制冷系統(tǒng)中油分離器結(jié)構(gòu)及工作原理

1、制冷系統(tǒng)中油分離器結(jié)構(gòu)及工作原理一、油分離器與集油器(一 油分離器的作用在蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)中,經(jīng)壓縮后的氨蒸汽 (或氟利昂蒸汽 ,是處于高壓高溫的過(guò)熱狀態(tài)。由于它排出時(shí)的 流速快、溫度高。汽缸壁上的部份潤(rùn)滑油,由于受高溫的作用難免成油蒸汽及油滴微粒與制冷劑蒸汽一同排出。且排 汽溫度越高、流速越快,則排出的潤(rùn)滑油越多。對(duì)于氨制冷系統(tǒng)來(lái)說(shuō),由于氨與油不相互溶,所以當(dāng)潤(rùn)滑油隨制冷劑 一起進(jìn)入冷凝器和蒸發(fā)器時(shí)會(huì)在傳熱壁面上凝成一層油膜,使熱阻增大,從而會(huì)使冷凝器和蒸發(fā)器的傳熱效果降低, 降低制冷效果。據(jù)有關(guān)資料介紹在蒸發(fā)表面上附有 0.1mm 油膜時(shí),將使蒸發(fā)溫度降低 2.5,多耗電 1112%。所

2、以 必須在壓縮機(jī)與冷凝器之間設(shè)置油分離器,以便將混合在制冷劑蒸汽中的潤(rùn)滑油分離出來(lái)。(二 油分離器的工作原理大家都知道,汽流所能帶動(dòng)的液體微粒的尺寸是與汽流的速度有關(guān)。若把汽流垂直向上運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的升力與微粒的 重量相平衡時(shí)的汽流速度稱(chēng)為平衡速度,并用符號(hào) 表示。則顯然當(dāng)汽流速度等于平衡速度時(shí),則微粒在汽流中保持 不動(dòng);如果汽流速度大于平衡速度時(shí)則將微粒帶走;而當(dāng)汽流速度小于平衡速度,微粒就會(huì)跌落下來(lái),從而使油滴微 粒制冷劑汽流中分離出來(lái)。油分離器的基本工作原理主要就是利用潤(rùn)滑油和制冷劑蒸氣的密度不同;以及通道截面突然擴(kuò)大,氣流速度驟降 (油分離器的筒徑比高壓排氣管的管徑大 315倍,使進(jìn)入油分離

3、器后蒸氣的流速?gòu)脑鹊?1025m/s下降至 0.8 1m/s; 同時(shí)改變流向,使密度較大的潤(rùn)滑油分離出來(lái)沉積在油分離器的底部?；蚶秒x心力將油滴甩出去,或采用 氨液洗滌,或用水進(jìn)行冷卻降低汽體溫度,使油蒸汽凝結(jié)成油滴,或設(shè)置過(guò)濾層等措施來(lái)增強(qiáng)油的分離效果。(三 油分離器的形式和結(jié)構(gòu) 目前常見(jiàn)的油分離器有以下幾種:洗滌式、離心式、過(guò)濾式、及填料式等四種結(jié)構(gòu)型 式,下面分述它們的結(jié)構(gòu)及工作原理。1、洗滌式油分離器洗滌式油分離器適用于氨系統(tǒng),它的主體是鋼板卷焊而成的圓筒,兩端焊有鋼板壓制的筒蓋和筒底。進(jìn)汽管由 筒蓋中心處伸入至筒下部的氨液之內(nèi)。進(jìn)氣管的下端焊有底板,管端四周開(kāi)有出氣孔,以免高壓蒸氣

4、直接沖擊筒底, 使已沉淀的潤(rùn)滑油攪動(dòng)浮起。筒內(nèi)進(jìn)氣管的中部 (位于液面之上 管壁上還開(kāi)有平衡孔,其作用是當(dāng)壓縮機(jī)停車(chē)時(shí)平衡 排氣管路、油分離器、冷凝器三者之間的壓力,特別是在壓縮機(jī)發(fā)生事故時(shí),可以防止因冷凝器的高壓將油分離器中 的氨液壓回壓縮機(jī),造成更大事故。在進(jìn)氣管的外側(cè)上部還裝有多孔傘形擋板,作分離液滴之用。筒體下部側(cè)面設(shè)有 放油管接頭,與集油器相連。傘形擋板之上的筒體側(cè)面設(shè)有出氣管接頭,并使出汽管伸入筒內(nèi)有一定的長(zhǎng)度,且引出 口是朝上開(kāi)的,其目的是使氨汽在排出分離器以前再折流一次,有助于提高分離效果,如圖 7 1所示。洗滌式油分離器在工作時(shí)主要是利用混合氣體在氨液中被洗滌和冷卻來(lái)分離油,

