制冷装置设计课件-一

制冷装置设计,绪论,绪论,设计和选用性能匹配的制冷主机与辅助制冷机械及设备，用不同的管道进行连接组成不同特性的制冷系统称为某一种制冷装置。 一、制冷装置的含义及分类 制冷装置是将制取冷量的设备与消耗冷量的设备组合在一起的装置。可以分为几类： 1.冷藏制冷装置 5.商用制冷装置 2.速冻制冷装置 6.真 空冷冻干燥装置 3.空调制冷装置 7.工程类制冷装置 4.工业制冷装置 8.试验用制冷装置,二、制冷装置在国民经济中的应用,制冷装置在社会的进步，人们的生活水平的提高起到了有利的推动。 1. 易腐食品加工和保存，对完整的冷藏链的建立和完善发挥了至关重要的作用。 2. 工业用冷 3. 创造舒适环境 4. 科学研究 三、制冷装置的发展趋势 节能型制冷装置 2.自动化制冷装置 3. 氨制冷装置仍是使用的方向，改进提高制冷装置的效率以及微型化为发展的趋势，,绪论,四、本课程的重要性及在本专业中的位置和内容 制冷装置设计又称为“制冷工艺设计”，是一专门技术。该技术涉及面较广，要在学习“制冷原理和设备”、“传热学”、“流体力学”、“冷库建筑”、“食品冷藏工艺学”等课程的基础后学习的专业技术课程。 本课程重点介绍制冷系统的集中式制冷方法。,绪论, 重点要培养学生能独立设计制冷装置的能力。 要求学生掌握以氨为工质的各种制冷设计方案的确定原则和方法。 能够对制冷负荷进行进行计算，对制冷机和制冷辅助设备进行计算和选型。 学习和掌握制冷工程图纸的绘制。 氨制冷系统在大中型制冷装置中处于不可替代的位置。同学应重视本课程的学习。,五、学习制冷装置设计课程的特点,制冷系统的原理简单喻为“四大件”（蒸发器、冷凝器、节流阀、制冷机）但为使制冷装置能安全、经济、可靠长期的工作，就要对制冷系统的装置设计上采取一些措施，从而使得制冷系统复杂化了。 学习制冷装置设计课要建立对制冷装置全系统最终应是最优化（产生最大效能）的认识，而不是是仅仅局部性能的提高作为目的。 本课程仅以氨制冷系统为重点，同时也对氟制冷系统的差别从专业角度进行介绍。, 学习本课程的要求,第一章制冷系统方案的设计,一、确定方案的意义 制冷系统的设计方案应是一个技术含量最高的设想。方案欠缺，一旦实现以后会带来不可挽回的损失和后患。重视方案的设计，力求作出最佳的设计方案应是设计者的的目标。,二 、制冷方案的内容,1、制冷系统压缩方式：单级压缩方式还是双级 压缩方式。 2、制冷系统供液方式：直接膨胀供液方式、泵 供液方式、重力供液方式。 3、不同冷凝器的选用。 4、冷间采用冷却方式及冷却设备的选择计算。 5、氨制冷系统蒸发器的放油及冲霜排液设置。,三、确定制冷方案的根据,1.投资规模（简单、复杂、大型、小型） 2.产品加工工艺条件和方法要求（冷负荷、温度） 3.冷却水的条件（江河水、井水、循环水） 4.制冷装置所处的环境（城区、郊区、产地）,四、确定方案的原则,1. 满足工艺条件 2. 简化制冷系统，便于操作，又要保证系统调整灵活，便于检修和运行安全。 3. 考虑经营费用合理，还要考虑技术经济的发展。 4. 降低能耗，降低成本。 总之，制冷方案应该是技术先进，经济合理，生产上适用。,第一节制冷系统的概述,一、制冷系统的定义及分类 通过利用外界能量，使热量从温度较低的物质（环境）转移到温度较高的物质（环境）的系统，称为制冷系统。 按制冷工质分类 : (1) 氟制冷系统；(2)氨制冷系统；(3)空气等 制冷系统。 按制冷工作原理分类 : (1) 机械压缩式制冷系统；(2)热电式制冷系统；(3)吸附式 制冷系统；(4)覆叠式。,二、蒸汽压缩式制冷系统的基本组成,人工制冷装置是一个密闭式的系统，制冷剂在密闭系统内往复循环，吸热放热进行热的传递。压缩式制冷循环是以制冷压缩机作为补偿消耗功的手段,使热从低温物体传向高温物体的制冷装置。 