第五章节流机构与辅助设备ppt课件.ppt

5 节流机构 与辅助设备,5.1 节流机构 5.1.1 手动膨胀阀 5.1.2 浮球膨胀阀 5.1.3 热力膨胀阀 5.1.4 毛细管 5.1.5 电子膨胀阀（了解）5.2 辅助设备 5.2.1 润滑油分离器与集油器 5.2.2 贮液器与气液分离器 5.2.3 其他辅助设备（净化、安全、换热等）,本章主要内容,什么是蒸气压缩制冷系统的节流机构？,节流元件是一种通过减小流通截面积，增加流动阻力，以控制或调节流体压力的设备。,蒸气压缩制冷节流机构：一种节流元件，通过减小液态制冷剂流通截面积，增加流动阻力，以控制和调节流体压力，进而控制和调节流体温度，同时调节进入蒸发器的工质流量。,作用,（1）对高压制冷剂液体进行节流降压，保证冷凝器和蒸发器之间的压力差，以使蒸发器中的制冷剂液体在低压下蒸发吸热，实现制冷；,（2）调节进入蒸发器的制冷剂流量，以适应蒸发器热负荷变化，使制冷剂装置更加有效地运行。,分类,蒸气压缩制冷系统节流机构的作用：,手动膨胀阀,按照调节方式，分成以下4类：（1）手动调节手动膨胀阀；,（2）用液位调节浮球膨胀阀；,（3）用蒸气过热度调节热力膨胀阀；热电膨胀阀；,（5）不调节毛细管（节流管、孔板）等。,蒸气压缩制冷系统节流机构的分类：,（4）多参数（反馈、前馈）电子膨胀阀等。,又称为节流阀或调节阀。,如何使用,阀杆采用细牙螺纹，便于微量启闭阀芯。当转动阀杆上面的手轮时，就能保证阀门的开启度缓慢地增加或减小，以适应制冷量的调节变化。,结构与普通截止阀相似，与截止阀的主要区别是阀芯为针形锥体或带V型缺口的锥体。,5.1.1 手动膨胀阀,调节具有局限性，一般与其它控制器件配合使用，安装在旁通管路上，应急或检修自动膨胀阀时采用。,浮球,开启度为手轮选转的1/81/4，不能超过一周，否则，开启过大，则起不到节流降压的作用。,常用于工业制冷机系统。,应用范围,5.1.2浮球膨胀/调节阀,根据液位进行调节的自动节流机构。 用来控制蒸发器的供液量，同时进行节流降压。,用于具有自由液面的蒸发器（如壳管式、立管式和 螺旋管式）等大中型氨制冷系统中。,工作原理,根据节流后的液体制冷剂是否通过浮球室分为： 直通式、非直通式。,分类,应用,直通式节流后的制冷剂液体通过浮球室，然后由液体平衡管进入蒸发器；,其结构简单，但浮球室液面波动和冲击很大，容易使浮球阀失灵；,在系统中的位置,需大口径平衡管；,液体流入蒸发器的动力是液柱的高度差，因此，液体只能供应到膨胀阀的液面以下。,液体平衡管,气体平衡管,蒸发器,非直通,氨浮球阀接管示意图,气体平衡管,液体平衡管,非直通式节流后的制冷剂液体不通过浮球室，通过管道直接进入蒸发器；,浮球室液面平稳，可以供液到蒸发器的任何部位；但构造安装比较复杂。,应用举例,5.1.3热力膨胀阀,双重作用：既是控制蒸发器供液量的调节阀，又是制冷装置的节流阀，即分为内平衡阀与外平衡阀。,分类,调节依据：蒸发器出口处制冷剂的蒸气过热度来控制蒸发器供液量，同时节流降压。,主要用于没有自由液面的蒸发器（干式蒸发器、蛇管式蒸发器、蛇管式中间冷却器等）。 