工业制冷相关原理及设备课件.pptx

《工业制冷相关原理及设备课件.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工业制冷相关原理及设备课件.pptx（54页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 4、活塞式制冷压缩机5、滚动转子式制冷压缩机6、涡旋（涡线）式制冷压缩机7、螺杆式制冷压缩机8、离心式制冷压缩机 四、冷凝器、蒸发器（下讲重点讲）五、节流机构 六、辅助设备第1页/共54页一、制冷原理一、制冷原理1、制冷的基本概念制冷：利用人工的方法，把某物体或某空间的温度降低到低于周围环境 的温度，并使之维持在这一低温的过程。实质：将热量从被冷却对象中转移到环境中。制冷冷却第2页/共54页制冷机：实现制冷所需的机器和设备。特点：必须消耗能量电能、机械能等。制冷剂：制冷机中把热量从被冷却介质传给环境介质的内部循环流动的 工作介质。制冷循环：在制冷机中，制冷剂周而复始吸热、放热的流动循环。热力

2、学第一定律：能量守恒和转换定律热力学第二定律：能量贬值原理不可能把热从低温物体传向高温物体而不引起其它变化第3页/共54页2 2、制冷技术的发展概况、制冷技术的发展概况1755年爱丁堡的化学教师库仑利用乙醚蒸发使水结冰。他的学生布拉克从本质上解释了融化和气化现象，提出了潜热的概念，并发明了冰量热器，标志着现代制冷技术的开始。1834年发明家波尔金斯造出了第一台以乙醚为工质的蒸气压缩式制冷机，并正式申请了英国第6662号专利。这是后来所有蒸气压缩式制冷机的雏型。到1875年卡利和林德用氨作制冷剂，从此蒸气压缩式制冷机开始占有统治地位。1859年，卡列发明了氨水吸收式制冷系统，申请了原理专利。19

3、10年左右，马利斯莱兰克发明了蒸气喷射式制冷系统。到20世纪，制冷技术有了更大发展，1910年家用冰箱问世。1930年氟利昂制冷工质的出现给制冷技术带来新的变革。第4页/共54页近二十年来，制冷技术的发展主要体现在以下几个方面：1）范围的扩展。目前人类能达到的最低制冷温度是用原子核绝热去磁的方法达到10-6 K。绝对零度为0K（-273.16摄氏度），在此温度下，构成物质的所有分子和原子均停止运动。2）热泵技术。人们利用逆向循环实现热量的转换，因此热泵技术也列入制冷技术的范畴。3）设备规模不断扩大。用于空调的冷水机组制冷量可达7000KW。4）计算机的应用。计算机技术的迅猛发展，也大大推动了制

4、冷技术的发展及应用。5）新制冷剂的研究。总的看来，可以把制冷剂的发展历程划分为两个阶段，第一个阶段是从自然物质到人工合成的物质；那么制冷剂发展的第二个阶段将再回归到自然物质。氟利昂是一种化学性质非常稳定的人工合成物质，使臭氧层受到破坏、减薄直至消失。因此对氟利昂制冷剂的替代势在必行。第5页/共54页3 3、制冷技术的应用、制冷技术的应用空调工程：空气调节、除湿等。食品工程：冷库、家用冰箱、冰柜、冷藏陈列柜等。机械与电子工业：工业的许多生产过程需要在低温下进行。农业：种子贮存以及育苗等。医疗卫生事业：血浆、疫苗及某些特殊药品的低温保存。国防工业和现代科学：人工降雨；在高寒地区使用的发动机、汽车、

5、常规武器的环境模拟试验等。此外，电子技术、能源、新型原材料、宇宙开发、生物技术等尖端科学领域中，制冷技术也起着重要的作用。第6页/共54页4 4、制冷方法、制冷方法液体汽化制冷：利用液体汽化吸热原理。如：蒸汽压缩式制冷、吸收式制冷、蒸汽喷射式制冷、吸附式制冷气体膨胀制冷：将高压气体做绝热膨胀，使其压力、温度下降，利用降温后的气体来吸取被冷却物体的热量从而制冷。热电制冷：利用某种半导体材料的热电效应。涡流管制冷：使压缩气体产生涡流并分离成冷、热两部分，其中冷气流用来制冷。第7页/共54页液体汽化制冷的原理当液体处在容器内时，液体汽化形成蒸汽，若此容器内除了液体及液体本身的蒸汽外不存在其他气体，那

