兩級壓縮制冷系統設計過程中，首先要確定中間壓力。正確而合理的選擇中間壓力，可使制冷循環具有較高的經濟性。
在蒸發壓力Pe和冷凝壓力Pc已給定的情況下，兩級壓縮制冷循環的中間壓力Pm（或中間溫度Tm）對循環的經濟性、壓縮機的容量和功率都具有一定的影響，因此合理地確定中間壓力Pm（中間溫度Tm）是壓縮機計算過程中的一個重要環節。反過來，在在蒸發壓力Pe和冷凝壓力Pc已給定的情況下，必然對應有一個最佳的中間壓力Pm（中間溫度Tm），滿足使壓縮機制冷系統處于最大制冷系數條件下工作的中間壓力Pm（中間溫度Tm）。這一點對于無級能量調節的螺桿壓縮機組，可以通過微調制冷壓縮機的能量調節來調整中間壓力Pm（中間溫度Tm），使其穩定于最佳中間壓力Pm（中間溫度Tm）條件下工作。也就使制冷裝置經常處于最大制冷系數的狀態下工作。
2.1 對于冷凝溫度保持恒定而蒸發溫度發生變化時。這種變工況不但出現在一些蒸發溫度可以調節的試驗用低溫制冷裝置中，而且常出現在任何兩級壓縮制冷機的熱態啟動過程中。在這樣的情況下，不但制機的制冷量、耗功和制冷系數要發生變化，中間壓力和高、低壓壓縮機的壓力比也要發生變化。
下圖為一臺活塞式兩級壓縮氨制冷機冷凝溫度不變時的工作壓力和壓力比隨蒸發溫度的變化關系。
由圖可知，兩級壓縮制冷機的工況變動時的一些特性：
① 隨著te的升高，壓力pc和pm都有不斷升高，但pm升高得快；
?、?隨著te的升高，壓力比σH和σL都不斷下降，但σH下降快；
?、?隨著te的升高，壓力差（pc-pm）減小，（pm-pe）先逐漸增大而后逐漸減小。
上述分析和結論雖然是依據個別情況得出，但定性地說，它表達了雙級壓縮制冷機的共同特性。
2.2 由于季節性的影響蒸發溫度不變而冷凝溫度變化。這種情況用戶用冷溫度要求恒定，而冷凝溫度通常隨季節性的變化而發生變化。如某化工企業有一套單機配打中間完全冷卻雙級壓縮氨制冷裝置冬、夏運行工況分別為：
夏季運行工況為 -45/+45；
冬季運行工況為 -45/+35。
經計算，理論上分析冬季工況和夏季工況不同中間溫度對制冷系數的變化關系列表如下：
夏季工況?。?45/+45）
冬季工況（-45/+35）
中間溫度（℃）
制冷系數（ε）
中間溫度（℃）
制冷系數（ε）
+5
1.945424452
-4
2.12532871
+4
1.945548523
-5
2.125861099
+3
1.945652691
-6
2.126242245
+2
1.945681634
-7
2.126889182
+1
1.945689588
-8
2.12696567
0
1.947434317
-9
2.127067852
-1
1.945200995
-10
2.127195498
-2
1.944867827
-11
2.127048566
-3
1.944291352
-12
2.126926035
-4
1.9440211
-13
2.126827671
-5
1.943451447
-14
2.126753248
-6
1.942746809
-15
2.126401621
由上表可知該套雙級壓縮制冷機的夏季運行工況最佳中間溫度約為0℃，而冬季運行工況最佳中間溫度約為-10℃。
3、兩級壓縮制冷循環中間壓力的選擇
在選擇中間壓力之前，先確定循環的型式和采用的制冷劑。通常在兩級壓縮中采用的制冷劑為R717，R22，R12，R502等。當確定了循環型式、制冷劑種類、蒸發溫度、冷凝溫度以及制冷量之后，再確定循環的中間壓力并計算循環的各項性能指標。