5、同時(shí)還利用降低氣流速度與改變 氣流運(yùn)動(dòng)方向,油滴自然沉降的分離作用。其中洗滌和冷卻作用對(duì)洗滌式油分離器的分油效率影響最大,因此筒體內(nèi) 必須保持一定高度的氨液。洗滌式油分離器中的氨液一般是由冷凝器供給,為了保證油分離器內(nèi)有足夠高度的氨液,它的進(jìn)液管應(yīng)比冷凝器出液 口位置低 240250mm ,另外它一般裝在機(jī)房外,緊靠冷凝器的地方,這樣可以多臺(tái)壓縮機(jī)共同用一個(gè)油分離器。2、填料式油分離器填料式油分離器的結(jié)構(gòu)如圖 7 2所示 。在鋼板卷焊而成的筒體內(nèi)裝設(shè)填料層 , 填料層上下用二塊多孔鋼板固定。 填料可以是陶瓷杯,金屬切屑或金屬絲網(wǎng),以金屬絲網(wǎng)效果最佳。當(dāng)帶油的制冷劑蒸氣進(jìn)入筒體內(nèi)降低流速后,先通

6、 過(guò)填料吸附油霧,沿傘形板擴(kuò)展方向順筒壁而下,然后改變流向從中心管返回頂腔排出。分離出的油沉積在它的底部, 再經(jīng)過(guò)浮球閥或手動(dòng)閥排回壓縮機(jī)曲軸箱。由上述可見(jiàn),這種油分離器的分油是依靠降低流速、填料吸附及改變氣流方向來(lái)實(shí)現(xiàn)的,其中以填料層的吸附 作用為主。與洗滌式油分離器相比,填料式油分離器的分油效率較高,可達(dá) 95%(洗滌式為 8085% ,安裝位置較緊 湊且對(duì)安裝位置及安裝高度沒(méi)有嚴(yán)格的要求,可以多臺(tái)壓縮機(jī)共同用一臺(tái)油分離器,故填料式油分離器現(xiàn)已廣泛用于 氨制冷系統(tǒng)中。但填料式油分離器對(duì)氣流的阻力較大,要求筒內(nèi)制冷劑蒸氣的流速不大于 0.5m/s。此外填料式油分離 器的金屬絲網(wǎng)一般采用不銹鋼

7、絲網(wǎng),價(jià)格較貴。3、離心式油分離器離心式油分離器的油分離效果較好,適用于大型制冷系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)如圖 7 3所示。壓縮機(jī)的排氣經(jīng)油分離器進(jìn) 氣管沿切線(xiàn)方向進(jìn)入筒內(nèi),隨即沿螺旋導(dǎo)向葉片高速旋轉(zhuǎn)并自上而下流動(dòng)。借離心力的作用將排氣中密度較大的油滴拋在筒壁上分離出來(lái),沿壁流下,沉積在筒底部。蒸氣經(jīng)筒體中心的出氣管內(nèi)多孔板引出。筒側(cè)裝有浮球閥,當(dāng)油面 上升到上限位時(shí),潤(rùn)滑油通過(guò)浮球閥打開(kāi)閥芯,自動(dòng)向壓縮機(jī)曲軸箱或集油器排油。有的在油分離器外部還設(shè)有冷卻 水套,使混合汽體在其中又受到冷卻水的冷卻并通過(guò)降低流速和改變流向的作用,進(jìn)一步得到分離。4、過(guò)濾式油分離器過(guò)濾式油分離器用于氟利昂制冷系統(tǒng),常稱(chēng)為氟利昂油

