冷冻式干燥器使用手册Word下载.docx

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一、冷冻式干燥器原理及工艺流程

（一）冷冻式干燥器原理

压缩空气的饱和含水量与温度有关，温度下降时，含水量亦下降。

如进入干燥器前的压力为0.7Mpa，温度40℃，那么每公斤的含水量为5.7874克。

温度降到3℃时，含水气量为0.5899/Kg。

因此一公斤压缩空气从40℃下降到3℃时，有5.1984克水蒸汽凝结成水。

冷冻式干燥器就是利用冷冻机将压缩空气冷却到约3℃，冷却下来的冷凝水通过自动排放阀排出，使空气的含水量大大下降（按上面例子，其余水率为5.1984/5.7874=89.8%），从而达到干燥的目的。

（二）冷冻式干燥器工艺流程

图1：

冷冻式干燥器工艺流程图

★注：

具体配置详见实物，最终解释权属无锡盛达

1空气预冷器2空气冷却器（蒸发器）3水分离器4自动排水阀5制冷压缩机6油加热器7风冷式冷凝器（用于风冷）8储液器9油分离器10水冷式冷凝器（用于水冷）11干燥过滤器12吸入过滤器13凝聚器（回热器）14热气旁通阀15热力膨胀阀16电磁阀

（1）空气系统

从空压站（机）来的压缩空气，经空气预冷器

（1）的管间，被从空气冷却器

（2）出来的约3℃的冷空气冷却后，送至空气冷却器（蒸发器）进一步冷却到约3℃，空气在冷却过程中不断的析出水份。

空气、水汽和冷凝水进入水分离器（3），冷凝水被分离并通过自动排泄阀将水排出，分离后的湿空气进入预冷器，与进入的湿空气进行交换，温度升高后成为干燥的（未饱和）的空气。

如果进入预冷器的压缩空气其含湿量是饱和状态即相对湿度100%，且压力0.7MPa，温度为40℃，那么经空气预冷器后，进入空气冷却器的温度约为24℃。

（与预冷器面积和通过空气气量等因素有关），而从预冷器出来的干空气的温度约为28℃，含湿量如前所述降至0.5899/Kg，相对湿度从100％下降到19.97%。

（2）制冷系统

低温液体氟利昂，在空气蒸发器中被空气加热而蒸发，蒸发温度约为0℃，气态氟利昂经回热器（13）分离液滴和被高压、中温的液态氟利昂热至约为4-5℃后经吸入过滤器（12）进入压缩机（5），压缩机压力温度升高，经风冷式冷凝器（7）冷却为液态，贮存在贮液器（8）内，液态氟利昂进入回热器（13）把进入压缩机的气态氟利昂加热，而自身冷却为过冷液体。

经电磁阀（16）进入热力膨胀阀后压力下降，一部份液体氟利昂蒸发，温度下降至约为0℃，膨胀阀的开度是由蒸发温度自动控制的，当负荷减少、需冷量下降，引起蒸发温度下降时，膨胀阀自动关小，从而减少供液量。

对于水冷式冷凝器的干燥器系统，则没有风冷式冷凝器（7）和贮液器（8）。

而设有分离器（9）和水冷式冷凝器（10）。

进入预冷器的压缩空气其含湿量有时不是饱和状态。

如大气压0.1MPa，温度-10℃，相对湿度50%，压缩至压力0.6MPa，温度40℃时，则其湿度未到达饱和状态，即预冷器前的水分离器将排不出水来。

但计算冷冻式干燥器，是按夏季天气考虑的。

热气旁通阀（14）在满负荷时一般开度很小或关闭，当负荷减少，制冷量过剩时，蒸发压力下降，旁通阀自动打开，使一部分热气不经冷凝而直接进入蒸发器使蒸发压力升高，这样就可以避免蒸发压力和蒸发温度不会由于负荷很低而无休止的下降从而使空气湿气冻结在蒸发器里。

