大学课件:制冷与低温技术原理—第6章 热交换过程与制冷设备.ppt
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1、大学课件:制冷与低温技术原理第6章 热交换过程与制冷设备 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第六章第六章 制冷设备制冷设备主要内容主要内容:l 制冷装置的换热设备;制冷装置的换热设备;l 制冷装置的节流机构;制冷装置的节流机构;l 制冷压缩机;制冷压缩机;l 蒸汽压缩式制冷装置的辅助设备。蒸汽压缩式制冷装置的辅助设备。6.1 制冷装置的换热设备制冷装置的换热设备6.1.1 冷凝器冷凝器 制冷装置的热交换设备主要有:制冷装置的热交换设备主要有:冷凝器,蒸
2、发器,冷凝冷凝器,蒸发器,冷凝-蒸发器,中冷器,蒸发器,中冷器,回热器,吸收器,发生器和溶液热交换器等。回热器,吸收器,发生器和溶液热交换器等。按照使用冷却介质和冷却方式的不同,分为三类:按照使用冷却介质和冷却方式的不同,分为三类:水冷冷凝器;水冷冷凝器;空气冷却式冷凝器;空气冷却式冷凝器;蒸发式冷凝器。蒸发式冷凝器。6.1.1 冷凝器冷凝器1.水冷式冷凝器水冷式冷凝器 用水作冷却介质,带走制冷剂冷凝时放出的用水作冷却介质,带走制冷剂冷凝时放出的 热量;热量;冷却水可使用江河湖海水或地下水;冷却水可使用江河湖海水或地下水;冷却水可以一次使用,也可循环使用;冷却水可以一次使用,也可循环使用;循环
3、使用的冷却水需配有水冷却塔或冷水池;循环使用的冷却水需配有水冷却塔或冷水池;结构:壳管式,套管式,板式等;结构:壳管式,套管式,板式等;特点:传热效率高,结构紧凑。特点:传热效率高,结构紧凑。多用于大中型制冷设备。多用于大中型制冷设备。6.1.1 冷凝器冷凝器(1)壳管式冷凝器壳管式冷凝器立式壳管式冷凝器:大型氨制冷装置;立式壳管式冷凝器:大型氨制冷装置;卧式壳管式冷凝器:大中型氨或氟利昂制冷装置。卧式壳管式冷凝器:大中型氨或氟利昂制冷装置。氨卧式壳管式冷凝器:钢管;氨卧式壳管式冷凝器:钢管;氟利昂卧式壳管式换热器:钢管或铜管。氟利昂卧式壳管式换热器:钢管或铜管。氨卧式壳管式冷凝器示意图氨卧式
4、壳管式冷凝器示意图25-32mm的无缝钢管,国产:的无缝钢管,国产:4-10个流程;个流程;安装排气阀,放水阀,集污包,压力表,安全阀,均压阀;安装排气阀,放水阀,集污包,压力表,安全阀,均压阀;水速水速0.8-1.5m/s,传热系数,传热系数930-1160W/(m2.K),单位面积换热量单位面积换热量4071-5234W/m2。立式壳管式冷凝器示意图立式壳管式冷凝器示意图壳体装有放油阀,放空阀,安全阀接管,顶端配有配水箱;壳体装有放油阀,放空阀,安全阀接管,顶端配有配水箱;换热管采用直径较小的无缝钢管,如:换热管采用直径较小的无缝钢管,如:383mm和和 513.5mm,换热管高度约,换热
5、管高度约4-5m,冷却水温升,冷却水温升2-4;传热系数约为传热系数约为698-814 W/(m2.K);优点:可以露天安装,节省机房面积,可以安装在冷却水优点:可以露天安装,节省机房面积,可以安装在冷却水 塔的下面,简化冷却水系统,清洗水垢较方便,塔的下面,简化冷却水系统,清洗水垢较方便,可以使用水质较差的冷却水;可以使用水质较差的冷却水;缺点:冷却水用量大,设备体积大,比较笨重,缺点:冷却水用量大,设备体积大,比较笨重,金属耗量大,搬运安装不方便,金属耗量大,搬运安装不方便,制冷剂泄露不易被发现。制冷剂泄露不易被发现。立式壳管式冷凝器说明;立式壳管式冷凝器说明;由不同直径的管子套在一起,并
