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制冷背后的科学

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基本制冷原理:什么是冷水机?

冷却器只是一种用于从东西中去除热量的设备。对于工业用途,冷水机可以被认为是一个复杂的机械系统中的一个组件,用于从一个过程或物质中去除热量。要真正了解什么是制冷机,需要基本的制冷原理知识。

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什么是冷水机组?基本制冷原则

制冷机就是用来除去某物热量的设备。对于工业用途,冷水机可以被认为是一个复杂的机械系统中的一个组件,用于从一个过程或物质中去除热量。要真正了解什么是制冷机,需要基本的制冷原理知识。欢迎来到伯格的酷学校。

制冷基础概论

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)。冷是一个相对术语,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,是去除不必要的热量从一个选定的物体,物质或空间,并将其转移到另一个物体,物质或空间。除去热量会降低温度,可以使用冰、雪、冷冻水或机械制冷来完成。

D)。机械制冷,是利用机械部件安排在一个制冷系统为了转移热量。

e)。制冷剂在机械制冷系统循环过程中,这些化合物被交替地压缩和冷凝成液体,然后再膨胀成蒸汽或气体。

制冷循环基于众所周知的物理原理,即液体膨胀为气体,从周围物质或区域中提取热量。(你可以简单地把手指弄湿并举起来测试这个原理。它马上就会感觉比其他的更冷,尤其是暴露在一些空气流动中。这是因为你浸泡的液体正在蒸发,在蒸发的过程中,它会带走手指皮肤的热量和周围的空气)。

制冷剂蒸发或“沸腾”的温度比水低得多,这使得它们吸收热量的速度比你手指上的水更快。

F)。制冷系统基本部件。

制冷循环的工作是从一个地方移除不需要的热量并将其排出到另一个地方。为了实现这一点,制冷剂被封闭的制冷系统泵送。如果系统未关闭,它将通过将其消散到周围介质中来使用制冷剂;因为它封闭,所以相同的制冷剂在一次又一次地使用,因为它通过循环去除一些热量并放电。封闭周期也适用于其他目的;它使制冷剂保持污染并控制其流动,因为它是循环的某些部分的液体和其他相的气体或蒸气。

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。

计量装置是我们开始整个循环过程的一个点。这可能是一个热膨胀阀,一个毛细管,或任何其他设备来控制进入蒸发器的制冷剂流量,或冷却盘管,作为低压,低温制冷剂。膨胀的制冷剂在经过蒸发器时蒸发(改变状态),在那里它从蒸发器所在的物质或空间中带走热量。

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。

液体制冷剂现在行进到计量装置,在那里它穿过一个小开口或孔口,其中发生压力和温度下降,然后进入蒸发器或冷却线圈。当制冷剂进入蒸发器管或线圈的大开口时,它蒸发,准备通过系统启动另一个循环。

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。

制冷循环部件有许多不同的种类和变体。例如,至少有六种不同类型的压缩机,从往复式、活塞通过螺杆、涡旋和离心叶轮设计,但在所有情况下功能都是相同的——即将带热的蒸汽压缩成高温蒸汽。

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。

根据设备,使用制冷剂的尺寸,有许多不同类型的计量装置将液体制冷剂调节到蒸发器中,并使用制冷剂及其应用。

上述机械制冷系统基本相同,系统是国内冰箱,低温冰柜,舒适空调系统,工业冷水机组还是商业冷却设备。制冷剂将是不同的,设备的尺寸会很大,但操作原理和制冷循环保持不变。因此,一旦您了解在制冷机械循环内发生的简单动作,您应该了解制冷系统如何工作。

制冷系统|冷却周期定义“width=

图1-1简单制冷系统。

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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

所有已知的物质以三种物理形式或状态之一存在:固体、液体或气体。这些物理状态之间有明显的不同,即:

  • 液体状态的物质将保持它的数量和大小,但不能保持它的形状。液体将始终符合占用容器。如果一个边长为1英尺的容器中有一立方英尺的水被转移到一个不同矩形尺寸的容器中,尽管尺寸会改变,但水的数量和体积是相同的。

  • 物质处于固态时将保持其数量、形状和物理尺寸。一立方英尺的木头即使从一处搬到另一处,也能保持其重量、大小和形状。

  • 物质在气态时不倾向于保持它的大小或形状。如果一个一英尺长的装有蒸汽或其他气体的圆筒与一个抽真空的两立方英尺的圆筒相连,蒸汽就会膨胀,占据大圆筒的体积。虽然这些特定的差异存在于物质的三种状态中,但在不断变化的压力和温度条件下,相同的物质可以以三种状态中的任何一种存在,例如固体、液体或蒸汽(如冰、水和蒸汽)。固体总是有一定的形状,而液体和气体没有它们自己的确定的形状,它们会与容器的形状一致。

b)。分子运动

所有物质都是由称为分子的小粒子组成的,目前我们只关心分子,任何物质或物质都可以分解成这种最小的粒子而仍然保持它的特性。分子的形状、大小和重量各不相同。在物理学中,我们知道分子有粘在一起的倾向。当热能应用于一种物质时,它增加了分子的内能,从而增加了它们的运动或运动速度。随着分子运动的增加,物质的温度也会上升或升高。当热量从一种物质中移除时,分子运动的速度将会下降,物质的内部温度也会下降或降低。

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。

这种物质中这种状态变化发生的温度被称为它熔点。让我们假设70°F的水容器,其中放置了温度计,留在冰箱中。当它从冰箱中取出时,它已成为一块冰块 -凝固已经发生了。让我们进一步假设冰块中的温度计表示20°F的温度。