单机压缩系统的基本构成-四大件,压缩机,冷凝器,节流阀,蒸发器,单级压缩；有单级单机压缩和单级多机压缩两种形式。单级多机压缩实际是多台机的并联连接。,单机制冷系统的管道连接简单。 制冷压缩机与制冷系统的连接采用双排阀形式。 双排阀用途有三个：更换和检修压缩机时与制冷系统的隔离；用于对单项阀的检修使用；为了反向工作时的使用。 单向阀：又称为止回阀，可分为氨（氟）液用（用Y表示）、汽用（Q表示）两种。 吸气互换阀：又称为过桥阀、切换阀。,双级制冷压缩系统的基本构成,一次节流，中间完全冷却双级压缩制冷系统基本框图：,低压机,中间冷却器,高压机,节流阀,冷凝器,节流阀,蒸发器,单机与双级制冷压缩系统的划分,冷库设计国家规范5.3.1条 ： 氨活塞式制冷压缩机，当冷凝压力与蒸发压力之比大于8时，应采用双级压缩；当冷凝压力与蒸发压力之比小于或等于8时，应采用单级压缩。,氨制冷系统： tk= 30 pk= 11.895 kgf/cm2 tz= -25 pz= 1.55 kgf/cm2 pk / pz = 7.69 ， 可采用单级运行。 tz= -33 pz= 1.051 kgf/cm2 pk / pz = 11.3 ， 应采用双级运行。 如采用单级运行，又有： pk / pz 8 ，此时 tz= -28（最小值） 。 如： tz= -33 ，那么tk= 19 （最大值）,这种双级压缩制冷系统是附带了少量高温负荷（单级压缩），适用于以低温负荷为主的制冷系统。,单级与双级制冷压缩综合系统基本构成（图113）,这种制冷循环实质是一个单级制冷压缩循环与双级制冷循环（高级级）叠加于一起，实际是把冷凝器并在一起使用了。此时制冷系统高压级的流量应是 G高 = Gg + G单级,制冷系统原理图常用图例,图1-3 单机双级机压缩部分,中间冷却器的作用：1.降低低压压缩机排出的气体温度；2.是高压液体在进入节流前得以过冷，减少闪汽，提高系统的制冷系数；3.起到油分的作用，低压级排出的热氨蒸汽经中冷器的洗涤、降温，油被分离出来，中温中压的氨汽再由高压级吸入进行二次压缩。 中间冷却器上必须装设控制液面恒定的供液装置。 现采用 UQK-40浮球液位控制器对桶体内的液体进行检测，发出供液的信号去控制执行元件电磁阀开、关。 液位检测桶体要装设两个UQK-40浮球液位控制器，一只装于中冷器液位控制线（约为桶体50%处），另一只装于容器的70%，起到对液位超高的警戒作用。,中冷器的液位除了浮球液位控制器自动进行检测以外，对于操作人员还需要有一个直观的了解和掌握的液位显示指示器。,设置液位指示器有四种形式可使用：1.管式金属结霜指示器，用于零度以下的容器上；2.玻璃管式液面指示器（图16）；3.油包式液面指示器，用于低温下使液位的显示处于不结霜状态（图17）；4.远距离显示液位指示器（图18）。,油包中油的比重油 与桶体中氨液的比重氨不同，有如下的关系： 油 h油 = 氨 H氨 h油 = 氨 H氨/ 油 0.7H氨 油的比重大于氨，油管显示出的液位比实际真实的液位低。,远距离液面指示器工作原理,液面指示部分由显示液面的玻璃管和同长的金属管（贮油器)组成。远距离 D142导压管两根，分别传导容器中的汽室压力 P0导入贮油器的上部。所测容器液位的接出点压力（P0 + H氨）通过一段蒸发室后形成饱和汽态压力导入贮油器的下部。 蒸发室就是利用其表面吸热蒸发时的氨液生成气体，变液体的压力为气体压力的传送。 玻璃管中油位高度h油 =（P0+ 氨H氨）/ 油 远距离液面指示器的导压管不应保温，否则将会失灵。 远距离液面指示器的汽室导压管都应当高于所测液位桶体顶部。,图13-4是有三个蒸发温度的机组、中冷器连接原理图,三根总吸入管由上而下分别是：-33、-28、 -15蒸发回路。 1#机用于 -15蒸发回路的制冷系统，有过桥阀可与2#机（-28蒸发回路的制冷系统）进行切换，同时应使得排出管与-28蒸发回路的中冷器进行过桥切换。