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1、摘 要钢铁厂在生产出成品钢材后必须在短时间内将其卖出，使用钢材的单位在购入钢材后需要及时的对钢材表面进行处理，达到防锈的目的。实践表明，钢材表面不做任何防锈处理，7到10天左右，表面就开始出现锈点，之后会以这些锈点为核心，表面快速生锈，进而锈蚀到内部，影响钢材性能。在现阶段，钢材市场比较萎靡，很多钢材厂家面临着困境：生产出钢材短期内卖不掉，时间长了就会生锈，不生产钢材，就面临着倒闭。基于此种状况，一种钢铁表面防锈剂被开发了出来，此种药剂可在钢材上冷床之前喷在其表面，达到防锈目的，一般情况下，防锈时间可以达到未处理钢材的8倍左右，这样就能为钢材厂家提供足够的缓冲时间，同时，表面不生锈也能成为其一
2、大卖点。然而处理钢材表面是在进入冷床冷却之前，其表面温度达到450左右，回收的处理液温度也会很高，导致整个药箱内温度不断提升，最终会使防锈剂碳化失效，因此，需要对药箱进行降温。本课题的目的就在于设计出的制冷系统能使得要向内部温度恒定，制冷量必须和余热量平衡，且随着钢材生产速度变化，制冷量也能够相应自动控制。关键词： 制冷系统 双温双控 自动控制系统ABSTRACT Steel plant must sell the finished steel products in a short period of time, the units which use steel require timel
3、y processing of steel surface in the purchase of steel products, achieving the purpose of rust. Practice shows that the rust points on the steel surface with no rust treatment began to appear in 7 to 10 days. Then the steel surface rust rapidly taking the rust points as core, even corrode the intern
4、al steel, which impact properties of steel. At present, the steel market is sluggish. Many steel manufacturers are faced with a dilemma: if producing steel products can not sell out in the short term, it will rust after a long time, if not producing steel, the Steel plant is faced with collapse. Bas
5、ed on this condition, a rust inhibitor for steel surfaces has been developed, this potion can spray on the surface before the steel cooling bed, so as to achieve anti-rust purposes, under normal circumstances, the anti-rust time can be achieved around eight times as long as untreated steel, so that
6、it can offer enough buffer time for steel manufacturers, at the same time, the surface being not rust can become one big selling point. Steel surface is, however, before entering the cooling bed, the surface temperature reaches 450 or so, and the collection of fluid temperature will be also very hig
