制冷系統(tǒng)管路設(shè)計(jì)解讀

1、制冷系統(tǒng)管路設(shè)計(jì)一、概述制冷管路的設(shè)計(jì)需要綜合考慮以下的因素：最大的制冷量、最低的成本、正常的回油、最小的功率消耗、最小的制冷劑充注量、低噪聲、正確的制冷劑流量控制以及系統(tǒng)制冷量能夠從 0 到 100%變化而且不會(huì)引起任何潤(rùn)滑方面的故障。影響管路設(shè)計(jì)最主要的兩個(gè)因素是：管路的壓降和流速。 制冷劑管路中的壓降會(huì)降低制冷量和增大功率的消耗，降低能效比，因此應(yīng)避免過(guò)大的壓降。 液體管路中的壓降一般不會(huì)直接影響制冷量，但液體管路中的壓降必須保證液體在進(jìn)入節(jié)流裝置前是飽和液體，液體管路中過(guò)大的壓降會(huì)使液體管路中產(chǎn)生閃發(fā)蒸汽，在節(jié)流前產(chǎn)生閃發(fā)蒸汽會(huì)直接影響節(jié)流裝置控制和調(diào)節(jié)流量、壓降的能力。為減小壓降而增

2、大液體管路管徑，會(huì)引起系統(tǒng)中制冷劑充注量的增加。過(guò)量的制冷劑將嚴(yán)重影響制冷劑流量的控制，在制冷系統(tǒng)的低壓側(cè)，大量的液態(tài)制冷劑的慣性效應(yīng)將使制冷劑流動(dòng)控制裝置動(dòng)作失常。在吸排氣管和蒸發(fā)器管路中更應(yīng)保持足夠的流速，因?yàn)橛秃推麘B(tài)制冷劑并不容易混合， 只有制冷劑流速大到足以攜帶冷凍油一起移動(dòng)，油才能在系統(tǒng)中正常循環(huán)。另外，在管路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量保證停機(jī)后兩器內(nèi)的制冷劑液體不能沿管路流動(dòng)造成制冷劑的遷移（因室內(nèi)、外溫差而造成的制冷劑遷移除外），絕對(duì)不允許進(jìn)入壓縮機(jī)。 對(duì)冷凝器位置高于蒸發(fā)器的機(jī)組，若停機(jī)后冷凝器中的制冷劑液體沿管路流進(jìn)蒸發(fā)器，再次開(kāi)機(jī)時(shí)，蒸發(fā)器出氣管就會(huì)大量帶液，系統(tǒng)無(wú)汽分或汽分太小的情況下

3、都有可能對(duì)壓縮機(jī)造成液擊。二、液體管路的設(shè)計(jì)液體管路中中制冷劑液體和潤(rùn)滑油在溫度較高時(shí)能充分混合，一般不用考慮液體管路的設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)回油的影響。液體管路設(shè)計(jì)主要考慮下面的因素：制冷劑在進(jìn)入節(jié)流裝置時(shí)應(yīng)是過(guò)冷液體、液體管路對(duì)系統(tǒng)充注量的影響、節(jié)流方式、分流方式等。1、制冷劑在進(jìn)入節(jié)流裝置時(shí)應(yīng)是過(guò)冷液體當(dāng)液態(tài)制冷劑壓力降到其飽和壓力時(shí)，有一部分制冷劑液體將閃發(fā)成蒸汽，冷卻余下的制冷劑液體到新和飽和溫度。當(dāng)因管徑過(guò)小產(chǎn)生過(guò)大的摩擦阻力或豎直向上流動(dòng)造成液體管壓降過(guò)大時(shí)都有可能引起制冷劑的閃發(fā)。閃發(fā)蒸汽在幾個(gè)方面都對(duì)系統(tǒng)的性能造成不利的影響：由于管路的壓降會(huì)使通過(guò)節(jié)流裝置兩端的壓降減小 （保證蒸發(fā)壓力、

4、 冷凝壓力穩(wěn)定）造成通過(guò)節(jié)流裝置的制冷劑流量不足；閃發(fā)蒸汽的存在使得進(jìn)入節(jié)流裝置的流體中只有部分是液體，引起節(jié)流裝置供液量不足；進(jìn)入膨脹閥前閃發(fā)蒸汽的存在會(huì)產(chǎn)生汽蝕，腐蝕膨脹閥的閥座和閥針，引起噪聲。制冷劑在進(jìn)入節(jié)流裝置前的壓降主要由管路的阻力損失（包括沿程阻力損失和局部阻力損失）和豎直上升管路的液柱壓頭引起。每米液態(tài)制冷劑壓頭等效于11.5kPa。對(duì)于 15 米的豎直上升管路，液柱壓頭 172.5 kPa，系統(tǒng)匹配時(shí)需要考慮這172.5 kPa 的液柱壓降。在正常的冷凝溫度下，過(guò)冷度變化 1，所對(duì)應(yīng)的飽和壓力的變化如下：制冷劑過(guò)冷度飽和壓力R12121.4kPaR22133.9kPaR502

