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制冷机械与设备



作者:帝王棋牌    发布时间:2020-08-22 17:40


  制冷机械与设备_机械/仪表_工程科技_专业资料。第 十章 制冷机械与设备 第一节 食品冷冻技术 第二节 压缩制冷循环 第三节 制冷剂及载冷剂 第四节 制冷系统的主要设备 第一节 食品冷冻技术 冷冻在食品工业中的应用是相当广泛的,它的作用 是作

  第 十章 制冷机械与设备 第一节 食品冷冻技术 第二节 压缩制冷循环 第三节 制冷剂及载冷剂 第四节 制冷系统的主要设备 第一节 食品冷冻技术 冷冻在食品工业中的应用是相当广泛的,它的作用 是作为食品加工的手段和防止食品腐败。冷冻贮藏 食品,能延长食品保存期限,减少食品损耗,以及 加工冷冻食品等。 一、制冷技术在食品工业中的应用 二、食品冷冻技术 三、一般制冷方法 四、制冷技术理论基础(冷冻原理) 一、制冷技术在食品工业中的应用 1.冷冻制品速冻制品的加工和低温加工 eg 冰淇淋、速冻水饺、速冻蔬菜。 低温加工:啤洒低温发酵(2~3℃),碳酸饮料在充 气前冷却3~5℃(此时,二氧化碳溶解量大,充气最 大。地下水温度为7℃,夏天江河水温18-20℃。) 2.食品的贮藏(冰柜、冷库) 3.食品加工的特殊手段 ? 冷冻浓缩、冷冻干燥。 4.食品生产车间的空气调节 二、食品冷冻技术 制冷技术是利用某种装置,以消耗机 械功或其他能量来维持某一物料的温度低 于周围自然环境的温度。这种技术是建立 在热力学的基础上的,是现代食品工程的 重要基础技术之一。 人们通常把冷冻分为两种:一般冷冻和深度 冷冻。 一般冷冻:冷冻温度范围在-100℃以内, 深度冷冻:冷冻温度范围低于-100℃ 食品工业多采用一般冷冻温度范围多在 -18℃以上。多采用压缩式单级冷冻机制冷 系统。 冰箱的冷藏室:3~5℃,冻藏室-18℃。 深度冷冻多用于化工、医药。 三、一般制冷方法 1、空气压缩制冷 2、蒸汽压缩式制冷 3、吸收式制冷 4、蒸汽喷射式制冷 1、空气压缩制冷 这种制冷方法是利用大气中的空气作制冷剂。空气首先在压缩机中绝热压缩.5~0.6Mpa, 然后在等压下以冷水冷却至可能的温度;冷却后的空气于膨胀阀中绝热膨胀,空气温度继续 降低;然后温度降低的空气再通过制冷器,在等压下吸取热量,使之回升至原来的温度,再 回到压缩机中,进行另一循环。 它的制冷循环是以两等压过程代替逆卡诺循环中的两等温过程。 这种制冷方法是利用大气中的空气作制冷剂。 空气首先在压缩机中绝热压缩0.5~0.6Mpa, 然后在等压下以冷水冷却至可能的温度;冷 却后的空气于膨胀阀中绝热膨胀,空气温度 继续降低;然后温度降低的空气再通过制冷 器,在等压下吸取热量,使之回升至原来的 温度,再回到压缩机中,进行另一循环。 它的制冷循环是以两等压过程代替逆卡诺循 环中的两等温过程。 其特点是制冷系数较小,故经济性较差; 由于在制冷过程中物质不发生集态变化,无潜 热可利用。故单位制冷量也较小; 为了获得足够的制冷量,则需用比较庞大 的设备,必造成动力消耗大,成本高; 同时当冷却温度降到0℃时,由于冰霜生 成,致使操作用难,故在现代工业中基本上被 淘汰。 2、蒸汽压缩式制冷 这种方法是用常温及普通低温下可以汽化 的物质作为工质(氨、氟利昂及某些碳氢 化合物),工质在循环过程不断发生集态 变化(即液态→气态,气态→液态),这 是食品工业中使用广泛的制冷方法。 制冷循环为: 在蒸发器中产生的低压制冷剂蒸发(状态1),在压缩机中 被压缩到冷凝压力,消耗了机械功W,此时为绝热压缩过程, 同时温度不断升高;然后压缩后的蒸汽在过饱和状态下(点 2)进入冷凝器中,因受到冷却介质(水或空气)的冷却而 凝结成饱和液体(点3),并放出热量,其冷凝结成饱和液 体,并放出热量,其冷凝过程为一等温等压过程; 由冷凝器出来的制冷剂液体,经膨胀阀进行绝热膨 胀到蒸发压力,温度降到与之相应的饱和温度。此 时已成为两相状态的汽液混合物;然后进入蒸发器, 进行等温等压的蒸发过程,以制冷量Q。并回复到 起始状态,完成一个循环。 由此可见,蒸汽压缩式制冷循环的蒸发过程 和冷却过程是在等温度情况下进行的,不可 逆性小,故循环的制冷系数大。 它是利用液体的蒸发过程来制冷,故单位制 冷量大; 同时,在蒸发器和冷凝器中都是有集态改变 的传热过程,传热系数较大,因而设备不是 很庞大。 3、吸收式制冷 吸收式制冷方法与压缩式不同,它是利用热能以代替机械能而工作的。吸收式制冷系统使用了 两种工质,一种是产生冷效应的制冷剂;另一种是吸收制冷剂而生成溶液的吸收剂。对制冷剂 的要求与压缩式的相同,而对吸收剂则必须是吸收能力强,同是在相同压力下,其沸点要远高 于制冷剂的沸点。因而,当溶液受热时,蒸发出来的蒸汽中,含制冷剂多,而含吸收剂很少。 吸收式制冷方法与压缩式不同,它是利用热 能以代替机械能而工作的。吸收式制冷系统 使用了两种工质,一种是产生冷效应的制冷 剂;另一种是吸收制冷剂而生成溶液的吸收 剂。 对制冷剂的要求与压缩式的相同,而对吸收 剂则必须是吸收能力强,同是在相同压力下, 其沸点要远高于制冷剂的沸点。因而,当溶 液受热时,蒸发出来的蒸汽中,含制冷剂多, 而含吸收剂很少。 蒸汽压缩式制冷所采用的制冷剂为一远较0℃ 为低的温度下即能转变为蒸汽状态的物质, 且此蒸汽经压缩复可转变液态。例如:NH3 在大气压下的沸点为-33.4℃,所以可在低温 下蒸发而吸热,达到制冷目的,蒸发后的低 压蒸汽又可经压缩机和冷却水冷却使之冷凝 为液态NH3。液氨经过膨胀阀以降低压力, 又开始其蒸发过程。 通常采用的工质为氨和水的二元溶液,其中 NH3 为制冷剂,水为吸收剂。 工作过程:温、低压的氨蒸汽,从蒸发器出来后进入吸收 器。在吸收 器中,氨蒸汽被低压的稀溶液吸收,吸收所产生 的吸收热由冷却水带走。吸收后的氨溶液由泵升压经换热器 加热后进入发生器。 在发生器中,因加热而将高温、高压的氨蒸发出来,然后进 入精馏塔;同时发生器内变稀的溶液经换热器和节流阀再回 到吸收器中。进入精馏器的蒸汽被冷却水冷却后,含制冷剂 多的蒸汽进入冷凝器,而含制冷剂极少的稀溶液回到发生器。 由冷却水带走热量,使蒸汽冷凝。 冷凝后制冷剂经过节流阀进入蒸发器,并向被冷却物质吸取 热量。以上部分的系统实际上起了将低压、低温制冷剂蒸汽 变成高压、高温蒸汽机的作用。即执行了压缩式制冷系统中 的压缩机的任务。 其特点:无运动不见,无噪音,运转 4、蒸汽喷射式制冷 蒸发喷射式制冷机与吸收式制冷机一样,以 消耗热能来完成制冷机的补偿过程。 它是利用高压水蒸汽通过喷射器造成低压, 并使水在此低压蒸发吸热的原理进行制冷的。 制冷剂是水。 工作原理: 锅炉的高压蒸汽进入喷射器中,工作蒸汽在喷嘴中膨 胀,获得很大的汽流速度(800-10000m/s)。由于 这时压力能变为动能,产生真空,使蒸发器中的水蒸 发成蒸汽。当蒸发器中的水蒸发时,就从周围的水中 及取热量,使其成为低温水,供降温使用。 