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了解了固体如何变为液体,以及液体如何变化到蒸汽,而且可以通过将固体直接变成气态的物理变化,而不首先熔化成液体的物理变化。。这被称为一个升华。作为一个例子,在大气条件下的干冰(CO 2)直接蒸镀。让我们审查这些状态的变化:a)凝固 - 从液体变为固体的变化。液化 - 从固体到液体的变化。蒸发 - 从液体到蒸汽的变化。冷凝 - 从蒸汽到液体的变化。升华 - 从固体到蒸汽的变化而不通过液体状态。

测量

我们大多数人都熟悉常见的测量,例如与长度,重量,体积等有关的那些;但现在我们进入了其他类型的测量,例如热强度,热量和能量转换单元。

热度

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。

华氏温度计或刻度基于温度计中水中汞的相对位置,当水处于冰点时,水沸腾时。这两点之间的距离分为180个相等的部分或零件程度。在正常的大气条件下,水结冰或冰融化的温度标为32度;而在温度计上水将沸腾的位置或点被标记为212度;而温度计一直是制冷工程工作中最常用的一种。摄氏温度计以前叫A.摄氏温度计,用于化学和物理,尤其在欧洲大陆,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

通过使用转换表来实现从一个温度级到其他的转换,但如果一个不可用,则可以使用这些方程式通过公式容易地完成转换:

(2 - 1)Deg。f =1.8ºC+ 32

F度= 5/9ºC + 32

(2 - 2)Deg。C =(ºF - 32)/1.8

Deg。C = 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。热量单位是英国热量单位(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。

两个英国热量单位(Btu)会使一磅水的温度发生华氏2度的变化;否则就会使两磅水的温度发生华氏度的变化。因此,在考虑水温变化时,可以利用下式:

(2 - 3)btu = w x td

在热量(在BTU中)=重量(以磅为单)x温差。

比热量

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普通物质Btu/lb/ºF比热。

您将看到不同的物质的容量因吸收或放弃热量而变化。大多数物质的比热值随温度的变化也会变化;有些人只有略有数量,而其他人可以大大改变。

假设两个容器并排放置在加热元件或燃烧器上,一个盛有水,另一个盛有等量的橄榄油。你很快就会发现,橄榄油的温度升高的速度比水的速度快,这表明橄榄油比水吸收热量更快。

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)。

前面讨论的方程(2-3)可以表述为:

(2-4)Btu = W x c x TD

其中C =物质的比热量;w =物质的重量;和td =温差。

物质的比热也会随着物质状态的改变而改变。水就是比热变化的一个很好的例子。水的比热为1.0;但是对于固态冰,它的比热接近0。50;对蒸汽0.48应用类似的值;水的气态。

示例:确定必须除去的BTU的量,以将20磅的40磅从60ºF降至20℃至20ºF。

Btu = W x c x TD

BTU = 40磅x 0.85 x(60ºF - 20ºF)

BTU = 1360.

显热

可以感觉或测量的热量被称为显热。是热量引起物质温度的变化,而不是状态的变化。物质,无论是固态、液态还是气态,只要它们的温度高于绝对零度,就在某种程度上含有感热。用于解热量的方程,以及与比热一起使用的方程,可分为懂事热方程式,因为它们都不涉及任何状态的变化。

潜热

在一个改变的状态在美国,大多数物质都有一个熔点,在这个熔点上它们可以不增加温度就从固体变成液体。在这一点上,如果物质处于液态,热量从它身上移走,物质就会凝固,温度不会改变。这些过程(从固体变成液体或从液体变成固体)中所涉及的热,在温度不变的情况下,被称为热融合热

图2-9显示了BTU中温度和BTU的明智和潜热之间的关系。

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图表在熔化冰中展示了明智和潜热关系,将冰叶变为水和水。

如前所述,水的比热是1.0,冰的比热是0.50,这就是固体(冰)和液体(水)的直线斜率不同的原因。将冰的温度从-40ºF提高到32ºF只需要36 Btu的热量。(-40ºF到32ºF = 72ºF温度变化)。(Btu = 1磅x 0.50 x 72 = 36)。从B到C,加入144 Btu来融化冰。从C到D,加入180英热单位(Btu)将水从32ºF加热到212ºF。从D到E,加入970英热单位使水汽化。注意温度并没有从D变成E。

潜伏词的派生是来自拉丁词的隐藏。这是隐藏的热量,它不会在温度计上注册,也不会感觉到。毋庸置疑,物质内的分子运动没有增加或减少,因为它会出现在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。这是在变成蒸汽阶段时一磅液体吸收的热量。或者它可以被归类为凝结潜热;因为,当感热从蒸汽中除去到它达到凝固点的程度时,蒸汽又凝结回液体形式。

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则。冷藏是通过制冷剂状态的变化转移热量

热力学的第二律

热力学的第二种定律,州只有一个方向 - 下坡;而这将通过三种基本传热方法之一进行。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。

可以通过各种材料进行热量的速率取决于材料的厚度(a)材料的厚度,(b)其横截面积,(c)材料两侧之间的温差(d)材料的导热率(K因子),和(e)热流的持续时间。

材料 电导率(k)
胶合板 0.80
玻璃纤维 - 有机键合 0.25
发泡聚苯乙烯绝缘 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
柔软的树林(冷杉,松) 0.80
石膏(砂骨料) 5.6