7、h, which lead to rising temperature in the whole cabinet. Eventually that will make anti- rust inhibitor carbide lose efficacy. Therefore, they need to cool medicine cabinet. The purpose of this subject is to design the refrigeration system that can make the internal temperature of medicine cabinet
8、constant , refrigerating capacity and residual heat must be in a balance. What is more, with changes in the rate of steel production, the refrigerating capacity can be also a corresponding automatic control. Keywords: refrigeration system; double temperature double control; automatic control system
9、目 录1 绪论11.1课题研究目的11.2制冷机简介11.2.1工作原理21.2.2制冷机的种类31.2.2.1压缩式制冷机31.2.2.2吸收式制冷机31.3小型制冷机发展现状及新技术41.3.1压缩机41.3.2换热器51.4小型制冷机自动测试系统的组成51.5制冷机的启动61.5.1 压缩机电机工作原理61.5.2 单相电机常用启动型式61.5.2.1 电阻分相启动(RSIR)61.5.2.2 电容分相启动(CSIR)61.5.2.3 电容启动、电容运转型(CSR)71.5.3 现有启动方式比较及其与启动继电器的配合71.5.3.1 三种启动方式比较71.5.3.2 与启动继电器的配合7
10、1.5.3.2.1 弹力式启动继电器71.5.3.2.2 重锤式启动继电器71.5.3.2.3 PTC 启动继电器71.6制冷机的腐蚀与保护81.7制冷机低温泵的故障及排除91.8关于小型制冷装置的模拟研究111.9小型制冷机的发展方向112 制冷方法和系统的选择132.1制冷方法的选择132.1.1压缩式制冷132.1.2热电制冷132.1.3扩散-吸收式制冷152.2制冷系统的选择163 钢铁防锈剂药箱箱体的设计计算173.1小型制冷装置的分类173.2箱体设计要求及形式183.3箱体厚度设计及外表面温度校核183.3.1钢铁防锈剂药箱保温层设计183.3.2药箱外表面温度校核204 小型
11、制冷机冷凝器设计计算224.1制冷机组冷凝器作用及种类介绍224.2冷凝器热负荷的确定224.3空冷式冷凝器的设计计算235 小型制冷机蒸发器设计计算315.1蒸发器在制冷循环中的作用及常用类型315.2蒸发器的设计计算326 小型制冷机压缩机的选择386.1制冷压缩机的分类496.2主要制冷压缩机的功能介绍496.2.1往复式制冷压缩机406.2.2转子式制冷压缩机406.2.3涡旋式压缩机406.2.4螺杆式压缩机41 6.3压缩机的选择和主要参数的确定427 小型制冷机毛细管的选型447.1节流装置的选择457.2毛细管型号的确定468 小型制冷机辅助设备的选择478.1回热器的设计选型
12、488.1.1 循环回热器作用分析498.1.2制冷系统的回热器计算498.3干燥过滤器的选型528.4贮液器的选型538.5制冷剂最佳充注量的确定539 蒸发器温度的自动控制569.1方案的论证与比较569.1.1温度采集方案579.1.2 显示界面方案579.1.3 电源部分579.1.4 键盘部分589.2系统组成58 9.2.1系统框图589.2.2 DS18B20温度测量部分58 9.2.2.1 DS18B20的结构及原理58 9.2.2.2利用DS18B20的实时温度测量电路的设计60 9.2.3控制电路619.2.4按键电路62 9.2.5电源电路6210 设计总结63参考文献6
