制冷原理与设备
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制冷原理与设备 第 10 章 制冷系统辅助设备. 主 编李晓东. 电子制作齐向阳. 第 10 章 制冷系统辅助设备. 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、经济和安全的运行,还需设置一定数量的其它辅助设备。辅助设备的种类很多,按照它们的作用,基本上可以分为两大类: (1) 维持制冷循环正常工作的设备,如两级压缩的中间冷却器等; (2) 改善运行指标及运行条件的设备,如油分离器、集油器、氨液分离器、空气分离器以及各种贮液桶 ( 或器 ) 等。

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制冷原理与设备 第 10 章 制冷系统辅助设备

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制冷原理与设备第10章 制冷系统辅助设备

主 编李晓东

电子制作齐向阳


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第10章 制冷系统辅助设备

  • 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、经济和安全的运行,还需设置一定数量的其它辅助设备。辅助设备的种类很多,按照它们的作用,基本上可以分为两大类:

    • (1)维持制冷循环正常工作的设备,如两级压缩的中间冷却器等;

    • (2)改善运行指标及运行条件的设备,如油分离器、集油器、氨液分离器、空气分离器以及各种贮液桶(或器)等。

  • 在制冷系统中还配有用以调节、控制与保证安全运行所需的器件、仪表和连接管道的附件等。

概 述


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第10章 制冷系统辅助设备

  • 10.1 制冷系统流程框图

    • 10.1.1 热泵型冷水机组

    • 热泵型冷水机组又称为冷暖型冷水机组,多用于风冷式机组和小型空调机组

      • 冷暖型机组可在夏季向空调系统提供冷冻水源,而在冬季可向空调系统提供空调热水水源,或直接向室内提供冷风和热风 。

      • 制冷回路流程

      • 制热回路流程


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第10章 制冷系统辅助设备

1-风扇 2-翅片式换热器 3-套管式换热器 4-水泵 5-膨胀阀 6-视镜

7-干燥过滤器 8-贮液罐 9-气液分离器 10-压缩机 11-四通换向阀 12-单向阀1 13-单向阀2

14-单向阀3 15-单向阀4 16-低压接口 17-高压接口

热泵型风冷式冷水机组原理图


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第10章 制冷系统辅助设备

  • 10.1.2 小型冷库

水冷式小型氟利昂冷库制冷系统流程图

1-蒸发器 2-分液头 3-热力膨胀阀 4-低压表 5-压力控制器 6-压缩机 7-高压表

8-油分离器 9-热气冲霜管 10-截止阀 11-冷却塔 12-冷却水泵 13-冷却水量调节阀

14-冷凝器 15-干燥过滤器 16-回热器 17-电磁阀


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第10章 制冷系统辅助设备

10.1.2 小型冷库

分液头 使制冷剂均匀地分配到蒸发器的各路管组中。

压力控制器 压缩机工作时的安全保护控制装置。

油分离器 把润滑油分离出来,并返回到曲轴箱去。

热气冲霜管 定期加热蒸发器而除霜。

冷却塔 利用空气使冷却水降温,循环使用,节约用水。

冷却水泵 冷却水循环的输送设备

干燥过滤器 除去冷凝器中的水份和杂质,防止膨胀阀冰堵或堵塞。

回热器 过冷液体制冷剂,提高低压蒸汽温度,消除压缩机的液击。

电磁阀 压缩机停机后自动切断输液管路,起保护压缩机的作用。


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第10章 制冷系统辅助设备

  • 10.2 中间冷却器

    • 10.2.1中间冷却器的作用

    • 中间冷却器是用以冷却两个压缩级之间被压缩的气体或蒸气的设备。制冷系统的中间冷却器能降低低压级压缩机的排气温度(即高压级的吸气温度),以避免高压级压缩机的排气温度过高;还能使进入蒸发器的制冷剂液得到过冷,减少管中的闪发气体,从而提高压缩机的制冷能力。它应用在氟利昂或氨的双级或多级压缩制冷系统中,连接在低压级的排气管和高压级的吸气管之间。


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第10章 制冷系统辅助设备

  • 10.2.2 氨用中间冷却器

    • 中间冷却器系用以装置在双级氨制冷装置的低压和高压缸之间,使由低压缸排出的热气在经过本器时达到冷却的目的。同时使自贮氨器流经本器中盘管的氨液过冷以增加制冷效应。

