设备管理_制冷设备维修工中级工培训教材

制冷设备维修工中级工培训教材 中级工 制冷原理 设备基础 二 制冷剂 载冷剂与冷冻机油1 什么是制冷剂制冷剂又称工作介质简称工质 是制冷机进行能量转换的工作物质 是指在密闭的制冷循环系统中 通过自身热力状态的周期性变化 蒸气一液体一蒸气 不断地从冷却对象 箱内食物或空气 吸取热量 并传递给外界介质 空气或水 使冷却对象的温度得以降低 从而实现制冷目的 常用的如 R12 R22 R134a等 制冷原理 设备基础 制冷剂在系统中的状态变化是物理变化 没有化学变化 因此 如果系统没有泄漏 制冷剂可长期循环使用 制冷原理 设备基础 2 对制冷剂的要求制冷剂必须满足下列基本要求 蒸发温度要低 便于制取较低的温度 与此对应的蒸发压力应不低于大气压力 避免制冷系统出现负压使外界空气渗入系统 影响制冷设备的性能 制冷原理 设备基础 制冷剂在常温下的冷凝压力要尽量低 一般不超过1 5MPa 使制冷系统中选用的配件和管道不致于有过高的强度要求 同时可以降低功率和减小渗漏 也使制冷剂在常温或普通低温下均能液化 冷凝压力与蒸发压力之比也不宜过大 制冷原理 设备基础 单位质量制冷量和单位容积制冷量要大 制冷量一定的设备 单位质量制冷量大可减少制冷剂的循环量 单位容积制冷量大可减少压缩机的排气量 从而可缩小压缩机的尺寸 降低电机功率 制冷原理 设备基础 动力粘度和密度尽量小 可以降低制冷剂在系统里的流动阻力 特别是在蒸发器中 流动阻力大会影响设备的制冷量 导热系数和放热系数要大 可以提高换热器的热交换效率 减小换热面积 使制冷系统结构紧凑 节省材料 制冷原理 设备基础 使用安全无毒 不燃烧 不爆炸 不能对金属和电气绝缘材料产生腐蚀 电绝缘性能好 高温下不分解 具有良好的化学稳定性 符合绿色环保的要求 新制冷剂应不含氯元素 或在紫外线下不分解出氯离子 以保护大气臭氧层 制冷原理 设备基础 有一定的吸水能力 防止低温下的 冰堵 尽量不溶于油 若有少量溶解 应不影响润滑油的性能 制冷原理 设备基础 容易制造 价格便宜 便于运输贮存 同时 在制冷系统中充注方便 实际上某种制冷剂不可能完全满足上述要求 各种制冷剂都会有自己的长处和不足 应该按照不同的要求和用途来选择理想的制冷剂 一旦选定 其制冷系统在结构 流程 运行操作等方面应与之相配合 制冷原理 设备基础 制冷剂的种类作为制冷剂目前经常使用的有十几种 按照制冷剂化学成分及组成可以分成四类 无机化合物制冷剂 如氨 NH3 R717 二氧化碳 CO2 R744 水 H2O R718 等 氨常用 主要用在大 中型冷库中 制冷原理 设备基础 氟利昂制冷剂 氟利昂制冷剂是饱和碳氢化合物中全部或部分氢元素被卤族元素代替后衍生物的总称 目前使用的大都是甲烷 CH4 R50 和乙烷 C2H6 R170 的衍生物 如二氟二氯甲烷 CF2Cl2 R12 二氟一氯甲烷 CHF2Cl R22 等 它们被广泛应用在电冰箱 冰柜和空调设备中 制冷原理 设备基础 碳氢化合物制冷剂 这类制冷剂主要用在石油和化工部门制取低温 如甲烷 CH4 乙烷 C2H6 丙烷 C3H8 乙烯 C2H4 丙烯 C3H6 四氟乙烷 C2H2F4 R134a 等 制冷原理 设备基础 