二、冷冻式干燥器主要部件简介

（一）压缩机

1、压缩机曲轴箱油加热器

氟利昂蒸汽在油中的溶解度与普通气体在水中的溶解度相似，压力升高，溶解度增大，温度升高溶解度减小。

在正常工作时曲轴箱内压力约为0.4MPa，油温高达五、六十度，而长期停机以后，蒸发压力与冷凝压力相等，一般为0.8-1.1MPa，条件为冷凝器不通冷却水和空气不通）。

显然，长期停机后由于曲轴箱内压力比运行时高很多，而温度又比运行时低，致使曲轴箱里的润滑油溶解了大量的氟利昂，起动时，曲轴箱内压力急剧下降（上例为0.8-1.1MPa下降到0.4MPa），使溶解在油中的氟利昂大量释放出来，而产生“泡沫”，这对润滑非常不利。

此外，泡沫被压缩机吸入很容易产生液击现象。

因此对于半封闭压缩机，在曲轴箱内设有油加热器，启动前先把油加热，使溶解在油中的氟利昂气态蒸发。

曲轴箱油加热器的功率如下：

70W2HL1.2-2N7.2

100W4Z5.2-4N20.2

140W4J13.2以上

2、截止阀

半封闭压缩机进出口截止阀是“多角阀”，如下图所示

A与压缩机的吸气腔或排气腔相连

B与压缩机的吸气管或排气管相连

C检修时用于抽真空加氟或装表等（平常用丝堵或螺帽密封）

（a）三通位置

（b）关闭位置：

压缩机与吸气管或排气管断开，而与旁瞳孔c相通

（c）倒足位置：

压缩机与进气管或排气管相通，这是正常运行时的位置

3、卸负荷装置

半封闭四、六压缩机装有负荷调节装置。

四缸压缩机有二个基本工作缸，另二个缸负荷大时工作，负荷小时不工作。

其调节范围50%。

六缸压缩机也有二个基本工作缸，另外四个缸负荷大时工作，负荷小时不工作。

其调节范围33.3%和66.6%。

可卸荷的气缸上装有电磁阀（基本工作缸无此阀），当负荷小蒸发压力降到某一数值时，压力控制器接通电磁阀，产生磁力将吸气阀关闭，使这二缸或四缸不工作。

（如电磁阀有吸力表示卸荷）。

（二）空气预冷器

1、空气预冷器的作用

（1）使饱和的压缩空气变为不饱和。

如前所述，空气经预冷器和蒸发器冷却后。

析出大量水，温度下降到3℃，但其含湿量仍为饱和状态，因水分离其不能去除水滴、水雾、只能去除饱和水份。

如果这样的气体直接使用，由于其湿度大（相对湿度100%），很容易引起气动工具设备的生锈腐蚀。

空气经过预冷器后，情况就不一样了，因温度升高，尽管其含湿量不变仍为0.589g/Kg，但它不是饱和状态。

如空气经预冷器后温度升高到28℃，那么28℃时的饱和含水量为2.949g/Kg，其相对湿度为0.589/2。

949=19.97%，这样干燥的空气不但不含引起气动工具的生锈、腐蚀，而且还能吸收水份起到防潮作用。

（2）回收冷量

如果没有预冷器，那么高温空气（上例为40℃）直接进入蒸发器，使制冷功耗大约增加一倍。

这不但增加设备购置费用而起还增加了运行费用。

从上所述，预冷器的面积要足够大，否则干燥、节能就不明显。

（3）预冷器结构

预冷器为壳管式，一般湿空气走管间，干空气走管内，为了提高传热系数，管间装有折流板。

馆子和紫铜管，常用的有φ8×

1，φ10×

1，φ12×

1，φ15×

1等规格。

有一些预冷器用低肋螺纹铜管，以强化传热效果。

（三）蒸发器

1、作用

在蒸发器里，液态氟利昂被空气加热而蒸发，吸收热量使空气降温。

因此它也是一种换热设备。

2、蒸发温度和蒸发压力

