电冰箱与空调器的主要部件教案.docx

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电冰箱与空调器的主要部件教案

 第三章电冰箱与空调器的主要部件 

【教学目标】

1.知道机 缩 压

2.理解热交换器（冷凝器、蒸发器）。

3.毛细管与膨胀阀、制冷辅助设备。

【教学重点】

压缩机和热交换器的应用。

【教学难点】

压缩机和热交换器。

【教学方法】

读书指导法、分析法、演示法、练习法。

【课时安排】

4学时。

【教学过程】

〖新课〗

第一节压缩机

1．压缩机的作用

制冷中压缩机作功使热量由低温物体移向高温物体。

压缩机是制冷循环系统的动力，在制冷装置中，是最重要的组成部分，喻为制冷装置的“心脏”。

2．压缩机按不同方式分类

制冷压缩机可按不同的方式分类，较为常见的分类有如下几种。

（1）按制冷机工作原理分

容积型压缩机：

分为往复式（活塞式）和回转式。

　　速度型压缩机：

分为离心式和轴流式。

（2）按制冷能力分

轻型6kW以下；

　　小型6~58kW；

　　中型58~464kW；

　　大型464kW以上。

（3）按采用的制冷剂种类分

氟利昂制冷压缩机以氟利昂为制冷剂。

氨制冷压缩机以氨为制冷剂。

 　　无氟制冷压缩机R123、R134等新型制冷剂。

（4）按压缩级数分

单级压缩机制冷剂从蒸发压力（低压）至冷凝压力（高压）只经过一次压缩，适用压缩比不大的场合。

双极（或多级）压缩机制冷剂从蒸发压力（低压）至冷凝压力（高压）经两次或多次压缩，适用于压缩比大、蒸发温度低的制冷系统。

（5）按压缩机气缸数目分

有一只活塞气缸； 　单缸压缩机

两只活塞气缸； 双缸压缩机

气缸数量在 多缸压缩机3个以上，可以是3缸、4缸、6缸、8和16缸等。

单缸和双缸压缩机常为立式或卧式；多缸压缩机大都采用角度式，如V型等。

（6）按气缸布置形式分

　立式（Z型）立式压缩机的各气缸轴线相互垂直。

卧式卧式压缩机的气缸轴线水平布置。

 　氨制冷压缩机

角度式压缩机的气缸轴线呈一定的倾斜角度排列，多为 V型（气缸中心线与铅垂线的夹角小于90°）、W型（气缸中心线与铅垂线的夹角为60°）和S型（S表示扇形，气缸中心线与铅垂线的夹角为45°）等。

（7）按压缩机外壳结构分

开启式电－动机与压缩机分开放置，压缩机的运转靠V带或联轴器来传动。

 半封闭式压缩机与电动机的机体外壳联成一体，电动机与压缩机使用一根轴。

轴端安装在端盖上，端盖的法兰圈与机体用螺栓联接，可以拆卸。

全封闭式压缩机与电动机的机体外壳构成一体，封闭焊死，密封性能很好，不易拆 　卸。

3．氟利昂活塞式单级基本类型及特性

（1）开启式

①缸径有50、70、100系列，均为高速多缸逆流式，可实现三工质（NH3、R12、R13）通用，气缸布置形式分别有V型、W型和S型，转数　　n=1440r/min。

② 标准制冷量R12时为3470~97400W。

　　③ 轴功率R12时为1.14~31kW；R22时为1.67~32.4kW。

　　④机器装有吸排油三通阀，在运转条件下不停车加油。

50、70、100系列有能量调节装置。

（2）半封闭式

①缸径有50、70、100系列，为高速多缸逆流式；R12、R22两工质通用，气缸布置

形式有V型、W型和S型，转数n=1440r/min。

② 标准制冷量R12时为2870~9480kW；R22时为5~100kW。

③机器装有吸排油三通阀，可不停车加油。

（3）全封闭式

　①缸径有21单缸高速逆流式，目前缸径有40、50、60系列,高速多缸逆流式，如3FM4G、3FY5Q等，可实现二工质（R12、R22）通用，气缸布置形式有卧式和立式，转数可达n=2880r/min。

　②标准制冷量：

R22时为8.37~31.63kW。

　③轴功率：

R22时为2.2~7.5kW。

　④结构紧凑，密封性能好，噪音低，维修困难。

4．活塞式压缩机的常用术语

（1）压缩机转速n压缩机曲轴在单位时间内的旋转圈数称为压缩机转速，通常以1min的转数为计量单位（r/min）。

（2）上止点和下止点活塞在气缸内作往复运动时，向上移动的最高位置（离曲轴中心最远点），称为上止点位置；活塞向下移动的最低位置（离曲轴中心最近点），称为活塞的下止点位置。