用于管内蒸发的氟利昂制冷系统,5.1.3热力膨胀阀,根据膜片下部的气体压力不同，分为内平衡式和外平衡式： 内平衡式：膜片下部的气体压力为膨胀阀节流后的制冷剂压力；应用于蒸发器阻力损失较小情形，如小型制冷系统。,主要学习内容,外平衡式：膜片下部的气体压力为蒸发器出口的制冷剂压力；应用于蒸发器阻力损失较大情形，如大型制冷系统。,阀芯、阀座、弹簧金属膜片、弹簧、感温包和调整螺丝等组成。,组 成,局部放大图,阀体装在蒸发器供液管路上；,5.1.3.1内平衡式热力膨胀阀,感温包紧扎在蒸发器回气管路上，感温包内一般充有与制冷系统相同的液态制冷剂。,膜片受力分析,膜片下方制冷剂状态为气液两相，压力为蒸发器入口压力,膜片下方,感温包内,感温包内工质状态为气液两相，压力为蒸发器出口温度对应的饱和压力,膜片上方工质状态为饱和气态，压力等于感温包内工质压力,t=5,t=10,t=0,注意：3种状况下均处于气液两相状态,1：阀后制冷剂蒸发压力，作用在膜片下，向上，使阀门开小；力的大小为蒸发温度对应的饱和压力即蒸发压力；,膜片受力分析,受力分析,2：弹簧力，作用在膜片下，向上，使阀门开小；大小可通过调整螺钉予以调整；,P3：感温包内制冷剂的压力，随蒸发器出口回气过热度的变化，作用在膜片上，向下，使阀门开大，其大小决定于感温包内充注的制冷剂性质以及感受温度的高低。感温包内制冷剂温度对应的饱和压力。,膜片受力分析（续）,膜片在3个力的作用下向上或向下鼓起。使得阀孔开大或关小，用以调节蒸发器的供液量。,3个力的大小取决于蒸发器内的情况,蒸发器内的情况取决于工作状况,膜片受力分析（续）,当膨胀阀调整结束并保持一定的开启度工作时，作用在膜片上下部的3个力处于平衡状态，即p3=p1+p2，这时膜片不动，即阀门开启度不变。,平衡状态,非平衡状态,而当其中一个力发生变化，就会破坏原有平衡，此时，p3不等于p1+p2，膜片开始有位移，阀门开启度也随之变化，直到建立新的平衡为止。,当蒸发器负荷增加时，,非平衡状态,举例说明,显得供液量不足，,蒸发器出口的制冷剂蒸气过热度增大，,感温包内的制冷剂温度升高，,这时感温包内的压力p3增大，造成p3 p1+p2，阀针向下移动，阀门开大，蒸发器供液量增加；反之类推。,已知： 制冷剂为R22，感温包内也为R22； 进入蒸发器的液态制冷剂温度为5； 蒸发器内B点处制冷剂全部汽化； 感温包位置C点制冷剂蒸气为10 ；任务： 工况下膜片受力分析； 调节机理分析。,举例分析,5,5,tc=10,解：1) p1为5R22对应的饱和压力，查附图得: p1=0.5838MPa=583.8kPa,忽略蒸发器的阻力损失，使得A-B段制冷剂温度均为5oC。,2) 感温包内制冷剂的温度近似等于蒸发器出口制冷剂温度，因此，感温包内温度为10oC，对应饱和压力查附图2得： p3=0.6807MPa=680.7kPa,5,5,5,tc=10,若将弹簧力p2通过调节螺钉调为96.9kPa，则p1+p2=p3，,用冷量减小,膜片上下压力相等，膜片处于平衡状态，相应的阀门有一定开启度，这时，蒸发器出口处制冷剂过热度为5oC。,680.7kPa,583.8kPa,当用冷量减小时，蒸发器的负荷减少，蒸发器内制冷剂沸腾减弱，此时，蒸发器内供液量显得过多，,用冷量增大,因此，造成全部汽化点推后，B推后到B，,则C点处制冷剂蒸气温度低于10oC，对应的饱和压力将低于680.7kPa，则p3p1+p2，阀门上移，阀门开启度减小，供液量减少。