工作蒸汽与低压蒸汽在喷射器的混合室内混 合后即进入扩压器,在扩压器中速度下降, 动能又变为位能,压力升高,然后混合蒸汽 就进入冷凝器中冷凝成水,一部分送回锅炉, 另一部分送入蒸发器,提供所须的冷量。 四、制冷技术理论基础(冷冻原理) 制冷过程是将热能从低温物体取出,并将其放 到高温物体中的物理过程。 根据热力学第二定律,这种过程(热能够自动 地从高温物体传递给低温物体)只有在加入外 功的情况下才有可能,即借助于冷冻机的外加 功才行。 热力第一定律:△U=Q-W,△U---物系状态 变化时内能的差值△U,Q---物系吸热,W— 物体对环境作的功。 1、热力循环的概念 在实际应用上,需要的是连续不断的热 与功转换,为此,应要使工质经过若干个 过程后,回复原来的状态,而又完成了热 与功的转换。在这种转换过程中,工质状 态发生周期性变化,称为热力循环。 根据热力第一定律:△U=Q-W,△U---物系 状态变化时内能的差值△U,Q---物系吸热, W—物体对环境作的功 因为工质经过一个循环后,回复到原来的状 态,所以对一个热力循环来说,工质的内能没 有变化,经过一个循环,体系对外的热交换和 功交换的关系是: q (du dw) dW W q (du dw) dW W 体系完成一个循环对外界的热交换是,从 热源吸收的热量q1和对冷源放出的热量q2 代数和,称为“净热”。所以 q= q1+q2。 同理,功交换也是“净功”,也是体系对 外界和外界对体系所作功的代数和。所以 可以说体系循环的净热等于净功。 体系从外界吸收的热量q1并没有完全 变成功,而是一部变成功,其余部分又放 给外界。工质从温度较高的热源吸热,并 向温度 较低的冷源放热q2(冷源损失)。 对于热机来说,总希望它所吸 收之热q1 变成功的部分愈多愈好,冷源损失愈少愈 好,衡量这种 热能利用效果的指标叫循环 热效率,定义为 W q1 q2 1 q2 q1 q1 q1 热效率就是循环中加入热量转变为有用功 的百分数。 热力学第二定律表明,循环热效率不能达 到100%。其最大极限是多大? 卡诺循环。 卡诺循环由 两个定温过 程和两个绝 热过程所组 成。 1-2线线线线为绝热压缩过程 (PV、TS为一种顺时针进行的热力循环) 设热源温度T1,冷源温度T2,在整个循环中保持恒温。在经 过一个循环后,工质吸热q1=T1△S(为TS图上1-2-5-6-1 所围之面积)。.放热q2=T2△S(为TS图上4-3-5-6-4所 围之面积),△S=S2-S1,则卡诺循环效率 1 q2 1 T2 q T 2、制冷的基本概念 (1)逆卡诺循环 (2)制冷过程(氨制冷循环原理) (3)制冷量 (4)制冷系数 (1)逆卡诺循环 1-2线工质作绝热压缩(等熵),2-3线工质作等温压缩(等熵) 3-4线工质作绝热膨胀(等熵),4-1线工质作等温膨胀(等熵) 与卡诺循环相反,逆时针循环。 这4个过程均为可逆,所以它是一个理论的循 环,在工业生产上是不能实现的,但可作为 实际制冷循环完善程度的比较标准。 在实际的制冷循环中,不仅压缩和膨胀不可 能是绝热过程,而且在两个等温过程中,放 热侧工质温度必高于热源(冷却介质)的温 度。吸热侧的工质温度必低于冷源(被冷却 的物体)的温度(即非可逆过程)。 (2)制冷过程(氨制冷循环原理) 氨液在1atm以下,吸热气化后,其低压低温蒸汽必须设法回复到液体状态, 才能继续进行制冷。 系统中的制冷剂(氨)饱和蒸汽被压缩机吸入压缩,成高压高温的过热蒸 汽,此过程为等熵过程。制冷剂(氨)的高压高温过热蒸汽,其温度高于 环境介质(水或空气)的温度,其压力使制冷剂(氨蒸气)能在常温下冷 凝成液体状态。因而排至冷凝器时,经冷却、冷凝成高压的氨液,把热量 传给冷却水,为等压过程。 高压液体通过膨胀阀时,因节流而降压,在压力降低的同时,氨 液制冷剂因沸腾蒸发吸热,而使其本身的温度也相应下降(只要 降压足够,应可使其温度降低到所需要的低温),为等焓过程。 把这种低压低温的氨(制冷剂)引入蒸发器,蒸发吸热,发生冷 效应,使周围空气及物料温度下降,为等压等温过程。从蒸发器 出来的低压低温蒸汽重新进入压缩机,这样就完成了一次制冷循 环。 (3)制冷量 任何制冷系统和制冷机产生的冷效应,即制冷剂 从被冷却物体中所能取出的热量,称为制冷量Dr 制冷能力。 它可用单位质量制冷剂所吸热的热量q0来表示, 其单位J/Kg。也可用单位容积制冷所吸收的热量 vs.来表示。其单位为J/m3. 对于理想的逆卡诺循环,其理想的制冷量 q0 TC (s2 s3 ) Tc(s1 s4 ) q0 TC (s2 s3 ) Tc(s1 s4 ) 可见理想制冷量与冷源(被冷却 介质)温度T c有关,而与热源 (冷却的物体)的温度Th无关。 冷源温度愈高,则制冷量愈大。 (4)制冷系数 制冷系数定评价某具体制冷循环经济性的一项指标。 它是衡量制冷机工作的重要指标。 它表示制冷循环中的制冷量q 0与该循环消耗的外功 W之比,即: q w 换言之,制冷循环的制冷系数ε是表示消耗单位外功 所能获得的制冷量。 对于逆卡诺循环的理想制冷系数εi应有: i q0 w q0 qh q0 Tc (s1 s4 ) Th (S1 S4 ) Tc (S1 S4 ) Tc Th Tc 可见,逆诺循环的制冷系数仅取决于热源温度 Th和冷源温度下Tc,而与工质(制冷剂)的性 质无关。 而热源温度Th愈多,冷源温度Tc愈低,则制冷 系数愈小。这个结论在制冷技术上有着十分重 要的指导意义。 实际制冷循环的制冷系数要低于上述的 理想制冷数值。即逆卡循环的制冷系数最高, 制冷最为经济。 实际上,为了提高制冷系数,要适当地 使制冷机在较小温度范围内工作,因此,就 必须尽可能地在放热侧采用较冷的冷却剂来 冷却制冷剂,同时在吸热侧也不希望制冷剂 达到不必要的过低温度。 第二节 压缩制冷循环 以下介绍在工业上应用最为广泛的蒸汽压 缩式制冷循环。 一、单级蒸汽压缩制冷理论循环 二、单级压缩制冷实际循环系统 三、双级压缩制冷循环 一、单级蒸汽压缩制冷理论循环 压缩机、冷凝器,膨胀机和蒸发器组成,这种制 冷循环模式只是非常理想的情况。实际上,由于 存在下列原因,蒸汽压缩式制冷循环必须具备更 为切合实际的组成部分和操作条件: (1)因为膨胀机的构造复杂,且收效不大,实 际中以构造简单,操作方便的节流阀代替。工 质经过节流阀是一个等焓变化,所以制冷量相 应地减小。 (2)为了增加制冷量,提高制冷系数,制冷剂在 冷凝器中冷凝成饱和液体后,再经过冷器冷却而 冷凝成饱和液体后,再经过冷器冷却成过冷液体。 图中3-3`表示。于是节流膨胀过程即转化为3-4 线所代表的过程。由图可显然看出,制冷量因此 增加了4-4以下的一块矩形面积。 实际制冷循环冷凝温度影响制冷量,T低,制冷量大. (3)在理想循环中,进入压缩机的是湿蒸汽 状态的制冷剂,压缩过程是在湿蒸汽区域内 进行,称为“湿法压缩”。 湿法压缩中,由于液滴的不可压缩性, 就会产生液击危险,对压缩性,就会产生液 击的危险(敲缸),对压缩机和原动机均不 利。 