请说明蒸气压缩式制冷系统中辅助设备的作用。

Question

如题所述

Answer 1

在一个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。 此外，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。 制冷系统中的辅助设备 一、油分离器与集油器(一)油分离器的作用 在蒸汽压缩式制冷系统中，经压缩后的氨蒸汽(或氟利昂蒸汽)，是处于高压高温的过热状态。由于它排出时的流速快、温度高。汽缸壁上的部份润滑油，由于受高温的作用难免成油蒸汽及油滴微粒与制冷剂蒸汽一同排出。且排汽温度越高、流速越快，则排出的润滑油越多。对于氨制冷系统来说，由于氨与油不相互溶，所以当润滑油随制冷剂一起进入冷凝器和蒸发器时会在传热壁面上凝成一层油膜，使热阻增大，从而会使冷凝器和蒸发器的传热效果降低，降低制冷效果。据有关资料介绍在蒸发表面上附有0.1mm油膜时，将使蒸发温度降低2.5℃，多耗电11～12％。所以必须在压缩机与冷凝器之间设置油分离器，以便将混合在制冷剂蒸汽中的润滑油分离出来。 (二)油分离器的工作原理 大家都知道，汽流所能带动的液体微粒的尺寸是与汽流的速度有关。若把汽流垂直向上运动产生的升力与微粒的重量相平衡时的汽流速度称为平衡速度，并用符号ω表示。则显然当汽流速度等于平衡速度时，则微粒在汽流中保持不动；如果汽流速度大于平衡速度时则将微粒带走；而当汽流速度小于平衡速度，微粒就会跌落下来，从而使油滴微粒制冷剂汽流中分离出来。 油分离器的基本工作原理主要就是利用润滑油和制冷剂蒸气的密度不同；以及通道截面突然扩大，气流速度骤降(油分离器的筒径比高压排气管的管径大3～15倍，使进入油分离器后蒸气的流速从原先的10～25m/s下降至0.8～1m/s)； 同时改变流向，使密度较大的润滑油分离出来沉积在油分离器的底部。或利用离心力将油滴甩出去，或采用氨液洗涤，或用水进行冷却降低汽体温度，使油蒸汽凝结成油滴，或设置过滤层等措施来增强油的分离效果。 (三)油分离器的形式和结构 目前常见的油分离器有以下几种：洗涤式、离心式、过滤式、及填料式等四种结构型式，下面分述它们的结构及工作原理。 1、洗涤式油分离器 洗涤式油分离器适用于氨系统，它的主体是钢板卷焊而成的圆筒，两端焊有钢板压制的筒盖和筒底。进汽管由筒盖中心处伸入至筒下部的氨液之内。进气管的下端焊有底板，管端四周开有出气孔，以免高压蒸气直接冲击筒底，使已沉淀的润滑油搅动浮起。筒内进气管的中部(位于液面之上)管壁上还开有平衡孔，其作用是当压缩机停车时平衡排气管路、油分离器、冷凝器三者之间的压力，特别是在压缩机发生事故时，可以防止因冷凝器的高压将油分离器中的氨液压回压缩机，造成更大事故。在进气管的外侧上部还装有多孔伞形挡板，作分离液滴之用。筒体下部侧面设有放油管接头，与集油器相连。伞形挡板之上的筒体侧面设有出气管接头，并使出汽管伸入筒内有一定的长度，且引出口是朝上开的，其目的是使氨汽在排出分离器以前再折流一次，有助于提高分离效果，如图7—1所示。 洗涤式油分离器在工作时主要是利用混合气体在氨液中被洗涤和冷却来分离油，同时还利用降低气流速度与改变气流运动方向，油滴自然沉降的分离作用。其中洗涤和冷却作用对洗涤式油分离器的分油效率影响最大，因此筒体内必须保持一定高度的氨液。洗涤式油分离器中的氨液一般是由冷凝器供给，为了保证油分离器内有足够高度的氨液，它的进液管应比冷凝器出液口位置低240～250mm，另外它一般装在机房外，紧靠冷凝器的地方，这样可以多台压缩机共同用一个油分离器。 2、填料式油分离器 填料式油分离器的结构如图7—2所示。在钢板卷焊而成的筒体内装设填料层，填料层上下用二块多孔钢板固定。填料可以是陶瓷杯，金属切屑或金属丝网，以金属丝网效果最佳。当带油的制冷剂蒸气进入筒体内降低流速后，先通过填料吸附油雾，沿伞形板扩展方向顺筒壁而下，然后改变流向从中心管返回顶腔排出。分离出的油沉积在它的底部，再经过浮球阀或手动阀排回压缩机曲轴箱。由上述可见，这种油分离器的分油是依靠降低流速、填料吸附及改变气流方向来实现的，其中以填料层的吸附作用为主。与洗涤式油分离器相比，填料式油分离器的分油效率较高，可达95％(洗涤式为80～85％)，安装位置较紧凑且对安装位置及安装高度没有严格的要求，可以多台压缩机共同用一台油分离器，故填料式油分离器现已广泛用于氨制冷系统中。但填料式油分离器对气流的阻力较大，要求筒内制冷剂蒸气的流速不大于0.5m/s。此外填料式油分离器的金属丝网一般采用不锈钢丝网，价格较贵。参考资料 http://www.bokee.net/newcirclemodule/article_viewEntry.do?id=1121608&circleId=124636

