【正文】 3012820232880344R22402512820228803344503012434R502402512820228803344503012434 本設(shè)計所需要的冷負荷為4000W。本設(shè)計所選擇壓縮機的參數(shù)如下： 選擇全封閉往復(fù)式制冷壓縮機（JB294181標(biāo)準）類型制冷劑缸徑D行程S缸數(shù)轉(zhuǎn)速制冷量/KW電動機功率/KW高濕用R2240mm25mm12820蒸發(fā)溫度：5℃ 吸氣溫度：15℃冷凝溫度：40℃ 過熱溫度：3℃ 過冷溫度：3℃查圖【制冷原理與裝置132圖618】得：相對余隙容積為c=7 小型制冷機毛細管的選型 節(jié)流機構(gòu)是實現(xiàn)制冷循環(huán)所必需的四個基本的系統(tǒng)組成部件之一。它位于冷凝器和蒸發(fā)器之間，對制冷劑的流動起扼制作用，使來自冷凝器的高壓液態(tài)制冷劑壓力降低，流入蒸發(fā)器，同時控制進入蒸發(fā)器的制冷劑質(zhì)流率。節(jié)流機構(gòu)必須與制冷機的工況與容量相匹配，與壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器相比，它尺寸雖小，但對制冷機的運行特性起重要作用。制冷系統(tǒng)中節(jié)流機構(gòu)主要分兩類：變截面節(jié)流裝置和固定截面截流裝置。變截面包括熱力膨脹閥、電子膨脹閥或者節(jié)流用針閥等。定截面節(jié)流裝置包括節(jié)流短管、毛細管等。定截面的節(jié)流裝置一般按長徑比L/D劃分，把3﹤L/D﹤20的稱為節(jié)流短管，L/D﹥20的稱為毛細管。 鋼鐵防銹劑藥箱裝置系小型系統(tǒng)，其節(jié)流機構(gòu)一般用毛細管。毛細管是一根內(nèi)經(jīng)很細的紫銅管，它適用于工況比較穩(wěn)定的制冷系統(tǒng)，廣泛用于家用冰箱和小型空調(diào)器。毛細管作為制冷系統(tǒng)的節(jié)流裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單，價廉，工作可靠，且可使壓縮機的起動力矩減小等優(yōu)點，但是毛細管不能隨著制冷負荷的變化來調(diào)節(jié)節(jié)流截面，因此當(dāng)制冷循環(huán)的運行工況偏離原設(shè)計工況時，將會偏離機組的最佳工作狀態(tài)，例如出現(xiàn)壓縮機的濕行程或蒸發(fā)器供液不足的情況，這將使系統(tǒng)的制冷量及經(jīng)濟性降低。對于運行工況比較穩(wěn)定的小型制冷裝置，如用全封閉壓縮機的空調(diào)制冷系統(tǒng)采用毛細管作為節(jié)流裝置是適宜的，并要求系統(tǒng)制冷劑的充注量準確適量。為了使制冷系統(tǒng)能夠正常和經(jīng)濟地工作，除了必須使壓縮機、蒸發(fā)器和冷凝器的容量相互匹配外，還必須使毛細管的供液能力與壓縮機和蒸發(fā)器的容量相適應(yīng)。毛細管的供液能力與它的工作條件和幾何尺寸有關(guān)，其計算是比較復(fù)雜的。因此，在工程上應(yīng)用圖解法計算毛細管幾何尺寸的方法得到了廣泛的應(yīng)用。 