从空气干燥观点来看，空气经蒸发器后的温度应越低越好，但温度过低使空气中的水份冻结在蒸发器内，由于降低空气温度必须降低蒸发压力。

一般规定最低蒸发压力为0.37MPa左右其蒸发温度约为-1.8℃（见附表2）。

从下图可知当蒸发压力达到最低压力时，管外壁表面温度略高于-1.8℃，而管内壁外表温差很小。

只要管内壁表面温度大于冰点即可防止空气在管内冻结。

管内壁温度与空气流量有关，流量越低越接近-1.8℃。

因此蒸发压力为0.37MPa时，冷冻式干燥器不应长期地很小的负荷下运行。

但可长期无负荷下运转，因为空气不流动没有可被冻结的水份。

如果长期低负荷下运行时可适当调大最低蒸发压力。

3、蒸发器种类

冷冻式干燥器的蒸发器一般都为卧式壳管式，按制冷剂在管外蒸发和管内蒸发的区别，分满液式和干式

（1）满液式蒸发器（小型冷干机用）氟利昂在管外蒸发，空气在管内流动。

其实“满液”并不是氟利昂液体充满整个管间。

液位一般只占有直径的50%-80%。

其优点是液位可通过视镜观察，视镜直径较小，以承受高压为了扩大可视的液位范围，因此一般装二个视镜，上视镜和下视镜。

此外由于贮液量大，蒸发温度比较稳定，供液量变化时，蒸发温度维持不变。

缺点是氟利昂用量大回油困难。

此外不适用于颠波的船上。

氟利昂R22与冷冻机油在高温下是完全溶解的，在较低的温度下，如在蒸发温度（0℃左右）下就分层，在蒸发器的视镜上常可以看见一层油浮在氟利昂液体上面。

尽管满液式蒸发器设有回油口，并可通过回油管路上的视镜进行观察，但油位只有在回油口位置时，油才能回来，高于或低于此口油就存积在容器内。

因此满液式蒸发器经常由于曲轴箱缺油而被迫停机加油。

（2）干式蒸发器。

（大型冷干机用）氟利昂在管内蒸发，空气在管间流动。

为了增加传热效果，在壳体内设折流板，因此干式蒸发器制作比较困难，此外干式蒸发器传热系数较低，传热面积较大。

优点是氟利昂用量少。

最大的优点是回油较好。

为了保证压缩机带出的润滑油经冷凝器、蒸发器以及管路，而返回曲轴箱，压缩机的上升吸气管和上升排气管都考虑肋必要的带油速度。

干式蒸发器氟利昂充装量较少，一般为满液式的1/2-1/3或更少，蒸发温度的稳定性相对于满液式来说要差一些。

但灵敏的热力膨胀阀精确地控制肋供液量，以及热气旁通阀的调节作用使蒸发压力十分稳定。

从而弥补肋干式蒸发器的这一缺点。

此外干式蒸发器因无液位计，确定氟利昂常量较困难。

蒸发器常用φ10×

0.8，φ15×

1不锈钢管。

为了提高传热效果，有的蒸发器采用低肋螺纹铜管，而肋在空气侧。

（四）水分离器

水分离器也是干燥器中的重要设备之一，如果分离效率不高，水份将被带入预冷器会发生水被冷凝后又被蒸发的现象。

如前所述空气经蒸发器后，温度约降至3℃左右，其饱和含湿量为0.589g/Kg，如果水分离器效率为100%，那么露点温度即为3℃，按上面所说的例子，水分离器效率为5.1984g/Kg，预冷器出口的空气湿含量为0.589g/Kg如果水分离器的效率只为90%，则5.1894×

0.9=4.6786g/Kg的水被分离器排出，而5.1984-4.6786=0.5189g/Kg水被带入预冷器，使压缩空气中的含湿量由0.589增至0.5189+0.589=1.1088g/Kg，露点温度也从3℃提高到12℃，因此冷干机制造厂家都在致力于提高水分离器效率。

