制冷原理双语版第十一章图文.docx

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制冷原理双语版第十一章图文

Chapter11CondensingEquipment

第11章冷凝设备

11-1FunctionandClassificationofCondensers李增扬11-1冷凝器的作用和分类

1.FunctionofCondensers

1.冷凝器的功能

Acondenserisaheatexchangerwhichcondensesarefrigerantfromitsvaportoitsliquidstate.Insodoing,thelatentheatisgivenupbytherefrigerantandwilltransfertothecondensingmedium.Thecondenserisoneoftheprincipalcomponentsinavaporcompressionrefrigerationsystem.

冷凝器是将制冷剂从蒸气冷凝到液体状态的换热器。

这样,制冷剂释放潜热,热量被冷凝媒介带走。

在蒸气压缩制冷系统中冷凝器是一个主要的设备。

AsshowninFig.11-1,thepurposeofthecondenseristoremoveheatfromtherefrigerantvaporleavingthecompressor,sothattherefrigerantwillcondensetoitsliquidstateatthecondensingpressure.Liquidrefrigerantisoftensubcooledthecondensingprocess.

如图11-1所示,冷凝器的目的是将离开压缩机的制冷剂蒸气热量移走,所以制冷剂在冷凝压力下将被冷凝到液体状态。

在冷凝过程中,液体制冷剂被冷却到过冷。

Theheat-transferprocessinacondenseroccursinthreestagesasimplicatedinFig.11-1.

在冷凝器中发生的传热过程发生在图11-1所包含的三部分。

1Desuperheatingofthehotvapor.

1热蒸气的过热降低

2Condensingofthevaportoliquidstateandreleaseofthelatentheat.

2蒸气被冷凝为液体并放出潜热。

3Subcoolingoftheliquidrefrigerant.

3液体制冷剂过冷

Thoughthesurfaceheat-transfercoefficientisloweronthehotvaporsideduringdesuperheatingofthevapor,itdoesnotaffecttoomuchtotheheattransferasthereisagreatertemperaturedifferencebetweenthevaporandthecoolingmedium.Thesubcoolingonlytakesplaceinasmallportionofthecondenser’ssurfacearea.Therefore,forsimplification,anaverageheat-transfercoefficientisusedforthewholecondenser’ssurfacearea,andthecondensationofrefrigerantisassumedtooccuratthecondensingtemperature.

虽然在热蒸气过热降低的过程中,蒸气侧的表面换热系数很低,但由于热制冷剂蒸气与冷凝媒介间的温差很大,所以它的影响并不大。

在冷凝器表面,过冷值占了很少的一部分区域。

因此,为了简化,整个冷凝器表面都用假定的平均换热系数,并且假定制冷剂在冷凝温度下液化。

2.ClassificationofCondensers

2.冷凝器的分类

Basedonthediverseapplications,condensersaremanufacturedinawidevarietyoftypes,shapes,andsizes.Condenserscanbeclassifiedinanumberofwaysaccordingtotheirstructure,condensingmediumandarrangementofairflow,etc.Fig.11-2liststhewaysofclassificationforcondensers.

对于不同的应用,冷凝器加工为各种不同的形式,形状和大小。

根据冷凝器的结构,冷凝方式和气流布置等许多方式可以将冷凝器分为许多不同类型。

图11-12列出了冷凝器的分类。

Althoughbrineordirectexpansionrefrigerantsaresometimesusedascondensingmediuminlowtemperatureapplications,greatmajorityofthecoolingmediumemployedforcondensersiseitherairorwater,oracombinationofthem.

虽然在低温应用时,盐水或直接蒸发制冷有时也用做冷却介质,但大部分冷却介质还是用空气或水,或它们的混合。

Fig.11-2Classificationofcondensers[1]

图11-2冷凝器分类

Condensingmedium

图11-1冷凝器内的状态和温度变化

11-2Water-CooledCondensers——韩志明11-2水冷式冷凝器

Inawater-cooledcondenser,coolingwaterisusedtoremovecondensingheatfromtherefrigerant.Thewatersupplycanbeeitheraonce-throughorrecirculatedarrangement.Inonce-throughusethewatercomesfromapermanentsupplyinsufficientquantityandiswastedafterpassingthroughthecondenser.Inmostsituationsanadequatewatersupplyisnotavailable,andthewatermustberecirculated.

在水冷冷凝器中,用冷却水带走制冷剂中的冷凝热,冷却水供给可以是直流式也可以是循环式的。

在直流式冷却水系统中,冷却水来自于水量充足的长久水源,当水流过冷凝器后就被浪费掉了。

在大部分情况中,都没有充足的水源,所以冷却水必须循环使用。

Typesofwater-cooledcondenserscanbeclassifiedaccordingtotheirconstruction（Fig.11-2.Eachhasfeaturesthatmakeitsuitableforcertainapplication.

