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1、分类：主要设备（压缩机、冷凝器、蒸发器、节流机构等）辅助设备（油分离器、储液器、回热器、过冷器、膨胀容器等）,第六章 制冷设备,第1节 概述,制冷设备:制冷装置中的热交换器和具有安全、控制等功能的器件统称。,压缩机热交换设备节流机构管道各种控制阀辅助部件,蒸气压缩式制冷系统的构成,四个主要部件,压缩机冷凝器节流件蒸发器,不可缺少,管道,附加,净化贮集分离设备,过滤器 干燥器贮液器 集油器 油分离器空气分离器,压缩式制冷系统的心脏,主机,制冷剂在系统中的循环流动,压缩机,压缩机按压缩原理有两大类：,容积型速度型,容积型压缩机,速度型压缩机,通过对运动机构作功，以减少压缩容积，提高蒸气压力来完成压
2、缩功能。,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。,压缩机,制冷和空调用压缩机的分类及结构示意图,各类压缩机在制冷和空调工程中的应用范围,主要换热设备有：冷凝器、蒸发器、回热器、冷凝蒸发器、中间冷却器、发生器、吸收器和溶液热交换器，以及冷却塔和蒸发式冷凝器。特别重要的换热器：冷凝器和蒸发器,第2节 制冷换热设备,制冷设备的安全问题,制冷换热器的传热基础与计算,（一）翅片管的传热特性,绕片管,绕片管单位管长翅片面积,绕片管单位管长外表面积,翅化系数,制冷换热器的传热基础与计算,（一）翅片管的传热特性,套片管,套片管单位管长翅片面积,套片管单位管长外表面积,翅化系数,制冷换热器的传热
3、基础与计算,（一）翅片管的传热特性,轧片管,轧片管单位管长翅片面积,轧片管单位管长外表面积,制冷换热器的传热基础与计算,（一）翅片管的传热特性,第六章 制冷设备,第一节 概述,翅片管的翅片效率,ff翅片面积；fb翅片间管子表面积；t0管子表面温度；ta周围介质温度；tf 翅片表面平均温度；0管子外表面传热系数。,每米管长翅片表面传热量,(6-9),(6-8),(6-7),制冷换热器的传热基础与计算,（一）翅片管的传热特性,翅片管的翅片效率,平壁上的等厚度平直翅片,基础面为圆管的等厚度圆翅片,(6-10),(6-11),(6-13),(6-12),制冷换热器的传热基础与计算,（一）翅片管的传热特
4、性,翅片管的翅片效率,套片管,长方形翅片（顺排）,(6-14),(6-15),L长方形长边；B长方形短边,制冷换热器的传热基础与计算,（一）翅片管的传热特性,翅片管的翅片效率,套片管,六角形翅片（叉排）,(6-14),(6-16),L六角形长对边距；B六角形短对边距,制冷换热器的传热基础与计算,（一）翅片管的传热特性,翅片管的表面效率,总的换热量,(6-17),(6-18),(6-19),制冷换热器的传热基础与计算,（一）翅片管的传热特性,翅片管的表面效率,工程上,(6-21),(6-20),制冷换热器的传热基础与计算,（二）制冷换热器的计算,设计计算：给定两传热介质流量及其进出口温度，计算所
5、需要的传热面积和结构尺寸；校核计算：对已知热交换器在给定两种介质流量和进出口温度的情况下，计算两传热介质的出口温度。,制冷换热器的传热基础与计算,（二）制冷换热器的计算,热交换器传热的影响因素及过程的热平衡分析：换热器的传热方程 QKAtm，表明热交换器的传热量与其平均传热温差 tm、传热面积 A 和传热系数 K 有关，而传热系数 K 随传热管的形式、介质的换热条件、管内外热阻的大小不同而变化。其中介质的换热条件包括介质的种类、管壁温度 tw 和面积热流量 q 等。,制冷换热器的传热基础与计算,（二）制冷换热器的计算,热交换器管内外传热量平衡,K0、Ki分别为以外表面、内表面为基准的传热系数