同样，2#机为1#机工作时，应将排出端切换至去油分离器。 3#机仅作为-28蒸发回路的中冷器二级吸入压缩机使用。 4#机作为-33蒸发回路的单机双级压缩机使用，使用了过桥阀与-28蒸发回路进行了切换，也就是可对-28的蒸发系统进行单机双级压缩循环制冷。,第二节制冷系统方案设计 (冷凝部分P11),一、润滑油的分离与回收 制冷机运转需要用润滑油降低摩擦，带走热量。压缩机工作时排气速度达到2430m/s, 油会与高温过热制冷工质一同带出，进入制冷系统。当排气温度达到 90140时，部分润滑油会汽化为油气（550m油粒） 压缩机的排温与油的蒸发率的关系, 压缩比越大，排温越高，油进入系统就越多，压缩机的油耗就越大。有如下的数据：,tp= 80 时： tk = 35 , tz = 0 （空调使用排温低） tp= 140 时： tk = 35 , tz = 24 tp= 140 时： tk = 3, tz = 28 ,也就是制冷机的耗油直接与工况条件有关,润滑油进入系统的循环回路将造成下列不良后果： 1.油存于设备和管道中，使内容积变小，阻力增大，系统的制冷效率下降。 2.油的粘度大，遇到污物和机械杂质后易混合成为胶状物质，在阀门、管道中造成堵塞。 3.油的导热系数小于金属，油附于金属换热器的壁面上，将使传热恶化，蒸发压力下降、冷凝压力上升。排温增大，工况条件变坏。,(R717)氨对于润滑油的溶解甚微，在氨制冷系统中氨与油始终处于分层状态下，油比重大，沉于下层。纯油在低温下的粘度很大，不能实现连续回油。,氨制冷系统排温高，油易于老化，油与工质分层、粘度高，不能像氟制冷系统一样能连续回油，继续使用。氨制冷系统采用间歇放油，制冷机曲轴箱应当及时加油补充，保证机器润滑的需要，防止制冷机缺油而发生事故。,氨制冷系统中应尽可能避免油进入制冷系统中，须采用措施把油分离出来。,在压缩机排汽的出口设置制冷辅助设备“油氨分离器”来解决油进入制冷系统的问题。 “油氨分离器 ”分离润滑油与氨的原理可以利用以下不同的方法: 降低流速、改变流向、降低温度、利用重力、离心力等的作用，把油从热氨汽体中分离出来。,常用油分离器的种类：,洗涤式油氨分离器 离心式油氨分离器 填料式油氨分离器,2. 不凝性气体的分离,氨制冷系统不凝性气体产生及来源： 制冷系统中的润滑油、制冷剂的分解和不纯洁。（o2、 H2 、N2、H2o等等） 制冷装置中金属材料的腐蚀。 制冷系统的不严密 ，进入空气。 操作不当，在加油、补充氨时进入空气。 管道阀门检修时带入空气。 新的制冷装置投产 前抽空不干净，存有空气。,不凝性气体在制冷系统中的危害,1. 不凝性气体在制冷系统中参与制冷循环，但不能制冷，还使制冷系统的排出压力增大，造成冷凝压力的升高；冷凝器的传热面积被占据，冷凝器的效率下降，系统的制冷量减少。 2. 系统中存有o2、H2o等又会加剧润滑油的氧化和金属的腐蚀。 所以必须将系统中的不凝性气体及时放出。,制冷系统中不凝性气体的放出,不凝性气体总是和工质（氨）混与一起，不可能采用把工质全部放掉来解决制冷系统中不时出现的不凝性气体。,不凝性气体存在于系统的什么部位？ 怎样才能把系统内的不凝性气体放出呢？,不凝性气体聚集在制冷系统的高压侧。,制冷系统是通过制冷辅助设备“放空气器”进行不凝性气体的排放的。,高压贮氨器的液封作用和制冷机的单向抽气作用，氨液节流减压后的低压侧不会有不凝性气体的出现。不凝性气体存于制冷系统的高压侧。 空气及不凝性气体的比重大于氨汽体（氨分子量17；空气是29），不凝性气体较多存在于冷凝器的下部、贮氨器的上部，这些部位都应接出放空气的管口。,系统放空气操作应采取停机一段时间后，气温低的时间（如清晨)进行较好。,3. 