水冷式冷凝器按其结构可分为多种形式,如图11-2。

每一种都有各自的特点以满足某种特定情况下的应用。

1.Double-pipecondenser

1.套管冷凝器

Thedouble-pipecondenserconsistsoftwopipesortubessoarrangedthatoneisinsidetheother（Fig.11-3.Waterispipedthroughtheinnertubewhiletherefrigerantflowsintheoppositedirectioninthespacebetweentheinnerandoutertubes.Withthisarrangementair-coolingoftherefrigerantisprovidedthroughtheoutsideofthetubeinadditiontothewater-cooling,reducingtherequiredsize.Counter-flowingresultsinthehighestrateofheattransfer.

套管式冷凝器含有两根管子,并且其中一根管子在另一根管子里面,如图11-3。

内部一根管子输送冷却水,制冷剂以相反的流动方向在内管和外管之间流动。

这样在水冷的同时,制冷剂管的外面与空气接触,可以同时进行空气冷却,这样就减小了冷凝器的尺寸。

逆流拥有最高的传热速率。

Fig.11-3Double-pipewater-cooledcondenser

图11-3,套管式水冷冷凝器

Adoubletubecirculararrangementisacompactconstruction（Fig.11-4.Thechemicalcleaningisrequiredforthetubebecausemechanicalcleaningisverydifficultforthisarrangement.

双管圆形设计结构非常紧凑（图11-4,这种安排的管道必须进行化学清洗,因为机械清洗十分困难。

Fig.11-4Circularandtrombonedouble-tubecondenser[11]

图11-4,圆形和U型双管冷凝器

Anothertypeofdouble-pipecondenserhascleanabletubes（Fig.11-5.Itisconstructedofstraightlengthsoftubewithheadersandremovableendplates.Thismakestheinnertubespossibletobecleanedmechanicallybyremovingtheend-plates.

另外一种双管冷凝器管道可以进行清洗（图11-5,它由带端板和可移动尾板的直长管组成。

这样的设计就可以通过移动尾板来对内管进行机械清洗。

Fig.11-5Doublepipecondenserwithcleanabletubes

图11-5,带可清洗管的双管冷凝器

2.Shell-and-coilcondenser

2.壳盘管式冷凝器

Theshell-and-coilcondenserismadeupofoneormorebare-tubeorfinned-tubecoilsenclosedinashell（Fig.11-6.Thecondensingwatercirculatesthroughthecoilswhiletherefrigerantiscontainedintheshellsurroundingthecoils.Hotrefrigerantvaporfromthecompressorenterstheshellandcondensesonthesurfaceofthecoils.Thecondensedliquiddrainsoffthecoilsintothebottomoftheshell.Sinceanexcessiveaccumulationofliquidinthecondenserwillcovertoomuchofthecondensingsurfaceandcauseanincreaseinthedischargetemperatureandpressure,thesystemcannotbeoverchargedwithrefrigerant.

壳盘管式冷凝器由壳体内的裸管或肋片管组成（图11-6。

壳体内的制冷剂包裹住盘管,冷凝水在盘管里循环,由压缩机排出的热制冷剂蒸气进入壳体并且在盘管表面被冷凝,被冷凝后的液体制冷剂脱离盘管流至壳体底部。

由于随着冷凝器内聚集的制冷剂液体会覆盖一部分冷凝面积会提高制冷剂排出液体的温度和压力,因此系统内部的制冷剂量不能过多。

Theshell-and-coilcondensersarecleanedbycirculatinganapprovedchemicalthroughthewatercoils.Asageneralrule,shell-and-coilcondensersareusedonlyforsmallinstallationsuptoapproximately10tonscapacity.Bothverticalandhorizontaltypesareavailable.Theverticalarrangementisconvenientwhenfloorapaceislimited.Theshell-and-coilcondensershavetheadvantageofbeingcompactinsizeandservethedualfunctionofcondenserandreceiver.

壳盘管式冷凝器通过盘管内规定的化学清洗剂的循环进行清洗,按一般的惯例来说,壳盘管式冷凝器只用于大约小于10吨制冷能力的小型装置,可以用立式的也可以用卧式的壳盘管式冷凝器,对于面积受限的地方用立式壳盘管式冷凝器显得很方便,壳盘管式冷凝器有尺寸较小、结构紧凑的优势,并且拥有冷凝器和回收器的双重作用。

otvaporin

W

Fig.11-6Shell-and-coilcondenser（verticaltype[1]

图11-6,壳盘管式冷凝器（立式

3.Shell-and-tubecondenser

3.壳管式冷凝器

Theshell-and-tubecondenserconsistsofacylindricalmetalshellinwhichanumberofstraighttubesarearrangedinparallelandheldinplaceattheendsbytubesheets.Therearetwomaintypesofshell-and-tubecondensers:

horizontalandvertical.