Answer 2

对于蒸气压缩式制冷循环系统而言，除了作为动力源的压缩机和完成热量传递的蒸发器和冷凝器外，还需要节流机构对制冷剂进行节流降压，以实现连续制冷。
　　 除了四大基本部件外，通常还会根据需要设置一些辅助设备，以保证系统的正常运行。此外，还需设置一些控制机构，以实现对系统的安全控制，并提高系统的运行效率。本章将主要讲述制冷系统的构成、节流装置、常见辅助设备以及制冷剂管路设计。
　　 第一节 制冷系统原理图
　　 常见的蒸气压缩式制冷系统可以分为单级、双级和复叠等多种形式，其中单级压缩制冷系统是最常见的系统，也是最基本的形式。本节将以氟利昂单级制冷系统为例作简单介绍。
　　 图7—l所示为一典型氟利昂制冷系统原理图。低压氟利昂蒸气进入压缩机，被压缩为高压过热蒸气，再进入冷凝器进行冷凝；冷凝后的高压液态氟利昂经热力膨胀阀膨胀节流成低压氟利昂湿蒸气，供人蒸发器(该系统设有两个蒸发温度不同的蒸发器)并在其中吸热气化，最后低压氟利昂蒸气被压缩机吸入，从而不断进行循环。氟利昂在压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器这四大基本部件中的压缩、冷凝、节流和蒸发过程就构成了一个完整的制冷循环。除了这四大基本部件外，为了保证系统运行的安全性和经济性，还需要设置一些辅助设备和控制元件，如图中所示。

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　　 由于压缩机排气中往往会夹带润滑油，因此通常在排气管上装设油分离器，把排气中的润滑油分离出来并返回压缩机，以减少润滑油被带入系统。对于小型制冷系统或采用内设油分离器的压缩机时，也可以不设油分离器。
　　 冷凝压力的高低对系统运行的效率影响很大。通常来讲，冷凝压力过高，会使得压缩机排气温度上升，压缩比增大，制冷量减少，功耗增加，甚至有可能引发安全事故；而冷凝温度过低，则有可能造成膨胀阀前后压差太小，导致供液能力不足，系统制冷量下降。因此，需要对冷凝压力进行控制。图7—l中所示的利用高压调节阀和差压调节阀组成的冷凝压力调节器进行旁通调节的方案是调节风冷式冷凝压力的一种有效方法，其应用已非常成熟。
　　 此外，为了随工况变化调节系统中的制冷剂循环量，在冷凝器的出口通常会设置一个贮液器，以贮存系统中多余的液态制冷剂(对于使用冷凝压力调节器的系统而言，贮液器是一个必备的部件)。
　　 由于杂质和水分的存在对于制冷系统是很大的危害，因此在贮液器和膨胀阀之间的液管上通常需要装设干燥过滤器以拦截和吸收系统中的杂质和水分。
　　 为了指示系统中的含水量，便于操作人员判断系统状况，在干燥过滤器后还会安装一个视液镜。当视液镜指示的颜色变成对应于含水量高的颜色时，系统的干燥过滤器就需要进行更换或将其滤芯进行再生。通常在干燥过滤器的两端各安装一个球阀，在维修期间手动将其关闭以方便更换干燥过滤器。
　　 在膨胀阀前的液管上装有电磁阀，它的电路与制冷压缩机的电路联动。系统运行时，待压缩机运转后，电磁阀的线圈才通电，开启阀门向蒸发器供液。反之，停机时，首先切断电磁阀线圈的电源，关闭阀门停止向蒸发器供液后，再切断制冷压缩机的电源。这样可以防止压缩机停机后，大量高压侧制冷剂液体进入蒸发器，而造成再次启动时发生液击事故。
　　 在每个蒸发器的回风处设置了一个温度开关，它的目的是测量被控空间的温度是否已经达到设定值，从而控制蒸发器风机的启停，调节蒸发器的出力。
　　 为了稳定蒸发压力，提高控温精度并提高系统效率，在蒸发器的出口处安装厂蒸发压力调节器。对于多蒸发器的系统，需要在压力最低的蒸发器出口安装单向阀，防止停机时制冷剂从其他高压蒸发器倒灌入低压蒸发器。在其他蒸发器的出口都需要设置一个蒸发压力调节器。
　　 为了避免压缩机在长时间不使用后或除霜之后(此时蒸发器中为高压状态)再启动时发生压缩机电机的过载现象，通常在压缩机前的吸气管路上要装设一个曲轴箱压力调节器，它能确保当压缩机启动时其吸气压力小于设定值，从而保证压缩机的安全。
　　 此外，在压缩机运转过程中，为了防止蒸发压力过低或冷凝压力过高对系统造成损害，在压缩机的回气管和排气管上跨接了一个高低压开关，一旦出现过低或过高的现象，高低压开关将会切断压缩机的电气回路以确保安全。
　　 在实际的制冷系统中，除了图7—l中出现的辅助设备和控制机构外，还有很多比较常用的部件，例如气液热交换器、四通阀、分液头、能量调节器等。我们在设计制冷系统时，除了四大基本部件之外，可以根据需要再增加或减少一些辅助设备或控制元件。应在确保系统安全性的前提下，综合考虑设备初投资和运行费用(效率)之间的矛盾，从整个运