雙級壓縮變?nèi)莘e比空氣源熱泵技術(shù)與應(yīng)用

黃輝，1963生，教授級高級工程師?，F(xiàn)任珠海格力電器股份有限公司執(zhí)行總裁，華中科技大學(xué)兼職教授及博士后合作導(dǎo)師，中國制冷學(xué)會副理事長，廣東省制冷學(xué)會副理事長，廣東省輕工業(yè)協(xié)會副理事長，國際制冷學(xué)會B2委員會委員等。

入選“國家百千萬人才工程”、“廣東特支計劃杰出人才（南粵百杰）”，并被授予“國家有突出貢獻中青年專家”稱號，享受國務(wù)院政府特殊津貼。先后榮獲 “廣東省五一勞動獎?wù)隆薄ⅰ叭珖逡粍趧营務(wù)隆钡葮s譽。

長期從事制冷和熱泵、壓縮機、電機等領(lǐng)域的研究工作，主持、參與了國家科技支撐計劃、國家火炬計劃等9項課題。曾獲國家科學(xué)技術(shù)進步二等獎、廣東省科學(xué)技術(shù)特等獎、廣東省科學(xué)技術(shù)一等獎、中國制冷學(xué)會技術(shù)發(fā)明特等獎、中國專利獎、廣東省專利金獎等獎項。2100433B

空氣源熱泵主要用于建筑采暖，具有環(huán)保、節(jié)能和舒適等優(yōu)勢，但傳統(tǒng)的單級壓縮空氣源熱泵因環(huán)境溫度適應(yīng)性差而難以向寒冷及嚴(yán)寒建筑氣候區(qū)推廣使用。雙級壓縮變?nèi)莘e比空氣源熱泵突破了傳統(tǒng)空氣源熱泵的技術(shù)障礙，環(huán)境溫度適應(yīng)性得到顯著提高，非常適用于寒冷及嚴(yán)寒地區(qū)分散式清潔供暖。本書是雙級壓縮變?nèi)莘e比空氣源熱泵技術(shù)研究和應(yīng)用成果的總結(jié)，采用理論與實踐相結(jié)合的方式，系統(tǒng)地介紹了雙級壓縮變?nèi)莘e比空氣源熱泵技術(shù)的基本原理、三缸雙級壓縮變?nèi)莘e比滾動轉(zhuǎn)子式制冷壓縮機的工作原理和設(shè)計方法、熱泵系統(tǒng)運行控制策略，以及多種類型低溫空氣源熱泵產(chǎn)品的系統(tǒng)實現(xiàn)方法和變工況性能比較等方面的內(nèi)容。

多級壓縮制冷定義

兩級壓縮制冷循環(huán)，是指來自蒸發(fā)器的制冷劑蒸氣要經(jīng)過低壓與高壓壓縮機兩次壓縮后，才進入冷凝器?？梢栽趦纱螇嚎s中間設(shè)置中間冷卻器。兩級壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)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(tǒng)，也可以是由一臺壓縮機組成的單機兩級系統(tǒng)，其中一個或兩個汽缸作為高壓缸，其余幾個汽缸作為低壓缸，其高、低壓汽缸數(shù)量比一般為1:3或1:2 。

多級壓縮制冷基本類型

雙級壓縮制冷循環(huán)由于節(jié)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：

1.一次節(jié)流、中間完全冷卻的兩級壓縮制冷循環(huán)

2.一次節(jié)流、中間不完全冷卻的兩級壓縮制冷循環(huán)

3.一次節(jié)流、中間完全不冷卻的兩級壓縮制冷循環(huán)

4.兩次節(jié)流、中間不完全冷卻的兩級壓縮制冷循環(huán)

5.兩次節(jié)流、中間完全冷卻兩級壓縮制冷循環(huán)

多級壓縮制冷具體介紹

（1）一次節(jié)流是指向蒸發(fā)器供液的制冷劑液體直接由冷凝壓力節(jié)流至蒸發(fā)壓力的節(jié)流過程。

（2）二次節(jié)流是指向蒸發(fā)器供液的制冷劑液體先由中間冷卻器前的節(jié)流器從冷凝壓力節(jié)流至中間壓力，再由蒸發(fā)器前的節(jié)流器將中間壓力下的制冷劑液體節(jié)流至蒸發(fā)壓力的過程。