毛細管進口截面處壓力p，低于冷凝壓力Pk,這是由于制冷劑在冷凝器的液體管路中有流動損失，與這一壓力相對應(yīng)的飽和溫度為t1,毛細管進口處制冷劑的實際溫度為t1, 它或者等于t1（毛細管前是飽和液體或汽液混合物），或者低于t1（毛細管前是過冷液體）。雖然t1與Pk之間差值不大，但當(dāng)進口截面處為過冷液體時，因為該處的壓力降低，將相應(yīng)地使液體制冷劑的過冷度減小，而過冷度減小對毛細管的流量影響很大，過冷度越大，制冷劑流量越大且穩(wěn)定，因此這一壓差必須考慮。 毛細管出口截面處壓力p2在實際使用情況下一般高于蒸發(fā)壓力p0，這是因為蒸汽在毛細管這樣的等截面管道內(nèi)流動如同氣體一樣，也有臨界流動現(xiàn)象，氣體動力學(xué)指出：氣體在等截面管道中作絕熱摩阻流動時，出口截面的壓力p2不會隨著管后背壓p0的降低而一直降低下去，而是在降低到臨界壓力pcr以后保持不變．這就是說當(dāng)管后背壓p0大于臨界壓力pcr時，出口截面處的壓力p2就等于背壓p0 ；若p0小于pcr；則出口截面處的壓力p2不論p0怎么低而只能等于pcr。如果一根尺寸已定的毛細管，毛細管前制冷劑的狀態(tài)已定，則毛細管的流量隨出口截面處壓力p2的降低而增大，當(dāng)p2=p0=pcr時流量趨于穩(wěn)定，若管后背壓p0繼續(xù)降低時（p0pcr）,實際上流量不再增加，而壓力的進一步降低將在毛細管外進行。 。進行毛細管選擇時，一般先確定內(nèi)徑，然后根據(jù)內(nèi)徑進行查表或計算等來確定毛細管的長度。 在鋼鐵防銹劑藥箱中用R22制冷系統(tǒng)中也采用毛細管來實現(xiàn)節(jié)流。毛細管長度受很多因素影響，如管子直徑、冷卻壓力、蒸發(fā)壓力、冷卻能力和蒸氣側(cè)的傳熱系數(shù)。隨著直徑的增加，毛細管長度也增加，以保持循環(huán)所需要的壓降。這是因為大的直徑導(dǎo)致了低的流速和較小的壓降，所以必須要更長的尺寸來達到相同的壓降。這種趨勢當(dāng)內(nèi)徑變大時更為明顯，毛細管的節(jié)流效果迅速下降。當(dāng)壓力差變大時，需要更長的毛細管。在較高的壓力下保持制冷量不變，需要較長的毛細管。如果毛細管長度固定，制冷量隨著冷卻壓力的上升而增加。制冷裝置中毛細管的選配有計算法和圖表法兩種。無論是哪種方法得到的結(jié)果均只能是參考值。本設(shè)計采用的是圖表法選擇毛細管。查圖[制冷原理與裝置159圖635]得：在圖中確定反應(yīng)毛細管參數(shù)的點，即得到四種長度和內(nèi)徑的毛細管。 初選毛細管尺寸diL4m可從此四個結(jié)果中選取一種作為初選毛細管尺寸。，，所以本設(shè)計最后選取毛細管的參數(shù)為： 確定毛細管尺寸diL8 小型制冷機輔助設(shè)備的選擇液體過冷對提高循環(huán)性能指標(biāo)有好處，但要實現(xiàn)液體過冷需要有溫度更低的冷卻介質(zhì)。利用回?zé)崾构?jié)流前的制冷劑蒸汽進行熱交換，使液體過冷、蒸汽過熱，稱之為回?zé)?。具有回?zé)岬闹评溲h(huán)，稱為回?zé)嵫h(huán)。利用回?zé)嵫h(huán)是實現(xiàn)較大回?zé)嵋蟮挠行Т胧?，這一措施在低溫領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。