8、分離器,其結(jié)構(gòu)如圖 7 4所示。當(dāng)壓縮機(jī)排出的高壓制冷劑氣體進(jìn)入分離器后,由于過(guò)流截面較大,氣體流速突然降低并改變方向,加上進(jìn)氣 時(shí)幾層金屬絲網(wǎng)的過(guò)濾作用,即將混入氣體制冷劑中的潤(rùn)滑油分離出來(lái),并下滴落聚集在容器底部。當(dāng)聚集的潤(rùn)滑油 量達(dá)一定高度后,則通過(guò)自動(dòng)回油閥,回到壓縮機(jī)曲軸箱。在正常運(yùn)行時(shí),由于浮球閥的斷續(xù)工作,使得回油管時(shí)冷 時(shí)熱,回油時(shí)管子熱,不回油時(shí)管子就冷。如果回油管一直冷或一直熱,這說(shuō)明浮球閥已經(jīng)失靈,必須進(jìn)行檢修,檢 修時(shí)可使用手動(dòng)回油閥進(jìn)行回油。這種油分離器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造方便,應(yīng)用普遍,但分油效果不及填料式。(四 油分離器的計(jì)算油分離器的計(jì)算就是確定其筒體直徑的大小 。

9、油分離器筒體直徑的大小 , 是根據(jù)壓縮機(jī)的排氣量和油分離器 的流量相同這一連續(xù)方程及油分離器中氣流速度必須降為 0.81m/s的工作條件推導(dǎo)出來(lái) 。 具體的計(jì)算公式如下 :d= 0.0188×(*V/u0.5式中:D 油分離器筒體直徑, m。V壓縮機(jī)的理論排汽量, m3/h。壓縮機(jī)的輸氣系數(shù),無(wú)因次。油分離器內(nèi)蒸氣的流速, m/s。對(duì)于填料式油分離器取 =0.30.5m/s,其它形式油分離器取 0.8m/s。例:某冷庫(kù)分三個(gè)系統(tǒng),設(shè)雙級(jí)和單級(jí)機(jī)排汽合用一臺(tái)油分離器,已知 15系統(tǒng)輸氣系數(shù) =0.66, Vh = 285m3/s, 28系統(tǒng)輸氣系數(shù) =0.77, 低壓級(jí) Vh =142

10、.5m3/s, 33系統(tǒng)輸氣系數(shù) =0.72, 低壓級(jí) Vh =285m3/s, 若采用洗滌式油分離器,試求所需的油分離器直徑。解:則應(yīng)選用直徑 D363mm 的油分離器一臺(tái)。(五 集油器所謂集油器就是將系統(tǒng)中的油集中起來(lái)的容器 (也稱(chēng)放油器 。在氨制冷系統(tǒng)中,如果從油分離器、高壓貯液器、 冷凝器等壓力較高的容器中直接放油,對(duì)操作人員是很不安全的。另外,在這些容器中氨液也較多,為了保證操作人 員的安全并減少氨液的損失,應(yīng)將系統(tǒng)中各有關(guān)容器的油先排至集油器,再在低壓下將油從集油器排出。對(duì)于氟利昂系統(tǒng),油分離器分離出來(lái)的潤(rùn)滑油一般都通過(guò)它下部的手動(dòng)或浮球自動(dòng)放油閥直接送回壓縮機(jī)曲軸 箱,其它設(shè)備中的潤(rùn)滑油靠流速帶回壓縮機(jī)。因此氟利昂制冷系統(tǒng)一般不單獨(dú)設(shè)置集油器。1、集油器結(jié)構(gòu) 集油器的構(gòu)造如圖 7 5所示。它是用鋼板焊制的立式圓柱形容器,其頂部設(shè)有回汽管接頭,用 作回收氨汽的出口和降低筒內(nèi)的壓力。筒體上側(cè)部設(shè)有進(jìn)油管接頭,它與其它容器的放油管相連接,各容器中的油由 此進(jìn)入集油器。筒體的下側(cè)設(shè)有放油管,以便在氨回收后將油從筒內(nèi)放出。此外,為了便于操作管理,在殼體上還裝 有壓力表和玻璃液面指示器,通常集油器的進(jìn)油量不易超過(guò)其容積的 70%。在放油前,為了加速油中氨液的蒸發(fā),更 好地回收制冷劑,常采取在集油器頂部用水淋澆加熱的措施。放油時(shí)只允