本公司的水分离器有二种，小型的用高效率离心分离器，它是通过五个机理即离心力、速度下降、改变流向、碰撞吸收、凝聚作用以去除水分，大型的用不锈钢丝网缠成圆盘状，高100-150mm，据测定效率大于97%。

（五）冷凝器

冷凝器的作用就是将气态氟利昂冷凝成液态。

按冷源分为风冷式和水冷式。

1、风冷式冷凝器。

这种冷凝器氟利昂冷凝时放出的热量被风带走，而氟利昂在管内冷凝。

由于空气的对流放热系数很低，为了增强传热，通常在气侧加肋片以增加面积，并用轴流风机强制通风。

2、水冷式冷凝器。

这种冷凝器，氟利昂冷凝时放出的热被水带走。

水冷凝器为卧式壳管式，水在管内流动。

氟利昂在管间。

为了提高管壁对水的放热系数通常用多程管壳式换热器。

3、冷凝压力调节装置

有一些冷冻式干燥器在冷却水管道上装有水量调节阀，冷凝压力高时压缩弹簧使水阀开大，反之则关小。

这种调节装置不但维持冷凝压力恒定，而且还可节约用水。

另一种调节装置是用冷凝压力控制压力传感器，传感器控制电磁阀，冷凝压力升高时，电磁阀打开，增加冷却水量，冷凝压力下降时电磁阀关闭，减少冷却水量如下图所以为了减少电磁阀开闭频数设小口径旁通阀。

4、二种冷凝器的比较

风冷式冷凝器优点为不需要冷却水，缺点是传热系数低，冷凝压力受环境温度影响很大，气温高时，冷凝压力很高，此外肋片上的积灰不易清理。

水冷式冷凝器传热系数大，设备紧凑，冷凝压力较低，但水质要求较高，清洗时需要停运，此外氟利昂泄露时不易察觉。

（六）油分离器

制冷活塞式压缩机在排气时都或多或少的会将润滑油带出，如油进入制冷系统，会造成回油困难，油进入蒸发器使蒸发温度升高降低制冷能力，此外压缩机需经常补油，因此在氟利昂进入制冷系统以前，必须先经过油分离器。

分离器的结构如下所示

美国另一种牌号-ALCO油分离器，则油出口在上部。

带油的氟利昂蒸汽，先进入入口过滤器和挡板，使油聚集并落到油分离器底部，氟利昂蒸汽在通过出口过滤器将残余的油粒分离。

油分离器内都装有浮球阀，当油位升高时浮球上升使阀门打开，由于冷凝压力（油分离器内压力）比蒸发压力（曲轴箱压力）高，其压力差使油从分离器排放到压缩机，油位下降时，回油阀关闭。

（七）回热器

从工艺流程图中可知，蒸发器出来的氟利昂蒸汽进入回热器，将冷凝器出来的氟利昂液体加热，而自身得到冷却。

回热器的作用有二个

1、使液体氟利昂降温。

如冷凝温度40℃时，表明氟利昂液体温度亦为40℃，相应的冷凝压力为1.43MPa，此液体通过回热器时被约为0℃的氟利昂冷却，使液体过冷从而提高制冷量（但功耗也增加了）。