因此,在实际过程中,须加装液体分 离器,将湿蒸汽中的液体分离出来,保证 压缩机吸入的为干饱和蒸汽,这样,压缩 机的压缩过程就不是1‘-2‘线,而是在过热 区进行的1-2线,称为“干法压缩”。 由此可见,实行干法压缩虽增加了1‘-1线所 代表的制冷量,另一方面却增加了1-2-2’-1所代 表的功耗。而且功耗增加要比制冷量增加为大, 所以制冷系数总的是减小了。但考虑到上述湿法 压缩的严重危险,采用干法压缩势在必行。 考虑了上述诸原因及其相应的措施之后,实际蒸汽压缩式制冷有 图,所示1-2-2`-3`-3-4-1的封闭环路线线)被压缩机吸入,经干法压缩至终点, 即过热高压蒸汽(点2)。是绝热等熵的压缩过程(温度升高, 压力升高)。 2-2`线:上述高压过热蒸汽送入冷凝器后,在等压下被冷 却至饱和蒸汽(点2`)。是等压放热过程。 2`-3`线:在上述冷凝器中,在等压等温下被冷却水冷凝而 成饱和液体。是等压等温放热过程。 3`-3线:饱和液体经过冷器在等压下被冷却成过冷 液体(点3)。是等压过程。 3-4线:过冷液体经节流阀节流减压成略带蒸汽的 液体。是等焓过程。 4-1线:此液体在气液分离器中将所带饱和蒸汽分出, 而饱和液体则经蒸发器蒸发变成蒸汽,进入气液分离 器分离出液沫而成为饱和蒸汽,两饱和蒸汽合并为压 缩机所吸入。是等压等温吸热过程。---制冷过程。 有些制冷机循环还对蒸发器之后进入压 缩机之前的制冷剂蒸汽进行过热,这样压缩 机吸入就是过热蒸汽,实现干法压缩。 可以看出,制冷机综合了压缩机、冷凝 器、膨胀阀、蒸发器等机件。为了提高制冷 机效率及保证制冷系统安全稳定,在实际制 冷系统中,还加装油分离器、贮液桶、空气 分离器等附属设备。下面介绍。 二、单级压缩制冷实际循环系统 氨的低压蒸汽,在压缩机内压缩成高压的过热蒸汽。经油分 离器,进入冷凝器冷却,冷凝成液氨,把热量传递给水。高 压液氨进贮氨器,经调节站,通过调节阀节流降压-------→ 氨液分离器→液体→蒸发器;气体进压缩机(作用) 三、双级压缩制冷循环 为什么采用双级压缩制冷循环? 通常的单级压缩式制冷循环,蒸发温度只能 达到-25℃左右,当生产上需要更低的蒸发 温度时,单级制冷循环便不适应了(欲获得 更低的制冷温度,则蒸发压力就变得更低)。 如果依靠单级压缩机压缩,则压缩比 ( p高压 p低压 )过大, T c T T h c 制冷量小(余隙产生不利的影 响,余隙随压缩比的增大而减小).功耗不经济。 另外,压缩比过大,压缩终了时蒸汽的温度很 高,须采用高着火点的润滑油压缩机,且温度高使 润滑油的粘度下降,被高温氨气带走的润滑油也较 多(即润滑油混入氨气中的多),同时温度上升, 使润滑油和氨会分解;气缸易变形;这些对安全运 行都是不利的,此时,若采用双级压缩制冷,能改 善这些不利困难。 双级压缩制冷循环,是指来自蒸发器的氨 蒸汽要经过两次压缩后,才进入冷凝器, 在两次压缩中间过程设置中间冷却器,用 中压氨液的蒸发吸热来冷却第一次压缩的 过热蒸汽。 双级压缩制冷循环较单级压缩制冷循环的优点: 1.每台压缩比低,排气温度低,气缸吸气系数高,且压 缩机润滑工作良为。 2.制冷效率高(功耗减少,或省功) 但所需设备投资较单级大,操作较复杂,所以 一般压缩比 p高压 8时, p低压 采用双级压缩较为经济合理。对于氨压缩机来说,当蒸 发温度在-25℃以下时,宜采用双级压缩制冷。 制冷剂在各状态 的参数变化图。 在蒸发器中所形 成的低压低温制 冷剂蒸汽(点 1),被低压压 缩机吸入,经压 缩到中间压力的 过热蒸气(点 2),进入同一 压力的中间冷却 器,被冷却至干 饱和蒸气(点 3), 接着高压压缩机吸 入如下干饱和蒸汽: 1)来自低压压缩机 的已被冷却(放热)得 干饱和蒸汽(点3); 2)经膨胀阀Ⅱ节流 降压的制冷剂(9液 体部分),在等压等温 气化(吸热,以冷 却低压压缩机排出 的中压过热蒸汽) 所形成的干饱和蒸 气(点3),以上两 者为中压干饱和蒸 气。 中压干饱和蒸 汽在高压压缩 机中被压缩到 冷凝压力的过 热蒸气(点4), 在冷凝器中冷 却到干饱和蒸 汽(点5),进 一步冷凝成制 冷剂液体(点 6), 然后,分成两路: 一路经膨胀阀Ⅱ, 节流降压后的制 冷剂(点9),进 入中间冷凝器; 一路在中间冷却 器的盘管内过冷 (放热),过冷后的 制冷剂(点7), 再经过膨胀阀?节 流降压,节流降 压后的制冷剂进 入蒸发器,蒸发 吸热,发生冷效 应。 第三节 制冷剂及载冷剂 制冷剂—— 在直接蒸发 式制冷系统 中循环,通 过其本身的 状态变化, 来传递热量 的工质称为 制冷剂(冷 冻剂)。 如氨、氟利 昂等。 载冷剂——在 间接蒸发式制 冷系统中起传 递冷效应的介 质称为载冷剂 (冷媒)。 载冷剂在蒸发 器中被制冷剂 冷却,然后再 去冷却物料或 冷藏库。如盐 水(氯化钠)、 氯化钙盐水、 冰、冰盐等。 一、对制冷剂的要求 制冷剂在循环中,是在蒸发器中对外输出 冷量(即在低温下吸收热量),在冷凝器 中放出热量,起着热量传递的煤介作用。 各种制冷剂的一个共同特征是它们的临界 温度较高,在常温及普通低温下能够液化。 由于制冷机的大小,构造和材料以在一定 情况下的操作压力与制冷剂的性质有密切 关系,所以在进行压缩制冷时,必须慎重 选用适合于操作条件的制冷剂。特别是在 食品加工中. 对制冷剂有以下几方面的要求: 1.热力学上的要求: 在大气压力下,制冷剂的沸点要低,即易蒸发。 制冷剂的临界温度要高,至少要高于一般冷却 水的温度,即就可以在冷凝器内液化。 制冷剂在蒸发器内的压力最好能与大气压力相 近或稍高于大气压,在冷凝内压力不应过高, 这样空气就不会渗入系统,制冷剂也不会自系 统渗出。(避免空气窜入制冷机系统中,降低 传热系数以及增加压缩机的功率消耗。) 制冷剂的汽化潜热应尽可能地大,蒸 汽容积小,循环量减少,即单位制冷能力 大。 导热系数和散热系数大,以提高热交 换器的传热效率。 2.物理化学上的要求: 制冷剂对金属不应有腐蚀作用。 比重和粘度要小,使制冷剂循环流动阻力小。 化学性质稳定,不燃烧,高温高压下不分解, 不与润滑油发生反应。不爆炸。 3.生理学上的要求: 对人无毒、无害 4.经济上的要求上: 易于购得,价格低廉。 二、常用的制冷剂 工业上已采用的制冷剂很多,目前常用有 以下几种,氨,氟利昂-12,氟利昂-22,氯 甲烷,二氧化碳。 1.氨 具有良好的热力学性质,在工业上被广泛 采用。 氨在1标准大气压下的蒸发温度-33.4℃, 液体密度681.8kg/m?。是一种易于购得,价 格低廉得制冷剂。 使用范围是蒸发温度在-70℃以上,蒸发 压力高于1大气压。冷凝器的压力不超过 1.4Mpa,通常在0.7~1.3Mpa之间。为中 等压力的制冷剂之一。 氨的气化潜热大(-15 ℃, 1312.4 kj/kg),所以氨的单位容积产冷量比较大, 单位重量产冷量4.186× 263.6Kj/Kg,单 位容积产冷量为4.186× 518Kj/m3,因此, 在系统中循环的制冷剂量较少,可以缩小压 缩机和其他设备的尺寸。 