6、么液体和蒸汽在某一压力下将达到平衡。如果将一部分饱和蒸汽从容器中抽走，液体中就必然要再汽化一部分蒸汽来维持平衡。液体汽化时，需要吸收热量，此热量称为汽化潜热，汽化潜热来自被冷却对象，它使被冷却对象变冷，或者使它维持在低于环境温度的某一低温，从而达到制冷的目的。利用液体汽化方法的制冷循环由以下四个基本过程组成。制冷工质汽化（蒸发）蒸汽升压（压缩），使蒸汽的冷凝过程在常温下实现。高压蒸汽的液化（冷凝）高压液体降压（节流）第8页/共54页蒸汽压缩式制冷原理蒸汽压缩式制冷原理制冷循环为：在蒸发器中产生的低压制冷剂蒸发，在压缩机中被压缩到冷凝压力，消耗了机械功W，此时为绝热压缩过程，同时温度不断升高；然

7、后压缩后的蒸汽在过饱和状态下进入冷凝器中，因受到冷却介质（水或空气）的冷却而凝结成饱和液体，并放出热量，其冷凝过程为一等温等压过程；由冷凝器出来的制冷剂液体，经膨胀阀进行绝热膨胀到蒸发压力，温度降到与之相应的饱和温度。此时已成为两相状态的汽液混合物；然后进入蒸发器，进行等温等压的蒸发过程，并回复到起始状态，完成一个循环。第9页/共54页热泵型空调器的工作过程第10页/共54页采用环境空气或水来冷却冷凝器中的制冷机时，对于单级蒸汽压缩式制冷循环能获得的最低温度约为-20-30，当采用R502制冷剂时，能获得-40 左右的蒸发温度。当要制取更低温度的冷量时，单级压缩制冷机就无法实现了。两级压缩制冷

8、系统将压缩过程分为两个阶段进行，一般用来制取-30-70 复叠式制冷循环系统采用两种或两种以上的制冷剂，一般用来制取-60-120 第11页/共54页蒸汽压缩式制冷的优点蒸汽压缩式制冷的优点一、蒸汽压缩式制冷循环的蒸发过程和冷却过程是在等温度情况下进行的，不可逆性小，故循环的制冷系数大；二、它是利用液体的蒸发过程来制冷，故单位制冷量大；三、在蒸发器和冷凝器中都是有集态改变的传热过程，传热系数较大，因而设备不是很庞大。因此蒸汽压缩式制冷运用最为广泛。第12页/共54页吸收式制冷吸收式制冷吸收式制冷是利用某些具有特殊性质的工质对，通过一种物质对另一种物质的吸收和释放，产生物质的状态变化，从而伴随吸

9、热和放热过程。目前常用的工质对有氨水和水/溴化锂。吸收制冷的基本原理一般分为以下五个步骤：（1）利用工作热源（如水蒸气、热水及燃气等）在发生器中加热由溶液泵从吸收器输送来的具有一定浓度的溶液，并使溶液中的大部分低沸点制冷剂蒸发出来。（2）制冷剂蒸气进入冷凝器中，又被冷却介质冷凝成制冷剂液体，再经节流器降压到蒸发压力。（3）制冷剂经节流进入蒸发器中，吸收被冷却系统中的热量而激化成蒸发压力下的制冷剂蒸气。（4）在发生器A中经发生过程剩余的溶液（高沸点的吸收剂以及少量未蒸发的制冷剂）经吸收剂节流器降到蒸发压力进入吸收器中，与从蒸发器出来的低压制冷剂蒸气相混合，并吸收低压制冷剂蒸气并恢复到原来的浓度。