，其工作過程由圖可以看出。制冷劑液體在回?zé)崞髦斜坏蛪赫羝鋮s，然后經(jīng)節(jié)流閥進入蒸發(fā)器。從蒸發(fā)器流出的低壓蒸汽進入回?zé)崞?，再其中被加熱后再進入壓縮機壓縮，壓縮后的制冷劑氣體進入冷凝器中冷凝。 單級壓縮蒸汽制冷回?zé)嵫h(huán)流程圖圖中示出回?zé)嵫h(huán)的Ts圖和lgph圖。圖中是蒸汽的過熱過程，是液體的過冷過程。過熱和過冷是在回?zé)崞鲀?nèi)進行的。 回?zé)嵫h(huán)在Ts圖的表示 回?zé)嵫h(huán)lgph圖上的表示 循環(huán)回?zé)崞髯饔梅治鲅芯勘砻鳎?1) 對于氟利昂熱泵系統(tǒng)，增加回?zé)崞骱?，系統(tǒng)的制熱系數(shù)和單位容積制熱量均有所增大，其增量隨著蒸發(fā)溫度、冷凝溫度和過熱度的升高而略有升高，最大增量小于6%。(2) 對于氟利昂制冷系統(tǒng)，增加回?zé)崞骱?，系統(tǒng)的制冷系數(shù)和單位容積制冷量也隨著蒸發(fā)溫度、冷凝溫度和過熱度的升高而升高。當(dāng)冷凝溫度低于40℃時，制冷性能的改善小于10%；當(dāng)冷凝溫度介于40℃和70℃之間時，制冷性能的改善介于10%～20%，本設(shè)計的制冷系統(tǒng)中氟利昂冷凝器出口溫度為40℃，此時回?zé)崞髯饔脩?yīng)該比較顯著。對于普通制冷循環(huán)，液體過冷對提高循環(huán)性能指標(biāo)有好處，要實現(xiàn)液體過冷需要有溫度更低的冷卻介質(zhì)，利用回?zé)崾构?jié)流前的制冷劑液體與壓縮機吸入前的制冷劑蒸氣進行熱交換，使液體過冷、蒸氣過熱，稱之為回?zé)帷τ诜嚎缗R界循環(huán)制冷系統(tǒng)來說，回?zé)嵫h(huán)也是有利的?；?zé)崞髟谥评溲h(huán)中具有以下重要作用：(1) 進一步降低氣體冷卻器出口介質(zhì)溫度，因而可以獲得更多熱量。(2) 較大程度地減小節(jié)流損失，同時獲得更多冷量。(3) 提高壓縮機吸氣工質(zhì)干度，避免液擊事故發(fā)生。(4) 回?zé)崞鬟€可以降低壓縮機耗功，進而提高系統(tǒng)性能。在氟利昂跨臨界循環(huán)中，節(jié)流損失比較大，當(dāng)量冷凝溫度較高，因而在循環(huán)中設(shè)置回?zé)崞鳎饶軡M足性能要求，又可達到高效目的，這在氟利昂雙溫雙控制冷系統(tǒng)中尤為重要。本設(shè)計擬采用套管式回?zé)崞?，低溫低壓氣體走管外，高溫高壓氣體走管內(nèi)（因為氟利昂制冷系統(tǒng)的壓力較高，考慮到安全因素，和常規(guī)的低溫氣體走管內(nèi)，高溫氣體走管外的方向相反）。套管式換熱器是用兩種尺寸不同的標(biāo)準管連接而成的同心圓套管，外面的叫殼程，內(nèi)部的叫管程。兩種不同溫度的介質(zhì)可在殼程和管程內(nèi)逆向流動以達到較高換熱的效果。這種套管式換熱器具有幾個突出的優(yōu)點：(1) 結(jié)構(gòu)簡單，傳熱面積增減自如，因為它由標(biāo)準構(gòu)件組合而成，安裝時無需另外加工。(2) 傳熱效能高，它是一種純逆流型換熱器，同時還可以選取合適的截面尺寸，以提高流體速度，增大兩側(cè)流體的傳熱系數(shù)，因此它的傳熱效果好。