《制冷装置》电子教案第1章.docx

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《制冷装置》电子教案第1章

绪论

一、制冷装置研究内容

1、

组合在一起的装置

含意：

制冷装置是将制冷设备

耗冷设备

2、组成：

主机（四大件）、辅机（分离器、贮液器等）、连接管道及阀门、仪表。

3、研究：

①如何供冷：

通过制冷设备产生冷量

②如何用冷：

使已有的冷量满足用户需要，达到用户使用要求

二、制冷方案的设计

制冷方案设计是设计单位依据设计任务书提出的初步设想。

1．压缩机选型（型式和级数）

2．冷凝器选型（水冷、风冷）

3．蒸发器选型（直冷、间冷）——课程主体是冷库：

冷间的冷却方式-直冷-冷风机和冷却排管

4．蒸发器供液方式：

直接供液、重力供液和液泵、气泵供液

5．自动控制系统型式的确定

三、制冷装置分类及应用

1、冷藏制冷装置：

用于食品保鲜贮存（冷藏链）

冰箱―――――家用

冷藏库――――大型冷藏

冷藏运输―――运输

冷藏陈列―――商用

2、速冻制冷装置：

冷加工，快速冷冻食品，保鲜，便于冷藏

特点：

超低温冷加工

变频无级调速自动传送

3、空调制冷装置：

用于室内空气调节

大型

制冷系统

冷媒系统

小型

4、工业冷却装置：

满足工艺生产要求

5、真空冷冻干燥装置（冻干机）：

干燥食品（如茶叶）；冷冻血液等

6、液氮制取装置：

低温制取液氮

7、工程冷冻装置：

在建筑中，混凝土浇灌冷冻处理

8、试验制冷装置：

科学试验条件要求的特殊制冷装置

9、其它制冷装置：

半导体制冷、风能制冷、太阳能制冷

四、发展趋势：

制冷剂：

CFC、CHFC、HFC，制冷剂更新对制冷装置调整

节能：

变频、改变能源形式

自动化：

PLC程序控制

五、冷库基础

单级压缩（压缩机）

机器间——压缩机

双级压缩（压缩机+中间冷却器）

机房

设备间——辅助设备（调节装置+供液系统+空气分离器）

or室外——冷凝器及冷却水系统+高压贮液器+油分离系统（油分离器+集油器）

冻结间（冷风机）

冷库加工型冷间

冷却间（冷风机、排管）

库房——蒸发器

低温冷藏间（墙排管、顶排管、搁架排管）

储藏型冷间

高温冷藏间（冷风机+均匀送风管、排管）

管道系统——+阀门+仪表+控制器（管材、管径、布局、保温）

第一章氨制冷系统

制冷系统：

实现人工制冷的装置

耗能

热量从低温物体向高温物体转移

氨制冷系统

按工质分氟利昂制冷系统

混合工质制冷系统

活塞式

制冷系统分类容积式螺杆式

压缩式转子式

速度式——离心式

按原理分吸收式

蒸气喷射式

吸附式

热电式

高压系统——机房系统

基本四大件低压系统——库房系统

辅助设备

制冷剂循环系统管道及阀门

仪表及控制器

制冷系统组成润滑油循环系统

融霜系统

冷却水系统（水冷式系统有）

冷媒水系统（间冷式系统有）

复习：

1、制冷原理

2、理想循环

3、理论循环

4、实际循环（过冷、过热、回热、实际压缩）

5、工况对制冷效率的影响

冷凝压力升高蒸发压力降低

§1.1高压系统

1、压缩部分

高压系统组成2、冷凝部分

3、调节部分

制冷剂在高压系统中的工作过程：

压缩机吸气－压缩－排气－油分离器－冷凝器－高压贮液器－调节、节流阀

