第六章制冷机的其它辅助设备 本章主要介绍制冷机中的常用辅助设备的种类 结构及工作原理 6 1节流机构 节流机构是组成制冷装置的重要部件之一 节流机构的作用 1 将制冷剂液体从高压节流为低压 使制冷剂一出阀孔就沸腾膨胀为湿蒸气 2 调节制冷剂的循环量 以适应系统制冷量变化的需要 流体流经节流机构时 由于时间很短 可看作是绝热节流 节流后液体变成湿蒸气 其中蒸气的含量约占总制冷剂质量的10 30 这部分蒸气称为闪发气体 节流机构的分类 1 手动膨胀阀 2 热力膨胀阀 3 电子膨胀阀 4 毛细管 5 浮球调节阀 一 手动膨胀阀手动膨胀阀可用于氨制冷系统中的干式或湿式蒸发器 在干式蒸发器中使用手动膨胀阀时 操作人员需频繁的调节流量 以适应负荷的变化 保证制冷剂离开蒸发器时有轻微的过热度 手动膨胀阀还可以用在油分离器至压缩机曲轴箱的回油管路上 二 热力膨胀阀 热力膨胀阀是用于氟里昂系统中的节流元件 热力膨胀阀分为内平衡式与外平衡式 热力膨胀阀可自动调节阀的开度 其控制的方法取决于蒸发器出口上的制冷剂蒸气的过热温度和蒸发器中制冷剂的压力 蒸发器中的热负荷越大 蒸发器出口制冷剂的温度越高 热力膨胀阀的开度就越大 进入蒸发器的制冷剂流量增加 蒸发器产冷量越大 热力膨胀阀的阀体应垂直布置在蒸发器入口的水平管路上 感温包放置在蒸发器出口的水平管路上 温包应与回气管路充分接触 以便更好地感受管内的制冷剂蒸气的温度 温包外应包隔热层 以减少外界温度对温包的影响 1 作用 1 使高压高温制冷剂液体在流经膨胀阀时节流降压 变为低压低温的制冷剂湿蒸气 进入蒸发器中蒸发吸热 从而达到制冷降温的目的 2 按照感温包感受到的蒸发器出口制冷剂蒸气过热度的变化 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 3 通过膨胀阀的控制 使蒸发器出口的制冷剂蒸气保持一定的过热度 这样即能保证蒸发器传热面积的充分利用 有可防止压缩机液击冲缸现象 2 内平衡式热力膨胀阀内平衡式热力膨胀阀的结构如图所示 组成 阀芯 阀座 弹性金属膜片 感应膜片 传动杆 弹簧 感温包 毛细管和调整螺丝等 感温包 毛细管 感应膜片互相连通 构成一个密闭容器 称为感应机构 感温包安装在蒸发器出口 感温包内充注氟里昂工质 在内平衡式热力膨胀阀中 来自感温包内制冷剂的饱和压力作用在膜片的一侧 蒸发器入口处的制冷剂蒸气压力作用在膜片的另一侧 膜片与针阀连接 以便按蒸发器出口处制冷剂的温度调节制冷剂流量 如图10 4 膜片底部受到的蒸发器饱和压力为0 165MPa 表压 弹簧压力为0 053MPa 膜片上部受到的感温包压力为0 218MPa 表压 感温包内充注的工质与蒸发器中的制冷剂均为R12 蒸发器的饱和温度为 4 4 感温包内的温度为1 1 制冷剂在蒸发器中先转变为饱和蒸气 到达B点 从B点至E点 制冷剂继续吸收热量 转变为过热蒸气 当蒸发器负荷增大时 E点的蒸气过热度增加 膜片上部的压力上升 针阀向下移动 使膨胀阀的开度增大 更多的制冷剂流入蒸发器 使E点的过热度下降 当蒸发器的负荷减小时 E点的蒸气过热度下降 膜片上部的压力减小 针阀向上移动 使膨胀阀的开度减小 进入蒸发器的制冷剂量减少 使E点的过热度上升 感温包内工质的充注形式有 液体充注式 交叉充注式 气体充注式和吸附充注式等 1 液体充注式采用液体充注式感温包 感温包内的充注的液体与制冷系统中的制冷剂相同 感温包内液体的充灌量应足够大 保证在任何温度下感温包内的压力始终为饱和压力 2 交叉充注式交叉充注式热力膨胀阀的感温包中充注的工质与制冷系统中的制冷剂不同 3 气体充注式气体充注式感温包又称为限量充注或最大压力充注式感温包 4 吸附充注式吸附充注式感温包内充满了吸附性气体与吸附剂 如活性炭 分子筛 硅胶 铝胶 惰性全体等 常用的有活性炭与CO2气体 3 外平衡式热力膨胀阀 三 电子膨胀阀 电子膨胀阀是国际上80年代以后推出的又一种较为先进的节流元件 