图2-10共同建筑和绝缘材料的电导率。

注意:K.因素在BTU / HR / FT SQ /ºF/ IN中给出。材料的厚度。可以通过使用以下等式来利用这些因素:

(2-7)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。

在制冷系统中使用具有高导电性的金属,因为在蒸发器和冷凝器中进行快速的热传递是理想的。蒸发器是从有条件的空间或物质中除去热量的地方;冷凝器将热量散发到另一个介质或空间。

在蒸发器的情况下,物质或空气比管内的制冷剂更高的温度,并且在下坡的热量转移;而在冷凝器中,制冷剂蒸汽比通过冷凝器行进的冷却介质在更高的温度下,并且在这里再次存在下坡的热量。

普通管,无论是铜,还是铝,还是另一种金属,都会根据其电导率转移热量K.因子,但是通过在管道上添加翅片可以增加这种传热。它们将增加传热表面的面积,从而提高了系统的整体效率。如果添加翅片使表面积加倍,则可以通过使用EQ来表示。(2-7)与普通管相比,整体传热本身应加倍。

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。

冰箱内的空气和在平底锅中加热的水是对流的主要例子。与冰箱上的冷却盘管接触的空气变冷,因此密度更大,并开始下降到冰箱的底部。在这样做的过程中,它吸收了产品和冰箱壁的热量,而冰箱壁通过传导从室内吸收了热量。

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。

al低温只有少量的辐射,并且只注意到少量温度差;因此,在制冷本身的实际过程中,辐射在很小的影响。但是从直接太阳光线辐射的结果可能导致建筑空调系统中的制冷负荷增加。辐射热通过暗或暗材料或物质容易地吸收,而浅色表面或材料将反映辐射热波,就像它们一样光线。

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

通过任何方式阻止或有助于防止任何方式传递热的材料,并且可以用作绝缘体。当然,没有材料将完全停止热量。如果有这样的物质,将给定的空间降至所需的温度并将其保持在那里。

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。

绝缘应为耐火和防潮,还有害虫证明。低温部件和盒子需要一种绝缘的绝缘,例如单细胞泡沫,使得水蒸气不会容易地穿透到绝缘中并冷凝,降低绝缘效率。

制冷效果-“吨”

制冷工作中用来定义和测量容量或制冷效果的一个常用术语叫“容量”一吨制冷。这是融化一大块冰(2000磅)在24小时内所吸收的热量。

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

24小时或每小时12,000英热单位(288,000 / 24)。因此,一吨制冷= 12,000 Btu/hr。

总结

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。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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基本制冷系统基础 - 流体和压力

基本制冷系统基础 - 流体和压力

流体"任何可以流动的物质,液体或气体。"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ψ(每平方英寸镑)。它直接随着液体的密度和深度而变化,并且在表面下方的相同深度处,压力在所有方向上相等。请注意使用的术语与压力和压力之间的差异。力量指该物质的总重量;压力意味着单位力或每平方英寸的压力。

(3-1)压力=力/区域或p = f / a

当涉及流体时,压力和深度有密切的关系。在水力学中,水体的深度被称为的水。水压与其深度成正比。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)P.= 0.433 xH

在哪里P.=压力,单位为psi;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P.= 0.433 xH,然后H=P./ 0.433是真的,通过换位来实现。

帕斯卡的原则

Pascal的原理,即施加到狭窄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。该原理的应用使Pascal能够发明液压机,其能够大的力倍增。图3-3示出了该原理,显示了含有诸如油的液体的容器;该容器具有通过管道或管道连接的小圆筒,每个气缸中的紧密活塞紧密活塞。如果小活塞的横截面为1平方英寸,并且大活塞面积为30平方英寸,则施加到较小的活塞时1磅的力将在大活塞上支撑重量为30磅,因为压力将施加整个液体中的1psi。

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

从科学或物理学的角度来看,密度是一种物质的每单位体积的重量,它可以用任何方便的重量单位和体积单位的组合来表示,例如每立方英寸磅或者磅每立方英尺。可以制定一个等式,表达这种关系:

(3-4)d = w / v

其中:d =密度;w =重量;v =卷;

水的重量或密度为每Cu ft约62.4磅,并且它可以表示为0.0361磅/氯气中。(1 cu ft含有1,728℃,和62.4 / 1,728 = 0.0361)。其他一些常见物质的密度在图3-5中列出。

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(铸造) 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
松树 34.2 0.55

图3-5:一些常用物质的密度和比重。

比重任何物质是给定体积的物质的重量比与给定物质相同体积的重量的比率。(其中固体或液体涉及水作为比重计算的基础,并且空气或氢气用作气体标准)。

密度(固体或液体)=比重x水的密度(磅/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.

