冷干机的原理、结构学习教材汇总.doc

冷冻式干燥器原理、结构学习教材一、 冷干机的组成:为了实现压缩空气干燥的目的，又体现节能的目标，一台标准的冷干机应包括以下部件，具体为： 1)冷却降温部分：包括预冷器（空气与空气的热交换器）、蒸发器（空气与制冷剂液体的热交换器）；2)气水分离与排放部分：包括气水分离器、自动排水器； 3)制冷部分：包括制冷压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀、氟路电磁阀、压力开关、压力控制器（水量调节阀）、贮液罐、过滤干燥器、截止阀等； 4)电气部分：包括启停开关、接触器、继电器、PC电脑板等； 5)仪表部分：包括进出口空气压力表、制冷剂高、低压力表等.二、 各主要部件的工作原理及作用:1、 预冷器：绝大多数冷干机具有预冷器，预冷器是一种空气与空气进行热交换的换热器，一般为列管式换热器（也称管壳式换热器）。预冷器在冷干机里的主要作用是“回收”被蒸发器冷却后压缩空气所携带的冷量，并用这部分冷量来冷却携带大量水蒸气的较高温度的压缩空气（即从空压机排出，经过空压机自带的后部冷却器冷却、再经过气水分离的温度一般在40以上的饱和压缩空气），从而减轻了冷干机制冷系统的热负荷，达到节约能源的目的。另一方面，低温压缩空气在预冷器里温度得到回升，使输送压缩空气的管道外壁不致因温度低于环境温度而出现的“结露”现象。此外，压缩空气温度升高后，降低了干燥后压缩空气的相对湿度（一般小于20），对防止金属的锈蚀有利。有些用户（如与空分设备配套）需要含水量低而且温度也低的压缩空气，这时冷干机就不再设置预冷器了。由于不设置预冷器，冷空气的冷量得不到回收利用，蒸发器热负荷会增加很多。在这种情况下，不仅需要加大制冷压缩机的功率来进行能量补偿，而且整个制冷系统的其它部件（蒸发器、冷凝器及节流元器件）都需要相应增大。从能量回收角度讲，我们总希望冷干机排气温度越高越好（排气温度高，说明能量回收多），最好进出口没有温差。但实际上是达不到这一点的，在空气进口温度为45以下时，冷干机进、出气温相差15以上的情况并不鲜见。2、蒸发器：蒸发器是冷干机主要的换热部件。结构与预冷器不同，一般冷干机的蒸发器是由壳体和内胆组成，内胆由一簇紫铜管组成。在蒸发器中，从预冷器流出的经过预冷却的压缩空气在壳层沿折流板上下流动，制冷剂在管内流动，压缩空气被强制冷却，其中大部分水蒸气凝结成液态水排出机外，从而使压缩空气得到干燥。蒸发器内胆管内液体制冷剂吸取压缩空气的热量后蒸发成蒸汽，这一过程是相变过程，在制冷剂液体相变成气体时，蒸发压力保持不变，蒸发温度在大部分时间里也保持不变（在制冷剂完全蒸发成气体后，在蒸发器末端会过热，膨胀阀就是根据过热度调节供液量的，具体可参阅有关制冷书籍），压缩空气在热交换过程中温度会越来越接近制冷剂的蒸发温度。但由于受到冷干机结构和成本的限制，蒸发器换热面积不可能无限增大，压缩空气与制冷剂之间的传热温差总是存在的。因此压缩空气所能达到的温度（表观露点温度），在任何时候也不可能等于或低于蒸发温度，压缩空气最终被冷却到的温度值取决于多种因素，例如：制冷量、制冷剂的蒸发温度（蒸发压力）、蒸发器的换热面积、压缩空气的流速、热负荷等。在冷干机实际运行中压缩空气的最终冷却温度值蒸发温度高35是正常的。由于蒸发器的换热介质是热力学性质截然不同的压缩空气与制冷剂，制冷剂的导热系数不空气的导热系数高得多，因此，蒸发器换热效率的高低决定在压缩空气侧。