第六章 蒸汽压缩式制冷系统的组成和图式ppt课件.ppt

制冷技术 第六章蒸气压缩式制冷系统 将压缩机 蒸发器 冷凝器和节流机构四大件 以及必要的各种辅助设备 用管道将其连接 就组成蒸气压缩式制冷系统 本章将介绍蒸气压缩式制冷系统的典型流程 制冷系统中的制冷剂管道和水系统 制冷机组以及制冷机房的设计 第一节蒸气压缩式制冷系统的典型流程 一 氟利昂制冷系统图示为氟利昂制冷系统流程图 二 氨制冷系统 图示为采用活塞式制冷压缩机 卧式壳管冷凝器与满液式蒸发器的氨制冷系统流程图 在实际制冷装置中 为了提高制冷装置运行的经济性和安全可靠性 除了四大部件外 还增加了许多其他和仪器仪表 辅助设备 油分离器 储液器 集油器 不凝性气体分离器 紧急泄氨器等 仪器仪表 压力表 温度计 截止阀 安全阀 液位计和一些自动化控制仪器仪表等 一 制冷系统供液方式 在蒸汽压缩式制冷系统中根据向蒸发器供液的方式不同可分为以下三种 直接供液 重力供液 液泵供液 直接供液方式 直接供液是指制冷剂液体通过膨胀阀直接向蒸发器供液 而不经过其他设备的制冷系统 又称直接膨胀供液系统 下面我们以空调用氨系统为例介绍直接供液方式 油分离器贮液器集油器不凝性气体分离器紧急泄氨器 主要设备 压缩机冷凝器膨胀阀蒸发器 辅助设备 优点 供液动力来自于系统内部的压力差 系统简单 操作方便 缺点 有闪发蒸气进入蒸发器 供液容易出现不均 蒸发器为单一通道 盘管长度受限 流动阻力问题 适用范围 主要用于氟利昂系统和成套制备空调冷冻水或低温盐水的氨系统 生活服务性小冷库 此外 还必须指出 当采用螺杆式制冷压缩机时 润滑油除用于润滑轴承等转动部件以外 还以高压喷至转子之间以及转子与气缸体之间 用以保证其间的密封 因此 螺杆式压缩机 不论使用哪种制冷剂 排气带油量大 油温高 对油的分离和冷却有特殊要求 一般均设置两级或多级油分离器以及油冷却器等 第二节制冷剂管路的设计 对于制冷系统来说 选择适宜的主要设备和辅助设备是很重要的 但是 如果制冷剂管路设计不当 也会给系统正常运行带来困难 甚至引起事故 本节概括介绍制冷剂管路设计中的主要问题 一 管路的布置原则氟利昂管路常采用铜管 系统容量较大时也可采用无缝钢管 氨管则采用无缝钢管 禁止使用铜或铜合金管及其管件 为了减少管道和制冷剂充灌量以及系统的压力降 配管应尽可能短而直 管道的布置应不妨碍对压缩机及其他设备的正常观察和管理 不妨碍设备的检修和交通通道以及门窗的开关 管道与墙和顶棚以及管道与管道之间应有适当的间距 以便安装保温层 管道穿墙 地板和顶棚处应设有套管 套管直径应能安装足够厚度的保温层 此外 各种设备之间的管路连接应符合下列要求 一 压缩机排气管 1 为了使润滑油和可能冷凝下来的液态制冷剂不致流回制冷压缩机 排气管应有不小于0 01的坡度 坡向油分离器和冷凝器 对于不设油分离器的氟利昂制冷系统 当冷凝器高于压缩机时 排气管道在靠近制冷压缩机处应先向下弯 然后再向上接至冷凝器 形成U形弯 如图 这样可以防止冷凝的液态制冷剂及润滑油返流回到制冷压缩机 同时 制冷压缩机停车后 排气管的U形弯可起存液弯作用 防止制冷压缩机停车后 由于冷凝器的环境温度高 制冷压缩机的环境温度低 制冷剂自冷凝器蒸发而流回到排气管道中 当再次开车时造成液击事故 2 多台氟利昂压缩机并联 为了保证润滑油的均衡 