制冷与空调技术沈雅均第二章课件

制冷空调系统的主要设备 及工作原理,第 2 章:,主要内容 2.1 制冷系统的主要设备 2.2 制冷系统的主要辅助设备 2.3 空调系统的主要设备,2.1 制冷系统主要设备 2.1.1 制冷压缩机 2.1.2 冷凝器 2.1.3 节流设备 2.1.4 蒸发器,2.1.1 制冷压缩机,分类:： (1)按气缸数目多少，可分为单缸、双缸、多缸等； (2)按工作原理，可分为容积型和速度型两类。 (3)按结构型式，可分为开启式、半封闭式、全封闭式. (4)按所使用的制冷剂分类，一般有氨压缩机和氟里昂压 缩机两类 (5)按压缩机级数，有单级压缩、双级和多级压缩等,容积型: 通过工作容积的变化来完成气体的压缩和输送过程。容积型又可分为往复式（往复活塞式）和回转式两种。往复式压缩机的活塞在气缸中作来回往复运行；回转式压缩机的转子在气缸内作旋转运行，主要有螺杆式和旋转活塞式。,速度型: 利用气体在高速转动的叶轮中提高速度，再将气体的动能转化为压力能，从而完成气体的压缩和输送过程。速度型又可分为离心式和轴流式两种。目前常用的是离心式。,开启式: 压缩机与其驱动电机分成两体，中间用联轴器或皮带相连接。 半封闭式: 压缩机的机壳与电机外壳铸成一体，构成一个密封的机身, 但内部分隔开。其特点是，结构紧凑、体积小、重量轻、工艺先进、密封性较开启式好。 全封闭式: 压缩机及其驱动电机共用一个主轴，两者组装在一个焊接成型的密闭壳体中，形成封闭结构。壳体通常用焊接的方法封接，密封外壳上只留几根小直径的短管接头和电源线座。,（2）活塞式压缩机的总体结构,1）开启式压缩机的构造 开启式压缩机中，压缩机与其驱动电机分成两体，中间用联轴器或皮带相连接。,实例: 型压缩机,氟里昂压缩机，8缸，缸径125mm，气缸呈扇型排列。活塞行程100mm，转速960r/min。适用于R12、R22和R17等3种制冷剂，并可根据负荷大小进行能量调节。,1-曲轴箱；2-轴封；3-曲轴；4-连杆；5-活塞；6-吸气腔； 7-卸载装置； 8-排气管； 9-汽缸套及吸排气阀组合件； 10-缓冲弹簧； 11-汽缸盖； 12-吸气管； 13-油泵,2）小型开启式氟利昂压缩机的构造 此为老系列产品，虽然结构比较陈旧，但具有结构简单、活塞行程长因而产冷量高等优点，社会上有较大的保存量，广泛应用在冷藏柜、冷饮水箱等小型制冷设备中。,3）半封闭式压缩机的构造 半封闭式压缩机中，压缩机的机壳与电机外壳铸成一体，构成一个密封的机身，但为了检修活塞和气阀方便起见，气缸盖做成可拆卸式。其特点是，结构紧凑、体积小、重量轻、工艺先进、密封性较开启式好。,1-油过滤器; 2-油泵; 3-排气阀; 4-活塞环; 5-活塞; 6-阀板; 7-连杆; 8-曲轴; 9-接线柱; 10-电机; 11-吸气过滤网; 12-吸气阀; 13-油面指示窗,-油面指示窗,4）全封闭式压缩机 压缩机及其驱动电机供用一个主轴，两者组装在一个焊接成型的密闭壳体中，形成封闭结构。壳体通常用焊接的方法封接，密封外壳上只留几根小直径的短管接头和电源线座。其优点是密封性极好、结构紧凑、体积小、重量轻、使用方便、振动和噪声都比较小。缺点是一旦发生故障，检修非常困难。 在小型自动化的制冷和空调设备中，广泛应用全封闭式压缩机（如电冰箱，使用的压缩机均为封闭式）。,1-稳压室； 2-机壳； 3-垫圈； 4-电动机定子； 5-电动机转子； 6-吸气包； 7-主轴； 8-吸气管； 9-平衡块； 10-连杆； 11-气缸体； 12-活塞； 13-阀板； 14-气缸盖； 15-排气管； 16-下轴承； 17-端盖,2.