制冷与空调工程设计

第二章制冷系统一、本章学习要求：为设计、施工提供依据，重点为制冷系统原理图二、有关概念：1、什么叫制冷系统？所必需的制冷压缩机，冷凝器，节流阀，蒸发器、辅助设备以及这些机器设备的管线、阀门、仪表等组成的循环系统2、制冷系统的分类1）按制冷剂种类可分氨氟利昂2）按向蒸发器供液的方式可分为直接膨胀供液系统重力供液系统氨泵供液系统3)按压缩机配置方式可分为单双4）按制冷剂的蒸发温度可分为：－15℃－28℃-35－33℃-453、制冷系统的组成：高压部分机房系统低压部分库房系统第一节机房系统一、制冷原理图（流程图）内容：1、带编号、名称、管口的所有机器设备的示意图2、带编号、规格、流向各种管路以及各种管件、阀门、控制点的流程图，和表示这些管路、管件、阀门、控制点的图例3、图标，图签、设备一览表技术上：可能性和先进性工艺过程：合理性和完整性操作过程：严密性和科学性二、流程简述三、流程分析冷凝器高压储液器总调去库房低压制冷剂蒸汽高压过热蒸汽油分离器压缩机油分离器低压循环桶（氨液分离器）中冷器高压机（一）吸入管1、所包含的内容：如红线所包2、管段要求：A：要防止回气可能夹带的液滴或润滑油进入压缩机，而引起的液击冲缸在回氨压缩机的管路水平管有一倾斜度，以氨所夹带的液滴借其本身的重量流回低压循环桶氨制冷系统氟利昂系统B、要保证阻力损失在允许的范围内C、要注意操作管理的灵活性3、连接示例1）单级压缩A单一蒸发系统冷间室温蒸发温度回气压力冷却物冷藏间±0℃－15℃2.4kg/cm2冻结间－23℃－33℃1.055kg/cm2冻结物冷藏间－18℃－28℃1.324kg/cm2图例：i=0.1~0.3％i=0.1~0.3％i=0.3~0.5％B、多个蒸发系统加适当的短管和阀门以利操作图例：2）双级压缩：和单级相同，和双级压缩机相应的低压级连接3）单、双级兼有：三、排气管道1、所包含的内容：压缩机出口到冷凝器进口之间的管路2、要求：A：开车时，要保证能顺利地排出制冷剂蒸汽及其所夹带的润滑油，不致由于管道的阻力损失和受周围环境空气的冷却，析离出的液滴存于管内，同时避免高压气流相互撞击而引起震动，因而水平管要有背离压缩机的坡度，立管不要太高，并注意连接方法。图例：B：停车时，避免液体倒流回压缩机头，造成下次开车时冲缸事故，因而要设止逆阀。C：开停车操作或检修时，要切断，要设置截止阀。D：要采用分油措施，因而要设置油分离器，尽可能将油全部分离出来。3、排气管道的连接1）单级压缩机的连接注意要点：A止逆阀的位置B水平管坡度及坡向：0.3~0.5％C、连接方法：D冷凝器与压缩机的相对位置对于氨系统：油分离器的位置不同，止逆阀位置不同干式油分离器：前后无关湿式油分离器：（洗涤式）止逆阀装在油分离器之前去冷凝器氨液进对于氟利昂系统：注意回油带油分：图例：不带油分：图例：两台压缩机对一台冷凝器的连接油分冷y去冲霜冷两台氟机对一台冷凝器的连接当冷凝器高于压缩机时：当冷凝器低于压缩机时：两台或多台压缩机对两台或多台冷凝器图例：保证进气管阻力基本平衡冷均压管均油管冷冷均压管均油管冷冷机机冷冷2)双级压缩机排气端的连接(1)单双级的不同点(自学)氨:完全中间冷却氟:不完全中间冷却(2)中间冷却器的作用原理及接管示例配组双级压缩系统配连方案1、低级机2、高压机3、中间冷却器4、接自氨液分离器5、接自油分6、自贮氮器来7．供液注意要点：A、从低压机排气口比正常液面低150~200B、设立手动旁路C、放油管的连接四、冷凝器至储液器的高压液体管路1、所包含内容：冷凝器，放空气管，储液器2、作用：经过油分离器的高压蒸汽在冷凝器中降温冷凝为液体并获得一定冷度，然后借助于液体的本身自重流向储液器并由此向库房系统供液3、冷凝器（自学）种类、构造、及选用立式冷凝器使用条件卧式冷凝器应用场合4、高压储液器1）作用：平衡、稳定、储存A平衡冷凝器与蒸发器之间的供需关系B、避免过多的液体储存在冷凝器中C、形成液封，避免气体进入库房系统D、当个别的部件需要检修抽空时，可储存全系统的液体2）两种形式进液方式的高压储液器A直通式冷凝器高压储液器B、涨缩式涨缩式特点：当冷凝器冷凝量与蒸发需要量相等时，不经储液器。