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制冷背后的科学

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基本制冷原则:什么是冷水机构?

冷却器只是一种用于从东西中去除热量的设备。出于工业目的,冷却器可以被认为是复杂的机械系统内的组件,用于从过程或物质中去除热量。为了真正了解冷却器是什么,需要对基本制冷原则的基础知识。

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什么是冷水机组?基本制冷原则

冷却器只是一种用于从东西中消除热量的设备。出于工业目的,冷却器可以被认为是复杂的机械系统内的组件,用于从过程或物质中去除热量。为了真正了解冷却器是什么,需要对基本制冷原则的基础知识。欢迎来到伯格的酷学校。

基本制冷介绍

在进入制冷基本面之前,应考虑一些基本定义:

)。热是借助于温度差异转移的能量形式。热量存在于更多或更小的程度。作为一种能量形式,尽管其他形式的能量可以被转换成热量,但反之亦然。重要的是要记住,热能只在一个方向上行驶;从温暖到凉爽的物体,物质或区域。

b)。寒冷的是一个相对术语,指物体,物质或区域缺乏热量。另一个定义将其描述为缺乏热量,尚未设计的过程已经设计成“绝对零”,所以所有热量从任何物体,物质或区域移除所有热量的状态。理论上,在华氏温度计刻度上为059.69度低于零,或在摄氏温度计秤上低于零273.16度。

C)。制冷或冷却过程,是从选定的物体,物质或空间移除不需要的热量,并转移到另一个物体,物质或空间。除去热量降低温度,可以通过使用冰,雪,冷水或机械制冷来实现。

D)。机械制冷,利用布置在a中的机械部件制冷系统为了传递热量。

E)。制冷剂,是作为液体泵送到蒸汽或气体中的替代压缩和冷凝成液体的化合物,然后允许膨胀成蒸汽或气体。

制冷循环基于长的已知物理原理,即膨胀成气体从周围物质或区域的热量提取热量。(你可以通过简单地润湿手指并将其握住这个原则来测试这个原则。它立即开始感到比其他人更冷,特别是如果暴露在一些空气运动中。这是因为你浸透它的液体,所以,它从手指皮肤和周围的空气中提取热量。

制冷剂在低于水的温度下蒸发或“煮沸”,这允许它们以比手指上的水更快速地提取热量。

F)。制冷系统基本组件。

制冷循环的工作是从一个地方除去多余的热量,并将其排放到另一个地方。为了实现这一点,制冷剂被泵入一个封闭的制冷系统。如果系统不关闭,它将通过将制冷剂消散到周围介质中来消耗制冷剂;因为它是关闭的,相同的制冷剂被反复使用,当它通过循环去除一些热量并排出它。这个封闭的循环还有其他用途;它可以防止制冷剂被污染并控制其流动,因为在循环的某些阶段它是液体,而在其他阶段它是气体或蒸汽。

让我们看看在一个简单的制冷循环中会发生什么,以及涉及到的主要部件。在循环中存在两种不同的压力——在“低侧”的蒸发或低压,和在“高侧”的冷凝或高压。这些压力区域由两个分界点分隔:一个是计量装置,其中制冷剂流量是控制的,另一个是在压缩机,在蒸汽被压缩。

计量设备是我们将通过循环开始行程的点。这可以是热膨胀阀,毛细管或任何其他装置,以控制制冷剂流入蒸发器或冷却线圈,或冷却线圈,作为低压,低温制冷剂。扩展制冷剂在通过蒸发器时蒸发(变化状态),在那里它去除来自蒸发器所在的物质或空间的热量。

热量将从较热的物质传播到蒸发器,蒸发器通过系统内制冷剂的蒸发而冷却,导致制冷剂“沸腾”和蒸发,变成蒸汽。这类似于一桶水在炉子上煮沸,水变成蒸汽时发生的变化,只是制冷剂的沸腾温度要低得多。

现在,这些低压、低温的蒸汽被吸入压缩机,在那里被压缩成高温、高压的蒸汽。压缩机将其排放到冷凝器,这样它就可以把它在蒸发器中获得的热量释放出来。制冷剂蒸气的温度高于通过冷凝器(风冷型)的空气;或水通过冷凝器(水冷式);因此,它从较热的制冷剂蒸气转移到较冷的空气或水。

在该过程中,随着从蒸汽中除去热量,发生状态的变化,并且在高压和高温下将蒸气冷凝回液体。

液体制冷剂现在进入计量装置,在那里它通过一个小开口或小孔,在那里压力和温度发生下降,然后进入蒸发器或冷却盘管。当制冷剂进入蒸发器管或盘管的大开口时,它蒸发,准备通过系统开始另一个循环。

制冷系统需要一些方法,即连接基本的主要部件 - 蒸发器,压缩机,冷凝器和计量装置 - 就像道路连接社区一样。管道或“线”使系统完成使制冷剂不会进入大气中。吸入管线将蒸发器或冷却线圈连接到压缩机,热气体或排出管线将压缩机连接到冷凝器,液体管线是电容器和计量装置之间的连接管(热膨胀阀)。一些系统将在冷凝器和计量装置之前立即具有接收器,其中制冷剂被储存,直到需要在蒸发器中除去热量。

制冷循环组件有许多不同的种类和变化。例如,至少有一半的不同类型的压缩机,从往复运动,活塞通过螺钉,滚动和离心叶轮设计,但在所有情况下都是相同的 - 将热量升起蒸汽压缩成高电平- 温度蒸气。

可以说冷凝器和蒸发器表面也可以是相同的。它们可以是裸管,或者它们可以是翅片的冷凝器和蒸发器,具有电动风扇,通过TEM通过空气,或者用冷凝器泵通过水冷式冷凝器泵送水。

有许多不同类型的计量装置来调节液体制冷剂进入蒸发器,根据设备的大小,使用的制冷剂,及其应用。

以上所述的机械制冷系统,无论是家用冰箱、低温冷冻机、舒适性空调系统、工业冷水机,还是商用制冷设备,本质上是相同的。制冷剂会有所不同,设备的尺寸也会有很大的不同,但操作原理和制冷循环都是一样的。因此,一旦你理解了制冷机械循环中发生的简单动作,你就应该很好地理解制冷系统是如何工作的。

制冷系统|制冷循环定义”width=

图1-1:简单的制冷系统。

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物质和热行为

基本制冷系统原理-物质和热行为

A).物质的状态

所有已知的物质都存在于三种物理形式或状态中的一种:固体,液体或气态。这些物理状态中存在明显不同的异常:

  • 在液体状态下物质将保持其数量和大小,但不是其形状。液体将始终符合占据容器。如果在每侧测量1英尺的容器中的水箱的立方脚被转移到不同矩形尺寸的容器,但水的数量和体积将相同,尽管尺寸会改变。

  • 固态的物质将保留其数量,形状和物理尺寸。即使从一个地方移动到另一个地方,立方体的木材也会保持其重量,尺寸和形状。

  • 以气态的物质没有保留其尺寸或其形状的倾向。如果含有蒸汽或一些其他气体的一个脚缸连接到已经拉出真空的2立方英芯缸,则蒸汽将膨胀以占据大圆筒的体积。虽然这些物质的三种状态存在这些特定差异,但在变化的压力和温度变化的条件下,相同的物质可能存在于三种状态中的任何一种,例如固体,液体或蒸气(冰,水例如,蒸汽)。固体总是具有一些明确的形状,而液体和气体没有自己的明确形状,而是符合其容器的形状。

B)。分子运动

所有物质由称为分子的小颗粒组成,本期我们将仅与分子相比,您的自我,任何物质或物质都可以分解的最小粒子并仍然保持其身份。分子形状,尺寸和重量变化。在物理学中,我们了解到分子具有倾向于粘合在一起。当将热能施加到物质上时,它增加了分子的内部能量,这增加了运动的运动或运动速度。随着分子运动的增加,物质的温度也存在或增加。当从物质中除去热量时,遵循分子运动的速度将降低,并且还会降低物质的内部温度降低或降低。

C).改变状态

当加热固体物质时,分子运动主要以快速运动的形式来回,分子从未远离其正常或原始位置。但在一些特定物质的一些给定温度下,进一步添加热量不一定会增加物质内的分子运动;相反,额外的热量会导致一些固体液化(变成液体)。因此,额外的热量导致材料中的状态变化。

一种物质发生这种状态变化的温度叫做它的温度熔点。让我们假设一个装有70华氏度的水的容器,里面放了一个温度计,在冰箱里放了几个小时。当它从冰箱里取出时,它已经变成了一块冰凝固已经发生。让我们进一步假设冰块里的温度计指示温度是华氏20度。

如果允许在室温下静置,则来自房间空气的热量将被冰吸收直至温度计表示32°F的温度,当一些冰将开始变成水。随着热量继续从房间空气转移到冰上,更多的冰将改变回水;但温度计将继续表示温度为32°F,直到所有冰都融化。液化已经发生了。

如上所述,当所有的冰融化时,温度计将显示32ºF的温度,但水的温度将继续上升,直到它达到或等于室温。如果通过外部手段(如燃烧器)将足够的热量添加到水容器中,水的温度将上升到212ºF,在此温度下,在“标准”大气压力下,将发生另一个变化-蒸发。一些水会汽化成蒸汽,加上更多的热量,所有的水都会汽化成蒸汽;但是水的温度不会超过212ºF。

