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制冷系统的换热设备

该信息来自:本站 发表时间:2019-12-06 10:24:34

在蒸汽压缩式制冷装置中,除了压缩机和节流机构外,还有许多系统设备。这些设备按其在制冷系统中所起的作用,可分为两大类:一类是换热设备,包括冷凝器、蒸发器等,这些事完成制冷循环比不可少的设备;另一类是辅助设备,分离和安全保护等设备,这些设备的作用是改善制冷系统的工作条件,提高运行经济性和安全可靠性。

冷凝器的作用是将压缩机排出的高温,高压制冷剂过热蒸汽冷凝成液体。制冷剂在冷凝器中放出的热量由冷却介质(水或空气)带走。冷凝器按其冷却介质和冷却方式,可以分为水冷式、空气冷却式、水-空气混合冷却式三中类型。水冷式冷凝器中制冷剂放出的热量被冷却水带走。冷却水可以一次流过,也可以循环使用,当循环使用时,需设置冷却塔或冷却池。水冷式冷凝器分为壳管式、套管式、板式、螺旋板式几种类型。

立式壳管式冷凝器,简称立式冷凝器,适用于大,中型氨制冷机组,立式冷凝器的结构,它的外壳由钢板卷制后焊接成圆柱形,两端焊有管板,传热管用焊接或胀接方法和管板紧固,冷凝器垂直安置。立壳泠凝器顶部装有配水箱,冷却水从水箱中经过均水板进入每根传热管顶部的分水器进入传热管内,在重力作用下沿管子内表面呈液膜层流入水池。分水器用铸铁,胶木,陶瓷灯材料制造,铸铁制造的分水器生锈后易堵塞通道;陶瓷制造的分水器较为光滑、阻力小、使水流能均匀地流入传热管,单材质较脆在运输时应注意保护,防止脆裂;胶木制造的分水器既光滑,又不会生锈,不易破裂,使用的较多。均水板和分水器除了能使水流均匀,增强传热作用外,还可降低水流冲击,减缓传热管受水流的冲击腐蚀。压缩机排出的高压过热氨气,经油分离器出冷冻机油后,从筒体上部进入冷凝器内的管外空间,在垂直管外冷凝成为液体,从筒体底部液口流入贮液器。冷凝器的传热管一般用∮51mm*3.5mm或∮38mm*3mm的无缝钢管。

制冷系统.jpg

卧式壳管式冷凝器简称为卧式冷凝器,其结构与立式冷凝器类似。筒体由无缝钢管制成或由钢板卷制后焊接而成,两端有管板,管板中间穿插传热管。由于水平安放,因此两端管板的外侧用端盖封闭。端盖用铸铁或钢板制成,端盖内部设有分水助,从而把整个管束分成几个管组,使冷却水流动时形成几个流程,从而提高冷却水流速。制冷剂蒸汽从冷凝器顶部进入,在管子外面冷凝成液体,然后从壳体底部出液管流入贮液器。小型冷凝器在下部少安放几排传热管,下部的空间就当做贮液器使用,在氟利昂冷凝器中,有的还在底部设有液体过冷器。氨液的密度比冷冻机油小,并且氨与冷冻机油互不溶解,所以在氨卧式冷凝器底部设有集油包,积聚在集油包内的冷冻机油,由放油管引向集油器。氨卧式冷凝器内传热管一般采用∮25mm,32mm或∮38mm的无缝钢管。为了强化传热效果,也有用螺纹管,恒纹管的氨卧式冷凝器,螺纹管由∮25mm*2.5mm光管轧制而成,助化系数为2.75。在相同条件下,螺纹管氨卧式冷凝器的传热系数比光管提高40%以上,它一般采用铜管。

套管式冷凝器是由两根不同直径的无缝钢管相互叠套连接而成的,氨气从上方进入管的空腔,在外管外表上冷凝后,从下部流入贮液器,冷却水从冷凝器的下部进入内管,吸热后从上部流出,与制冷剂蒸汽呈逆向流动,因此传热效果好。为了介绍机组体积,将套管做成长圆形,外套管为正经较大的无缝钢管,内管为直径较小的一根或数根铜管或低筋铜管,冷却水在管内流动,氟利昂在外管环状空间流动,在内管外表面上凝结。

