蒸汽壓縮式制冷循環(huán)四大部件之二冷凝器.ppt

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制冷循環(huán)四大部件二 冷凝器 是制冷裝置中的主要換熱設(shè)備之一 冷凝器的種類和工作原理 冷凝器的作用是將制冷壓縮機排出的高溫高壓氣態(tài)制冷劑予以冷卻 使之液化 以便制冷劑在系統(tǒng)中循環(huán)使用 空氣調(diào)節(jié)用制冷常用冷凝器 立式 用水量多 水質(zhì)可差殼管式臥式 水質(zhì)要好 水溫低水冷式套管式 小型水冷系統(tǒng)淋水式 用水少 水質(zhì)可差 空氣干燥類型自然對流式風(fēng)冷式強制對流式水 空氣式 蒸發(fā)式 用水少 空氣干燥 一 水冷卻式冷凝器水冷式冷凝器是利用水冷卻高壓氣態(tài)制冷劑而使之冷凝的設(shè)備 冷卻水可以是地下水 地表水 經(jīng)冷卻后再利用的循環(huán)水 后者使用最為廣泛 由于水的溫度比較低 所以 采用水冷式冷凝器可以得到較低的冷凝溫度 對制冷系統(tǒng)的制冷能力和運行經(jīng)濟性均有利 因此 制冷裝置中目前多采用這種冷凝器 常用的水冷式冷凝器有殼管冷凝器和套管式冷凝器 現(xiàn)分別敘述如下 一 殼管冷凝器殼管冷凝器分臥式和立式兩大類 1 臥式殼管冷凝器 臥室殼管冷凝器是水平方向裝設(shè)的 筒體兩端焊有鋼板 板上焊接或脹接若干根傳熱管 該管采用的是 25mm 2 2mm或 38mm 3mm的無縫鋼管 此外 筒體上也設(shè)有進氣管 出液管 平衡管和安全閥等 高溫高壓的氣體制冷劑由上部進入管束外部空間 冷凝后的液體由下部排出 臥式殼管冷凝器筒體兩端管板的外面用帶有隔板的 封蓋封閉之 從而把全部管束分成幾個管組 也稱幾個通程 冷卻水從一端封蓋的下部進入后 將順序通過每個管組 最后從同一端封蓋上部流出 這樣 可以提高管內(nèi)冷卻水的流動速度 增加冷卻水側(cè)的吸熱系數(shù) 同時 由于冷卻水的行程較長 冷卻水進出口的溫差也可有較大提高 因此 可使冷卻水的用量較少 氨臥式殼管冷凝器的管束采用光滑鋼管 而佛里昂臥式殼管冷凝器的管束多采用軋有低肋的銅管 采用肋片的作用就是增大傳熱面積 泄水管 放空氣管 進氣管 均壓管 無縫鋼管 安全閥接頭 壓力表接頭 放氣管 冷卻水出口 冷卻水入口 放油管 出液管 圖示為臥式殼管冷凝器 臥式殼管式冷凝器優(yōu)點 傳熱系數(shù)較高 耗水量較少 占用空間高度較小 結(jié)構(gòu)緊湊 操作管理方便 缺點 要求冷卻水的水質(zhì)要好 水溫較低 清洗水垢時不太方便 需要停止冷凝器的工作 適用范圍 目前除了大 中 小型氨制冷裝置使用外 佛利昂制冷系統(tǒng)也多采用這種冷凝器 特別是壓縮式冷凝機組中使用最為廣泛 2 立式殼管式冷凝器 立式管殼式冷凝器的外殼是有鋼板卷焊成的圓筒 筒上下兩端各焊一塊鋼板 管間焊接或脹接有許多根 38mm 3mm或 57mm 3 5mm無縫鋼管 如下圖所示 安全閥接管 均壓管即平衡管 混合氣體管 放油閥 壓力表 無縫鋼管 脹接是指根據(jù)金屬具有塑性變形的特點 用脹管器將管子脹牢固定在管板上的連接方法 多用于管束與鍋筒的連接 工作過程是 將脹管器插入管子頭 使管子頭發(fā)生塑性變形 直至完全貼合在管板上 并使管板孔壁周圍已發(fā)生變形 然后拔出脹管器 由于管子發(fā)生的是塑性變形 而管板仍然處在彈性變形狀態(tài) 