雙級(jí)壓縮變?nèi)莘e比空氣源熱泵技術(shù)與應(yīng)用作者簡(jiǎn)介

黃輝，1963生，教授級(jí)高級(jí)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(guó)制冷學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)，廣東省制冷學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)，廣東省輕工業(yè)協(xié)會(huì)副理事長(zhǎng)，國(guó)際制冷學(xué)會(huì)B2委員會(huì)委員等。

入選“國(guó)家百千萬人才工程”、“廣東特支計(jì)劃杰出人才（南粵百杰）”，并被授予“國(guó)家有突出貢獻(xiàn)中青年專家”稱號(hào)，享受國(guó)務(wù)院政府特殊津貼。先后榮獲 “廣東省五一勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)隆薄ⅰ叭珖?guó)五一勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)隆钡葮s譽(yù)。

長(zhǎng)期從事制冷和熱泵、壓縮機(jī)、電機(jī)等領(lǐng)域的研究工作，主持、參與了國(guó)家科技支撐計(jì)劃、國(guó)家火炬計(jì)劃等9項(xiàng)課題。曾獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)、廣東省科學(xué)技術(shù)特等獎(jiǎng)、廣東省科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)、中國(guó)制冷學(xué)會(huì)技術(shù)發(fā)明特等獎(jiǎng)、中國(guó)專利獎(jiǎng)、廣東省專利金獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)。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(shì)，但傳統(tǒng)的單級(jí)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(jí)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(jí)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(shí)踐相結(jié)合的方式，系統(tǒng)地介紹了雙級(jí)壓縮變?nèi)莘e比空氣源熱泵技術(shù)的基本原理、三缸雙級(jí)壓縮變?nèi)莘e比滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式制冷壓縮機(jī)的工作原理和設(shè)計(jì)方法、熱泵系統(tǒng)運(yùn)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(shí)現(xiàn)方法和變工況性能比較等方面的內(nèi)容。

多級(jí)壓縮制冷定義

兩級(jí)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(jī)兩次壓縮后，才進(jìn)入冷凝器?？梢栽趦纱螇嚎s中間設(shè)置中間冷卻器。兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)可以是由兩臺(tái)壓縮機(jī)組成的雙機(jī)（其中一臺(tái)為低壓級(jí)壓縮機(jī)，另一臺(tái)為高壓級(jí)壓縮機(jī)）兩級(jí)系統(tǒng)，也可以是由一臺(tái)壓縮機(jī)組成的單機(jī)兩級(jí)系統(tǒng)，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(shù)量比一般為1:3或1:2 。

多級(jí)壓縮制冷基本類型

雙級(jí)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(jí)壓縮制冷循環(huán)

2.一次節(jié)流、中間不完全冷卻的兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)

3.一次節(jié)流、中間完全不冷卻的兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)

4.兩次節(jié)流、中間不完全冷卻的兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)

5.兩次節(jié)流、中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)

多級(jí)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(jí)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(jí)排出的過熱蒸氣等壓冷卻降低溫度而未達(dá)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(jí)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(jiǎn)單，且可以利用其較大的壓力差實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離或高層冷庫(kù)的供液。因此實(shí)踐中采用的基本上都是一次節(jié)流兩級(jí)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(jī)的種類及制冷系統(tǒng)冷負(fù)荷的穩(wěn)定性有關(guān)。

多級(jí)壓縮制冷一級(jí)節(jié)流中間完全冷卻

這個(gè)系統(tǒng)的特點(diǎn)是采用盤管式中間冷卻器。它既有兩級(jí)節(jié)流的減少節(jié)流損失效果，又起到對(duì)低壓級(jí)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(jī)吸入并壓縮成中間壓力的過熱蒸氣（狀態(tài)2），然后進(jìn)入同一壓力的中間冷卻器，在中冷器內(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(jī)吸入并壓縮到冷凝壓力的過熱蒸氣（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)膨脹閥節(jié)流降壓后（狀態(tài)6）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(jìn)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(jí)制冷循環(huán)系統(tǒng)中。