2、使回气的温度升高。

如蒸发压力为0.4MPa，其相应的蒸发温度约为0℃。

径回热器后的温度大于0℃。

即氟利昂蒸汽过热，这可使回气中夹带的氟利昂液体气化，防止压缩机发生液击。

这是安装回热器的主要目的。

3、回热器的构造

典型的回热器的结构如下图所示，回热器进气管不是直接与压缩机吸气管相连。

在回气U形管下部还有一小孔，如果由于控制失灵而液氟或油量进入回热器时，小孔限制了进入压缩机的液体量，即一点一点的进入压缩机，从而避免发生液击事故。

（八）热力膨胀阀

1、热力膨胀阀的作用

（1）热力膨胀阀是节流装置，它使高压、常温的氟利昂液体节流膨胀降压，变为低压、低温的氟利昂液体和氟利昂气体。

氟利昂液体在蒸发器中蒸发，使空气降温。

（2）热力膨胀阀也是供液调节阀。

膨胀阀的感温包是与蒸发器氟利昂蒸汽出口管捆扎在一起的，当负荷大（空气多）时，过热度增加，膨胀阀开大，供液量增多，负荷小时过热度小，膨胀阀关小，供液量减少。

（3）保持压缩机吸入蒸汽有一定的过热度，防止压缩机产生液击和充分利用蒸发器面积。

2、热力膨胀阀工作原理图

1阀和阀杆2传动齿轮3调节杆4弹簧5膜片6平衡管

7毛细管8温包9蒸发器10套筒11弹簧托盘

如图所示，作用与膜片下的压力P0，如果是内平衡则为节流阀后压力即蒸发器前的氟利昂的蒸发压力，如果是外平衡则为蒸发器后的蒸发压力，因有一平衡管，他是从温包处引出口。

见上图

外平衡热力膨胀阀其工作原理与内平衡相似，无过热度时，阀关闭，出厂的静止过热度也是3.5℃，外平衡弹簧力的调节是通过旋转调节杆来实现的，调节杆转动时，通过齿轮带动套筒10旋转，套筒10外圆拄上有罗纹与弹簧托盘11内罗纹配合，因此套筒旋转时，弹簧托盘上升获下降。