为了尽可能获得较高的传热效率，应加大压缩空气侧的换热面积以抵消其热阻。 制冷系统的卧式蒸发器可分“干式蒸发器”和“满液式蒸发器”两种。前者制冷剂在管内蒸发，空气在管外流动。满液式蒸发器中，液体制冷剂在管外蒸发，被冷却的压缩空气在管内流动，制冷剂将换热铜管全部浸没。满液式蒸发器在冷干机中用得较少，原因是： 1）在水蒸气冷凝成水滴的过程中，首先会在蒸发器内胆铝翅片表面形成一层水膜，卧式安装蒸发器可使水膜成珠状下滴迅速更新换热表面。如果立式安装水滴就会沿换热管表面成帘状流动，帘状流动使水膜变厚影响传热；2)冷冻机油易溶于制冷剂，且不易排除，在满液式蒸发器中既影响传热效果又影响回油，严重时导致压缩机缺油运行；3)制冷剂充注量大。LD系列冷干机采用的是干式蒸发器并采用卧式安装。3、冷凝器在冷干机中冷凝器的作用是将制冷压缩机排出的高压、过热制冷剂蒸汽冷却成为液态制冷剂。通常冷凝器分为风冷式和水冷式两种。因此冷干机也分为风冷式冷干机和水冷式冷干机两种。风冷凝器为翅片式结构，与家用空调的室外机类似；水冷凝器为列管式（管壳式）结构。风冷凝器不需要冷却水，适合于供水困难地区或移动性场合应用。但风（空气）冷却效果比水差得多，其体积比同规格的水冷凝器大，所以一般只适用于中、小型冷干机。风冷凝器不适于在气温高或通风不良、多粉尘的环境下使用。在冷凝器中，高温、高压的制冷剂蒸汽从冷凝器上部进入冷凝器（风冷凝器走管内，水冷凝器走壳体），与冷却介质进行对流热交换，冷煤气体放出热量后凝结成液体从冷凝器下部流出。4、制冷压缩机(1) 制冷压缩机种类在压缩式制冷系统中，压缩机有：活塞式、螺杆式、旋转（滑片）式和涡旋式等四种，其中活塞式又分为开启式、半封闭式和全封闭式三种。目前，冷干机采用最多的是全封闭（包括活塞式、旋转式和涡旋式）压缩机和半封闭活塞式压缩机。(2) 制冷压缩机的运行特点制冷压缩机的制冷量与其工况（即蒸发温度、冷凝温度）密切相关。蒸发温度低，压缩机单位制冷量就少；冷凝温度高，压缩机单位制冷量就少。所以试图通过降低冷干机的蒸发温度来降低压缩空气的“压力露点”并不经济的。我们知道气体可以被压缩而液体很难被一般的设备压缩，反而会损坏气体压缩设备。在制冷设备中就有称为“液击”的故障：在冷干机运行时，如果进入蒸发器时的制冷剂液体过多或蒸发压力太低（此时，负荷较低或制冷量过大）而无法完全被压缩空气蒸发，那么未蒸发的制冷剂液体会被吸入压缩机内部。由于制冷剂液体是不可压缩的，在压缩机运转中极易造成阀片被击碎的现象，这就是“液击”。为了防止压缩机产生“液击”，在冷干机中一般采取了下列措施：a)选用防液击的制冷压缩机；b)设置低压储液器，保证只允许气态制冷剂进入压缩机；c)设置热气旁路阀。因为制冷压缩机的吸气温度常低于环境温度，所以制冷压缩机上部表面有时会“结露”，这是正常现象；但是如果吸气温度低于0时，就会“结霜”，这说明制冷量可能过大，需要对冷干机进行工作点调整。5、气水分离器和自动排水器1) 气水分离器 ：气水分离器是冷干机的关键部件之一。湿热压缩空气被预冷器和蒸发器冷却后，会有大量的凝结水析出，这就需要用高效的手段把压缩空气和凝结液分离，实现真正干燥压缩空气的目的，因此经过气水分离器处理后的压缩空气才具有真正的露点温度。压缩空气中采用的气水分离器类型有： a)挡板式分离器 挡板分离器是惯性分离器的一种。这种分离器由多块挡板组成“百叶窗”式结构。