一、压缩部分：

1、压缩类型：

（考虑制冷剂）

单级单机式：

用于负荷单一，蒸发温度较高的制冷系统（图1-1）

①单级压缩：

高温制冷单级双机式：

用于负荷变化大，有一个或多个蒸发温度的制冷系统（图1-2）

②双级压缩：

用于较低蒸发温度的制冷系统

③复叠式压缩：

用于更低的蒸发温度制冷系统

④单双级混合压缩：

用于蒸发温度不同的制冷系统

2、单级压缩：

吸气口+吸气管+仪表阀门

压缩机排气口+排气管+仪表阀门

1组成结构高压控制器：

安全保护

控制器高低压控制器低压控制器：

节能

压差控制器：

安装于压缩机油泵上的油压控制器——保护压缩机

2阀门安装特点

·更换压缩机安全方便

吸排气管上安装双排阀——作用·保护排气管上的单向阀

·保证反向工作阀正常工作

№1.单级单机阀门安装特点：

排气管上安装单向阀——作用：

防止停机后排气管中氨气冷凝为

（图1-1）氨液回流进入压缩机

吸排气管上安装反向工作阀——作用：

压缩机反向工作，使高压系统真空，以便维修

№2.单级多机阀门安装特点：

吸气管并联，并设吸气互换阀——作用：

灵活控制蒸发器工作系统

（图1-2）排气管串联

常用阀门类型：

截止阀、闸阀、蝶阀、止回阀、调节阀

组成

3、双级压缩：

1原因：

蒸发温度取决于用户要求→To→Po压缩比Pk/Po过大压缩机工作效率大大降低

冷凝温度取决于环境条件→Tk→Pk

2判断：

氨机：

Pk/Po>8时，采用双级压缩

氟利昂制冷机：

Pk/Po>10时，采用双级压缩

3类型：

氨系统使用一次节流中间完全冷却的双级压缩

节流损失越少

节流方式→节流次数越多制冷系统越复杂＝设备多——→采用一次节流

实际操作越不便

工质绝热指数K＝Cp/Cv→K氨＝1.30偏高

中冷方式→取决于排气方式→取决于压缩机吸气温度——→采用中间完全冷却

压缩机气缸冷却效果

压缩机效率

4工作原理

单机双级双机双级p－h图

5组成单机双级压缩机+中冷器：

节省机房面积及管道；操作方便；压缩机高低压容积比固定（0.33、0.5）

配组式双级压缩机+中冷器：

系统庞大；但组成灵活，能满足各种需要

6

设备－中间冷却器

降低低压级压缩机排气温度

作用保证高压级压缩机供液

分离润滑油

高压液体节流前过冷

中冷器流量∝蒸发量∝随蒸发器负荷变化

结构特点：

大容积→保证中冷效果，减少液面波动便于控制节流阀开启度→中冷后节流，两者相互制约

两种：

氨用、氟利昂用

作用：

稳定供液+恒定液面+节流降压

普通节流阀：

人工调节

中间节流阀液位恒定，节流降压

自动浮球阀进液管上要加过滤器

类型：

进出液管上均设截止阀

要并联备用节流阀

进口安装过滤器和截止阀

电磁阀出口安装普通节流阀

要并联备用节流阀

特点：

适用于氨液温度<0℃；焊接斜管便于观察；简单；

结霜式安全；有冷量损失

中冷器配置原理：

视结霜位置高度

特点：

安装弹子直角阀（防玻璃破碎氨泄漏）；简单直观；

玻璃式有冷量损失

液位指示器原理：

视玻璃管内液柱高度

（见下图）特点：

加冷冻油包（油包上接放气下接排污），靠氨液压油入

油包式液柱

原理：

视玻璃管内油柱高度

远距离式特点：

氨液经蒸发室压油入液柱

压力表原理：

视玻璃管内油柱高度，油面上为中冷器内气压