高压制冷剂液体的过冷,高压制冷剂液体的过冷可以避免液体在供液管道中流动产生闪发汽体，减少流动压力降；还可减少制冷剂在节流过程中出现的闪发汽体，提高过冷后的制冷剂的单位制冷量。 在制冷系统的设计中，应采取措施使节流阀前制冷剂液体有一定的过冷度。 过去采用低温地下水对高压氨液管进行过冷却处理，浪费水，效果不大，已经不再采用。,教材P2表示由两台单机压缩机组成一配组式双级压缩制冷循环。 P 4表示由一台单机双级压缩机组成双级压缩制冷循环。,4. 蒸发器的除霜和排液,1 . 蒸发器上的霜层来源 蒸发器的表面、库内空气、贮存的食品之间存在一定的温差，就一定要产生水蒸气分压力差，在这个分压力差的作用下 ，冷间内食品表面的水分会不断的通过空气介质向蒸发器表面迁移，最终在蒸发器上凝结成霜。 2. 必须采取措施定期清除蒸发器上的霜层 蒸发器上的霜层会导致传热热阻的增加，使传热系数下降。当霜层为3mm和6mm时，传热系数分别为原来的 89.9% 和 81.8%。因此使得蒸发温度下降，导致系统的产冷量降低。对于干式冷风机（蒸发器）结霜会使空气阻力增大，循环风量减少，严重时没有冷风吹出。,3. 蒸发器除霜的方式 （1）人工扫霜：人工低温下工作，劳动强度大，清扫不易，也不干净，仅作为辅助性减少霜层增加传热使用。多用于自然对流的排管蒸发器。 （2）水冲霜：仅适用于冷风机这种蒸发器，对于自然对流的顶排管不能使用。水冲霜简单、快捷、成本低。多用于冻结间冷风机蒸发器。 （3）电热融霜：耗电量大，使库温波动较大，不经济。方便、快速、特别适于采用自动控制的化霜。多用于小型的制冷装置中。,（4）制冷剂的热蒸汽融霜,使用制冷剂的热蒸汽融霜，对于冷藏库这种集中式制冷装置最为适用。当某冷间需要融霜时，可利用其余冷间制冷运行中排出的热氨蒸汽对该冷间的蒸发器进行热氨融霜，具有成本低，化霜效果好的特点。 （5）制冷剂的热蒸汽融霜再加水冲霜相结合的方法 对于冷风机蒸发器具有密布的肋片，仅使用热氨蒸汽融霜其翅片上的冰霜一时难以完全融化掉，再结合使用水冲霜就能把所有冰霜轻而易举地融化掉。,（6）蒸发器的排液,采用压力为 6 MPa 左右的热氨蒸汽进入蒸发器，与低温排管进行热量的交换，氨蒸汽会凝结成氨液。 蒸发器除霜时还应不断的进行排液，此时应使氨液以较高的流速从排管内迅速排出，以使更多的热氨蒸汽进入蒸发器内，继续进行化霜，同时使得蒸发器内壁面存在的油膜被快速流动的氨液带走。,蒸发器热氨冲霜后氨液中含有油、污垢，排液量较大。应包括有三部分的液体： 1.排管内容积中的存氨量； 2.供液、回汽管路中的工质； 3.热氨冲霜凝结的工质。,制冷机房应设置较合适的设备来承接蒸发器的排液。 蒸发器排液去向可以有几种方案：,（1）排向其它冷间（由液体调节站分配）； （2）排向低压循环贮液桶； （3）排入专设的排液桶。,思考题-1:,排液量与整个制冷系统大小有无直接关系？为什么？ 当冷凝器压力表的读数为1.2MPa(绝),冷凝温度25（从冷凝器出液管测出）。查氨工质性质表25，饱和液压力1.02MPa (绝)。此时，系统中的空气含量是多少？,二、制冷系统的安全保护措施及控制,氨制冷系统处于压力较高工况下运行，不允许发生意外，导致氨液的大量溢出。更不能出现压力容器的爆炸。 氨对金属钢无腐蚀，对铜有腐蚀(磷青铜除外)。 氨与水可以混合，不产生冰析。但含水后对金属腐蚀作用较大，氨工质要求纯度 99.99%（含水量0.2%)。,氨有强列的刺激气味，对人和食物产生不利的影响。人在氨含量0.50.8%的空气中停留半小时，就会引起身体严重受损。氨含量1114%时，可以燃烧；氨含量1625%时，遇明火会爆炸。 现实情况是，人在氨含量0.50.8%的空气中已不能 接受了。机房内制冷机器运转，阀门多，一般均有少量的渗漏，在浓度0.01%以下，对人无较明显的伤害。 氨的这种强烈的刺激性气味，使泄漏点容易发现，这是氨制冷工质的优点之一。,