這一點特別適合于高壓、小流量、低傳熱系數(shù)流體的換熱。(3) 工作適應(yīng)范圍大，傳熱面積增減方便，兩側(cè)流體均可提高流速，使傳熱面的兩側(cè)都可以有較高的傳熱系數(shù)。制冷系統(tǒng)蒸發(fā)溫度為5℃，蒸發(fā)壓力為P0=。氣冷器出口溫度均為40℃，根據(jù)丹佛斯壓縮機測試條件，當(dāng)量冷凝壓力Pk取10MPa。由于冷藏室制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度為5℃，冷凝器出口溫度均為40℃，蒸發(fā)壓力為P0=，根據(jù)丹佛斯壓縮機測試條件，當(dāng)量冷凝壓力Pk取10MPa。設(shè)高溫氣體進回?zé)崞鞯臏囟葹?0℃，要求出回?zé)崞鞯臏囟葹?7℃，低溫氣體進回?zé)崞鳒囟葹?0℃，出回?zé)崞鳛?5℃。，其內(nèi)管徑為6mm，外管徑為10mm，管厚度均為1mm。 （1）流高溫氣體的內(nèi)管內(nèi)徑設(shè)為4mm，外徑為6mm。管內(nèi)的氟利昂密度：kg/m3=169kg/m3故體積流量：m3則管內(nèi)氣體流速：m/s=套管式換熱器內(nèi)管所走的高溫氟利昂處于超臨界狀態(tài)，質(zhì)量流率G=質(zhì)量流量m/流通面積A1，即：kg/(m2s)高溫氣體的平均溫度為：根據(jù)以上條件，查文獻[21]中第29頁的圖可得，傳熱內(nèi)管內(nèi)表面換熱系數(shù)αo約為2400W/（m2k）。 （2）流低溫氣體的內(nèi)管內(nèi)徑為8mm，外徑為10mm。管內(nèi)的氟利昂密度：kg/m3=故體積流量：m3低溫氟利昂的流動截面積：m2則管內(nèi)氣體流速：m/s= 由于管外所走的低溫氟利昂處于亞臨界狀態(tài)，亞臨界側(cè)的換熱系數(shù)確定可參照文獻[22]中第153頁的表511得，αi約為1450W/（m2k）。回?zé)崞鲹Q熱的總傳熱系數(shù)為：W/（m2k） 則根據(jù)文獻[21]的規(guī)定，回?zé)崞鞯膫鳠崦娣e可按下式確定。 （8—1）式中：—回?zé)崞鞯臒嶝摵?，W； —回?zé)崞鞯膫鳠嵯禂?shù)，W/（m2k）； —回?zé)崞髦械钠骄鶎?shù)溫差，℃； （8—2）式中：—通過回?zé)崞鞯臍怏w制冷劑流量，kg/s； —進入回?zé)崞鞯臍怏w制冷劑焓值，kJ/kg； —流出回?zé)崞鞯臍怏w制冷劑焓值，kJ/kg。代入數(shù)據(jù)得：W （8—3）式中：—高溫制冷劑出回?zé)崞鞯臏囟?，℃? —高溫制冷劑進回?zé)崞鞯臏囟?，℃；—低溫制冷劑出回?zé)崞鞯臏囟?，℃? —低溫制冷劑進回?zé)崞鞯臏囟?，℃。代入?shù)據(jù)得：所需管外傳熱面積為：本設(shè)計初步采用的回?zé)崞骶唧w尺寸為：外管Φ101mm的銅管，內(nèi)管Φ61mm的銅管，103m2。 回?zé)崞鞯慕Y(jié)構(gòu)圖制冷系統(tǒng)在運行過程中，制冷劑和冷凍油中過量的水分或管道中的贓物，都能使毛細管堵塞，因此為了確保系統(tǒng)運行安全，制冷劑由冷凝器進入毛細管之前要先經(jīng)過干燥過濾器。干燥過濾器主要是起到雜質(zhì)過濾的作用。