　　（3）活塞行程S活塞在气缸内作往复运动时，上止点至下止点之间的距离称为活塞行程。

它等于曲轴的曲柄半径R的二倍，即S=2R。

　（4）气缸直径D：

气缸直径即气缸内圆直径。

　　（5）工作容积Vg：

活塞行程与气缸截面积的乘积。

　　（6）余隙容积Vc：

活塞顶面和阀板底面之间要留有的空间（包括排气孔容积）。

　　（7）相对余隙容积C：

余隙容积Vc与工作容积Vg之，即C=Vc/Vg。

　　（8）制冷压缩机工况：

制冷压缩机的工作温度、工作条件称为工况。

　　（9）制冷压缩机的标准工况：

制冷压缩机在一种特定工作温度条件下的运转工况。

　　（10）制冷压缩机的空调工况：

制冷压缩机用于空调时，在其特定工作温度条件下的运转工况。

　（11）制冷压缩机的最大功率工况：

压缩机在最大功率状态下运转的工况。

　（12）制冷压缩机的最大压差工况：

压缩机能够产生最大压力差（冷凝压力与蒸发压力之差）时的工况。

压缩机每一周期的工作分为膨胀、吸气、压缩、排气四个过程。

　压缩机工作过程中，活塞在气缸中每往复运动一次,即曲柄每转一圈,就会依次进行压缩、排气、膨胀和吸气过程，在制冷系统中建立起压力差，使制冷剂在系统中循环流动，达到制冷的目的。

6．压缩机输入功率的换算

国外采用马力（HP）表示，而我国采用W（瓦）来表示压缩机输入功率。

7．电冰箱压缩机与电冰箱容积间的匹配

电冰箱压缩机与电冰箱容积间的匹配受许多因素的影响，国内外尚无统一的标准。

8．空调器压缩机输入功率与制冷量的对应关系

空调器中压缩机制冷量越大，消耗的功率也越大，反之，压缩机制冷量小，消耗的功率也小。

第二节热交换器（冷凝器、蒸发器）

一、热交换器的种类、结构特点

组成：

冷凝器和蒸发器两部分。

1．冷凝器的种类、结构特点

（1）冷凝器的冷却种类

① 水冷式

② 空冷式

③蒸发式和淋激式

按冷却空气的不同循环方式，分自然对流冷却和强迫通风对流冷却两种方式。

一般冷藏容积在300L以上的采用强迫通风对流冷却，300L以下的采用自然对流冷却。

空调器的冷凝器有水冷式，用于柜式空调器和整体式移动空调器。

风冷式，用于窗式空调器和分体式空调器。

（2）冷凝器的结构特点

①百叶窗式冷凝器用直径为5mm左右、壁厚为0.75mm的铜管或复合管弯曲成蛇形管，紧卡或点焊在厚度为0.5mm、冲有700~1200个孔的百叶窗形状的散热片上，靠空气的自然对流散热来形成冷凝条件，如图所示。