离心式压缩机,离心式压缩机是一种速度型压缩机，特点是: 制冷量大、体积小、重量轻、运转平稳和无油压缩，其转速通常在300020000r/min 之间，多应用于大型的制冷空调和热泵装置中。,(1) 离心式压缩机的分类 1) 按用途，可分为用于空调冷水机组和低温机组两类 2) 按结构型式，可分为开启式、半封闭式和封闭式三类,(2) 离心式压缩机的总体结构 主要部件： 1) 由机体和设置在机体内的隔板构成的固定组件，包 括吸气室、扩压室、弯道、回流器和排气蜗壳等。 2) 转子，包括主轴和安装在主轴上的工作叶轮组件。 3) 支撑转子的轴承、推力轴承以及梳齿密封和轴封等 密封装置。,1)由机体和设置在机体内的隔板构成的固定组件。 吸气室：它是叶轮入口前的吸入流道，主要作用是将制冷剂蒸气均匀地引入叶轮。 扩压器：扩压器设置于叶轮出口的外围，是由机壳或者固定在机壳上的隔板构成的环形气流通道。其作用在于使气体的流速下降，将动能转变成压力能，进一步增加气体的压力。 弯道与回流器：设置于多级离心式压缩机中，其作用是把从扩压器中流出的气体导入下一级继续增压。弯道是断面形状为U字形的环形通道，由隔板构成，作用在于改变气流方向，然后将其导向回流器。回流器是由隔板构成的环形流道，流道壁上铸有导流叶片，叶片出口沿径向，其作用在于减小气流的旋绕，使之较均匀地流入下一级叶轮。,2) 转子，包括主轴和安装在主轴上的工作叶轮组件。 叶轮：这是对制冷剂作功的唯一部件，其作用是带动叶轮流道内的气体一起高速旋转，对气体作功，使其流速和压力增高后从轮缘上的出口流出，同时，相同质量流量的气体从叶轮中部的进口不断地补充进来。 单级压缩机内仅设一个叶轮，因而无需设置弯道和回流器，但通常在叶轮的进气口前设置导叶式能量调节器。 因离心式压缩机一个压缩级的升压能力是有限的，当所需出口压力较高时，常采用多级压缩。多级压缩机的主轴上设置有几个叶轮串联工作，以达到较高的升压比。为节省压缩耗功和降低排气温度，级数较多的离心压缩机可分为几段，低压段的排气经中间冷却后输往高压段。如果需要，还可以分缸，分缸后的压缩机组由两台压缩机串联组成，分别称为低压缸和高压缸。,3) 支撑转子的轴承、推力轴承以及梳齿密封和轴封等 密封装置 起支撑转子、传递转矩及密封作用。,1-顶轴器; 2-套筒; 3-止推轴承部; 4-止推轴承; 5-轴承; 6-调整块; 7-机械密封部； 8-进口导流调节器; 9-气缸定子; 10-轴; 11-调整环; 12-齿轮联轴器左半轮; 13-齿轮,多级离心式压缩机,3. 滚动转子式压缩机,滚动转子式压缩机又称单滑片旋转式压缩机 其结构和工作原理如图2.18所示,特点： 滚动转子式压缩机没有往复运动部件，运转平衡，振动和噪声均较小；零件少，适合压缩机的小型化；由于不用吸气阀，容积效率高，压缩机耗电少。但要求材料耐磨性好，加工精度高。目前主要用在空调器中，从20世纪80年代开始在电冰箱上的应用逐渐增加，但还不是十分广泛。,4. 多滑片旋转式压缩机,多滑片旋转式压缩 机又称多滑片回转式压 缩机，其工作原理如右 图所示。,特点： 这种压缩机结构简 单，但工作效率较低， 只适用于低压制冷剂， 或作为双级压缩的低压 级。,5. 螺杆式压缩机,螺杆式压缩机也称 球容积式回转式压缩机。 它是用一对螺杆（分别 称为阴转子与阳转子） 的回转运动来造成螺旋 状齿形空间的容积变化， 以实现对气体的压缩。,2.1.2 冷凝器,冷凝器是指制冷系统中用来排除制冷剂蒸气热量的换热设备。