13、4致 谢66附件1 翻译原文附件2 有无回热器的CO2亚临界和跨临界循环效率的研究1 绪论1.1课题研究目的钢铁厂在生产出成品钢材后必须在短时间内将其卖出，使用钢材的单位在购入钢材后需要及时的对钢材表面进行处理，达到防锈的目的。实践表明，钢材表面不做任何防锈处理，7到10天左右，表面就开始出现锈点，之后会以这些锈点为核心，表面快速生锈，进而锈蚀到内部，影响钢材性能。在现阶段，钢材市场比较萎靡，很多钢材厂家面临着困境：生产出钢材短期内卖不掉，时间长了就会生锈，不生产钢材，就面临着倒闭。基于此种状况，一种钢铁表面防锈剂被开发了出来，此种药剂可在钢材上冷床之前喷在其表面，达到防锈目的，一般情况下，防
14、锈时间可以达到未处理钢材的8倍左右，这样就能为钢材厂家提供足够的缓冲时间，同时，表面不生锈也能成为其一大卖点。然而处理钢材表面是在进入冷床冷却之前，其表面温度达到450左右，回收的处理液温度也会很高，导致整个药箱内温度不断提升，最终会使防锈剂碳化失效，因此，需要对药箱进行降温。本课题的目的就在于设计出的制冷系统能使得要向内部温度恒定，制冷量必须和余热量平衡，且随着钢材生产速度变化，制冷量也能够相应自动控制。1.2制冷机简介制冷是指用人工的方法将物体冷却，使其温度降低到环境温度以下，并保持这个温度。制冷的方法虽然很多，但其的基本原理都是相同的，即应用一种专门的装置，消耗一定的外加能量，使热量从温
15、度较低的物体传给温度较高的物体，从而获得所需要的低温。外加的能量有两类：一类是机械能或电能；另一类是热能。压缩式制冷和热电制冷需要消耗机械能或电能；吸收式制冷则消耗热能。压缩式制冷，热电制冷和吸收式制冷是三种主要的制冷方法1。1834年，美国的J.珀金斯试制成功人力转动的用乙醚为工质的可以连续工作的制冷机。1844年，美国的J.戈里试制了用空气为工质的制冷机，用在医院中制冰和冷却空气。18721874年，D.贝尔和C.von林德分别在美国和德国发明了氨压缩机，并制成了氨蒸气压缩式制冷机，这是现代压缩式制冷机的发端。19世纪50年代，法国的卡雷兄弟先后研制成功以硫酸和水为工质的吸收式制冷机和氨水
16、吸收式制冷机。1910年出现了蒸汽喷射式制冷机。1930年出现了氟利昂制冷剂，促进了压缩式制冷机的迅速发展。1945年，美国研制成功溴化锂吸收式制冷机。微型制冷系统可广泛应用于军事、航空航天、工业、环境保护及医疗电子等各行业，美国已将这种技术用于伊拉克战争和第四代战机上，引起了国际上的广泛关注2。大规模集成电路CPU芯片发展迅速，随着运算速度和集成度的提高其散热问题已成为世界难题3，而微型压缩机制冷系统是有效的解决方案，并能够应用于多种电子、激光、红外、雷达设备上4。目前这一领域的研究关键是微型压缩机的开发，如何开发体积小、重量轻、工作平稳、效率高的微型制冷压缩机是一个世界性的前沿课题。国内外
17、目前所开发的这类压缩机大都是采用传统的经典机型，例如三角转子式、滚动活塞式、涡旋式、单螺杆式、滑片式等。这些机型都有一个共同的特点就是在用于微型机时其密封性差、泄漏大、效率低。造成这种结果的原因是：它们的机构都具有线密封的特征，从而决定了其密封的薄弱环节太多。另外，当整机尺寸小型化后更造成了许多新的密封薄弱环节5。 微型球形制冷压缩机是在王陆一的发明专利“一种用于压缩机的变容式机构”的基础上设计出的适用于微型制冷系统的压缩机6，其主要目标是解决其它形式的微型压缩机泄漏大、效率低的问题。效率的提高对便携式设备和单兵装备有重大意义，在相同的电池下可延长使用时间7。“小型制冷机”这个术语一般系指能够
18、达到120K温度以下的小型或中型制冷机8。根据这个定义不包括通常用于工业液化系统的大型制冷机。最近10年来低温在工业和军事应用的增加对低温制冷机提出了迫切的要求。许多次都由于缺少合适的制冷机而阻碍了低温条件在特殊场合的应用。这个问题现在已被人们有所认识。目前美国及其它国家都在努力来改进制冷机的性能和可靠性9。1.2.1工作原理(1)压缩式制冷机。依靠压缩机的作用提高制冷剂的压力以实现制冷循环，按制冷剂种类又可分为蒸气压缩式制冷机（以液压蒸发制冷为基础，制冷剂要发生周期性的气-液相变）和气体压缩式制冷机（以高压气体膨胀制冷为基础，制冷剂始终处于气体状态）两种。(2)吸收式制冷机。依靠吸收器-发生