档板材料对液态水滴应有良好的浸润作用，液滴在与挡板碰撞后，大部分会附着在在挡板上，并在其表面生成很薄的一层液体后顺着挡板流下来，在挡板边缘集聚成更大颗粒的液滴，液滴在本身重力作用下与空气分离。我公司冷干机的蒸发器就具有挡板分离器的功能（折流板）。b)过滤式分离器 如用过滤器作冷干机的气水分离器，的确可以达到很好的分离效果，因为过滤器对一定粒径水滴的过滤效率可达100。但实际上却很少有冷干机用过滤器来作气水分离用。这是因为过滤造成的压力损失、维护更换滤芯的成本都比较大，不经济。c)旋风分离器 旋风分离器也是一种惯性分离器，较多地用于气固分离，如大气除尘时作为预处理去除空气中的较大颗粒。其原理是压缩空气沿筒壁切线方向进入分离器后，在里面产生旋转，混在气体中的液滴也跟着一起旋转并产生离心力，质量大的液滴所产生的离心力大，在离心力作用下大液滴向外壁移动，碰到外壁（也是挡板）后再集聚长大并与气体分离；而粒径较小的液滴却在气体压力作用下向呈负压状态的中心轴线迁移。这种分离器的缺点是其分离效率在其额定处理量时较高，一但偏离其分离效率就比较差，导致露点上升。2）自动排水器冷干机工作时会在预冷器及蒸发器容器里积聚大量凝结水，如果不及时、彻底排出这些凝结液，冷于机就成了一只贮水器。这会导致：冷干机的排气中大量夹带液态水，使冷干机的工作失去意义； 使压缩空气流通面积变小，空气压力降提高. 机内凝结液要吸收部分冷量，使冷干机负荷增加，对节能不利；因此，彻底、及时排除冷干机中的凝结水，是冷干机正常运行的重要保证。冷干机常用的自动排水器有四种： 浮球式自动排水器:以日本SMC公司的产品最为著名，常用的有AD402型。倒桶式自动排水器电磁时间控制排水器:以时间控制电磁阀的开启周期和开启时间，这一类在近几年应用较多。该类排水器排水时有大量的压缩空气排出，而且根据压缩空气中含水多少需要调节排水周期和排水时间。液位控制自动排水器。这一类排水器是最节能的，排水时几乎没有压缩空气排出，但价格较高。这里着重介绍浮球式自动排水器的工作原理（其他自动排水器工作原理参见制造商的说明书）当排水器贮水杯内的水位未达到一定高度时，压缩空气的压力将浮球压下关闭排水孔，就不会造成气流泄漏；随着贮水杯内水位升高（此时冷干机内并不积水），在浮力的作用下浮球上升，升到一定高度便打开排水孔，杯内凝结水在气压作用下很快排出机外。凝结水排尽后浮球失去浮力，在其重力和气压作用下关闭排水孔。浮球式自动排水器不仅在冷干机中得到应用，而且可在贮气罐、后冷却器及过滤器等多种气源处理设备上等处广泛应用。在冷干机中自动排水器可以说是最易出故障的一个部件。这是因为冷于机所排出的凝结水井不是清洁水，而是混有固态杂质（灰尘、锈泥等）、油污的稠状液体（自动排水器又叫“自动排污阀”），而几乎所有的自动排水器的排水孔直径都很小，容易被堵塞，因此自动排水器（除电磁式自排水器）进口处装有一只滤网。但使用时间长了，滤网也会被油污杂质堵塞，如果不及时清洗，将使自动排水器失去作用。所以，每隔一定时间清洗排水器里的滤网是很重要的，也是冷干机的日常维护工作的内容之一。因为自动排水器是靠内外压差进行排水的，因此在实际使用时要求有一定压力才能工作，例如常用的AD-402型自动排水器最低工作气压是0.15MPa，压力太低因无法建立密封而出现漏气现象。当然压力不能超过其额定工作压力。在环境温度低于零度时要放尽贮水杯内的凝结水，以防结冰、冻裂。