其作用是冷却气态制冷剂，并使其转变为液体。,1.水冷式冷凝器 水冷式冷凝器是以水作为冷却介质实现对制冷 剂的冷却的冷凝设备。,特点: 传热效率高，结构比较紧凑，但需要有冷却水 系统，且运行一段时间后管壁上会结水垢，降低传 热效果，故需定期清洗。,结构型式：套管式和壳管式。,套管式 : 优点: 结构紧凑，制造简单。 缺点: 水侧和制冷剂侧阻力都较大，水垢清除比较困难， 因而要求冷却水的水质较好。 应用: 一般用于制冷量小于40kW的小型制冷系统中,卧式壳管式冷凝器 : 优点是：管内流速较高，因而传热系数也高；冷却水温升大，因而循环水量较少；结构紧凑，占地面积和空间高度都比较小，操作维护比较方便。 缺点是：冷却水阻力大，清洗水垢比较麻烦,立式壳管式冷凝器(用于大中型制冷系统),优点： 可以露天安装， 节省厂房面积；冷却水所需压头低，水泵能耗小；传热管是直管，因而清洗较为方便。 主要缺点： 冷却水温升小，因而冷却水循环量较大。,2.空冷式冷凝器 空冷式冷凝器是以空气作为冷却介质实现对制冷 剂的冷却的冷凝设备，可分为空气受迫流动与自由流 动两类。,受迫流动的空冷式冷凝器又称风冷式冷凝器, 冷 凝器的盘管一般采用翅片管。,风冷式冷凝器,自由流动的空冷式冷凝器有线管式和板管式两种,(a)线管式 (b)板管式,3. 冷凝器的维护 经常进行除垢,冷凝器的污垢清除方法：,清洗方法： 用钢丝刷帚拉刷、用特别刮刀滚刮、用盐酸溶解等。除垢后，应对冷凝器的制冷剂侧进行气压检漏，检漏完毕后，连接好系统，进行抽真空与试运转。,2）水冷式冷凝器 污垢主要是在冷却管内形成的水垢。应进行定 期清洗，清洗周期一般为23年一次，当采用深井 水或山水作冷却水时，则应每年清洗一次。,1）风冷式冷凝器 传热面上的污垢主要是灰尘，可定期用压缩空 气进行吹除。,2.1.3 节流设备,作用： (1)对高压液体制冷剂进行节流降压，保证冷凝器与蒸 发器之间的压力差，以便使蒸发器与冷凝器能正常 工作。 (2)调整供入蒸发器的制冷剂流量以适应蒸发器热负荷 的变化，使制冷装置更加有效地运转。,常用节流设备： 手动膨胀阀、自动膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管。,1.手动膨胀阀 是一种最简单的节流设备, 适用于手动控制的场合。 目前只用于旁通管上, 作为辅助性的节流供液机构。 2.自动膨胀阀 依靠作用在其膜片或波纹管上相应的吸气压力来控 制流量。阀开启时，液体制冷剂进入蒸发器，蒸发器压 力升高，导致膨胀阀关小。当压缩机抽吸蒸发盘管的制 冷剂气体时，压力降低，膨胀阀开大。 3.热力膨胀阀 热力膨胀阀简称膨胀阀，是一种改进型的自动膨胀 阀，既是控制流量的调节阀，又是制冷装置中的节流阀, 主要用于商业性制冷系统。氟里昂制冷系统一般都用膨 胀阀来调节制冷装置的流量。,图2-28 热力膨胀阀的安装位置 1-压缩机； 2-油分离器； 3-冷凝器； 4-贮液器； 5-热力膨胀阀； 6-蒸发器,热力膨胀阀的工作原理：由感温包感受吸气温度 的变化，并将感温包感受到的吸气温度转换为压力信 号后，再传到膜片上，自动调节阀的开度。,热力膨胀阀可分为内平衡式与外平衡式两种。,内平衡式膨胀阀的结构及工作系统,1-阀盖； 2-毛细管； 3-感温包； 4-膜片； 5-推杆； 6-阀体； 7-阀芯； 8-弹簧； 9-调整杆； 10-蒸发器,2.1.4 蒸发器,蒸发器是制冷系统中制取冷量的设备. 其作用是从 冷却介质中吸取热量，使其得到冷却。,当空气被冷却时，将使温度降低，焓值减少。