（3）中間完全冷卻:是指在中間冷卻過程中，將低壓級排出的過熱蒸氣等壓冷卻到中間壓力下干飽和蒸氣的冷卻過程。

（4）中間不完全冷卻:是指在中間冷卻過程中，將低壓級排出的過熱蒸氣等壓冷卻降低溫度而未達到干飽和狀態(tài)的冷卻過程。

（5）中間完全不冷卻：是指在兩級壓縮循環(huán)中不采用中間冷卻的方式。

相比之下，一次節(jié)流系統(tǒng)比較簡單，且可以利用其較大的壓力差實現(xiàn)遠距離或高層冷庫的供液。因此實踐中采用的基本上都是一次節(jié)流兩級壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)。除此，節(jié)流方式的確定于制冷壓縮機的種類及制冷系統(tǒng)冷負荷的穩(wěn)定性有關(guān)。

多級壓縮制冷一級節(jié)流中間完全冷卻

這個系統(tǒng)的特點是采用盤管式中間冷卻器。它既有兩級節(jié)流的減少節(jié)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熱蒸氣（狀態(tài)2），然后進入同一壓力的中間冷卻器，在中冷器內(nèi)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熱蒸氣（狀態(tài)4），隨后進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)膨脹閥節(jié)流降壓后（狀態(tài)6）進入中間冷卻器，大部分液體從另一路進入中間冷卻器的盤管內(nèi)過冷（狀態(tài)7），但由于存在傳熱溫差，故其在盤管內(nèi)不可能被冷卻到中間溫度，而是比中間溫度一般高△t=3－5℃。過冷后的液體再經(jīng)過主膨脹閥節(jié)流降壓成低溫低壓的過冷液（狀態(tài)8），最后進入蒸發(fā)器吸熱蒸發(fā)，產(chǎn)生冷效應(yīng)。

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

多級壓縮制冷一次節(jié)流中間不完全冷卻的兩級壓縮制冷

一次節(jié)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?zé)嵫h(huán)。這種循環(huán)系統(tǒng)的特點是：制冷劑主流先經(jīng)盤管式中間冷卻器過冷，再經(jīng)回?zé)崞鬟M一步冷卻；且低壓壓縮機的吸氣有較大的過熱度；此外，低壓級的排氣沒有完全冷卻到飽和狀態(tài)。

其工作過程為：從蒸發(fā)器出來的蒸汽被低壓壓縮機吸入，壓縮到中間壓力并與中冷器出來的干飽和蒸汽在管路中進行混合，使從低壓機排出的過熱蒸汽被冷卻后再進入高壓壓縮機，經(jīng)壓縮到冷凝壓力并進入冷凝器，冷凝后的高壓制冷劑液體進入了中冷器的蛇形盤管進行再冷卻，最后經(jīng)膨脹閥進入蒸發(fā)器吸熱蒸發(fā)。

這種循環(huán)系統(tǒng)，只適用于R12或R22的雙級制冷循環(huán)系統(tǒng)中，而決不能用于氨的制冷系統(tǒng)中。

多級壓縮制冷一級節(jié)流中間完全不冷卻循環(huán)

所謂中間完全不冷卻是指在兩級壓縮循環(huán)中不采用中間冷卻的方式。

多級壓縮制冷二級節(jié)流中間完全冷卻循環(huán)

二級節(jié)流中間完全冷卻的雙級壓縮制冷循環(huán)的工作過程是：

來自蒸發(fā)器的制冷劑飽和蒸氣（狀態(tài)1點）被低壓級壓縮機吸入，并壓縮到中間壓力pm（狀態(tài)2點），排入中間冷卻器，被其中的制冷劑液體冷卻成為飽和蒸氣（狀態(tài)3點），同時中間冷卻器中的一部分液體制冷劑吸熱變?yōu)轱柡驼魵猓瑑烧咭黄疬M入壓縮機高壓級，再次被壓縮到冷凝壓力pk（狀態(tài)4點），進入冷凝器并冷凝成飽和液體（狀態(tài)5點），經(jīng)節(jié)流閥A降壓到中間壓力pm（狀態(tài)6點），并進入中間冷卻器而分離成蒸氣和液體兩部分。在中間冷卻器中，液體制冷劑的一小部分用于冷卻低壓級的排氣變成蒸氣，并隨同低壓排氣、節(jié)流產(chǎn)生的蒸氣一同被高壓級吸回；液體制冷劑的大部分（狀態(tài)7點）則經(jīng)節(jié)流閥B節(jié)流到蒸發(fā)壓力p0（狀態(tài)8點），并進入蒸發(fā)器制取冷量，循環(huán)如此周而復(fù)始地進行。