6、W/(m2K)。,f0、fi分别为单位管长的管外面积、管内面积(m2/m)，d0、di 分别是管外径和管内径（m）。,(6-23),(6-22),制冷换热器的传热基础与计算,（二）制冷换热器的计算,传热系数,0、i分别为管外、管内介质表面传热系数 W/(m2K)；为管壁厚度（m）；为管子的热导率W/(mK)；fm为按管子平均直径计算的单位面积(m2/m)；r0、ri 分别为管外表面和管内表面的传热热阻(m2K)/W。,(6-25),(6-24),制冷换热器的传热基础与计算,（二）制冷换热器的计算,0、i与管壁温度tw有关，tw通过热平衡关系求得：,t0为管外流体平均温度与外壁温度tw0之差（）
7、。,(6-27),(6-26),制冷换热器的传热基础与计算,（二）制冷换热器的计算,图解法：,制冷换热器的传热基础与计算,（二）制冷换热器的计算,肋片管传热系数计算：以管外表面积为基准,r0为折合光管的污垢热阻；0为管外的表面传热系数。,(6-28),制冷换热器的传热基础与计算,（二）制冷换热器的计算,肋片管传热系数计算：以管外表面积为基准,r0、0与肋片管的外表面污垢热阻r0f和表面传热系数0f 存在以下关系，即：,(6-32),(6-31),(6-30),(6-29),制冷换热器的传热基础与计算,（二）制冷换热器的计算,式（628）带入式（631）得到肋片管以外表面积为基准的传热系数 K0
8、f,(6-33),制冷换热器的传热基础与计算,（二）制冷换热器的计算,肋片管以内表面积为基准的传热系数 Kif,(6-34),第二节 冷凝器,第六章 制冷设备,（一）冷凝器,用冷凝器将制冷剂从低温热源吸收的热量及压缩后增加的热焓排放到高温热源。,冷凝器按冷却方式,空气冷却式冷凝器中根据管外空气流动方式,空气冷却式水冷式蒸发冷却式,自然对流空气冷却式冷凝器强制对流空气冷却式冷凝器,图6-1A 氨卧式壳管式冷凝器,1、水冷冷凝器（1）壳管式冷凝器1）卧式壳管式冷凝器,换热管：氨系统：无缝钢管氟利昂系统：铜管或无缝钢管*换热管在制冷剂侧可采用低肋管，强化换热。,氨的卧式冷凝器的换热参数：氟利昂的卧式
9、冷凝器的换热参数：,2）立式冷凝器见图6-1b,氨的立式冷凝器的换热参数：,（2）套管式冷凝器,套管冷凝器的换热参数：,图6-3B 氟利昂套管式冷凝器,2、空冷冷凝器,（1）空气自由运动冷凝器,冷凝器的换热参数：,图6-4B 自然对流空气冷却式冷凝器,（2）空气强制对流冷凝器：,冷凝器的换热参数：,图6-5 空气强制对流冷凝器,1-肋片 2-传热管 3-上封板 4-左端板 5-进气集管6-弯头7-出液集管 8-下封板 9-前封板10-通风机 11-装配螺钉,（3）蒸发式冷凝器,冷凝器的换热参数：,图6-6 蒸发式冷凝器结构原理,1-通风机 2-挡水栅 3-传热管组 4-水泵 5-滤网 6-补水
10、阀 7-喷水嘴,Cooling Tower(Evaporative Cooling),蒸发器,蒸发器是制冷机中的冷量输出设备。制冷剂在蒸发器中蒸发，吸收低温热源介质（水或空气）的热量，达到制冷的目的。,冷却空气的蒸发器,空气自然对流时多采用光盘管结构空气强制对流时采用翅片管结构,壳管式沉没式,冷却液体（水或其它液体载冷剂）的蒸发器,（二）蒸发器,1、满液式蒸发器,（1）壳管式满液式蒸发器,换热参数：,图6-7 卧式满液式蒸发器结构,（2）立式蒸发器,2、干式蒸发器,换热参数：,1）直管式，2）U形管式,（1）冷却液体的干式蒸发器,干式壳管蒸发器,（2）冷却空气的干式蒸发器：,2）冷却强制流动空
11、气的干式蒸发器,换热参数：,图6-11 空气强制对流的蒸发器及其肋片管型式a)蒸发器 b)绕片管 c)套片管1-传热管 2-肋片 3-挡板 4-通风机 5-集气管 6-分液器,3、循环式蒸发器,（三）低温装置的换热器,1、中间冷却器,换热参数：,2、回热器,换热参数：,3、冷凝-蒸发器,（1）绕管式冷凝-蒸发器,（2）直管式冷凝-蒸发器,（3）套管式冷凝-蒸发器,四、板式换热器,节流机构是实现制冷循环所必须的四个基本的系统组成部件之一，,位于冷凝器与蒸发器之间。,对制冷剂的流动起扼制作用；使来自冷凝器的高压液态制冷剂压力降低；,控制进入蒸发器的制冷剂质流率,作用,第三节 制冷装置的节流机构,一