共沸溶液制冷剂它是将两种或两种以上的不同制冷剂按一定比例混合制成 其性质与单纯的一种制冷剂性质相似 如R500 R501 R502等 具有优异的实用性和设计性 目前有的作为替代工质应用在电冰箱 空调器制冷系统中 制冷原理 设备基础 制冷剂可根据其常温下的冷凝压力及其标准大气压 0 1MPa 下的蒸发温度不同分为三类 即高温 中温 低温制冷剂 制冷原理 设备基础 4 制冷剂的符号表示人们为了省去书写各种制冷剂的分子式和化学名称的麻烦 目前 国际上均按照美国供暖制冷空调工程协会 ASHRAE 所制定的原则来命名制冷剂符号 即无机和有机化合物类制冷剂都用符号 R 来表示 它是取英文 Refrigerant 制冷剂 的第一个字母而得名 后边的数字或字母则根据制冷剂的分子组成和结构按一定的规则编写 制冷原理 设备基础 无机化合物的第一位数字是 7 后两位数为该无机物分子量的整数部分 即R7 例如氨 NH3 的分子量为17 故代号为R717 水 H2O 为R718 二氧化碳 CO2 为R744等 制冷原理 设备基础 目前常用的无机化合物制冷剂有氨和水等 碳氢化合物和氟里昂的分子通用式分别为CmH2m 2和CmHnFxClyBrz 它的代号R和后面的数字是 m 1 n 1 x 氯原子y不记入代号中 如含有溴原子Br时 则再在数字后面加字母B和溴原子数z 即R m 1 n 1 x B z 制冷原理 设备基础 化学结构 分子式 决定了它的化学性质 例如 氟里昂的化学分子式中所含的氟原子数愈多 对人体愈无害 对金属的腐蚀性亦愈小 即化学稳定性越好 氟里昂制冷剂的燃烧性随分子式中氢原子数目的减少而显著降低 其蒸发温度则随氯原子数目的增加而升高 而且所含的氯原子在与明火接触时还能分解出有毒的气体 制冷原理 设备基础 共沸混合制冷工质的代号 规定在R后面从500开始顺序编排 如R500 R501 R502等 制冷原理 设备基础 5 常用制冷剂及其性质在我国 用于电冰箱等小型制冷和空调设备的常用制冷剂有以下几种 R12 R22 R600a R134a等 制冷原理 设备基础 1930年氟利昂制冷剂研制成功并广泛应用于制冷系统 氟利昂制冷剂所具有的共同特性是毒性小 不燃烧 不爆炸 无味 化学稳定性好 对一般金属无腐蚀作用 不与水反应 但渗透性强 易泄漏 密度大 流动性差 传热性差 单位容积制冷量小 价格较高 应用比较广泛的氟利昂制冷剂有R12 R22 R600a等 制冷原理 设备基础 由于氟利昂对大气臭氧层的破坏将造成全球的温室效应 使紫外线辐射增强 影响多种生物的生存 国际上已经制定了一系列停止使用氟利昂的规定 我国在2010年停止了R12的使用 常用制冷剂的基本特性参数 制冷原理 设备基础 氟利昂R12 CF2Cl2 R12的化学名称为二氟二氯甲烷 是一种应用广泛的制冷剂 在我国 过去用F 12表示 目前国内外均用R12表示 R12是氟利昂类制冷剂中应用最多的一种 R12属中压中温制冷剂 在一个大气压下 标准蒸发温度 沸点为 29 8 凝固点为 155 使用范围是 10 40 制冷原理 设备基础 制冷原理 设备基础 R12在水中的溶解度很小 且随着温度的降低而减小 溶解于水 容易使系统中残存的水分在低温下结冰 堵塞毛细管或膨胀阀 