6、弯制成蛇形或螺旋形;由不同直径的管子套在一起,并弯制成蛇形或螺旋形;制冷剂蒸汽在套管间冷凝,冷凝液从下部引出,制冷剂蒸汽在套管间冷凝,冷凝液从下部引出,冷却水在直径较小的管道内自下而上流动,冷却水在直径较小的管道内自下而上流动,与制冷剂形成逆流式。与制冷剂形成逆流式。换热效果较好。当水速为换热效果较好。当水速为1-2m/s时,传热系数在时,传热系数在900 1300W/(m2.K);优点:结构简单,制作方便,传热效果好;优点:结构简单,制作方便,传热效果好;缺点:冷却水和制冷剂两侧的流动阻力较大,缺点:冷却水和制冷剂两侧的流动阻力较大,金属消耗量大,对水垢清洗不方便;金属消耗量大,对水垢清洗不
7、方便;一般用在小型氟利昂制冷装置中。一般用在小型氟利昂制冷装置中。(2)套管式冷凝器套管式冷凝器套管式冷凝器套管式冷凝器6.1.1 冷凝器冷凝器2.空气冷却式冷凝器空气冷却式冷凝器 用空气作冷却介质,制冷剂在管内冷凝,用空气作冷却介质,制冷剂在管内冷凝,空气在管外流动吸收管内制冷剂放出的热量;空气在管外流动吸收管内制冷剂放出的热量;由于空气的换热系数较小,管外(空气侧)由于空气的换热系数较小,管外(空气侧)常设置肋片,以强化管外换热;常设置肋片,以强化管外换热;按空气流动方式的不同,分为:按空气流动方式的不同,分为:自然对流空气冷却式冷凝器:家用冰箱;自然对流空气冷却式冷凝器:家用冰箱;强制对
8、流空气冷却式冷凝器:小型氟利昂制冷设备,强制对流空气冷却式冷凝器:小型氟利昂制冷设备,如:冷柜,家用空调,车载空调,冷藏车。如:冷柜,家用空调,车载空调,冷藏车。(1)自然对流空气冷却式冷凝器自然对流空气冷却式冷凝器自然对流空气冷却式冷凝器自然对流空气冷却式冷凝器 依靠空气在冷凝器被加热后自动上升的过程将冷凝器释放依靠空气在冷凝器被加热后自动上升的过程将冷凝器释放 的热量带走;的热量带走;不需要风机,没有噪声,多用于小型制冷装置;不需要风机,没有噪声,多用于小型制冷装置;目前普遍应用的是丝管式结构的空气自由运动式冷凝器。目前普遍应用的是丝管式结构的空气自由运动式冷凝器。在蛇形传热管两侧焊有钢丝
9、在蛇形传热管两侧焊有钢丝1.4-1.6mm,丝间距一般为丝间距一般为4-10mm,传热管采用,传热管采用4-6mm复合钢管复合钢管 (管外镀铜,又称帮迪管);(管外镀铜,又称帮迪管);传热系数较低,可达传热系数较低,可达9-16 W/(m2.K)。(2)强制对流空气冷却式冷凝器强制对流空气冷却式冷凝器1-肋片肋片 2-传热管传热管 3-上封板上封板 4-左端板左端板 5-进气集管进气集管6-弯头弯头7-出液集管出液集管 8-下封板下封板 9-前封板前封板10-通风机通风机 11-装配螺钉装配螺钉6.1.1 冷凝器冷凝器3.蒸发式冷凝器蒸发式冷凝器3.蒸发式冷凝器蒸发式冷凝器优点:优点:(1)用
10、水量少;用水量少;(2 2)结构紧凑,可安装在屋顶上,节省结构紧凑,可安装在屋顶上,节省 占地面积。蒸发式冷凝器的耗水量少,特别占地面积。蒸发式冷凝器的耗水量少,特别 适合用于缺水和气候干燥的地区。适合用于缺水和气候干燥的地区。通常安装在制冷机房的屋顶上。通常安装在制冷机房的屋顶上。缺点:冷却水不断循环使用,水垢层增长较快,缺点:冷却水不断循环使用,水垢层增长较快,需要使用经过软化处理的水。需要使用经过软化处理的水。6.1.1 冷凝器冷凝器6.1.2 蒸发器蒸发器1.影响蒸发器传热的主要因素影响蒸发器传热的主要因素 控制润滑油进入蒸发器;控制润滑油进入蒸发器;蒸发器结构应有利于气液分离,实际中