10、（5）吸收过程往往是一个放热过程，故需在吸收器中用冷却水来冷却混合溶液。在吸收器中恢复了浓度的溶液又经溶液泵升压后送入发生器中继续循环。特点：无原动力，直接使用热原理;结构简单，运行方便。第13页/共54页沸石分子筛是一种铝硅酸矿物，具有强烈的吸水性，沸石的吸附水量对温度特别敏感，微小的温度变化将导致吸附量的较大改变，从而导致封闭系统中压力的较大变化，利用沸石温度的变化，便可使其起到压缩机的作用。第14页/共54页二、制冷剂、载冷剂和润滑油二、制冷剂、载冷剂和润滑油制冷剂在直接蒸发式制冷系统中循环，通过其本身的状态变化，来传递热量的工质称为制冷剂（冷冻剂）。如氨、氟利昂等。载冷剂在间接蒸发式制

11、冷系统中起传递冷效应的介质称为载冷剂（冷媒）。载冷剂在蒸发器中被制冷剂冷却，然后再去冷却物料或冷藏库。如盐水（氯化钠）、氯化钙盐水、冰、冰盐等。第15页/共54页制冷剂的选择要求制冷剂的选择要求1、对环境的亲和友善。（臭氧衰减指数ODP、温室效应指数GWP）2、热力学性质满足制冷循环。（制冷工作范围、压缩比、单位质量和单 位体积制冷量要大、绝热指数低）3、具有良好的物理化学性质。（流动性好、传热性好、安全性好、化学稳 定性好、溶油性、溶水性）4、来源广，易制取。第16页/共54页常用的制冷剂常用的制冷剂1、无机化合物：NH3R717，CO2R744，H2OR7182、烃类：甲烷CH4R50，乙

12、烷C2H6R170，丙烷C3H8R2903、卤代烃：二氟二氯甲烷CF2Cl2 R12，二氟一氯甲烷CHClF2 R22，四氟乙烷 CH2FCF3 R134a 2-甲基丙烷（异丁烷）CClF R600a 4、混合溶液：R404A 不含氯的非共沸混合制冷剂，R410A 不含氯的氟代烷非共沸混合制冷剂 第17页/共54页载冷剂选择要求载冷剂选择要求1、工作温度范围内始终呈液态，不凝固、不汽化；2、无毒、无刺激性，环保、安全，腐蚀性小；3、比热大，同样质量则载冷量大，传热性好；4、流动性好，密度小，粘度小，流动阻力小；5、来源广泛，价低易得。第18页/共54页载冷剂类型及常用载冷剂载冷剂类型及常用载冷

13、剂1、水：空调系统中常用，但只能做0以上的载冷剂。2、盐水溶液：NaCl、CaCl2、MgCl2 3、有机物及其水溶液：甲醇、乙二醇、丙三醇。第19页/共54页润滑油也称冷冻油，它在制冷压缩机中主要起以下五个作用：（1）润滑摩擦件表面，降低摩擦而引起的温升，减少零件的磨损；（2）冷却作用，冷却摩擦件产生的摩擦热；（3）带走金属摩擦表面的摩屑；（4）密封作用，在气缸与活塞及轴封摩擦面等摩擦面间充满润滑化油起密封作用，以防止制冷剂的泄漏；（5）利用油压作为控制卸载机构的液压传动动力。不同的制冷系统应使用专门的制冷机润滑油，目前我国生产并普遍采用的制冷机润滑油有13号、18号和25号三种。润滑油的作

14、用润滑油的作用第20页/共54页三、制冷压缩机三、制冷压缩机1、制冷压缩机的作用蒸汽压缩式制冷是使制冷剂在低温低压的条件下汽化而吸取周围介质的热量，并在常温高压的条件下冷凝液化而放出热量由冷却水（或空气）带走。欲使制冷剂实现这样的热量转移，必须提供与蒸发温度和液化温度相对应的低压和高压条件，而这一条件正是由压缩机创造的。因此，在蒸汽压缩式制冷循环中，只能有了压缩机，制冷机才能将低温物体的热量不断地转移给高温介质，从而达到制冷的目的。2、压缩机的工作过程第21页/共54页3 3、制冷压缩机的分类、制冷压缩机的分类根据蒸气压缩的原理，压缩机可分为容积型和速度型两种基本类型。容积型压缩机：通过对运动