它按电脑预设的程序进行流量调节 因电子式调节而得名 电子膨胀阀 它适应制冷机电一体化的发展要求 具有传统热力膨胀阀无法比拟的优点 电子膨胀阀技术的发展目前以日本为突出 尤其在变频式空调器应用中获得的优良特性令人瞩目 1 电子膨胀阀的种类目前的电子膨胀阀按驱动形式有电磁式和电动式两类 电动式又分直动型和减速型 电磁式膨胀阀的优点是结构简单 动作响应快 但工作时 需要一直为它提供控制电压 1 电磁式电子膨胀阀电磁式膨胀阀的结构如图10 10所示 被调参数先转化为电压 施加在膨胀阀的电磁线圈上 电磁线圈通电前 针阀处于全开位置 通电后 由于电磁力的作用 阀针的开度变小 针阀的位置取决于施加在线圈上的控制电压 线圈电流 电压愈高 开度愈小 流经膨胀阀的制冷剂流量也愈小 制冷剂流量与电压关系如图10 11所示 因此 可以通过改变控制电压来调节膨胀阀的流量 2 电动式电子膨胀阀电动式电子膨胀阀用电机驱动 目前使用最多的是四相脉冲电机驱动 电机直接带动针阀的为直动型 脉冲电机通过齿轮组减速带动针阀的为减速型 由于减速齿轮组的作用 较小的定子线圈就可以产生足够的磁力矩 因此 脉冲电机与齿轮组可以方便地与不同口径的阀体组合 灵活地构成不同能力的阀 1 直动型结构如图10 12所示 直动型电动式电子膨胀阀用脉冲电动机直接驱动阀针 当控制电路产生的脉冲电压作用到电机定子上时 永久磁铁制成的电机转子转动 通过罗纹的作用 使转子的旋转运动转变为阀针的上 下运动 从而调节阀针的开度 以调节制冷剂的流量 流量特性如图10 13 2 减速型结构如图10 14所示 减速型电动式电子膨胀阀内装有减速齿轮组 脉冲电机通过减速齿轮组将其磁力矩传递给阀针 减速齿轮组起放大磁力矩的作用 因而配有减速齿轮组的脉冲电机可以方便地与不同规格的阀体配合 满足不同流量调节范围的需要 减速型电动式电子膨胀阀的流量特性见图10 15 图10 16是空调器应用电子膨胀阀的例子 在蒸发器的两相区段管外和蒸发器出口处管外各贴热敏电阻一片 图中的 1w表示蒸发器出口处管壁温度 2w表示蒸发器两相区管壁温度 1w 2w 表示蒸发器出口处制冷剂的过热度 四 毛细管 家用制冷装置及小型商用制冷装置 如冰箱 空调器 小型冷饮水机 小型冰淇淋机等的节流机构多采用毛细管 毛细管的管径一般为0 6 2mm的等截面紫铜管 长度在0 5m以上 进入毛细管的制冷剂是过冷液体 过冷液体在毛细管内先经过线性压力降阶段 直到产生气泡为止 在这个阶段中 制冷剂温度不变 此后 制冷剂再经过非线性压力降阶段 在这阶段中 压力与温度的关系为饱和压力与饱和温度的关系 图10 18表示与毛细管长度相应的压力与温度的变化曲线 从毛细管入口至产生第一个气泡的毛细管长度称为液态长度 紧连着的长度称为两相长度 6 2蒸气压缩制冷机的辅助设备 一 润滑油分离器压缩机的排气中都有润滑油 润滑油在排气中呈两种状态 小油滴 即油雾 和油蒸气 如果排气温度越高 则油气化的越多 润滑油随排气进入冷凝器和蒸发器后将影响传热效果 对于氨制冷系统 这些润滑油进入冷凝器和蒸发器以后 由于氨和油不相溶的特性 将在传热表面上形成一层油膜 降低冷凝器和蒸发器的传热系数 对于氟制冷系统 由于工质与油有互溶性 因此回在蒸发器内 尤其是满液式蒸发器 积存大量的润滑油 使系统的制冷能力大为减低 使蒸发温度提高 同时压缩机所需的润滑油减少 因此必须在系统中设置油分离器 分类 洗涤式 离心式 过滤式和填料式 1 洗涤式油分离器洗涤式油分离器主要用于氨制冷机 其结构如图10 26所示 在油分离器的下部保持一定高度的液氨 压缩机的排气从顶部的管子进入分离器 经液氨洗涤 与其中的润滑油分离后 从上部侧面的管子引出 进入冷凝器 润滑油依靠排气的减速 改变流动方向 在液氨中冷却和洗涤等四种作用而分离 高压过热氨气进入氨液中被氨液洗涤 温度降低 从而使夹带在氨气中的雾状润滑油凝聚成较大的油滴 下沉到分离器的底部 