各压缩机曲轴箱之间的上部应装有均压管 下部应装有均油管 3 对于有容量调节的制冷压缩机 应考虑在制冷系统低负荷运行时 能将润滑油从排气立管中带走 4 并联的氨压缩机排气管上或在油分离器的出口处 应装有止回阀 见图 二 压缩机吸气管 1 对于氟利昂制冷系统 考虑润滑油应能从蒸发器不断流回压缩机 氟利昂制冷压缩机的吸气管应有不小于0 01的坡度 坡向压缩机 如图 a 当蒸发器高于制冷压缩机时 为了防止停机时液态制冷剂从蒸发器流入压缩机 蒸发器的出气管应首先向上弯曲至蒸发器的最高点 再向下通至压缩机 如图 b 所示 2 并联氟利昂制冷压缩机 如果只有一台运转 压缩机又没有高效油分离器时 在未工作的压缩机的吸气口处可能积存相当多的润滑油 启动时会造成油液冲击事故 为了防止发生上述现象 并联氟利昂压缩机的吸气管应按图示安装 3 对于有容量调节的氟利昂制冷系统 可采用双吸气立管 见图 其工作原理同双排气立管 在制冷系统的低负荷运行时 立管内制冷剂蒸气流速能将润滑油带回压缩机 4 氨压缩机的吸气管应有不小于0 005的坡度 坡向蒸发器 以防止液滴进入气缸 三 从冷凝器至储液器的液管冷凝器应高于储液器 如图所示 两者之间无均压管 即平衡管 时 两者的高度差应不少于300mm 四 从储液器或冷凝器至蒸发器的给液管 1 当冷凝器高于蒸发器时 为了防止停机后液体进入蒸发器 给液管至少应抬高2m以后再通至蒸发器 如图 但是 膨胀阀前设有电磁阀时 可不必如此连接 2 当蒸发器上下布置时 由于向上给液 管内压力降低 并伴随有部分液体气化 形成闪发蒸气 为了防止闪发形成的蒸气集中进入最上层的蒸发器 给液管应如图配置 当数个高差较大的蒸发器由一根给液立管供液时 为了使闪发蒸气得到均匀分配 应按图方式进行配管 3 对于氨制冷系统的给液管 为了防止积油而影响供液 在给液管路的低点和分配器的低点应设有放油阀 如图 二 制冷剂管道管径的确定 一 管径确定原则 1 制冷剂管道管径确定应综合考虑经济 压力降和回油三个因素 2 对于氟利昂制冷系统 其吸气管路和排气管路的压力损失不宜超过相当于蒸发温度降低l 或冷凝温度升高1 氨制冷系统的吸气管路和排气管路的压力损失不宜超过相当于蒸发温度降低0 5 或冷凝温度升高0 5 3 从冷凝器至储液器的液管 是靠重力使液态制冷剂自流进入储液器 管中液体流速应小于0 5m s 从储液器至膨胀阀的液管要防止液态制冷剂发生气化而造成膨胀阀供液量不足 一般制冷剂离开冷凝器时均有3 5 的再冷度 管内流速可取0 5 1 25m s 压力损失应不大于0 5bar 如果膨胀阀高于储液器达4m时 需有5 的再冷度 4 氟利昂制冷系统的吸气管径应保证润滑油可以顺利返回制冷压缩机 向下或水平吸气管中的润滑油可靠重力流回压缩机 对于上升的吸气管 上升立管 来说 只有当管中气流速度足够高时 才能把润滑油带回压缩机内 R22上升立管的最低气流速度见图 实际设计时 上升立管的气流速度应为图中所给数值的1 25倍 制冷压缩机排气管路的设计也应考虑携带润滑油问题 R22排气管路的最低带油流速见图 二 管径确定方法根据单位当量管长的允许压力降 利用计算图表来确定制冷剂管道的管径 制冷剂管路的压力损失包括管段的摩擦阻力和管件的局部阻力两部分 为了计算方便 常把各管件的局部阻力系数折合成当量管长 常用管件当量长度见表6 1 这样 