（九）热气旁通阀

1、热气旁通阀的作用

（1）调节负荷（调节冷量）

当负荷（空气量）减少时，蒸发温度和蒸发压力均下降，当压力下降到一定程度时（可调）如下降到0.4MPa时旁通阀开始打开。

此时一部分氟利昂不经冷凝器冷却而经旁通阀直接进入蒸发器从而减少了制冷量。

如蒸发压力继续下降（如降到0.37MPa，可调），旁通阀全开，大量未经冷却的高温氟利昂蒸汽进入蒸发器。

因此热气旁通阀与卸荷装置可实现0-100%负荷调节。

（2）保持蒸发压力稳定

如前所述，蒸发压力降低到一定程度时，热气旁通阀打开，从而使蒸发压力不致过低防止压缩空气的水份冻结在蒸发器里。

2、热气旁通阀的结构和工作原理

上图是带平衡管热气旁通阀结构示意图。

平衡管那一端与蒸发器出口相通，因此当蒸发压力下降时膜片下的压力降低，弹簧力迫使阀向下，从而开大阀门时膜下压力升高，达到新的平衡。

热气旁通阀种类较多，其原理大致相同。

（十）视镜

又称液体指示器，用于显示氟利昂的液位、流动情况和回油情况

1、液位视镜。

用于液满式蒸发器的液位和压缩机曲轴箱油位的观察。

2、液流视镜。

用于观察进入蒸发器的液流情况和油分离器的回油情况。

3、显示含水量的视镜。

由一些液流视镜，在中间装有能显示氟利昂含水量的纸质圆芯，纸上涂有金属盐指示剂，含水量不同时，显示不通颜色。

纸芯颜色与含水量（PPM）的关系如下所示

SGI纸芯（DANFOSS公司）涂溴化钴（COBr2）的纸芯

绿色无色黄色绿色蓝色淡紫色粉红色

R12<

1515∽35>

35≈0<

015∽45>

45

R22<

6060∽125>

125

R22含水量小于60PPM属于正常范围。

有些显示器用英文表示，如下图

（十一）电磁阀

1、作用

一般在冷凝器（或贮液器）与热力膨胀阀之间都装有电磁阀。

电磁阀线圈与压缩机电机线路相接。

压缩机起动时，阀打开：

停止时，阀关闭。

以防止停机时大量的液体氟利昂进入蒸发器和吸气管，使压缩机再启动时，发生液击现象。

2、工作原理

直接作用电磁阀的工作原理。

电磁阀通电时，线圈产生磁场，芯铁被磁力吸起，阀门打开。

切断电源时，磁力消失，芯铁在重力和弹簧力的作用下，阀门关闭。

对于通径较大的电磁阀常采用二次开启式的电磁阀，即通电时磁力先将小阀口打开，然后打开主阀。

（十二）干燥过滤器（压缩机出口管上）和吸入过滤器

1、水份的危害

（1）氟利昂和水完全互不相溶，因此氟利昂中的水在膨胀阀出会因低温而结冰，堵塞阀门，影响制冷装置的正常运行。

（2）水还能使氟利昂发生水解作用而产生酸，从而发生“镀铜”现象。

（即制冷系统中的铜和铜合金被不断的溶解，而沉积在钢质部件如气缸、活塞环、阀片等上，氟利昂与润滑油相溶也会出现镀铜现象）。

（3）水和水解作用而产生的酸，还会腐蚀金属。

2、干燥过滤器装在压缩机出口管上，电磁阀和膨胀阀之前，以防阀件堵塞。

3、干燥过滤器结构和特点

美国斯波兰公司生产的全截留（catchall）过虑芯，其特点

（1）滤芯材质含有分子筛和活性氧化铝原料，既起过虑作用又起除水作用。

（2）可除去氢氟酸和各种有机酸

（3）压力损失小，可以忽略不计

（4）模制多孔滤芯，机械强度高，过虑面积大，可除去大量脏物。

过滤器的结构如下图所示

4、吸入过滤器。

是百褶滤芯，以达到最小的压降。

模制的和百褶式的滤芯都装在密封的金属罐中，以防止潮湿和进入脏物。

（十三）安全阀与易熔塞

有一些冷凝器上装有弹簧式安全阀，大多数冷凝器装易熔塞以防高压系统发生爆炸事故。

氟利昂液体的饱和蒸汽压与温度有关，如表二所示：

温度50℃时，液体氟利昂上方的饱和蒸汽压力1.84MPa

温度60℃时，压力2.33MPa，因此只要氟利昂液体温度不超高，压力也不会超高。

易熔塞一般装在有液体的部位，如冷凝器（贮液器）的下部，如果装在其它部位（如装在压缩机出口管道上）那么其压力和温度没有上述对应关系。

如压缩机排气温度50℃，而压力只有1.2MPa左右。

安全阀应装在气相为宜，否则超压时发生喷液，它比喷气危害较大，一般装在冷凝器顶部。

易熔塞的溶化温度一般为70℃，其合金成分如下表所示

B1铋Pb铅Sn锡Cd镁Sd锑

5025.713.3101

（十四）高压、低压保护装置（压缩机排气压力和吸气压力保护）

高压（冷凝压力）保护的目的,是防止冷凝器断水（或缺水）,排气阀未打开、氟利昂过多以及系统内存在不冷凝气体等原因所造成的冷凝压力超高事故，低压

（蒸发压力）保护是防止负荷很低或没有负荷而热气旁通阀、压缩机卸荷阀又失灵等原因所造成的蒸发温度过低而产生的空气冻结事故。

如图所示，当低压压力高于给定值的上限时，芯棒9和传动杆4向下（弹簧压缩）按下微动开关，使电路接通，压缩机正常运行。

如果低压压力低于给定下限时传动杆升起，使微动开关断开，压缩机停车。

当高压压力低于给定值下限时，弹簧力使传动杆抬起电路接通，压缩机正常运转，当高压压力高于给定上限时，推动杆16向下，拉下微动开关，电路断开，压缩机停车。

断开压力值可通过调节盘调节，加大调节弹簧压力时断开压力值就升高。

反之则减少。

高压或低压的差动压力（接通与断开的压力差）可通过调节盘调节，碟形弹簧压力增大时，差动值就大。

（一般20m3/min以下的小型干燥机停机后，需自动起动时才需调整差动压力）。

kd型压力控制器没有压力刻度，不便于现场调试。

近来已被yk-306型号带刻度的控制器所取代，其结构及工作原理如下：

当压缩机的吸排气压力均在