当空 气温度低于露点温度时，空气中的水蒸汽还会凝结成水, 此时必须将凝结水排放。当空气温度低于0时，蒸发盘管上的凝结水会冻结成霜或冰，从而使蒸发器的传热 效率降低，因此必须定期除霜。,蒸发器的型式: 冷却空气用的蒸发器，主要有翅片式、盘管式和板式等几种。有时可将几种形式结合起来应用，如空调中 常用的翅片式盘管。,空调机组中常用的蒸发器有翅片式盘管与壳管式冷 却器两种类型。,盘管式蒸发器又称冷却排管，其传热面为盘管表面， 常用于大型冷库中。板式蒸发器主要利用平展的板面作 为传热面，一般用作冻结器。,盘管式蒸发器,2.2 制冷系统主要辅助设备 2.2.1 贮液器 2.2.2 油分离器 2.2.3 干燥过滤器 2.2.4 冷却塔 2.2.5 液位指示器 2.2.6 其他自动调节元器件,2.2.1 贮液器,1.功能： 贮液器安装在冷凝器液体出口的下方，用来收集液体制冷剂，均匀地向调节站供应液体，通过贮液器可看出制冷系统中制冷剂的盈亏情况。对于正常运行的系统，贮液器应有三分之一容积充满液体，其余三分之二用以贮存系统中过盈的液量。 小型氟里昂制冷系统中，往往用冷凝器兼作贮液器。,2.结构：,图2-18 氨贮液器 1-氨液进口； 2-安全阀接口； 3-压力表接口； 4-平衡管口； 5-放油口； 6-氨液出口； 7-液面指示器； 8-排污口,2.2.2 油分离器,1.功能： 油分离器安装在压缩机与冷凝器之间的管路上，用以分离压缩过程中混入制冷剂蒸气中的润滑油。制冷剂蒸气被分油后，进入冷凝器。 2.结构： 目前国内生产的油分离器种类较多，但其结构原理相似。氨油分离器与氟油分离器的型式之一如图2-19。,1-制冷剂蒸气入口； 2-制冷剂蒸气出口； 3-液体制冷剂入口； 4-放油口； 5-自动回油口； 6-手动回油口,2.2.3 干燥过滤器,1.功能 在氟里昂系统中，对含水量有十分严格的要求（含水量要求控制在0.0025以下）。氟里昂中如混有水分，不仅化学稳定性变差，产生酸性物质腐蚀设备与管路，而且在低温下，游离状态的水从氟中分离出来，产生冰塞阻塞管路。所以，在氟里昂制冷系统中应安装过滤器，一方面防止冰塞，另一方面防止腐蚀。后者在空调工况下更为重要。,干燥过滤器安装于氟里昂系统的液体管路上， 位于膨胀阀与冷凝器之间。,2.结构 氟里昂干燥过滤器中，一般用硅胶、无水氯化钙、活性铝、分子筛等作为干燥剂(多孔性物质)。当含水的氟里昂经过干燥剂时，由于微孔毛细管的作用把水吸收，达到干燥目的。当吸收一定的水分后，干燥剂的吸水性变弱，因而需要更换。,1-铁丝布； 2-铜丝布； 2-纱布； 4-脱脂棉； 5-筒体； 6-干燥剂； 7-封盖,2.2.4 冷却塔,1.功能 制冷系统中，冷却塔是用来回收冷却水的设备。使冷却水被循环使用。 2.结构 按循环水在冷却塔内是否与水直接接触，分为干式与湿式。湿式冷却塔又有开放式、风筒式、鼓风式、抽风式等等型式。 按通风方式，可分为自然通风式与机械通风式。 按热质交换区段内水和空气流动方向的不同, 又可分为逆流塔(方向相反), 横流塔(垂直交叉)，等等。,(a)开放式 (b)风筒式 (c)鼓风逆流式 (d)抽风逆流式 (e)抽风横流式,1-配水系统； 2-淋水装置； 3-百页窗； 4-集水池； 5-空气分配区； 6-风机； 7-风筒； 8-收水器,2.2.5 液位指示器,功能 液位指示器又称观察镜。制冷系统能否正常运行，在很大程度上取决于系统中有无适量的制冷剂。最简单的方法就是在制冷装置的某些关键部位（如蒸发器入口、油分离器出口、贮液器等）装上液位指示器，用来指示系统管路中的制冷剂量及其流动情况或回油情况。