板式冷凝器一般由传热板片,盖板和接管组成。在焊接板式冷凝器中,还有压紧螺栓,螺母,垫片,支架等零部件。焊接式板片冷凝器采用专门的焊接工艺,将每两张板片沿外密封槽焊接在一起,形成板片对,再将板片对用垫片组装起来,成为半焊接式冷凝器,或采用专门的焊接工艺,将一定数量的板片沿密封槽焊成板片包,再将几个板片包组焊,并装置成一体的全焊板式冷凝器。钎焊板式冷凝器则是用不锈钢板片和铜箔钎料,在真空钎焊炉的高温作用下形成一体的板式泠凝器。钎焊板式冷凝器都是用铜作为钎焊料的,由于氨对铜有腐蚀性,因此如要将其用于氨制冷装置时,应选用镍钎焊板式,或经特殊处理的钎焊板式冷凝器,它可用于氨或氟利昂制冷装置。板式冷凝器的优点是:结构紧凑、体积小、重量大约只有相同传热面试的壳管式冷凝器的25%,因此便于运输和安装;当量直径小、流动扰动大、在较小的雷诺系数写即可形成紊流,因此传热系数高,一般为壳管式的1.1-1.7倍;制冷剂冲注量小,大约只需壳管式的20%-40%;板式冷凝器的缺点是:板片制造要求高,造价较高;板片之间间隙较小,冷却水中如有杂质存在易堵塞,因此对水质要求较高;

螺旋板式冷凝器由螺旋形本体,制冷剂蒸汽进口管,制冷剂液体出口管,冷却水进口管和出口管组成。螺旋本体是两张平行钢板卷制而成的,构成一对同心的螺旋通道,中心部分用将两个通道隔开,两端用密封条焊死或装有可卸的对头。最外一圈通道端部焊上扩形冷却水进水管。冷却水从螺旋板外侧接管切向进入,与制冷剂流向相反,由外向中心做螺旋流动,最后由中间接管流出,制冷剂蒸汽由中央上端进气管进入,向中心外做螺旋流动,冷凝后,液体由底部出液支管汇集成到液总管排出。为了保证螺旋通道的间距,增强螺旋板的刚度,钢板在卷制齐前焊有定位距。用于氟利昂的螺纹板式冷凝器,可用钢板卷制,钢板在卷制前冲制许多球形鼓泡,充当定位距,为了增强氟利昂螺纹板式冷凝器的承压能力,在其外侧焊有钢板壳体。它的结构紧凑、体积小、传热性能好、重量轻,在相同流速下,比管壳冷凝器传热系数提高 50%左右。

空气冷却式冷凝器,制冷剂在管内冷凝,空气在管外流动,带走制冷剂放出的热度,根据管外空气的流动方式,可分为自然对流空气冷却式冷凝器和强制对流空却式冷凝器两大类型。自然对流空气冷却式冷凝器,在自然对流空气冷却式冷凝器中,空气受热后产生自然对流,将冷凝器中的热量带走,由于空气流动速度很小,传热效果很差,为此将金属丝环绕在管外,形成线管式或百页窗式冷凝器,有的将传热管胶合在电冰箱体外的壁面上,形成板管式冷凝器,以增强传热效果,这种冷凝器般用于小型氟利昂装置。强制对流空气冷却式冷凝器。它由一 组或多组蛇形管组成。通常铜管直径为6- 20mm, 管外套有翅片,翅片由铜片、铝片组成,翅片距通常为1.3~3 2mm.制冷剂蒸汽从上部集气管进入每根蛇形管,冷凝后制冷剂液体汇集于底部液体总管排出,空气开风机作用下强制循环,横向流过翅片管,将热量带走,由于使用了风机,增加了噪声。为了改善冷凝器的冷却条件,降低室内噪声, 通常是将冷凝器放置于室外。蒸发器的作用为利用液态制冷剂在低压下蒸发,转变为制冷蒸汽并吸收被冷却介质的热量,达到制冷的目的。因此承发器是制冷系统中制取冷量和排出冷量的设备。蒸发器按其被冷却介质的不同,分为冷却液体权冷剂(冷娱水)、冷却空气或其他气体两大类型。