管路系统某管段的总计算长度应等于直线段的长度L与各管件的当量长度Ld之和 因此 该段管路的压力损失为 式中fm 摩擦阻力系数 di 管道内径 m Mr 制冷剂的质量流量 kg s vr 制冷剂的比容 m2 kg 从上式可以看出 对一定相对粗糙度的管道来说 管道直径与制冷剂的质量流量 每米计算长度的允许压力降和制冷剂的比容成函数关系 即 由于在一定压力范围内 液态制冷剂的比容变化很小 所以 已知制冷剂的质量流量和单位计算长度的允许压力降即可得出液体制冷剂管道管径 而计算气态制冷剂管道管径 则还需知道制冷剂蒸气所处的热力状态 图6 14为R22蒸气的管径计算图表 图6 15和图6一16分别为氨液和氨蒸气的管径计算图表 第三节水系统 蒸气压缩式制冷系统有冷冻水系统和冷却水系统 一 冷冻水系统制冷的目的在于供给用户使用 向用户供冷的方式有两种 直接供冷间接供冷 冷冻水管道系统为循环水系统 根据用户需要情况不同 可分为闭式系统和开式系统两种 如图 变水量系统有一级泵系统和二级泵系统两种常用的冷冻水系统 从调节特征上 冷冻水系统可以分为定水量系统和变水量系统两种形式 二 冷却水系统 合理地选用冷却水源和冷却水系统对制冷系统的运行费和初投资具有重要意义 为了保证制冷系统的冷凝温度不超过制冷压缩机的允许工作条件 冷却水进水温度一般应不高于32 冷却水系统可分为直流式 混合式和循环式三种 一 直流式冷却水系统最简单的冷却水系统是直流式供水系统 即升温后的冷却回水直接排走 不重复使用 根据当地水质情况 冷却水可为地面水 河水 湖水 地下水 井水 或城市自来水 由于城市自来水价格较高 只有小型制冷系统采用 直流式供水系统 冷凝器用过的冷却水直接排入下水道或用于农田灌溉 因此 它只适用于水源充足的地区 二 混合式冷却水系统 三 循环式冷却水系统降低制冷系统的水消耗量非常重要 因此除采用蒸发式冷凝器或风冷式冷凝器以外 也可以采用循环式冷却水系统 制冷系统中常用的蒸发式冷却装置有两种类型 一种是自然通风冷却循环系统 另一种是机械通风冷却循环系统 机械通风冷却循环系统中 冷却塔根据不同应用情况 可以放置在地面或屋面上 可以配置或不配置冷却水池 可以是一机对一塔的单元式或者是共用式 图示为冷却塔放置在屋面上不带冷却水池的机械通风冷却循环系统的示意图 第四节制冷机组 制冷机组就是将制冷系统中的部分设备或全部设备配套组装在一起 成为一个整体 这种机组结构紧凑 使用灵活 管理方便 安装简单 其中有些机组只需连接水源和电源即可使用 为制冷空调工程设计和施工提供了便利条件 制冷机组有压缩 冷凝机组 冷 热 水机组和空气调节机组 一 冷 热 水机组分单冷型冷水机组和热泵冷热水机组两类 一 冷水机组1 活塞式冷水机组图示为活塞式冷水机组的系统图 2 螺杆式冷水机组螺杆式冷水机组是由螺杆式制冷压缩机 冷凝器 蒸发器 节流阀 油分离器 自控元件和仪表等组成的一个完整制冷系统 见图 3 离心式冷水机组离心式冷水机组将离心式压缩机 冷凝器 蒸发器和节流装置等设备组成一个整体 图示为单级离心式冷水机组的系统示意图 近几年 国外开始生产使用带膨胀机的离心式冷水机组 这种机组采用两相膨胀机代替节流机构 不仅可以回收膨胀功 而且膨胀过程与传统节流过程相比 降低了进人蒸发器的制冷剂焓值 提高了制冷剂单位质量流量的制冷量 所以这种冷水机组的性能系数大大增加 二 