俗称冰堵 当R12含有水分时 水分会与制冷剂发生化学反应 产生酸性物质 主要是盐酸和氟化氢 对金属有很大的腐蚀性 因此制冷剂R12中水的含量不得超过0 0025 制冷原理 设备基础 在常温下 R12能够与润滑油相互溶解 所以R12制冷系统中多采用蛇管式蒸发器 从上部供液 下部回气 最终使R12蒸气与润滑油一同返回压缩机 压缩机启动后 内压降至蒸发压力 油中的R12大量蒸发 从而使曲轴箱内油位下降并产生大量汽泡 影响油泵工作 因此 在压缩机排气管道设立了油分离器 以使进入制冷系统中的润滑油尽量少 制冷原理 设备基础 R12对天然橡胶 塑料等有机物质有溶涨作用 易使由这些材料制成的密封件出现泄漏 因此 制冷系统中多采用耐腐蚀的丁腈橡胶或氯醇橡胶作密封材料 全封闭压缩机的绕阻导线也要用耐氟绝缘漆 R12渗透能力很强 很容易通过铸件的疏松沙孔 结合面的缝隙 螺纹连接处而泄漏 并且很难查找 因此 对系统的密封性要求很高 制冷原理 设备基础 R12的单位容积产冷量小 使得R12压缩机的尺寸比相同产冷量的氨压缩机大 R12密度大 在制冷系统中的流动阻力和对阀片的冲击也比氨大 R12对大气臭氧 O3 层有破坏作用 有使全球变暖的温室效应 因此它是蒙特利尔议定书中的第一批禁用工质 发达国家已从1996年1月1日起停止使用 发展中国家将于2010年完全禁止使用 制冷原理 设备基础 氟利昂R22 CHClF2 R22的化学名称为二氟一氯甲烷 也是一种应用较为广泛的制冷剂 R22的标准 一个大气压下 蒸发 沸点 温度为 40 8 凝固温度为 160 0 使用范围是 10 50 属中压中温制冷剂 它的单位容积制冷量比R12约高60 目前 R22比较多地应用在家用空调器 商业性制冷系统等制冷设备中 制冷原理 设备基础 R22无色无味 不燃烧不爆炸 仍属于安全的制冷剂 水在R22液体中的溶解度比R12大 含水时也会出现 冰堵 现象 对R22 系统中的含水量仍然限制在0 0025 以内 同样要求在系统内加装干燥装置 并在充注R22以前须经严格的干燥处理 制冷原理 设备基础 R22的传热性能与R12接近 流动性比R12好 但化学稳定性不如R12 对橡胶等有机物的溶涨作用更强 密封材料可采用氯乙醇橡胶 电机线圈应采用E级或F级绝缘漆包线密封 制冷原理 设备基础 R22能够部分地溶解润滑油 其溶解度随着润滑油的种类及温度而改变 在冷凝器中 R22与润滑油的混合溶液处于临界温度以下时会形成分层现象 压缩机再次启动时也会出现泡沫现象 引起压缩机及其机械系统润滑缺油 冷冻润滑油的选择 油分离器的设置 蒸发器形式的选择仍与R12相同 制冷原理 设备基础 R22对金属的作用 泄漏特性也与R12相同 R22对大气臭氧层的破坏作用比R12弱一些 属于蒙特利尔议定书中规定的第二批禁用工质 发达国家到2030年完全禁止使用 制冷原理 设备基础 氨 NH3 氨是氮和氢的化合物 在一个大气压下 沸点为 33 4 凝固点为 77 7 在正常工作条件下 蒸发器内的蒸发压力高于大气压 冷凝压力一般不超过1 5MPa abs 通常为0 8 1 3MPa 故属中压制冷剂 氨的蒸发潜热大 单位容积制冷量较大 因而可缩小压缩机的尺寸 制冷原理 设备基础 