一般來說，這要根據(jù)冰箱，空調(diào)的制冷系統(tǒng)來確定干燥器的規(guī)格，如內(nèi)徑、外徑的規(guī)格，以及內(nèi)部件的型號，如過濾碗、網(wǎng)布、和分子篩等。由于氟利昂制冷系統(tǒng)壓力很高，過濾器外部材質(zhì)為鋼，內(nèi)設(shè)置了一塊目數(shù)比較大的過濾網(wǎng)，將過濾器布置在毛細管的進口處，以防止污物堵塞毛細管。 干燥過濾器的剖面圖干燥過濾器的傾斜角度對小型制冷系統(tǒng)影響很大，由于小型制冷系統(tǒng)的制冷劑充注量較小，冷凝后的液體量也較小，當(dāng)干燥過濾器的傾斜角度小時，制冷劑液體積存于干燥過濾器內(nèi)，其液面無法達到毛細管入口，致使毛細管入口就是兩相流動，實際流量減少，蒸發(fā)器液量不足，蒸發(fā)量不足，相應(yīng)制冷能力不足，出現(xiàn)制冷弱現(xiàn)象，若要達到相同的制冷效果時無疑需要更多的制冷劑。因此，安裝時干燥過濾器至少傾斜45度角。貯液器在小型氟利昂跨臨界循環(huán)制冷系統(tǒng)中作用主要有：（1） 氣液分離：流體在通過突然擴大的端面時，流速會減小，從而制冷劑氣體和液體分離。（2） 儲液：儲存調(diào)劑制冷系統(tǒng)中液態(tài)的制冷劑量。當(dāng)系統(tǒng)有貯液器時，制冷劑的量可以適當(dāng)加大，保持一定的充灌量以適應(yīng)不同的工作情況。若系統(tǒng)不加貯液器時，則要求非常精確的灌注量，即在合適的范圍內(nèi)盡量偏少。對于該制冷機的氟利昂跨臨界循環(huán)系統(tǒng)，貯液器位于蒸發(fā)器的出口處。其作用是防止壓縮機產(chǎn)生液擊的現(xiàn)象，便于壓縮機回油，也保證了在調(diào)節(jié)制冷量時蒸發(fā)器不會被蒸干，同時增大了系統(tǒng)內(nèi)部容積，避免在高溫環(huán)境溫度下怠速時系統(tǒng)內(nèi)的壓力過高[21]。本設(shè)計選擇冰箱用的小型貯液器，同時兼顧氟利昂跨臨界循環(huán)系統(tǒng)的高壓環(huán)境，初步選擇河南源泉電器有限公司生產(chǎn)的型號為YQX006的銅管貯液器。 YQX006型貯液器的外觀圖對于每種冰箱、冰柜等小型制冷系統(tǒng)在正式生產(chǎn)之前都要進行性能匹配調(diào)試，這種調(diào)試包括更換設(shè)計方案、系統(tǒng)部件匹配等，同時制冷劑量經(jīng)過理論計算之后也要進行試驗，由試驗過程中的性能表現(xiàn)確定最合適的充注量。 對于家用電冰箱來說，由于一般采用毛細管節(jié)流，其制冷劑的充注量很少。如采用R12或R134a作制冷劑，其充注量一般不超過200g，如采用R600a(異丁烷)作制冷劑，則充注量更少，僅為80g以下。因此對制冷劑充注量的精度要求比較高，一般前者誤差不得大于5g，后者不得大于2g。制冷劑充注量偏多，則電冰箱蒸發(fā)溫度升高，冷凝壓力增大，壓縮機軸功率增大，運轉(zhuǎn)率提高，甚至可能出現(xiàn)冷凝器積液過多。在壓縮機停機后，當(dāng)高壓低于與環(huán)境溫度對應(yīng)的飽和壓力時，液態(tài)制冷劑在干燥過濾器和冷凝器末端蒸發(fā)吸熱，造成能量損失。若制冷劑充注量偏少，則蒸發(fā)器末端過熱度升高，結(jié)霜不滿，從而使蒸發(fā)器的制冷量減少，壓縮機運轉(zhuǎn)率提