19、器组（热化学压缩器）的作用完成制冷循环，又可分为氨水吸收式、溴化锂吸收式和吸收扩散式3种。(3)蒸汽喷射式制冷机。依靠蒸汽喷射器（喷射式压缩器）的作用完成制冷循环。(4)半导体制冷器。利用半导体的热-电效应制取冷量。 制冷机的主要性能指标有工作温度（对蒸气压缩式制冷机为蒸发温度和冷凝温度，对气体压缩式制冷机和半导体制冷器为被冷物体的温度和冷却介质的温度），制冷量（制冷机单位时间内从被冷却物体移去的热量）、功率或耗热量、制冷系数（衡量压缩式制冷机经济性的指标，指消耗单位功所能得到的冷量）以及热力系数（衡量吸收式和蒸汽喷射式制冷机经济性的指标，指消耗单位热量所能得到的冷量）等。现代制冷机以蒸气压缩
20、式制冷机应用最广。1.2.2制冷机的种类制冷机可分为：压缩式制冷机、吸收式制冷机、蒸汽喷射式制冷机，半导体制冷。其中蒸汽压缩式制冷机（活塞式、回转式、螺杆式、离心式）、吸收式制冷机和蒸汽喷射式制冷机应用较为广泛。目前，我国除少数大冷量和特殊用途的冷冻机外，一般用途的活塞式、离心式、螺杆式、涡旋式 、溴化锂吸收式、蒸汽喷射式制冷机，以及冷冻、冷藏、低温试验等设备都能自己制造。 1.2.2.1压缩式制冷机 各种类型制冷机主要特点如下：(1)螺杆式制冷机：结构简单、易损件少、使用寿命长、单级压缩比高，在大中型制冷量范围内有取代活塞式的趋势。 (2)活塞式制冷机：技术发展比较成熟，效率高，使用温度范围
21、广，可制成大中小型各种规格产品，是各种制冷机中应用最广的机种。 (3)离心式制冷机：利用高速旋转的叶轮使制冷剂气体获得动能，然后通过扩压器提高其压力并冷却液化，节流而制冷。具有结构紧凑，单机制冷量大，可进行能量调节等特点。用于空调的机器多采用R11、R12制冷剂10。1.2.2.2吸收式制冷机利用吸收剂对制冷剂的吸附作用使制冷剂蒸发而制冷。常用的有氨水吸收式制冷机和溴化锂水吸收式制冷机，用热源作为动力，消耗电力少，运转平稳，易损件少，能量调节范围大，是一种新发展起来的制冷机品种11。1.3小型制冷机发展现状及新技术小型制冷机的发展与进步实际上是包括压缩机、节流阀、膨胀机、气体冷却器和蒸发器各部
22、件的发展与进步。随着研究的不断深入和加工技术的进步，各部件也都达到了不同程度的发展。目前，欧洲(主要是挪威、德国、丹麦和荷兰等)、亚洲(日本、韩国和中国等)和美国三个地域水平发展比较快，也在一定程度上代表了国际先进水平。1.3.1压缩机电冰箱(冷冻柜)和小型商用制冷设备主要采用全封闭往复式制冷压缩机，从容量看，绝大多数全封闭往复式压缩机都不超过0.5kW，主要用于家用电冰箱(冷冻柜)和小型商用制冷设备中，世界市场年需求量约为8500万台。中国的年需求量在8001000万台之间。近几年通过采用变频调速控制、改善电机性能和降低气阀损失等技术。电冰箱用小型全封闭往复式制冷压缩机的性能系数(EER)已
23、从20世纪90年代的l.l上升到今天的1.7左右。完善变频驱动压缩机技术是制造商研发的重点。目前，在变频技术方面，直流变频备受关注。无刷直流电动机的使用推进了直流变频技术的进步。无刷直流电机与普通的交流电机或有刷直流电机的最大区别在于其转子是由稀土材料的永久磁钢构成，定子采用整距集中绕组，简单地说来，就是把普通直流电机由永久磁铁组成的定子变成转子，把普通直流电机需要换向器和电刷提供电源的线圈绕组转子变成定子。这种结构既克服了传统的直流电机的一些缺陷，如电磁干扰、噪声、火花可靠性差、寿命短。又具有交流电机所不具有的一些优点。如运行效率高、调速性能好、无涡流损失。旋转式压缩机多用于小容量空调器，窗
