8制冷机基本知识

1第八部分制冷机基本知识一、制冷机种类及特点制冷机可分为：压缩式制冷机、吸收式制冷机、蒸汽喷射式制冷机，半导体制冷。其中蒸汽压缩式制冷机（活塞式、回转式、螺杆式、离心式）、吸收式制冷机和蒸汽喷射式制冷机应用较为广泛。目前，我国除少数大冷量和特殊用途的冷冻机外，一般用途的活塞式、离心式、螺杆式、溴化锂吸收式、蒸汽喷射式制冷机，以及冷冻、冷藏、低温试验等设备都能自己制造。各种类型制冷机主要特点如下：1．压缩式制冷机（1）螺杆式制冷机：结构简单、易损件少、使用寿命长、单级压缩比高，在大中型制冷量范围内有取代活塞式的趋势。（2）活塞式制冷机：技术发展比较成熟，效率高，使用温度范围广，可制成大中小型各种规格产品，是各种制冷机中应用最广的机种。（3）离心式制冷机：利用高速旋转的叶轮使制冷剂气体获得动能，然后通过扩压器提高其压力并冷却液化，节流而制冷。具有结构紧凑，单机制冷量大，可进行能量调节等特点。用于空调的机器多采用R11、R12制冷剂。2．吸收式制冷机利用吸收剂对制冷剂的吸附作用使制冷剂蒸发而制冷。常用的有氨——水吸收式制冷机和溴化锂——水吸收式制冷机，用热源作为动力，消耗电力少，运转平稳，易损件少，能量调节范围大，是一种新发展起来的制冷机品种。二、单级压缩蒸汽制冷循环单级压缩蒸汽制冷机（简称单级制冷机）是应用最广的制冷机，它可以用于制冰、冷藏、工业生产过程的冷却及空气调节等各种温度要求不太低的制冷工程。单级制冷机可以用图示流程来表示。制冷剂（氨或氟里昂）在制冷机中相继经过压缩、冷凝、节流、蒸发四个过程，完成了单级制冷循环，同时达到了制冷的目的，即不断的将蒸发器（低温物体）放出的热量转移到冷凝器（冷却水或空气）中去。节流阀Qk冷却水冷媒水压缩机Qo图一单级制冷机示意图冷凝器蒸发器2三、制冷剂概述制冷剂也称制冷工质，它是制冷系统中完成制冷循环的工作介质，制冷剂在蒸发器内吸收被冷却物体的热量而蒸发，在冷凝器内将热量传递给周围空气或水，而被冷凝成液体，制冷机借助于制冷剂的状态变化达到制冷的目的。制冷机中常用的制冷剂有水、氨、氟里昂以及某些碳氢化合物。根据各种不同制冷剂的使用温度范围和其正常冷凝压力，制冷剂可分为三大类：1．高温制冷剂（或低压制冷剂）这一类制冷剂用于蒸发温度to0℃的场合，其冷凝压力Pk≤2～3kgf/cm2，主要有R11、R21、R113、R114、H20等，多用于空调系统。2．中温制冷剂（或中压制冷剂）这一类制冷剂适用于0℃to-50℃。Pk≤15～20kgf/cm2，它用于空调、冷藏、制冰等多种制冷机，主要有NH3、R22、R142、丙烯、丙烷等。3．低温制冷剂（高压制冷剂），其to-50℃,Pk≤20-40kgf/cm2,主要有R13、R14、乙烯、乙烷等，这类制冷剂可工作于极低的蒸汽温度而压力不致过低，多用于复叠式低温装置。四、氟里昂特性R22：R22不燃烧、不爆炸，毒性比R12稍大，在有铁存在的情况下温度达550℃时才会分解。R22为中温制冷剂，在大气压力下的饱和温度为-40.8℃，凝固点为-160℃，水在R22液体中的溶解度比R12大，当制冷剂中含水量多时，同样也会产生节流阀结冰阻塞现象。因此要求其含水量不得大于0.0025%，加入制冷剂前，系统应进行干燥。R22和润滑油能部分溶解，其溶解度随温度变化而变化，润滑油对制冷系统工作的影响与R12的情况基本相同。R22对金属的作用也与R12相同，但对有机物质，R22的腐蚀性更强，渗漏性也更大。R22的单位容积制冷量，比R12大40%～60%，但压缩机排气温度也较高。R22广泛应用于空调装置，或用于双级制冷系统以获得-50℃-80℃的低温，也用于重叠式低温系统的高压级。五、载冷剂载冷剂：是制冷系统中借以传递冷量的物质。载冷剂将制冷机制得的冷量传递给冷却对象，它可以是液体，也可以是气体。常用的载冷剂有水、盐水和空气。