擴大后的管徑不能縮小 而管板孔壁則要彈性恢復(fù)而使孔經(jīng)變小 復(fù)原 這樣就使管子與管板緊緊地連接在一起了 利用管端與管板孔溝槽間的變形來達到緊固和密封的連接方法 用外力使管子端部發(fā)生塑性變形 將管子與管板連接在一起 又叫脹管 目前 多采用脹管器脹接 冷凝器的構(gòu)造如圖所示 冷卻水自上通入管內(nèi) 吸熱后排入下部水池 為使冷卻水能夠均勻地分配給各根鋼管 冷凝器頂部裝有配水箱 箱內(nèi)設(shè)有均水板 每根鋼管頂端裝有一個帶斜槽的導(dǎo)流管嘴 如圖所示 冷卻水通過斜槽沿切線方向流入管中 并以螺旋線狀沿管內(nèi)壁向下流動 這樣 在鋼管內(nèi)壁能夠很好的形成一層氺膜 不但可以提高冷凝器的 冷卻效果 還可節(jié)省冷卻水量 氣態(tài)制冷劑從冷凝器外殼的中部進入管束外部空間 為了使氣體易于與管束各根管的外壁接觸 管束中可留氣道 冷凝后的液體沿管束外壁流下 積于冷凝器的底部 從出液管流出 此外 冷凝器外殼上還設(shè)有液位指示器以及放空氣閥 安全閥 平衡管和放油閥等管接頭 立式殼管冷凝器 由于氣態(tài)制冷劑從中部進入 其方向垂直于管束 能很好地沖刷鋼管外表面 使之不致于形成較厚的液膜 故傳熱系數(shù)較高 立式殼管式冷凝器特點優(yōu)點 1 垂直安裝 占地面積小 2 無凍結(jié)危險 可安裝在室外 不占用室內(nèi)建筑面積 3 冷卻水自上而下直通流動 便于清除鐵銹和污垢 而且清洗時不必停止制冷系統(tǒng)的運行 對冷卻水的水質(zhì)要求不高 缺點 1 冷卻水用量大 體型比較笨重 搬運不方便 制冷劑在里面泄漏不易發(fā)現(xiàn) 適用范圍 目前我國大中型氨制冷裝置中多采用 3 套管式冷凝器 單機制冷量小于25KW的氟利昂制冷機組中 目前多采用套管式冷凝器 例如柜式空調(diào)機 恒溫恒濕機組等 其構(gòu)造見右圖 冷卻水在內(nèi)管中流動 流向為下進上出 高壓氣態(tài)佛利昂則由上部進入外套管內(nèi) 冷凝后的液體從下部流出 這種冷凝器比較理想地進行逆流式換熱 傳熱效果好 此外 套管式冷凝器還可以套放在全封閉制冷壓縮機的周圍 節(jié)省制冷機組的占地面積 套管式冷凝器特點 優(yōu)點 結(jié)構(gòu)緊湊 制造簡單 價格便宜 冷凝液體再冷度較大 冷卻水耗量較少 缺點 兩側(cè)流體的流動阻力均較大 且清除水垢較困難 適用范圍 目前多用于單機制冷量小于25kW的小型氟利昂制冷機組中 二 空氣冷式冷凝器 空氣冷式冷凝器又稱風(fēng)冷式冷凝器 空氣冷式冷凝器完全不需要冷卻水 而是利用空氣使氣態(tài)制冷劑冷凝 制冷劑在風(fēng)冷式冷凝器中的傳熱過程和水冷式冷凝器相似 分為降低過熱 冷凝和再冷三個階段 根據(jù)空氣流動發(fā)生的原因不同 空冷式冷凝器有自然對流式和強迫對流式之分 強迫對流就是借助軸流風(fēng)機或離心風(fēng)機使空氣以2 3m s的速度流動 空氣冷卻式冷凝器一般采用的是直徑較小的銅管 10mm 0 7mm 16mm 1mm 彎制成蛇形盤管 或在銅管兩端焊制半圓形彎頭 蛇形盤管常采用 錯列排列 氣態(tài)制冷劑從上部進入肋管內(nèi) 冷凝液從下部流出 空冷式冷凝器與水冷式冷凝器相比較 在冷卻水充足的地方 水冷式設(shè)備的初次投資和以后的運行費用都小于空冷設(shè)備 當(dāng)采用空冷式冷凝器時 由于夏季室外溫度較高 約30 35 冷凝溫度比較高 