2、制冷与冷水机组原理解析

1康菲石油开利机组现场培训（2012）制冷与冷水机组原理2012年10月2内容介绍制冷原理冷水机组原理3第一部分制冷原理4课程内容制冷剂逆卡诺循环制冷循环过程分析5制冷剂应有的特性不燃和无毒高压侧压力应不至于要求过高的结构强度低压侧压力应高于大气压汽化潜热大较小的比容液态比热小易于检测系统渗漏点与常用润滑剂相溶传热系数和黏度应有利于传热易于获得、成本低、易于处理对系统常用的金属材料无腐蚀6最可取的制冷剂应该有以下特征：应具有不希望成本低易于获取无毒不燃较大的汽化潜热对温度有限制需要很低的压力大的比容氟化烃已经成为最普通的市场选择7三个注意要点：•可燃性•毒性(人体健康)该类制冷剂的组成如下碳(基本成分)+H,Cl,F的化合物CLHFSideCL+FInteriorCL+F+H如右图三角形所示SideH+FSideH+CL氟化烃类制冷剂8CL含Cl量越多，毒性越强含H量越多，易燃性越强HFR-12R-11含Cl和F的量的越多，完全被卤化(大气寿命长)；R-123R-22R134aTargetZone制冷剂性质9常用制冷剂R-11CCL3F淘汰R-12CCL2F2将淘汰R-22CHCLF2将淘汰R-134aCF3CH2F替代品R-123CHCL2CF3替代R-11R-410ACH2F2/CHF2CF3替代R-22R-717AmmoniaNH3工业应用74.9F-21.6F-41.4F-15.1F82.2F-62.9F-28F制冷剂化学方程式沸点备注11制冷剂-压焓图左边是液态饱和线液态饱和线左边是过冷区拱形曲线以内区域为气液混合区温度在临界点以上为过热蒸气R-22PressureEnthalpy过冷区过热区液态饱和区气态饱和区临界点右边是气态饱和线气态饱和线右边是过热区焓，用于热量的物理名词12等压力线与横坐标平行[psia]等焓线与纵坐标平行[btu/lb]在曲线内部饱和温度线与压力线平行等温线在过冷区与纵坐标平行等温线在过热区向下倾斜等比容线Specificvolume在过热区向上倾斜[ft3/lb]等焓线Constantentropy在过热区向上倾斜(理想压缩)PressureEnthalpy40F120FTemp.制冷剂-压焓图-过热区压力焓13课程内容制冷剂逆卡诺循环制冷循环过程分析14逆卡诺循环蒸发器冷凝器膨胀机q0q2压缩机1234T1T2TS123415课程内容制冷剂逆卡诺循环制冷循环过程分析16ABC蒸发器冷凝器压缩机热气管吸气管热力膨胀阀液体管制冷循环17机械制冷循环运用机械压缩，热交换和制冷剂循环SDT=122SCT=12040FSET38FSSTEnthalpy吸收热量释放热量焓压力典型的循环低温吸热高温放热18冷水机组原理第二部分19冷水机组原理冷水机组制冷循环概述与制冷效率提高制冷效率的途径-降低压缩比提高制冷效率的途径-节能部件压缩机的类型20冷水机组基本原理一个典型的水冷式冷水机组由以下七个基本部件组成：1.蒸发器2.压缩机3.冷凝器4.节流装置5.润滑油系统6.控制系统7.辅助设备辅助设备包括电机启动器、油分离器、油冷却器、储油器、经济器等等。——这些可能是机组的一部分也可以在现场增加。21冷水机组基本原理机组可以工厂整装的，也可以现场拼装。循环水泵使冷冻水在蒸发器中循环，将温度由54F降至44F并送至建筑负荷。在制冷循环中，机组的做功（压缩热）加上蒸发器中吸收的热量一起从冷凝器中排走。冷却水泵使水从冷凝器中带走热量，并由冷却塔将热量释放。在设计条件下，进入冷凝器的水温85F，出水温95F。