15、机构作功，减少压缩空间容积来提高蒸气压力，以完成压缩功能。速度型压缩机：则由旋转部件连续将角动量转换给蒸气，再将该动量转为压力，提高蒸气压力，达到压缩气体的目的。第22页/共54页第23页/共54页4 4、活塞式制冷压缩机、活塞式制冷压缩机1）概述：活塞式制冷压缩机是研制最早的压缩机，几乎和机械制冷方法同时出现，在一百多年的使用过程中，得到了广泛发展和深入研究，直到目前为止，虽然其地位受到其它类型压缩机的挑战，但其产量仍然在各类压缩机中占主要地位。2）分类：按压缩机气缸分布形式分类：可分为直立式、V型、W型、S型（扇形）、Y型（星型）等。按使用的制冷剂种类分类：可分为氨用、卤代烃用制冷压缩机。

16、按压缩机与电动机的组合形式分类：可分为开启式和封闭式，其中封闭式又可分为全封闭式和半封闭式两种。按压缩机的级数分类：可分为单机单级和单机双级压缩机。第24页/共54页开启式活塞制冷压缩机 开启式压缩机曲轴输入端伸出机壳以外(此处必须安装轴封)，通过传动装置与电动机相连。第25页/共54页半封闭式活塞制冷压缩机 图314 R22半封闭式制冷压缩机的总体结构图1滤油器 2吸油管 3端轴承盖 4油泵轴承 5油泵 6曲轴7活塞连杆组 8排气截止阀 9气缸盖 10曲轴箱 11电动机室12主轴承 13电动机室端盖 14吸气过滤器 15吸气截止阀16内置电动机 17油孔 18油压调节阀 19底盖 电动机和压

17、缩机连成整体，装在同一机体内共用一根轴，无轴封。电动机室内充有冷却剂和润滑油(内置电动机，解决材料相溶问题)。各端盖用垫片和螺栓相连防漏。第26页/共54页全封闭式制冷压缩机 图315 全封闭式制冷压缩机1排气管 2气缸 3连杆 4吸排气阀 5活塞6主轴承 7电动机定子 8电动机转子 9壳体 10气液分离器11端子 12内部支撑 13排气消声器 14排气腔 15吸气腔16离心油泵 17曲轴 18副轴承 电动机和压缩机连成整体，装在同一机体内共用一根轴。压缩机和电动机组装在一个密闭的薄壁机壳内，机壳由两部分焊接而成，取消轴封。露在机壳外的只焊有吸排气管、工艺管、其他(如喷液管)必要管道和电源线。

18、第27页/共54页5、滚动活塞式（滚动转子式、刮片式）制冷压缩机、滚动活塞式（滚动转子式、刮片式）制冷压缩机 转子式压缩机虽然出现较早，但由于材质和加工精度的限制，长期来在制冷领域一直未被采用。随着科学技术的发展，原有的难题已经或者逐步得到了解决，偏心滚动转子式制冷压缩机在1kW左右以下的小型窗式空调器和食品冷藏箱中已开始广泛使用，在该冷量范围内所显示的优点足以取代活塞式制冷压缩机。滚动转子式制冷压缩机、立式全封闭滚动转子式压缩机第28页/共54页图323 滚动活塞式（滚动转子式、刮片式）制冷压缩机结构示意图1排气管 2气缸 3圆柱形转子 4偏心轮5润滑油 6吸气管 7滑片 8弹簧 9排气阀图

19、324 滚动活塞式（滚动转子式）制冷压缩机的工作过程第29页/共54页6 6、涡旋（涡线）式制冷压缩机、涡旋（涡线）式制冷压缩机图325 涡旋式制冷压缩机的构造1固定螺旋槽板 2旋回螺旋槽板 3壳体 4偏心轴5防自转环 6进气口 7排气口 目前，涡旋式制冷压缩机的使用功率大约在115kW之间。与活塞式制冷压缩机相比较，它的体积可缩小40，重量减轻15，结构简单（仅需5个零件），运行平稳、可靠，噪声可降低23dB（A），具有较高的EER值。立式全封闭涡旋式压缩机第30页/共54页第31页/共54页7 7、螺杆式制冷压缩机、螺杆式制冷压缩机螺杆式制冷压缩机与活塞式制冷压缩机、离心式制冷压缩机相比是