5、135.7kPa因此對(duì)于 15 米的豎直上升管路，液柱壓頭172.5 kPa，系統(tǒng)匹配時(shí)冷凝器 (R22)的克服液柱壓頭損失的過(guò)冷度應(yīng)保證為172.5/33.9 5，才可確保進(jìn)入膨脹閥前的制冷劑不含閃發(fā)蒸器。管路的阻力損失（沿程阻力損失和局部阻力損失）包括通過(guò)銅管的阻力損失，通過(guò)電磁閥、過(guò)濾器、手動(dòng)閥等的阻力損失。一般情況下，大多數(shù)系統(tǒng)的液管尺寸可以按照 40 kPa 的上限壓降進(jìn)行設(shè)計(jì)。綜合上述因素，對(duì)于室內(nèi)、外機(jī)間有較長(zhǎng)配管的系統(tǒng)匹配時(shí)冷凝器 (R22)的過(guò)冷度應(yīng)保證為 7- 10，才可確保進(jìn)入膨脹閥前的制冷劑不含閃發(fā)蒸器 。蒸發(fā)器、冷凝器距離較近時(shí)冷凝器 (R22)的過(guò)冷度為 5左右有較

6、好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。下圖為不同的液管管徑下流速與壓降的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可供液管選型時(shí)參照。液管選型時(shí)還要綜合考慮液管上制冷配件的接口尺寸，選取管徑。另外，當(dāng)液體管路使用電磁閥時(shí)制冷劑流速應(yīng)低于1.5m/s ，否則當(dāng)電磁閥突然關(guān)閉時(shí)可能會(huì)因?yàn)閴毫Σ▌?dòng)或液體沖擊而破壞管路。2、液體管路對(duì)系統(tǒng)充注量的影響液體管路選取過(guò)大會(huì)使系統(tǒng)充注量增大，停機(jī)時(shí)豎直接管中的大量的制冷劑液體會(huì)流入位置較低的換熱器中，尤其是蒸發(fā)器位置較低時(shí)，再次開(kāi)機(jī)時(shí)，蒸發(fā)器中大量積聚的制冷劑液體會(huì)沖擊壓縮機(jī)。另外，液管中大量的制冷劑液體在流動(dòng)時(shí)有較大的慣性，會(huì)沖擊膨脹閥的流口組件，在工況變化劇烈時(shí)，會(huì)影響流口組件的正常動(dòng)作。不能為了降低管路的

7、阻力，而選取過(guò)大的液管管徑。3、節(jié)流方式的選擇流體流經(jīng)膨脹機(jī)構(gòu)時(shí)，由于進(jìn)間很短，可看作是絕熱節(jié)流。節(jié)流后 液 體變成 濕蒸 汽 ，其 中 蒸 汽的含 量 約占 總制 冷劑 質(zhì) 量的10%-30% 。膨脹機(jī)構(gòu)除了起節(jié)流作用外， 還起調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量的作用。節(jié)流方式的選擇對(duì)機(jī)組性能的影響至關(guān)重要。3.1 兩次節(jié)流、中間氣液分離通過(guò)兩個(gè)階段的節(jié)流達(dá)到制冷劑的減壓：通過(guò)第一毛細(xì)管，使液體制冷劑膨脹到中間壓力后，由汽液分離器將氣態(tài)制冷劑和液態(tài)制冷劑分離，液態(tài)制冷劑通過(guò)第二毛細(xì)管進(jìn)一步膨脹（減壓） ，而氣態(tài)制冷劑則通過(guò)注入通路進(jìn)入壓縮機(jī)。 可以提高制冷能力 10%-20%。在使用膨脹閥與板式換熱