  • 中间冷却器操作注意下列事项:

    • 中间冷却器内气体流速一般为0.5~0.8m/s。

    • 蛇形盘管内氨液流速一般为0.4~0.7m/s,其出口氨液温度比进口低3~5℃。

    • 中间冷却器的中间压力一般在0.3MPa(表压)左右,不宜超过0.4MPa(表压)。

    • 高压级的吸气过热度,即吸气温度比中间冷却器的中间温度高2~4℃


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第10章 制冷系统辅助设备

  • 10.2.3 氟用中间冷却器

    • 氟利昂制冷系统在双级压缩时大都采用一次节流中间不完全冷却循环,低压级排出的高温气体在管道中间与中间冷却器蒸发汽化的低温饱和气体混合后再被高压级吸入高压机。

    • 高压液体经膨胀阀降压节流后,进入中间冷却器,吸收了蛇形盘管及中间冷却器器壁的热量而汽化,通过出气管进入低压级与高压级连结的管道里与低压级排出的高温气体混合,达到冷却低压排气的效果 。

氟用中间冷却器


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第10章 制冷系统辅助设备

  • 10.3 分离与贮存设备

    • 10.3.1 气液分离器

    • 制冷系统中的气液分离设备,用于重力供液系统中,如氨液分离器,将蒸发器出来的蒸气中的液滴分离掉,以提高压缩机运转的安全性;它也用在贮液器后面,用来分离因节流降压而产生的闪发气体,不让它进入蒸发器,以提高蒸发器工作效率

    • 分离原理主要利用气体和液体的密度不同,通过扩大管路通径减小速度以及改变速度的方向,使气体和液体分离

    • 气液分离器有立式和卧式两种

    • 正常工作时,其进气阀、回气阀、供液阀、出液阀、浮球的均压阀、压力表阀都是常开的


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第10章 制冷系统辅助设备

  • 10.3.2 贮液器

    • 1.高压贮液器 高压贮液器一般位于冷凝器之后,作用是:

1)贮存冷凝器流出的制冷剂液体,使冷凝器的传热面积充分发挥作用;

2)保证供应和调节制冷系统中有关设备需要的制冷剂液体循环量;

3)起到液封作用,即防止高压制冷剂蒸气窜至低压系统管路中去。

高压贮液器

a)氨贮液器 b)氟利昂贮液器

1-压力表阀 2-出液管 3-安全阀 4-放空气管 5-放油管接头 6-平衡管 7-进液管


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第10章 制冷系统辅助设备

2.低压贮液器

排液桶的作用是贮存热氨融霜时由被融霜的蒸发器如冷风机或冷却排管内排出的氨液,并分离氨液中的润滑油。一般布置于设备间靠近冷库的一侧 ,更重要的作用是对融霜后的排液进行气、液分离和沉淀润滑油

根据用途的不同可分为低压贮液器和排液桶等。低压贮液器与排液桶属低温设备,筒体外应设置保温层

1-加压管

2-平衡管

3-压力表

4-安全阀

5-出液管

6-进液管

7-放油管


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  • 10.3.3 油分离器

    • 工作的基本原理如下:

      • 1)利用油的重度与制冷剂气体重度的不同,进行沉降分离。

      • 2)利用扩大通道截面降低气体流速(一般约在0.8~1m/s),造成轻与重的物质易分离。

      • 3)迫使气体流动方向改变,使重的油与轻的气进行分离。

      • 4)气体流动撞击器壁,由于粘度不同、质量不同产生的反向速度也不同,促使油的沉降分离。

    • 1.洗涤式油分离器


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  • 2.过滤式或填料式油分离器

    • 通常用于小型氟里昂制冷系统中

过滤式或填料式油分离器


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第10章 制冷系统辅助设备

  • 3.离心式油分离器

  • 在筒体上部设置有螺旋状导向叶片,进气从筒体上部沿切线方向进入后,顺导向叶片自上而下作螺旋状流动,在离心力的作用下,进气中的油滴被分离出来,沿筒体内壁流下,制冷剂蒸汽由筒体中央的中心管经三层筛板过滤后从筒体顶部排出。筒体中部设有倾斜挡板,将高速旋转的气流与贮油室隔开,同时也能使分离出来的油沿挡板流到下部贮油室。贮油室积存的油可通过筒体下部的浮球阀装置自动返回压缩机,也可采用手动方式回油