到目前为止,我们已经知道了固体是如何变成液体的,液体是如何变成蒸汽的,但是物质可以经历物理变化,通过这种物理变化,固体可以直接变成气态,而不首先融化成液体。这叫做a升华。例如,干冰(CO2)在大气条件下会直接升华成水蒸气。让我们回顾一下这些状态的变化:a)凝固-从液体到固体的变化。液化-从固体到液体的变化。VAPORIZATION—从液体到蒸汽的变化。冷凝-从蒸汽到液体的变化。升华—从固体到蒸汽而不经过液体状态。

测量

我们大多数人都熟悉常见的测量方法,如长度、重量、体积等;但现在我们转向其他类型的测量,如那些热强度,热量和能量转换单位。

热强度

热量是一种能量形式,它本身不可测量;但可以测量物质的热强度或温度。热度强度的单位被称为程度,测量温度尺度。在对物质状态的讨论中,讨论了温度,添加或去除热量。相对而言,水比蒸汽冷却;然而,与此同时,比冰更温暖。通过使用具有类似内径的玻璃管和用于液体的储存器的玻璃管配制温度尺度 - 例如,在加热时会在管中膨胀和上升。

华氏温度计温标是根据水银在温度计中的相对位置,当水在冰点时,当水在沸腾时。这两点之间的距离被分成180等分程度。在正常大气条件下,水将冻结或冰将熔化的点,标记为32度;虽然水将煮沸的温度计的位置或点标记为212度;而温度计一直是大多数类型的制冷工程工作中最常使用的。摄氏温度计曾被称为摄氏温度计,用于化学和物理,特别是在欧洲大陆,南美洲和亚洲。

一个常见的问题是为什么水的沸点和冰的熔点,其中用作两个温度计的标准。选择这些点或温度,因为水具有非常恒定的沸腾和冷冻温度,水是一种非常常见的物质。

温度转换

从一种温标到另一种温标的转换通常是通过使用换算表来完成的,但如果没有换算表,可以使用以下公式轻松地完成换算:

(2-1)F度= 1.8ºC + 32

F度= 5/9ºC + 32

(2-2)摄氏度=(ºF - 32)/1.8

摄氏度= 5/9(ºF - 32)

到目前为止,在测量热度的测量中,我们已经找到了两个明确的参考点 - 华氏和摄氏度和摄氏度尺度的凝固点和水的沸点。我们现在必须定位仍然是第三个定点 - 绝对零。这是在哪里,据信所有分子行动停止。正如华氏温度级的那样,这约为460°。低于零,-460°。F,虽然在摄氏量表上,它约为273°。低于零,或-273°。C.某些基本法律,基于绝对温度的使用。如果给出了华氏读数,则添加460°。对于这种阅读来说,将它转换为Rankin或Deg。 R; whereas if the reading is from the Celsius scale, the addition of 273 Deg. will convert it to degrees Kelvin, Deg. K.

热量

热量与热强度不同,因为它不仅考虑了所测量的流体或物质的温度,而且考虑其重量。热量单位是英国热门单位(Btu)。水作为这个热量单位的标准;一英热单位(Btu)是使一磅水的温度在海平面上升一华氏度所需要的热量。

两个BTU将导致一磅水的两度华氏度的温度变化;或者它会导致两磅水的一个度过一个度的温度变化。因此,在考虑水的温度变化时,可以使用以下等式:

(2-3)btu = w x td

在热量(在BTU中)=重量(以磅为单)x温差。

比热

物质的比热是BTU中的热量,以改变一磅华氏度的一磅物质的温度。BTU是增加一磅华氏度的温度所需的热量,或者通过在温度计上通过相同的测量单位降低相同重量的水的温度。

因此,水的比热是1.0;水是图2-8中比热表的基础

1.00
0.50
空气(干) 0.24
蒸汽 0.48
0.55
黄铜 0.09
带领 0.03
0.10
0.03
0.09
酒精 0.60
煤油 0.50
橄榄油 0.47
盐盐水20% 0.85
R-22 0.26
R-12 0.21

图2-8常见物质的比例BTU / LB /ºF。

你会看到不同的物质吸收或释放热量的能力是不同的。大多数物质的比热值会随着温度的变化而变化;有的变化很小,有的变化很大。

假设将两个容器置于加热元件或燃烧器并排放置在一个含水的一个含水物和另一个相等的橄榄油的相等量,重量的量。您很快就会发现橄榄油的温度以比水更快速的速度增加,表明橄榄油比水更快地吸收热量。

如果橄榄油的温度增加的速率约为水的两倍,则可以说橄榄油只需要一半的热量作为水,以增加其一个度为华氏度的温度。基于对特定水热的值1.0,它将表明橄榄油的比热量必须约为0.5或水的一半。(物质的特定热量表明橄榄油的值为0.47)。

现在可以说之前讨论的等式(2-3):

(2 - 4)btu = w x c x td

其中c =物质的比热;W =物质重量;TD =温差。

物质的比热量也会改变物质状态。水是对特定热量的这种变化的一个非常好的例子。水的比热量为1.0;但作为固体冰,其特定的热量近似于0.50;蒸汽0.48的蒸汽施加类似的值;水的气态。

例如:确定将40磅20%盐水从60ºF冷却到20ºF时必须除去的英国热量单位(Btu)量。

btu = w x c x td

Btu = 40磅x 0.85磅x(60ºF - 20ºF)

Btu = 1360

显热

可以感觉或测量的热量被称为显热。它是导致物质温度变化的热量,但不是状态的变化。物质,无论是固体,液体还是气态,均在某种程度上含有明智的热量,只要它们的温度高于绝对零。用于热量溶液的方程,以及与特定热量一起使用的方程,可能被归类为存在懂事热方程,因为它们都不涉及任何状态变化。

潜热

在一个改变状态,大多数物质将具有熔点,它们将从固体变为液体而没有任何温度升高。此时,如果物质处于液态,并且从中取出热量,则物质将在没有变化的温度下固化。在没有温度变化的情况下,这些方法中任一方法(从固体或从液体改变为固体)所涉及的热量被称为熔解潜热

图2-9显示了华氏温度与英热(Btu)的显热和潜热的关系。

冷水基础-感热和潜热关系在冰-水-蒸汽状态的变化”width=

图2-9冰融化、冰变水、水变蒸汽的感热和潜热关系图。

如前所述,水的比热量为1.0,冰的热量为0.50,这是表示固体(冰)和液体(水)的线斜率差异的原因。为了增加-40ºF至32ºF的冰的温度仅需要36 BTU的热量。(-40ºF至32ºF=72ºF温度变化)。(BTU = 1磅x 0.50 x 72 = 36)。从B到C,加入144个BTU以融化冰。温度没有从B到C.从C到D,加入180btu以将水从32ºF加热至212ºF。从d到e,加入970 btu以蒸发水。注意,温度没有将形式变为d至e。

“latent”(潜伏的)一词来源于拉丁语中的“隐藏”一词。这是隐藏的热,温度计上看不到,也感觉不到。不用说,物质内部的分子运动并没有增加或减少,因为这将表现为温度计上的温度变化。

(2 - 6)Btu = (W1 x c1 x TD1)

+ (W1 x潜热)

+ (W2 x c2 x t2)

当需要计算总热时,必须考虑的另一种潜热蒸发潜热。这是一磅液体在变成蒸汽阶段时所吸收的热量。或者可以归类为凝结潜热;因为,当从蒸汽中除去可明亮的热量,蒸气将蒸汽凝集回液体形式。

从液体通过蒸发变为蒸汽所需要的热量被吸收,从蒸气通过冷凝变为液体所需要的热量被释放出来制冷过程或循环的主要原理。制冷是通过制冷剂状态的变化来传递热量

热力学的第二律

热力学第二定律指出,热传递只有一个方向——下坡;这是通过三种基本的传热方法之一来实现的。A.传导,B.对流,C.辐射。

传导

传导被描述为在物质中紧密排列的分子之间,或在相互接触或接触良好的物质之间的热传递。当热量在单一物质中传递时,例如一端在火焰中的金属棒,热量的运动将持续下去,直到整个金属棒的长度达到温度平衡。

如果杆浸入水中,则杆表面上的快速移动分子将向水分子传递一些热量,并且通过传导仍然进行另一种热量。当杆的外表面冷却时,杆内仍然存在一些热量,这将继续将其转移到杆的外表面,然后在达到水中,直到达到温度平衡。

如果不同的物质或材料具有相同的尺寸,热通过传导方式传递的速度会不同。传热速率会根据材料或物质传导热量的能力而变化。总的来说,固体是比液体更好的导体;反过来,液体导热比气体或蒸气更好。

大多数金属,如金、银、铜、钢和铁,传热相当快,而其他固体,如玻璃、木材、聚氨酯或其他纤维建筑材料传热速度要慢得多,因此被用作绝缘体。

铜是铝的优良导体,也可以是铝的优异导体。这些物质通常用于制冷蒸发器,冷凝器和连接制冷剂系统的各种部件的冷凝器和制冷管,尽管偶尔和碳钢偶尔与一些大型制冷剂装置一起使用。