如在制冷系统中，蒸发盘管沉浸在盐水槽中，槽内盐水吸收了蒸发盘管的冷量，使盐水温度下降，然后将冷量传递给冰桶中的水，冰桶中的水不断通过盐水从蒸发盘管中获得冷量，经过一段时间最后便被凝结成冰。一般对载冷剂的要求是：比热大，凝固点低，对金属及有关的设备材料腐蚀性小，价格便宜，容易得到。（1）空气：比热很小，只有采用空气直接冷却时才采用。（2）水：比热大，但凝固点较高，因而只能用于0℃以上的制冷系统。（3）盐水：在水中放入盐，其凝固点降低了。因而在0℃以下的制冷系统中常采用盐3水作载冷剂，常用的盐水有氯化钠（NaCl）和氯化钙（CaCl2）盐水。盐水的凝固点随着盐的含量而变化。析冰线、析盐线、冰盐共晶点，盐水的浓度应根据制冷系统中盐水的工作温度选择，首先应确保盐水在蒸发温度下不会凝固，但浓度也不宜过高，以免由于比重稍大使盐水流动性变差，盐水循环泵及盐水搅拌机的动力消耗增大。一般取盐水的凝固点比蒸发温度低6～８℃，但不得超过相当于冰盐共晶点的浓度。氯化钠水溶液和氯化钙水溶液的特性表见附表，氯化钠水溶液的冰盐共晶点温度为-21.2℃，此时氯化钠的浓度为29%，因此，只有当制冷剂的蒸发温度高于-16℃时，才能采用氯化钠水溶液作载冷剂。对于氯化钙水溶液，由于它的冰盐共晶点温度-55℃，此时氯化钙的浓度42.7%，所以只要蒸发温度高于-50℃，都可以采用氯化钙水溶液作为载冷剂。附表：盐水特性表盐水名称Cacl2盐水Nacl盐水Mgcl2盐水水盐共晶点温度℃-55-21.2-33.6浓度42.72925.9适用于蒸发温度℃＞-50＞-16＞-27盐水溶液对金属有腐蚀性，使用时要加缓蚀剂。使用氯化钙溶液时，一般1m3氯化钙溶液中加入重铬酸钠1.6kg，使溶液呈中性（PH=7），再按每公斤重铬酸钠加0.27kg氢氧化钠，使溶液呈弱碱性（PH=8.5）。当使用温度更低时，可采用丙二醇（凝固点为-60℃），乙二醇、酒精等作为载冷剂，或采用二氯甲烷（凝固点为-97℃）作为超低温载冷剂。六、润滑油制冷机用的润滑油应满足以下性能要求。1、运转状态下润滑油具有适当的粘度为了保证压缩机各磨擦部位形成油膜并带走磨擦热量，还要求润滑油保持适应的粘度，粘度过高将导致电耗增加，粘度过低会缩短摩擦零件的寿命甚至造成磨擦面拉毛咬合。2、热稳定性能好制冷压缩机的排气温度较高，这时排出气体中所夹带的润滑油容易分解、燃烧而结炭使润滑恶化或造成零件损坏。因而要求冷冻机油具有良好的热稳定性。热稳定性一般是用润滑油的闪点来衡量的。闪点是指润滑油的蒸汽与火接触发生闪火的温度。油的闪点必须高于排气温度，因此，NH3、R22冷冻机所采用的润滑油的闪点应达到160℃以上。3、低温下的流动性好：压缩机排出气体中不可避免地会带有一定数量的润滑油，流经系统中的油分离器将大部分分离出来，但还是有部分随着冷却后的制冷剂液体进入蒸发器。由于蒸发器温度较低，润滑油粘度增加，流动性变差，当达到一定温度时润4滑油完全停止流动，此时即为润滑油的凝固点。制冷机要求润滑油的凝固点较低，特别是低温制冷机中选用润滑油时凝固点很重要。否则油的流动性降低，油膜增厚并粘附在蒸发器传热表面上，使传热阻大大增加，传热恶化，导致制冷量下降。严重的节流造成蒸发器阻塞，机器无法正常工作。各种冷冻机油的凝固点都在-40℃以下，能够满足一般用途的制冷机的使用需要，蒸发温度更低时，可采用精密仪表油，其凝固点可达-60℃。七、润滑油和制冷剂的互溶性制冷机中润滑油和制冷剂保持接触，在循环中有一部分混合。按互溶性可分为三类：1．基本上不溶或只有少量溶解的制冷剂：如NH3、R13、R14、R115等，由于油不能和制冷剂互溶，进入系统的润滑油呈游离状态，粘附在传热表面上，使传热效率降低，特别是蒸发器中的润滑油由于流动性差难于放出。2．与润滑油可以无限溶解的制冷剂：如R11、R12、R113等。互溶强有利于回油。但会使制冷剂的饱和压力降低。同时，由于制冷剂溶解到润滑油中，使润滑油稀释，粘度和凝固点降低。3．