氨几乎不溶于油中,但吸水性强,可以避免 在系统中形成冰塞。工业氨含水<0.2%。 氨不腐蚀钢铁,但若含水,则对铜及铜合金 具有氧化作用,(故氨压缩机不能使用铜及 铜合金),对青铜和磷铜腐蚀性小,(故压 缩机轴瓦、活塞环等部件,有时也用此材 料)。 氨具有一种强烈的特殊臭味,对人体器官 有害。空气中含有1﹪(v/v)的氨时,可 能发生中毒事故。 氨可燃,如果空气中含有13.1~26.8﹪ (v/v)氨时,遇火爆炸。 为了减少氨对空气的污染,有些国家对用 氨作为制冷剂已限制使用。 由于氨易得,在我国仍有使用。 2.氟利昂-12(CF2Cl2) 是一种对人体生理危害性最小的制冷剂。 无色、无臭、不燃烧、无爆炸性。 在535℃下,尚不分解。但与水或氧气混合 时,再加热可分解成有害的毒气-光气。 氟利昂在没有水分时,对铜、钢、镀锌铁、 铅、锡等金属无腐蚀性。 在1atm下,沸点-29.8℃,液体密度 1486kg/m?。气化潜热小(-15 ℃, 161.6 kj/kg).在一般的工作条件下,冷凝 器中的压力不会超过11大气压。 极易溶于油中,使油的粘度降低,为保证 润滑可靠,必须用粘度较多的润滑油。 氟利昂-12与水不化合,如有水存在会引起 膨胀阀冰塞。因此含水量小于0.0025﹪。 渗透能力强,能透过极细的缝隙,因无臭味, 渗透不易发现。 缺点:(1)氟利昂-12单位容积产冷量较小, 因此,氟利昂-12压缩机的尺寸较相同产量 压缩机为大. (2)氟利昂-12比重大,循环阻力大,因 此须降低制冷机制冷剂的流动速度,通过 加大其流通断面(如加大管径等)来达到。 三、载冷剂 一般制冷机中蒸发器所发生的冷效应有两种 用法。直接膨胀式和间接膨胀式。 直接膨胀式是将蒸发器直接用冷却装置以冷 却物体,即将低压,低温的液体制冷剂通入 冷库内或者其他冷加工设备上的冷却器一侧, 使制冷剂直接蒸发而产生冷效应。这种使用 冷效应的方法称为直接膨胀式。 但在多数情况下,不是直接用制冷剂,而是间 接用一种盐类的水溶液作为载冷剂。即制冷机 的蒸发器为沉浸式换热器,容器内有NaCl、 CaCl2及MgCl2等盐的水溶液或者糖的水溶液, 液体制冷剂在蒸发器蒸发,吸收盐水溶液的热 量,并使之冷却,然后再用泵将被冷却的水溶 液送入冷库或者其他冷加工设备中,吸收被冷 冻物料的热量,然后再回到蒸发器中,热量又 被制冷剂吸收,如此循环而已。这种方法称为 间接膨胀式。 载冷剂必须具备的条件: 冰点低、热容量大、对设备的腐蚀性小, 价格低廉。 空气或者水是最容易获得的冷媒,空气的 缺点是热容量太小。水的热容量大,但水的凝 固点(冰点)高,只能在0℃以上使用。 在0℃以下的冷冻系统,都采用盐水为载 冷剂,工业上常用的载冷剂一般为NaCl、 CaCl2、MgCl2等调制盐水。 盐水浓度不同,其冻结温度也不同。 因此在选用冷冻盐水及其浓度时,应先考 虑所需冷却到达的温度。氯化钙盐水的最 低冻结温度为-55℃,而实际应用时不宜低 于-45℃,NaCl盐水的最低冻结温度为21℃,而实际上应用的温度不宜低于18℃。 盐作为载冷剂,其缺点是对金属有强烈 的腐蚀作用,造成盐水系统的制备需要经常 更换。在盐水中加抗腐剂或者减少盐水与空 气的接触,可以减弱盐水的腐蚀作用。 盐水在工作过程中,会因吸收空气中的 水分而降低浓度。因此,须定期地进行加盐。 举例:乳品厂冷却牛乳的冷排(缸), 一般用盐水,以防NH3渗漏使牛乳引入NH3 异味。制棒冰多用盐水冷却。 第四节 制冷系统的主要设备 冷冻设备包括冷源制作(制冷)、物料的冻结, 冷却3个组成部分。 制冷机有活塞式、螺杆式、离心式制冷压缩机 组、吸收式制冷机组、蒸汽喷射式制冷机组, 活塞压缩式制冷机组是国内主要的冷源制作装 置;物料进行冻结式冷却的有风冷式、浸渍式 和制冷剂通过金属管、壁和物料接触传热降温 的装置。 现仅扼要地叙述活塞式压缩制冷机工作原理结 构、选择。 制冷系统也称制冷机,是由许多设备组成的,它包 括了压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器等主要而必 要的设备,还包括油分离器、贮液桶、排液桶、气 液分离器、空气分离器、中间冷却器、凉水设备等 附属设备,这些附属设备都是为了提高制冷效率, 保证制冷机安全和稳定设置的。 一、活塞制冷机的主要设备 (一)压缩机 (二)冷凝器 (三)膨胀阀 (四)蒸发器 一、活塞制冷机的主要设备 (一)制冷压缩机 压缩机是制冷机的主要(设备)机器,它 的主要功用是吸取蒸发器中的低压低温制 冷剂蒸汽,将其压缩成高压高温的过热蒸 气。这样便可推动制冷剂在制冷系统内循 环流动,并能在冷凝器内把蒸发器中吸收 的热量传递给环境介质以达到制冷的目的。 活塞式压缩机按活塞的运动方式分为两种: 往复式压缩机(其活塞在气缸里作来回的直线运动); 回转式压缩机(是一个与气缸中心线成不同轴心的 偏心活塞,活塞在气缸里作旋转运动。)食品工厂 和冷库多采用前者,电冰箱采用后者。 按气缸布置方向压缩机的分为: 卧式压缩机——气缸中心线为水平的。 立式压缩机——气缸中心线与轴中线相垂直。 V式、W式及S(扇)式压缩机——气缸中心线相 交,并与曲轴中心线)工作原理 卧式压缩机一般是 双用的其工作原理 如图。 当活塞向左运动时, 左边气缸气体被压 缩,压力增大,并 将排气阀打开,进 行排气;而右边气 缸排气。 当活塞向右边运 动时,则右边汽 缸吸气,而右边 汽缸排气。 压缩机气缸内的活 塞行至终点时,活 塞与气缸塞之间, 保持有一定的空隙 叫余隙。 2)卧式压缩机的构造 构造:机架、气缸、吸气阀、排气阀、填 料、活塞,活塞环、曲柄连杆机构及润滑 装置构成。 当活塞返回时,也就是说当它开始离开汽缸盖时, 起初那些残留在余隙中的已被压缩至排气压力的制冷 剂蒸汽膨胀,在膨胀过程中,蒸汽压力逐渐降低。当 其压力降低至低于吸气压力后,吸气阀门才开启,并 把蒸汽中的制冷剂蒸汽吸入汽缸。 由于余隙的存在,余隙中残留有一定数量的制冷 剂高压蒸汽,推迟了吸气阀门的开启时间,减少了压 缩机从蒸发器吸入的制冷剂蒸汽量,也应是说减少气 缸的有效容积,减少了压缩机制冷能力。 3)影响压缩机吸气系数λq的主要因素。 压缩机吸气系数λ q为吸入低压蒸汽占气缸 容积的百分率,(即气缸容积的利用率), 入q≤1,一般为0.05-0.16. (1)余隙容积的影响 余隙容积大,吸气系数λq小. 不同形式压缩机的余隙大小是不同的,卧式 压缩机的余隙要比立式的大。立式压缩机有 “样盖”,余隙可设计的小些。 (2)压缩比(冷凝压力P?与蒸汽压力P?之比 值)的影响 压缩比大,吸气系数λq小. 压缩比ε= 冷凝压力 P1 蒸发压力 P2 有人计算过,当余隙容 积10﹪,气体膨胀多变指数 m=1.2,ε= P?/P?=17.8时,则吸气系数λq=0。这时 活塞虽然往复运动,但没有气体吸入气缸。 故在过高的压缩比时,采用单级压缩制冷 循环,不仅是不经济,而且是不可能的。 (3)吸排气阀阻力的影响 吸排气阀阻力扩大气缸内吸排气的压力差距, 而且由于余隙的存在,使吸气量有所减少(吸 气系数λ q 小)。 (4)吸入气体被加热的影响 气体在气缸里压缩时要升温,活塞在汽缸内 运动,磨擦产生热量,低压气体吸热升温。 气体因温度升高,体积膨胀,使吸气量相应 减少(吸气系数λ q 小) 。 (5)泄漏的影响 少量高压气体会从活塞环与气缸壁之间不 密封处泄漏,吸排气阀门关闭不严或关闭 滞后,也会造成泄漏,使压缩机吸气量相 应减少。 4)特点 产冷量大,操作稳定,机身笨重、占地面 积大、转速慢、操作稳定、气缸(因受活 塞重量作用)单面磨擦大。 2、立式压缩机 1)工作原理 吸气阀门装在活塞顶部, 当活塞向下运动时,吸气 阀门被打开,汽缸进行吸 气。当活塞向上运动时, 气缸内蒸汽压力逐渐增大, 吸气阀门自行关闭,随着 活塞上移,气体压力大于 冷凝压力时,即顶开样盖 (安全板)上的排气阀门, 并将气体压入高压管路中。 2)构造 常用的为双缸、 单作用、直流 式的立式压缩 机。 其主要构件有: 曲轴箱、气缸、 活塞、气阀、 活塞环、水套、 曲柄连杆机构, 润滑装置等。 ①曲轴箱:是立式和V式 等压缩机的机架,承受机 件所产生的力。用铸铁制 成。 ②气缸:在这里进行制冷 剂的吸入,压缩与排出等 过程。汽缸两端有低压气 体入口和高压气体出口。 上部有上盖,下部与曲轴 箱连通。里面有样盖(安 全板),用缓冲弹簧压紧。 如果气缸内吸入氨液,产 生较大的压力(液体是不 可压缩的),样盖就能向 上升起,将氨液放入排气 腔内,压缩机发出响声, 称为敲缸,发现敲缸,应 及时纠正。 ③活塞与气阀 活塞是由铸铁或 铝合金制成。 吸气阀装在活塞 上部,排气阀装 在样盖上。 制冷剂在气缸内 运动路线,由吸 气阀至排气阀排 出止,是同一方 向,故称为直流 式。而卧式压缩 机为非直流式。 ④活塞环 又称涨圈,装在活塞表面上 的槽内。有上下活塞环。 上活塞环为封环,使活塞与 气缸壁之间形成密封。避免 制冷剂蒸汽从高压侧窜入低 压侧,以保证所需压缩性能。 同时能防止活塞与气缸壁的 直接磨擦,有保护活塞的作 用。活塞磨损后修理困难, 活塞环损坏可更换新的。 下活塞环为油环(刮油环), 用途是刮去气缸上多余的油 量。 大多数立式等压压缩机,每 个活塞上有3—4个封环。1 个油环。 ⑤水套 汽缸上部周围 有水套,因汽 缸摩擦发热, 以及高压高温 气体的影响, 水套起冷却作 用,将气缸上 部工作腔的温 度降低。 ⑥曲轴连杆机构 由曲轴,连杆、活塞组成的 传动机构见图11-13。曲轴 的旋转运动改变为活塞的上 下往复直线运动。 曲轴在单位时间内旋转的圈 数,即为压缩机的转速数, 曲轴转动时,带动连杆作上 下左右的摆动,使与连杆小 头相连接的活塞在气缸中作 上下的直线运动。当活塞上 移至最高位置(活塞离曲轴 中心线最远点时),称活塞 上止点。当活塞下移至最低 位置,称为活塞下止点。上 止点和下止点之间的距离称 为活塞行程。 ⑦润滑装置 压缩机的润滑油循环是依靠齿轮油泵进行 的,齿轮油泵的作用是将曲轴箱内的润滑 油输送到压缩机的各运动部件。齿轮油泵 吸排油压力差,应在0.6~1.5atm范围内。 3)特点 机器灵活、轻便、转速快、占地面积小、 摩损小,气缸受热情况良好。 生产能力12000~35000w,适合一般工 厂制冷应用。 3、V式、W式及S式压缩机 该型式压缩机的气缸 中心线相交,并与曲 轴中心线成一角度, 其字母表示气缸不同 布置的形式,图1114是高速、多缸、现 代型压缩机。结构见 图 特点: 1)高速 指压缩机转速高,一般n=960~1440rpm。 转速高,能提高压缩机的产冷量,减少机器 的尺寸及重量,节省材料。采用了轻合金材 料及制造工艺进步,为提高转速提供了有利 条件。 2)多缸 指一台压缩机的气缸数目多。常用2,4,6, 8,四个气缸数目。多缸压缩机的结构合理, 布置紧凑,达到良好的动平衡性能。以不同 压缩机的结构合理,布置紧凑,达到良好的 动平衡性能。以不同气缸数目,组成不同产 冷量的压缩机,提高了产品的三化,便于制 造,使用和维修。 3)减负荷起动与能量调节 对于多缸压缩机,通过一套能量调节和卸载 机构,使一部分气缸空载运转,达到调节产 冷量的目的。另外,压缩机能在空载或减载 情况下启动。因此,即使是大型压缩机也可 用一般鼠笼式电动机启动,便于实现制冷机 自动控制。 4、单组活塞式制冷机参数与计算 1)制冷机的系数 国家系列产品,按气缸直径分为5cm ,7cm, 10cm。12.5cm,17cm。5种基本系数。 其中5cm,7cm系列的为全密封形式,半密 封形式,10-17cm系列的为全密封形式,半 封密形式,10-17cm系列的多层开启式。中 小型活塞式制冷压缩机系列的气缸布置与参 数见表. 机型的表示方法:每一台压缩机的基本形式都用一定符号表示, 它包括气缸数。所用制冷剂的种类,气缸排列形式,汽缸直径 等。 开启式:电机通过联轴器与压缩机轴连接 半封闭式:电机与压缩机外壳为一体,构成一个密封机壳 全封闭式:电机与压缩机密封在一个容器中,形成一个整体 2)压缩机的计算 1、压缩机理论排气量(活塞工作体积) Vp D 2 4 s n z 60(m3 / h) 式中:D——气缸直径(m) S——活塞行程(m) N——压缩机转速(rpm) Z——气缸数目。 (2)通过压缩机的氨循环量 G V p q (kg/h) V1 式中:λq---吸气系数,可查表12-2 V?-在吸气温度下(点1)氨气的比容(m?/kg) (3)压缩机的产冷量 定义:单位时间内冷却物体被冷却工质(制 冷剂)所带走的热量。 压缩机的产冷量,因蒸发温度,冷凝温度不 同而异。同一台压缩机压缩体积不变(汽缸 直径不变、转速不变),产冷量随蒸发温度、 冷凝温度不同而变化。当蒸发温度下降或冷 凝温度上升,产冷量则急剧减少。 压缩机产冷量: Q Vp p qr (w) 3.6 Q G(i1 i4 ) (w) 3.6 式中: qγ——氨的单位容积产冷量(KJ/m?), 与蒸发温度及过冷温度有关,可查表 12-3。 i?,i4-在Lg p-h 图中点1,点4处氨的热焓 (KJ/kg)。 由上式可见,对于一定的制冷机,其制冷量 取决于压缩机气缸的尺寸和单位容积制冷量, 而单位容积制冷量则随蒸发温度和冷凝(或过 冷)温度而变化,参阅表3—7。 当冷凝温度不变而蒸发温度降低时, 制冷能力 就降低,见图3—44中(1)。反之,当蒸发温 度不变而冷凝温度升高时,故制冷能力亦随 之减少。 因此,制冷机每小时的制冷能力(以及功耗) 是随制冷机的工作条件(称为工况)而变化, 而且主要决定于蒸发、冷凝、过冷和吸气(过 热)的温度。换言之,同一台制冷机在不同的 温度条件下工作,其制冷量是不相同的。 为了比较制冷机的制冷能力,有必要规定 一些人为的温度条件,并以此条件下工作所 产生的制冷量为‘公称”的制冷量。 通常,这些规定有如表3—8所列的三种工况, 即标准工况。正常工况和空调工况。 