二級節(jié)流中間完全冷卻的優(yōu)點是可以消除一級節(jié)流中間冷卻器盤管的傳熱溫差。因此，在其他參數(shù)相同時，循環(huán)的制冷系數(shù)比一級節(jié)流略高。它的缺點是當(dāng)壓縮機排氣中含油時，特別是對氨制冷機，會在中間冷卻器中積油，對活塞式、螺桿式制冷系統(tǒng)不太適宜，而較適宜于氨離心式制冷系統(tǒng)。

多級壓縮制冷二級節(jié)流中間不完全冷卻

這一循環(huán)適宜于氟利昂離心式制冷機。二級節(jié)流中間不完全冷卻循環(huán)的系統(tǒng)原理圖和壓-焓圖如圖1所示。進入蒸發(fā)器的制冷劑先由節(jié)流閥A節(jié)流到狀態(tài)6，再由節(jié)流閥B節(jié)流到狀態(tài)8。進入壓縮機高壓級的制冷劑蒸氣系由中間冷卻器出來的狀態(tài)3'的飽和蒸氣和壓縮機低壓級排出的（狀態(tài)2）過熱蒸氣相混合，其狀態(tài)3為中間壓力下的過熱蒸氣。

沉降容積比（sedimentation rate），是指沉降物的容積與沉降前混懸劑的容積之比。

測定方法：將混懸劑放于量筒中，混勻，測定混懸劑的總?cè)莘eV0，靜置一定時間后,觀察沉降面不再改變時沉降物的容積Vu，其沉降容積比F為:

F=(Vu/V0)×100%

沉降容積比也可用高度表示，H0為沉降前混懸液的高度，Hu為沉降后沉降面的高度。F值愈大混懸劑愈穩(wěn)定。F值在1～0之間。混懸微粒開始沉降時，沉降高度Hu 隨時間而減小。所以沉降容積比Hu/H0是時間的函數(shù)，以Hu/H0為縱坐標(biāo)，沉降時間t為橫坐標(biāo)作圖，可得沉降曲線，曲線的起點最高點為1，以后逐漸緩慢降低并與橫坐標(biāo)平行。根據(jù)沉降曲線的形狀可以判斷混懸劑處方設(shè)計的優(yōu)劣。沉降曲線比較平和緩慢降低可認(rèn)為處方設(shè)計優(yōu)良。但較濃的混懸劑不適用于繪制沉降曲線。 對于混懸劑，沉降容積比越大，混懸劑越穩(wěn)定。2100433B

1．扳動飛輪或聯(lián)軸器2-3圈，檢查壓縮機是否正常，然后開啟高、低壓氣缸的排出閥，再啟動電機。

2．慢慢打開高壓缸的吸入閥，如發(fā)出有液擊聲時，應(yīng)迅速關(guān)閉吸入閥，檢查中間冷卻器的液面情況，待正常后再慢慢打開吸入閥。高壓缸運轉(zhuǎn)時，應(yīng)注意高壓缸排氣壓力不得超過1.5MPa。

3．當(dāng)中間壓力降至0.1MPa時，將能量調(diào)節(jié)閥逐級調(diào)至正常工作位置，同時根據(jù)電機的正常電流負荷，慢慢打開低壓缸的吸入閥。如發(fā)現(xiàn)有液擊聲時，應(yīng)迅速關(guān)閉吸入閥，檢查循環(huán)貯液桶或氨液分離器的液面，待調(diào)整正常后，再慢慢打開低壓缸的吸入閥，注意中間壓力不得超過0.4MPa，電流負荷不得超過電機的額定電流。

4．當(dāng)高壓缸排氣溫度達到60℃時，應(yīng)向中間冷卻器供液。

5．根據(jù)庫房負荷情況，適當(dāng)開啟有關(guān)供液閥，如用氨泵供液，按照氨泵操作步驟啟動氨泵。