安全阀下为中冷器液面下H处液压

放油阀

排液阀

结霜式玻璃式油包式远距离式

二、冷凝部分：

1、冷凝部分组成

润滑压缩机内运动部件

冷却压缩机内运动部件

润滑油作用密封活塞与气缸间隙

压缩机能量调节－油压推杆机构

换热设备内形成油垢、油膜影响传热—→系统内除油

①油分离器润滑油危害粘性大，流动阻力大

混合杂物阻塞管道

过滤式

设备洗涤式

（见图）离心式

填料式

位置：

压缩机后，冷凝器前

立式氨：

上进下出，走管间

冷却水：

上进下出（配水箱－管束－水池），走管内

卧式氨：

上进下出，走管间

壳管式冷却水：

同侧下进上出，走管内

套管式氨：

上进下出，走管间－－――—→一般用于小型氟利昂系统

②冷凝器冷却水：

下进上出，走管内

（见图）空气冷却式：

氨：

上进下出，走管内

淋水式氨：

走冷凝管内

冷却水：

喷淋在冷凝管外

氨：

走冷凝管内

蒸发式冷却水：

喷淋在冷凝管外

空气：

吹/吸空气绕过冷凝管外，空气降温+喷淋的冷却水蒸发吸热降温

结构：

大容积

③高压贮液器配置辅件：

（同冷凝器）压力表、安全阀、均压管、放气管、放油阀、液位计

氨液进

（见图）·根据负荷变化调节蒸发器供液

作用·避免冷凝器积液，保证冷凝面积

·液封高低压两部分压差

·检修时贮氨液

·分离润滑油

不凝性气体：

在Pk、Tk下不能冷凝为液体的气体。

（主要为空气）

·充氨或检修时残存

产生原因：

·低压系统渗入空气

·油/工质高温分解

·氨腐蚀设备/管道的产物

·占据换热设备空间，减少其换热面积

危害：

·Pk↗→ε↘

④空气分离器·空气绝热指数>氨气绝热指数→排气温度↗→加剧润滑油分解

（见图）·不凝性气体加剧氨腐蚀作用

吸气管上气液分离器

最里一层+三层

冷凝器+高贮器

供氨液供冷量

氨液吸热变氨气

氨气+空气吸冷变氨液+空气

第二层+第四层

氨液

放空气

卧式（四重管式）

类型：

立式氨液→空气分离器冷却盘管→吸热蒸发→氨气→压缩机吸气管的气液分离器

空气+氨气→空气分离器中部→放热冷凝→氨液+空气→放空气

再进入空气分离器

自动式原理/工作过程：

同立式，见P16图1－6

自动控制温控当t＝-12℃时电磁阀开启，放空（此时氨气量最少）

温控当t＝-8℃时电磁阀关闭，停止放空

2、冷凝部分设备连接管道要求

①冷凝部分管道设计：

描述图1-10

②洗涤式油分离器与冷凝器泄液管的连接：

冷凝器→高贮器为水平管冷凝器→油分离器供液管必须垂直向下分出

连接：

冷凝器→高贮器→低压系统

通过式特点：

均压管可有可无；管径足够大；落差足够高

③冷凝器泄液管与高贮器进液管的连接：

负荷小，高贮器补充供液

波动式连接：

冷凝器→低压系统→高贮器负荷大，高贮器回收供液

特点：

保存过冷度；均压管必不可少；高贮器液面随负荷变化

·量多→并联；处理能力小→串联

④多台冷凝器工作的管道连接·台数合理配备，管道连接最短

·并联：

使用同型号；对应冷凝器和高贮器都加均压管

三、调节部分：

1、总调节站

①作用：

分配高压系统来的液氨。

适用于：

单级压缩、双级压缩、直接膨胀供液、重力供液、氨泵供液

单阀门组式高贮器供的液氨

功能加氨站供的液氨总调节站→分路去各个蒸发器

②类型热氨融霜→排液桶的氨液

适用于：