在哪里:P.=每平方英尺LB的压力;H=以英尺为单位的水面下的头或深度;密度(磅每立方英尺)。

具体的体积

一种物质的具体体积通常用一磅物质所占的立方英尺数来表示。对于液体,它会随温度和压力而变化。液体的体积会受到温度变化的影响;但是,由于液体实际上是不可能压缩的,所以体积不受压力变化的影响。

气体或蒸气的体积绝对受其温度或其受到的压力的任何变化的影响。在制冷中,涉及的不同条件下的蒸汽体积在选择适当的制冷剂管线和制冷剂保持容器中是最重要的。

气压

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。计算,一个列的空气,横截面积一平方英寸,从地球表面在海平面大气的限制,将重约14.7磅力也意味着一种物质的重量,和压力意味着单位力每平方英寸;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。

气体压力

气体的体积受到压力或温度或两者的变化的影响。在计算这些变量时,有一些规律支配着数学计算。

波义耳氏定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:P.1V.1=P.2V.2

在哪里:P.1=原始压力;V.1=原始卷;P.2=新压力;V.2=新卷。

必须记住它P.1P.2必须在绝对压力正确使用上述方程的术语。

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。

理论上,如果压力保持恒定,则气体蒸气将以每次温度变化的1/492的速率膨胀或收缩。该理论的结果将是-460°的温度的零体积。f,或0°。绝对。

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)V.1/V.2=T.1/T.2

(3-7)P.1/P.2=T.1/T.2

在哪里:T.=绝对温度;P.=绝对压力

或者这些也可以表达:V.1T.2=V.2T.1P.1T.2=P.2T.1

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基本制冷系统基础 - 压力 - 焓

压力焓也称为压力 - 热图来描述工程一个蒸汽压缩系统的热量、压力、温度、热容量和冷却能力的相互作用的术语。这个图表显示了沿垂直轴的压力和沿水平轴的焓(制冷剂的热量与参考值相比)。

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:

液体区域,所有制冷剂都是亚冷液。

所有汽区域,所有制冷剂都是过热气体。

液态蒸汽区(也称为饱和区域),制冷剂是饱和混合物的液体和蒸气。在冷凝器和蒸发器中发现这种情况。

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-蒸汽区域与全蒸汽区域分离。一旦气体通过这条线进入全蒸汽区域,就会开始过热。

恒定质量是一条制冷剂气液比例恒定的线。

恒定焓线(热量)是一种垂直线,制冷剂具有相等的总热含量。

恒温线标记制冷剂具有恒定温度的位置。该线在全液体区域中是垂直的,水平在饱和蒸气区域中,并且在全蒸汽区域中几乎垂直。

恒压线是描述具有恒定压力的位置的水平线。

制冷剂的压力焓(热)关系沿多边形映射ADEFG。通过参考表可以理解蒸汽压缩循环的动作B5。

一种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.并开始释放凝结的潜热,如图中向左移动(焓损失)所示。冷凝器压力保持恒定,而制冷剂失去热量。在

C制冷剂完全凝结和饱和液体线。冷凝器继续从制冷剂中拉热,这最终成为亚冷液体并开始松散的热量。现在液体制冷剂进入液体线。温度和压力在液体线中保持恒定,直到

D.计量装置。现在压力突然沿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,液体制冷剂开始蒸发。蒸发器压力稳定后E.,制冷剂获得热量并沸腾直到

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压缩机挤压制冷剂,提高压力,温度和焓,并且循环重复随着制冷剂到达一种。

制冷系统:压力-热图解释“width=

B5.“width=

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基本制冷系统基础 - 压缩周期

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。

等熵压缩意味着在恒定熵下压缩。离开压缩机的气体熵与进入压缩机的气体熵相同。气体离开压缩机时的压力由冷凝器中液体制冷剂的蒸汽压力决定。假设在冷凝器和压缩机气缸上的出口阀之间有一个敞开的管道,忽略会出现的小压降,那么从冷凝器到压缩机的整个过程中,排气管中的压力都是恒定的。因此,在通过压缩机时,温度和热量或焓都有所增加。

容量

以前所有关于热容量或焓的变化的引用都是以一磅制冷剂为基础的。为了与能力相联系,必须引入时间的因素。系统的容量取决于一磅制冷剂蒸发的频率,这取决于压缩机的大小和制冷剂在制冷剂循环温度下的特性。

在R-12的一个例子中,假设压缩机的尺寸合适,当制冷剂在0华氏度蒸发,在100华氏度冷凝时,每磅制冷剂R-12可以吸收49.06 Btu。因此,这一热量可用来冷却工作。因为一吨制冷量等于200btu /min,所以可以用下面的公式产生这样的制冷量:

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。

压缩力量

能量可以用不同的方式表示,但制冷的主要兴趣单位是马力。根据定义,1马力= 42.42 Btu/min。,这样就可以计算出压缩气体所需的能量。

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

从制冷剂的特性可以得到制冷应用所需的压缩机的尺寸。在R-12的例子中,在0°f的蒸发和100°f的冷凝温度下,净制冷效果是49.06 Btu/lb。经测定,气体进入压缩机气缸的体积为1.94立方英尺/磅。适当的划分可以得到制冷能力与压缩机所处理的气量之间的关系。

49.06 BTU / LB / 1.94 CU FT / 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。

压缩机比例

蒸发器中制冷剂沸腾的温度决定了压缩机的进口压力。压缩机的出口或排出压力是由冷凝器中冷凝制冷剂的温度确定的。这两个压力的比率是称为压缩比,并表明压力水平之间的压缩机必须能够运行。在确定压缩比时,必须始终使用绝对压力。例如R-12液体在100℃时的蒸汽压F为131.86 Pisa, 0℃时的蒸汽压F为23.849 Pisa压缩比,则为:

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。

体积效率直接受压缩比的影响。在高压缩比下,相对于入口或吸入压力,间隙体积中的制冷剂气体的压力很高。结果,在压缩该部分的制冷剂气体和体积效率较低时浪费了更高百分比的总功率。

过热的影响

如前所述,回吸气体管路过热可能有一些缺点。为了说明这种可能性,让我们假设R-12,虽然仍然在0华氏度蒸发,吸收了足够的热量,使温度提高到120华氏度,当它进入压缩机气缸。此时的制冷剂气体会有以下特性。

