蒸汽压缩式制冷的系统构成

第5章蒸气压缩式制冷系统的构成5.1压缩机5.2热交换设备5.3节流机构5.4管道5.5辅助部件蒸气压缩式制冷系统的构成5.1压缩机5.1.1压缩机的分类5.1.2活塞式压缩机5.1.3回转式压缩机5.1.4涡旋式压缩机5.1.5螺杆式压缩机5.1.6离心式压缩机5.1.1压缩机的分类制冷和空调用压缩机的分类及结构示意图压缩式制冷系统的心脏主机有用能的输入制冷剂在系统中的循环流动整机性能可靠性寿命噪声压缩机称为压缩机按压缩原理有两大类：容积型速度型容积型压缩机速度型压缩机通过对运动机构作功，以减少压缩式容积，提高蒸气压力来完成压缩功能。由旋转部件连续将角动量转换给蒸气，再将该动量转为压力。图2-26各类压缩机在制冷和空调工程中的应用范围5.1.2活塞式压缩机机体（曲轴箱）气缸活塞吸、排气阀曲轴连杆机构组成活塞式压缩机有以下特点：①因为是往复运动，转速不宜太高②气缸工作腔有余隙容积③气缸工作腔必须设置吸、排气阀，使吸、排气过程产生阻力损失④结构复杂，零部件多。⑤往复式压缩机不允许吸气带液5.1.3回转式压缩机回转机最普通的为固定叶片式结构，常常又称作“滚动活塞式压缩机”。比往复机更可靠是同等能力下尺寸小制造成本低优点“固定叶片”叶片只滑动不转动没有吸气阀特点：回转机当前研究与开发的重点回转机的局限性压缩机中任何基本磨损（轴承、轴、转子或叶片等磨损）都使间隙变大，并明显影响压缩机性能。降低振动与噪声，改善油处理和减小摩擦。5.1.4涡旋式压缩机结构简单复杂的形线极高的精度要求数控机床技术的发展制造困难涡旋机涡旋机在技术上的特长没有气阀在制冷装置中可靠性大大提高轴的扭矩更均匀，运转平稳压力脉动小振动和噪声低在给定吸气条件下涡旋机的容积效率几乎与压力比无关不存在余隙容积的影响能够用同一个电动机在很宽的工作范围内高效运转长处热泵的季节供热系数HSPF提高整个系统的效率提高，即季节能效比SEER提高5.1.5螺杆式压缩机近年来，随着螺杆机可靠性方面的改进，它在中等容量的制冷与空调装置上的应用更为广泛了。螺杆机在部分负荷时的效率比离心机高8%～10%而且不存在离心机的喘振问题。特点5.1.6离心式压缩机离心式压缩机依靠气流速度变化的动力学效应，起到压缩作用：吸入气体由叶轮旋转达到很高速度，然后导入涡壳使速度能转变成压力能。单级压力比受叶轮圆周速度与制冷剂性质的影响。轮周速度受制于材料强度和气体动力条件。一级叶轮可以达到的压力比（级压力比）一般为3～4一般限制轮周速度不超过制冷剂进口处音速的1.4–1.5倍离心机的特点是：①结构简单、转速高、输气量大，故体积、重量小②制冷剂不与润滑油接触，避免了油对制冷剂的影响③与前述各种容积式压缩机特性一个重要的不同之处是它的吸、排气压力差（或压力比）与吸气量有密切关系，吸气量变化还影响机器效率，在部分负荷运行时，有可能出现喘振。喘振现象就是气流在流道内来回撞击而不能正常输出。5.2热交换设备制冷系统的热交换设备主要是冷凝器和蒸发器，它们是制冷剂与外部热源介质之间发生热交换的设备。5.2.1冷凝器5.2.2蒸发器5.2.3其它换热器5.2.4强化传热5.2.1冷凝器用冷凝器将制冷剂从低温热源吸收的热量及压缩后增加的热焓排放到高温热源。冷凝器按冷却方式空气冷却式冷凝器中根据管外空气流动方式空气冷却式水冷式蒸发冷却式自然对流空气冷却式冷凝器强制对流空气冷却式冷凝器自然对流空气冷却式冷凝器a)丝管式b)百叶窗式c)箱体表面式空气强制对流冷凝器翅片管式冷凝器1-肋片2-传热管3-上封板4-左端板5-进气集管6-弯头7-出液集管8-下封板9-前封板10-通风机11-装配螺钉空气强制对流冷凝器管带式冷凝器1－波形翅片２－椭圆扁管自然对流空气冷却式强制通风空气冷却式电冰箱空调器小型冷库陈列柜冷柜冷凝器+压缩机+储液器+电机等蛇形管+套片式肋片+轴流风机冷凝器冷凝机组氨卧式壳管式冷凝器水冷式冷凝器氟里昂卧式壳管式冷凝器1—盖板2－进气管3－筒体4－传热管5－管板6－密封橡胶7－紧固螺钉8－出液管口9－支座立式壳管式冷凝器a)立式壳管式冷凝器b)斜槽式水分配器c)盖式水分配器氟利昂套管式冷凝器螺旋板式冷凝器壳－盘管式冷凝器斜波纹板式冷凝器空气冷却式水冷却式丝管式螺旋板式套管式卧式壳管式百叶窗式箱体表面式翅片管式管带式壳盘管式斜波纹板式立式壳管式吸风式蒸发式冷凝器原理图1-通风机2-挡水栅3-传热管组4-水泵5-滤网6-补水阀7-喷水嘴蒸发式冷凝器鼓风式蒸发式冷凝器吸风式蒸发式冷凝器优点：压力低，蒸发温度低，冷却效果好。