在冷却液体教冷刑的蒸发器中,有木箱型(沉漫式)蒸发器(立管式、螺流管式蛇管式)、板式蒸发器、螺旋板式蒸发器、壳管式燕发器(卧式、干式)等。在冷却空气的蒸发器中,有空调用题片式蒸发器、冷冻和冷藏用空气冷却器(用于冷风机)及排管蒸发器等。

水箱型(沉漫式)蒸发器的结构特点是蒸发器的管组沉漫在淡水或盐水中,制冷剂在管内吸热蒸发淡水或盐水在操拌器的作用下,在水箱内流动,以增强热交换效果。这类的蒸发器热稳定性好,但

只能用于开式循环系统,而载冷剂必须是不挥发性物质。水箱型蒸发器分为直管式,螺旋管式和蛇管(盘管)式。

(1) 直管式蒸发器。直管式蒸发器主要用于氨制冷装置,它全部用无缝钢管焊制而成,蒸发器管以组为单位,根据不同容量的要求,可有若干管组组成。蒸发器的管组安装在矩形金属箱中。在管组的上端,上集气管接气液分离器,下集气管接集油器。氨液从中间的进液管进入蒸发器。供液管由上一直伸到下集管, 这样使氨液从下部进入下集管后,均匀地进入各立管中去。制冷剂在立管中吸收载冷剂的热量,蒸发成制冷剂蒸汽。制冷剂蒸汽进入上集气管,经气液分离后,被制冷压缩机吸走。集油器上端由一根管子 与吸气管相通,以便将冷冻机油中的制冷剂抽走,积存的冷冻机油定期从放油管放出。为了提高直管式蒸发器的热交换效果,在水箱内装有搅拌机。搅拌机有立式和图式两种。

(2)螺旋管式蒸发器。其工作原理和直管式蒸发器相同,结构上主要的区别是蒸发管采用螺旋形盘管代替直立管,因此当传热面积相同时。螺旋管式蒸发器的外形尺寸比直管小,结构紧凑,减小了焊接的工作量,制造更方便。为了使其结构更紧凑,更缩小体积,在管组的弹簧妆盘管中,套入直径较小的盘管,两个盘管均焊与上下总管上,组成双头螺旋管组,外螺纹旋管采用38mm*3.5mm无缝钢管绕制而成,内螺旋采用27mm*3mm无缝钢管绕制。

(3)蛇管(盘管)式蒸发器,蛇管(盘管)式蒸发器是小型氟利昂制冷装置中常用的一种蒸发器,其结构由若干组钢管绕成蛇形管组成,蛇形管用纯铜管弯制,氟利昂液体制冷剂经分液器从蛇形管的上部进入,蒸发产生的制冷剂蒸汽由下部排出。蛇管组整体地沉浸在水(或盐水)箱中,水在搅拌器作用下,在箱内循环流动。蛇管式蒸发器由于蛇管布置较密,流速较小,以及蛇管下部的传热面积未得到充分利用,因此传热收果较差。

 卧式壳管式蒸发器的结构同样具有圆姓的壳体和固接于两端管板上的直管管束,管束两端加有端板。根据制冷剂在壳体内或传热管内的流动,分为满液式壳管式蒸发器(简称为卧式蒸发器);干式壳管式蒸发器(简称为干式蒸发器)。