11、出口装有蒸发器结构应有利于气液分离,实际中出口装有 气液分离器,保护压缩机的工作。气液分离器,保护压缩机的工作。2.分类分类 按冷却的介质不同分为按冷却的介质不同分为 冷却液体载冷剂的蒸发器;冷却液体载冷剂的蒸发器;冷却空气的蒸发器;冷却空气的蒸发器;根据供液方式的不同分为根据供液方式的不同分为 满液式蒸发器;满液式蒸发器;干式蒸发器;干式蒸发器;循环式蒸发器;循环式蒸发器;喷淋式蒸发器。喷淋式蒸发器。1.满液式蒸发器满液式蒸发器 按结构分为;卧式壳管式,直管式,螺旋管式按结构分为;卧式壳管式,直管式,螺旋管式 等结构形式;等结构形式;共同特点:在蒸发器内充满了液态制冷剂液体,共同特点:在蒸发
12、器内充满了液态制冷剂液体,运行中吸热蒸发产生的制冷剂蒸汽不断从液体中运行中吸热蒸发产生的制冷剂蒸汽不断从液体中 分离出来,由于制冷剂与换热面充分接触,分离出来,由于制冷剂与换热面充分接触,具有较大换热系数。具有较大换热系数。缺点:制冷剂充注量大,液住静压给蒸发温度缺点:制冷剂充注量大,液住静压给蒸发温度 造成不良影响。造成不良影响。6.1.2 蒸发器蒸发器(1)壳管式满液式蒸发器壳管式满液式蒸发器卧式满液式蒸发器结构卧式满液式蒸发器结构制冷剂在壳内管外蒸发,载冷剂在管内流动。制冷剂在壳内管外蒸发,载冷剂在管内流动。一般为多程式。一般为多程式。载冷剂的进出口设在端盖上,取下进上出走向,制冷剂载冷
13、剂的进出口设在端盖上,取下进上出走向,制冷剂 液体从壳底部或侧面进入壳内,蒸汽由上部引出。壳内液体从壳底部或侧面进入壳内,蒸汽由上部引出。壳内 制冷剂液体始终保持约为壳径制冷剂液体始终保持约为壳径70%-80%的静液面高度。的静液面高度。安装排气阀,放水阀,集污包,压力表,安全阀,均压阀;安装排气阀,放水阀,集污包,压力表,安全阀,均压阀;氨壳管式蒸发器采用无缝钢管,氨壳管式蒸发器采用无缝钢管,氟利昂壳管式蒸发器采用铜管,管外加肋片。氟利昂壳管式蒸发器采用铜管,管外加肋片。载冷剂流速为载冷剂流速为1.0-1.5m/s,传热系数可达,传热系数可达450-520W/(m2.K),单位面积换热量单位
14、面积换热量2300-2600W/m2。壳管式满液式蒸发器壳管式满液式蒸发器2.干式蒸发器干式蒸发器 是一种制冷剂液体在传热管内能够完全汽化的是一种制冷剂液体在传热管内能够完全汽化的 蒸发器。蒸发器。其传热管外侧被冷却介质为载冷剂(水)或其传热管外侧被冷却介质为载冷剂(水)或 空气,制冷剂在管内吸热蒸发,流量约为传热空气,制冷剂在管内吸热蒸发,流量约为传热 管内容积的管内容积的20%-30%。按被冷却介质不同分为;按被冷却介质不同分为;冷却液体介质的干式蒸发器;冷却液体介质的干式蒸发器;冷却空气的干式蒸发器;冷却空气的干式蒸发器;(1)冷却液体介质的)冷却液体介质的干式蒸发器干式蒸发器(2)冷却