缺点：风机潮湿，易腐蚀。鼓风式蒸发式冷凝器优点：风机干燥，不易腐蚀。缺点：压力高，蒸发温度高，冷却效果差。5.2.2蒸发器蒸发器是制冷机中的冷量输出设备。制冷剂在蒸发器中蒸发，吸收低温热源介质（水或空气）的热量，达到制冷的目的。冷却空气的蒸发器空气自然对流时多采用光盘管结构空气强制对流时采用翅片管结构干式满溢式再循环式冷却液体（水或其它液体载冷剂）的蒸发器满液式蒸发器原理图干式式蒸发器原理图重力型再循环式蒸发器用泵输送液体的再循环式蒸发器干式直管式壳管式蒸发器圆缺形折流板Ｕ形管式干式蒸发器卧式满液式壳管式蒸发器立管式冷水箱型蒸发器直立管内制冷剂的流动干式满溢式再循环式充灌量润湿周长传热系数回油结构紧凑液体静压力其它三种蒸发器的优缺点比较干式满溢式再循环式充灌量少，不需储液器大较多，体积大润湿周长传热系数回油结构紧凑液体静压力其它三种蒸发器的优缺点比较干式满溢式再循环式充灌量少，不需储液器大较多，体积大润湿周长液体量为总容积的15%~20%，润湿周长为圆围的30%润湿周长为100%液体量为总容积的50%，润湿周长为圆围的60%传热系数传热系数低传热效果好传热系数较高回油结构紧凑液体静压力其它三种蒸发器的优缺点比较干式满溢式再循环式充灌量少，不需储液器大较多，体积大润湿周长液体量为总容积的15%~20%，润湿周长为圆围的30%润湿周长为100%液体量为总容积的50%，润湿周长为圆围的60%传热系数传热系数低传热效果好传热系数较高回油便于回油回油困难回油困难结构紧凑液体静压力其它三种蒸发器的优缺点比较干式满溢式再循环式充灌量少，不需储液器大较多，体积大润湿周长液体量为总容积的15%~20%，润湿周长为圆围的30%润湿周长为100%液体量为总容积的50%，润湿周长为圆围的60%传热系数传热系数低传热效果好传热系数较高回油便于回油回油困难回油困难结构紧凑不紧凑紧凑比较紧凑液体静压力其它三种蒸发器的优缺点比较干式满溢式再循环式充灌量少，不需储液器大较多，体积大润湿周长液体量为总容积的15%~20%，润湿周长为圆围的30%润湿周长为100%液体量为总容积的50%，润湿周长为圆围的60%传热系数传热系数低传热效果好传热系数较高回油便于回油回油困难回油困难结构紧凑不紧凑紧凑比较紧凑液体静压力无有有其它三种蒸发器的优缺点比较干式满溢式再循环式充灌量少，不需储液器大较多，体积大润湿周长液体量为总容积的15%~20%，润湿周长为圆围的30%润湿周长为100%液体量为总容积的50%，润湿周长为圆围的60%传热系数传热系数低传热效果好传热系数较高回油便于回油回油困难回油困难结构紧凑不紧凑紧凑比较紧凑液体静压力无有有其它冷损少，无冻结危险运输装置中易造成压缩机吸液泵循环型需密闭泵三种蒸发器的优缺点比较两种典型的管板式蒸发器a)管板式蒸发器b)由管子和平板组成的板面式蒸发器铝复合板吹胀式蒸发器1－出口铜铝接头2－进口铜铝接头光滑管式干式蒸发器多层搁架式蒸发器1－进口2－出口空气强制对流的蒸发器及其肋片管型式a)蒸发器b)绕片管c)套片管1-传热管2-肋片3-挡板4-通风机5-集气管6-分液器5.2.3其它换热器中间冷却器过冷器气液热交换器蒸发冷凝器过冷器氨制冷系统用中间冷却器壳－盘管式气液热交换器氟里昂制冷系统用冷凝蒸发器立式盘管式冷凝－蒸发器5.2.4强化传热空气侧的强化高效冷凝传热管高效沸腾传热管高效冷凝传热管齿形肋