24、式、小型分体式空调器和小型除湿机，年需求量为4000万台。日本厂家在旋转式压缩机的产量和技术上处于主导和领先位置。变频控制、艰缸机型和采用HFC制冷剂，旋转式压缩机的产量激增，中国目前是旋转式压缩机的主要产地和消费市场。由于日本的松下等公司在旋转式压缩机的产量和技术上有很强的实力，随着CO2作为制冷剂，很多日本公司已经开发了CO2旋转式压缩机。 涡旋式压缩机的历史相对较短，由于在该类型压缩机中。气体压缩引起的力矩变动较小，在振动和噪声以及效率等方面有其突出的优点，已成为柜式空调、商用小型PAC的首选主机。市场上销售的涡旋压缩机容量在0.7520kW之间，多数在36kW之问。在技术上，美国谷轮公
25、司的数码涡旋压缩机和大金等的变频控制涡旋压缩机是目前压缩机中比较先进的技术。1.3.2换热器 小型制冷机中的换热器，如蒸发器、冷凝器和风机盘管是进行空气调节的主要设备，其优化的依据是材料的选择、换热面积的增加和传热性能的改善。换热器材料的选择不仅要求其具有较好的传热性能，还要考虑实际成本问题。目前较多使用铜管，但由于铜材料的价格上涨，现多用铜管铝翅片的结合以降低成本。增加换热面积可以选择多种方法。如增加迎面换热面积、增加管排数、增加翅片密度、增加冷凝器的过冷度。改善传热性能的方法。以各种强化的换热管为主，还包括改进翅片设计。 2007年，据统计，空调和冰箱用铜总计占中国铜需求量的75。铜的价格
26、飞速上涨，有专家提出在换热器中采用铜铝台盘来降低成本，但是，铜铝合金的回收和分离将会消耗更多的能量，长远看，得不偿失。 国内制冷空调企业采用国外压缩机(比如日本)，但是机组效率比日本企业低约很多。压缩机的因素之外，高效换热器的落后是一个重要方面。高效换热器的研究是国产空调提高效率的一个重要方向12。1.4小型制冷机自动测试系统的组成 测试系统的最大特点就是将制冷系统、测试系统、辅助机械装置及电气系统进行一体化设计。安装于一个整体机柜中。进行合理布置。以往的性能用的电功率和制冷量相对应，通过测量电功率即可算出制冷量。为了便于同类压缩机性能之间的比较，国家标准对测试工况做了严格的规定，为了保证压缩
27、机在一定工况下稳定运行，必须对吸气温度、吸气压力、排气压力、过冷温度和环境温度进行控制。分别通过调节量热器内电加热功率。循环制冷剂流量(即热力膨胀阀开度)，冷凝器冷却水量(即水量调节阀开度)、过冷度调节器及冷水机组来实现。测试系统均依地面而装，松散庞大，环境温度差异大。不便于整体运输与安装调试，只能在现场进行制作安装，制作和维护不便、成本高。 制冷部分是由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器等几大部件组成的循环系统。压缩机排出的高压气体首先进入冷凝器，在冷凝器中与冷却水进行热交换，冷凝成液体，然后经过贮液器和干燥过滤器进入过冷温度调节器，这时制冷剂已是高压过冷液体，经过膨胀阀节流成低压气液两种流体，
28、再进入量热器进行吸热蒸发成为低压气体，最后出量热器进入压缩机的吸气口，被压缩机压缩和排出，完成压缩、冷凝、节流、蒸发4个过程的循环，以达到制冷的目的13。1.5制冷机的启动1.5.1 压缩机电机工作原理功率较大的大中型商用制冷设备，一般采用三相异步电动机。电机与压缩机之间属开式或半封闭型，而小型商用制冷设备及家用电冰箱则采用单相异步电动机，电机与压缩机封闭在统一的壳体内，属全封闭型。其中电机转子采用鼠笼式结构；定子装有运行绕组和启动绕组，当两绕组中通入在时间上相差。电度角的两相电流，就能产生一个旋转磁场，鼠笼式转子在旋转磁场的作用下转动。当电机转速达到额定值的时，启动继电器将启动绕组与电源断开
29、，压缩机电机正常运行。1.5.2 单相电机常用启动型式小型商用制冷设备和家用冰箱普遍使用单相交流电源。为达到单相电机分相启动要求，目前常采用如下启动型式：1.5.2.1 电阻分相启动(RSIR)电阻分相启动的电机，启动绕组的匝数、线径比运行绕组少且细，这样启动绕组中电阻比感抗大。而运行绕组正相反，感抗比电阻大得多，两绕组启动电流之间出现相位差，从而产生旋转磁场使转子得到转矩。1.5.2.2 电容分相启动(CSIR)电容分相启动电机的启动绕组与启动继电器接点之间串接一只电容，使启动绕组的启动电流领先电源电压一相位角，而运转绕组的阻抗呈感性，它的启动电流落后电源电压一相位角。故两绕组的电流相差一个