1、为什么冷干机的合理压缩空气露点温度为0以上？ 要降低压缩空气温度，势必制冷剂的蒸发温度也降得很低。冷干机在冷却压缩空气时，蒸发器内胆的翅片表面有一层膜状冷凝水存在，如果由于蒸发温度的降低使翅片表面温度在零度以下，其表面冷凝水就可能结冰，这时：1)由于蒸发器内胆翅片表面附着一层导热系数小得多的冰，大大降低了换热效率，压缩空气不能充分冷却，同时由于吸收不到足够的热量，制冷剂蒸发温度有进一步降低的可能，如此循环的结果，必将给制冷系统带来许多不良后果（譬如产生“液压缩”）； 2)由于蒸发器内胆翅片的间距不大，一旦翅片上结冰后会减少压缩空气的流通面积，严重时甚至会使气路堵塞，即“冰堵”； 总上所述，冷干机的压缩露点温度应在0以上，为了防止露点温度过低，冷干机里设置了能量旁路保护（由旁通阀或氟路电磁阀来实现）。当露点温度低于0时，旁路阀（或氟路电磁阀）自动打开（开度增大），将未经冷凝高温高压制冷剂蒸汽直接注人蒸发器的入口（或压缩机入口的气液分离罐），使露点温度提升到0以上。3)从系统能耗来讲，蒸发温度过低导致压缩机制冷系数大幅下降，能耗增加。 2、冷冻式干燥器是如何控制露点温度？任何用户的压缩空气负荷总是变化的，因此要求冷干机的制冷量也相应变化以适应压缩空气的负荷变化，从而实现稳定的压力露点。在冷干机中，膨胀阀（或毛细管）、旁通阀（氟路电磁阀）、水量调节阀/压力开关等部件参与了冷干机制冷量的调节。1、 膨胀阀的节流作用把经过冷凝的制冷剂从常温高压变成低温低压并供给蒸发器，同时通过检测制冷压缩机的吸气过热度控制制冷剂供液量，以达到调节蒸发器的制冷量与压缩空气负荷相适应的目的。2、 在膨胀阀减少蒸发器供液量以适应压缩空气负荷变化同时，旁通阀也动作把未经冷凝的制冷剂直接旁通至膨胀阀后或压缩机吸气侧，其作用是：1)制冷压缩机在工作时，排气量是不变的，当膨胀阀减少供给蒸发器的制冷剂后有一部分制冷剂停留在制冷系统的高压侧，采取旁通可以使制冷循环的正常进行；2)防止压缩空气负荷减少时，蒸发器内结冰（即“冰堵”）现象的产生（由于负荷减少时，蒸发器铜管表面温度可能低于水的冰点，凝结水就会在蒸发器里结冰而阻塞气流通道）；3)可以预防压缩机“液击”现象的产生。3、 制冷系统是一个循环过程，因此通过膨胀阀和旁通阀调节蒸发器和压缩机适应了压缩空气负荷后，也要求冷凝器的冷凝能力适应蒸发器的负荷变化。在冷干机中冷凝器的冷凝能力是通过水量调节阀（水冷凝器）或压力开关（风冷凝器）来调节：通过检测制冷剂冷凝压力，水量调节阀可以自动调节其阀芯开启度来控制冷却水量，保持制冷剂压力在正常值范围内。通过检测制冷剂冷凝压力，压力开关可以自动启动/停止冷凝器的冷却风扇，保持制冷剂压力在正常值范围内。3、关于冷干机的露点温度 受制于水的“冰点”的限制，理论上冷干机所能达到的最低压力露点温度应为0。在不同厂家的产品样本上，冷干机的“压力露点”有多种不同的标注：0、l、l.6或1.7（35F）、2、3、2-10等。那么冷干机在实际运行过程中所能达到的露点温度到底有多少呢？ 我们知道，冷干机“压力露点”受三个条件限制，即： 1)受冷凝水结冰的限制； 2)受蒸发器换热面积不能无限增大的限制（压缩空气与制冷剂之间有温差）； 3)受气水分离效率达不到100的限制。 在实际运行时压缩空气的压力露点温度在2-10是合理、科学的。这是因为： 1)冷干机在运行时，蒸发压力（R22）一般控制在0.35MPa左右，相应的蒸发温度为0左右。