热的速度可以通过各种材料依赖等因素(a)厚度的材料,其横截面积(b), (c)的两面之间的温差材料,(d)材料的热传导率(导热系数),和(e)的时间热量流动。

材料 电导率(k)
胶合板 0.80
玻璃Fiber-organic保税 0.25
扩增聚苯乙烯绝缘 0.25
扩大聚氨酯绝缘 0.16
水泥砂浆 5.0
粉刷 5.0
砖(常见) 5.0
硬木(枫木、橡木) 1.10
软木(冷杉、松树) 0.80
石膏膏药(沙子骨料) 5.6

图2-10普通建筑和绝缘材料的导电率。

注意:k因子的单位是Btu/hr/ft sq/ºF/in。材料的厚度。这些因素可通过以下公式加以利用:

(2 - 7日)Btu =(A x k x TD)/ x

其中:a = ft sq的横截面积。K = BTU / HR中的导热率。TD =两侧之间的温差。x =英寸厚度的材料。

具有高导电性的金属在制冷系统本身内使用,因为期望在蒸发器和冷凝器中发生快速传递热量。蒸发器是从调节空间或物质中除去热的地方;冷凝器将这种热量渗透到另一个介质或空间。

在蒸发器的情况下,该物质或空气在管内的温度高于制冷剂,并有向下的热量传递;然而在冷凝器中,制冷剂蒸汽的温度比流经冷凝器的冷却介质的温度高,这里又出现了向下的热传递。

普通管,无论是铜,或铝,或其他金属,将传递热量根据其传导性或k因素,但这种传热可以通过增加翅片在油管上。它们将增加传热面面积,从而提高系统的整体效率。如果增加鳍片使表面积增加一倍,可以用Eq.(2-7)表示,与普通管道相比,整体传热本身应该增加一倍。

对流

另一种传热方式是通过加热的材料本身的运动并且限于液体或气体。当材料被加热时,在其内设置对流电流,并且其上升的较高部分,因为热量带来了流体密度的降低和其特定体积的增加。

在平底锅中加热的冰箱内的空气是对流电流的结果的主要例子。与冰箱上的冷却线圈接触的空气变得冷却,因此更密集,并且开始落到冰箱的底部。在这样做时,它吸收来自产品的热量和冰箱的墙壁,通过传导,从房间拾取了热量。

当热量被空气吸收后,它会膨胀,变得更轻,并上升,直到它再次到达冷却盘管,在那里热量从它被移走。对流循环重复,只要有一个温差之间的空气和线圈。在商用型机组中,挡板可以在箱体内构造,以便对流将被引导或采取所需的空气流动模式在冷却盘管周围。

在平底锅中加热的水将受到热量在其中设置的对流电流的影响。最接近热源的水,吸收热量,变暖并膨胀。结果,它变得更轻,它升起并被冷却器更稠密的水。该过程将继续,直到所有的水在相同的温度。

这里所解释的对流是自然的,就像冰箱的情况一样,自然的流动是缓慢的流动。在许多情况下,必须通过使用风扇或鼓风机来增加对流,在液体的情况下,泵用于强制循环,将热量从一个地方转移到另一个地方。

辐射

第三种传热方式是通过类似光波或声波的辐射。太阳光线通过辐射的热波加热地球,这种热波以直线的方式传播,而不加热中间的空气物质。来自灯泡或热炉的热量在自然界中是辐射的,它们附近的人可以感觉到,尽管光线通过的光源和物体之间的空气没有被加热。如果你已经放松在树荫下建筑或树晴朗炎热天气和阳光直射,热浪的直接影响将像一个大锤即使在树荫下空气温度大约是在阳光下一样。

铝低温时只有少量的辐射,只有轻微的温差被注意到;因此,辐射对实际制冷过程本身的影响很小。但是来自太阳直接辐射的结果会导致建筑空调系统的制冷负荷增加。辐射热很容易被深色或暗淡的材料或物质吸收,而浅色的表面或材料会反射辐射热,就像它们反射光线一样。

当辐射热或能量(因为所有的热量都是能量)被一种物质或物质吸收时,它就被转换成感热——可以感觉到或测量的热。每个物体或物质都在一定程度上吸收辐射能,这取决于该物体或物质与其他物体或物质之间的温度差。只要它的温度高于绝对零度,而在它附近的另一种物质的温度较低,每一种物质都会辐射能量。

绝缘

任何用任何方法阻止或帮助阻止热传递的材料都可以被称为绝缘材料。当然,没有任何物质会完全停止热量的流动。如果存在这样一种物质,它将很容易将给定空间冷却到所需的温度并保持在那里。

这些物质为帘线,玻璃纤维,矿棉,聚氨酯和聚苯乙烯泡沫是绝缘材料的良好实例;但许多其他物质用于绝缘冷藏空间或建筑物。

绝缘材料应具有防火、防潮、防虫等性能。低温组件和箱体需要防蒸汽的绝缘材料,如单细胞泡沫,这样水蒸气就不会轻易渗透到绝缘材料中并在那里凝结,从而降低了绝缘效率。

制冷效果-“吨”

已被用于定义和测量容量或制冷效果的制冷工作中使用的共同术语一吨的制冷。在24小时内,它是熔化冰(2,000磅)的气调的热量的热量。

吨制冷等于288000btu。这可以通过将冰的重量(2000磅)乘以冰的熔化潜热(144 Btu/lb)来计算。因此

2.000 lb x 144 Btu/lb = 288,000 Btu

每小时24小时或12,000 BTU(288,000 / 24)。因此,一吨制冷= 12,000 btu / hr。

概括

物质状态的变化可以通过添加或吸收热量来实现。通过使用温度计可以测量热效应或强度。热量总是从较高的情况下行进到更凉爽的情况。物质具有不同的容量来吸收热量。热量有两种形式:懂事潜在的。表达热量的测量单位是BTU。热量可以通过几种方法转移:传导,对流和辐射。绝缘体是将延缓热流的物质。

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基本制冷系统原理-流体和压力

基本制冷系统原理-流体和压力

流体“任何可以流动,液体或气体的物质。”制冷剂可以被归类为流体,因为在制冷循环内,它可以作为液体和蒸汽或气体存在。

流体压力

木材或任何其他固体材料的重量作为一个向下的力,作用于任何支撑它的东西。这个固体物体的力就是物体的总重量,总重量分布在物体所处的区域上。

然而,给定体积的水的重量不是在容器底部的底部下方的力作用,而是作为横向在容器的侧面上的力。如果在水位下方的容器侧面制造孔,则由于其向下和侧向作用而强制孔上方的水。

流体压力是气体或液体在单位面积上施加的力。它通常用…来表示Psi.(磅每平方英寸)。它直接随液体的密度和深度而变化,在水面以下相同深度处,各个方向的压力是相等的。注意使用的术语之间的区别:力和压力。力量指物质的总重量;压力表示单位力或压力每平方英寸。

(3 - 1)压力=力/区域或p = f / a

当涉及流体时,压力和深度具有紧密的关系。在液压系统中,水体的深度被称为水。水压直接不同于其深度。如果水体的头部有降低或增加,则涉及的压力以及水的重量,提供相应的减少或增加,提供其他尺寸保持不变。这种关系可以在等式中表达:

(3 - 2)px = 0.433h

在哪里p= PSI的压力;h=头在水里。

根据压力和深度之间的关系,我们可以把方程转置,这样如果我们知道容器底部的压力读数,就可以求出容器中的水的深度。如果px = 0.433h,然后h=p/ 0.433是真的,通过换位来实现。

帕斯卡原理

帕斯卡原理,即施加于封闭液体上的压力在整个液体中相等地传递,而不管施加压力的面积是多少。这一原理的应用使帕斯卡发明了液压机,这是可以大倍数的力。图3-3说明了这一原理,所示为一种含有液体(如油)的容器;该容器有一个由管道或管子连接的大小汽缸,每个汽缸内都有一个紧密连接的活塞。如果小的截面活塞的面积是1平方英寸,大活塞是30平方英寸,1磅的力,当应用到小活塞将支持30磅的体重大活塞,因为1 psi整个流体的压力将会产生。

Pascal的原理 - 施加到狭窄的液体的压力在整个液体中同样地传递,而不管施加压力的区域。”width=

密度

从科学或物理观点来看,密度是每单位体积的物质的重量,它可以以任何方便的重量和体积组合表示,例如每立方英寸磅磅每立方英尺。可以用一个方程式来表示这种关系:

(3 - 4)D = W / V

式中:D =密度;W =重量;V =体积;

水的重量或密度大约是62.4磅每立方英尺,它可以表示为0.0361磅每立方英尺。(1立方英尺包含1728立方英寸。, 62.4/ 1728 = 0.0361)。其他一些常见物质的密度见图3-5。

物质 密度,lb / cu ft 比重
水(纯) 62.4 1.0
氨(60华氏度) 38.5 0.62
168. 2.7
黄铜 530 8.5
砖(常见) 112 1.8
560 8.98
软木 15. 0.24
汽油 41.2 0.66
玻璃 175 2.8
铁(cast) 448 7.2
带领 705. 11.3
848. 13.6
油(燃料) 448.6 0.78
486. 7.8
橡木 50 0.8
34.2 0.55

图3-5:一些常用物质的密度和比重。

比重任何一种物质的重量比都是给定体积的物质的重量与相同体积的物质的重量的比值。(当涉及固体或液体时,水被用作比重计算的基础,空气或氢被用作气体的标准)。

密度(固体或液体)=比重X水的小(LB /立方英尺)。

流体内部的压力与流体的密度成正比。这种关系可以表示为:p=hx D.