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第10章 制冷系统辅助设备

  • 10.4 制冷剂净化与安全设备

    • 10.4.1 干燥器、过滤器和干燥过滤器

    • 1.干燥器

    • 2.过滤器

    • 3.干燥过滤器

      • 常用的有过滤器和干燥过滤器两种

干燥过滤器

a) 直角式   b) 直通式


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第10章 制冷系统辅助设备

滤网

干燥剂

干燥过滤器


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第10章 制冷系统辅助设备

10.4.2 空气分离器

制冷系统中进入空气的原因有:

1)制冷系统在投产前或大修后,因未彻底清除空气故空气存在制冷系统中。

2)日常维修时,局部管道、设备未经抽真空,就投入工作。

3)系统充氨、充氟、加油时带入空气。

4)当低压系统在负压下工作时,通过密封不严密处窜入空气。

系统中有空气带来的害处是:

1)导致冷凝压力升高。在有空气的冷凝器中,空气占据了一定的体积,且具有一定的压力,而制冷剂也具有一定的压力。根据道尔顿定律:一个容器(设备)内,气体总压力等于各气体分压力之和。所以在冷凝器中,总压力为空气和制冷剂压力之和。冷凝器中空气越多,其分压力也就越大,冷凝器总压力自然升高。

2)由于空气的存在,冷凝器传热面上形成的气体层,起到了增加热阻的作用,从而降低了冷凝器的传热效率。同时,由于空气进入系统,使系统含水量增加,而腐蚀管道和设备。

3)由于空气存在,冷凝压力的升高,会导致制冷机产冷量下降和耗电量增加。

4)如有空气存在,在排气温度较高的情况下,遇油类蒸气,容易发生意外事故。


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第10章 制冷系统辅助设备

空气分离器有多种形式,下图为氨系统以往常用的卧式不凝性气体分离器称四套管式空气分离器。它安装在壳管式冷凝器的上方,也可单独安装

四套管式空气分离器


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第10章 制冷系统辅助设备

常用的立式空气分离器,它与卧式相比其是操作简单,并能实现自动控制。它由贮液筒供给液氨,在盘管中蒸发吸热,使容器温度下降,来自冷凝器和高压贮液筒的混合气体在分离器内被冷却,制冷剂蒸气被冷凝成液体,可从下部排出,不凝性气体集中于分离器上部,经放气口排出。

立式空气分离器


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第10章 制冷系统辅助设备

10.4.3 集油器

集油器也称放油器,只用于氨制冷系统中。其作用是存放从油分离器、冷凝器、贮液器、中间冷却器或蒸发器中分离出来的润滑油,并遵照一定的放油操作规程把制冷系统中的积油在低压状态下放出系统,这样既安全,又减少了制冷剂的损失。


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第10章 制冷系统辅助设备

10.4.4 紧急泄氨器

紧急泄氨器设置在氨制冷系统的高压贮液器、蒸发器等贮氨量较大的设备附近。其作用是当发生重大事故或出现严重自然灾害,又无法挽救情况下,通过紧急泄氨器将制冷系统中的氨液与水混合后迅速排入下水道,以保护人员和设备的安全


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第10章 制冷系统辅助设备

  • 10.5 制冷装置用压力容器

    • 10.5.1 分类

      • 1. 压力容器基本概念 根据《容规》的规定,同时具备下列者为压力容器:

        • 1)最高工作压力大于等于0.1MPa(不含液体静压力);

        • 2)内直径(非圆形截面指其最大尺寸)大于等于0.15m,且容积V大于等于0.025m3;

        • 3)盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体。


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第10章 制冷系统辅助设备

  • 压力容器的压力等级

    • 1)低压(代号L):0.1MPa≤P<1.6MPa。

    • 2)中压(代号M):1.6MPa≤P<10MPa。

    • 3)高压(代号H):10MPa≤P<100MPa。

    • 4)超高压(代号U):p≥100MPa。


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第10章 制冷系统辅助设备

  • 3.压力容器的品种

    • 1)反应压力容器(代号R)

    • 2)换热压力容器(代号E)

    • 3)分离压力容器(代号S)

    • 4)储存压力容器(代号C,其中球罐代号为B)