多級(jí)壓縮制冷一次節(jié)流中間不完全冷卻的兩級(jí)壓縮制冷

一次節(jié)流中間不完全冷卻的雙級(jí)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(diǎn)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(jìn)一步冷卻；且低壓壓縮機(jī)的吸氣有較大的過熱度；此外，低壓級(jí)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(jī)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(jìn)行混合，使從低壓機(jī)排出的過熱蒸汽被冷卻后再進(jìn)入高壓壓縮機(jī)，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管進(jìn)行再冷卻，最后經(jīng)膨脹閥進(jìn)入蒸發(fā)器吸熱蒸發(fā)。

這種循環(huán)系統(tǒng)，只適用于R12或R22的雙級(jí)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(jí)壓縮制冷一級(jí)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(jí)壓縮循環(huán)中不采用中間冷卻的方式。

多級(jí)壓縮制冷二級(jí)節(jié)流中間完全冷卻循環(huán)

二級(jí)節(jié)流中間完全冷卻的雙級(jí)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(diǎn)）被低壓級(jí)壓縮機(jī)吸入，并壓縮到中間壓力pm（狀態(tài)2點(diǎn)），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(diǎn)），同時(shí)中間冷卻器中的一部分液體制冷劑吸熱變?yōu)轱柡驼魵?，兩者一起進(jìn)入壓縮機(jī)高壓級(jí)，再次被壓縮到冷凝壓力pk（狀態(tài)4點(diǎn)），進(jìn)入冷凝器并冷凝成飽和液體（狀態(tài)5點(diǎn)），經(jīng)節(jié)流閥A降壓到中間壓力pm（狀態(tài)6點(diǎn)），并進(jìn)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(jí)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(jí)吸回；液體制冷劑的大部分（狀態(tài)7點(diǎn)）則經(jīng)節(jié)流閥B節(jié)流到蒸發(fā)壓力p0（狀態(tài)8點(diǎn)），并進(jìn)入蒸發(fā)器制取冷量，循環(huán)如此周而復(fù)始地進(jìn)行。

二級(jí)節(jié)流中間完全冷卻的優(yōu)點(diǎn)是可以消除一級(jí)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(shí)，循環(huán)的制冷系數(shù)比一級(jí)節(jié)流略高。它的缺點(diǎn)是當(dāng)壓縮機(jī)排氣中含油時(shí)，特別是對(duì)氨制冷機(jī)，會(huì)在中間冷卻器中積油，對(duì)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(jí)壓縮制冷二級(jí)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(jī)。二級(jí)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(jìn)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(jìn)入壓縮機(jī)高壓級(jí)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(jī)低壓級(jí)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(cè)定方法：將混懸劑放于量筒中，混勻，測(cè)定混懸劑的總?cè)莘eV0，靜置一定時(shí)間后,觀察沉降面不再改變時(shí)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?；鞈椅⒘ｉ_始沉降時(shí)，沉降高度Hu 隨時(shí)間而減小。所以沉降容積比Hu/H0是時(shí)間的函數(shù)，以Hu/H0為縱坐標(biāo)，沉降時(shí)間t為橫坐標(biāo)作圖，可得沉降曲線，曲線的起點(diǎn)最高點(diǎn)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(jì)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(jì)優(yōu)良。但較濃的混懸劑不適用于繪制沉降曲線。 對(duì)于混懸劑，沉降容積比越大，混懸劑越穩(wěn)定。2100433B

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

2．慢慢打開高壓缸的吸入閥，如發(fā)出有液擊聲時(shí)，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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，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(shí)，將能量調(diào)節(jié)閥逐級(jí)調(diào)至正常工作位置，同時(shí)根據(jù)電機(jī)的正常電流負(fù)荷，慢慢打開低壓缸的吸入閥。如發(fā)現(xiàn)有液擊聲時(shí)，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(fù)荷不得超過電機(jī)的額定電流。

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

5．根據(jù)庫(kù)房負(fù)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(dòng)氨泵。