地点:p=每平方英尺LB的压力;h=脚下表面下方或深度;D =每立方英尺磅的密度。

比容

物质的特异性体积通常表示为占据1磅物质的立方脚的数量。在液体的情况下,它将随温度和压力而变化。液体的体积将受到其温度变化的影响;但是,由于实际上不可能压缩液体,因此体积不受压力变化的影响。

气体或蒸气的体积肯定会受到温度或压力的任何变化的影响。在制冷中,不同条件下的蒸汽量对选择合适的制冷剂管路和制冷剂保存容器是最重要的。

大气压力

地球被称为气氛的空气覆盖,距离地球表面80或更多千米。空气具有重量,并且还施加称为大气压力。已经计算出一栏的空气,横截面积为一个平方英寸并从地球表面延伸到大气的界限,重量约为14.7磅。力装置也是一种物质的重量,压力意味着每平方英寸的单位力;因此,标准大气压被认为是14.7 psi。在海平面。

这种压力不是恒定的;海拔高度或高度会有所不同,由于温度变化以及空气的水蒸气含量会发生变化。

气体的压力

气体的体积受到压力或温度或两者的变化的影响。有法律可以控制计算这些变量的数学计算。

博伊尔的法律如果气体的温度保持不变,则气体的体积与压力成反比。这意味着压强乘以体积的乘积保持不变,或者如果气体的压强加倍,新的体积将是原来体积的一半。或者可以认为,如果体积增加一倍,绝对压力将减少一半。

这个概念可以表示为:p1V1=p2V2

地点:p1=原来的压力;V1=原始卷;p2=新压力;V2=新卷。

必须记住它p1p2必须在绝对压力上述等式的术语正确使用。

膨胀的气体

大多数气体将在几乎相同的速率下扩展到体积,随着温度的增加,提供压力不会改变。并且,如果气体被限制使其体积保持相同,则容器中的压力将以大约相同的速率随温度的增加而增加。

从理论上讲,如果压强保持不变,温度每变化一度,气体蒸气就会以1/492的速度膨胀或收缩。这个理论的结果是在零下460华氏度下体积为零,或者在绝对零度下。

查尔斯的法律指出,气体量与其绝对温度直接成比例,提供压力保持恒定;气体的绝对压力与其绝对温度的直接成比例,提供体积保持恒定。那是:

(3-6)V1/V2=T1/T2

(3 - 7)P1/P2=T1/T2

地点:T=绝对温度;P=绝对压力

或者这些也可以表示为:V1T2=V2T1P1T2=P2T1

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基本制冷系统基础 - 压力 - 焓

用压力-焓图,也叫压力-热图来描述工程术语热,压力,温度,热含量和蒸汽压缩系统的冷却能力的相互作用。该图沿着水平轴线沿垂直轴和焓(制冷剂的热含量的热含量)图表。

桌子B4是一个压力-焓图,显示了在蒸汽压缩循环中的能量流动和状态变化。

制冷剂的曲线穿过压力焓图中的几条重要的线和区域:

全液体区域,所有制冷剂都是过冷液体。

全蒸汽区,所有制冷剂都是超加热的气体。

液态蒸汽区(也称饱和区),制冷剂是液体和蒸汽的饱和混合物。这种情况在冷凝器和蒸发器中都存在。

饱和液体线将液体蒸气区域与全液体区域分开。沿着这条线的制冷剂不是亚冷却的,但在进入全液体区域时,它变得如下冷却。

饱和蒸汽系将液体蒸气区域与全蒸汽区域分开。一旦气体将该线路移动到全蒸汽区域,就会超级加热开始。

质量不变线制冷剂具有恒定比例的气体和液体的线。

恒定焓线(热)是一条垂直线,沿这条垂直线制冷剂的总热容量相等。

恒温线标出制冷剂温度恒定的位置。在全液体区,这条线是垂直的,在饱和蒸汽区是水平的,在全蒸汽区几乎是垂直的。

恒压线是一条描述恒压位置的水平线。

制冷剂的压力-焓(热)关系沿多边形映射Adefg。蒸气压缩循环的作用可以参照表来理解B5。

一个热蒸汽在压缩机中被压缩,并且在其最大压力温度和焓处。在不缠绕压力的情况下,蒸汽进入冷凝器。

B并开始松散凝聚的冷凝,如图中的向左移动(焓丧失)所示。冷凝器压力保持恒定,而制冷剂失去热量。在

C制冷剂完全冷凝,处于饱和液线。冷凝器继续从制冷剂中吸取热量,最终成为过冷液体,并开始散发显热。现在液体制冷剂进入液体管路。液体管路中的温度和压力保持恒定,直到

D计量装置。现在压力沿着这条线突然下降当制冷剂重新穿过饱和液管进入蒸发器时

E压力低,液体制冷剂开始汽化。蒸发器压力稳定后E,制冷剂获得热量并沸腾至

F当它完全蒸发。现在制冷剂完全是蒸汽。这种蒸汽在吸入管路中开始过热,直到它到达压缩机。

G压缩机压缩制冷剂,提高压力、温度和焓,并在制冷剂到达时重复循环一个。

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B5”width=

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基本制冷系统原理-压缩循环

压缩机

压缩机是制冷系统的机械心脏。它导致制冷剂流动,并且施加能量以执行去除蒸发器中的热量的工作。压缩机有两个功能。首先,当压力(或温度)高于所需的压力(或温度)时,它通过抽出制冷剂蒸汽来调节蒸发器中的压力。通过调节压力,固定蒸发温度。其次,它压缩气体和这样做,将能量或热含量添加到气体中。电动机中的电能被更换用于系统中的机械能,又转化为气体中的热能。

压缩气体会提高其温度,降低其体积(增加其密度)。气体温度必须提高到高于冷凝流体的温度,无论冷凝流体是空气、水还是其他液体。只有在存在合理的温差时,热才能从制冷剂流向冷凝介质。压缩机的功能就是提供更高的温度。同时,气体密度的增加减少了冷凝器中需要处理的体积。

压缩气体是几乎是绝热的或不等的。这意味着基本上施加的所有机械能被转化为由气体保留的能量。换句话说,机械能被改变成热能,这部分导致温度的增加,部分地在分子速度的变化中。两者都反映了压力的增加和体积减少。在势熵压缩期间,所有这种机械能转化为热量,这改变了气体的性质,并且它没有丢失。同时,从其他来源中没有加热。在实际的压缩机中,气体不会与周围环境绝缘,并且通过圆柱体的金属壁传导损失一些压缩热量,同时从活塞环,轴承和其他源的摩擦中加热。但是,收益和损失通常几乎平衡,以便净结果接近常见压缩。

恒定熵处的常熵压缩意味着压缩。离开压缩机的气体的熵将与进入压缩机进入的气体相同。气体压力使得压缩机通过冷凝器中的液体制冷剂的蒸气压确定。假设,压缩机缸上的冷凝器和出口阀之间有一个开口管,并且忽略将存在的小压降,排出管线中的压力将恒定从冷凝器到压缩机。因此,在通过压缩机时,温度和热含量或焓的增加。

容量

以前,所有对热含量或焓变化的引用都是在一磅的制冷剂的基础上。为了与能力相关,必须引入时间的元素。系统的能力取决于一磅制冷剂蒸发的蒸发量,这取决于压缩机尺寸和制冷剂循环温度下制冷剂的性质。

在具有R-12的示例中,假设压缩机是正确的尺寸,以便在制冷剂在0℃下蒸发时递送一吨制冷。F并在100℃下凝聚。F.随着每磅的制冷剂R-12可以吸收49.06 BTU。因此,该热量可用于冷却工作。由于一吨制冷等于200 BTU / min,因此可以通过使用该公式产生这种制冷量:

制冷循环=(200 btu / min)/(49.06 btu / lb)= 4.077磅/分钟。

压缩热量

通过压缩制冷剂气体而增加的热量为15.804 Btu/lb。知道制冷剂的循环速率后,按时间计算添加的热量如下:

15804 Btu/lb x 4.077 lb/min = 64.433 Btu/min。

压缩的力量

能量可以以不同的方式表达,但是制冷中的主要兴趣单位是马力。根据定义,一个马力= 42.42 BTU / min。可以计算压缩气体所需的电源。

压缩马力= 64.43 Btu/min。/ 42.42 Btu /分钟。= 1.519 HP/吨制冷

理论上需要大约一个半马力生产大量的制冷与有门路的蒸发温度用r12 o F和冷凝温度0度100度F .实际所需的马力将更多的取决于体积和压缩机的机械效率以及气体的熵是否保持不变在压缩。

压缩机位移

可以从制冷剂的性质获得制冷施加所需的压缩机的尺寸的想法。在R-12示例在0°。F.蒸发和100°。F.冷凝温度,净冷凝效应为49.06 btu / lb。确定其在进入压缩机汽缸时的特定气体量为1.94 Cu Ft / Lb。适当的部门可以获得由压缩机处理的制冷能力和气体体积之间的关系。

49.06 Btu/lb / 1.94 cuft /lb = 25.3 Btu/cu ft

上面的关系并不表示需要时间来消除热量。为了以200 Btu/min(1吨)的速度产生冷却,对应的位移计算如下:

压缩机排量= 200 Btu/min / 25.2 Btu/cu ft = 7.91 cu ft/min。

压缩比

蒸发器中沸腾制冷剂的温度建立了对压缩机的入口压力。通过冷凝器中的冷凝制冷剂的温度建立来自压缩机的出口或排出压力。这两个压力的比率是呼叫压缩比,并表示压缩机必须能够操作的压力水平。在确定压缩比中,必须始终使用绝对压力。例如,R-12液体在100℃下的蒸气压。F为131.86比萨和0°的蒸气压。F是23.849 PISA压缩机比,那么,是:

131.86 Pisa / 23.849 Pisa = 5.5

首先是期望低压缩比,因为低比率意味着压缩气体的低功耗。无论入口压力水平如何,这都是如此。例如,BTU / LB的增加大致增加了100个PISA至500比萨,因为它将从10个PISA压缩到50比萨。这种在每磅制冷剂的热含量变化,即每分钟或通过压缩机的制冷剂的磅数。在不同水平的制冷剂入口压力下,流速将不同。由于下段中所述,它也是期望低压缩比,因为它对压缩机的体积效率的影响。

容积效率

自压缩机气缸中的活塞不能通过其压缩行程的压缩行程一路走到气缸顶部,因为必须留下阀门的动作。活塞与气缸顶部之间的任何接触将是非常不希望的。当活塞高于它可以去时,气缸顶部的空间被称为间隙。该体积中的制冷剂气体不会从气缸中排出并在活塞通过其向下行程时保持后面。压缩此气体所需的电源不做任何有用的工作,并且代表压缩机操作中的损耗因子。根据其机械结构,制冷剂的性质和系统的操作条件,浪费功率可能从施加到压缩机的总功率的10%到50%。可用功率与总功率的比率称为体积效率,通常针对每个压缩机设计进行实验确定。

压缩比直接影响容积效率。在高压缩比时,间隙容积内制冷剂气体的压力相对于入口或吸入压力较高。因此,在压缩这部分制冷剂气体时,总功率的百分比更高,容积效率更低。

过热的效果

如前所述,回流中的过热吸入气体管线可能具有一些缺点。为了说明这种可能性,让我们假设R-12,同时仍在0°蒸发。F,吸收足够的热量以将温度提高到120°。f,因为它进入压缩机圆筒。此时的制冷剂气体将具有以下性质。

  • 温度= 120°。F

  • 比容= 2.103立方英尺/磅

  • 热量= 95.062 Btu/lb

  • 熵值= 0.2032 Btu/(lb) (deg. F)

假设发生概要压缩并且该熵保持相同,在留下压缩机的燃气的特性,冷凝温度为100°。F,将是:

温度= 243°。F

热量= 112.181 Btu/lb

通过将这些性质与上面所示的这些性能进行比较,过热温度为80°。F,用于进入压缩机缸的气体气体,可以找到一些差异。在较高温度下,每磅制冷剂的体积是2.10 Cu FT而不是在较低温度下的1.94 Cu Ft。由于压缩机速度不能改变(至少在密封压缩机中),因此其在Cu Ft / min方面的位移。无法改变。因此,压缩机必须更长时间地处理每磅制冷剂。这反映在LBS / min中循环的较小量的制冷剂。另一方面,只要加入温度,蒸发温度和加热的过热量,加入到蒸发器内的制冷剂中都保持不变,每磅制冷剂的净冷冻效果也没有变化。由于压缩机现在能够处理更少的制冷剂,因此系统的制冷能力降低。在所使用的示例中,容量从200 BTU / min变化。 with 80 deg. F superheat temperature to 185 Btu/min. if the temperature rises to 120 deg. F, or a decrease of 7.5%.

冷凝温度的影响

作为改变条件对制冷系统容量的影响的进一步说明,在R-12示例中假设冷凝温度为120°。f而不是100°。F和蒸发温度保持0°。F,净冷藏效果将是:

20℃的气体热含量。超热= 80.161 BTU / LB

液体在120度F = 36.013 Btu/lb时的热容量

净制冷效果= 44.148 Btu/lb

将指出净时制冷效果降低冷凝温度是120度。比在100度F。F .假设使用相同的压缩机的固定位移一样在上面的示例中,气体进入压缩机汽缸的温度是80度F,具体体积为1.94立方英尺/磅。,压缩机能够循环的制冷剂重量仍保持不变。

7.91立方英尺/分钟。/ 1.94立方英尺/分钟= 4.08磅/分钟。

由于每磅制冷剂能做更少的冷却,系统的总容量将更少。

44.15 Btu/lb × 4.08 lb/min = 180 Btu/min

用100°的冷凝器。F,制冷能力为200 btu / min。因此,如果冷凝温度升至120℃。F,如果所有其他条件保持不变,容量将减少约10%。

操作条件的变化

通过类似的制冷剂和制冷性能的计算,将确定对于给定的压缩机,通过以下操作条件的变化增加了制冷能力。在本发明内容中,假设列出的条件发生在不影响制冷剂的其他条件或性质的情况下改变。在实践中,这并不总是可能,并且在某些情况下,一个条件的变化伴随着另一个条件的相反变化,并且必须考虑到确定容量的变化。

增加容量:

  1. 降低冷凝温度(或通过任何方式降低液体温度,例如使用液体蒸汽热交换器)

  2. 蒸发温度较高

  3. 蒸发器中更高的过热

  4. 较低的气体温度进入压缩机圆筒

冷凝器

制冷循环的最后一步是处理制冷剂气体在蒸发器中拾取的热量。通过压缩机,冷凝器的功能是从制冷剂蒸汽去除热量,并将其转移到其他空气或水中。

当制冷剂蒸汽离开压缩机时,它处于过热状态,也就是说,它比在相同压力下的饱和蒸汽包含更多的热量。压缩机从汽缸中排出蒸汽的压力由冷凝器中液体的温度调节。当液体存在于管道系统中,不受小孔或小通道的限制时,通过系统的压力将是液体在其温度下的蒸汽压,除非蒸汽通过管道时由于压力下降而产生很小的差异。排气压力可参考饱和液体在冷凝温度下的性能表。以R-12为例,假设冷凝温度为100华氏度,排气压力为117.2 psig。

随着更多的热量从冷凝器中的制冷剂的饱和蒸汽中被移走,它变成了液体,温度没有任何变化。蒸发潜热,或者在这种情况下,冷凝潜热,因为同样多的热量涉及到从液体到蒸汽或从蒸汽到液体,在100华氏度下,它是55.93 Btu/lb。当这部分热量被除去后,一磅制冷剂蒸气就完全变成了液体。

用于冷却冷凝器的物料的温度,必须低于被冷却和冷凝的制冷剂的温度。或者,换一种方式解释,如果冷凝器中有冷却介质,在给定的温度和流速下,制冷剂的冷凝温度将自动确定为高于冷却材料的温度。当用空气作为冷却液时,制冷剂的冷凝温度通常可能比空气温度高20 ~ 30℃. F左右。与水冷冷凝器,冷凝温度更可能是8至10华氏度高于水的温度。

冷凝的液体制冷剂留下冷凝器并朝向准备好的蒸发器返回到另一个循环。

将高压液体降为低压液体

液体管路中的液体制冷剂处于高压(冷凝压力为117 psig)。进入蒸发器后,它的压力必须降到37 psig,这样它才能在40华氏度沸腾;必须在蒸发器的进口处提供一些方法来将117 psig降低到37 psig。有几种方法可以将液体从冷凝压力降低到蒸发器压力,但它们都依赖于阀门上的一个小孔,称为膨胀阀、浮阀或喷射器,或一段内径较小的管,称为毛细管或节流管。这些会限制制冷剂的流动,并导致从冷凝压力到蒸发器压力的压降。

生产低温的实际过程在蒸发器中完成;压缩机和冷凝器的唯一功能是通过将其与液体重新调成液体来挽救蒸发器,使得它可以再次在蒸发器中使用。

净冷冻效果

膨胀阀被调整以将压力从117 psig降低到37 psig,所以蒸发器中的压力是37 psig,温度是40华氏度,因为在37 psig, R-12在40华氏度沸腾。

然而,需要加热,因此沸腾的制冷剂从蒸发器和蒸发器周围的液体吸收热量。我们甚至可以确定每磅煮沸吸收的制冷剂的热量;也就是说,通过蒸发器和其余系统循环的每磅。

每磅制冷剂通过蒸发器时从产品或空气中获得的热量被称为制冷效果。进入计量装置(TX阀)和蒸发器线圈的液体制冷剂在其给定温度下具有一定的热含量,制冷剂蒸汽在其较低温度下离开蒸发器。这两个阶段的热含量的差异是通过蒸发器循环的制冷剂中吸收的热量。因此,制冷效果是根据每磅制冷剂循环的BTU的评级。

制冷剂吸收的热量取决于制冷剂的两个主要条件和这些条件下的温度:

  1. 进入制冷剂控制的液体制冷剂的温度(TX阀)

  2. 蒸发温度,或制冷剂蒸汽离开蒸发器的温度。

表中列出了R-12在饱和蒸气状态下的性质,列出了液体制冷剂在100华氏度31.16 Btu/lb时的焓(热容量);而40℃F制冷剂蒸汽离开蒸发器的焓为82.71 Btu/lb。因此,这两个数字的差值等于51.55 Btu/lb,即在给定条件下,每磅制冷剂从产品或空气中吸收的热量。