中間壓力的選擇有以下三種情況
?。?1 在設計任務中已經規定了中間溫度
這種情況下中間壓力已經確定，無其它選擇余地。如在有中間壓力蒸發器的兩級壓縮制冷系統中，如下圖制冷循環裝置：
A－低壓級蒸發器 B－低壓壓縮機 C－中間冷卻器 D－高壓壓縮機 E－冷凝器 F－中間壓力蒸發器 G－節流閥
3.2 具有中間壓力蒸發器的兩級壓縮制冷機
已知一個蒸發溫度和一個冷凝溫度，要求出最佳中間壓力，并根據這一中間壓力確定高壓級和低壓級壓縮機的理論輸氣量。
這種情況對于生產廠家在設計制造單機配打兩級壓縮制冷機中具有現實的意義。此時循環的中間壓力按制冷系數最大這一原則確定。由于循環的型式不同，制冷系數的表達式也不同，同時制冷系數都是以焓值表示的，而制冷劑的焓值與壓力、溫度之間又有相當復雜的關系，因此用試湊法或圖解法求中間溫度較為方便。具體步驟是先選取幾個不同的中間溫度ｔｍ1，ｔｍ2，ｔｍ3，…，算出相應的制冷系數ε1，ε2，ε2，…，（采用Eｘｃｅｌ電子表格可以方便計算）然后畫在以ε和ｔｍ為坐標的圖上。連接這些點，形成一條光滑曲線，找出對應于εｍａｘ的最佳中間溫度ｔｍ，查制冷劑的熱力性質表即可得最佳中間壓力。此方法也可先選取幾個不同的中間壓力Pm，畫出Pm與ε的曲線。對應于εｍａｘ的即為最佳中間壓力Pｍ，查制冷劑的熱力性質表即可得最佳中間溫度。
在文獻資料中，許多作者提出了確定最佳中間壓力的經驗公式和圖線。按照這些經驗公式和圖線求得的中間壓力與最佳中間壓力很接近，在實用上是頗有價值的。在設計單機配打兩級壓縮制冷機時，可以作為選取中間溫度（中間壓力）的參考值，從而避免設計計算過程中的盲目性。下面列舉幾個經驗公式和圖線：
?。?）按修正比例中項確定中間壓力
（ｂａｒ）
Pｍ－中間壓力；
Pe－蒸發壓力；
Pc－冷凝壓力；
Ψ－修正系數，與制冷劑的種類有關，R22，Ψ＝0.9～0.95；R717，Ψ＝0.95～1。
?。?）按溫度的比例中項確定中間溫度，然后根據制冷劑的熱力學性質圖、表確定最佳中間壓力
?。↘）
Tｍ－中間溫度；
Te－蒸發溫度；
Tc－冷凝溫度；
?。?）貝林格對氨制冷機在蒸發溫度te=-35~-10℃，tc=20~35℃的范圍內，過冷5℃時的中間溫度提出下列經驗公式
Tm=Tp+5 （K）
Tｍ－中間溫度；
Tp－按壓力比例中項相對應的中間溫度；
?。?）拉賽提出了蒸發溫度te=-40~+40℃范圍內對R717和R12都適用的經驗公式
tm=0.4tc+0.6te+3 (℃)
tm－中間溫度；
tc－冷凝溫度；
te－蒸發溫度。
根據（4）公式分別取一系列的ｔc和ｔe值作出諾模圖，再根據的關系曲線?？芍苯釉谥Z模圖上查得中間溫度tm和中間壓力Pm。
3.3 已知循環中使用的高壓級和低壓級壓縮機的理論輸氣量以及蒸發溫度te和冷凝溫度tc，要求條符合這些輸氣量的中間壓力。
這一情況對制造廠是有現實意義的，目前我國制冷壓縮機大都已按系列化標準生產，壓縮機的缸徑、行程、轉速以及適用的制冷劑分成幾檔。因此一般在設計兩級壓縮制冷系統時，均選用已生產的壓縮機產品，而不是重新設計和制造壓縮機。
當選用兩臺現有制冷壓縮機時，其理論體積輸氣量VH和VL均已確定，因而此時的約束條件應是：
（定值）。
ξ－理論體積輸氣量之比；
VH－高壓級體積輸氣量；
VL－低壓級體積輸氣量；
ｍH－高壓級質量流量；
?。鞮－低壓級質量流量；