由于换热面积的限制，压缩空气最终排气温度与蒸发温度差在3左右。如果在不增大蒸发器换热面积的情况下，大幅降低蒸发温度即会降低压缩空气温度就有可能导致制冷系统不正常、出现“冰堵”的可能。 2)由于气水分离器效率不可能做到100%的效率，极少量凝结水可能在预冷器的热交换中变成水蒸气，从而会使压缩空气含水量有所提高。 至于0、1、1.6或1.7等标注，往往是商业宣传。压缩空气的负荷不可能不变，冷干机的自我调节有一定的范围，因此冷干机所能达到的露点温度在实际运行时是一个范围。冷干机常见故障（一）制冷系统故障1、膨胀阀堵塞a. 出现 症状：a、视镜观察不流动，膨胀阀出口结冰结霜，高压管发烫或高压跳机。b. 造成原因：脏堵、冰堵、感温毛细管断裂c. 处理步骤：调整膨胀阀过热度；提高感温包过热度，提高Ps压力；提高高压压力（风机压力开关设定值），关闭热气旁路阀（手阀），进行冲击脏堵。2、干燥过滤器堵塞a. 出现 症状：a、干燥过滤器进出口温差较大，或过滤器出口出现结霜现象。b. 处理步骤：更换干燥过滤器注：当系统出现堵塞，设备在空载运行时，高、低压压力值可能都在正常值范围内；当加载运行时出现高压严重偏高，甚至高压跳机。在长时间运行中，大量地高温高压气体从热气旁路阀（手阀）节流直接回到低压回气管，而后会引起压缩机发烫，高压回气管温度上百度，甚至导致电机烧毁。压缩机过热时，压缩机内部热保护开始工作保护；只有在压缩机温度自然冷却后，方可重新开机。3、压缩机故障a. 造成原因：电机烧坏、液击、其他机械故障；b. 处理步骤：测量电机阻值来判定； 三相电机；ROAROBROC 两相电机； ROAROBROC（ROBROAROC）（ROCROAROB）检查压缩机所配电容的情况；电容检测方法：将万用表的档位调到最大量程档（200M以上），两只探针接电容两端，无论是电子式还是指针式万用表，其显示数值都是瞬间很小，然后缓慢增大。电容容量越大其增大速度越慢。如果量得电容电阻值为0或，并无变化，则可以判断电容漏液或击穿。观察开机后压缩机是否有动作（或异响），手感觉压缩机中部是否发烫；检查压缩机是否有“抱死”现象，必要时可用橡胶榔头或小木棍敲击压缩机中部，再开机观察压缩机是否动作；4、制冷系统漏氟a. 出现 症状：压缩机及高压管发烫，高、低压力多出现偏低状态，如严重漏氟，会导致低压报警。c. 处理步骤：须查漏，并灌氟重新调试。（二）空气系统故障1、空气系统在设备进口与出口有压力降处理步骤：a. 蒸发器内部冰堵，蒸发压力偏低；调整蒸发压力在0.4MPa之上；b. 汽水分离器滤芯失效；c. 压缩空气前置过滤器滤芯失效；d. 空气压力表坏；e. 排水系统严重漏气2、空气系统除水不良处理步骤：a. 压缩空气入口压力严重偏低；b. 排水系统不排水，电子排水器时间设定短；c. 浮球排水器脏堵，手动排污不及时。（三）电器系统故障1、高低压开关断路处理步骤：手动复位并检查制冷系统2、热继电器断路处理步骤：检查热继电器电流选向，并查实际电流值3、压缩机保护模块跳机处理步骤：按手动复位按扭复位，并等待开机时间，按电器原理图检查控制线路。4、开机跳空气开关处理步骤：a. 检查线路是否有短路或接触不良造成缺相现象；b. 检查电磁接触器；c. 测量实际运行电流值；d. 检查压缩机电机阻值，判断压缩机是否动作。5、控制系统保险丝烧掉处理步骤：a. 检查电子排水器线圈阻值;b. 根据控制系统原理图查短路地方。