注意：直通式中平衡管可有可无，当出口液体流速小于0.5米/秒，可无涨缩式中平衡管必须有。3）两种形式的比较：A、直通式对冷凝器的过冷完全失去，有部分润滑油在储液器中得到分离B、涨缩式对冷凝器的过冷充分利用，但润滑油不能消去4）冷凝器与储液器的接管作用：液体从冷凝器储液器气体从储液器冷凝器连接方式：涨缩式冷凝器储液器平衡管A、储液器的顶端至少比冷凝器底部低300，储液器的液面比冷凝器的出液口低350~700B、阀门应装在最低位置，使阀门的液柱高度足以克服其阻力C、应尽量少用弯头、弯管，水平管要有一定的坡度M，坡向储液器直通式：5)示例：相对标高如何确定？先定储液器，再定冷凝器出液口高度，最后定油分离器。6)空气管线1)制冷系统中的空气来源?(1)金属的腐蚀;(2)制冷剂的不纯及接受污垢之后的分解;(3)投产前或检修后的抽空不彻底,剩余的气体;(4)负压运转时,外面空气由于系统密封不严漏入;(5)油分解2)制冷系统中有空气的危害(1)冷凝压力升高;(2)排气温度升高(空气绝热指数1.41,氨的为1.28)(3)金属材料的腐蚀性增加3)制冷系统中的空气集中在何处?在高压储液桶的上部在冷凝器的下部氟利昂(在冷凝器的上部)4)怎样排放?(1)直接排放:既浪费,又不安全,污染环境(2)利用放空气器排放A作用原理(略)B常用放空气器:立式盘管式卧式四重套管式C接管a冷凝器\储液器的连接支管加截止阀,共用总管,管径可相同,常用DN15b氨液的连接c氨气回气d放气管e混合气体的连接(四)储液器至膨胀阀间管段1、所包含的内容2、作用:保证膨胀阀的正常供液3、要求氟利昂系统管径合适有一定的压差没有或少有闪发性气体对氨系统问题不大.4\液体总调节站作用(自学)5\膨胀阀(自学)6\连接方案讨论第二节库房系统供液方式直接膨胀供液无泵供液重力供液有泵供液液泵强制供液非机械泵供液一、手动直接膨胀供液方式1、作用原理:高压液体本身的压力与库房蒸发压力之差来供液2、优点:设备简单,投资少3、缺点:操作调节困难4使用价值:很少使用二、热力膨胀供液方式总调节站1、作用原理:同上(不过利用了热力膨胀阀)2、注意要点:(1)回气管高出盘管200~300,以免液击冲缸事故(2)要设置手动旁路3、优点:(1)避免回气过热(2)防止湿冲程4、缺点:难于向多路供液5、使用价值:只适合单一通路系统(电冰箱)三、重力供液方式1、作用原理:增加了气液分离器2、优点(1)能向多路供液(2)能避免湿冲程,确保安全运转3、缺点(1)难于维持合适液位高度,难于均匀向多路供液(2)冲霜排液、排油困难(3)造价高,操作调节麻烦4、使用范围:大中型冷库不常用5、设计要求(1)液位差要合适21P=H11－H22剩余压力：对蒸发温度的影响不超过１度-33℃系统0.05kg/cm2-28℃系统0.06kg/cm2-15℃系统0.125kg/cm2Ｈ一般取０.５～２米常取１.５米（记住）（２）要设置气液分调节站（３）每一通路不要太长（120米！）（４）要避免气囊、液囊（５）氨液分离器内气体流速要合适（不超过０.５米／秒）（６）向冷却盘管的供液一定要采用下进上出的形式四、氨泵强制供液方式１、作用原理利用低压循环桶进行汽液分离，利用氨泵加压，用数倍于所需要的蒸发量进行循环供液．