,583.8,680.7,5,10,当用冷量增加时，蒸发器的负荷增加，蒸发器内制冷剂沸腾加剧，此时，蒸发器内供液量显得过少，因此，造成全部汽化点前移，B前移到B，则C点处制冷剂蒸气温度高于10oC，对应的饱和压力将高于680.7kPa，则p3p1+p2，阀门下移，阀门开启度增大，供液量增多。,应用范围,680.7,583.8,5,10,此时：p2=96.9kPa，p1=583.8kPa,则p3=680.7kPa，p3对应的饱和温度为10（与不考虑蒸发器阻力时相同），则考虑蒸发器阻力情况下，真实过热度t=10，大于不考虑阻力情况（5），蒸发器换热性能不能得到充分发挥，蒸发器阻力越大，则过热度偏离设计值越大，因此，内平衡式热力膨胀阀主要应用于蒸发器阻力较小的制冷系统。,假定蒸发器压力损失P=86.2kPa，则Pc=497.6kPa，对应制冷剂饱和温度为0oC。,5,5,10,5.1.3.2外平衡式热力膨胀阀,膜片下部空间通过一平衡管与蒸发器出口相连；,平衡管,3个力,膜片下部空间与膨胀阀出口互不相通；是与蒸发器出口相连的毛细管相通。,受力分析：p1蒸发器后压力；p2弹簧力；p3感温包内制冷剂的压力；,受力分析,(1) p1=pC ，pC为蒸发器出口压力；考虑蒸发器内AB段流动阻力p，忽略BC段阻力，则pC pB=pA-p（pA是TA对应的饱和压力）。,(2) p3=pcs，蒸发器出口制冷剂温度tc所对应的饱和压力；,(3) 当p2=p3-p1=pCS-pA+p，阀体处于平衡状态。,举例,此时：p2=96.9kPa，p1=497.6kPa,则p3=594.5kPa，p3对应的饱和温度为5.6，则考虑蒸发器阻力情况下，外平衡热力膨胀阀蒸发器真实过热度t=5.6，大于不考虑阻力情况（5），小于采用内平衡式热力膨胀阀时蒸发器出口过热度（10）因此，外平衡式热力膨胀阀主要应用于蒸发器阻力较大（采用分液器）的制冷系统。,假定蒸发器压力损失P=86.2kPa，则Pc=497.6kPa，对应制冷剂饱和温度为0oC。,0,5,5.6,热力膨胀阀过热度控制（交叉充注）,to,tb,R22饱和温度压力曲线（了解）,过热度(),热力膨胀阀的基本调节特性,带保险结构的双向热力膨胀阀（了解）,感温包的安装位置,感温包是检测蒸发器出口制冷剂过热温度的传感器安装位置及注意事项安装在蒸发器出口压缩机的水平吸气管上采用回热器系统安装在出气管上不受其它热源（风扇电机、液体管等）的影响，需保温根据吸气管管径大小，安装位置不同，按1、2、3、4点原则进行安装平衡管必须设置在感温包之后10cm左右的位置（考虑平衡管液态制冷剂泄露影响）,感温包的安装位置,感温包的安装位置,热力膨胀阀的性能（了解）,制冷剂流量与压差的对应关系,思考几个问题,1. 热力膨胀阀在未安装前是开启还是关闭的？,2. 热力膨胀阀若是感温包泄露了，阀体工作状态如何变化？,3. 热力膨胀阀若是感温包由管路上脱落了，阀体工作状态如何变化？