15、空气的)冷却空气的干式蒸发器干式蒸发器 按空气的运动状态分为;按空气的运动状态分为;冷却自由运动空气的蒸发器;冷却自由运动空气的蒸发器;冷却强制流动空气的蒸发器。冷却强制流动空气的蒸发器。自然对流式冷却空气的蒸发器(排管)自然对流式冷却空气的蒸发器(排管)根据其安装的位置分为:根据其安装的位置分为:墙排管、顶排管、搁架式排管等多种形式;墙排管、顶排管、搁架式排管等多种形式;从构造形式上可分为:从构造形式上可分为:立式、卧式和盘管式等类型。立式、卧式和盘管式等类型。强制对流式冷却空气的蒸发器强制对流式冷却空气的蒸发器a)a)蒸发器蒸发器 b)b)绕片管绕片管c)c)套片管套片管d)d)1-1-传
16、热管传热管 2-2-肋片肋片3-3-挡板挡板4-4-通风机通风机 5-5-集气管集气管6-6-分液器分液器 3.循环循环式蒸发器式蒸发器 制冷剂在管内反复循环吸热蒸发直至完全制冷剂在管内反复循环吸热蒸发直至完全 汽化。多用于大型液泵供液和重力供液冷库汽化。多用于大型液泵供液和重力供液冷库 系统或低温环境实验装置。系统或低温环境实验装置。6.1.2 蒸发器蒸发器6.1.3 传热过程的强化传热过程的强化 换热设备的基本传热公式换热设备的基本传热公式;传热过程的强化传热过程的强化 增大传热面积;增大传热面积;增大对数平均温度度差;增大对数平均温度度差;增大总传热系数;增大总传热系数;降低污垢热阻值;
17、降低污垢热阻值;降低管壁热阻。降低管壁热阻。对数平均温差对数平均温差6.2 制冷装置的节流机构制冷装置的节流机构6.2.1 节流机构的作用和工作原理节流机构的作用和工作原理 当制冷剂流体通过一小孔时,一部分静压力转变当制冷剂流体通过一小孔时,一部分静压力转变 为动压力,流速急剧增大,成为湍流流动,流体发为动压力,流速急剧增大,成为湍流流动,流体发 生扰动,摩擦阻力增加,静压下降,使流体达到降生扰动,摩擦阻力增加,静压下降,使流体达到降 压调节流量的目的。压调节流量的目的。6.2.2 节流机构的作用有两点:节流机构的作用有两点:(1)对从冷凝器中出来的高压液体制冷剂进行节)对从冷凝器中出来的高压
18、液体制冷剂进行节 流降压为蒸发压力;流降压为蒸发压力;(2)根据系统负荷变化,调整进入蒸发器的制冷)根据系统负荷变化,调整进入蒸发器的制冷 剂液体的数量。剂液体的数量。6.2 制冷装置的节流机构制冷装置的节流机构 6.2.3 节流机构的种类节流机构的种类 按供液量调节方式分为五个类型:按供液量调节方式分为五个类型:用手动调节的节流机构(手动节流阀);用手动调节的节流机构(手动节流阀);用液位调节的节流机构:浮球调节阀;用液位调节的节流机构:浮球调节阀;用蒸汽过热度调节的节流机构:用蒸汽过热度调节的节流机构:热力膨胀阀,电热膨胀阀;热力膨胀阀,电热膨胀阀;用电子脉冲调节的节流机构;用电子脉冲调节
19、的节流机构;不进行调节的节流机构;毛细管,恒压节流阀。不进行调节的节流机构;毛细管,恒压节流阀。热力膨胀阀热力膨胀阀 热力膨胀阀普遍用于氟利昂制冷系统中。通过热力膨胀阀普遍用于氟利昂制冷系统中。通过 感温机构的作用,随蒸发器出口处制冷剂的温感温机构的作用,随蒸发器出口处制冷剂的温 度变化而自动变化,达到调节制冷剂供液量的度变化而自动变化,达到调节制冷剂供液量的 目的。目的。热力式膨胀阀热力式膨胀阀:主要由阀体、感温包和毛细管组成。主要由阀体、感温包和毛细管组成。热力式膨胀阀按膜片平衡方式不同有:热力式膨胀阀按膜片平衡方式不同有:内平衡式和外平衡式两种类型内平衡式和外平衡式两种类型.内平衡式热力
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