制冷系統(tǒng)管路設(shè)計

1、制冷系統(tǒng)的管道設(shè)計一.概述制冷管道的設(shè)計需要考慮以下因素：最大制冷量、最小成本、正常回油、最小功耗、最小制冷劑充注量、低噪音、正確的制冷劑流量控制，系統(tǒng)制冷量可在0%至100%之間變化，不會造成任何潤滑故障。影響管道設(shè)計的兩個主要因素是：管道的壓降和流量。制冷劑管路中的壓降會降低制冷量，增加能耗，降低能效比，因此應(yīng)避免過大的壓降。液體管道中的壓降通常不直接影響制冷量，但是液體管道中的壓降必須確保液體在進(jìn)入節(jié)流裝置之前是飽和的。液體管道中的壓降過大會導(dǎo)致液體管道中產(chǎn)生閃蒸蒸汽。節(jié)流前產(chǎn)生的閃蒸蒸汽將直接影響節(jié)流裝置控制和調(diào)節(jié)流量和壓降的能力。增加液體管道的直徑以降低壓力降將導(dǎo)致系統(tǒng)中的制冷劑充注

2、量增加。過量的制冷劑會嚴(yán)重影響制冷劑流量的控制。在制冷系統(tǒng)的低壓側(cè)，大量液態(tài)制冷劑的慣性效應(yīng)將導(dǎo)致制冷劑流量控制裝置故障。吸入管、排氣管和蒸發(fā)器管應(yīng)保持足夠的流量，因為油和蒸汽制冷劑不易混合。只有當(dāng)制冷劑的流量大到足以將冷凍油帶在一起時，油才能在系統(tǒng)中正常循環(huán)。此外，在管道設(shè)計過程中，應(yīng)盡可能保證兩臺機(jī)組中的制冷劑液體在停機(jī)后不會沿管道流動，造成制冷劑的遷移(室內(nèi)和室外溫差引起的制冷劑遷移除外)，絕對不允許進(jìn)入壓縮機(jī)。對于冷凝器高于蒸發(fā)器的機(jī)組，如果停機(jī)后冷凝器中的制冷劑液體沿管道流入蒸發(fā)器，再次啟動時會有大量液體帶入蒸發(fā)器出口管，在系統(tǒng)無蒸汽分?jǐn)?shù)或蒸汽分?jǐn)?shù)太小的情況下，可能會對壓縮機(jī)造成液體

3、沖擊。二、液體管道的設(shè)計當(dāng)溫度較高時，液體管路中的制冷劑液體和潤滑油可以充分混合，一般不考慮液體管路的設(shè)計對系統(tǒng)回油的影響。液體管道的設(shè)計主要考慮以下因素：制冷劑進(jìn)入節(jié)流裝置時應(yīng)為過冷液體，液體管道對系統(tǒng)充量的影響，節(jié)流方式，分流方式等。1.制冷劑進(jìn)入節(jié)流裝置時應(yīng)為過冷液體當(dāng)液態(tài)制冷劑的壓力降至飽和壓力時，一部分制冷劑液體會閃蒸成蒸汽，將剩余的制冷劑液體冷卻至新的飽和溫度。當(dāng)液體管道的壓降過大時，由于管道直徑過小或垂直向上流動造成的摩擦阻力過大，可能會發(fā)生制冷劑閃蒸。閃蒸蒸汽在幾個方面對系統(tǒng)的性能產(chǎn)生不利影響：由于管道的壓降，節(jié)流裝置兩側(cè)的壓降將降低(以確保穩(wěn)定的蒸發(fā)壓力和冷凝壓力)，導(dǎo)致通過

4、節(jié)流裝置的制冷劑流量不足；閃蒸蒸汽的存在導(dǎo)致進(jìn)入節(jié)流裝置的流體只有一部分是液體，導(dǎo)致節(jié)流裝置的液體供應(yīng)不足；閃蒸蒸汽進(jìn)入膨脹閥前的存在會產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象，腐蝕膨脹閥的閥座和閥針，造成噪音。制冷劑進(jìn)入節(jié)流裝置前的壓降主要由管道阻力損失(包括沿程阻力損失和局部阻力損失)和垂直上升管道的液柱壓頭造成。每米液體制冷劑的壓頭相當(dāng)于11.5千帕。對于15米垂直立管，液柱壓頭為172.5千帕，在匹配系統(tǒng)時應(yīng)考慮液柱壓降為172.5千帕。在正常冷凝溫度下，過冷度變化1，相應(yīng)的飽和壓力變化如下：冷卻的過冷度飽和壓力基于上述因素，在室內(nèi)機(jī)和外機(jī)之間配置長管道系統(tǒng)時，應(yīng)保證冷凝器(R22)的過冷度為7-10，以保證制冷

