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冷却循环水机制冷系统和原理级核心部件介绍

                                                                                                          冷却循环水机制冷系统和原理级核心部件介绍
    冷却循环水机是一种标准的节能制冷设备。制冷压缩机是整个冷却循环水机制冷系统中的核心部件,也是制冷剂压缩的动力之源。它的作用是将输入的电能转化为机械能,将制冷剂压缩。
    制冷压缩机按照密封方式可分为开启式、半封闭式和全封闭式三类。按制冷压缩机的工作原理可分为容积型和速度型两大类,容积型又分很多种。今天我们主要就是来了解下复活塞式全封闭压缩机的工作原理。
    复活塞式压缩机的工作过程由:吸气——压缩——膨胀(做功)——排气四个过程组成一次循环。
    A 吸气过程:当活塞继续向下运动,气缸内气体压力低于吸气腔压力时,其压力差足以打开吸气阀时,吸气过程开始,直至活塞到达下止点,吸气过程才结束。
    B 压缩过程:当吸气终了时,气缸内充满低压气体,活塞从下止点开始往上运动,气缸容积逐渐变小,气缸内的气体被压缩,此时气体的压力与温度随之升高。吸气阀因受到较高气体压力而关闭,而排气阀则因此时气体压力还未达到排气压力,所以保持关闭状态,气体的压缩过程将持续到活塞向上运动到气缸内气体压力等于排气腔压力时为止。
    C 膨胀过程:活塞从上止点开始向下运动时,气缸容积逐渐变大。由于余隙容积的存在(主要是指死点间隙和排气阀片以下的排气孔容积),残留在余隙容积中的高温、高压气体也逐渐膨胀,此时气体的温度、压力也随之下降,直至气缸内压力达到吸气腔压力时,膨胀过程才结束。在膨胀过程期间,吸排气阀均处于关闭状态。
    D 排气过程:随着活塞继续向上运动,当气体压力稍高于排气腔压力时,排气阀被打开(此时气体力要克服阀片质量和弹簧力)。气缸内高温、高压气体被活塞推出,进入排气腔,直到活塞运动到上止点时,排气过程才结束。
    综上所述,活塞在气缸内每往复运动一次,即曲轴旋转一周,就要依次进行一次吸气、压缩、排气、膨胀过程。压缩机在电动机的驱动下连续运转,活塞便不停地在气缸内做往复运动,于是压缩机周而复始的进行上述四个过程,完成气体的压缩和输送工作。
    
制冷系统原理图:
 
1 工作原理
冷却循环水机的工作原理是蒸气压缩式制冷,也即是利用液态制冷剂汽化时吸热,蒸汽凝结时放热的原理进行制冷的。在制冷技术中,蒸发是指液态制冷剂达到沸腾时变成气态的过程。液态变成气态必须从外界吸收热能才能实现,因此是吸热过程,液态制冷剂蒸发汽化时的温度叫做蒸发温度,凝结是指蒸汽冷却到等于或低于饱和温度,使蒸汽转化为液态。
 
 
2-水冷式冷却循环水机系统流程图(图1-风冷式冷却循环水机是利用壳管蒸发器使水与冷媒进行热交换,冷媒系统在吸收水中的热负荷,使水降温产生冷水后﹐通过压缩机的作用使热量带到翅片式冷凝器,再由散热风扇散失到外界的空气中(风冷却);图2-水冷式冷却循环水机是利用壳管蒸发器使水与冷媒进行热交换,冷媒系统在吸收水中的热负荷,使水降温产生冷水后﹐通过压缩机的作用将热量带至壳管式冷凝器,由冷媒与水进行热交换﹐使水吸收热量后通过水管将热量带出外部的冷却塔散失(水冷却))如图,开始时由压缩机吸入蒸发制冷后的低温低压制冷剂气体,然后压缩成高温高压气体送冷凝器;高压高温气体经冷凝器冷却后使气体冷凝变为常温高压液体;当常温高压液体流入热力膨胀阀,经节流成低温低压的湿蒸气,流入壳管蒸发器,吸收蒸发器内的冷冻水的热量使水温度下降;蒸发后的制冷剂再吸回到压缩机中,又重复下一个制冷循环,从而实现制冷目的。
 
3 部件构造
构成冷却循环水机基本的制冷系统主要有四大部件:压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀。另外,为了改善制冷系统的性能,达到更好的使用性能,通常还有不少辅助器件:液体管路电磁阀、视液镜、液体管道干燥过滤器、高低压力控制器等。下面对冷却循环水机的构造组成部件一一介绍:
 