不同工作情况下压缩机的产冷量是不同的, 为了实地平定压缩机的产冷量,应进行换 算,在规定的情况下,进行比较。如表117。 压缩机在不同工况下,产冷量的换算公式: q Qg Q g g (w) bq b b Qg G(i 1 i 4 ) ( w) 3.6 式中:Qg。qg。λg-工作工况下产冷量(w), 单位容积产冷量(KJ / m?),吸气系数% Qb。qb。λb -标准工况下产冷量(w), 单位容积产冷量 (KJ/m?),吸气系数% 也可及类似方法,换算正常产冷量。 一般压缩机的产冷量,常以标准产冷量Qb 或正常产冷量Qg来表示。因此,可以根据 Qb或Qg来选用压缩机。 空调工况是空气调节用压缩机产冷量的比 较标准。 3)压缩机所消耗的功率计算 ①绝热功率 Pj G(i2 i1 ) (Kw) 3600 式中:G——通过压缩机的氨循环量 i?,i?--压缩机吸入(点1),排 出(点2)时,氨气的热 焓(Kj/Kg) ② 式指中示,功s —率—P动s 力P功sj 率(K,w)随蒸发温度与冷凝 温度不同而不同。 s T2 T1 b tz(Kw) 式中,T?,T?-蒸发,冷凝的热力学温度 (K) tz-蒸发温度(℃) b-系数,立式压缩机0.001 ③摩擦功率 Pm PmV p 10 5 3600 10 3 Pm V p 36 (Kw) 式中 Pm—摩擦压力(bar) 立式压缩机:50~80kPa;卧式 压缩机:50~80kPa;氟利 昂 压缩机:50~80kPa Vp---活塞工作体积,m3/h ④压缩机轴功率(包括指示功率和摩擦功率) Pe=Ps+Pm(w) ⑤电动机轴功率, P Pe Ps Pm (Kw) e e 式中: e ——传动效率,直接传动为1,三角皮 带传动为0.97~0.98,平皮带传动为0.96。 ⑥配用电动机功率 Pd=(1.10~1.15)P’(KW) 选用电动机时,应该计算轴功率增加10-15﹪。 压缩机在工作工况下,制冷循环在㏒p— —h图和T-S图上的情况,见图11-6 。 (二) 冷凝器 冷凝器是制冷机的热交换器,属制冷机四大主件之 一。 作用:使高压高温的过热蒸汽冷却,冷凝成高压液 态,并将热量传递给周围介质(水或空气)。 冷凝器按其结构及冷却介质的不同,可分为壳管式、 淋水式、双管对流式、组合式、蒸发式、空气冷却 式等 其中壳管式和淋水式为食品工业中最常用的两种。 下面分别介绍: 1.卧式壳管式冷凝器 结构: 外壳为钢板制圆柱壳体,两端焊有管板各一块,壳体内部有φ25×2.5无缝钢 管与管板焊接或者胀接。壳体两端与法兰连接有端盖,端盖内侧有挡板,使 管内冷却水多程转折进出。端盖上和壳体上设有进氨气口,排氨液口,进水 管和出水管、放空气旋塞、放空气阀,放水旋塞等。 端盖上部设的放气旋塞,供开始运动时放掉水侧的空气。端 盖下部也有一旋塞,供长期停止运动时放尽冷却水。 壳体上设有NH3进口(上部),NH3液出口(下部)、安全 管,压力表,均压管 等。 冷却水流过管内,端盖内设的挡板,使冷却水在管簇内多 次往返流动。冷却水的进出口设在同一端盖上,由下面流 进,上面流出,这样可以保证冷凝器的所有管簇始终被冷 却水充满。 制冷剂蒸汽在管壳间通过并将热量传递给水,而被冷凝。制 冷剂过热蒸汽由壳体上部进入冷凝器与管的冷凝表面接触后 即在其上凝结为液膜,在重力作用下,凝液顺着管壁下滑迅 速与管壁分离。在正常运行作用下,顺着管壁下滑迅速与管 壁分离。在正常运行后,壳体下部存积少量的液体。 参数:冷却水V=0.8~1.2m/s时,K= 2512~3349KW/m?h.K,单位面积热负 荷qF=12560~14654KW/m?.h ,最高 工作压力20atm。 特点 优点:结构紧凑,传热系数高,(常用于中 型及大型的氟利昂制冷机组中,便于实现制 冷自动化。占空间高度小)。 缺点:1.清洗不容易,冷却水需要清洁的软 水,以免因清除水垢而停工。当进出口水的 温度差△t≤3.5℃,说明水垢有一定厚度, 必须清洗。选用此种冷凝器必需2台以上,以 免因清洗冷凝器而使整个制冷机房停止。适 用于水温较低,水质较好的条件。常用于大, 中型的氟利昂制冷机组中,便于实现制冷自 动化。 (二)淋水式冷凝器 结构: 由贮氨器, 冷却排管、 和水箱组成。 配件有放油 接头、防空 接头混合气 体出口接头。 冷却排管由2~6组φ57×3.5无缝钢管的排管组 成,每组有14根管子及中间氨液引出口5个,每 一组冷排管的冷凝面积15m?。蛇形排管以单独 的管子焊接而成,以减少管间距离。 工作原理: 工作时,冷却水由顶部进入配水箱,经配水槽流到蛇形管的顶面, 然后顺着每层排管的外表面成膜层流下,部分水蒸发,其余落入水池中,通 过冷却后再循环使用。 氨气自排管底部进入,沿管上升时遇冷而冷凝,流入贮氨器中。(因为NH3 与水之间基本上是对流的,传热系数较高。及时排出冷凝器中的氨液,使传 热面积不会因有氨液的存在而受到影响。大大提高了冷凝器的传热效果)。 特点: 1.结构简单,工作安全,对水质要求不严, 容易清洗。 2.金属消耗量大,占地面积较大。 优点: 传热系数较高,氨气自底部进入,水自上部 淋下,对流及时排除已冷凝的氨液,利于传 热。 适用于:空气相对湿度较低,水源不足或水 质特别差的条件。 安装在:室外通风良好的地方,也可布置在 机房或冷库的平屋顶上面。 三、膨胀阀 膨胀阀又称节流阀,它是制冷机的重要机件之一. 它的作用是降低制冷剂的压力和控制制冷剂流量。 高压液体制冷剂通过膨胀阀时,经节流而降压(对于 不可压缩理想流体,根据柏努利方程知,截面积减小, 流速增加,动能增大,而压力减小) ,使氨液的压力 由冷凝压力骤降为蒸发压力,同时,液体制冷剂沸腾 蒸发吸热,而使其本身的温度降低到需要的低温,然 后将低压低温液体制冷剂送入蒸发器. 膨胀阀还可以控制送入蒸发器的氨液量,调节蒸发器 的工况。 分为手动节流阀和热力节流阀两种。 1.手动膨胀阀 结构如图所示。总体结构类似普通阻阀(截止阀、平头阀),不同之处在阀芯, 前者为针形和V形缺口两种,后者是平头的。 结构组成:手轮、阀芯、钢阀杆、外壳等。阀芯有针形(对公称直径较小的)和V 形缺口(对公称直径较大的)两种。 螺纹是细牙的,当手轮转动时,阀门开启度的变化较小。阀孔有一定的 性状和结构,能起节流作用,并能较精确地控制所通过的液体制冷剂量。 一般开启度为1/8~1/4周,不超过一周,否则易失去节流作用。 该阀按管径D g (公称直径)的大小进行选用。 2.热力膨胀阀 是一种能自动调节 液体流量的节流膨 胀机构,它是利用 蒸发器出口处蒸汽 的过热度来调节制 冷剂的流量。 结构见图。包括: 感应元件、膜片、 阀体、阀座等。 在制冷机组正常运 转的条件下,感应 元件灌注剂压力等 于膜片下气体压力 与弹簧压力之和, 处于平衡状态。如 果供制冷剂不足, 引起蒸发器出口处 回汽,过热度增大, 感温包温度升高, 使膜片下移,阀口 的开启度增大,直 至供液量与蒸发量 相当时,再得到平 衡。 