30、较大的相位角，从而产生启动转矩。1.5.2.3 电容启动、电容运转型(CSR)电容启动、电容运转型电机在电容分相启动基础上又在启动绕组与运行绕组之间串接一只小容量运行电容。在启动继电器吸合状态下它与分相电容并联,当启动继电器触点释放后运行电容串接于启动绕组参与运行，不仅改善了电机启动特性。也改善了电机运行性14。1.5.3 现有启动方式比较及其与启动继电器的配合1.5.3.1 三种启动方式比较从上述分析可以看出，电阻分相启动结构简单、成本低、运行可靠，但两绕组起动电流之间相位角较小，只能产生椭圆形的旋转磁场，启动转矩小，启动电流大。而电容分相启动的启动转矩较大，启动电流较小，适当选择分相电容量
31、可产生圆形旋转磁场而电容启动、电容运转型则具有启动、运行转矩均较大、运行电流小、效率和功率因数高的特点。因此，电阻分相启动用于输出功率较小的制冷设备(125W 以下)。而电容分相启动适于输出功率较大的冰箱、空调机和冷水机等制冷设备，特别是在电压偏低或启动转矩要求较高的情况。1.5.3.2 与启动继电器的配合单相异步电机不论采用哪种启动方式，在电机启动后转速达额定值的时都必须及时将启动绕组与电源断开，否则较大的电流会使启动绕组烧毁。对小型制冷设备采用的启动继电器有三种，各有不同的使用特点。1.5.3.2.1 弹力式启动继电器由启动器和过电流保护器组合而成。这种继电器目前较少使用，但由于其具有启动
32、和过电流保护双重功能，且外加引线方便。便于调整及组合回路提高启动性能，利于电压起伏较大地区使用及研究低压启动时使用。1.5.3.2.2 重锤式启动继电器由励磁线圈、重力衔铁、弹簧及动、静触点组成，启动过程历时0.33秒。可以加装分相启动电容以提高启动转矩，相应提高低电压环境下启动的可靠性。1.5.3.2.3 PTC 启动继电器PTC元件具有正温度系数电阻特性，在其居里点Tc下温度范围呈低阻导通状态，在Tc上其电阻可高达左右。元件呈高阻“关闭”状态。在压缩机通电瞬间，运转、启动绕组同时通电，电机产生旋转磁场使转子顺利旋转。而这一瞬间通过PTC元件的启动电流使元件自身发热，其温度急剧升到居里点以上
33、进人高阻状态，这时电源电压几乎全加在PTC元件两端，而运转绕组电流阵至正常值，整个启动过程历时0.11.5秒。在实际启动过程中，只要给PTC元件输入大于2A的电流，就能使其顺利实现从低阻向高阻的转换，但须注意，尽管PTC器件具有良好的低电压启动特性，但压缩机的启动转矩是随电源电压降低而急剧下降的，电机本身没有足够的启动转矩还是不能实现正常启动运转，这就要求在低电压条件下设法提高电机的启动转矩。PTC 器件(或其它启动器) 与启动绕组串接启动电容，以提高电机启动转矩加达到理想的低压启动效果15。1.6制冷机的腐蚀与保护制冷机等换热器在制作时，管板与列管的焊接一般采用手工电弧焊，焊缝形状存在不同程
34、度的缺陷，如凹陷、气孔、夹渣等，焊缝应力的分布也不均匀。使用时管板部分一般与工业冷却水接触，而工业冷却水中的杂质、盐类、气体、微生物都会构成对管板和焊缝的腐蚀。这就是我们常说的电化学腐蚀。研究表明，工业水无论是淡水还是海水，都会有各种离子和溶解的氧气，其中氯离子和氧的浓度变化，对金属的腐蚀形状起重要作用。另外，金属结构的复杂程度也会影响腐蚀形态。因此，管板与列管焊缝的腐蚀以孔蚀和缝隙腐蚀为主。从外观看，管板表面会有许多腐蚀产物和积沉物，分布着大小不等的凹坑。以海水为介质时，还会产生电偶腐蚀。化学腐蚀就是介质的腐蚀，换热器管板接触各种各样的化学介质，就会受到化学介质的腐蚀。另外，换热器管板还会与
35、换热管之间产生一定的双金属腐蚀。一些管板还长期处于腐蚀介质的冲蚀中。尤其是固定管板换热器， 还有温差应力，管板与换热管联接处极易泄漏，导致换热器失效。综上所述，影响制冷机腐蚀的主要因素有： （1）介质成分和浓度：浓度的影响不一，例如在盐酸中，一般浓度越大腐蚀越严重。碳钢和不锈钢在浓度为50%左右的硫酸中腐蚀最严重，而当浓度增加到60%以上时，腐蚀反而急剧下降； （2）杂质：有害杂质包括氯离子、硫离子、氰离子、氨离子等，这些杂质在某些情况下会引起严重腐蚀； （3）温度：腐蚀是一种化学反应，温度每提升10，腐蚀速度约增加13倍，但也有例外； （4）pH值：一般pH值越小，金属的腐蚀越大； （5）流