20、较晚的一种机型。螺杆式制冷压缩机的结构特点，确定了它的许多优点，如：零件数仅为活塞式的110，压缩机运行可靠、安全、振幅小；适应性强，在高、低温制冷范围内以及热泵应用中均有良好性能；结构紧凑、能适用于大压比的工况；对湿压缩不敏感；有良好的输气量调节特性；维护方便等特点，是制冷和空调工程的理想主机。比泽尔公司HSK型半封闭螺杆式压缩机、喷油式螺杆压缩机第32页/共54页螺杆式制冷压缩机结构和工作原理第33页/共54页8 8、离心式制冷压缩机、离心式制冷压缩机 离心式制冷压缩机的发展已有六十多年历史，20世纪30年代卤代烃制冷剂的出现以及后来冶金工业和其他科学技术的发展，为离心式制冷压缩机的制造和

21、应用奠定了良好基础。目前，单机冷量在1200kW以上的制冷压缩机，几乎全部采用离心式。离心式压缩机第34页/共54页离心式制冷压缩机的构造和工作原理图326 单级离心式制冷压缩机的简图1吸气腔 2进口导叶 3叶轮 4扩压器 5蜗壳6增速齿轮 7电动机 8油箱 9齿轮油箱第35页/共54页制冷压缩机总结制冷压缩机总结所有制冷压缩机，根据其结构特点和工作原理，均有其最佳冷量使用范围，因此，当使用的冷量和条件不同时，应选用不同形式的压缩机，以获得最佳运行效果。应该指出，活塞式制冷压缩机在结构和运行性能方面虽有许多不足，但其制造技术要求相对较低，而且使用年代已久，目前在200kW冷量以下的制冷压缩机中

22、仍在广泛使用。第36页/共54页五、节流机构五、节流机构v节流装置又名膨胀机构，设置于冷凝器之后，从冷凝器来的高压制冷剂液体流经膨胀机构后，压力降低，然后进入蒸发器中。（节流降压、调节供液量）v节流装置的工作原理与分类 手动膨胀阀 浮球调节阀 热力膨胀阀 毛细管 电子膨胀阀第37页/共54页1、手动膨胀阀（节流阀、调节阀）v只有氨制冷系统或试验装置中使用。作为备用阀装在旁通管路上，以备应急或检修自动膨胀阀时使用。第38页/共54页2 2、浮球调节阀、浮球调节阀原理：根据满液式蒸发器的液面变化来控制蒸发器的供液量，可控制蒸发器的液面高度，同时节流降压。应用：广泛使用于氨制冷系统中分类：直通式和非

23、直通式（根据节流后的液体制冷剂是否通过浮球室）特点：直通式：结构简单，但由于液体的冲击作用引起壳体内液面波动较大，使调节阀的工作不太稳定，容易失灵。非直通式（广泛应用）：工作稳定，液面稳定，但构造及安装复杂。第39页/共54页3 3、热力膨胀阀、热力膨胀阀热力膨胀阀的作用：热力膨胀阀安装在蒸发器入口，常称为膨胀阀，主要作用有两个：1）节流作用节流作用：高温高压的液态制冷剂经过膨胀阀的节流孔节流后，成为低温低压的雾状的液压制冷剂，为制冷剂的蒸发创造条件；2）控制制冷剂的流量控制制冷剂的流量：进入蒸发器的液态制冷剂，经过蒸发器后，制冷剂由液态蒸发为气态，吸收热量，降低车内的温度。膨胀阀控制制冷剂的

24、流量，保证蒸发器的出口完全为气态制冷剂，若流量过大，出口含有液态制冷剂，可能进入压缩机产生液击；若制冷剂流量过小，提前蒸发完毕，造成制冷不足。第40页/共54页热力膨胀阀的种类热力膨胀阀的种类 热力膨胀阀按照平衡方式不同，分内平衡式和外平衡式；外平衡式热力膨胀阀分F型和H型两种结构型式。内平衡式F型热力膨胀阀结构图1）内平衡式热力膨胀阀。感温包内充注制冷剂，放置在蒸发器出口管道上，感温包和膜片上部通过毛细管相连，感受蒸发器出口制冷剂温度，膜片下面感受到的是蒸发器入口压力。如果负荷增加，液压制冷剂在蒸发器提前蒸发完毕，则蒸发器出口制冷剂温度将升高，膜片上压力增大，推动阀杆使膨胀阀开度增大，进入到