8、器的機(jī)組中采用下圖所示制冷循環(huán)，可以提高制冷量 10%，板換分液器可以起輔助節(jié)流作用。 （在取消分液器后，汽液分離器中大量集油。 ）3.2 液體管路帶回?zé)崞鞯闹评溲h(huán)在系統(tǒng)中增加一個(gè)回?zé)崞?使節(jié)流前的液體和來(lái)自蒸發(fā)器的低溫蒸器進(jìn)行內(nèi)部熱交換。熱交換的結(jié)果是制冷劑液體過(guò)冷，低溫蒸氣有效過(guò)熱。這樣，不僅可增加單位制冷量，而且可以減少蒸氣與環(huán)境空氣之間的傳熱溫差，減少甚至消除吸氣管中的有害過(guò)熱。具有回?zé)崞鞯南到y(tǒng)圖與壓焓圖如圖示。沒(méi)有回?zé)崞鞯闹评溲h(huán)1-2-3-4，增加回?zé)崞鞯闹评溲h(huán)1-2-3-4。單位制冷量的增加量為h -h 。44對(duì) R12、R502 采用回?zé)嵫h(huán)后制冷系數(shù)及單位容積制冷量均有所

9、提高，對(duì) R717、R22 采用回?zé)嵫h(huán)后制冷系數(shù)及單位容積制冷量均有所降低。液體管路帶回?zé)崞鞯闹评溲h(huán)對(duì) R22 制冷系統(tǒng)意義不大。3.3 噴液冷卻噴液冷卻就是將冷凝器出口的一部分液體通過(guò)噴液電磁閥、噴液膨脹閥引入壓縮機(jī)，通過(guò)制冷劑的蒸發(fā)潛熱降低壓縮機(jī)的排氣溫度和電動(dòng)機(jī)的溫度，保護(hù)壓縮機(jī)及制冷系統(tǒng)在惡劣工況下工作。噴液冷卻并不能提高制冷循環(huán)的單位制冷量，但能降低壓縮機(jī)的功耗，增加能效比；同時(shí)保護(hù)壓縮機(jī)的正常運(yùn)行，使壓縮機(jī)適用于更廣的工況范圍。壓縮功耗的降低見(jiàn)壓焓圖中虛線部分。3.4 液體管路帶經(jīng)濟(jì)器的制冷循環(huán)經(jīng)濟(jì)器實(shí)際上是一個(gè)液體過(guò)冷器， 來(lái)自冷凝器的高壓液體通過(guò)經(jīng)濟(jì)器，其中一小部分液體經(jīng)輔

10、助節(jié)流閥在經(jīng)濟(jì)器內(nèi)蒸發(fā)而吸收高壓液體熱量以使其過(guò)冷。 過(guò)冷液體經(jīng)主節(jié)流閥進(jìn)入蒸發(fā)器蒸發(fā)就會(huì)提高單位質(zhì)量制冷劑的制冷量。 經(jīng)濟(jì)器內(nèi)需要始終維持一個(gè)中間壓力， 經(jīng)濟(jì)器內(nèi)產(chǎn)生的制冷劑蒸器要被連續(xù)抽走。 經(jīng)濟(jì)器制冷循環(huán)可以大幅提高制冷量及制冷系數(shù)，蒸發(fā)溫度越低，效果越明顯。從壓焓圖上可以看出單位制冷量增加，壓縮功耗減少。4、分流方式的選擇當(dāng)蒸發(fā)器為多回路蒸發(fā)盤(pán)管時(shí)， 將節(jié)流后的氣液混合物均勻地分配給各路蒸發(fā)器， 對(duì)制冷機(jī)的性能至關(guān)重要。 分液不均不僅會(huì)使機(jī)組制冷、制熱效果差，還會(huì)對(duì)制冷機(jī)組的性能危害很大。對(duì)熱泵機(jī)組制熱時(shí)，分液不均會(huì)使分液多的回路制冷劑蒸發(fā)不完全， 而導(dǎo)致此回路迅速結(jié)霜，且結(jié)霜非常嚴(yán)重

11、，造成化霜不干凈，進(jìn)而惡性循環(huán)，壓縮機(jī)回液，低壓跳停。制冷時(shí)，分液多的回路制冷劑蒸發(fā)不完全，盤(pán)管溫度偏低，除濕能力強(qiáng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使室內(nèi)盤(pán)管結(jié)霜，壓縮機(jī)回液。影響分流效果的主要因素是節(jié)流后氣液兩相制冷劑流動(dòng)時(shí)流態(tài)的不均勻與各分流支路的阻力。 相對(duì)而言，保證各各分流支路的阻力相同比較簡(jiǎn)單，一般只要保證選取相同管徑、相同長(zhǎng)度的分流管。要使氣液兩相混合物均勻地進(jìn)入各分流路，就需要選取合理的分流型式。對(duì)家用機(jī)等小型的制冷機(jī)，可采用毛細(xì)管分流。對(duì)較大型的蒸發(fā)盤(pán)管，分流型式較多， 現(xiàn)在廣泛使用的有節(jié)流噴咀式和文丘里管型兩種。4.1 毛細(xì)管分流采用毛細(xì)管分流一方面可嚴(yán)格保證各分流路具有相近的阻力降；另一方面，分