36、速：多数情况下流速越大，腐蚀也越大。目前可采用高分子复合材料对制冷机管板进行防腐保护，其中应有比较成熟的有美嘉华技术产品，其具有优异的粘着性能及抗温、抗化学腐蚀性能，材料为100%固体，没有可挥发性物质，在封闭的环境里可以安全使用而不会收缩，特别是材料良好的隔离双金属腐蚀和出色的耐冲刷性能，优异的防腐性能，从根本上杜绝了修复部位的腐蚀渗漏，可以为部件提供一个长久的保护涂层。 1.7制冷机低温泵的故障及排除制冷机低温泵的冷源是小型制冷机。制冷机在日常运行中可能发生种种故障，对制冷机的制冷能力和制冷温度都有明显的影响，亦对泵的抽气特性产生影响。低温抽气是目前获得洁净真空环境的一种快捷而有效的方法。
37、随着两级高可靠性、小型制冷机的日臻完善，制冷机低温泵得到迅速发展，已成为获得洁净、无污染、抽速大、工作压强范围宽、抽气效率高、结构简单、使用方便，能长期工作及可任意方向安装的真空获得设备。制冷机低温泵的冷源是小型气体制冷机。制冷机制冷系统的工况变化，对低温泵的抽气特性会带一定的影响。如制冷单元的过高热负载或制冷能力的损失，可能导致运行温度的显著上升。这个温升会因制冷单元低温抽气作用的减小而导致真空室的真空度降低(即压强升高）绝热真空度的降低又会导致制冷能力的进一步损失，会发生累进故障。因此，制冷系统运行工况的变化，将使制冷机一二级冷头温度和制冷量发生变化，而冷头温度的变化对泵的抽气速率、抽气容
38、量、极限压强、再生时间等泵的特性参量产生很大的影响制冷系统制冷工况的变化，除与压缩机和膨胀机的泄漏机械零件的磨损、易损件的损坏、密封件的化、吸附器的污染、绝真空的破坏及热负载过大等因素有关外、还与蓄冷器受污染有关16。表1.1 制冷机低温泵的故障及排除17故障引起故障的可能原因故障的排除1、容器中压强升高(二级冷阵温度低于20K)用户真空系统中或低温泵本身有漏气1、对真空系统进行检漏2、查安全减压阀是否复位3、对低温泵检漏被抽容器中存在He、N2、H2不可凝气体低温泵再生处理固定二级冷阵的螺钉松动，使吸附抽气表面温度高于20K将低温泵恢复到常温后再检查一、二级冷阵的装配情况2、容器中压强升高，
39、但低温表面温度低于20K 二级冷阵的吸附器已吸附饱和将泵再生过高的负载屏蔽或降低辐射表面温度制冷机制冷能力变差1、查压机的供气压力是否正常，不足补气2、对泵进行再生处理3、可能蓄冷器被污染或一、二级密封环磨损3、低温泵二级冷阵达不到20K或需要很长时间才能达到20K压缩机中气压低补气用户的真空系统或低温泵本身可能漏气1、查真空系统的漏气2、查泵的漏气或安全阀有无复位低温泵内部存在较高的He、Ne、H2等非凝性气体用干燥N2冲洗和再生压缩机供压不正常查压机的故障4、低温泵发出隆隆响声50赫-60赫拨动开关的位置搞错拨动开关于正确位置1.8关于小型制冷装置的模拟研究随着人们生活质量不断提高对居住环
40、境的舒适度要求也越来越高使得窗式空调、分体式空调、柜式空调等房间空调器得到迅猛发展加上其具有价格低廉、安装方便、适应性强等特点其产量迅速增加现在年产量己突破千万由此可见这一部分空调器的能耗是相当可观的。因此仔细分析其制冷过程优化制冷装置的结构参数、运行参数对于完善制冷装置设计以及节能降耗是有着非常重要的意义的。假定制冷剂在制冷装置各部件中流动均为一维均相流动，利用稳态分布参数法建立了除压缩机以外的其它各部件的数学模型。对于压缩机采用类似于黑箱的建模方法，抛开具体的内部结构根据厂家提供的压缩机性能曲线或参数表、实验数据等利用参数拟合来建立模型。讨论了在一定工况下当己知条件变化时各种控制参数如制冷
41、剂换热量、过冷度、制冷剂换热系数、空气换热系数、空气流量、制冷剂流量等的相应变化情况。利用语言编制了稳态仿真计算程序计算得出了各控制参数的变化数值并绘制成图。由图中可以看出吻合情况基本令人满意模拟计算结果与理论分析一致与物理事实相符。说明以上为建模所作的各种假设基本合理建立的数学模型正确。这些为制冷装置的优化设计、控制打下了良好的基础18。1.9小型制冷机的发展方向在最近几年美国对制冷机的研究和开发工作有相当大的提高主要是由于低温技术在诸多方面得到了越来越多的应用。对新型制冷机来说提高可靠性通常是最重要的要求可靠性的改善对更多的应用具有吸引力。空问应用要求低振动的制冷机具有年寿命。在美国大量新