氨在常态下是一种无色气体 有强烈的刺激性臭味 刺激人的眼睛和呼吸器官 当氨蒸气在空气中的容积浓度为1 以上时 就会使人窒息中毒 检漏方法是使用酚酞试纸 先将试纸浸水泡湿后将其放置在检漏部位 在与氨接触时 试纸会变成玫瑰红色 漏量越多颜色越深 制冷原理 设备基础 氨可以燃烧和爆炸 当空气中含氨量达到11 14 按容积计算 时即可点燃 达到16 25 时可引起爆炸 氨的吸水性很强 即极易溶于水 因而它在制冷系统中可以避免冰堵现象 但是用氨作制冷剂 其水分含量不得超过0 2 氨几乎不溶于油 制冷原理 设备基础 纯氨对一般金属 铁 铜 没有腐蚀作用 但若氨中含有水分 则对铜和铜合金有强烈的腐蚀作用 但磷青铜例外 氨的价格低廉 单位容积制冷量大 导热系数大 所以应用比较广泛 它主要用于家用吸收一扩散式冰箱及大 中型制冷设备中 制冷原理 设备基础 四氟乙烷 R134a R134a是一种新型无公害的制冷剂 是无氟替代的首选替代物 目前主要是R12的替代品 当所有的氯原子被氢原子取代后 它们就被叫做氢氟碳 HFC 它与R12相比具有较相似的热物理性质 但消耗臭氧潜能 ODP 0 和温室效应潜能 GWP 0 24 0 29 很低 制冷原理 设备基础 CFC 氯氟烃 类物质对大气臭氧层的破坏 温室效应 程度大小是以其ODP值的大小来衡量的 并以CFC 11 R11 为基础 规定CFC 11的ODP值为1 而温室效应的定量评价是以其GWP值来表示的 也是以CFC 11为基础 规定CFC 11的GWP值为1 其它制冷剂的ODP值和GWP值均以R11为基准确定 制冷原理 设备基础 R134a无色 无臭 不燃烧 不爆炸 基本无毒性 R134a与常用的矿物油不相溶 采用酯类油或合成油来满足压缩机的润滑要求 制冷原理 设备基础 R134a是部分卤化物 化学性质不如全卤化的碳氢化合物稳定 极易发生水解去卤化反应 规定R134a中的含水量不得超过20ppm 故制冷系统要保持绝对干燥 R12制冷系统中使用的干燥剂4A XH型分子筛 已不适用 应改用干燥能力更强的干燥剂3A XH 7或XH 9型分子筛 制冷原理 设备基础 R134a分子较小 其渗透性较强 从而对密封材料的选用及系统的气密性提出了更高的要求 MP39是美国杜邦公司开发的三元混合工质 它是由 重量百分比 53的R22 13的R152a和34的R124组成 制冷原理 设备基础 电冰箱制冷剂R12的替代已引起我国电冰箱行业广泛的关注 当前的替代技术主流主要是单工质替代 如R134a R152a R600a等 和混合工质替代 如R22 R152a R22 R142b R22 R152a R124等 目前我国正处于过渡阶段 彻底替代CFC的新型绿色环保电冰箱将不断出现 制冷原理 设备基础 制冷原理 设备基础 采用提高钢瓶内压力的方法分装时 禁止用明火加热 只能以60 的热布贴敷 盛有氟利昂的钢瓶应存放在阴凉处 防止阳光直射 搬运中禁止敲击 以防爆炸 制冷原理 设备基础 钢瓶上的控制阀应用帽盖或铁罩加以保护 使用完毕注意把卸下的帽盖或铁罩重新装好 以防止在搬运中受碰击而损坏 当钢瓶中的制冷剂用完时 应立即关闭控制阀 以免漏入空气和水汽 在进行制冷剂分装等操作时 要戴手套 眼镜 