双级制冷压缩机选型计算

（1）基本步骤

1）确定系统的蒸发温度/压力。

2）确定系统的冷凝温度/压力。

3）确定系统的制冷负荷，是否有中冷负荷。

4）是否需要能量调节。

图2-32 热气融霜的压缩过程所产生的功率比较

5）选择制冷剂。

6）确定中间压力（绝对压力）。

7）确定系统形式：

①直接喷液冷却系统。

②换热器式中冷系统。

③闪发式经济器中冷系统。

（2）选择低压级压缩机

1）低压级蒸发压力。

2）低压级冷凝压力（中间压力）。

3）低压级制冷负荷。

4）考虑低压级压缩机液体温度补偿。

（3）再选择高压级压缩机

1）高压级蒸发压力（中间压力）。

2）高压级冷凝压力。

3）高压级制冷负荷。高压级制冷负荷等于低压级压缩机制冷负荷加上低压级压缩机（图2-33）电动机功率。

4）吸气过热度。

（4）中冷器负荷计算

1）中冷器蒸发压力。

2）中冷器液体质量流量。

图2-33 增加单向阀后改进的完全冷却双级压缩制冷循环的布置

其中：p_zj表示中间冷却器压力；p_e表示蒸发压力；p_c表示冷凝压力（均为绝对压力）。

【例2-2】 蒸发温度-45℃，冷凝温度40℃，速冻负荷115kW，采用R22制冷剂，没有中温负荷，如何设计速冻制冷系统？

解：有三种制冷循环可以选择：带经济器的单级压缩制冷系统、不完全中间冷却双级压缩制冷系统以及完全中间冷却双级压缩制冷系统。

（1）采用某外资品牌的压缩机带经济器的单级压缩制冷系统 根据图2-34这种品牌压缩机选型软件[9]可以得出选取的压缩机是：

三台HSN7471-75，Q=115.3kW，P=131.7kW；COP=0.88

（2）双级配打压缩机 制冷系统图按图2-21不完全中间冷却双级压缩制冷循环布置。(www.xing528.com)

1）首先确定中间压力。p_e=0.83bar，p_c=15.27bar，p_zj=3.56bar。

R22绝对压力对应温度是-9.9℃。

为方便选型，中间压力按-10℃计算。

2）选择低压级压缩机。

-45℃/-10℃，115kW，液体温度-2℃（考虑中冷器8K换热温差）。

一台HSKB8551-80，Q=57.5kW，P=16.3kW；

外加一台HSKB8561-80，Q=65.5kW，P=18.6kW。

低压级总制冷量Q_总为

Q_总=（57.5+65.5）kW=123kW

低压级总功率P_总为

P_总=（16.3+18.6）kW=34.9kW

3）选择高压级压缩机。

高压级压缩机负荷：

低压级总制冷量+低压级总功率=（123+34.9）kW=157.9kW

-10℃/40℃，158kW，10K过热。

使用压缩机选型软件，选型结果为

一台HSK8551-110，Q=181.7kW，P=67.6kW。

4）双级配打系统总冷量为123kW，总输入功率为（67.6+34.9）kW=102.5kW。

能效比为123/102.5=1.2。

（3）采用某外资品牌^[7]的双级配打压缩机 制冷系统按图2-23所示完全冷却双级压缩制冷循环的设备布置。

由于缺乏这种品牌的压缩机计算软件，只能通过理论计算。根据生产厂家提供的数据：压缩机HSK8551-110，在蒸发温度-10℃，冷凝温度40℃时，其质量流量为4230kg/h，也就是m₀=1.2kg/s。

由于用于制冷的液体质量流量m₀=m+m₂，这里需要先求一次节流的m，也就是R22从40℃节流到-10℃后的液体流量。

查附录一热力性质表，h₃=249.67kJ/kg（40℃饱和液体焓值），h₅=188.42kJ/kg（-10℃饱和液体焓值），h₁=401.56kJ/kg（-10℃饱和气体焓值），代入式（2-1）得出：闪发气体比例=28.7%，那么液体比例是71.3%。

m=1.2kg/s×71.3%=0.8556kg/s

根据质量流量的计算：制冷量Q=m（h₁-h₅）。

由于（为了计算方便有10K过热度不考虑参与制冷）h₁=385.55kJ/kg（-10℃饱和气体焓值），制冷量Q=0.8556×（385.55-188.06）kW=168.97kW。

假定上面的配置总输入功率（67.6+34.9）kW=102.5kW不变，能效比为

168.97/102.5=1.648

图2-34 压缩机带经济器的单级压缩制冷系统以及选型数据

对比不完全冷却制冷循环，也可以使用这种理论计算。

根据文献《速冻技术解决方案》^[9]的内容，采用带经济器的螺杆压缩机的速冻制冷循环，计算COP的结果是0.88，与不完全中间冷却双级压缩制冷循环比较，能耗要增加36%。如果与完全中间冷却双级压缩制冷循环比较，能耗更是要增加53.8%。当然，由于低压级压缩机的制冷量增大，会使输入功率有所增加，但同时考虑过热度参与制冷，制冷量也随之增大。因此，上述理论计算还是值得参考的。

以上的制冷循环是建立在理论循环上的压焓图分析，实际运行性能与理论循环比较有一定的差别。