单双级混合压缩

双阀门组式高贮器供的液氨

功能加氨站供的液氨进入一个阀门组→分路去各个高温蒸发器

热氨融霜→排液桶的氨液安有截止阀

中冷器蛇形盘管过冷氨液－→进入另一个阀门组→分路去各个低温蒸发器

图1-18单阀门组式总调节站图1-19双阀门组式总调节站

2、加氨站

①作用：

向系统充注氨。

②要求：

必备压力表，设于室外。

结构：

钢瓶倒置→耐压橡胶管连接→抽气管→称重确定加氨量

氨瓶加氨加氨位置总调节站

类型低压系统＝氨液分离器/低压循环桶/蒸发器

适用于：

大型制冷系统

氨槽车加氨给氨槽车加压－接高压系统（油分离器排出的热氨气加压）

过程：

氨槽车排液――接低压系统or总调节站

图1-20氨瓶加氨站图1-21氨槽车加氨站

3、

图1-22热氨站

热氨站

①作用：

分配融霜用的热氨到各个蒸发器融霜。

②要求：

管道保温；安装压力表（控制压力0.6～0.9MPa）

③过程：

油分离器→热氨气→热氨站→分调节站

蒸发器

4、分调节站

①作用：

用于重力供液&氨泵供液时,分配低压氨液&氨气。

单排阀组：

氨液分离器→分调节站（分）→蒸发器；蒸发器→分调节站（集）→氨液分离器

双排阀组：

不仅分配氨液分离器－蒸发器之间；而且分配热氨融霜系统

②类型集中式：

靠近氨液分离器

分散式：

靠近蒸发器

图1-23分调节站

§1.2低压系统直接冷却系统：

主要用于冷藏

间接冷却系统：

主要用于空调、制冰、工业冷却

系统简单

优点氨与被冷物只有一次传热温差

冷场均匀，冷却速度快

氨泄漏直接污染冷藏食品

一、直接冷却系统缺点机房－库房距离远不适合

直接膨胀供液

类型重力供液

氨泵供液

气泵供液

1、直接膨胀供液

①原理：

利于Pk与Po的压差作为动力，高压氨液经节流直接进入蒸发器。

②结构：

调节站+蒸发器

③优点：

减少功耗（功耗设备只有压缩机）

系统简单

闪发蒸气进入蒸发器

负荷变化蒸发器→供液量与蒸发量平衡失调

缺点：

（Pk-Po）决定供液量热力膨胀阀调节能力↘

手动阀工作量↗

高度不同的蒸发器，高位蒸发器因含闪发蒸气而供液量↘，下部蒸发器供液量↗

④适用于：

负荷稳定的小型装置or备用

2、重力供液

①原理：

利用氨液自身重力，氨液从较高位的氨液分离器流入较低位的蒸发器

②结构：

·对单个蒸发器：

·对多个蒸发器：

·蒸发器高度位置不同：

问题：

回气中易存在冷凝氨液→组成湿压缩

处理方法：

机房加氨液分离器

|

·负荷波动大/机房库房距离远：

压缩机（连续工作）

完善型：

低压系统-机房氨液分离器-低压贮液器-排液桶

|

机房氨液分离器类型压缩机（定期加压排液）

简易型：

低压系统-机房氨液分离器-排液桶

③氨液分离器与蒸发器高差确定：

·分析问题：

高差过小→供液不足

高差过大→Po↗→To↗→不能满足用户要求

两器最大液面差＝1～2米

·取值：

氨液分离器出液管面积＝2×进液管面积

蒸发排管每一回路管长不宜过长：

管径D38mm→管长<120m

避免湿压缩

优点阻止闪发蒸气进入蒸发器

④供液较均匀（∵有均压管和气液调节站的作用）

两器液面高度差影响To

缺点工质流速较慢→总换热强度↘

系统复杂，一次投资大

⑤适用于：

小型制冷装置

3、氨泵供液

①原理：