避免因制冷剂触及皮肤而造成冻伤事故 更不能触及眼睛 制冷原理 设备基础 禁止将已使用或分装出的制冷剂再注回原钢瓶中 以免原钢瓶中制冷剂被污染 制冷剂大量泄漏时 应将门窗打开 以免引起人的窒息 此时千万不要使用明火 以免产生光气 毒害人体 制冷原理 设备基础 分装 将制冷剂小钢瓶进行压力和密封性检验 合格后抽真空并进行干燥处理 然后称出重量 标于钢瓶外 将大钢瓶倒置后高架起来 将小钢瓶放入盛有冰水的小盆内 再将大小钢瓶用盘有圆圈的铜管连接起来 以减少称重的误差 有条件的也可预先将小钢瓶放在冰箱的冷冻室内预冷 制冷原理 设备基础 先将小钢瓶的连接管螺帽旋松 再将大钢瓶的控制阀稍稍开启 逐出连接管内的空气 待泄出制冷剂后将连接管螺帽拧紧 制冷原理 设备基础 记下小钢瓶及冰水盆的总重量 将大钢瓶控制阀开启 再开启小钢瓶的控制阀 此时便可听到制冷剂的喷流声 并注意总重量的增加 若总重量增加缓慢 则可用热水布敷裹大钢瓶 当达到充灌量时 先关闭大钢瓶控制阀 再用热水布敷裹铜连接管 使管内制冷剂全部进入小钢瓶内 制冷原理 设备基础 灌入小钢瓶的制冷剂量不要超过小钢瓶容积的4 5 以防遇热时压力升高而爆炸 充灌完毕 卸去铜连接管 重新检查小钢瓶的总重量 同时将大钢瓶和小钢瓶的阀口用封帽封严 防止慢泄或污物进人阀口内 制冷原理 设备基础 制冷剂与水的关系制冷剂中含有水分时 会出现冰堵现象 轻者影响制冷效果 重者使整个系统不能制冷 水分与制冷剂在一定条件下会产生酸性物质 对制冷系统中的金属管路和部件起酸蚀作用 也会导致电机绕组的绝缘损坏 同时还会造成润滑油变质 影响压缩机的润滑 制冷原理 设备基础 总之 水分在制冷系统中有百害而无一利 必须严防水分进入制冷剂 制冷剂中的水分主要有四个来源 制冷剂本身含有水分 润滑油中含有水分 装配时制冷系统各部件及连接管路内因干燥不充分而残留水分 维修过程中因管路长时间处于开放状态 致使空气中的水分被电机绝缘纸和冷冻机油所吸收 因此维修时除要注意所充灌制冷剂和冷冻机油的含水量外 还必须对制冷系统进行彻底的抽真空 清除残留在制冷剂系统内的水分 以免造成冰堵或其它故障 载冷剂与冷冻机油 一 载冷剂载冷剂又称冷媒 用于向被间接冷却的物体传送制冷系统产生的冷量 载冷剂可以是气体 如在电冰箱和空调器中就是以空气作为载冷剂的 它也可以是液体 如在制冰机中 便是以盐水溶液作载冷剂 载冷剂先在制冷剂蒸发器处被冷却 获得冷量 然后被泵送到需要冷量的物体或空间 吸收被冷却物体的热量之后 又回到蒸发器附近再被冷却 如此循环反复 以达到连续冷却的目的 载冷剂与冷冻机油 由于载冷剂载运冷量的作用 使得制冷剂能够在一个较小的制冷系统内循环 从而使制冷设备更集中 体积更小 减小了制冷管路的容积 节省了制冷剂 由于载冷剂的作用 在制冷装置的布置上 可以使被冷却空间远离冷源 这在使用有毒制冷剂如氨的系统中尤为重要 它可以使被冷却的物质如食品避免与氨的接触 从而保证了安全和卫生 另外 载冷剂也为冷量的控制和分配提供了方便 如大容量 集中供冷的装置都采用载冷剂输送冷量 载冷剂与冷冻机油 一 对载冷剂的一般要求1 质量热容大 粘度低 密度小 2 化学稳定性好 无腐蚀性 不易积垢 3 沸点高 凝固温度低 蒸发压力小 在使用范围内不汽化 