尚未分离出来的润滑油随氨气一起离开液面后 还可以靠重力和伞形罩的阻挡作用进一步被分离下来 分离出的润滑油沉淀在油分离器的底部 定期输入集油器后排出 油分离器中的氨液由冷凝器或储液器连续供给 在安装时要使油分离器和供液的冷凝器或储液器保持一定的高度差 以便液氨在重力作用下进入油分离器 蒸气在壳体内的流速一般不超过1m s 2 离心式油分离器离心式油分离器的结构如图10 27所示 压缩机的排气进入分离器后沿导向叶片呈螺旋状流动 在离心力的作用下 排气中的油滴被分离出来 将滴状的润滑油甩到壳体壁面 聚积成较大的油滴 沿壁面流到分离器的底部 而蒸气则经多孔板由顶部的管子引出 分离出的润滑油集于分离器的底部 定期排出 或者在排油管前装一浮球阀 以便油能自动回到压缩机曲轴箱内 3 填料式油分离器填料式油分离器的结构如图10 28所示 分离器中装有不锈钢的丝网 开可以采用小陶瓷环或金属屑 一金属丝网的分离效果最好 可达96 98 油分离器是依靠气流速度的降低 流动方向的改变及填料层的过滤作用来分离润滑油的 4 过滤式油分离器这种油分离器适用于小型的氟里昂制冷系统 结构如图10 29所示 分离器的分离油的原理是 利用扩大流通面积 气流速度的下降 改变流动方向及金属丝网的过滤作用来分离润滑油的 五 集油器 集油器也称放油器 用于氨制冷系统 用来存放从油分离器 中间冷却器 冷凝器及储液器中分离出来的润滑油 并在低压下将油放出 其结构如图10 31所示 集油器是一个圆筒形容器 上面安装有抽气阀 进油阀 放油阀 还装有压力表及液位计 图10 30是应用洗涤式油分离器及集油器的油路系统 从油分离器 冷凝器及其它设备放出的润滑油从集油器的进油阀进入集油器 并集存 当集存到一定量时再从放油阀放出 放油时先关闭进气阀 打开回气阀 使集油器与压缩机的吸气管相通并将其中的氨抽去 抽气的目的是减少制冷剂的损失 直到压力降至大气压力时再关闭抽气阀 此时溶解于油中的氨降继续从油中析出 使集油器中的压力回升 等到集油器中的压力略高于大气压力时 打开放油阀将油放出 六 储 贮 液器 储液筒 储液器用于储存制冷剂液体 按储液器的功能和用途的不同 分为高压储液器和低压储液器 1 高压储液器高压储液器用于储存由冷凝器来的高压液体制冷剂 以适应工况变化时制冷系统中所需制冷剂量的变化 并减少每年补充制冷剂的次数 其结构如图10 32所示 高压储液器有进液口 与冷凝器间气体均压管 出液管 安全阀 压力表 放空气阀 液面指示计等 出液管从顶部伸入桶内 高压储液器的容量 按制冷系统每小时制冷剂循环量的1 3 1 2来选取 储液器内制冷剂的最大容量为其本身容积的80 2 低压储液器低压储液器用在大型的氨制冷系统中 低压储液器有各种用途 用于氨泵供液系统以储存循环使用的低压氨液 又称为循环储液桶 专门供蒸发器融霜或检修时排液使用 又称排液桶 当将排液桶中的液体排出时 需要通过加压管的加压 使排液桶中的压力升高 将氨液输送到供液管路中 七 气液分离器 气液分离器有两种 一种用于分配液氨 同时用于分离由蒸发器来的低压蒸气中的液滴 一般用于大 中型氨制冷系统 这种气液分离器有立式和卧式两种结构型式 图10 33示出立式气液分离器的结构 其分离原理是 气体中所夹带的液滴是依靠气流速度的减慢和流动方向的改变而分离的 蒸气在筒体内的流速不应大于0 5m s 另一种气液分离器只用于分离蒸发器所排出的低压蒸气中的液滴 八 空气分离器 在制冷系统的运行过程中 系统中有时会混有空气及其它不凝性气体 不凝性气体的来源 在第一次充灌制冷剂前系统中残留空气 补充润滑油 制冷剂或检修机器时 空气混入系统中 当蒸发压力低于大气压力时 空气从不严密处渗入系统中 制冷剂及润滑油分解时产生的不凝性气体 在机器运行时 系统中的存在的空气和其它不凝性气体集中在冷凝器中 妨碍冷凝器传热 使压缩机的排气压力和排气温度升高 消耗的电能增加 因此需要将空气从系统中 主要从冷凝器中排除出去 因为空气