如已经指出的那样,改变每磅制冷剂的制冷效果的两个变量涉及“进入制冷剂液体温度”和“离开制冷剂蒸汽温度”。因此,通过降低进入液体温度,将增加制冷效果。这意味着较少的制冷剂必须循环以进行所需的工作。而且,通过提高蒸发温度而冷凝温度保持不变,将降低循环所需的制冷剂的量。

直胀式蒸发器的盘管容量

任何直接膨胀(DX)蒸发器或冷却盘管的容量取决于:

  1. 制冷剂循环温度

  2. 空气(干湿灯泡)的温度或通过蒸发器或冷却盘管循环的其他液体

  3. 冷却液体的体积被循环

如果更改进入蒸发器的冷却液的温度,则制冷效果也变化。这影响了蒸发器的容量,并且如果冷却液体的温度保持相同,则制冷剂吸入温度的任何变化也将改变制冷剂和冷却液体之间的温差。如果这种温差降低,则制冷剂蒸发的速率也将降低。

如果被冷却的液体量减少,制冷剂蒸发也会发生同样的减少,因为更少的液体量会冷却到更低的温度,并减少制冷剂和被冷却的液体之间的温差。

在直胀式蒸发器容量表中可以看出,随着吸气温度的升高,盘管容量降低。这是由于制冷剂和被冷却液体之间的温差减小造成的。

相同的,条件不同地影响蒸发器和压缩机的不同方式:随着蒸发器的容量增加,压缩机的容量减小。因此,在该字段中选择和安装的组件需要仔细地平衡蒸发器和压缩机组件(关于它们的各个容量),以便找出每个将具有相同容量的点或点。

油循环

油在制冷循环中流动,随着制冷剂,由于压缩机必须润滑运动部件的润滑,油的流动将从那个初始点考虑。当活塞被润滑时,制冷剂蒸气与附着在气缸壁上的油直接接触。一些油随着制冷剂蒸汽一起进入压缩机和冷凝器之间的热气体排放管道。

如果只有少量的油随着制冷剂流动,它将通过冷凝器和接收器,并通过液管进入蒸发器,返回到压缩机曲轴箱之前,该系统的部分被泵缺油。但有些压缩机可能泵出相对大量的油,除非为其迅速返回曲轴箱作出规定,否则会对压缩机造成严重的损坏。预防措施是正确安装有合适螺距和合适尺寸的制冷管道,并在需要时在管道系统中提供油环。在某些情况下,可能需要在靠近压缩机排气口的制冷回路中安装油分离器。少量的冷冻油不会对蒸发器造成危害,但大量的冷冻油在蒸发器的回路或通道中汇集会引起蒸发器温度的升高。如果吸入压力保持不变,总冷却量就会减少,因此整个系统的效率会降低。

如果允许油保留在蒸发器中,它将占据用于蒸发制冷剂的线圈中的空间,并且制冷将降低效率。

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基本制冷系统基础 - 制冷组件

压缩机

用于舒适冷却和工业制冷的现代蒸汽压缩系统使用几种类型的压缩机:往复式、旋转、螺旋(螺杆式)、离心和涡旋。

在某些系统中,压缩机由外部电机驱动(称为开式驱动或开式驱动系统)。开式驱动压缩机系统更容易维修,但在压缩机曲轴驱动端使用密封可能是泄漏的来源。开式驱动系统通常使用“V”带或柔性“联轴器”将动力从电机传输到压缩机。

第二主要类别是密封系统,其中电动机与压缩机放置在壳体内。在密封系统中,电动机通过制冷剂蒸汽而不是外部空气冷却,曲轴箱用作进气歧管,并且进气阀不需要直接连接到吸入管线。密封系统的泄漏问题比开放系统更少,因为它们没有曲轴箱密封。然而,密封压缩机更难以使用,尽管经受失败的一些部件通常放置在壳体外部。这些部件通过防漏装置连接到压缩机和电机。密封系统中的电机不得发出任何电弧(所以它们不能使用刷子),因为它们会污染制冷剂油,并导致电机烧坏。

密封系统被归类为1)全密封或2)可维修的密封(半密封)。许多封闭式压缩机具有不可用的焊接壳体。如果电机或压缩机发生故障,则必须更换整个单元。

半密封系统通常用于大型往复式、离心式、螺杆式和涡旋式压缩机。半密封系统中的外壳是用螺栓和垫圈连接在一起的,对于主要的维修操作,可以拆卸。

压缩机冷却

压缩机在压缩制冷剂蒸气的过程中会产生相当大的热量。大多数的压缩机都与高压蒸汽一起进入冷凝器,但是压缩机头也必须处理掉多余的热量,以保持在安全的工作温度内。这通常用鳍或水道来完成。

在密封和半密封系统中,吸入管线将冷却制冷剂流送到气缸盖。因此,抽吸气体的温度和压力对于保持适当的压缩机体温至关重要。进入压缩机的吸气不应超过65°。F(18°C)在低温安装上,或90°。F(32°C)在高温系统上。更热的气体密集较小,在压缩机中拿起较少的热量,因为压缩机电机和吸气气之间的温差较少。低压切口控制应保护电机免受吸入管路压力不足。

通过将它们直接放入冷凝器风扇的喷砂中,可以冷却风冷的开放式压缩机。另一种方法是将风扇专门用于压缩机冷却。水冷式压缩机可以采用夹套头,允许水通过头部循环。

离心式压缩机

离心式压缩机使用叶轮,使用称为离心力的力快速旋转并将制冷剂脱落,远离中心摄入量。离心力是使用原理,例如,允许您在不洒在其中的水中的折扣开销。因为每个叶轮增加了相对较小的压力,所以几个叶轮通常都在一起,以在高端(放电压力)上产生必要的压力。

离心式压缩机用于大型系统,通常是半封闭或开放式配置。根据所使用的制冷剂和所需的蒸发器操作温度,压缩机可以在正吸气压力或真空系统中运行。大型离心系统可以随时运输,并充有制冷剂和油。

离心式压缩机没有连杆,活塞和阀门;因此,轴承是佩戴的唯一积分。压缩机放电压力是气体密度,叶轮直径和设计的函数和叶轮速度。离心式压缩机叶轮非常迅速旋转:

低速3,600 rpm

中速9,000转/分

高速9000转/分以上

电源由电动机或蒸汽涡轮机提供。蒸汽在轴周围进入叶轮的中心,并通过叶轮刀片引导。随着叶轮加速气体,通过叶轮的动能被转换为快速移动气体的动力学。当气体进入蜗壳时,它被压缩,并且动能被转换为压缩气体的势能。离开叶轮的气体的速度非常高。

调节供应量和来自蒸发器的制冷剂蒸汽的方向的入口叶片可以控制容量。大型压缩机,有三个阶段可以省略入口叶片。

由于叶轮的高速,制冷剂洪水回到离心式压缩机上是危险的。为了防止洪水,制冷剂充电不得过度,过热必须足够。许多离心式压缩机尤其是在真空中操作的压缩机具有吹扫装置,以便从系统中处理不需要的空气。净化单元是冷凝单元,其具有压缩机和冷凝器,其从系统冷凝器和压缩机的最高点汲取蒸汽并冷凝。因为只有制冷剂在由吹扫单元产生的压力下凝结,所以可以在顶部收集的空气和其他不可凝聚的不可粘缩可以手动或自动通过阀门到大气中的阀门吹扫。吹扫的液体制冷剂流过吹扫单元冷凝器中的浮动阀门回到主系统。如果在离心系统中安装过滤器干燥机,则可以将其放置在浮动阀周围的旁路。将过滤器干燥器放在主输出中会损害压缩机操作。即使旁路只采用一部分液体流动,它最终将从制冷剂中除去足够的水分以控制系统酸度。

冷却器组件 -  2级离心式压缩机”width=

制冷系统冷却器组件

图6 - 1:两级离心式压缩机。1-二级可变进口导叶。2-First-stage叶轮。3-Second-stage叶轮。4-Water-cooled马达。5-底座、油箱、润滑油泵总成。6-一级导叶和容量控制。7-Labyrinth密封。8-Cross-over连接。9-Guide叶片致动器。 10-Volute casing. 11-Pressure-lubricated sleeve bearing.注意,没有显示出排放口。

冷水机组系统组件-单级压缩机”width=

图6 - 2:一种密封离心式液冷机组,单级压缩机。使用HCFC-22、300至600公称吨;使用HFC-134a,标称吨200至530。该系统可以使用R-22或R-134a,如果需要,可以从R-22转换为R-134a。这个装置有一个微处理器来控制系统。显示制冷循环的剖视图。

螺旋螺杆压缩机

20吨以上制冷系统一般采用螺杆式压缩机。这些压缩机使用一对螺旋螺丝,或转子,它们一起旋转在一个腔室和强制制冷剂从进气,腔室的低侧向端高侧

制冷系统螺杆压缩机|冷冻机”width=

图6 - 3:螺杆式压缩机横截面。男性的转子。乙女转子。C-Cylinder。气化的制冷剂从一端进入,另一端排出。

随着气体被强制出来的,它被压缩成螺杆裂片之间的间隙缩小,产生压缩动作。除了在进气口和排气口的服务之外,不需要阀门。由于转子连续旋转,因此具有比制冷和空调预订腔室,往复式压缩机的振动。螺旋(螺钉)压缩机采用开放式驱动或密封配置。