热泵冷热水机组 在夏天需要供冷 冬季需要供热的空调工程中 可以采用热泵型冷热水机组作为空调冷热源 根据低位热源不同 热泵机组可分为空气源热泵和水源热泵 根据压缩机的类型不同 热泵机组可分为活塞式 螺杆式 涡旋式 离心式 下图为半封闭螺杆式空气源热泵冷热水机组的系统原理图 二 空气调节机组空气调节机组的种类很多 主要有房间空调器 多联式空调机组 单元式空调机组和冷冻除湿机组等 一 房间空调器房间空调器根据结构形式可分为整体式和分体式 整体式 窗式 穿墙式 移动式 分体式 挂壁式 落地式 吊顶式 嵌入式等 根据供热方式不同 分单冷式和热泵式两种 根据压缩机容量调节方式的不同 可分定速定容量系统 变频调速变容量系统和定速变容量系统 1 窗式空调器 下图为热泵式空调器流程图 其工作原理与热泵式冷热水机组相同 它与单冷空调器相比 增加了一个四通阀 制冷工况的工作情况与单冷空调器相同 制热工况时四通阀通电换向 改变制冷剂的流动路线 室外盘管为蒸发器 而室内侧的直接蒸发式空气冷却器被用作空冷式冷凝器 利用高压气态制冷剂加热室内空气 解决房间供暖问题 应用这种热泵式空调器供暖 比电热供暖节约电能2 3倍 下图为热泵式空调器流程图 其工作原理与热泵式冷热水机组相同 它与单冷空调器相比 增加了一个四通阀 2 分体式空调器分体式空调器将压缩机 冷凝器和冷凝器风机等部件组装在室外机内 将蒸发器和蒸发器风机置于室内机 室外机和室内机用制冷剂管道连接 这种空调器由于压缩机放置在室外 而室内风机采用贯流风机 所以噪音较小 3 变频空调器变频空调器通过控制系统改变压缩机电机供电频率调节压缩机转速 使空调器的制冷 热 量随着房间空调负荷变化而变化 变频压缩机的运转范围大约在20 130Hz 变频空调器具有以下优点 1 变频空调消除了传统定速空调启停机的能量损失 提高了系统的全年运行效率 节能效果显著 2 采用高频运行可缩短房间降温 升温 时间 而且 连续变频运行减小了房间温度变化幅度 提高房间的热舒适性 3 可低频启动 启动电流低 启动性能好 4 冬季室外温度较低的情况下 可采用增加频率的方法提高空调器的制热能力 5 变频压缩机的启动次数减少到定速压缩机的1 10左右 使用寿命长 由于上述优点 变频空调器正在得到越来越多的应用 二 多联式空调机组多联式空调机组是由一台或多台室外机与多台室内机组成 用制冷剂管道将制冷压缩机 室内外换热器 节流机构和其他辅助设备连接而成的闭式管网系统 下图是典型多联式空调机组系统原理图 三 单元式空调机组单元式空调机组的冷量较大 通常在7kW以上 它的形式和种类也较多 根据冷凝器的冷却方式不同 有水冷式和风冷式两种 根据供热方式不同 有单冷型 电热型和热泵型 根据有无湿度控制 有带湿度控制 恒温恒湿型 和不带湿度控制两类 图示为恒温恒湿单元式空调机组的示意图 四 冷冻除湿机组冷冻除湿机组是利用蒸气压缩式制冷机降低空气含湿量的设备 它包括制冷压缩机 冷凝器 直接蒸发式空气冷却器和通风机等主要设备 冷冻除湿机组的工作流程见图 第五节制冷机房的设计 一 设计步骤 制冷机房 也称冷冻站 的设计大体有以下几个步骤 一 确定制冷机房的总冷负荷 二 确定制冷机组类型 三 确定制冷系统的设计工况 四 确定制冷机组容量和台数 五 设计水系统 六 布置制冷机房 二 制冷机房小型制冷机房一般附设在主体建筑内