不凝固 4 对人体无毒 不污染或腐蚀食品 5 价格便宜 便于获得 载冷剂与冷冻机油 二 常用载冷剂的种类和特性用作载冷剂的物质有几十种 一般热容量都比较大 容易使被冷却物体或空间的温度保持恒定 在食品冷冻和空调系统中常用的载冷剂有以下几种 1 空气空气的凝固点低 腐蚀性小 但是质量热容小 对流换热系数小 只有在采用空间直接冷却时才使用 如空调器等 载冷剂与冷冻机油 2 水水的质量热容大 对流换热系数大 传热性能好 对金属等供冷设备的腐蚀性小 但因水的凝固点高 仅适用于0 以上的空调系统 3 盐水常用的盐水是由氯化钙 CaCl2 和氯化钠 NaCl 配制成的盐水溶液 盐水的性质取决于溶液中盐的含量 但与水比较 盐水的质量热容较小 密度较大 传热性质较好 凝固点低 适于在中 低温制冷装置中使用 如肉类冷却和鱼类冻结 载冷剂与冷冻机油 盐水载冷剂对金属的腐蚀作用很大 所以在其制冷系统中多采用封闭式循环 以减少盐水同空气的接触 同时还需在盐水中加入一定量的防腐剂 重铬酸钠和氢氧化钠等 载冷剂与冷冻机油 由于盐水的凝固点与溶液中盐的含量有关 所以可根据制冷系统的工作温度和冷却用途选择盐水的浓度 为了保证蒸发器中的盐水不产生冻结现象 选择的浓度不宜太高 且使盐水的凝固温度低于制冷剂蒸发温度6 8 载冷剂与冷冻机油 二 压缩机润滑油 冷冻机油 制冷压缩机的各运动部件 如曲轴 滑管 滑块 轴承 活塞以及气缸壁等均需良好的润滑 才能保证压缩机长期高速有效的运行 冷冻机油是制冷系统专用的一种润滑油 决不能用通用机油来代替 不同的制冷剂必须配用不同的冷冻机油 选用冷冻机油应注意下列性能指标 载冷剂与冷冻机油 一 冷冻机油的特性要求1 化学稳定性要好 即不含水及酸类杂质 不与制冷剂发生化学反应 也不影响电气的绝缘性能 并且在低温状态下 粘度 密度及其他性能不应改变 与制冷剂分离性要好 对全封闭压缩机 要求在10 15年使用期内不换油 载冷剂与冷冻机油 2 热稳定性要好 高温时不碳化 低温下不固化 并具有良好的低温流动性 3 粘度适中 粘度小 则摩擦面之间不能建立起正常的油膜厚度 容易发生汽缸拉毛 抱轴等故障 粘度大 则会增加单位制冷量的热功耗 使压缩机的摩擦功率增大 另外 粘度过大或过小都会引起汽缸温度升高 排气温度上升 从而影响压缩机的制冷性能 所以 要求冷冻机油粘度要适中 且受温度变化的影响要小 载冷剂与冷冻机油 4 闪点要高 闪点是指冷冻机油燃烧的温度为闪点 必须高于排气温度15 30 在高温下不氧化 不分解 不出现结胶及结碳现象 载冷剂与冷冻机油 二 冷冻机油的功能1 润滑相互摩擦的零件表面 减少零件的磨损 降低压缩机的功耗 延长使用寿命 2 冷却摩擦零件 防止压缩机温升过高或压缩机被烧坏 载冷剂与冷冻机油 3 以润滑油密封摩擦面间隙 阻挡制冷剂的泄漏 4 降低压缩机噪音 润滑油不断冲洗摩擦表面 减小了机件间的磨损 从而降低了噪音5 在具有能量调节的制冷机中 可利用润滑系统的油压 控制卸载机构 载冷剂与冷冻机油 三 冷冻机油的分类和选用国产冷冻机油按其在50 时的运动粘度 分为13号 SYB1213 59 13号 即石油1213 59 13号 SYB是石油工业部标准 18号 25号 30号及40号五个牌号 牌号