片管三种增强管内换热的结构(a)板翅式表面(b)内螺旋肋片管（c）扁平椭圆管横纹管(a)节距合适(b)节距偏大(c)节距太大内螺旋肋片管（a）A型管(b)B型管(c)C型管高效沸腾传热管机械加工表面多孔管（E型管）T型管单头螺旋槽管空气侧的强化翅片形式的改进波形翅片冲缝形翅片波纹条缝形翅片亲水处理憎水处理空调用蒸发器的表面处理翅片间距结霜多的地方采用大片距不结霜的地方采用小片距冲缝形翅片波形翅片a）正弦波形，b）三角波形5.3节流机构节流机构是实现制冷循环所必须的四个基本的系统组成部件之一位于冷凝器与蒸发器之间。对制冷剂的流动起扼制作用使来自冷凝器的高压液态制冷剂压力降低控制进入蒸发器的制冷剂质流率作用5.3.1毛细管5.3.2手动膨胀阀5.3.3定压膨胀阀5.3.4浮球阀5.3.5热力膨胀阀5.3.6电子膨胀阀5.3.1毛细管毛细管用在小型而且不需要精确调节流量的制冷装置。家用冰箱冷柜房间空调器简单便宜便于大批量生产应用长处R22、R12毛细管初步选择曲线图5.3.2手动膨胀阀通常与其它控制元件配合使用，一般只在短时期内使用，例如在冷冻初期辅助送液，或者在自动膨胀阀出故障时作为旁路备用阀。5.3.3定压膨胀阀从保持蒸发压力恒定为目的，自动调节蒸发器供液量。其结构原理是：由设定弹簧力和蒸发压力产生的流体压力之差提供阀打开方向的驱动力。当蒸发压力降低时，阀开大，供液量增多，以补偿蒸发压力的下降；当蒸发压力升高时，阀关小，供液量减少，抑制蒸发压力上升。5.3.4浮球阀用液位控制供液量。以浮球—杠杆机构产生阀动作的驱动力。根据制冷机的情况，又分两种。对于制冷剂液体主要在高压侧（冷凝器或高压贮液器）的制冷机，采用高压浮球阀。它的浮球感受冷凝器或高压贮液器的液位。当液位升高时，阀开大，增大蒸发器供液量；当液位降低时，阀关小，减少供液量。5.3.5热力膨胀阀广泛用于干式蒸发器的供液量调节以蒸发器出口处制冷剂的过热度为控制参数通过弹簧力设定静态过热度设定范围一般为2～8℃蒸发器出口制冷剂的过热度低于静态过热度时阀处于关闭状态过热度高于静态过热度时阀才打开并按二者之偏差成比例地改变阀开度，即成比例地调节送入蒸发器的制冷剂质流率。(a)(b)热力膨胀阀结构原理图阀结构及与蒸发器连接示意图过热度控制原理图2-39电子膨胀阀流量调节系统原理(a)按真实过热度控制(b)按温差控制(a)(b)目前，国际上流行的电子膨胀阀种类很多，按阀的结构型主要有三类：热动式、电磁式和电动式（双金属片式的热电膨胀阀已很少应用）。5.3.6电子膨胀阀⑴热动式膨胀阀⑵电磁式膨胀阀⑶电动式膨胀阀电磁式膨胀阀结构1—出口2—弹簧3—阀针4—阀杆5—柱塞弹簧6—柱塞7—线圈8—阀度9—入口电动式膨胀阀（直动型）1—入口2—针阀3—阀杆4—转子5—线圈6—出口主要起自动或手动截止作用5.3.7阀门截止阀电磁阀直接作用式间接作用式5.4辅助部件四个主要部件不可缺少管道附加压缩机冷凝器节流件蒸发器净化空气水分杂质空气分离器干燥器过滤器贮集高压贮液器低压贮液器分离设备油分离器气液分离器油分离器⒈洗涤式：减速、变向、冷却、洗涤；用于氨系统⒉离心式：离心作用；用于中等制冷量⒊填料式：减速、过滤；用于中小机组⒋过滤式：减速、变向、过滤；小机组集油器与储液器集油器：用于存放从油分离器、中间冷却器、冷凝器及储液器中分离出来的润滑油储液器：储存制冷机液体其它气液分离器：分离蒸发器所排出的低压蒸气中的液滴空气分离器：分离系统中存在的空气和其它不凝性气体过滤器：清除机械杂质干燥器：吸收制冷剂中的水份紧急泄氨器：紧急时释放出氨气5.5管道用管道将制冷机各组成部件连接成一个完整的制冷系统，使制冷剂在封闭的系统中循环。按制冷剂的四个主要组成部件分割，制冷剂管道有：排气管高压液管低压液管吸气管管道直径的确定方法按压降在规定范围内计算直立吸气管按流速在规定最小流速以上计算管道的材质应与制冷剂相容管道与管道、管道与设备连接处必须可靠密封，采用焊接或可拆连