5、劑在進(jìn)入膨脹閥前不含閃蒸器。當(dāng)蒸發(fā)器與冷凝器的距離較近時，冷凝器的過冷度(R22)約為5，具有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。下圖顯示了不同液管直徑下流量與壓降的對應(yīng)關(guān)系，可作為液管選擇的參考。選擇液體管道類型時，應(yīng)綜合考慮液體管道上制冷配件的接口尺寸，并選擇管徑。此外，在液體管道中使用電磁閥時，制冷劑流量應(yīng)低于1.5m/s，否則電磁閥突然關(guān)閉時，會因壓力波動或液體沖擊而損壞管道。2.液體管道對系統(tǒng)灌裝量的影響當(dāng)液體管道選擇過多時，系統(tǒng)負(fù)荷會增加。當(dāng)機(jī)器停機(jī)時，垂直連接管中的大量制冷劑液體將在較低位置流入熱交換器，尤其是當(dāng)蒸發(fā)器在較低位置時。當(dāng)機(jī)器再次啟動時，蒸發(fā)器中積聚的大量制冷劑液體會沖擊壓縮機(jī)。此外

6、，液體管道中的大量制冷劑液體在流動時具有較大的慣性，這將影響膨脹閥的流道組件，并在工況急劇變化時影響流道組件的正常運(yùn)行。為了減小管道的阻力，不可能選擇過大的液體管道直徑。3.節(jié)流模式的選擇當(dāng)流體流過膨脹機(jī)構(gòu)時，由于入口空間短，可以認(rèn)為是絕熱節(jié)流。節(jié)流后，液體變成濕蒸汽，其中蒸汽含量約占制冷劑總質(zhì)量的10%-30%。除了節(jié)流之外，膨脹機(jī)構(gòu)還調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量。節(jié)流模式的選擇對機(jī)組的性能至關(guān)重要。3.1兩次節(jié)流，中間氣液分離制冷劑的減壓通過兩個階段的節(jié)流來實(shí)現(xiàn)：在液態(tài)制冷劑通過第一毛細(xì)管膨脹到中間壓力之后，氣態(tài)制冷劑和液態(tài)制冷劑被氣液分離器分離，液態(tài)制冷劑通過第二毛細(xì)管進(jìn)一步膨脹(減壓)，

7、氣態(tài)制冷劑通過注射通道進(jìn)入壓縮機(jī)。制冷量可提高10%-20%。使用膨脹閥和板式換熱器的機(jī)組可采用下圖所示的制冷循環(huán)，可提高制冷量10%，板式換熱器可起到輔助節(jié)流作用。(液體分離器取消后，大量的油被收集在氣液分離器中。)3.2液體管道回加熱器的制冷循環(huán)系統(tǒng)中增加了一個再生器，使節(jié)流前的液體與來自蒸發(fā)器的低溫蒸發(fā)器進(jìn)行內(nèi)部熱交換。熱交換的結(jié)果是制冷劑液體的過冷和低溫蒸汽的有效過熱。通過這種方式，不僅可以增加單元制冷量，而且可以減小蒸汽和環(huán)境空氣之間的傳熱溫差，并且可以減小甚至消除吸入管中的有害過熱。帶再生器的系統(tǒng)圖和壓力焓圖如圖所示。沒有再生器的制冷循環(huán)1-2-3-4增加，再生器的制冷循環(huán)1-2-

