液用常闭型电磁主阀
气用常开型电磁主阀
恒压阀
主阀
阀门符号 等效线路
其中：
正恒压阀 (I型 )
正恒压阀 (II型 )
反恒压阀 (I型 )
反恒压阀 (II型 )
电磁阀
常闭主阀
常开主阀
导阀接管方向
导阀外接管
4,应用方案
4.1 设计规范的规定 (GB50072-2001)
设计规范的强制规定是必须遵守的，因为这关系到生命和财
产的安全问题，具有法律的效力和责任。这里只简略介绍设计规
范的强制规定，其它的规定请同学们自己去查看。
? 6.4.1条：氨压缩机的安全保护装置应由氨压缩机制造厂成套配
置，且应符合下列规定：共有 7条，从略。
? 6.4.3条：氨泵应设下安全保护装置,共 4条，规定氨泵应设断液
自动停泵装置；排液管上应设止逆阀、压力表；排液总管上应设
旁通泄压阀。
? 6.4.4条：所有设备、容器、加氨站集管及有管道与冷却设备相
连的 (液体的、气体的、融霜的 )氨分配站集管上和不凝气体分离
器的回气管上均应设压力表或真空压力表。
? 6.4.5条：氨压力表和真空压力表应采用氨专用的，其精度要求
高压侧不应低于 1.5级，低压侧不应低于 2.5级，并宜带饱和温度
刻度，其量程在 1.5倍工作压力到 3倍工作压力之间。距地 2m时，
其表径不宜小于 100mm，距地 2-3m时，其表径不宜小于 160mm。
压力表的安装高度距观察地面不应超过 3m。
? 6.4.6条：低压循环贮液器、氨液分离器和中间冷却器应设超高
液位报警装置及正常液位自控装置。低压贮液器应设超高液位报
警装置。
? 6.4.7条：各种压力容器 (设备 )应按产品标准要求设安全阀。
? 7.2.4条：每台氨压缩机应在机组控制台装设紧急停车按钮。
? 7.2.5条：氨压缩机房的事故排风机应采用防爆型电机，当发生
意外事故而被切断供电电源时，应能保证事故排风机的可靠供电。
事故排风机的过载保护宜作用于信号报警系统而不直接停止排风
机。事故排风机的控制按钮应在氨压缩机房门外侧的墙内暗装。
? 7.3.10条：穿过库房隔热层的电气线路，宜集中敷设，且必须采
取可靠的防火及防止产生冷桥的措施。
? 7.3.12条：库房阁楼层内不得装置电气设备及敷设电气线路。
4.2 冷库自控应用
冷库自动控制可以分为库房回路、氨泵回路及机房回路三部
分。无论哪一部分的自控都必须遵守, 冷库设计规范, 的规定。
4.2.1 库房回路
1,冻结物冷藏间库温自控回路
库温控制方法：用温控器控制供液阀
热氨融霜控制：手动融霜
2,冻结间库温及融霜程序自控
库温控制方法：用时间和温度控制器控制供液阀和风机
热氨融霜控制：用融霜程控器控制热氨阀、排液阀和水阀
3,冷却物冷藏间库温及融霜自控
库温控制方法：用时间及温控器控制供液阀和风机
湿度控制方法：控制回气压力，稳定蒸发温度
热氨融霜控制：用融霜程控器控制热氨阀、排液阀和水阀
4.2.2 氨泵回路
氨泵应设下安全保护装置,氨泵应设断液自动停泵装置；
排液管上应设止逆阀、压力表；排液总管上应设旁通泄压阀。
作业的已知条件,R717,tk=40℃,tr.c=35℃,t0=5℃,tsh=10℃,
? 0=40000kcal/h.
求：该压缩机在标准工况的 ? 0=？； Pe=？
解,1,作 lgP-h图，查出已知工况和
标准工况的各点焓值及 v1值；
2,求已知工况的 ηv和 Vh值：
ηv=0.94-0.085[(pk/p0)1/m-1]
Vh= ? 0/(ηv?qv)
3,求标准工况的 ηv‘,? 0’：
ηv‘=0.94-0.085[(pk‘/p0’)1/m-1]
? 0’= ηv‘? Vh?qv’
4,求标准工况的 ηi,Pm和 Pe：
ηi=(273+t0)/(273+tk)+b?tk
Pi=(Vh? ηv‘/v1’)(h2’-h1’)/ ηi
Pm=(50~80)Vh
Pe=Pi+Pm