12、、制冷剂液体膨胀过程分析,二、节流机构的种类,（1）手动调节的节流机构氨系统的手阀（2）用液位调节的节流机构浮球调节阀（3）用蒸气过热度调节的节流机构热力膨胀阀（4）用电子脉冲调节的节流机构电子膨胀阀（5）不进行调节的节流机构毛细管,毛细管,毛细管用在小型而且不需要精确调节流量的制冷装置。,家用冰箱冷柜房间空调器,简单 便宜 便于大批量生产,应用,长处,手动膨胀阀,通常与其它控制元件配合使用，一般只在短时期内使用，例如在冷冻初期辅助送液，或者在自动膨胀阀出故障时作为旁路备用阀。,定压膨胀阀,从保持蒸发压力恒定为目的，自动调节蒸发器供液量。其结构原理是：由设定弹簧力和蒸发压力产生的流体压力之差提
13、供阀打开方向的驱动力。当蒸发压力降低时，阀开大，供液量增多,以补偿蒸发压力的下降；当蒸发压力升高时，阀关小，供液量减少，抑制蒸发压力上升。,浮球阀,用液位控制供液量。以浮球杠杆机构产生阀动作的驱动力。它的浮球感受冷凝器或高压贮液器的液位。当液位升高时，阀开大，增大蒸发器供液量；当液位降低时，阀关小，减少供液量。,目前，国际上流行的电子膨胀阀种类很多，按阀的结构型主要有三类：,5.电子膨胀阀,热动式膨胀阀 电磁式膨胀阀 电动式膨胀阀,6.热力膨胀阀,广泛用于干式蒸发器的供液量调节。,以蒸发器出口处制冷剂的过热度为控制参数；,通过弹簧力设定静态过热度，设定范围一般为28,蒸发器出口制冷剂的过热度低
14、于静态过热度时，阀处于关闭状态,过热度高于静态过热度时，阀才打开,并按二者之偏差成比例地改变阀开度，即成比例地调节送入蒸发器的制冷剂质流率。,1）热力膨胀阀的供液控制,迄今为止，热力膨胀阀仍是压缩式制冷装置中蒸发器制冷剂流量控制的主要元件。,它在制冷装置中的作用主要包括：,a）使高压常温的制冷剂液体在经热力膨胀阀时节流降压，变为低压低温的制冷剂湿蒸汽,进入蒸发器，在蒸发器内蒸发吸热，从而达到制冷降温的目的。,b）按照感温包感受到的蒸发器出口制冷剂蒸汽过热度的变化，来改变膨胀阀的开启度，自动调整流入蒸发器的制冷剂流量，使制冷剂流量始终与蒸发器的热负荷相匹配。,c）通过热力膨胀阀的控制，使蒸发器出
15、口的制冷剂蒸汽保持一定的过热度，这样即能保证蒸发器传热面积的充分利用，又可以防止压缩机出现液击冲缸现象。,从调节特性来分析，热力膨胀阀属于直接作用式比例调节器。,热力膨胀阀,热力膨胀阀的自动控制原理,内平衡热力膨胀阀外平衡热力膨胀阀,三、节流机构的工作原理及特性分析,（一）热力膨胀阀,1、热力膨胀阀的工作原理,热力膨胀阀的工作原理,外平衡热力膨胀阀的结构：,外平衡热力膨胀阀的选用：蒸发器的压力降大，或低温系统,外平衡热力膨胀阀的安装,外平衡热力膨胀阀与内平衡热力膨胀阀的主要区别,有一个专用的外平衡管接头，为引入外平衡压力所用 调节杆的形式等也有所不同,2、热力膨胀阀的选择与使用,容量的选用：蒸
16、发器制冷量的1.2-1.3倍,感温包的位置：,外平衡管的位置：,选择热力膨胀阀时，主要考虑下列因素：,按系统采用的制冷剂要考虑系统的蒸发温度阀前制冷剂过冷度会影响阀后两相制冷剂的干度冷凝器至阀前的液管肯定有压力降,表 蒸发温度对膨胀阀容量的影响,表 阀前液体过冷对膨胀阀容量的影响,表 冷凝器/储液器与蒸发器之间的高差引起的静压损失p,液体侧压力损失为p时不产生气体闪发必须的最小过冷度t,（二）电子脉冲式膨胀阀,（三）毛细管,（三）毛细管,图 R22、R12毛细管初步选择曲线图,2）电子膨胀阀供液控制,控制品质不高调节系统无法实施计算机控制系统的运行过程只能实施静态匹配阀工作温度范围窄温包迟延大