8、3-4增加。單位制冷量的增加是H4-H4。R12和R502采用回?zé)嵫h(huán)后，制冷系數(shù)和單位體積制冷量均有所提高，而R717和R22采用回?zé)嵫h(huán)后，制冷系數(shù)和單位體積制冷量均有所降低。液體管道回?zé)崞鞯闹评溲h(huán)對R22制冷系統(tǒng)意義不大。3.3噴霧冷卻液體噴霧冷卻是將冷凝器出口的一部分液體通過液體噴霧電磁閥和液體噴霧膨脹閥引入壓縮機(jī)，通過eva的潛熱降低壓縮機(jī)排氣溫度和電機(jī)溫度省煤器實(shí)際上是一個液體過冷器。來自冷凝器的高壓液體通過節(jié)能器，一小部分液體通過節(jié)能器中的輔助節(jié)流閥蒸發(fā)，吸收高壓液體的熱量使其過冷。過冷液體通過主節(jié)流閥進(jìn)入蒸發(fā)器蒸發(fā)，從而提高單位質(zhì)量制冷劑的制冷量。節(jié)能器需要始終保持中間壓力，

9、并且節(jié)能器中產(chǎn)生的制冷劑蒸發(fā)器需要被連續(xù)泵送走。節(jié)能器制冷循環(huán)可以大大提高制冷量和系數(shù)。蒸發(fā)溫度越低，效果越明顯。從壓力焓圖可以看出，單位制冷量增加，壓縮功耗降低。4、分流方式的選擇當(dāng)蒸發(fā)器是多回路蒸發(fā)盤管時，為了冰箱的性能，將節(jié)流的氣液混合物均勻地分配到所有蒸發(fā)器是非常重要的。不均勻的液體分離不僅會使機(jī)組的制冷和制熱效果變差，還會對制冷機(jī)組的性能造成很大的危害。熱泵機(jī)組加熱時，不均勻的液體分離會導(dǎo)致回路中制冷劑蒸發(fā)不完全，液體分離越多，導(dǎo)致回路結(jié)霜越快，結(jié)霜非常嚴(yán)重，導(dǎo)致結(jié)霜不干凈，惡性循環(huán)，壓縮機(jī)液體回流，低壓跳閘。制冷時，液體分離較多的回路中的制冷劑沒有完全蒸發(fā)，盤管溫度低，除濕能力強(qiáng)。

10、在嚴(yán)重的情況下，室內(nèi)盤管會結(jié)霜，壓縮機(jī)會返回液體。影響分流效果的主要因素是節(jié)流后氣液兩相制冷劑的不均勻流動模式和各分流支路的阻力。相對而言，確保每個分流支路的電阻相同相對簡單。一般來說，只需選擇相同直徑和長度的分流管。為了使氣液兩相混合物均勻進(jìn)入各分流通道，有必要選擇合理的分流方式。對于小型冰箱，如家用機(jī)器，可以使用毛細(xì)管分流。對于較大的蒸發(fā)盤管，有許多分流類型，現(xiàn)在有兩種廣泛使用的類型：節(jié)流噴嘴型和文丘里管型。4.1毛細(xì)管分流一方面，毛細(xì)管分流可以嚴(yán)格保證所有分流路徑具有相似的阻力降；另一方面，分流毛細(xì)管可以輔助節(jié)流，使得經(jīng)過一次節(jié)流后進(jìn)入分流管的制冷劑包含盡可能少的閃蒸蒸汽或者仍然是飽和液

11、體，從而從兩個方面保證分流的均勻性。下圖顯示了典型的毛細(xì)管分流器。取消主節(jié)流毛細(xì)管可以更好地發(fā)揮冰箱的性能，是很難匹配的。當(dāng)翅片盤管用作冷凝器時，冷凝的液體直接通過單向閥，而不通過圖中的毛細(xì)管。當(dāng)用作蒸發(fā)器時，制冷劑被主毛細(xì)管節(jié)流一次，然后被分流毛細(xì)管分流。4.2分流頭分流4.2.1節(jié)流噴嘴型分流器節(jié)流噴嘴式分流頭由分流頭本體和節(jié)流噴嘴組成。當(dāng)來自熱力膨脹閥出口的制冷劑液體通過節(jié)流噴嘴時，由于橫截面的突然停滯，制冷劑的動態(tài)壓力上升，流速增加。流體通過噴嘴后，在噴嘴的兩側(cè)形成壓力差。高速氣液兩相制冷劑進(jìn)入混合室后，產(chǎn)生渦流，使氣液兩相制冷劑充分混合并均勻分布到液體分離器的各輸出口。對于帶翅片熱交