冷却塔释放热量给大气将水温由95F降到85F。现在让我们看机组是如何分类的。22基本的冷水机组商用冷水机组类型风冷或水冷往复式，螺杆式，离心式或吸收式等23冷水机组分类机组可以按排热方式分类，也可以按循环制冷剂的方法分类：按排热方式分类：机组可以有风冷和水冷的冷凝器，它们称为风冷机组和水冷机组。按循环制冷剂的方法分类：可以通过机械压缩来循环制冷剂。压缩方法包括：1-往复式压缩机2-螺杆式压缩机3-离心式压缩机吸收机组是用水做制冷剂的机组。24冷水机组分类各种型号的机组的大致容量如下：风冷小型~中型水冷小型~大型往复式小型~中型螺杆式小型~大型离心式中型~超大型吸收式小型~大型理解机组运行的关键是理解制冷循环。我们来看看循环中工质在各设备中的变化。25冷水机组原理冷水机组制冷循环概述与制冷效率提高制冷效率的途径-降低压缩比提高制冷效率的途径-节能部件压缩机的类型26冷水机组的能耗和尺寸压缩机所消耗的能量是3个因素的函数：-制冷剂在压缩机中的质量流量，lb/min（R.E.）-压缩机带来的压力增加（Pc-Pb）-压缩效率（压缩热）任何改善上述3项的设备都会降低冷水机组的能耗和尺寸我们先看降低压缩机的压缩比“lift”制冷效果（R.E.）压缩产热（H.C.）压缩机效率压力增加（Pc-Pb）27降低冷水机组的压缩比压缩机压缩比：压缩比指压缩机将工质的压力提高。压缩比的概念就像供水的水压头一样。压缩机压缩比可以通过以下两种方式降低；1-提高饱和蒸发温度（SET）2-降低饱和冷凝温度（SCT）机组的生产商运用机械措施和控制系统从两方面改进。28蒸发器的基本类型二种类型a)满液式b)干式满液式a)水在管道内流动b)制冷剂浸没管道c)使用于离心式机组干式a)制冷剂在管道内流动b)水在管外流动c)回油性能好用于:往复式机组、螺杆式机组29基本的冷凝器类型冷凝器可有两种基本设计：1、水冷式：水沿管内流动时，从压缩机出来的热的制冷剂气体在管子的管壳侧凝结。外面有鳍的铜管通常在两端用机械扩管以保证热交换器内的制冷剂和水之间的密封。卸掉端盖可以从任何一端更换或清洗管束。不像蒸发器，冷凝器几乎总是像冷却塔一样采用开放式循环。有时候像河、湖、井或城市用水都可以采用。可用的水温度根据水源和季节而变化。因此，管子内部要不断的通过定期清洗来清除污垢。冷却塔通常使冷凝器进水温度达到85F并且出水温度达到95F。这使饱和冷凝温度达到105F。采用水冷冷凝器的冷水机组类型－往复式、螺杆式和离心式。30基本的冷凝器类型2、风冷式：制冷剂沿管内流动，管子外面有机械固定的金属翅片。周围的空气靠冷却风扇通过管束。空气一般以95F进入，105F排出。饱和冷凝温度大约在125F左右－高于通常的水冷设计。往复式和螺杆式制冷机可以采用风冷冷凝器，离心式制冷机不用。往复式和螺杆式制冷机采用风冷冷凝器，因为它们是固定排量的机器，并且以较高的压缩比运行。离心式制冷机对高压缩比敏感，通常不采用风冷冷凝器。31基本的冷凝器类型两种类型-水冷-风冷水冷-浸没式设计-冷却塔-一次式水源-一般从85F升高到95F-一般饱和冷凝温度为105F-各种类型的冷水机组风冷-用室外空气-一般是95F进风，115F出风-一般是125F的饱和冷凝温度-往复式和螺杆式WaterCooled105FSCT95F85F95F115F32冷却水的控制三通阀使冷却水旁通来保证最低的冷却水温度(不低于55F)面板上的DDC控制调节阀.二通阀调节城市用水来保证最小的冷凝温度（不低于60F的饱和冷凝温度）.