1、压缩机作用
 
  在冷却循环水机系统中,压缩机是保证制冷的动力为“心脏”,利用压缩机增加系统内制冷剂的压力,使制冷剂在制冷系统内循环,达到制冷目的。压缩机按其结构分为三类:开启式、半封闭式、全封闭式。在实验室仪器设备中大部分冷冻用水0℃以上冷却循环水机都是采用全封闭式压缩机,冷冻用水0℃以下的低温型都是采用半封闭式压缩机(,而开启式冷却循环水机一般是用在制冷剂是氨的制冷系统中。全封闭制冷压缩机是一种压缩机与电动机一起,装置在一个密闭铁壳内形成的一个整体。从外表看只有压缩机的吸排气管接头和电动机的导线;压缩机壳分为上下两部分,压缩机和电动机装入后,上下铁壳用电焊焊接成一体。平时不能拆卸,因此机器使用可靠。在全封闭制冷压缩机中,又有活塞型压缩机和涡旋式压缩机。全封闭涡旋式制冷压缩机它的构造主要由下列各项组成:旋转式进、出口阀门;压力表接口;内置式过载保护;弹性机座;曲轴箱加热器;内置式润滑油泵。涡旋式制冷压缩机最大的优点是:1结构简单:压缩机体仅需2个部件(动盘、定盘)就可代替活塞压缩机中的15个部件;2高效:吸气气体和变换处理气体是分离的,以减少吸气和处理之间的热传递,可以提高压缩机的效率。涡旋压缩过程和变换过程都是非常安静的。
 
2、冷凝器作用
 
制冷系统的高温高压氟里昂从压缩机出来后进入冷凝器中,向冷却介质释放出大量热量,被冷却液化。那么,冷凝器按其冷却形式可分为三大类型:水冷式、风冷式、蒸发式及淋水式。水冷式:在水冷式冷凝器中,制冷剂放出热量被冷却水带走。冷却水可以一次流过,也可以循环使用。当使用循环水时,需要有冷却水塔或冷水池。水冷冷凝器有壳管式、套管式、沉浸式等结构形式。水冷式冷却循环水机用的冷凝器常用的是壳管式冷凝器,外壳采用5mm以上厚度之钢管制成,经防锈处理,耐压20Kg/平方厘米。热交换管采用高效率之高效无缝紫铜管,耐压10Kg/平方厘米,两端盖可互换以变更接水管方向,水管流程多回路,各台冷凝器者与压缩机容量互相配合,其总热传导系数应能容许0.00005Kcal/h.平方厘米℃-1结垢因子,冷凝器水压降不超过6.5mAq,直通式水管易清洗维护保养。2-2、风冷式:在风冷式冷凝器中,制冷剂放出的热量被空气带走。它的结构形式主要为若干组铜管所组成,由于空气传热性能很差,故通常都在铜管外增加肋片,以增加空气侧的传热面积,同时采用通风机来加速空气流动,使空气强制对流以增加散热效果。2-3、蒸发式及淋水式:在这类冷凝器中,制冷剂在管内冷凝,管外同时受到水及空气的冷却。
 
3、蒸发器作用
 
当制冷系统的氟里昂液态进入膨胀阀节流后送入蒸发器,属于汽化过程,这时候需要吸收大量热量,使被冷却的价质温度逐步降低,以达到制冷降温的效果。那么,按其被冷却的介质种类可分为冷却液体(水)的蒸发器(干式蒸发器)和冷却空气用的蒸发器(表冷式蒸发器)这两大类。在这里主要介绍的是冷却循环水机制冷系统中所使用的蒸发器,一般是为干式壳管式蒸发器。如图,冷媒于热交换管内蒸发,水在壳管侧流动,为增加热交换效率,于壳管侧设2mm厚挡水板,使水左右往复流动,达到冰卤水产生之目的,容器外壳采用6mm厚度以上之钢管制成,可耐压10Kg/平方厘米,外部以PE发泡板保温。热交换管采用高效无缝紫铜管,经压花工艺加工成内螺纹肋管,使其传热面积增加,并提高了传热效能,耐压20Kg/平方厘米;端板制作结构坚实,热交换管与端板为胀管式结合,并在端盖内加隔板使冷媒分成多路流动,以保持冷冻油回流,冷媒液管及低压管均以工作阀连接,其总热传导系数应能容许0.086M2℃/KW结垢因子,经蒸发器之水压降不超过6.5mAq。
 