故热力膨胀阀能自动调节阀的开启度,供 液量随负荷大小自动增减,可保证蒸发器 的传热面积得到充分利用,使压缩机正常 安全地运行。 四、蒸发器 蒸发器是用以将被冷却介质的热量传递给制 冷剂的热交换器。是制冷机的四大重要部件 之一。 作用:低压低温液体制冷剂进入蒸发器后, 因吸热蒸发而变为蒸气。 通常把冷却液体载冷剂的热交换器称为蒸发 器。 常用的蒸发器有立管式及卧式两种。 1.立管式蒸发器 立管式带开启式 水箱的蒸发器分 别由2~8个单 位蒸发器组成, 每个单位蒸发器 由上下两 支水 平总管,中间焊 接许多直立短管 制成,箱内有氨 液分离器,搅拌 器(以维持流速, 使盐水在箱内循 环),箱外有集 油器。 整个蒸发器由输液总管,回气总管,氨液分离器、集油器入 远距离液面指示器等接头。蒸发器里装有卧式搅拌器,以维 持流速,使盐水在箱内循环。为了避免盐水溢出,在上部有 盐水溢流管。为了放空盐水进行修理,在下部有排水管。为 了减少外部传热损失,水箱的底及四周均有绝热层。 立管中氨的循环路线 氨液自上部通过导液管, 进入蒸发器,导液管插入 直立粗管中,几乎快伸到 下总管处,这样能保证液 体立即进入下总管,而后 才进入立管,立管中充满 着氨液,几乎达到上总管 的水平。(能达到较高的 传热系数) 由于细管的相对传热 面大,发生猛烈的沸 腾,保证了制冷剂的 循环,制冷剂自下总 管,通过直立细管至 上总管,再沿直立粗 管返回下总管。由于 制冷剂的循环,就大 大提高了蒸发器的传 热效果,这种蒸发器 的工作效率高。 当蒸发温度和盐水温度差为5~6℃,盐水 循环速度为0.3~0.4m/s时,1m?表面积 可吸收热量2300~2900W/m?,传热系 数K=500~600W/m?K 优点:构造比较简单,传热效率高,检修 与清理方便。 缺点:蒸发管组腐蚀快。尤其是采用氯化 钠盐水时腐蚀更快。 2.卧式蒸发器 结构与壳管式冷凝器相似 构造:圆柱壳体,两端焊有管板各一块,壳体内部有25×25无缝钢管与管板焊接或密 切张紧,由钢管的不同长度及不同根数,而形成各种蒸发面积,蒸发器两端装有水盖 各一个,装水用离心泵,通过一个盖的下部打入蒸发器中,借水盖内的当扳转折进出。 以增加流速。氨液经由节流阀或浮球阀自壳体下部进入,以增加流速。氨液经由节流 阀或浮球阀自壳体下部进入,后者能自动调节氨液,维持一定的液面。 配件:安全阀、压力表、放油器、浮球阀、均压管、远距离 液面指示器及金属液面指示等。外壳应绝热。 盐水流经管内。氨液经由壳体下部进入,上部排出氨气。 参数:当氨的蒸发温度与盐水温度差为5℃, 管内盐水V=0.75~1m/s,1m?表面积能 吸收热量2300~2900w/m?。 优点:构造简单、紧凑、传热效率高,由于 盐水循环系统密闭,因而减少了腐蚀。 缺点:当盐水浓度不够,或盐水泵意外停止 运转时,管内的盐水可能冻结,管子有破裂 危险,所以盐水的冰点应低于操作温度10℃ 以上。 3.冷库库房排管是制冷循环系统蒸发器 直接制冷用于冷库库房。 蒸发器的冷却排管类型: 按管组在库房中的安装位置分为墙管(安装 在近墙处),顶管(安在顶棚处)和搁架式 (用架子平放)3种。按结构分有立管、盘管 和横管三种。 对于氨直接冷却系统用无缝钢管.(对盐水间 接冷却采用镀锌焊接管。) 1)立式冷却排管 氨液由下集管进入,充 满管组,氨气由上集管 排出。 优点:制冷剂气化后易 排出,传热效果好。 缺点:在排管较高时, 液柱静压作用,下部制 冷剂的蒸发温度较高。 2)单列盘管式墙排管 优点:灌氨量较小。 缺点:传热效果较 差(因为制冷剂汽 化后不会很快排出 管外)。 3)翅片管 在光滑管外嵌以镀锌的铁片,以扩大散热面积,常 用作冷风机的蒸发器。 干式冷风机是靠空气通过冷风机内的蒸发排管来冷 却管升强制流动的空气。 补充:供氨的方式: 1.重力供液系统 低压氨液借液体地重力 来进行供液的,称为重 力供液系统。 氨液经膨胀阀降压,进 入氨液分离器后,氨液 靠重力进入库房排管, 蒸发吸热,使库房及食 品降温,蒸发后的氨气 连同夹带的氨液滴进入 氨液分离器后,氨液被 分离出来,再次进入排 管,气体则由压缩机抽 走。 优点:冷却系统简单而 经济。 2.氨泵排液系统 低压氨液借氨泵力量来进行供液的,称氨泵供液 系统。分淹没式和非淹没式。用于多层楼。 淹没式: 供液方式为下进上出,冷排管中充满着氨液。 非淹没式: 氨液从冷排管上部引入,下部引处。在整个冷排管道 中,氨液是不充满的,只占管子截面的10-20%,其 它的容积是充满着蒸气,故非淹没式。 液体静压的影响完全被消除;氨液沿着管道从上而 下地流动,将管内油污等杂物冲除,使冷排管地传 热情况得到改善。在停止供液后,排管内无积存氨 液,故易于实现温度自动控制。 氨泵排液系统地优点是系统内氨液畅流循环,供液 均衡,制冷效果好 。 二、制冷机的附属设备 在制冷循环过程中,制冷剂要经过物质的变化(气 态到液态),还要经过压力,速度、密度、温度等物理 参数的变化,为了保证氨液均匀地进入蒸发器,而氨气 又能及时的被压缩机抽走。同时,在压缩后,高压氨气 又不可避免地要从压缩机中带出一些润滑油,整个闭合 制冷系统中,也会因结合处不够严密,而渗入一些空气。 氨及润滑油在高压高温下,也会有少量的分解。为改善 制冷机工作条件,保证良好的制冷效果,延长制冷机使 用寿命,制冷机除四大主件外,还必须有其他的装置和 设备。这些装置和设备统称为制冷机的附属设备。 简介如下: (一)油分离器 又称分油器、油氨分离器。 作用:分离压缩后氨气中所带出的润滑油, 保证油不进入冷凝器。否则,冷凝器壁面 被油污损,降低传热系数。 这种分离器的分离效率约80-85%。 结构: 由钢圆柱壳体封头焊接而成, 其上有氨气进出口,放油口 和氨液进口。进氨气管通到 液面下,上部有氨气出口, 工作时筒内必须保持一定的 氨液位高度。 结构补充:设伞形档板,高 压氨液保持一定高度,压缩 后的氨气被通入氨液内,进 行洗涤,降温(降至冷凝温 度),可洗掉95﹪的润滑油。 工作原理:自压缩机来的带 油的混合气体进入分离器中, 氨气中润滑油的分离,因流 经截面积增大,流速降低, 并且改变了氨气的流向以及 降温。在突然改变流动速度 和方向时,因油滴和氨气的 相对密度不同,油的密度大, 氨气的密度小,油便下落到 油分离器的底部。洗涤降温 后的氨气经伞形挡板由气口 排出。 安装:在压缩机的排气管 边上,以靠近冷凝器为佳。 当制冷剂在压缩机中受压 缩变成过热蒸汽时,部分 润滑油变为气体状态,被 制冷剂带出,如果分离器 离压缩机愈近,进入油分 离器气体状态的油量愈多, 则其分离效果愈差。 2.贮氨器(又称贮液桶) 作用:贮存和调节供给制冷系统内各部分 的液体制冷剂,满足各设备的供液安全运 行。(当冷量负荷变化时,用以调节蒸发 器内氮液) 结构:卧式,由一个圆柱形壳体,两端封 头焊成。其上有氨液进出口,均压管,安 全阀、放油等接头及液面计,最高工作压 力为20atm。 设在冷凝器后,使冷凝器的氨液流入其中。 