25、蒸发器中的制冷剂流量增加，制冷量增大；如果负荷减小，则蒸发器出口制冷剂温度减小，以同样的作用原理使得阀开度减小，从而控制制冷剂的流量。第41页/共54页 外平衡式膨胀阀与平衡式膨胀阀原理基本相同，区别是：内平衡式膨胀阀膜片下面感受到的是蒸发器入口压力；而外平衡式膨胀阀膜片下面感受到的是蒸发器出口压力。外平衡式膨胀阀结构和工作原理 第42页/共54页4 4、毛细管、毛细管原理：节流，利用孔径和长度变化产生压力差，控制制冷剂流量。应用：主要用于热负荷较小的家用制冷器具中，同时要求制冷系统有比较稳定的冷凝压力和蒸发压力，如空调、冰箱。特点：一般用铜管，结构简单，制造方便，价格便宜，不易产生故障，且压

26、缩机停止运行后，冷凝器和蒸发器的压力可以自动达到平衡，减轻了再次启动时电动机的负荷；但对制冷剂流量的调节能力很低。第43页/共54页5 5、电子膨胀阀、电子膨胀阀热力膨胀阀的不足之处 讯号的反馈有较大的滞后 控制精度较低 调节范围有限电子膨胀阀优点 克服了热力膨胀阀的上述缺点 并为制冷装置的智能化提供了条件电子膨胀阀按照驱动方式分类 热动式 电磁式 电动式第44页/共54页六、辅助设备六、辅助设备1、油分离器2、空气分离器3、气液分离器4、贮液器5、集油器6、过滤器和干燥器7、安全保护装置8、自控装置和自动调节第45页/共54页1 1、油分离器、油分离器1、作用：分离制冷剂中携带的润滑油。2、

27、类型：过滤式 洗涤式 油分离器类型 离心式 填料式3、结构：第46页/共54页2 2、空气分离器、空气分离器1、作用：将排出气体中的制冷剂蒸汽冷凝下来并予以回收。2、类型：立式、卧式套管式3、卧式结构：第47页/共54页3 3、气液分离器、气液分离器作用：将制冷剂蒸汽与制冷剂液体进行分离分类：主要为氨液分离器机房用：分离蒸发器来的低压蒸汽中的液滴，避免压缩机湿压缩；库房用：分离由节流阀来的混合蒸汽中的气体，只让氨液进入蒸发器，兼分配液体。第48页/共54页4 4、贮液器、贮液器类型：按用途和工作压力分：高压贮液器、低压循环贮液器、排液桶类型：按用途和工作压力分：高压贮液器、低压循环贮液器、排液

28、桶 按外形分：立式和卧式按外形分：立式和卧式第49页/共54页5 5、集油器、集油器作用：收集并放出润滑油；位置：与油分离器、冷凝器、贮液器、蒸发器等设备相连。第50页/共54页6 6、过滤器和干燥器、过滤器和干燥器过滤器：气体过滤器：压缩机吸气管路上或压缩机吸气腔；液体过滤器：调节阀或自动控制阀前的液体管路上。干燥器：只在氟利昂系统中使用，吸附水分，防止冰塞。位置：冷凝器（或贮液器）与热力膨胀阀之间。特点：常与过滤器结合做成干燥过滤器，既干燥又过滤。第51页/共54页7 7、安全保护装置、安全保护装置1.紧急泄氨器：紧急情况时，快速排掉贮液器、蒸发器中的氨液。2.安全阀：防止设备压力过高发生危险。易熔塞易熔塞第52页/共54页8 8、自控装置和自动调节、自控装置和自动调节1）电磁阀（1）作用：自动接通或切断制冷系统的供液管路，广泛用于如冷藏箱、空调器等所匹配的氟利昂制冷机中。（2）位置：冷凝器与蒸发器间的管路上装有，可控制液体管路的启闭。（3）结构 第53页/共54页感谢您的观看。第54页/共54页