  • 温度= 120华氏度

  • 特定体积= 2.103 Cu FT / LB

  • 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华氏度

加热含量= 112.181 BTU / LB

通过比较这些性能与上面显示的80华氏度的过热温度,对于进入压缩机气缸的气体,一些差异可以发现。在较高温度时,每磅制冷剂的体积是2.10立方英尺,而在较低温度时是1.94立方英尺。由于压缩机的速度不能改变(至少在全封闭压缩机中),其位移以立方英尺/分钟为单位。不能被改变。因此,压缩机将不得不运行更长的时间来处理每磅制冷剂。这反映在以磅/分钟为单位循环的制冷剂数量更少。另一方面,只要蒸发器内部制冷剂的冷凝温度、蒸发温度、过热度保持不变,每磅制冷剂的净制冷效果也不变。由于压缩机能处理的制冷剂减少了,系统的制冷能力降低了。在所使用的示例中,容量从200 Btu/min开始变化。80华氏度过热度至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

120℃下液体的热含量。f = 36.013 BTU / LB

净制冷效果= 44.148 Btu/lb

应注意,当冷凝温度为120℃时,净冷藏效果较低。f比100°的时间。F.假设使用与上述示例相同的固定位移的相同压缩机,并且进入压缩机缸的气体的温度是80°。F并具有1.94 Cu Ft / Lb的特定体积,制冷剂的重量,压缩机能够循环仍然存在。

7.91 Cu Ft / min。/ 1.94 Cu Ft / min = 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 x 4.08 LB / min = 180 BTU / min

冷凝器温度为100华氏度时,制冷量为200 Btu/min。因此,如果冷凝温度提高到120华氏度,在所有其他条件保持不变的情况下,产能将减少约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(或通过任何方法降低液体温度,如使用液体蒸气热交换器)

  2. 更高的蒸发温度

  3. 蒸发器过热

  4. 进入压缩机气缸的气体温度较低

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吸收的热量。在经过压缩机时,冷凝器的作用是从制冷剂蒸气中除去热量并将其转移到其他东西上,通常是空气或水。

当制冷剂蒸汽留下压缩机时,它处于过热状态,即,它含有比在相同压力下饱和蒸汽的饱和蒸汽的热量。压缩机从气缸排出蒸汽的压力由冷凝器中的液体的温度调节。每当在管道系统中存在液体,由孔口或小通道不受限制,通过系统的压力将是其温度下液体的蒸气压,除了由于蒸汽通过管道而导致的压降引起的非常小的差异。通过参考冷凝温度下参考饱和液体的性质表可以找到排出压力。使用R-12作为示例并假设冷凝温度为100°。F,放电压力为117.2 psig。

随着从冷凝器中的制冷剂的饱和蒸气中除去更多热量,它变化到液体而没有任何温度变化。蒸发的潜热或在这种情况下,缩合,因为在100℃时涉及与液体到蒸汽或蒸汽中的液体中相同的热量。f它是55.93 btu / lb。当除去此热量时,一磅制冷剂蒸气已完全改变成液体。

用于冷却冷凝器的材料的温度必须比冷却和冷凝的制冷剂更低的温度。或者,以另一种方式解释,如果冷凝器在冷凝器中可用,则在给定的温度和流速下,制冷剂的冷凝温度将在比冷却材料的一些温度高于高温下建立。当空气用作冷却流体时,制冷剂冷凝温度通常可以为20至30°的量。F高于空气温度。用水冷却冷凝器,冷凝温度更可能是8至10°。f高于水温。

冷凝液体制冷剂离开冷凝器,被带回到蒸发器准备开始另一个循环。

减少高压液体到低压液体

液体管线中的液体制冷剂处于高压(117psig的冷凝压力)。进入蒸发器后,其压力必须下降到37 psig,以便它将沸腾40°。F;必须在蒸发器的入口处提供一些方法,以减少117psig至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,但它们都取决于称为膨胀阀,浮阀或喷射器的阀门中的小孔,或者小型直径的小管的长度,称为毛细管管或限制管。这些限制制冷剂的流动并导致压缩压力降低到蒸发器压力。

生产低温的实际过程是在蒸发器中完成的;压缩机和冷凝器的唯一功能是从蒸发器中回收蒸汽,将其重新转化为液体,以便再次在蒸发器中使用。

净制冷效果

调节膨胀阀以将压力降低到37 psig,因此蒸发器中的压力为37psig,温度40°。F,在37 psig,R-12沸腾于40°。F。

然而,热量是必需的,所以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被煮沸的制冷剂吸收了多少热量;也就是说,在蒸发器和系统的其他部分循环的每一磅。

每磅制冷剂的热量从产品或空气中拾取,因为它通过蒸发器传递制冷效果。进入计量装置(TX阀)和蒸发器盘管的液体制冷剂在给定温度下具有一定的热容量,在较低温度下离开蒸发器的制冷剂蒸汽也具有一定的热容量。这两个阶段的热容量的差异是在通过蒸发器循环时,每磅制冷剂所吸收的热量。因此,制冷效果是以每磅循环制冷剂的英国热量单位(Btu)来衡量的。

由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. 制冷剂液体进入制冷剂控制器的温度(TX阀)

  2. 蒸发温度或制冷剂蒸汽的温度离开蒸发器。

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。

直膨胀蒸发器线圈容量

任何直膨胀(DX)蒸发器或冷却线圈的容量取决于:

