一、为什么要双级压缩

在众多工业生产场景中，为满足特定的生产工艺要求，常常需要制冷循环能够获取较低的蒸发温度。然而，单级蒸汽压缩式制冷循环所能达到的最低蒸发温度并非固定不变，它会因压缩机的工作原理以及制冷剂种类的不同而存在明显差异。

对于单级蒸汽压缩式制冷循环而言，当压力比（pk/po）过大且超过一定数值时，就会引发一系列问题：

1. 对于余隙容积固定的活塞式制冷压缩机，压力比的增大是一个关键影响因素。随着压力比上升，余隙容积内的气体在膨胀至吸气压力时所占据的体积会显著增大。这一变化直接导致活塞式制冷压缩机的输气系数下降，实际输气量减少，进而使得制冷机的制冷量大幅降低。当压力比大于 20 时，普通活塞式制冷压缩机的输气系数约等于 0，这意味着压缩机几乎无法吸入制冷剂气体，完全失去制冷能力。
   
   
2. 压力比的增大还会使制冷压缩机压缩过程的不可逆性增强。具体表现为实际压缩过程偏离定熵的程度增大，导致制冷压缩机的实际耗功增加，效率明显下降，制冷系数也随之降低。
   
   
3. 排气温度过高也是一个不容忽视的问题。过高的排气温度会使润滑油变稀，破坏良好的润滑条件，甚至可能引发润滑油的碳化以及出现拉缸等严重故障。例如，当冷凝温度为 40℃，蒸发温度为 -30℃时，单级氨压缩机即使在等熵压缩的理想情况下，排气温度已高达 160℃，这显然超过了规定的最高排气温度 150℃的限制。
   
   
4. 制冷压缩机的实际工作过程可近似看作多变压缩过程，压力比的过度增大必然导致制冷压缩机排气温度过度升高，甚至超过制冷压缩机所允许的排气温度限制。同样，排气温度过高还会影响制冷循环的正常运行。基于上述诸多原因，尤其是排气温度的限制，单级制冷压缩机的压力比也将受到严格限制。

一般来说，使用氨制冷剂的单级活塞式制冷压缩机的压力比≤8；使用氟利昂制冷剂的单级活塞式制冷压缩机的压力比≤10；使用离心式制冷压缩机每一次所能达到的压力比≤4。

二、双级压缩式制冷循环常见类型

双级压缩制冷循环是一种较为先进的制冷方式，其工作原理是来自蒸发器的制冷剂蒸气要先后经过低压与高压压缩机两次压缩后，才进入冷凝器。并且在两次压缩中间设置了中间冷却器，以优化制冷效果。双级压缩制冷循环系统在构成上具有灵活性，既可以是由两台压缩机组成的双机系统，也可以是由一台压缩机组成的单机双级系统。

双级压缩具有诸多显著优点， 首先，它能够有效降低每级压缩比，减少余隙、热交换、泄气等因素对制冷效果的影响，从而提高输气系数，使制冷系统运行更加高效。其次，双级压缩可以降低排气温度，确保压缩机在安全的温度范围内运行，延长压缩机的使用寿命。最后，通过降低每级压缩机的压力差，能够提高压缩机运行的平衡性，减少机械摩擦，降低设备故障率。

双级压缩制冷循环根据不同的节流方式和冷却程度，可分为以下几种常见类型：

一级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环： 制冷剂在冷凝器后仅经历一次节流进入中间冷却器，实现低压级压缩后的完全冷却中间冷却采用饱和液体过冷方式，确保高压级压缩机吸入饱和蒸汽。          

         

         

         

两级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环： 结合双重节流与部分冷却设计，中间冷却器仅降低蒸汽温度，高压级吸入气体带有适度过热，通过优化中间压力匹配负荷。