6、接上电源压缩机不运行处理步骤：检查电源相序，再查原理图。（四）排水系统故障1、排水口处冰堵：调整蒸发压力到正常值。2、浮球排水器脏堵：清洗浮球排水器。3、电子排水器不排水：检查电子排水器线圈，及电器原理图。排水系统的重要性：当冷干机除下凝结水后，不能及时的排水，空气的流速把凝结水带出冷干机到用户的用气点，带来气源中含水。因此用户要经常利用手动排水按钮ESC进行排水，观察电子排水器的排水时间，进行重新设定排水时间。故障 原因分析排除方法A 预冷机组不能工作1、没有供电2、保险丝熔断3、断线1、检查供电系统2、更换保险丝3、找出断接处，加以修复B 压缩机不启动，也无异常的声音1、电源欠相或电压超出允许范围2、热继电器动作或热过载继电器不良3、油压、高低压、压缩机马达过热等保护动作或各种保护装置不良4、接线松动5、接触器接触不良，没有吸合；6、压缩机的机械故障，如卡缸。1、检查电源，使电源电压在额定范围内2、检查压缩机超载原因，手动复位，再次启动。或更换接触器3、检查保护动作原因，手动复位调整压力开关设定值，或更换损坏的压力开关4、查明松动部位，拧紧5、检查原因或更换接触器6、更换压缩机注意清洗排水器时，使用肥皂泡沫清洗即可，严禁使用汽油、甲苯、松香水等侵蚀剂D 压缩机噪音大或振动1、液体制冷剂回入压缩机2、压缩机内部零件有损坏或间隙不当、减振不当3、缺油或过载1、检查膨胀阀的开启度，如冷媒过多，可回收多余的制冷剂2、传动部分有磨损，调整阀片间隙，检查减振器3、检查压缩机油面并加油，检查负载情况E冷媒高压过高1、冷却水量过少，水温过高（水冷型）2、冷凝器中的风扇未启动（风冷型）3、冷媒系统制冷剂过多或存有不凝结气体4、空气进入温度过高5、冷凝器管内结垢（水冷型）6、冷凝器翅片灰尘大多（风冷型）1、增加供水量，调整供水阀门开度，降低冷却水温度2、检查风机接线和风机压控或更换愤风机3、释放过多制冷剂或重新更换制冷剂4、增加后冷却器的散热，使进气温度达到要求5、清洗管内水垢6、清洗冷凝器F 冷媒高压过低1、冷却水量过多（水冷型）2、环境温度过低（风冷型）3、风机压控设置值过低（风冷型）4、冷媒不足5、活塞环磨损（活塞式压缩机）6、压缩机卸载工作7、排气截止阀未完全打开1、检查冷却水流量F 冷媒高压过低1、冷却水量过多（水冷型）2、环境温度过低（风冷型）3、风机压控设置值过低（风冷型）4、冷媒不足5、活塞环磨损（活塞式压缩机）6、压缩机卸载工作7、排气截止阀未完全打开1、检查冷却水流量，调整阀门2、提高环境温度3、提高设置值4、加注制冷剂5、更换活塞环6、检查卸载原因7、把排气截止阀完全打开G 冷媒低压过高1、膨胀阀开启过大2、活塞环磨损、吸气阀漏或破裂（活塞式压缩机）3、膨胀阀感温包位置不对，包扎松动4、系统有不凝结气体5、系统负荷过大1、调整膨胀阀开启度2、进行检修或更换3、放正感温包，包扎良好4、排放不凝结气体5、减小流量或降低空气入口温度H 冷媒低压过低1、制冷剂不足或泄漏2、液体管路或干燥过滤器堵塞3、系统负荷过低4、压缩机吸气截止阀未完全打开5、膨胀阀“冰塞”或感温包故障6、膨胀阀开启度过小7、蒸发器冰堵或空气不流动8、热气旁通阀未打开或不良1、检查漏点，加注制冷剂2、清洗管道，调换过滤器或滤芯3、提高入口空气温度，或空气流量4、全开吸气截止阀5、系统除水或更换膨胀阀6、调大膨胀阀开度7、增大热气旁通量，改善用气情况8、调节热气