  1. 制冷剂的温度循环

  2. 温度的空气(干湿球)或其他液体通过蒸发器或冷却盘管循环

  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。

在直接膨胀蒸发器容量表中,它表​​明,随着抽吸温度的增加,线圈容量降低。这是由制冷剂和冷却液体之间的温差的降低引起的。

相同的条件对蒸发器和压缩机的影响不同:随着蒸发器容量的增加,压缩机容量的减小。因此,在现场选择和安装组件时,需要仔细平衡蒸发器和压缩机组件(根据其各自的容量),以便找出每个组件具有相同容量的一个或多个点。

油循环

油料在制冷循环中行进,以及制冷剂,对于移动部件的润滑,由于压缩机必须润滑,因此可以从该初始点中考虑油的流动。制冷剂蒸汽与润滑活塞的汽油壁紧贴着气缸壁的油直接接触。当它通过压缩机和冷凝器之间的热气体排出管线时,一些油与制冷剂蒸汽一起携带。

如果只有少量的油以及制冷剂一起行进,它将通过液体管线进入蒸发器,然后返回压缩机曲轴箱,然后在系统的段泵送速度。但是一些压缩机可以泵送相对大量的油,除非制造其速度返回到曲轴箱的规定,压缩机可能会发生严重的损坏。预防措施是正确安装具有适当俯仰的制冷管线与正确尺寸的线路,在需要的管道系统中提供油圈。在一些情况下,可能需要在靠近压缩机放电的制冷电路中安装油分离器。少量制冷油不会对蒸发器有害,但在蒸发器的电路或通道中收集的大量将导致蒸发器温度增加。如果吸入压力保持恒定,则会有更少的总冷却,因此整个系统将效率较低。

如果油被允许留在蒸发器中,它将占用本应用于制冷剂汽化的盘管中的空间,制冷将降低效率。

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基本制冷系统原理-制冷元件

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多种压缩机之一:往复式,旋转,螺旋(螺旋式),离心和滚动。

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。

密封系统分为1)全密封或2)可使用的密封(半密封)。许多密封压缩机的焊接外壳不能使用。如果电机或压缩机故障,必须更换整个机组。

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过程中积聚相当大的热量。大多数具有高压蒸汽到冷凝器的行进,但压缩机头还必须处理不需要的热量以保留在安全的操作温度范围内。这通常是用翅片或水通道完成的。

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。

风冷式开式驱动压缩机可以通过将其直接放置在冷凝器风机的鼓风处来冷却。另一种选择是用风扇来冷却压缩机。水冷式压缩机可以采用夹套封头,使水在封头中循环。

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,通常以半密封或开放的配置。压缩机可以在具有正吸入压力的系统中或真空操作,这取决于所使用的制冷剂和操作蒸发器温度。大型离心系统可以用制冷剂和油料装运。

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3600转/分

中速9,000 rpm

高速高于9,000 rpm

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。

离心式压缩机的制冷剂回流是危险的,因为叶轮的高速。为了防止回流,制冷剂充注量不能过多,过热度必须足够。许多离心式压缩机,特别是那些在真空中运行的,都有一个清除装置,允许从系统中排除多余的空气。吹扫单元是一个带有压缩机和冷凝器的冷凝单元,它从系统冷凝器和压缩机的最高点吸取蒸汽并对其进行冷凝。因为只有制冷剂会在清洗装置产生的压力下冷凝,所以收集在顶部的空气和其他不可冷凝的空气可以通过阀门手动或自动地清洗到大气中。被净化的液体制冷剂流经净化单元冷凝器中的浮子操作阀返回主系统。如果过滤干燥器安装在离心系统中,它可以放置在浮阀周围的旁路中。将干燥过滤装置置于主输出装置会影响压缩机的运行。尽管旁路只占用了一部分液体流量,但它最终会从制冷剂中除去足够的水分来控制系统的酸度。

冷水机组部件- 2级离心压缩机“width=

制冷系统冷却器组件

图6-1:两阶段离心式压缩机。1秒级可变入口导向叶片。2首级叶轮。3秒级叶轮。4水冷电机。5底,油箱和润滑油泵组件。6首级导叶和容量控制。7迷宫封印。8交叉连接。9导向叶片执行器。 10-Volute casing. 11-Pressure-lubricated sleeve bearing.注意,没有显示出排放口。

冷却系统组件 - 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

螺旋式压缩机通常和高于20吨制冷的系统中有效地使用。这些压缩机使用一对螺旋螺钉或转子,该转子在室内旋转在一起,从摄入量,腔室的低侧朝向最终高侧

制冷系统螺杆压缩机|“width=

图6-3:螺杆压缩机的横截面。一个男性转子。B母转子。C缸。汽化制冷剂在一端进入并在另一端排出。

当气体被挤压向前时,它被压缩到螺旋叶之间不断缩小的间隙中,从而产生了压缩作用。除了在进气口和排气口安装外,不需要阀门。由于转子连续旋转,有比带制冷和空调书室、往复式压缩机更小的振动。螺旋(螺杆)压缩机采用开式驱动或全封闭结构。

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。旋转转子压缩蒸汽。A-Compressor Interlobe空间填充。B-压缩开始。C-全压制被困蒸气。D-压缩蒸汽排出的开始。e-压缩蒸气完全从台间空间排出。