壳管式冷凝器含有一个圆柱状的金属壳,金属壳内部为大量的固定在末端管板的平行直管。

壳管式冷凝器主要有两种型式:

卧式和立式。

（1Horizontalshell-and-tubecondenser

（1卧式壳管式冷凝器

Theprincipalformofwatercooledcondenserinlargesizesisthehorizontalshell-and-tubecondenser.Thecondensingwateriscirculatedthroughthetubesthatarebareorfinnedsurface.Therefrigerantflowsoutsidethetubesbutinsidetheshellandcondensesonthesurfaceoftubesthroughwhichwaterflows.Heatistransferredfromrefrigerantvaportowaterthroughthetubewalls.Thecondensedrefrigerantdrainsoffthetubesandcollectsatthebottomoftheshellwhereitdrainstoareceiver.Thewaterentersthetubesfromtheendcovers,alsocalledheadersorwaterboxes,andmakesoneormorepassesthroughthelengthofthecondenser.Theheadersareremovablesothatthetubesmaybemechanicallycaleaned.

卧式壳管式冷凝器是大型水冷冷凝器的主要形式,冷凝水在裸管或肋片管内循环。

制冷剂在壳体内部管子外部流动并且在水管表面处被冷凝。

热量在管壁处由制冷剂蒸气传给冷凝水。

被冷凝的制冷剂液体脱离水管流至壳体底部并排向回收器。

水从端盖或水箱进入水管,并且在冷凝器长度方向上流过单程或多程。

顶盖可以移动,因此管道可以进行机械清洗。

Therecanbemanyvariationsonthehorizontalshellandtubecondenserdesign.ThetubesmaybestraightorbentintheshapeofaU,calledU-tubes.Mostshell-and-tubecondensersareeither1,2,or4

passdesignsonthetubeside.Thisreferstothenumberoftimesthefluidinthetubespassesthroughthefluidintheshell.Inasinglepasscondenser,thefluidgoesinoneendofeachtubeandouttheother.Twoandfourpassdesignsarecommonbecausethefluidcanenterandexitonthesameside.Thismakesconstructionmuchsimpler.Fig.11-7givesanexampleofatwopassshellandtubecondenser.

卧式壳管式冷凝器有很多种不同的类型,壳体内的管子可以是直的也可以弯曲成U型,称为U型管。

大部分壳管式冷凝器的管路都设计成单程、双程或4程的,这就涉及到管内流体在壳体内流体内部流动时间长短。

在单程冷凝器中,流体从管子的一段流进并且从另一端流出。

双程和四程的设计最为常见,因为流体可以在同一侧流进流出,这样使得冷凝器的结构更为简单。

图11-7为一个双程壳管式冷凝器的例子。

Fig.11-7Two-passshellandtubecondenser

图11-7双程壳管式冷凝器

Forthesametotalnumberoftubesandthesamewaterquantity,theheattransfercoefficientwillbehigherforthefour-passcondenserthanthetwoorsinglepasscondenser.However,becauseofthehighpressuredrop,thepowerrequiredtocirculatethewaterwillbegreater.Highwatervelocitiesaredesirableforgoodheattransferandalsotoinhibitthedepositedofdirtontheinteriorwallsofthetubes.Unfortunately,withsoftmetalslikecoppervelocitieshigherthanabout2m/stendtocauseerosionwithsomewater.Highervaluescanbeusedwithsteel,dependingontheacceptablepressuredrop.

对于相同的总管数和冷凝水质量,四程冷凝器的传热效率比单程或双程的都要高,但由于水的巨大压降,四程冷凝器水循环所消耗的能量也会更多。

较高的水速对传热效果及抑制管内壁杂质的沉淀都有好处。

但是对于铜类的软金属,高于2m/s的较高流速会造成水腐蚀现象。

在可以接受的压降前提下的较高流速则可以运用于钢金属管。

Shell-and-tubecondensersareavailableincapacitiesrangingfrom2tonsuptoseveralhundredtonsofrefrigerationormore.Shelldiametersrangefromapproximately0.1muptoseveralmeters,whereastubelengthvariesfromapproximately1mtonear100m.Thenumberandthediameterofthetubes

dependonthediameteroftheshell.Tubesdiametersof16mmthrough50mmarecommon.

壳管式冷凝器可以应用于制冷能力在2冷吨到数百冷吨或者更高范围内的制冷系统。

壳体的直径在在大约0.1m到几米的范围内,因此管长大约在1m到100m范围内。

内管的数量及长度取决于壳体的直径,直径在16mm到50mm间的内管最为常见。

（2Verticalshell-and-tubecondensers

（2立式壳管式冷凝器

Verticalshell-and-tubecondensersareusedfordirtywaterandemployedonlargeammoniainstal