17、在低温调节场合振荡问题比较突出,热力膨胀阀用于蒸发器供液控制仍然存在着许多问题.,电磁式电子膨胀阀供液控制,电磁式膨胀阀结构见上节图所示，电磁线圈通电前处于全开位置，通电后，由于电磁力的作用，磁性材料所支撑的柱塞被吸引上升，从而带动针阀使开度变小。阀的开度取决于加在线圈上的控制电压（或电流），故可以通过改变控制电压调节流量。,图 电磁式膨胀阀结构,1 出口 2弹簧 3阀针 4阀杆 5柱塞弹簧 6柱塞 7线圈 8阀度 9入口,电磁式膨胀阀流量特性,电动式电子膨胀阀供液控制系统,和热动式相似，电动式电子膨胀阀也由发信器、控制器和电动式膨胀阀组成。与热动式的差别主要是阀的驱动部分，电动式膨胀阀由电动
18、机驱动，目前使用最多的是四相永磁式步进电动机，有直接驱动型与减速型。,由于采用电子膨胀阀控制，使得先进的控制手段运用于制冷剂流量调节成为可能，主要表现在以下几个方面：,1)流量调节不受冷凝压力变化的影响。对膨胀阀前制冷剂过冷度的变化具有补偿作用。2)由于电信号传递快，执行动作迅速、准确，故能够及时、准确地调节流量。即使负荷变化剧烈，也能避免振荡。,3)能够将蒸发器出口过热度控制到最小，从而最大限度地提高蒸发器传热面积的利用率。4)在装置的整个运行温度范围，可以有相同的过热度设定值。5)可以根据装置的实际情况决定调节规律，不仅限于采用比例调节，还可以采用比例积分或其他调节规律；并且能够进行调节器
19、参数整定。,第四节 蒸气压缩式制冷装置的辅助设备,一、制冷剂的储存、分离和净化设备,高压储液器：结构、作用、位置,低压储液器：结构、作用、位置,（二）空气分离器,1、卧式空气分离器,2、立式空气分离器,结构、作用、位置,（三）气液分离器,结构、作用、位置,结构、作用、位置,（四）过滤器和干燥器,结构、作用、位置,结构、作用、位置,二、润滑油的分离及收集设备,结构、作用、位置,（一）油分离器,结构、作用、位置,三、制冷装置的管道及其隔热,（一）制冷装置的管道选择,管道选择的目的：1、向蒸发器均匀送液、压降在允许范围内；2、压缩机运行不发生液击、失油、振动、噪音；3、润滑油系统能正常工作。,用管道
20、将制冷机各组成部件连接成一个完整的制冷系统，使制冷剂在封闭的系统中循环。,1）管道的材质应与制冷剂相容;2）管道与管道、管道与设备连接处必须可靠密封，采用焊接或可拆连接（法兰或螺丝连接）;3）连接处采用密封材料时，密封材料也必须与制冷剂相容;4）管道与外界环境接触，将与管内制冷剂发生热交换;5）制冷剂在管道中流动会产生管道压降,关于制冷剂管道应考虑的问题是：,按制冷剂的四个主要组成部件分割，制冷剂管道有：,排气管,高压液管,低压液管,吸气管,（1）Freon系统的管径选择1）回气管：一般Freon回气管的压降控制在相当于饱和温度差1;合适的管内流速在8-15m/s;上升回气管的回油问题。,2）
21、排气管：一般Freon排气管的压降控制在相当于饱和温度差0.5;合适的管内流速在10-18m/s;上升排气管的回油问题。,3）液体管：高压液管和低压液管 泄液管：一般限定管内流速在0.5m/s。高压液管：压降控制在相当于饱和温度差0.5 低压液管：不准出现闪发气体。,（2）R134a系统的管径选择：,（3）氨系统的管径选择：,（4）水系统的管径选择：D25：1m/S；d100：2m/s,2、管道阻力的计算：,（1）单相流管：,（2）两相流阻力计算,这四种情况见教材170页,计算方法见171页,（二）制冷管道的隔热,1、制冷装置的隔热目的：,减少与环境之间的热交换；防止管外出现凝露或凝霜。,2、对隔热材料的要求,3、常用隔热材料的特性,4、隔热结构 的防潮隔气,5、隔热层厚度的计算,水蒸气渗透的过程及危害：在保温层中凝水或结冰，材料的导热系数增大。,水蒸气渗透防止：加隔气层。如,制冷设备的简图：,
