最新大学课件:制冷与低温技术原理—第6章 热交换过程与制冷设备教学课件.ppt
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1、大学课件:制冷与低温技术原理大学课件:制冷与低温技术原理第第6 6章章 热交换过程与制冷设备热交换过程与制冷设备第六章第六章 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。由不同直径的管子套在一起,并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
2、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
3、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
4、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
5、/(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
6、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
7、;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
8、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
9、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
10、)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
11、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
12、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;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
13、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
14、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
15、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.内平衡式热力膨胀阀内平衡式热力膨胀阀由阀体、推杆、阀座、阀针、弹簧、调节杆、由阀体、推杆、阀座、阀针、弹簧、调节杆、感温包、联接管、感应膜片等部件组成感温包、联接管、感应膜片等部件组成6.2 制冷装置的节流机构制冷装置的节流机构内平衡式热力膨胀
16、阀内平衡式热力膨胀阀 毛细管毛细管 毛细管是最简单的节流装置,在家用冰箱,毛细管是最简单的节流装置,在家用冰箱,窗式空调器;中小型空气调节机广泛应用;窗式空调器;中小型空气调节机广泛应用;毛细管是一根有规定长度的直径很细的紫铜管,毛细管是一根有规定长度的直径很细的紫铜管,它的内径一般为它的内径一般为0.52mm。毛细管作节流装置的特点毛细管作节流装置的特点:毛细管由紫铜管拉制而成,制造方便,价格低廉;毛细管由紫铜管拉制而成,制造方便,价格低廉;没有运动部件,本身不易产生故障和泄漏;没有运动部件,本身不易产生故障和泄漏;制冷压缩机停止运转后,制冷系统内的高压侧压力制冷压缩机停止运转后,制冷系统内
17、的高压侧压力 和低压侧压力可迅速得到平衡。和低压侧压力可迅速得到平衡。6.3 制冷压缩机制冷压缩机 完整的蒸汽压缩式制冷系统中,除压缩机、冷凝器、完整的蒸汽压缩式制冷系统中,除压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器四个主件外,为了保证系统正常、经膨胀阀和蒸发器四个主件外,为了保证系统正常、经 济和安全的运行,还需设置一定数量的其它辅助设备。济和安全的运行,还需设置一定数量的其它辅助设备。按照它们的作用,基本上可以分为两大类:按照它们的作用,基本上可以分为两大类:(1)(1)维持制冷循环正常工作的设备:维持制冷循环正常工作的设备:如如:两级压缩的中间冷却器等;两级压缩的中间冷却器等;(2)(2)改善运行
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