制冷系統(tǒng)管路設(shè)計(jì)

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 低的本錢(qián)、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液化而且不會(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)防止過(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

2、。為 減小壓降而增大液體管路管徑，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，假設(shè)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

3、液，系統(tǒng)無(wú)汽分或汽分太小的情況下 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)，有一局部制冷劑液體將 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)

4、使通過(guò)節(jié)流裝置兩端的壓降減小保證蒸發(fā)壓力、冷凝壓力穩(wěn)定造成通過(guò)節(jié)流裝置的制冷劑流量缺乏； 閃發(fā)蒸汽的存在使得進(jìn)入節(jié)流裝置的流體中只有局部是液體，引起 節(jié)流裝置供液量缺乏；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，弓I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1C,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R121

5、C21.4kPaR221C33.9kPaR5021C35.7kPa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 172.5/33.95C,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7C-10 C,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

6、距離較近時(shí)冷凝器(R22)的過(guò) 冷度為5C左右有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。下列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，否那么當(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

7、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、中間氣液別離通過(guò)兩個(gè)階段的節(jié)流到達(dá)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，由汽液別離器將氣態(tài)制冷劑和液態(tài) 制冷劑別離，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)制冷劑那么通過(guò)注入通路進(jìn)入壓縮機(jī)。可以提高制冷能力

8、10%-20%在使用膨脹閥與板式換熱器的機(jī)組中采用下列圖所示制冷循環(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，汽液別離器中大量集油。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)崞鳎构?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h4-h 4。對(duì)R12、R502采用回

9、熱循環(huán)后制冷系數(shù)及單位容積 制冷量均有所提高，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局部液體通過(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)壓焓圖中虛線局部。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

10、的高壓液體通過(guò)經(jīng) 濟(jì)器，其中一小局部液體經(jīng)輔助節(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

11、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，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 相同比擬簡(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)

12、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。下列圖為比擬典型的毛細(xì)管分流，取消主節(jié)流毛細(xì)管 更能制冷機(jī)的性能，匹配上比擬困難。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421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

13、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 比擬好。小川Ji 卜H.| 1./11 iilift- -1S422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)

14、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。分流頭使用考前須知分流頭一般應(yīng)直接安裝在膨脹閥的出口處，假設(shè)必須接一管段，也 應(yīng)盡量短，最長(zhǎng)不要超過(guò)1.5米。盡量防止分流頭與膨脹閥之間有閥 件或狹窄處，否那么會(huì)產(chǎn)生附加壓降；兩者之間的連接管還應(yīng)盡量防止 彎曲，否那么會(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，盡量防止水平布置，防止氣液兩相的重力差引起氣液別離造成分流不均勻。尤其是低負(fù)荷時(shí)制冷劑流速減慢，重力對(duì)氣液別離的影響加大，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，假設(shè)分流頭出口孔數(shù)較 多，而將其中

15、一局部孔堵塞后勉強(qiáng)配用，貝泌然會(huì)引起制冷劑分配不 均勻。424分流管的選取合理選取分流管與分流頭匹配使用也至關(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 C,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 C,那么利用表2加以修正。如果分流管 的長(zhǎng)度不是762mm那么利用表3加以修正。表1分流管的額定容量分液管外徑壁厚約1/mm蒸發(fā)溫度C制冷劑R12R22R5024.4-6.7-184.4-6.7-184.4-6.7-1840.670.490.390.910.740.560.630.460.3551.41

16、.050.811.861.541.161.30.980.7762.82.11.583.853.122.352.562.031.5185.64.23.157.75.954.555.253.852.91109.87.355.612.9510.157.78.757.05.25表2液體溫度修正系數(shù)液體溫1015.621.126.732.237.843.348.9度C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

17、.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咼的制 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。

18、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。 為了防止儲(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，假設(shè)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?。?可以采用雙升管的型式，如下列圖。兩根管的截面積之和應(yīng)等于最大

19、負(fù) 荷時(shí)同時(shí)滿足氣體流速和壓降條件下的單根吸氣管的截面積。細(xì)管的截面積滿足最小負(fù)載時(shí)的流速和壓降的要求。 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)荷條件下氣體速度缺乏以攜帶油在兩 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=A 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