42、的研究布雷顿、焦耳一汤姆逊、斯特林、脉管和磁制冷系统的工作正在进行。每一种机器的特殊应用都有其独特的优缺点。在中国，大量的小型制冷机，主要是涡旋式的，应用在家用领域。中型的制冷机的销售有上升的趋势，基于以下的原因：1、螺杆机受到设计人员和用户越来越多的欢迎。2、有一种用多台小型机组代替一台大型机组的趋势。这样在只有部分负荷的情况下，减少了运行频率，达到节能和更高的稳定性。经过国企改革和重组，非常大的工业项目投资减少了，在过去这是大型制冷机的主要领域。在其它的领域，有大规模的外资企业投资于新的商业建筑、工厂设施等。采用国外的先进技术推动了具有更高性能的新产品的出现，主要表现在螺杆、离心压缩机，热
43、交换器和电子控制等方面。与此同时，吸收式制冷机的技术则是由国内的领导厂商开发和提高。在中国销售的大多数机组是国内厂商或合资企业在中国境内生产的。关键部件现在也本地化了。中国制冷空调工业凭借低成本和不断提高质量的产品，正在由进口导向逐渐转向出口导向。 蒸汽压缩型(容积式)制冷机由于政府的管理和温和的气候，空气源热泵是长江流域市场的宠儿。冬季用来取暖的燃煤锅炉在长江以南的区域已被政府禁止使用。因此，包括房间空调器，主要用于制冷，同时也能制热的热泵深受这一地区的喜爱。热泵能用于取暖，因此就可以省去锅炉。直燃型冷热水机组的应用也是如此。采用活塞或涡旋式压缩机的制冷量为510RT的小型风冷或热泵制冷机的
44、大多数用于户式中央空调系统。制冷量为20400RT的风冷、空气源热泵和水冷活塞、涡旋或螺杆机主要用于商业建筑。400RT以上的蒸汽压缩制冷机大多数是半封闭的离心机组。由于具有高效和高可靠性的特点，封闭螺杆机正在抢占活塞机的市场。同时由于电力富余和初投资低的因素也挤占吸收式制冷机的市场。而螺杆压缩机的本地化可以降低成本。 吸收式制冷机在过去电力短缺时，政府对总电力消费进行管制，但也没有对吸收式的销售给于任何特殊的优惠政策。吸收式的购买是由用户基于他们个人对产品经济性、质量、可靠性和售后服务的评估来决定的。根据行业统计资料，2000年吸收式市场容量大约为2600台(其中蒸汽双效占50%，燃油直燃机
45、占25%，燃气直燃机占25%)。单效和热水型机组非常少。2000年，双良、远大和大连三洋被认为是市场的领导者。烟台荏原和LG同和的市场份额增加的同时，开利却在丢失市场份额。2001年政府建立了新的吸收式制冷机组国家标准，其中规定冷却水进水温度从原来的32变为30，而新的直燃机在制冷时LHV状态下COP最低为11(在HHV状态下为10)。这些指标被认为即使是现有的机型也很容易达到。2 制冷方法和系统的选择2.1制冷方法的选择制冷是指用人工的方法将物体冷却，使其温度降低到环境温度以下，并保持这个温度。制冷的方法虽然很多，但其的基本原理都是相同的，即应用一种专门的装置，消耗一定的外加能量，使热量从温
46、度较低的物体传给温度较高的物体，从而获得所需要的低温。外加的能量有两类：一类是机械能或电能；另一类是热能。压缩式制冷和热电制冷需要消耗机械能或电能；吸收式制冷则消耗热能。压缩式制冷，热电制冷和吸收式制冷是三种主要的制冷方法。2.1.1压缩式制冷压缩式制冷系统如图所示，制冷剂（工质）在蒸发器中吸收外界（被冷却物） 1-压缩机 2-冷凝器 3-节流阀 4-蒸发器 图2.1 压缩式制冷循环的热量，蒸发器成气体后进入压缩机。气体被压缩机压缩，温度升高。从压缩机排除的气体进入冷凝器，被冷却介质冷却，成为液体。离开冷凝器的制冷剂液体流经节流原件时，降低压力和温度，成为由气体和液体组成的两相混合物，再进入蒸发器，吸收蒸发器周围的热量，使他的温度降低。2.1.2热电制冷热电制冷也叫温差电制冷、半导体制冷或电子制冷，是以温差电现象为基础图2.2 基本热电偶的制冷方法。它是利用“塞贝克效应”的逆效应珀尔帖效应的原理制冷的。 塞贝克效应就是一百多年前人们发现的温差电现象。即在两种不同金属组成的闭合线路中，如果保持两接触点的温度不同，就会在两接触点间产生一个电势差接触电动势，同时闭合线路中就有电流流动，称为温差电流。反之，在两种不同金属组成的闭合线路中，若通以直流电流，就会使一个接点变冷，另一个接点变热。这种现象称为