一般可達50 左右 為了獲得同樣的制冷量 制冷壓縮機的容量需要大20 同時系統(tǒng)運行費用也較高 因此 空冷式冷凝器多用于小型制冷機組 對于移動式制冷機組以及缺水地區(qū)的中型佛利昂制冷系統(tǒng) 也有采用空冷式冷凝器的 風(fēng)冷式冷凝器 翅片式冷凝器 絲管式冷凝器 風(fēng)冷式冷凝器 汽車空調(diào)冷凝器 三 空氣與水聯(lián)合冷卻式冷凝器 常見的空氣與水聯(lián)合冷卻式冷凝器有淋激式冷凝器和蒸發(fā)式冷凝器等 1 淋激式冷凝器其又稱為大氣式冷凝器 它主要用于大 中型氨制冷系統(tǒng)中 三 蒸發(fā)式冷凝器 蒸發(fā)式冷凝器的傳熱部分采用光滑管簇組成的蛇形管組 管組裝在由型鋼和鋼板焊制的立式箱體內(nèi) 制冷劑蒸汽經(jīng)氣體集管分配給每一根蛇形管 冷凝液體經(jīng)液體集管流入儲液器中 另外用浮球閥控制水位 冷卻水通過循環(huán)水泵送至冷凝管組上方 經(jīng)噴嘴或重力配水機構(gòu)噴淋到蛇形管組上面 沿冷凝器管的外表面呈膜狀下流 最后集會到水池或水箱中 不斷循環(huán) 冷卻水流經(jīng)冷凝器管組時主要靠水的蒸發(fā)使管內(nèi)制冷劑蒸汽冷卻冷凝 與此同時 用風(fēng)機使空氣由下而上地在水膜外表面吹過 空氣的主要作用是將水膜表面 蒸發(fā)的水蒸氣及時帶走 以創(chuàng)造水膜能夠連續(xù)不斷蒸發(fā)的有利條件 蒸發(fā)器中水膜的作用是 起傳熱介質(zhì)作用 管內(nèi)制冷劑蒸氣冷卻冷凝放出的熱量首先傳給水膜 使水膜蒸發(fā) 而水膜蒸發(fā)成水蒸氣時就以潛熱的方式把這部分熱量連同水蒸氣本身傳給空氣 另外 當(dāng)空氣的溫度低于水膜表面溫度時 空氣也可以起到一定的冷卻作用 擋水板的作用時減少水的吹散損失 循環(huán)水由于不斷在冷凝器表面蒸發(fā)而被空氣吹散夾帶 故要不斷補充新鮮水 冷卻水的不斷蒸發(fā)會使水池中的含鹽量增大 并使管外側(cè)結(jié)垢嚴(yán)重 蒸發(fā)式冷凝器應(yīng)使用軟化或經(jīng)過軟化處理的水 并且水池 中需定期換水 為了減少換熱器表面結(jié)垢 在噴水機構(gòu)下面設(shè)有過濾網(wǎng) 根據(jù)蒸發(fā)式冷凝器的結(jié)構(gòu)和通風(fēng)機在箱體中的安裝位置可分為吸氣式 吹風(fēng)式和有預(yù)冷式等型式 吸風(fēng)式 吹風(fēng)式 1 吸風(fēng)式蒸發(fā)式冷凝器特點是 在箱體頂部安裝通風(fēng)機 空氣從箱體下部側(cè)壁上的百葉窗口吸入 經(jīng)冷卻管組 擋水板 由通風(fēng)機排出 吸風(fēng)式氣流通過冷卻管組時比較均勻 箱體保持負(fù)壓 有利于冷卻水的蒸發(fā) 傳熱效果好 但是通風(fēng)機長期處在高潮濕條件下工作 使通風(fēng)機易于腐蝕 受潮而發(fā)生故障 所以它的電動機要采用封閉型防水電動機 2 吹風(fēng)式蒸發(fā)式冷凝器特點是 在箱體下部或兩端裝有軸流風(fēng)機向箱體內(nèi)冷卻管組吹風(fēng) 流經(jīng)冷卻管組 擋水板后 從冷凝器上方排出空氣 吹風(fēng)式蒸發(fā)式冷凝器具有吸風(fēng)式蒸發(fā)式冷凝器不同的優(yōu)缺點 并需要配置較大功率的電動機 3 有預(yù)冷的蒸發(fā)式冷凝器結(jié)構(gòu)如課本圖7 