,5.1.4毛细管,特点,流量控制和节流降压部件,5.1.4毛细管节流过程,5.1.4毛细管特点,特点：（1）一般直径为0.62.5mm，长0.66m细而长纯铜管；（2）由于摩擦与流体加速造成压降；（3）液量主要取决于入口压力（蒸发压力通常低于临界压力）；（4）调节性能较差，适用于工况比较稳定的制冷装置（如家用冰箱、空调、除湿机组等），对制冷剂充注要求精确；（5）结构简单、价格低，无运动部件、寿命长；（6）压缩机停机后，高低压制冷剂迅速平衡，有利于压缩机启动，制冷剂充注量过多时易发生液击，通常不装设贮液器；（7）不存在进出口方向，对于制冷、制热两用的系统特别适用；（8）易堵塞，进口应设置干燥过滤设备；（9）并联使用时，使用分配器均衡流量，分配器垂直向上安装；,5.1.5 电子膨胀阀（一般了解）,5.1.5 电子膨胀阀的性能曲线,5.1.5 电子膨胀阀的类型,电动型开度步进电机的脉冲数定位较准确调整后，不需要带电，可靠性高调节速度较慢电磁型开度控制电流定位准确带电工作，可靠性低调节速度快,5.1.5 电子膨胀阀的特点与调节对象,特点调节动作不依赖于蒸发压力，可自由确定不同蒸发温度下的过热度热惯性小，可实现前馈与反馈控制，改善与提高系统的性能适用范围极广：房间空调器、多联机、冷水机组等价格昂贵（阀体控制器）调节对象压缩机吸气过热度压缩机排气温度冷凝器的过冷度满液式蒸发器的液位房间温度,5.2 辅助设备润滑油分离与收集设备制冷剂贮存及分离设备制冷剂的净化设备安全设备其他换热设备,作用：确保制冷系统安全、可靠、经济地运行。,蒸气压缩制冷系统的典型流程(氨),制冷剂回路,冷冻油回路,制冷剂平衡管,安全泄氨回路,紧急泄氨回路,放空气回路,5.2.1 润滑油收集与分离设备,润滑油分离设备油分离器（简称：油分）作用：将排气中的冷冻油分离，再利用压差或其它动力使油返回压缩机，保证压缩机安全运行分离机理自然沉降（降低速度、改变方向）洗涤作用过滤作用离心作用主要型式洗涤式油分离器离心式油分离器填料式油分离器过滤式油分离器,1. 润滑油分离设备,洗涤式油分离器,主要用于氨制冷系统四个矩形放射状出气口筒壳内流速低于1m/s冷凝器或贮液器供液分油率：80%85%多用于过去生产的制冷系统,1. 润滑油分离设备,离心式油分离器分离原理：油的密度比制冷剂蒸气大，利用离心力作用使润滑油分离，适用于大中型制冷装置。,1. 润滑油分离设备,填料式油分离器分离原理：气体经过填料层不断改变方向、降低速度，是润滑油分离，存于分离器底部。,填料为不锈钢丝、陶瓷环或金属切屑等分离器内流速低于0.5m/s分油效率较高，可达96%-98%，阻力较大大型、小型制冷系统均适用,1. 润滑油分离设备,过滤式油分离器分离原理：过滤作用。,多用于氟利昂制冷系统；靠吸排气压差自动回油浮球阀间歇控制故障时通过手动回油,2. 润滑油收集设备,集油器,适用于氨制冷系统；收集冷凝器、贮液器、油分离器、中间冷却器、蒸发器、排液桶等设备积存的润滑油，并在低压下将其放出至油处理设备；设有压力表和玻璃液面指示器,5.2.2 贮液器及气液分离器,贮液器分类高压贮液器低压贮液器循环贮液桶排液桶气液分离器立式、卧式机房用、库房用氨用、氟利昂用,1. 