往复式压缩机

往复式压缩机使用气缸内的活塞滑动以压缩制冷剂蒸气。图4-29显示了往复式压缩机的操作原理。在图4-29A中,活塞在气缸中向下移动,A。它通过进气阀从吸入管线移动了制冷剂蒸汽。从那里,制冷剂蒸气已经进入圆柱空间。在图4-29B中,活塞向上移动。它已经将蒸发的制冷剂压缩成更小的空间(间隙空间)。压缩的蒸气已经通过排气阀推入冷凝器中。

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图6-5:往复式压缩机基本结构。

在他的中风顶部,活塞必须非常接近气缸盖。清除空间越小,活塞行程将产生的压力越大。这种间隙可以在0.010和0.020英寸之间(0.254mm至0.508mm)之间的范围。

小型系统可采用双活塞压缩机,而大型工业系统采用多缸多活塞压缩机。压缩机曲轴箱必须设计成能释放压缩热量。压缩机曲轴箱通常由铸铁制成,并有散热片到空气或在某些情况下水套,以消散热量压缩到水。在半封闭和全封闭压缩机中,冷却由吸入管路中的制冷剂提供。大型往复式压缩机的活塞有独立的油环和压缩环。油环位于活塞下方,用于减少从曲轴箱进入气缸的油量。在小型系统中,可以省略油环,而用油槽来控制油流。压缩环用于对气缸壁进行紧密密封,确保每个冲程泵送尽可能多的制冷剂。

曲轴箱轴和连杆

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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。

几种类型的连杆可用于连接连杆到曲轴:

  1. 传统的连杆,商业系统上最常见的连杆被夹紧到通过。
  2. 偏心曲轴有一个中心,在曲轴上的圆形凸台来创造上下运动。该系统无需在连杆上安装盖子或螺栓。相反,一件杆端安装到曲轴之前,最终组装。
  3. 苏格兰轭使用没有连杆。相反,活塞的下部包含凹槽,该凹槽接受曲轴的投掷。凹槽允许曲轴横向行进,并仅在上下驱动活塞。苏格兰山轭和偏心的主要是在国内和汽车系统上发现。

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。

可以用制冷剂泄漏检测器检测泄漏密封件。检查泄漏密封:

冷却器 - 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. 拆卸密封盖和任何固定旋转密封的环。
  4. 用非常软布清洁环形表面。
  5. 检查密封面,如果发现任何划伤、刮伤或开槽,请更换整个密封。
  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. 排空压缩机,打开必要的阀门,使系统恢复到运行状态。
  9. 在生产前检查是否有重复的密封泄漏。

往复式压缩机头和阀门板

压缩机缸盖一般由铸铁制成,其设计目的是将垫片固定在适当的位置,以提供阀板、缸体和缸盖之间的积极密封。气缸盖必须有通道让吸入气体进入气缸。头部通常用帽螺钉固定在块上。

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,设计成在活塞的泵送作用使阀门打开之前保持紧密密封。阀门的配合表面必须非常平整,缺陷小至0.001英寸。(0.0254毫米)可能导致不可接受的泄漏。在使用中,阀门必须打开约0.010英寸。(0.254毫米)。大的开口会引起阀门噪音,而小的开口会阻止足够的制冷剂进出钢瓶。

工作温度对阀门的耐久性有很大的影响。进气阀工作在一个相对凉爽的环境中,并有来自油蒸气的持续润滑。排气阀是制冷系统中最热的部件,比排气阀的温度高50至100华氏度,因此排气阀通常比进气阀更容易引起故障。排泄阀安装时必须特别小心。重分子的油往往积累在他们,造成碳积累和干扰阀门的性能。排放阀和油将被超过325华氏度至350华氏度(163至177华氏度)的温度损坏。一般情况下,排放管温度应保持在225华氏度至250华氏度(107至121华氏度)左右。

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。

如果液体制冷剂或油槽进入来自吸入管路或压缩机曲轴箱的压缩机活塞,则放电阀可能具有浮雕弹簧使它们能够开放异常宽异常宽。

冷水机系统密封往复式压缩机“width=

图6 - 8:一种商用的、密封的往复式压缩机。它有四排各两个气缸(每个曲柄上有四根连杆),并且用螺栓固定,便于维修。

旋转式压缩机

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(分隔块)。

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)在圆筒内旋转,但圆筒的中心轴和轴并不相同。旋转的转子(轴)有几个精密加工的凹槽,接受滑动叶片。当轴旋转时,这些叶片被离心力压在气缸上。当气体从吸入管道进入压缩机时,叶片将其扫过。因为转子不在气缸中心,当叶片迫使气体在气缸周围流动时,包含气体的空间就会减少。结果就是气体压缩。当气体达到最小的体积和最大的压缩时,它被挤出排出口。该系统的间隙体积很低,压缩效率很高。

旋转叶片压缩机通常用于级联系统的第一级。旋转叶片压缩机可能在两个和八个叶片之间。大型系统有更多的刀片。刀片的边缘必须符合圆柱壁,必须准确地研磨,平稳或泄漏,磨损过多。刀片还必须精确地安装在转子中的槽中。

用于冷却器的旋转刀片压缩机“width=

图6 - 9:一种旋转式叶片压缩机。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量。

固定叶片(分压块)旋转压缩机

在固定叶片系统中,气缸罩中的滑动叶片将低压蒸汽与高压蒸汽分离。偏心轴使圆柱体中的叶轮旋转。这个叶轮不断地与圆筒的外壁摩擦。当叶轮旋转时,叶片吸收大量的蒸汽。蒸汽被压缩到一个越来越小的空间。压力和温度升高。最后,蒸汽被迫通过排出口。