转子被称为驱动转子的“雄性”,以及用于驱动转子的“母”。雄性转子,具有更多裂片,旋转比雌性瓣更快。容量控制是通过在压缩机室中打开的滑阀完成的,并且允许蒸汽出口而不被压缩,有些单元能够仅以仅以10%的额定容量为有效地操作。

工业制冷系统螺杆压缩机基本操作”width=

图6 - 4:螺杆压缩机的基本操作。旋转的转子压缩蒸汽。a -压缩机叶间空间被填充。B-Beginning压缩。c滞留蒸汽的充分压缩。d .压缩蒸汽排放的开始。压缩蒸汽从叶间空隙完全排出。

往复式压缩机

往复式压缩机使用气缸内滑动的活塞来压缩制冷剂蒸气。往复压缩机的工作原理如图4-29所示。在图4-29A中,活塞在气缸内向下移动。制冷剂蒸气从那里进入钢瓶空间。图4-29B中活塞已向上移动。它将气化的制冷剂压缩到一个更小的空间(间隙空间)。压缩的蒸气已通过排气阀进入冷凝器。

冷却器系统往复式压缩机结构”width=

图6 - 5:往复式压缩机基本结构。

在冲程的顶端,活塞必须非常接近汽缸盖。间隙空间越小,活塞行程将产生的压力越大。这个间隙可能在0.010到0.020英寸(0.254毫米到0.508毫米)之间。

小型系统可采用双活塞式压缩机,而大型工业系统使用多缸多活塞压缩机。压缩机曲轴箱必须设计成处理压缩的热量。压缩机曲轴段通常是铸铁,并且具有用于散热到空气或在某些情况下的水夹克的翅片,以消散压缩热量。在半密封和密封压缩机中,冷却由来自吸入管线的制冷剂提供。大型往复式压缩机中的活塞具有单独的油和压缩环。在活塞上较低的油环,用于减少进入曲轴箱的油的量。在小系统中,可以省略省略墨环,而是使用油槽来控制油流。压缩环用于对气缸壁进行紧密密封,确保每个行程泵尽可能多的制冷剂。

曲轴箱轴和连杆

冷水机系统2缸往复式压缩机”width=

图6尺6寸的大:交手小,外部驱动,双缸往复式压缩机的剖视图。车身采用轻质合金铸造,铸铁缸套永久铸造成曲轴箱车身。

在往复式压缩机中,曲轴箱轴将马达的旋转运动转换为活塞的往复式运动。曲轴在主轴承内旋转,主轴承必须牢固地支撑曲轴,并抵抗由电机和连杆置于轴上的末端载荷。末端间隙的确切数量应在制造商的文献中详细说明。

我用来将连杆连接到曲轴的几种类型的联系:

  1. 传统的连杆,商业系统上最常见的连杆被夹紧到通过。
  2. 偏心曲轴具有曲轴上的中心,圆形凸轮,以产生上下运动。该系统消除了连杆上的盖子或螺栓的需要。相反,在最终组装之前,单件杆端部安装到曲轴上。
  3. scotch轭不使用连杆。相反,活塞的下部包含一个凹槽,它接受曲轴的行程。该凹槽允许曲轴掷横向移动,并只驱动活塞上下。苏格兰轭和偏心轮主要出现在家用和汽车系统上。

曲轴箱密封

在开放式系统中,曲轴和曲轴箱之间的密封是常见问题的源泉。密封件受到大量压力变化,必须操作,并且必须操作并密封曲轴是否旋转或静止。旋转和固定表面之间的间隙必须准确(至1000001英寸或.0000254 mm),润滑填充到微小的间隙。密封件通常由硬化钢,陶瓷或碳制成。没有曲轴密封的缺失是密封设计的主要优点。

旋转式密封是一种简单的公共密封,其在操作中恢复轴上。弹簧与内压结合,迫使密封面对固定密封面。

曲轴箱密封的主要问题来源是由于不对中泄漏。当将电机轴对准压缩机轴时必须小心,这样在运行时密封就不会受到压力。必须在水平方向和角度方向上观察压缩机制造规定的紧密公差。在大多数情况下,密封是由压缩机油泵润滑的。确保压缩机在长时间停机期间偶尔运行,以保持密封润滑。启动后轻微泄漏,在此期间干密封是用油润滑的,可能是正常的。

制冷剂泄漏探测器可以检测泄漏密封。检查泄漏的密封件:

冷却机-如何检查曲轴箱密封”width=

  1. 将系统向下泵入高侧(接收器或冷凝器)。
  2. 拆下压气机轴末端的联轴器。
  3. 拆下密封盖和将旋转密封的任何环固定到位。
  4. 用非常柔软的布清洁环表面。
  5. 如果可见任何刻痕,刮擦或凹槽,请检查密封表面并更换整个密封件。
  6. 重新组装系统。
  7. 检查压缩机轴和电机轴在水平方向和角度方向的对齐,必须在制造商规定的公差范围内或更好。
  8. 疏散压缩机并打开必要的阀门以将系统恢复到操作条件。
  9. 在运行生产之前检查重复的密封泄漏。

往复式压缩机头和阀板

压缩机圆筒盖通常由铸铁制成,设计成将垫圈保持在适当位置,以在阀板,气缸体和头部之间提供正密封。气缸盖必须具有段落,以承认吸入气体进入圆柱体。头部通常用盖子螺钉固定到块上。

进气阀设计用于在进气冲程期间承认制冷剂,并在压缩行程中关闭。排出阀在进气冲程期间关闭,并在压缩冲程结束时打开。阀板是组件紧密地保持两个阀门。

阀门通常由弹簧钢制成,设计用于制作紧密密封,直到活塞的泵送动作打开它们。阀门的配合表面必须完全平坦,并且缺陷小于0.001英寸(0.0254 mm)可能导致不可接受的泄漏。在服务中,阀门必须打开约0.010英寸(0.254毫米)。大开口将导致阀门噪音,而较小的开口将防止足够的制冷剂进入并离开气缸。

操作温度对阀门耐用具有很大的影响。进气阀在相对凉爽的环境中运行,并从燃料中持续润滑。放电阀是制冷系统中最热的部件,工作多达50°。f到100°。f比放电线更热,所以更常见的是错误的源于进气阀。必须配有特殊护理的排放阀。大量的油倾向于积聚在它们上,导致碳积聚并干扰阀性能。放电阀和油将受到325°的温度热的损坏。f至350°。F(163到177℃)。 In general, the discharge line temperature should be kept blow about 225 deg. F to 250 deg. F. (107 to 121 deg. C).

制冷系统往复式压缩机阀板总成”width=

图6 - 7:往复式压缩机阀板组件。

如果液态制冷剂或油的段塞从吸入管路或压缩机曲轴箱进入压缩机活塞,排泄阀可能具有安全阀弹簧,使其能够打开异常宽。

冷水机系统密封往复式压缩机”width=

图6 - 8:商用,密封往复式压缩机。它有四个两个气缸的银行(每个曲线上有四个连杆),并且螺栓拧紧,以便于维修。

回转式压缩机

旋转式压缩机使用一个或多个叶片在气缸内产生压缩动作。不像往复式压缩机,不使用活塞。旋转式压缩机有两种基本类型:

  1. 旋转刀片(叶片)。
  2. 固定刀片(分切块)。

在这两种类型中,叶片必须能够在其外壳内滑动,以适应转子的运动,转子在圆筒内偏离中心旋转。进(吸)口比排出口大得多。不需要进气(吸入)或排出阀;但是,在吸气管路上需要有止回阀,以防止油和高压蒸汽在压缩机不运行时进入蒸发器。

旋转刀片(叶片)压缩机

在旋转叶片设计中,转子(轴)在汽缸内旋转,但圆筒的中心轴线和轴的中心轴线不相同。旋转转子(轴)具有几种接受滑动叶片的精密加工槽。随着轴旋转,这些叶片通过离心力强制靠汽缸。随着气体从吸入管线进入压缩机,叶片将其扫过。因为转子未处于气缸中,所以含有气体的空间随着叶片迫使气体周围的气体而减小。结果是气体压缩。当气体达到最小体积和最大压缩时,它被强制出出口端口。该系统的间隙量非常低,压缩效率非常高。

叶栅系统的一级常采用旋叶式压缩机。旋转叶片压缩机可以有两个和八个叶片之间;大型系统有更多的刀片。叶片与气缸壁接触处的边缘必须精确地打磨光滑,否则将导致泄漏和过度磨损。叶片也必须精确地适合在转子槽。

用于冷却器的旋转刀片压缩机”width=

图6 - 9:旋转刀片压缩机。黑色箭头表示转子的旋转方向。红色箭头表示制冷剂蒸汽流动。

固定叶片(分压块)旋转压缩机

在固定刀片系统中,汽缸壳体中的滑动刀片将低压蒸汽与高压蒸气分开。偏心轴在圆筒中旋转叶轮。该叶轮不断摩擦圆柱的外壁。当叶轮旋转时,刀片捕获量的蒸气。蒸汽被压缩成较小且较小的空间。压力和温度建立起来。最后,蒸汽被迫通过排放口。