12、流毛細(xì)管可以輔助節(jié)流， 使經(jīng)過(guò)一次節(jié)流后進(jìn)入分流管的制冷劑含有盡可能少的閃發(fā)蒸氣或?yàn)槿詾轱柡鸵后w， 從兩個(gè)方面保證分流的均勻性。 下圖為比較典型的毛細(xì)管分流， 取消主節(jié)流毛細(xì)管更能制冷機(jī)的性能，匹配上比較困難。圖示翅片盤(pán)管作冷凝器使用時(shí)，冷凝液體直接通過(guò)單向閥，不通過(guò)圖中毛細(xì)管；作蒸發(fā)器用時(shí)，制冷劑經(jīng)過(guò)主毛細(xì)管一次節(jié)流后，再由分流毛細(xì)管分流。4.2 分流頭分流4.2.1 節(jié)流噴咀式分流頭節(jié)流噴咀式分流頭由分流頭本體 ,節(jié)流噴咀組成。從熱力膨脹閥出口的制冷劑液體，通過(guò)節(jié)流噴咀時(shí)，由于截面突然收宿，使制冷劑的動(dòng)壓升高，流速增加，流體通過(guò)噴咀后，在噴咀兩側(cè)形成壓差，高速流動(dòng)的氣液兩相制冷劑進(jìn)入混合室

13、后產(chǎn)生渦流， 使氣液兩相的制冷劑充分混合，并均勻地分配到分液器各輸出口。對(duì)于兩器都采用翅片式換熱器的熱泵機(jī)組，室內(nèi)、外機(jī)都需要使用分流頭，可以使用帶旁通管的節(jié)流噴咀分流頭。經(jīng)初步試驗(yàn)效果也比較好。4.2.2 文丘里管型分流頭文丘里管型分流頭結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，只有本體，不帶其它零部件，但加工困難。 從熱力膨脹閥出口的制冷劑兩相混合物，由分流頭進(jìn)口A 流經(jīng)收縮口 B 時(shí)，雖流速較高，壓力降較大，但流線平順，不與管壁脫離，使氣液兩相流體均勻地進(jìn)入圓環(huán)形流道C 中，由于管內(nèi)收縮與擴(kuò)張段采用平滑過(guò)渡， 制冷劑在整個(gè)流動(dòng)過(guò)程中不產(chǎn)生紊流，所以文丘里管型分流頭阻力較小，對(duì)安裝位置無(wú)特殊要求。4.2.3 分流頭使

14、用注意事項(xiàng)分流頭一般應(yīng)直接安裝在膨脹閥的出口處，若必須接一管段，也應(yīng)盡量短，最長(zhǎng)不要超過(guò) 1.5 米。盡量避免分流頭與膨脹閥之間有閥件或狹窄處， 否則會(huì)產(chǎn)生附加壓降； 兩者之間的連接管還應(yīng)盡量避免彎曲，否則會(huì)因離心力破壞兩相流體的流動(dòng)均勻性，引起分流不均。分流頭的出口向下安裝為宜，盡量避免水平布置，避免氣液兩相的重力差引起氣液分離造成分流不均勻。 尤其是低負(fù)荷時(shí)制冷劑流速減慢，重力對(duì)氣液分離的影響加大，更會(huì)引起分配不均。分流頭的出口孔數(shù)應(yīng)與蒸發(fā)器分路數(shù)相等，若分流頭出口孔數(shù)較多，而將其中一部分孔堵塞后勉強(qiáng)配用， 則必然會(huì)引起制冷劑分配不均勻。4.2.4 分流管的選取合理選取分流管與分流頭匹配使

15、用也至關(guān)重要。表1 為不同管徑的分流管在不同蒸發(fā)溫度下的容量表，分流管的額定容量基于進(jìn)入熱力膨脹閥的液體溫度為37.8，分液管長(zhǎng)度為762mm。如果進(jìn)入熱力膨脹閥的液體溫度不是37.8，則利用表 2 加以修正。如果分流管的長(zhǎng)度不是 762mm，則利用表 3 加以修正。表 1分流管的額定容量分液蒸發(fā)溫度管外制冷劑徑壁R12R22R502厚約4.4-6.7-184.4-6.7-184.4-6.7-181/mm40.670.490.390.910.740.560.630.460.3551.41.050.811.861.541.161.30.980.7762.82.11.583.853.122.352