当制冷剂量不足时，在液位指示器的观察孔里一般会出现气泡，有的液位指示器可直接观看液位的高低。,2.2.6 其他自动调节元器件,制冷系统是一个严密的封闭系统，其运行情况可通过各测点的压力、温度、液位等热工参数来反映。为保证装置的正常运行，往往需通过自动控制和调节，使有关热工参数达到所要求的指标。,常用的自动调节元器件有： 热力膨胀阀（见前述）、浮球阀、温度继电器、 电磁阀、止回阀、安全阀、观察镜等等。,2.3 空调系统的主要设备 2.3.1 喷水室 2.3.2 表冷器 2.3.3 其他热湿处理设备 2.3.4 风机盘管 2.3.5 风机 2.3.6 空气滤尘器 2.3.7 消声器,2.3.1 喷水室,1. 空气与水之间的热湿交换原理,热交换的推动力：未饱和空气与边界层内饱和空气间的温差； 湿交换的推动力：未饱和空气与边界层内饱和空气间的水蒸 汽分压力差。,2. 空气与水直接接触时的状态变化过程,3. 喷水室的构造及工作原理,普通(低速，空气流速一般为23m/s)卧式单级喷水室,影响喷水室处理空气效果的主要因素 空气的质量流速，即单位时间内通过单位面积喷淋室断面的空气质量。 (2) 喷水系数，即处理每kg空气所用的水量。 (3) 喷淋室的结构特性：喷嘴排数、喷嘴密度、排管 间距、喷嘴形式、喷嘴孔径、喷水方向、空气与 水的初参数等。,2.3.2 表冷器,表面式换热器是空调系统中使用十分广泛的设备之一。其特点是：冷、热介质在各自的流道中连续流动完成热湿交换任务，彼此不接触、不渗混。,常用的表面式换热器包括空气加热器与表面式冷却器。表面式冷却器简称表冷器，以冷水或制冷剂做冷媒。表冷器用于冷却流体，被冷却流体无相变，但某种成分可能出现凝结现象，如制冷系统中的蒸发器与冷凝器。,肋管式换热器,2. 表面式换热器的空气处理过程,用表面式换热器处理空气时，可以实现等湿加热、等湿冷却和减湿冷却3种过程。 用空气加热器处理空气时，实现的是等湿加热过程。,3. 其他形式的表冷器 直接蒸发式表冷器、喷水式表冷器,2.3.3 其他热湿处理设备,其他热湿处理方法与设备还有： 电加热器：裸线式电加热器、管式电加热器 空气加湿设备：电热式加湿器 、电极式加湿器、 离心加湿器 空气去湿及去湿设备：加热通风法减湿、冷却减湿、 液体吸湿剂减湿、 固体吸湿剂减湿(转轮除湿器),2.3.4 风机盘管,风机盘管机组简称风机盘管，是一种末端装置.,按结构形式，风机盘管可分为立式、卧式和柱式等.,立 式 卧 式,2.3.5 风机,1. 风机的分类与型号表示,空调系统的风机，是靠电能带动的气体输送机械，它对空气进行较小的增压，以便将空气输送到所需要的空调房间中去。,空调系统中使用的风机共有3种形式，即轴流风机、离心风机与贯流风机,轴流风机： 空气流向与风机主轴平行。其特点是风量大、风压较低、噪声较高、耗电较小、占地面积小、便于维修。多用于噪声要求不高，空气处理室阻力较小的大风量系统中，如纺织厂等。 (2) 离心风机： 空气气流的送出方向与风机旋转轴相垂直。其特点是风压较高、风量较小、相对来说噪声较低，特别适用于要求低噪声和高风压的送风系统。 (3) 贯流风机： 气流直接径向进入风机，气流横穿叶片两次。其特点是噪音低、风量小、压头适当、安装上便于与建筑物相配合。因贯流风机至今还存在许多问题有待解决，故目前仅用于某些风机盘管中。一般空调系统常采用离心式风机。,根据风机的安装位置，集中式空调系统可以分为吸入式和压入式。风机放在主要处理设备之后的称为吸入式，放在主要处理设备之前的称为压入式。,风机的型