卧式蒸发器制冷剂液体由卧式蒸发器底部或侧面进入,蒸发以后的制冷剂蒸汽从上部流出,为了将制冷剂蒸汽中挟带的液滴分离出来,蒸发器上方留有一定空间。 在氨卧式蒸发器扥筒体上装有气包。在离心式冷水机组中,氟利昂卧式蒸发器简体上方则装有挡液板。卧式蒸发器壳体下部装有集油器,以便排放积存的冷冻加油及其他杂质。卧式蒸发器结构紧凑,制造工艺简单,造价较低,传热性能好,但是制冷剂充灌量大。液体静压力对蒸发温度有影响,以氟利昂为制冷剂时,制冷剂中溶解的油较难排出,需采区回油措施,在中、小型氟利昂制冷装置中,采用干式蒸发器的为多。卧式蒸发器运行时,壳体内应充装相当数量的液体制冷剂,般其静 液面的高度的壳体直径的70%- 80%, 所以卧式蒸发器被称为满液式蒸发器。但是液面既不能过高,不能过低,液面过低,则不能充分发挥蒸发传热作用:液面过高,则有可能将液体带入压缩机,造成湿压缩的危险。为此,应安装浮球阀或其他自动控制装置来控制液面,使蒸发器能保持正常液位。卧式蒸发器传热管内为载冷剂(冷媒水),可定期拆卸两侧瑞盖进行清洗。载冷剂为淡水时,当蒸发温度接近0C或机组停车时,应防止管内结冰,冻裂管造成蒸发器损坏。氨卧式蒸发器的传热管用钢管:氟利昂卧式蒸发器般用纯铜管或铝黄铜管。

干式蒸发器的外形和结构,同卧式蒸发器基本相同。主要不同点在35%- 40%,约为满液式卧式壳管蒸发器的1/2-1/3或更少,而且制冷剂在蒸发汽化过程中,不存在自由液面,所以称为"干式蒸发器”。传热管安装在桶一块管板上,传热管可先行安装后在装入壳体,制冷剂可始终在一根管子内流动和蒸发,不会出现多流程时气液分层现象,由于每根传热管的弯曲半斤不同,制造时需采用不同的加工磨具。氟利昂干式蒸发器的传热管采用铜管制造。

螺旋板式蒸发器基本上分为两类: :一类用密封条焊死,制冷剂由外向内螺旋形流动并被冷却,液态制冷剂由下经分液支管进入螺旋通道,蒸发吸热,汇入中心部分后制冷剂蒸汽由上面排出,这样可能出现回气带液,因此需在蒸发器出口另设回气筒,以保证回气不带液;另一类是带有回气封头的,其不同吃出于上端有一椭球形状封头,制冷剂从下部进入吸热蒸发后,制冷剂蒸汽直接向上汇入回气封头内空间,再经回气管流出,这样可使回气不带液,不需另加回气筒。这两类,螺旋式蒸发器结构紧凑,制造方便,不用管材,传热效果好。

套管式蒸发器一般用于氟利昂小型制冷装置,外管为无缝钢管或不锈钢管,内管可以是一根铜管或多根铜管,可以用光管也可以用强化传热管。当氟利昂在内管中蒸发时,可以用内肋骨或内插芯片管,此时冷媒水在内管外的环形空间流动,当氟利昂在内管蒸发时,则内管使用外肋管,这样使套管式蒸发器结构更为紧凑,表面传热系数提高,称为高效率蒸发器。这种蒸发器有水易冻结和除水垢困难等缺点。

板式蒸发器的结构和板式冷凝器相同,因此它特别适用于泠凝器和蒸发器需要可逆变换的热泵系统中,钎焊式蒸发器必须竖直安装,并使制冷剂下进上出,其他位置安装都将导致制冷剂分配不均,为了减小水侧结冰危险,应选用传热面积较大的板式蒸发器;传热面积偏小时,会造成制冷剂蒸发不完全,制冷剂蒸汽没有足够的过热度,因此蒸发温度降低,结果造成结冰。选用面积稍大的板式蒸发器,可在较小的传热温差下运行。使蒸发温度稍高,减小结冰的危险。此外,在进口水管上加装过滤器,防止杂物堵塞。

翅片式蒸发器多用于氟利昂空调系统中,液体制冷剂不断从蒸发器周围吸收热量,在管内蒸发汽化,使周围空气不断降温,从而达到空调制冷的目的,在热泵系统中,翅片式蒸发器也可换成冷凝器。

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