２、简述３、特点能向多路供液能避免湿冲程能防止回气过热冲霜期短不易存油库房温度稳定制冷效果好，容易操作与实现自动化４、缺点造价高动耗大1~15％5、氨泵供液的两种连接方式1）有关概念：下进上出式：气体出液体进上进下出式：液体进气体出2）两种连接方式的比较（1）正常供液时：下进上出供液均匀，易于分配上进下出供液不均，难于分配（2）停止正常供液时：下进上出式：蒸发盘管有存液，库温难于控制上进下出式：蒸发盘管无存液，库温易于控制（3）冲霜时：下进上出式：省时省事上进下出式：费时费事（4）低压循环桶的安装高度下进上出式：无特殊要求上进下出式：最低库房最低管要比低压循环桶高以便液体能自动流回（5）制冷剂的充注量下进上出式：50~60％上进下出式：25~30％（6）积存油污的难易情况：下进上出式：易于存油，难以排出上进下出式：难以存油，易于排出4）常见的连接方式：（1）（4）为主要优点，下进上出式6、氨泵供液系统的设计要点1）低压循环桶内的正常液面与氨泵中心线的相对高度要合适气蚀现象：流体加速阻力损失，产生气化（闪发性气体）造成叶轮作用产生涡流造成泵打不出液体的现象氨泵的净正吸入压头：保证氨泵克服阻力损失，避免气蚀现象所需要的液体压力。系统的“净正吸入压头”＞泵的“净正吸入压头”即：液面高H用于克服局部阻力损失和沿程阻力损失H－（L*R＋Z）＞泵的净正吸入压力H－（L*R＋Z）=1.3泵的净正吸入压力(制造者提供)齿轮泵1~1.5离心泵:-15℃1.5~2.0米-28℃2.0~2.5米-33℃2.5~3.0米(经验数据)2)氨泵的循环量选择适宜再循环量=泵的重量流量/蒸发量数倍：3~5倍（K与再循环倍数的关系）稳定状态，冷却管组少3~4倍波动状态，冷却管组多5~6倍3）管道的配置要合理（1）管径的选择要合理一般进液管0.4~0.5米/秒出液管0.8~1.0米/秒(2)管道的连接方式①尽量少用弯头、阀门，管道要平而直②与低压循环桶的连接：③过滤器要尽量靠近泵,在泵与过滤器之间要设抽气管,防止汽化,汽化后的气体能及时回到低压循环桶④进出液管要设隔热层⑤出液要设止逆阀⑥要设置气液分调节站氨泵压头的选择，是以满足阻力最人的冷却设备的供液为依据的，这对于蒸发温度较低或阻力较小的冷却设备。将会引起蒸发温度上升的现象。所以应设立调节站，用以调节压力和控制液量；有的调节站上有高压液体管，以便氨泵故障时仍能生产。分调站型式见下图所示。氨泵供液系统的分调站a.不带热氨融霜b．带热氨融霜及排液桶c、d．带热氨融霜及不带排液桶1.泵供液2．往低压循环桶3、4．供液、回汽5·热氨蒸汽接自油分离器6．往排液桶7．贮氨器供液第三节热氨冲霜系统一、库房蒸发盘管的外表面霜从何而来？库房相对湿度较高，当冷却温度降至露点温度就导致结霜二、有何还害处1、增加热阻2、冷风机通道面积减少，增加了空气流动阻力三、除霜目的1、除掉管外霜层2、冲刷管内油污四、除霜方法：1、人工扫霜2、水冲霜3、热氨冲霜4、水和热氨冲霜5、电热融霜五、热氨融霜1、热氨管从何接出氨油分离器的排气管接出其理由是：（1）含油量少（2）高压高温（3）气流稳定2、设计要点（1）6kg/cm2＜P（氨）＜9kg/cm2（2）氨从顶部接出，不宜从底部接出（3）不论氨管在何处，均需隔热，用耐温材料，不准用泡塑、软木、等不耐火的保温材料（4）热氨管不宜穿过低温库房，宜从中温穿堂中穿过六、水冲霜一般用25℃的水温，太高雾气太大，排水管不得小于100mm，在底部进行隔热处理设水封第四节制冷循环方案的热力学分析一、分析目的同产冷量可以用不同的方案得到，比较各种方案的优劣二、分析内容QcNPL/PzPL－PZtZ三、分析方法：热力学分析四、举例说明（一）每一种蒸发温度都单独配置一台(或一组)单级压缩机的制冷循环方案。采用三种蒸发温度，分别为-l5℃、-28℃、-33℃，三种蒸发温度的循环回路中都单独配置一台(组)8S—l2．5A压缩机，共用一台冷凝器，假设有两种冷凝温度和过冷温度：制冷剂为氨t1L=35℃t2L=40℃t1g=30℃t2g=35℃单级压缩制冷装置示意(一)8S12．5A压缩机在一15℃制冷循环迥路中的产冷量Qc、电机功率N、单位功率产冷量Qc/N，压力比PL/Pz压力差PL－PZ：1．当冷凝温度t1L=35℃，过冷温度t1g=30℃时：．解：(1)根据给定工况，画出制冷循环压焓图(图2—36)，并查出各点状态参数如下：图2—36单级压缩一15℃制冷回路(t1L=+35℃)