12、換器的熱泵機(jī)組，室內(nèi)和室外機(jī)組都需要使用分流頭，并且可以使用帶旁通管的節(jié)流噴嘴分流頭。初步測試結(jié)果也很好。4.2.2文丘里型分流器文丘里型分流器結(jié)構(gòu)非常簡單，只有一個主體，沒有其他部件，但很難加工。當(dāng)來自熱力膨脹閥出口的制冷劑兩相混合物從支管頭的入口A通過收縮口B流動時，雖然流速高，壓降大，但流線光滑，不與管壁分離，使氣液兩相流體均勻進(jìn)入環(huán)形流道分流頭出口宜向下安裝，盡量避免水平布置，避免氣液兩相重力差造成氣液分離造成分流不均勻。特別是當(dāng)負(fù)荷較低時，制冷劑流速變慢，重力對氣液分離的影響增大，這將導(dǎo)致分布不均勻。分流頭出口孔的數(shù)量應(yīng)等于蒸發(fā)器分支的數(shù)量。如果分流頭的出口孔的數(shù)量很大，并且一些孔被

13、堵塞然后不情愿地使用，制冷劑分配將不可避免地不均勻。4.2.4分流管的選擇合理選擇分流管和分流頭的匹配使用也非常重要。表1顯示了不同直徑的支管在不同蒸發(fā)溫度下的容量。根據(jù)進(jìn)入熱力膨脹閥的液體溫度，支管的額定容量為37.8，支管的長度為762毫米。如果進(jìn)入熱力膨脹閥的液體溫度不是37.8，用表2進(jìn)行修正。如果分流管的長度不是762毫米，使用表3進(jìn)行校正。表1分流管的額定容量液體分離管外徑的壁厚約為1/mm蒸發(fā)溫度冷卻的R12R22R5024.4-6.7-18歲4.4-6.7-18歲4.4-6.7-18歲40.670.490.390.910.740.560.630.460.3551.41.050.

14、811.861.541.161.30.980.7762.82.11.583.853.122.352.562.031.5185.64.23.157.75.954.555.253.852.91109.87.355.612.9510.157.78.757.05.25表2液體溫度校正系數(shù)液體溫度1015.621.126.732.237.843.348.9校正系數(shù)2.11.831.591.371.171.000.850.72表3分流管長度修正系數(shù)分流管長度mm305457610762914106712191371152416761829校正系數(shù)1.361.161.071.000.950.900.860.

15、820.790.760.73三、吸入管道的設(shè)計由于流動引起的阻力損失，壓縮機(jī)吸入口的壓力低于蒸發(fā)器出口的壓力。當(dāng)吸入壓力降低時，返回空氣的比容增加，壓縮機(jī)的排量減少，機(jī)組的制冷量將會損失。同時，吸入管中的制冷劑流量應(yīng)保持足夠高，以使冷凍油平穩(wěn)地返回壓縮機(jī)。吸入管中的溫度低，冷凍油的粘度高，并且冷凍油沿著吸入管中的管壁流動。吸油管中油的運(yùn)動取決于吸入的比容和速度，即質(zhì)量流量。當(dāng)比容增加時，必須保持較高的速度，以便油與制冷劑一起流動。水平管道的推薦最小額定流量為3.6m/s，垂直管道的推薦最小額定流量為7.6m/s如果系統(tǒng)有能量調(diào)節(jié)，吸入管的尺寸應(yīng)根據(jù)最小負(fù)荷下的制冷量來選擇。低壓降與高流速的要求相沖突。選擇型號時，應(yīng)首先確保正?；赜?。以下兩個數(shù)字分別是保證不同制冷量和蒸發(fā)溫度下回油的推薦最大吸入管尺寸。水平管道應(yīng)沿流動方向向下傾斜，以便于回油，傾斜角度約為每10英尺(3米)1/2英寸(1.27厘米)。制冷劑管路應(yīng)盡可能短而直。為了便于吸油隔水管中的回油，隔水管應(yīng)每隔5米左右配備一個儲油彎管。為了避免儲存過多的冷凍油，儲油彎管應(yīng)盡可能小。對于具有能量調(diào)節(jié)的單元，如果單元的最大和最小負(fù)載之間的差異大，當(dāng)最大負(fù)載是由根據(jù)最小負(fù)載匹配吸入管引起時，冷卻能力損失大，這可以通過在控制邏輯中添加特定的回油循環(huán)操作和適當(dāng)?shù)卦黾游牍苤睆絹硌a(bǔ)償。也可以采用雙升管的類型，如下圖所示。在滿足最