在一定温度范围内与润滑油有限溶解的制冷剂：如R22、R114等，润滑油和制冷剂的互溶解性与温度和压力状况有关，制冷机停车时制冷剂在油中溶解量增加，压缩机起动时由于曲轴箱压力降低，油中溶解的制冷剂剧烈蒸发，油面上产生泡沫，可造成奔油现象发生。N46号冷冻机油性能指标：运行粘度（50℃时）CSt25～29腐蚀性试验合格凝固点℃不高于-40℃水溶性酸和碱无闪点（开口）℃不低于170℃机械杂质无酸值KOHmg/g不大于0.02水份无灰分%不大于0.01八、螺杆式制冷机原理螺杆式(即双螺杆)制冷压缩机具有一对互相啮合、相反旋向的螺旋形齿的转子。其齿面凸起的转子称为阳转子，齿面凹下的转子称为阴转子。转子的齿相当于活塞，转子的齿槽、机体的内壁面和两端端盖等共同构成的工作容积，相当于气缸。机体的两端设有成对角线布置的吸、排气孔口。随着转子在机体内的旋转运动，使工作容积由于齿的侵入或脱开而不断发生变化，从而周期性地改变转子每对齿槽间的容积，来达到吸气、压缩和排气的目的。互相啮合的转子，在每个运动周期内，分别有若干个相同的工作容积依次进行相同的工作过程，这一工作容积，称为基元容积。它由转子中的一对齿面、机体内壁面和端盖所形成。螺杆式制冷压缩机的运转过程从吸气过程开始，然后气体在密封的基元容积中被压5缩，最后由排气孔口排出。阴、阳转子和机体之间形成的呈“V”字型的一对齿间容积(基元容积)的大小，随转子的旋转而变化，同时，其空间位置也不断移动。图3—1表示了基元容积的工作过程。九、螺杆压缩机的结构6十、辅助设备1．油分离器由于螺杆制冷压缩机在工作过程中喷入大量的润滑油，如本机润滑油循环量为120升/分，这样，大量的油随排气排向油分离器，这就给油分离器的效果提出了更高的要求。机组采用高效率的立式油分离器。分离效果可达99.99%发上，分油器下部兼作贮油器用，油面最高位置不得超过油面计的4/5，最低位置不得低于油面计的1/5处。机组用于氟里昂工质时，在油分离器下部装有一油加热器，因停车时，氟里昂大量溶于油中，开车前，特别是环境温度较低时，必须对油进行加热，让氟里昂慢慢蒸发，保证正常开车而不大量奔油，氨机则不用装油加热器。2．油冷却器经由螺杆制冷压缩机的油必须在油冷却器中冷却，机组配用一卧式壳管油冷却器，油在管外，水在管内，通过调节水量可调节油温，因此，油冷必须专管供水，供水压力不得低于1.5kgf/cm2。由于水中杂质会在冷却器沉淀而降低传热系数，因些，冷却器必须定期检查和清洗。在正常工况下，机组的油温为40～60℃。3．油过滤器机组有粗过滤器和精过滤器。油粗过滤器外壳为Φ108钢管及法兰，焊有进出油接管。内装有50目/吋的不锈钢丝滤网胆，油从网胆内表进入，经过滤后流入油泵。油精滤器外壳为Φ159钢管及钢法兰，焊有进出油孔，及油压调节阀口，内装席状不锈钢钢丝布的滤网胆滤净油中杂质，网胆内装有一组永久磁铁，以便吸住油中铁质粉末杂质，由油泵来的油经网胆内表进入，经外表再进入供油总管。在油精滤器进出口有支管与压差继电器相连，如果进出油压力差超过1kgf/cm2，就使压缩机电机停车，同时故障指示灯亮，即告之滤油器已经阻塞，必须拆卸清洗。清洗时，压缩机必须停车，关闭油精滤器上的三个阀门，慢慢松开油精滤器上的放空螺丝，使压力与大气压力相等，然后拆卸盖子取出滤网进行清洗，清洗可在煤油或汽油中清洗，并用压缩空气猛吹，滤网用灯光照射透亮为止，第一次运行1.5～2小时后进行清洗，第二次应在运行4—5小时后再清洗，以后正常运转。4．油泵机组使用的外油泵为转子油泵，配用3KW电机，油量为120升/分，转向对着电机为逆时旋转，压缩机起动前先开油泵，产生油压，同时压缩机能量调节到0%的位置，此时，压缩机才能启动。当吸、排油压差大于3kgf/cm2，润滑油就在排油端通过油压调节阀回到油冷却器，当油压差低于1kgf/cm2时，压差控制器起作用，使油泵与压缩机同时停车。5．油压调节阀油压调节阀的作用是调节润滑油压力保证油压高于排气压力2—3kgf/cm2，同时它起油泵安全阀的作用，将过量的油回流到油冷却器，调节时需开动油泵