工业制冷系统旋转叶片压缩机”width=

图6 - 10:旋转式压缩机。固定刀片或分隔块与叶轮接触。

工业冷水机组密封,单身固定刀片旋转压缩机”width=

图6尺11寸:密封,单定叶旋转压缩机。

滚动压缩机

在涡旋压缩机中,压缩是由两个涡旋元件完成的,一个是轨道涡旋,一个是固定涡旋。一卷“定卷”保持不动。另一个卷轴“轨道”卷轴通过一个偏移的圆形路径绕固定卷轴的中心旋转。这种移动在两个滚动元素之间创建压缩口袋。低压吸入气体在形成时被困在每个周边袋内;转动的卷轴的持续运动密封了口袋,当口袋向卷轴的中心移动时,口袋的体积会减小。当一个凹槽到达排气口所在的中心并将气体排出时,可实现最大的压缩。在这个压缩过程中,几个口袋同时形成。

冷却器滚动压缩机”width=

图6-12:涡旋中的压缩是由静止涡旋中轨道涡旋的相互作用引起的。当其中一个涡旋轨道运行时,气体被吸进一个外部开口。随着旋转运动的继续,打开的通道被封闭,气体被强迫到涡旋的中心。3 .口袋的体积逐渐变小。这就造成了越来越高的气体压力。4 .在袋体中心达到排出压力。气体从静止涡旋部件的端口释放出来。5 .在实际操作中,有六个气体通道始终处于不同的压缩阶段。这就产生了几乎连续的吸入和排出。

冷水机组用斜盘往复式压缩机”width=

图6-13:横截面通过旋转斜盘往复式压缩机。作为驱动轴和旋转斜盘旋转,双端活塞在圆柱体中来回移动。

从涡旋的外部部分的吸入过程和从内部部分的排出是连续的。这种连续的过程给压缩机非常平稳的运行。

压缩是一种没有常规抽吸和排出阀的连续过程。为了防止压缩机在关闭电源后向后运行,止回阀直接位于固定涡旋盘放电端口上方。

制冷机组涡旋式压缩机”width=

答:纸卷压缩机的剖视图。冷水机涡旋压缩机的基本压缩表示”width=

B:滚动压缩机的基本压缩表示。轨道涡旋绕固定涡旋旋转,向中心的出料口产生平滑、恒定的压缩。

压缩机的油系统

往复式压缩机通常使用两种类型的润滑系统:

  1. 飞溅系统采用曲轴飞溅油;油通过轴承通道流到主轴承。轴承可能有噪声,因为这个系统产生一个小的油垫。
  2. 油压系统采用曲轴箱中齿轮驱动的油泵;油被迫进入连杆,主轴承和活塞销中的通道。油泵系统确保润滑和安静操作做得更好。泵必须具有过载缓解阀,以防止在压缩机润滑电路中开发危险压力。如果油压降至安全水平以下,则通常用于监测油压并关闭压缩机。

回转式压缩机

在圆筒,刀片和滚筒上需要一部薄膜。一些机器通过滑动作用推动油;其他人使用油泵。

离心式压缩机

高速运行,可能有精密的油控制系统,泵,油分离器,水库润滑轴承,油过滤器,安全阀和油冷却器。

螺旋螺杆压缩机

需要油冷却,密封和沉默转子;它们通常具有强制润滑系统。正排量泵可以独立于压缩机操作,确保压缩机启动的完全润滑。石油分离,管道向油槽(水库)。冷却并送到轴承和端口,用于注入压缩室。油槽(水库)有加热器,以防止在脱机期间制冷剂稀释。

卷轴压缩机

需要油冷却和密封之间的轨道和静止涡旋。油通过电机轴上的孔和旋转的涡旋被离心作用驱动到涡旋上。

三种器件通常用于工业制冷系统,以控制系统油:油分离器,油位调节器和储物液。可能需要其他元件,例如滤油器,电磁阀和隔离阀,以完成系统。应执行常规系统油测试,以检测制冷压缩机油中的损坏酸度。

促进回油

通过制冷剂的流动,必须将直接膨胀或干蒸发器系统中的油扫回压缩机。蒸发器管中的速度必须足以使油回来。

水平线需要每分钟约700英尺(214米)的速度,需要在垂直线上每分钟约1500英尺(457米)。

若干额外措施将有助于确保适当的油回归压缩机。向压缩机倾斜制冷管线。通过使其正确,不超大,确保吸入管路中充足的制冷剂速度。高粘度油(如在蒸发器条件下测量)更耐制冷剂流动返回。油容易溶解制冷剂的油仍然比没有制冷剂的油的流体。溶解在油中的制冷剂的量根据蒸发器的各个部分中的压力和温度条件和两个流体的性质而变化。

在低温蒸发器中回油更加困难,因为油变得更粘随着制冷剂的温度和压力变低。高压缩比也会降低回油量,因为吸入的气体密度较小。因此,在低温蒸发器中,适当的吸入管路速度尤为重要。

油不会在泛气蒸发器中扫回压缩机,因此需要换油线。在一些系统中,特殊腔室连接到蒸发器以允许在油返回压缩机之前从油中煮沸的制冷剂。

排放线

系统上部的排出管,将压缩机与冷凝器连接。管道通常是铜管通过钎焊连接。该排放物可能包含;减震器,消声器,油分离器,压力控制阀,和旁路或维修阀。

减震器

抽吸和排放线均从压缩机向其他冷却系统部件传递振动。这种振动可能导致不必要的噪音和制冷剂管道的劣化导致制冷剂泄漏。

对于具有小直径软铜管的小型系统,减振器可以由一个管盘组成。柔性金属软管,其内径至少与所连接的油管一样大,更适合于大型系统。这段管道可以通过外径插座、螺纹外螺纹或法兰连接。制冷剂沿吸收器的盘绕内径高速流动可能会引起啸声。减振器不是为压缩或扩展而设计的,所以它们的桅杆是平行于压缩机曲轴,而不是在直角。

围巾

消声器用于减少往复式压缩机排放脉动和噪声向管道系统和冷凝器的传输。消声器是内部有挡板的圆筒。一般来说,消声器产生一个大的压降,比那些限制较少的更有效。通过消声器的气体流量的体积和密度都会影响消声器的性能。

油分离器

油分离器是一种装有一系列挡板和筛网的容器,安装在排出管路上。排出的蒸汽和油雾进入油分离器,被迫旋转并碰撞到挡板和筛网,使油滴结合成大滴,滴到底部的油底壳。污水坑允许污泥和污染物沉淀,并可能有磁铁吸引铁粒子。当油底壳中积累了足够的油时,它会抬起一个浮子,在油分离器内的油压推动下,流回压缩机曲轴箱。

油分离器最常见于大型和低温系统。它们是氨系统强制性的。

冷凝器

冷凝器是制冷回路的高侧组件,它使热高压制冷剂气体向环境中释放冷凝潜热。这种热量损失导致气体凝结成高压液体,并通过管道输送到计量装置。冷凝器排出的热量通过蒸发器和压缩机进入系统。由于效率低和其他热量的增加,一个开放式系统的冷凝器必须处理大约1.25倍于蒸发器获得的热量。密封系统中的冷凝器也必须从电机绕组中释放热量。

许多不同类型的冷凝器都在使用中,这取决于功能和处理热量的方式。两种基本类别“水冷”和“风冷”是根据用于散热的介质分类的。冷凝器的基本设计目标是以最低的成本和空间要求除去最多的热量。

水和空气通常是丰富和经济的冷凝介质。水可以快速有效地除去大量的热量,这使得冷凝器相对较小,使水冷式冷凝器在合适的情况下更经济。然而,水可能是稀缺的或化学上不适合冷凝器冷却使用。此外,水冷式冷凝器容易结垢、结垢、冻结和腐蚀。

风冷式冷凝器必须比水冷式机组大,但不存在结冰或水的问题。当没有水、价格昂贵或化学成分不合适时,就使用风冷。

翅片,电线或板可以固定在冷凝器管中以增加表面积和处理冷凝热的能力。风扇或泵通常用于增加冷凝介质的流动。这种增强增加了制冷剂的次冷却,增加了传热速率,并降低了冷凝器的椭圆形尺寸。

空气冷却冷凝器

风扇上的风冷冷凝器继电器在管道上移动空气,然后从制冷剂中去除热量。护罩用于通过将所有气流引导到冷凝器管中来提高风扇效率。可以使用不同类型的翅片来增加冷凝器的表面积。只有在冷凝器表面清洁时,才能实现空气冷却冷凝器中的适当传热。

当热传递最慢并且冷却负荷可能是最大的,必须设计在最热的环境条件下工作以在最热门的环境条件下工作。

在寒冷天气下运行的室外风冷冷凝器给系统设计带来了特殊的挑战。需要特殊的预防措施来保护室外的风冷冷凝器免受低温环境的影响。主要问题是,除非水头压力足够,否则制冷剂不会通过计量装置,而寒冷的环境温度会降低水头压力。

对于在寒冷环境温度下运行的风冷冷凝器,系统可能需要下列任何一种设备或组合:

  1. 冷凝器防风雨外壳
  2. 一种防止压缩机短循环的方法
  3. 一种在冬季和低于冰点环境温度时控制水头压力的方法
  4. 一种防止压缩机油被液体制冷剂稀释的方法

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由Oldrich Bocek(1939-2003)
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