νH－高壓級吸氣比容；
νL－低壓級吸氣比容；
λH－高壓級輸氣系數；
λL－低壓級輸氣系數。
這一方法也可用試算法求解，即先預取一系列的中間壓力值 (可參見3.2中經驗公式計算值作為預取值參考) ，即Pm1，Pm2，Pm3，…，并計算出相應的高壓級和低壓級的理論輸氣量之比，ξ1，ξ2，ξ3，…，繪制ξ和Pm的變化曲線，曲線同ξ=C定值的交點即給出所求的中間壓力Pm。此方法也可先預取一系列的中間溫度值繪出ξ和Tm的變化曲線，曲線同ξ=C定值的交點即給出所求的中間溫度Tm。由Tm可求出中間壓力Pm。
對于一個實際的設計任務，當用此法確定中間壓力時，如果高壓級和低壓級的壓縮機選配不當，會使制冷循環的經濟性有所降低，此時就需要重新選擇，重新進行計算。因此最好的辦法是先按3.2的步驟確定出最佳中間壓力及最佳中間壓力時的理論輸氣量比，再選配適宜的高、低壓級制冷壓縮機，使其理論輸氣量比盡可能接近最佳中間壓力時的理論輸氣量，然后再按3.3步驟根據已選擇的高、低壓級制冷壓縮機確定實際運行的中間壓力及其它各項技術經濟指標。
4、壓縮機的理論輸氣量與制冷量關系計算
不同類型的壓縮機理論輸氣量公式各異，下面各分別介紹常用的制冷壓縮機的理論輸氣量的計算公式。
實際輸氣量=理論輸氣量*輸氣系數
壓縮機制冷量=實際輸氣量*單位容積制冷量
4.1 活塞式制冷壓縮機
理論輸氣量Vh=
式中
D－氣缸直徑，ｍ；
ｓ－活塞行程，ｍ；
?。瓑嚎s機氣缸數，個；
ｎ－壓縮機轉速，ｒ/ｍｉｎ。
壓縮機的制冷量：Ｑ０＝
λ＝輸氣系數，一般為0.50～0.82；
υ1－吸氣比容，ｍ３／ｋｇ；
q0－單位質量制冷量，ｋＪ／ｋｇ。
壓縮機的軸功率：Ｎｅ＝
ω0－理論比功，ｋＪ／ｋｇ；
ηS－絕熱效率，一般為0.65～0.85。
4.2 螺桿式制冷壓縮機
理論輸氣量Vh=，?。?/ｈ
式中ｎｚ為任一黑心子齒數與轉速的乘積；
陽轉子端面型線圖上的齒間面積；
陰轉子端面型線圖上的齒間面積；
?。瓰檗D子長度。
上式還可以改寫成
Vh=60Cｎｎ1ｌD02，ｍ3/ｈ
式中ｎ1為陽轉子的轉速（ｒ/ｍｉｎ），Cｎ稱為面積利用系數。當采用單邊非對稱型線時Cｎ＝0.515。
在計算得Vｈ之后，可按與活塞式壓縮機相同的公式計算Q0及Nｅ。對于采用單邊不對稱型線的噴油螺桿制冷壓縮機，λ＝0.8～0.95；ηｓ＝0.82～0.85。
4.3 離心式制冷壓機
制冷劑的性質對離心式壓縮機的構造和性能影響很大。因此離心式壓縮機是針對特定工質和給定的工況條件設計的，其特性曲線通常是表示在轉速和進口條件不變情況下壓縮機的壓力比、功率、效率等隨其輸氣量的變化關系。離心式壓縮機的特性曲線可根據試驗結果來繪制，也可根據按另一種工質的試驗結果用相似理論來換算。目前離心式壓縮機尚沒形成系列化生產。產品樣本對特定工質繪制出蒸發溫度ｔe不同值時，pc、Ne及ηｓ隨Q0的變化關系。由此，我們也可計算設計工況條件下的理論輸氣量大小。
在單機配打雙級壓縮制冷裝置設計這程中，高、低級采用何種壓縮機匹配方式應視具體情況而定。綜合考慮初投資、運行費用、及運行的可靠性等，同時征求客戶的意見選擇合理的匹配方式。有關計算數據通常壓縮機廠家的產品樣本給出了較詳細的實驗數據，即使沒有詳細的數據，設計過程中也可以咨詢生產廠家有關計算參數，以保障整個工程設計參數的合理及可靠性。 |
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