贮氨器的容积: V = G (m?) 80% 式中: G——每小时循环氨总量(Kg/h) φ——贮氨器量占每小时循环氨总量的比 例,一般采用0.5~1.0(小时) ρ——高压氨液的密度 80﹪——贮氨器允许放的充满系数。 3.排液桶 作用:当库房排管需要冲刷时,必需将排 管中氨液排出。其贮存由排管内排出来的 氨液以便库房排管冲霜。霜对冷排管的传 热系数K的影响很大。 热氨冲霜:用过热氨气压入排管,将霜融 化除去。 冷风机的翅片盘管蒸发器,则常用冷水冲 霜。 3.排液桶 排液桶的容积,应当是能容纳要冲霜各库房中最 大一间的氨液量。 V= V 80% V ——最大一间库房设备内的氨液量 (m3 ) 80﹪——排液桶允许的充满系数。 4.氨液分离器 1)作用: (1)分离自蒸发器进入氨压缩机的氨气中的氨液, 保证压缩机工做是干冲程。防止氨液进入压缩机产 生液压冲击造成事故。 (2)分离自膨胀阀进入蒸发器的氨液中的氨气,使 进入蒸发器的氨液中无氨气存在,以提高蒸发器的 传热效果。 气体在冷却排管至氨液分离器内的运动速度为8~ 12m/s。而气体在氨液分离器内的运动速度不得超 过0.8m/s,一般采用0.5m/s。 2)结构:由钢板壳体及封 头焊接而成。其上有氨气进 出口,氨液进出口,远距离 液面指示器,安全阀和压力 表等接头。 安装:库房最高处,最好高 出最高的冷封排管1~2m。 这样使分离出来的氨液的产 生液体压力,可以克服管路 的阻力,而顺利地由分离器 注入冷却排管内。 3)原理:降低气体流速和 改变运动方向来达到分离的 目的。而液体流速下降,受 重力下落。 4)计算: (1)氨液分离器直径: D 4V (m) 3600 式中:V——通过该容器的氨气容积(m? /n) v——气体在容器内的允许速 (m/s) (2)高度:h=(3~4)D(m) 5.空气分离器 制冷循环系统虽然是密闭的。但在首次加NH3前, 虽经抽空,但不可能将整个系统内部空气完全抽出, 因而还有部分空气留在设备中。在正常工作时,系 统不够严密等,也可能渗入一部分空气。另外,在 压缩机排气温度过高时,常有部分润滑油或者NH3 分解成不能在冷凝器中液化的气体等。这些不易液 化的气体往往聚集在冷凝器,降低冷凝器的传热系 数,引起冷凝器压力升高,增加压缩机工作的耗油 量。 作用:空气分离器是用以分离排除冷凝器中不能汽 化的气体,以保证制冷系统的正常运转。 结构:内管流经由膨 胀阀降压后的氨液, 吸热蒸发(为氨气)。 外层管进入氨气和不 凝性气体的混合气体, NH3受冷而凝结,从 底部排出,不凝气体 从上部放空气口放出。 为了保持车间空气清 洁,应将放出的气体 经过水浴中,形成气 泡上升,水温不升高。 放出气体含有NH3气 时,有气泡时,水温 亦升高。根据此情况 来调节操作。 (1)套管式空气分离 器(立式和卧式) (2)四重管式空气分离器 它由4个同心套管焊接而成。从内向外数, 第一管与第三管,第二管与第四管分别接 通。第四管与第一管间接口通,其上装有 流阀。 工作原理: 来自节流阀的NH3液进入第一管到第二管, 蒸发吸热而汽化,NH3由第三管上的出口 被压缩机吸走。 来自冷凝器与高压贮氨器的混合气体进入 第四管→第二管,其中NH3气因受冷凝结 为液体,由第四管下部经节流阀再回收到 第一管中蒸发;分离出来的不凝结气体由 第二管引出,进入存水的容器中,从水中 气泡多少和大小可以判断系统中的空气是 否已放尽;水温升高时,说明有NH3气放 出,应停止放气操作。 6.中间冷却器 作用:中间冷却器应用于 双级(或多级)压缩制冷 系统中,用以冷却低压压 缩机压出的中压过热蒸汽。 以保证高压压缩机的正常 工作。 结构:立式带蛇形盘管的 钢制壳体,上下封头焊接 而成。其上有氨气进出口, 氨液进出口,远距离液面 指示器,压力表和安全阀 等接头。如图。 原理:来自低压压缩机 的中压过热氨气在液面 下进入罐,经过氨液的 洗涤而迅速被冷却,氨 气上升遇伞形挡板,将 其夹带的润滑油及氨液 分离出来后,进入高压 压缩机。用于洗涤的氨 液从器顶部输入,底部 排出。液面的高低由浮 球阀维持。 将高压贮氨器的氨液,通 过中间冷却器下部的冷却 盘管内。盘管浸没在中压 氨液中,由于中压氨液蒸 发吸热,使盘管内的高压 氨液过冷。而过冷氨液节 流后的液体成分增加,氨 气成分减少,使循环中氨 的单位制冷量增大,提高 了制冷效果。 在中间冷却器中冷热介质的热交换过程: 中压氨气降温放热,高压氨液降温放 热,而经(膨胀阀2)减压的氨气液混合物 吸热上述两部分热量,而蒸发形成干饱和 蒸汽,与降温的中压氨气一起通向高压压 缩机。 最高工作压力,盘管内20atm,盘管外 16atm。 中间冷却器的工作压力(双级缩制冷循环的 中间压力) = 冷凝压力(P1)蒸发压力(P2)( atm) 氨气在中间冷却器内空隙(进气管与容器壁 之间隙)的运动速度,应不超过0.5m/s。 中间冷却器直径 D= (m) (七)凉水设备 作用:冷凝器用的水源有江,河,湖水,自 来水,地下水等。在使用上都受到很多限制 如江,河,湖水受地区的限制与季节的限制, 自来水有水位高低的限制,地下水在工业集 中的大城市是禁止或限制使用的,以及考虑 到用水的价格和水源困难的地区,必须将冷 凝器排出的热水加以冷却,循环使用。 原理:这一过程是在凉水设备中进行,将水 与不饱和空气在适当条件下接触,靠水与空 气的温度差进行对流传热,以及靠部分水分 蒸发而使水温下降,下降到接近空气的湿球 温度。 条件:此法仅适用于空气的湿球温度低于水 温的情况。 1.凉水池 将水从喷嘴喷成细 雾,布满池面,被 通过水滴之间的风 (空气)进行冷却。 凉水池结构简单, 需要的地面较大, 当空气的湿度大时, 蒸发水量少,则冷 却效果差。 2.自然通风冷水塔 结构:塔板为方格式 筛板,热水经喷嘴喷 出成雾状,每层塔板 周边安置挡板。(以 防止风带走飞沫,而 损失过多的水量) 工作原理:热水从上 面的喷孔喷出,落于 筛板细分飞散,在层 层下落时,与水平通 过的空气相接触而进 行冷却。每层四周安 置挡板,以使防止因 风带走飞沫而损失过 多水量. 3.强制通风凉水塔 结构:风扇、喷水管、 填料层、浮球阀。 填料用可塑性材料制。 耐腐蚀、重量轻、亲 水性能好、汽水接触 面积多;冷却效果好。 塔体采用玻璃钢制造, 耐腐蚀,重量能,绝 热效果好。 工作原理: 鼓风机(风扇)将 空气从下部引入, 上部抽出,促进水 的部分蒸发而冷却, 冷却效果好。空气 对热水的冷却,二 者之间的热交换, 发生在水降温的显 热与部分水分蒸发 的潜热之间。蒸发 形成的蒸汽随着饱 和空气扩散,使热 水冷却。 在常温下,1Kg水 的蒸发所需吸收 2500KJ热量,而 1Kg热水温度下降 1℃,所需放出 4.118Kj热量,其 比例级为1:600。 水温降低1℃,循 环水自身蒸发的消 耗量为0.17﹪。 优点:结构紧凑占 地面积小,冷却效 果好,循环水消耗 量小。使用较普遍。

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