依靠氨泵为氨液提供动力，将高压氨液送入蒸发器工作

说明：

提高蒸发器传热量Q=KA（tKF-to）工况决定制冷效率

低温环境

蒸发器定型即定

K=

↓↓空冷：

风速↗→食品干耗↗

↓水冷：

水流速↗→冷媒出水温度无法满足

氨流速↗采用方法：

增加流动动力

设备：

氨泵（加动力）+循环桶（气液分离→防止氨泵气蚀+压缩机湿压缩）

氨泵供液量

循环倍率

蒸发量→由制冷系统确定

②氨泵供液量确定：

n↗－→K↗－→n＝1～6时k↗↗－→自然风冷：

n＝3～4

n的确定强制风冷：

n＝5～6权衡取值

P27图1-32n↘－→流动阻力↘

一桶一泵：

高压液→节流→循环桶→截止阀→过滤器→氨泵→单向阀→

③系统工作过程↖__蒸发器←液体分调节站←截止阀←

一桶二泵：

过程同上，结构二泵并联，可单独工作也可同时工作

图1-32循环倍率与传热系数的关系（光滑管冷风机，内径32mm，管长521m，分段供液）

·安装于循环桶下：

保证氨液进入，防止气蚀

·泵体及其前后设抽气管：

低压条件下流动易气化；停机检修时氨液易气化

④氨泵安装要求·设自动旁通阀：

当部分蒸发器停机→蒸发量GZF↘供液流速↗

泵选定→氨泵供液量Gb一定→n↗→流动阻力↗不利制冷→开启旁通阀，

传热温差↘过多氨液回循环桶

·出口安止回阀：

防止停机氨液倒流

·进出口安断液保护器：

方便氨泵检修更换

⑤氨泵类型齿轮氨泵

离心氨泵

⑥向蒸发器的供液方式：

设备安装自上而下为：

蒸发器－循环桶－氨泵

结构循环桶容积足够大：

足够盛放停机后蒸发器回流的全部氨液

·上进下出蒸发器多组时：

需设调节阀均匀供液于各个支路

停机后，氨液全部回流到循环桶而立即停止制冷

优点同理，停机即可融霜

蒸发器内氨液自重下流，易冲出润滑油及杂质

结构：

无特殊要求，灵活

·下进上出优点：

氨液靠压力供液，供液均匀

缺点：

停机后，蒸发器残余氨液继续制冷

同理，融霜需先排液

多组蒸发器安装高差大时，会有静液柱压力影响→下部蒸发器Po↗

n＝3～6→氨泵供液量>蒸发量→蒸发器内呈“雾环流”→换热效果↗

氨泵强制供液→对复杂蒸发回路也可均匀供液

优点循环桶双重作用气液分离→防止氨泵气蚀；压缩机湿压缩

⑦兼做排液桶→简化融霜系统

设备集中于机房，便于操作及自控

缺点：

动力消耗增加5～9％；泵需定期检修

⑧适用于：

大中型制冷装置

4、气泵供液

①原理：

利用高压气体or高压液体作为动力，输送氨液到蒸发器内制冷

恒压罐式

单罐式交替式

②类型：

气泵供液气体加压双罐式

液体加压：

同上

③工作过程：

低压循环桶供液时，加压罐也补充供液，类似氨泵供液Gb>GZF

·双罐式：

A罐/B罐的充液/供液工作交替进行，周期性工作。

压缩机均压阀开

高压贮液器→节流→低压循环桶→A罐→高压导入阀关→A罐充液

均压阀关

高压氨液/气→B罐→高压导入阀开→B罐向蒸发器供液

·单罐交替式：

工作过程同上，但只有一个加压罐，只能充液/供液交替进行，间歇工作。

·单罐恒压罐式：

高压贮液器→节流→低压循环桶→加压罐→恒压罐→蒸发器

也存在充液/供液前有恒压罐控制循环倍率

控制供液压力（类似氨泵）

加压的高压液体，高压气体均来自制冷系统，此压能为系统固有，省去氨泵耗能

省去氨泵检修

优点易于实现自控

④可根据需要调节循环倍率

:

改变加压罐的加压压力

缺点自控系统维护复杂

⑤适用于：

冷藏库制冷装置

氨泵供液制冷系统流程图示例

有利于远距离分散式输送冷量

制冷系统集中

优点载冷剂蓄冷能力大，输冷温度波动小，停送载冷剂立即停止供冷

载冷剂无毒，不会污染冷藏食品

二、

制冷剂－载冷剂

载冷剂－低温系统

间接冷却系统存在二次传热温差

缺点增加载冷剂系统→一次投资大，运行费用大

部分载冷剂对管道有腐蚀作用

类型封闭式同程式

敞开式异程式

1、封闭式系统

①特点：

载冷系统与大气隔绝，设膨胀水箱放气

②载冷系统：

③组成设备：

·蒸发器：

（见图）满液式卧式壳管式制冷剂走壳管间→供液入壳底，液面高0.7~0.8D，液面有沸腾泡沫

载冷剂走管束内→同侧水平进出

·节流阀：

浮球阀（图见前）供液→直接膨胀供液

重力供液

·冷却器：

表冷器or盘管

·载冷剂泵

·膨胀水箱

系统充满载冷剂液体

④优点只有膨胀水箱与大气接触，降低了载冷剂腐蚀性

缺点支路压力不易稳定，运行调节复杂（各点均在压力下运行，无贮液设备停顿分配供液）

高差大的系统，由于高位膨胀水箱作用，使低位系统压力过大

2、敞开式系统

·蒸发器旁设载冷剂水箱：

用于自动调节供水量；敞开式；系统最低位

开式：

冷水箱（见图）

1特点：

系统一处or多处与大气相通·蒸发器闭式：

壳管式（见前图）

湿式冷风机（见图）

·冷却器开式喷水室（见图）

闭式表冷器

盘管

·全敞开式系统：

蒸发器和冷却器都使用开式设备

②类型·蒸发器敞开式系统

·冷却器敞开式系统

③系统组成

供液均匀

优点热稳定性好：

载冷剂冲注量大，温度波动小

④系统多处敞开，便于检查载冷剂量及浓度

缺点载冷剂泵能耗大：

克服的阻力大

与大气接触多，腐蚀性大

§1.3融霜系统和油系统

一、融霜系统

1、原因：

蒸发器表面温度低于环境露点，空气中水份则结露or结霜于蒸发器表面。

2、方法：

①中止制冷循环除霜适用于：

可间断工作的小型制冷装置

方法：

停机，升温，自然融化

②人工扫霜适用于：

冷藏库的光滑墙排管和顶排管

方法：

人工扫霜

③外能除霜适用于：

冷风机

方法：

电加热，蒸汽加热，温水加热，

④水融霜适用于：

蒸发管束组集中的蒸发器

方法：

温水喷淋蒸发管束外表面

⑤热气融霜适用于：

大中型制冷装置直接冷却系统

方法：

压缩机排气送入蒸发器管内

⑥热气和水联合融霜适用于：

冷风机

方法：

蒸发器管内通入压缩机排气；管外喷温水；喷水后用热气烘干表面

3、热氨融霜系统：

№1、重力供液的热氨融霜

①工作过程开始除霜：

关阀1→关阀3→开阀2和4

除霜结束：

关阀2关阀4→开阀1和3

②特殊点：

液体分调节站变形－热氨融霜同时冲走润滑油

融霜的热氨需分离油

③注意进入蒸发器的热氨温度（28℃）压力（0.6~0.9MPa）不能过高→防止脆裂

热氨管进入冷藏库需保温

热氨经蒸发器需上进下出

№2、氨泵供液的热氨融霜

①特点：

低压循环桶兼做排液桶

②工作过程：

同上

放油设备

二、润滑油系统

1、

系统组成：

清油箱－油泵－止回阀－加油阀－压缩机－放油阀－集油器

电磁阀截止阀

来自曲轴箱低压到曲轴箱高压

由压缩机曲轴箱外侧的油位控制器控制阀门手动控制阀门

高压放油设备：

油分离器，冷凝器，高贮器

2、制冷系统中的放油设备中压放油设备：

中冷器

低压放油设备：

氨液分离器，低压循环桶，排液桶，低压贮液器，满液蒸发器

3、集油器工作过程：

集油器减压→开放油设备放油阀→开集油器进油阀→进油→出现氨则关进油放油阀

→再开集油器减压阀→分离氨→集油器出油

（集油器减压方法：

集油器抽气减压管连接蒸发器回气氨液分离器的进气管上）

4、润滑油处理方法：

物理再生法

处理过程：

加热－沉淀－过滤

§1.4制冷装置的供水系统（冷却水）

一、需供水的设备

1、冷凝器

2、压缩机气缸及曲轴箱

3、蒸发器融霜

二、供水系统类型

1、一次用水：

水源→水泵→冷凝器&压缩机&蒸发器→排放

2、排污法循环供水：

水源→水泵→冷凝器&压缩机&蒸发器→一部分排放

――――另一部分回系统←

重力回水：

冷却塔安于系统最高位→冷凝器→水池→水泵

3、循环供水系统：

←

压力回水：

冷却塔安于水池顶→水池→水泵→冷凝器

←

三、供水量计算

1、冷凝器用水量：

2、压缩机用水量：

3、冷风机融霜用水量：

四、供水要求

1、供水水温：

P45表1－5

2、供水水质：

P45表1－6

3、供水硬度：

P45表1－7

五、水冷却设备

自然通风冷却

类型机械通风冷却鼓风式

抽气式――普通应用型

1、冷却塔原理：

蒸发（主要散热方式）；接触换热；辐射

效果：

出水水温>≈夏季室外计算湿球温度

类型设计性计算：

热负荷＋进出水温→冷却塔换热面积→选型

热力计算校核性计算：

初选型号及技术指标→出水水温是否达标

方法：

图解法：

P48例题