面板上的DDC控制调节阀.或者采用可变速的泵.33冷水机组原理冷水机组制冷循环概述与制冷效率提高制冷效率的途径-降低压升提高制冷效率的途径-节能部件压缩机的类型34提高制冷效果制造商基本上有三种方法来设计设备以提高商业制冷机的循环制冷效果：1-使用过冷器2-使用闪发器3-使用经济器35通向蒸发器的过冷液体进水出水过冷部分冷凝部分来自压缩机的气体隔板隔板将冷凝器底部隔开•制冷剂气体在冷凝器的上部冷凝•液体流入隔板下面的过冷器•最冷的水先进入过冷器，将制冷剂液体过冷至饱和冷凝温度以下典型的过冷器3623467饱和制冷剂流入蒸发器81冷却水进5压缩机制冷蒸汽冷却水出闪发器•(1)蒸汽(5)冷却水使闪蒸气冷凝•(2)饱和液体（SCT）(6)低压下的饱和液体•(3)液体进入闪发孔口(7)浮阀保持闪发器内液位•(3)闪发膨胀过程(8)在比(2)低的焓值下进入蒸发器制冷量•(4)少量液体蒸发增加37饱和液体(6)离开冷凝器制冷液流过第一个节流装置压力降低在(2)处产生闪蒸汽闪蒸汽进入第二级压缩(4)的中间接口剩余液体(7)冷却后进入蒸发器制冷效果提高8%到10％6472EvaporatorCondenser需要两级经济器：增加制冷量38冷水机组原理冷水机组制冷循环概述与制冷效率提高制冷效率的途径-降低压升提高制冷效率的途径-节能部件压缩机的类型39压缩机效率压缩机的机械设计是影响它效率的一个主要因素。公差、摩擦、材料等都必须准确地设计。进入压缩机的制冷剂情况也影响压缩机的效率，这是由与压缩机设计参数无关的外部设备决定的。所有的压缩机被设计成压缩气态而非液态制冷剂。为了保证气态而非液态的制冷剂到达压缩机进口，一般热力膨胀阀被用于固定排量的压缩机。由于压缩机压缩制冷剂的体积，在过热度很大时通过压缩机的制冷剂会稀薄一些，压缩机的制冷剂质量流量会降低。40压缩机效率很明显，当过热度增加时，压缩循环效率会降低。现代电子技术带来了解决办法。开利已经设计了电子膨胀阀，它可以提供非常精细的制冷剂流量控制。配合传感器和微处理器，可以保持更准确的过热度控制。制冷设备现在运行的过热度不是原来的15F而是5F，并且没有牺牲设备的安全性。41压缩机类型市场上的冷水机组有以下几种类型：活塞式冷水机组螺杆式冷水机组离心式冷水机组压缩机的类型决定了它的容量范围和运行方式。42压缩机类型在商用冷水机组中使用到的四种压缩机类型-涡旋式-往复式-螺杆式-离心式它们有多大的制冷量范围？43制冷量范围如下所示，冷水机组的单机容量范围是15至10000冷吨。活塞式冷水机组的容量范围是15至100冷吨。螺杆式冷水机组的容量大约是75至750冷吨。离心式冷水机组的容量大约是100至10000冷吨。4410,000400110015CentrifugalChillerScrewChillerReciprocatingChillerScroll60•涡旋式冷水机组：2到60冷吨•往复式冷水机组：15到100冷吨•螺杆式冷水机组：75到750冷吨•离心式冷水机组：100到10000冷吨制冷量范围45涡旋式46涡旋式47实际运行48往复式活塞吸进一定量的气体并且压缩良好的高压缩比用多个压缩机来增加冷水机组的容量对小容量情况很好，有高的压缩比49离心式气体进入旋转叶轮的进口叶轮给气体离心力气体流入并在扩散器处汇聚（受压）扩散器将气体送至冷凝器在低压缩比下处理大容量50螺杆式气体被抽入吸入腔（A）转子旋转并减小腔体积（B）小量被压缩气体排出（C）特征：固定排量在高压缩比时中等容量51结束Thankyou!