4、热力膨胀阀作用
 
在冷却循环水机的制冷剂系统流程图中,我们发现冷凝器出口与蒸发器的入口之间有一个很小的部件叫作热力膨胀阀,它是一个节流降压的部件,使制冷剂的冷凝压力调降为蒸发压力,所以它在制冷系统中的作用必不可少,它与制冷压缩机、蒸发器、冷凝器、并称为制冷系统四大部件。4-1、热力膨胀阀的结构膨胀阀的顶部由密封箱盖波纹薄膜感温包和毛细管组成一个密闭容器,里面灌注氟里昂,成为感应机构,感应机构内灌注的制冷剂可以与制冷系统的相同,也可以不同,比如制冷系统用的是F—22,感温包可灌注F—12或F—22,感温包用来感受蒸发器出口的过热蒸汽温度,毛细管作为密封箱与感温包的连接管,传递压力作用在膜片上,波膜片是由一块0.2mm左右的薄合金片冲压成形,断面是波浪形的。受力后弹性形变性能很好,调节杆是用来调整膨胀阀门的开启过热度,在调试过程中用它来调节弹簧的弹力,调节杆向里旋时,弹簧压紧,调节杆向外旋时,弹簧放松,传动杆顶在阀针座与传动盘之间传递压力,阀针座上装有阀针,用来开大或关小阀孔。4-2、热力膨胀阀的工作原理膨胀阀通过感温包感受蒸发器出口端过热度的变化,导致感温系统内(感温系统是由感温包、毛细管、传动膜片和传动波纹管这几种互相连通的零件所构成的密闭系统)充注物质产生压力变化、并作用于传动膜片上.促使膜片形成上下位移,再通过传动片将此力传递给传动杆而推动阀针上下移动,使阀门关小或开大,起到降压节流作用和自动调节蒸发器的制冷剂供给量并保持蒸发器出口端具有一定过热度,得以保证蒸发器传热面积的充分利用,以及减少液击冲缸现象的发生。4-3、膨胀阀的种类(内平衡、外平衡)作用于热力膨胀阀体内传动膜片下部的压力为节流后的蒸发压力(这一压力通过传动杆和传动片的缝隙而进入膜片下部分空间)这种结构称为内平衡式膨胀阀。作用于热力膨胀阀体内传动膜片下部的压力不是节流后的蒸发压力,而是通过外接平衡管将蒸发器出口端的压力引入传动膜片下部空间结构的阀门、称为外平衡式热力膨胀阀。与内平衡式膨胀阀相比,外平衡式热力膨胀阀的过热度要小得多,所以采用外平衡式热力膨胀阀时,能充分发挥蒸发器的传热面积的作用和提高制冷装置的效果,在蒸发器阻力较小、压力损失不大的情况下,可选用内平衡式热力膨胀阀;当蒸发阻力较大,压力损失比较大或具有液体分配器时,应选用外平衡式热力膨胀阀。采用分配器的,一般都选用外平衡膨胀阀。在制冷设备的冷却循环水机中通常采用外平衡式热力膨胀阀。
 
5、其它辅件
 
5-1、液体管道干燥过滤器通常液体管道干燥过滤器是不可拆卸的。内部采用分子筛结构,能够去除管道中的少量杂质水份等,起到净化系统的目的。因管道在焊接中会出现氧化物,并且氟里昂制冷剂的纯度也有所不一,所以我们采用的氟里昂制冷剂都要求进口的。液体管道干燥过滤器出现堵塞时,会引起吸气压力降低,在过滤器两端会出现温差,如出现这种情况,需要更换过滤器。5-2、高低压力控制器在制冷系统中高低压力控制器是起保护作用的装置。高压保护是上限保护,当高压压力达到设定值时,高压控制器断开,使压缩机接触器线圈释放,压缩机停止工作,避免在超高高压下运行损坏零件。高压保护是手动复位,当压缩机要再次启动时,需先按下复位按钮。当然,在重新启动压缩机前,应先检查出造成高压过高的原因,给予排除后,才能使机器运转正常。低压保护是为了避免制冷系统在过低压力下运行而设置的保护装置。它的设定分为高限和低限。它的控制原理是:低压断开值就是上限一下限的压差值,重新开机值是上限值。低压控制器是自动复位,所以要求操作人员经常观察机器的运行情况,出现报警时要及时处理,避免压缩机长时间频繁启停而影响寿命。
 
4 机型分类
冷却循环水机设备机型的分类,市面上各式各样的称谓看似复杂,所以下面归类整理一些常见到的冷却循环水机设备:[1]1、按冷凝器冷却方式分类:风冷式、水冷式2、按压缩机结构型式分类:螺杆式、活塞式、涡旋式、离心式3、按机型构造分类:箱体式、台架式4、按冷冻水出水温度分类:标准空调型(0℃以上)、低温深冷型(0℃以下)5、按被冷却介质(载冷剂)分类:盐水、乙二醇、耐腐蚀另有,按制冷原理分类:压缩式、吸收式;按蒸发器结构型式分类:满液式  干式。等二、选型设计依据
选型设计依据:
A《机械制冷安全要求》                  GB-9237-2001 
B《全封闭涡旋式制冷压缩机》            JB/T-18429-2001
C《蒸汽压缩循环冷水机组》              JB/T-18430.2-2001
D《制冷用板式换热器》                  JB8701-1998
E《氟利昂制冷用翅片式换热器》          JB/T-7659.5-1995
F《空调与制冷用无缝铜管》              GB/T-17791-1999
G《工业循环冷却水处理设计规范》        GB-50050
 
机组常用配置清单
 
风冷式冷水机组配置清单
项目名称
制冷系统 主 要 部  件 品   牌 备   注
压缩机    日本三洋  
冷凝器    DAVAO  
蒸发器    DAVAO  
节流装置  美国ALCO  
干燥过滤器   美国ALCO  
风机 浙江微光  
压力表  FUCO  
电气系统 交流接触器  韩国LG  
热继电器  韩国LG  
三相保护器 正泰  
温度显示器 广州  
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水箱   定制 SUS304
 
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