8 蒸發(fā)式冷凝器的優(yōu)點是 1 與水冷式冷凝器相比 循環(huán)水量和耗水量減少 2 與風(fēng)冷式冷凝器相比 其冷凝溫度低 尤其是干燥地區(qū)更明顯 蒸發(fā)式冷凝器的缺點是 1 蛇形盤管容易腐蝕 管外易結(jié)垢 且維修困維 2 既消耗水泵功率 又消耗風(fēng)機功率 蒸發(fā)式冷凝器適用于缺水地區(qū) 可以露天安裝 廣泛應(yīng)用于中小型氨制冷系統(tǒng) 二 冷凝器的傳熱及影響因素 一 冷凝器的傳熱冷凝器是用于制冷劑與熱源間換熱的主要設(shè)備之一 通過冷凝器向冷卻介質(zhì) 水或空氣 放出的熱量稱為冷凝器負(fù)荷 即制冷循環(huán)系統(tǒng)中的有效制冷量 無效制冷量以及外界耗能所轉(zhuǎn)換熱量之和 在冷凝器中 由于壓縮后的制冷劑過熱蒸氣向冷凝器傳熱壁面放出熱量后被冷卻 冷凝成液體 所以其放熱量包括冷卻顯熱和凝結(jié)潛熱 其中凝結(jié)潛熱占制冷劑放熱量的80 以上 冷卻介質(zhì)作為冷凝器中的吸熱流體 并起到向環(huán)境散熱的作用 冷卻介質(zhì)主要靠顯熱傳熱 物體在加熱或冷卻過程中 溫度升高或降低而不改變其原有相態(tài)所需吸收或放出的熱量 稱為 顯熱 它能使人們有明顯的冷熱變化感覺 通?？捎脺囟扔嫓y量出來 如將水從20 的升高到80 所吸收到的熱量 就叫顯熱 在物體吸收或放出熱量過程中 其相態(tài)發(fā)生了變化 如氣體變成液體 但溫度不發(fā)生變化 這種吸收或放出的熱量叫 潛熱 潛熱 不能用溫度計測量出來 人體也無法感覺到 但可通過實驗計算出來 飽和空氣在放出熱量后 一部分水蒸氣會相變成液態(tài)水 而此時飽和空氣溫度并不下降 這部分放出的熱量就是 潛熱 二 影響冷凝器傳熱的因素 冷凝器負(fù)荷是制冷劑熱流體通過間壁式熱交換器壁面?zhèn)飨蚶鋮s介質(zhì)的的換熱量 其傳熱公式為 冷凝器傳熱量 冷凝器傳熱系數(shù) 冷凝器換熱面積 冷凝器對數(shù)平均傳熱溫差 1 制冷劑及流動 傳熱特性對冷凝器傳熱的影響2 冷卻介質(zhì)及流動特性對冷凝器傳熱的影響3 不凝性氣體對冷凝器傳熱的影響4 換熱面狀態(tài)對冷凝器傳熱的影響5 冷凝器結(jié)構(gòu)形式對冷凝器傳熱的影響 蒸發(fā)器與冷凝器思考題1 什么叫順流 什么叫逆流 2 影響總傳熱系數(shù)的因素有哪些 3 傳熱基本公式中各量的物理意義是什么 4 影響蒸發(fā)器傳熱的主要影響因素有那些 5 說明蒸發(fā)器的作用和如何分類 6 比較干式殼管式蒸發(fā)器和滿液式殼管式蒸發(fā)器 各自的優(yōu)點是什么 7 影響冷凝器傳熱的主要影響因素有那些 8 說明冷凝器的作用和分類 9 立式殼管式冷凝器上各管接頭的作用是什么 10 舉例說明如何強化換熱器的換熱效率 11 舉例說明制冷空調(diào)產(chǎn)品上強化傳熱采取的措施 順流和逆流時流體溫度的變化a 順流b 逆流 1 2 冷凝器傳熱量 冷凝器傳熱系數(shù) 冷凝器換熱面積 冷凝器對數(shù)平均傳熱溫差 詳細(xì)計算過程參考傳熱學(xué)中換熱器的選擇計算部分內(nèi)容 3 4 5 6 9 10 傳熱過程的強化 1 增大傳熱面積 2 增大對數(shù)平均溫度度差 3 增大總傳熱系數(shù) 4 降低污垢熱阻值 5 降低管壁熱阻 11 蒸發(fā)盤管 主要用于冷庫 繞片式蛇行管 套片式蛇行管 繞片式排管