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第10章 制冷系统辅助设备

  • 4.压力容器的分类管理

    • (1)第三类压力容器

      • 1)高压容器。

      • 2)毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器。

      • 3)易燃或毒性程度为中度危害介质,且pV乘积大于等于10MPa·m3的中压储存容器。

      • 4)易燃或毒性程度为中度危害介质,且pV乘积大于等于0.5MPa·m3的中压反应容器。

      • 5)毒性程度为极度和高度危害介质,且pV乘积大于等于0.2MPa·m3的低压容器。

      • 6)高压、中压管壳式余热锅炉。

      • 7)中压搪玻璃压力容器。

      • 8)使用强度级别较高(指相应标准中抗拉强度规定值下限大于等于540MPa)的材料制造的压力容器。

      • 9)移动式压力容器,包括铁路罐车、罐式汽车和罐式集装箱等。

      • 10)容积大于等于50m3的球形储罐。

      • 11)容积大于5m3的低温液体储存容器。


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第10章 制冷系统辅助设备

  • (2)第二类压力容器:

    • 1)中压容器(已有规定的除外)。

    • 2)毒性程度为极度和调度危害介质的低压容器。

    • 3)易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应器和低压储存容器。

    • 4)低压管壳式余热锅炉。

    • 5)低压搪玻璃压力容器。

  • (3)第一类压力容器 

    • 低压容器(已有规定的除外)


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第10章 制冷系统辅助设备

  • 5.制冷装置用压力容器

    • 以液化气体为制冷剂、设计压力不高于4.0MPa、设计温度为-19~200℃(最低蒸发温度-50℃)的制冷装置中承受制冷剂压力的容器称为制冷装置用压力容器.

    • 依据设计压力、使用制冷剂的不同,制冷装置用压力容器中一、二、三类压力容器均有。


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第10章 制冷系统辅助设备

  • 10.5.2 结构合理性

    • 制冷装置用压力容器是指钢制的内部或外部可承受气体或液体压力,并对安全性有较高要求的密闭容器。

    • 制冷装置用压力容器的壁厚与容器的内径、设计压力、材料、焊接形式、介质的腐蚀性等设计参数有关。

    • 制冷装置用压力容器中间部分多为圆柱形,称之为筒体,两端为封头,筒体和封头上有接管、法兰、支座等零部件。制冷装置用压力容器的封头形状有平板形封头、碟形封头、椭圆形封头、球形封头。

    • 从密封安全性的角度考虑,制冷装置用压力容器的连接结构应尽量采用焊接结构,可拆连接结构多采用法兰联接。

    • 在换热器选型时,考虑的因素是很多的,如材料、腐蚀、压力、温度差、压力降、结垢、强度及结构的可靠性、流体的状态、应用方式和检修等。

  • 10.5.3 管理规定

    • 1.设计、制造、无损检测、压力试验

      • 压力容器的设计单位资格、设计类别和品种范围的划分应符合《压力容器设计单位资格管理与监督规则》的规定

      • 压力容器制造(含现场组焊)单位应取得制造许可证

      • 无损检测档案、底片和资料,保存期限不应少于七年。

      • 耐压试验又分为液压试验和气压试验。

    • 2. 安装、使用与维护

      • 从事压力容器安装的单位必须是经有关机构批准的安装单位

      • 压力容器使用单位购买压力容器或进行压力容器工程招标时,应选择具有相应制造资格的供货商

      • 操作人员应持证上岗


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第10章 制冷系统辅助设备

思考题

1. 举例说明实际制冷系统中辅助设备的作用?

2. 为什么要设置中间冷却器?

3. 氨用中间冷却器是如何实现热量综合利用的?

4. 氟用中间冷却器与氨用中间冷却器的冷却原理有何不同?

5. 气液分离器设计时的气液分离原理是什么?

6. 贮液器起什么作用?

7. 油分离器是如何实现油分离的?

8. 油分离器结构上有什么特点?

9. 热气冲霜管在制冷系统流程中起何作用?

10. 制冷系统中为什么要除水、除杂质?

11. 干燥过滤器的作用是什么?安装在什么位置?

12. 制冷系统中为什么要排除空气?

13. 有那些常用的排空气装置?

14. 高压贮液器在制冷系统中的作用是什么?

15. 排液桶的作用是什么?

16. 集油器如何进行放油?

17. 紧急泄氨器什么时候使用?

18. 制冷装置用压力容器是如何管理的?


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