工业制冷系统旋转刀片压缩机“width=

图6-10:回转式压缩机。固定叶片或分料块与叶轮接触。

工业冷水机密封,单固定叶片旋转压缩机“width=

图6-11:密封,单个固定刀片旋转压缩机。

卷轴压缩机

在滚动压缩机中,压缩由两个滚动元素执行轨道滚动和固定滚动。一个滚动“固定滚动”保持静止。另一个滚动“轨道”滚动通过固定滚动中心的偏移圆形路径旋转。该移动在两个滚动元件之间产生压缩口袋。低压,抽吸气体在每个外围袋中被捕获,如其形成;轨道涡旋滚动的持续运动密封口袋,随着袋朝向涡旋形的中心移动,减少体积。当痘痘到达放电口位于排出口的中心并且气体排出时,实现了最大压缩。在该压缩过程中,同时形成几个口袋。

制冷压缩机滚动“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。

用于冷却器的旋转斜盘往复式压缩机“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。

来自涡旋形的外部的抽吸过程和从内部的排出是连续的。该连续工艺使压缩机的操作非常平稳。

压缩是一个连续的过程,没有传统的吸入和排出阀。为防止关闭电源后压缩机向后运行,固定涡旋排气口的正上方装有一个止回阀。

制冷机组涡旋式压缩机“width=

A: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:涡旋式压缩机的基本压缩表示。轨道滚动轨道轨道固定滚动会产生光滑,恒定压缩向内朝向中心的放电端口。

压缩机油系统

往复式压缩机一般采用两种润滑系统:

  1. 飞溅系统使用曲轴飞溅油;通过流过轴承通道,油到达主轴承。轴承可能是嘈杂的,因为该系统产生小型油垫。
  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。

滚动压缩机

要求油冷却,在绕道和固定滚动之间密封。通过离心动作通过电动机的轴中的离心作用驱动油和轨道滚动。

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。

促进石油回归

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,换油更加困难,因为由于制冷剂的温度和压力变低,油变得更加粘稠。高压缩比也降低了油返回,因为吸气气体较少。因此,在低温蒸发器中充足的吸入线速度尤其重要。

在淹水蒸发器中,油不会被扫回压缩机,因此需要一条回油管道。在一些系统中,一个特殊的腔室连接到蒸发器,在油返回压缩机之前,让制冷剂从油中沸腾。

排泄管

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。

减振器

吸气和排气管道都将振动从压缩机传递到其他冷却系统部件。这种振动会导致不必要的噪音和制冷剂管恶化,导致制冷剂泄漏。

在小型直径软铜管的小型系统上,减振器可以由管道的线圈组成。对于较大的系统,柔性金属软管,至少与连接的管道一样大的ID是优选的。该部分的管道可以由OD插座,螺纹的凸形端部或法兰终止。沿着吸收器的卷积内径具有高速的制冷剂可能导致吹口声。振动吸收器不设计用于压缩或延伸,因此它们桅杆平行于压缩机曲轴,而不是直角。

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

油分离器是一个带有一系列挡板和放置在放电线上的容器的容器。进入油分离器的油雾的排放蒸气被迫转动并碰撞挡板和屏幕,允许油的液滴结合成大滴,滴落到底部的底部。贮槽允许污泥和污染物沉降,并且可以具有吸引黑色颗粒的磁铁。当足够的油积聚在贮槽中时,它会抬起浮子并流回压缩机曲轴箱,通过油分离器中的油压推进。

油分离器通常用于大型低温系统。它们在氨系统中是强制性的。

冷凝器

冷凝器是制冷回路高侧部件,允许热高压制冷剂气体松动其潜入环境的凝聚力。这种热量的损失导致气体冷凝成可以管道向计量装置管道的高压液体。冷凝器拒绝的热量进入蒸发器和压缩机中的系统。由于低效率和其他热量,开放系统中的冷凝器必须处理蒸发器中获得的热量约1.25倍。密封系统中的冷凝器还必须从电动机绕组处理热量。

取决于功能,使用许多不同类型的冷凝器以及处理热量的手段。两个基本类别的“水冷”和“空气冷却”由用于去除热量的培养基分类。冷凝器的基本设计目标是以最低成本和空间要求去除最热的热量。

水和空气通常是丰富而经济的凝聚介质。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,并且在合适的可用时使水冷冷凝器更经济。然而,水可能稀缺或化学不合适以进行冷凝器冷却使用。此外,水冷冷凝器受规模,污垢,冷冻和腐蚀。

风冷的冷凝器必须大于水冷机组,但不受冻结或水问题的影响。当水不可用,昂贵或化学不适合时,使用空气冷却。

翅片、导线或板可以固定在冷凝器管上,以增加表面积和处理冷凝热量的能力。风机或泵通常用于增加冷凝介质的流量。这种增强增加了制冷剂的过冷度,增加了换热速率,并减小了冷凝器的椭圆尺寸。

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。

风冷式冷凝器必须设计成在最炎热的环境条件下工作,此时传热最慢,冷负荷可能最大。

在寒冷天气中运行的户外风冷冷凝器呈现出特殊的系统设计挑战。需要特殊的预防措施来保护室外的空气冷却冷凝器免受低环境温度。主要问题是,除非头压足够,除非具有压力,否则制冷剂不会流过计量装置,并且冷环境温度降低头部压力。

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. 冷凝器防止风吹日晒雨淋
  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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