16、.562.031.5185.64.23.157.75.954.555.253.852.91109.87.355.612.9510.157.78.757.05.25表 2液體溫度修正系數(shù)液體溫1015.621.126.732.237.843.348.9度修正系數(shù)2.11.831.591.371.171.000.850.72表 3分流管長(zhǎng)度修正系數(shù)分流管長(zhǎng)305457610762914106121137152167182mm791469修正系數(shù)1.31.11.01.00.90.90.80.80.70.70.766705062963三、吸氣管路的設(shè)計(jì)由于流動(dòng)產(chǎn)生的阻力損失 ,導(dǎo)致壓縮機(jī)吸氣口處的壓力

17、低于蒸發(fā)器出口處的壓力。當(dāng)吸氣壓力降低時(shí)，回氣比容增大，壓縮機(jī)的排氣量減少，機(jī)組制冷量將會(huì)有損失。 同時(shí)吸氣管中還要維持足夠高的制冷劑流速以使冷凍油能順利返回壓縮機(jī)。 吸氣管中溫度低， 冷凍油粘度大，冷凍油在吸氣管中沿管壁流動(dòng)。 油在吸氣管中的移動(dòng)取決于吸氣的比容和速度，即質(zhì)量流量。當(dāng)比容增大時(shí)，必須維持較高的速度以使油隨制冷劑一起移動(dòng)。水平管內(nèi)額定最低流速推薦值是3.6 米/秒，豎直管內(nèi)額定最低流速推薦值是7.6 米/秒。如果系統(tǒng)有能量調(diào)節(jié)，應(yīng)按最小負(fù)載時(shí)的制冷量來(lái)選擇吸氣管尺寸。低壓降與高流速的要求相矛盾，選型時(shí)應(yīng)首先保證正?；赜?。以下兩圖分別為在不同制冷量與不同蒸發(fā)溫度下保證回油的推薦最

18、大吸氣管尺寸。水平管路應(yīng)在流動(dòng)方向向下傾斜，以利回油，斜度大約是每10英尺（3 米）下降 1/2 英寸（1.27 厘米）。制冷劑管路應(yīng)盡可能短而直。為了方便吸氣上升管中的回油，每5 米左右上升管應(yīng)設(shè)存油彎。為了避免儲(chǔ)存過(guò)多的冷凍油，存油彎應(yīng)盡可能的小。對(duì)于有能量調(diào)節(jié)的機(jī)組，若機(jī)組最大、最小負(fù)載相差很大時(shí)，按最小負(fù)載來(lái)匹配吸氣管會(huì)造成最大負(fù)載時(shí)制冷量損失很大， 可以在控制邏輯是增加特定的回油循環(huán)運(yùn)行來(lái)彌補(bǔ)， 適當(dāng)?shù)脑龃笪鼩夤軓健?也可以采用雙升管的型式， 如下圖。兩根管的截面積之和應(yīng)等于最大負(fù)荷時(shí)同時(shí)滿(mǎn)足氣體流速和壓降條件下的單根吸氣管的截面積。 細(xì)管的截面積滿(mǎn)足最小負(fù)載時(shí)的流速和壓降的要求。

19、在最大負(fù)荷條件下， 氣體和油同時(shí)流過(guò)兩根管， 在低負(fù)荷條件下氣體速度不足以攜帶油在兩根管中流動(dòng)。油將從制冷劑中析出，沉積在油彎部位，形成液封。在P 形彎的右側(cè)將會(huì)形成一段油柱， 當(dāng)油柱的壓力等于整個(gè)細(xì)管段的壓降時(shí) P1-P2= P，油柱高度將維持不變。此時(shí)液封將迫使流體從細(xì)管流過(guò)，因而提升了速度，保證了正?；赜?。為了防止停機(jī)時(shí)蒸發(fā)器內(nèi)的液態(tài)制冷劑沿吸氣管進(jìn)入壓縮機(jī)， 蒸發(fā)器的吸氣集管都應(yīng)設(shè)截流彎。 當(dāng)使用多個(gè)蒸發(fā)器， 連接在公共吸氣管上時(shí)，在連接部份應(yīng)設(shè)反向截流彎， 以防止一個(gè)蒸發(fā)器回流制冷劑影響其他蒸發(fā)器的膨脹閥溫包控制系統(tǒng)。 當(dāng)吸氣上升管和蒸發(fā)器相連時(shí)，中間應(yīng)留有一段水平段和截油彎用于安裝感溫包。