贮液器,高压贮液器（位于冷凝器后）,贮存多余制冷剂，确保冷凝器传热面积充分利用；调节制冷剂循环量；液封作用，避免高压气体通过节流机构；分油作用；设置平衡管（均压管）与冷凝器相连；容量按制冷剂小时流量1/3-1/2选配，充满度不超过筒体容积的70%-80%,1. 贮液器,低压贮液器,用于大型氨制冷系统（冷冻冷藏系统）；用于贮存压缩机回气管路上氨液分离器分离出来的低压液体；不同蒸发温度的制冷系统应按各蒸发压力分别设置；设置在氨液分离器下部，设置平衡管（均压管）；通过高压蒸汽加压给蒸发器或调节站供液；充满度不超过容积的80%,1. 贮液器,循环贮液桶,用于液泵供液的制冷系统（如冷冻冷藏系统）；保证充分供应液泵所需的低压液体制冷剂；起到气液分离器作用，确保压缩机吸气为干蒸气；,2. 气液分离器（简称：气分）,原理：流速降低、改变流动方向实现气液分离；分类：立式、卧式；氨用、氟利昂用；作用：氨用气分：1）分离蒸发器来的低压蒸汽中的液滴，避免湿压缩；2）分离节流后的两相流体，确保进入蒸发器的是液态制冷剂；氟用气分：1）分离蒸发器出来的液滴，避免湿压缩，同时防止液体制冷剂进入曲轴箱稀释润滑油；2）返回足够的润滑油至压缩机；3）气液分离器内的盘管可作为回热交换器，使制冷系统运转良好,2. 气液分离器,氨用气液分离器,氨用立式,氨用卧式,氟用气液分离器,2. 气液分离器,5.2.3 制冷剂净化设备,不凝性气体分离器来源：1）安装或检修后抽真空不彻底，残留空气；2）补充润滑油、制冷剂、或更换干燥器、过滤器时混入；3）蒸发压力低于大气压时渗入空气；4）制冷剂与润滑油高温分解产生；5）金属材料腐蚀产生。危害：1）冷凝压力升高；2）排气温度升高；3）耗功增加；4）冷量下降；5）对于氨制冷系统存在爆炸风险。存在位置：冷凝器、高压储液器等,5.2.3 制冷剂净化设备,不凝性气体分离器,5.2.3 制冷剂净化设备,干燥过滤器功能：对系统中流动制冷剂进行过滤与干燥，防止固体粉末杂质和水进入节流装置，避免膨胀阀、毛细管等出现脏堵和冰堵；注意：当系统的蒸发压力过低且冷凝压力过高，或者是过滤器上出现结水、结霜现象时，标志着干燥过滤器堵塞，需要对其更换或再生。,过滤器与干燥过滤器,活性氧化铝或分子筛烧结,3.2.4 安全装置,安全阀、熔塞、紧急泄氨器,单向阀(一般了解),控制制冷剂的流向高压低压: 通低压高压: 断开启需要压差,四通阀(一般了解),分液头(一般了解),视液镜(Sight glasses) (一般了解),通过钢化玻璃观测孔观察管内制冷剂是否充足、是否含有水分当制冷剂不足时，将会出现气泡，这时需要补充制冷剂当制冷剂中水分含量超过允许极限，指示剂将由绿色变为黄色,中间冷却器,应用对象：双级或多级压缩制冷系统位置：位于低压级和高压级压缩机之间作用：利用一部分液体制冷剂在中间压力下气化吸热，是低压级压缩机排气温度降低，同时使进入蒸发器的制冷剂过冷。此外，对于低压级排气还起到分离润滑油的作用；,中间冷却器,氨用（完全中间冷却）,氟用（不完全中间冷却）,回热器,应用对象：多用于氟利昂制冷系统位置：冷凝器（或贮液器）、蒸发器、压缩机之间；作用：1）确保干压缩；2）增加节流装置入口过冷度，提高单位质量制冷量；分类：1）盘管式；2）套管式；3）绕管式；4）穿管式,回热器,盘管式,套管式,绕管式,穿管式,End of chapter 5,