②在蛇形复合管的两侧点焊直径为 钢丝式冷凝器1.6mm的碳素钢丝而构成的，如图所示。

优点：

单位尺寸散热面积大、热效率高、工艺简单、成本低等

冷凝器盘管安装在箱体外皮内侧与绝热材料之间，利用箱体外皮散热来达到管内制冷剂冷凝的目的，见图所示。

优点：

保证冷凝器有合理的尺寸；对外壳加热，防止结露；工艺简单，成本较低；外观严密整洁美观。

缺点：

散热性能不如百叶窗式和钢丝式；结构特殊而维修不便

④ 翅片盘管式冷凝器

　　空气强迫对流式冷凝器。

结构：

翅片盘管式，如图所示。

优点：

结构紧凑，散热效率高，冷却能力大。

缺点：

翅片密集，空气自然流动时阻力大，通过加装的轴流风机或离心风机来强迫空气的对流。

⑤ 套管式水冷凝器　　

套管式水冷凝器是将两根不同直径的铜管（内管也可若干个）同心地套在一起盘成椭圆形，如图所示。

2．蒸发器的种类、结构特点

（1）按被冷却物体的性质可分为三大类：

①液体冷却式

②空气冷却式

③固体冷却式

（2）蒸发器的结构特点

①铝平板式蒸发器

有复合板吹胀型和印刷管路型两种结构，如图所示。

② 管板式蒸发器

用紫铜管或铝管绕在黄铜板或铝板围成的矩形框上焊制或粘接而成，如图所示。

特点：

结构牢固可靠，设备简单，规格变化容易，使用寿命长，不需要高压吹胀设备等，但传热性能较差，多用在直冷式双门电冰箱的冷冻室上。

③蛇形盘管和约高 蛇形翼片管式蒸发器15~20mm经弯曲成形的翼片组成的，如图所示。

特点：

结构简单，除霜方便，一般不用修理。

缺点是自然对流时空气流速很慢，因而传热性能较差。

多用在小型冷库和直冷式双门电冰箱的冷藏室上。

④由蒸发管和翅片组成，应用于间冷式双门电冰箱的冷冻室内和空调器中。

 翅片管式蒸发器

特点：

具有坚固，可靠性高，体积小，寿命长，散热率高，如图所示。

⑤盘管既是蒸发器，又是抽屉搁架，制造工艺简单，便于检修，成本较低，而且有利于箱内温度的均匀，冷却速度快。

应用于冷冻室下置内抽屉式直冷式冰箱，如图形所示。

 层架盘管式蒸发器

⑥角蒸发器

是海尔冰箱独设的，双面制冷，全方位速冻，冰箱最下面抽屉也能冷冻食品，全面节能保鲜。

二、热交换器的工作原理及应用

1．热交换器的工作原理

外界力作功，使制冷剂在制冷系统内外实现状态的变化，实现热量的转移，达到制冷的目的。

蒸发器和冷凝器就是够保证这一过程连续进行的热交换器，如图所示。

1.压缩机2.冷凝器3.毛细管4.蒸发器5.干燥过滤器6.气缸7.活塞8.绝热层9.低压管10.高压管11.电动机

（1）冷凝器功能：

降低从压缩机排出的高温高压过热制冷剂蒸气的温度，冷却成高压的液态制冷剂。

过程分为三阶段，如图所示。

 ）冷凝器

第一阶段：

过热蒸气冷却为饱和蒸气；

第二阶段：

由饱和蒸气冷凝为饱和温度下的液体；

第三阶段：

进一步冷却为过冷液体。

冷凝器的其他作用：

一是将压缩机排气口接到副冷凝器，使浸入化霜水注入蒸发皿中，使之蒸发，以免弄湿地面。

二是将冷凝管绕箱门四周和箱顶部，防止箱门四周及顶部凝露问题。

影响冷凝器传热效率的因素:

①空气流速

②管内残留空气

③污垢

（2）蒸发器液体制冷剂在其中蒸发并吸收被冷却物质热量的热交换器，是制冷系统中主要的换热部件。

功能：

将节流降压后的低温低压制冷剂液体，在压力很小的蒸发器内，迅速蒸发成饱和蒸气，大量吸收被冷却物体的热量使之温度下降，从而达到制冷的目的。

分类：

按内部制冷剂状态可分为干式蒸发、半满液式蒸发和满液式蒸发。

蒸发器中制冷剂的吸热过程如图所示。

影响蒸发器传热效率的因素:

①空气对流速度对蒸发器传热的影响

②制冷剂特性对蒸发器传热的影响

③霜层及污垢等对蒸发器传热的影响

④传热平均温差对蒸发器传热的影响

2．热交换器的应用

冷凝器——制冷系统中的散热器和液化器，其作用就是在系统制冷时进行放热和液化制冷剂。

蒸发器——在系统制冷时，是吸热设备。

第三节毛细管与膨胀阀、制冷辅助设备 

一、毛细管

1．制冷系统中的节流装置

节流：

液体（气体和液体）在流道中流经阀门、孔板或多孔堵塞时，由于局部阻力而使压力降低的现象，如图所示。

绝热节流：

在节流过程中流体与外界无换热，制冷剂流经毛细管或膨胀阀时的节流过程，为绝热节流。

2．毛细管的结构形式

是一根直径很细的紫铜管，在制冷系统中可产生预定的压力降，一般用作电冰箱、空调器和小型冷库的节流元件。

3．毛细管的工作过程

作用：

（1）节流降压，将高压流态制冷剂降压为低压液态制冷剂：

（2）控制蒸发器的供液量。

图示为制冷剂液体在毛细管中的压力及状态变化。

4．毛细管的节流特点

（1）毛细管由紫铜管拉制而成，结构简单，制造方便，价格低廉。

（2）没有运动部件，本身不易产生故障和泄漏。

（3）毛细管的自动补偿性，以适应制冷负荷变化对制冷流量的要求。

这种补偿能力有限，适合在采用全封闭式压缩机的电冰箱、小型空调器、空气降温机以及某些低温设备中使用。

（4）增加制冷剂的过冷度，使制冷量增加，提高制冷效果。

（5）毛细管本身是常通结构。

二、膨胀阀

膨胀阀属于节流降压器件，使用在大、小型空调器中。

作用：

把来自冷凝器的高温、高压液态制冷剂降温、降压后，供给蒸发器并自动调节制冷剂的循环量，控制蒸发器出口制冷剂蒸气的过热度，以适应系统制冷量变化的需要。

1．手动膨胀阀

（1）结构形式

手动膨胀阀是最简单的节流阀，如图所示。

（2）工作过程

适用于制冷系统手动控制的场合。

它是一种带有细牙螺纹调节的针阀，可手动调节阀的开启度。

2．自动膨胀阀

（1）结构形式，如图所示。

（2）工作过程

阀开启，制冷剂液体进入蒸发器，蒸发引力升高，导致膨胀阀的关小。

当压缩机抽吸蒸发器中的蒸气时，压力降低，促使膨胀阀开大，这样它自动调节阀的开启度。

当压缩机开动时，针阀立即开大；当压缩机停止时，蒸发器中的压力可使膨胀阀全关。

3．热力膨胀阀

（1）结构形式图示。

组成：

感温机构、执行机构和调节机构三大部分。

1.毛细管2.密封盖3.波纹薄膜4.转动盘5.传动杆6.阀体7.阀孔座8.阀针座9.阀针10.弹簧11.弹簧座12.调节座13.垫圈14.填料15.压紧螺母16.调节杆17.帽罩18.过滤网19.进口接头20.氟利昂充剂21.感温包

（2）工作过程

热力膨胀阀的工作原理如图所示。

①在平衡状态下因P=P0+PD，阀的开度一定，供液量一定。

②负荷增加，蒸发器出口的制冷剂温度上升（过热度增加），感温包吸热后压力上升。

P>P0+PD，阀头开启，制冷剂流量增加，节流后制冷剂压力P0增加。

蒸发温度上升，压缩机的排气量增加，此时，膨胀阀进入新的平衡状态。

1.热力膨胀阀2.毛细管3.感温包4.蒸发器

③负荷减小时，蒸发器出口的制冷剂气体温度下降（过热度减小），感温包内的压力下降，P

膨胀阀就是利用开阀作用力P的变化来改变阀针的开启度，从而改变制冷剂的流量，使蒸发器出口带有3~8℃的过热度，实现对阀自动调节。

4．电子膨胀阀

优点：

流量控制范围大、动作迅速、调节精细，制冷剂可以往、返流动。

采用微电脑程序进行流量控制调节。

按驱动形式划分，有电磁式和电动式两类，电动式又分直动型和减速型两种。

图为脉冲电动机驱动的电子膨胀阀的总体结构图。

图示阀针在阀孔内上下移动的情形。

图示电子膨胀阀全开、全闭时的限位机构。

1.薄片2.调整螺栓3.套管4.调整螺母5.转子6.套筒7.轴8.阀针9.定子

三、常用辅助设备的结构及功用

1．感温包

（1）感温包结构

　一根较毛细管直径大数倍的管子加工制成。

管子的一端与毛细管相连接，另一端有两种结构形式：

一种是端口封死的；另一种是在顶端加一段与感温包相通的小口径管子。

这两种感温包的外形如图所示。

（a）的结构由于一端端口封死，维修不方便；图（b）的结构由于在端部增加了一段管子，方便维修。

（2 ）感温包的功用

安装在蒸发器的出口附近，功用有两个：

一是向热力膨胀阀发出控制信号，控制阀门的开启度，从而对制冷剂流量进行调节；

二是为感温波纹管式温度控制器提供温度变化信号，从而控制压缩机的电动机是否开启。

2．吸气管

也称回气管，内径为4~5mm、外径约6mm、长约1.5m的紫铜管。

作用是连接蒸发器和压缩机，使蒸发器内的低温、低压制冷剂气体能够回到压缩机内。

3．污物过滤器

结构图

主要作用：

防止出现堵塞，在冷凝器液体出口处装污物过滤器，使污物滤存在网内，防止制冷系统发生脏堵。

4．干燥过滤器

如图，干燥过滤器由直径为14~16mm、长度约为100~180mm的粗铜管制成。

作用：

对制冷剂进行干燥和过滤。

将制冷剂流动过程中携带的有形尘屑和制冷系统的残余水分过滤和吸附掉。

5．气液分离器

又称贮液器，结构如图形所示。

1.液态制冷剂出口2.至压缩机接口

3.吸入管入口（来自蒸发器）4.筒体

图为氨用气液分离器结构图

6．气油分离器

从气态制冷剂中分离润滑油的装置称气油分离器。

作用：

防止压缩机排出的润滑油大量进入系统，在冷凝器与压缩机排气口之间设置气油分离器。

用于氟利昂制冷系统的，简称氟油分离器；用于氨制冷系统的，称氨油分离器。

气油分离器在制冷系统中的安装位置

气油分离器在制冷系统中的安装位置

常用的氟油分离器有挡板式、过滤式、填料式等结构。

图为挡板式氟油分离器。