詳細(xì)講解制冷系統(tǒng)基礎(chǔ)管路設(shè)計(jì)

Word文檔詳細(xì)講解制冷系統(tǒng)基礎(chǔ)管路設(shè)計(jì)！最基本的制冷空調(diào)系統(tǒng)包括三段主管路：吸氣管，熱氣管和供液管路。另外還有其他的分支管路，基于不同的系統(tǒng)可有可無(wú)，比如熱力膨脹閥的外平衡管、熱氣旁通管路、噴液冷卻管路、熱氣化霜管路、并聯(lián)系統(tǒng)的油平衡管、氣平衡管路等等。

本文旨在分析最基本的，也是制冷空調(diào)系統(tǒng)不行或缺的三段主管路的設(shè)計(jì)，主要包含確定管徑大小和布置管路兩方面，基本上適用于空調(diào)和各種制冷以及熱泵等使用氟利昂的蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)。

第一部分：吸氣管路

一、吸氣管路的設(shè)計(jì)總體原則

吸氣管路是從蒸發(fā)器出口到壓縮機(jī)的吸氣口，這段管路中流淌的介質(zhì)可能包括有制冷劑氣體，制冷劑液體和潤(rùn)滑油，管路設(shè)計(jì)的基本原則如下：

回油，依靠介質(zhì)的流速將潤(rùn)滑油帶回到壓縮機(jī)中；

避開壓縮機(jī)停機(jī)時(shí)回液引起帶液?jiǎn)?dòng)；

最小化壓降，削減對(duì)系統(tǒng)效率的影響；

最小化壓縮機(jī)振動(dòng)的傳遞；

氣液油分別的效果；

最小化無(wú)效過熱。

二、管徑的計(jì)算方法

管徑的確定可以通過基于標(biāo)準(zhǔn)或者設(shè)計(jì)工況下的數(shù)據(jù)，計(jì)算制冷劑的系統(tǒng)質(zhì)量流量，然后再依據(jù)系統(tǒng)中制冷劑所處不同位置的物性，計(jì)算該位置的制冷劑容積流量，再除以管路的截面積，這樣就可以得出不同管徑下的制冷劑流速。

吸氣管路管徑的確定原則如下：

上升管路,冷媒流速不低于5m/s,一般設(shè)計(jì)流速在8m/s以上,依據(jù)所用的潤(rùn)滑油的粘度稍有區(qū)分；

水平管路或者下降管路,冷媒流速不低于3m/s；

吸氣管路的最大流速不得超出20m/s；

吸氣管路所產(chǎn)生的壓降不得超過20Kpa；

滿意帶油所需要的流速的前提下管徑盡可能設(shè)計(jì)的大,這樣利于降低系統(tǒng)壓降和振動(dòng)。

舉個(gè)栗子：假如已知一個(gè)使用R22制冷劑的系統(tǒng)的制冷量是20kW，冷凝溫度50攝氏度,蒸發(fā)溫度3攝氏度,過冷度2k,如下圖左圖所示,在壓焓圖上面依據(jù)所給定的信息，可以確定3點(diǎn)和TE點(diǎn)的位置，從而確定這兩點(diǎn)的焓值各自是多少，用系統(tǒng)的制冷量除以這兩點(diǎn)焓值的差值，就可以得到系統(tǒng)的質(zhì)量流量，焓值的單位是KJ/Kg,KJ和W，可以換算乘上時(shí)間,更換一下：

最終得到的質(zhì)量流量單位是Kg/s,當(dāng)我們計(jì)算吸氣管路管徑的時(shí)候,我們需要依據(jù)過熱度確定1點(diǎn)的位置，查找R22冷媒的物性,查到該1點(diǎn)位置下的冷媒密度,密度單位為Kg/m3,制冷劑的質(zhì)量流量除以密度就可以得到1點(diǎn)位置的容積流量，單位為m3/s。最終，用這個(gè)容積流速除以不同管徑下的截面積，就可以得到不同管徑下的冷媒流速,類似于下圖所示,橫坐標(biāo)是制冷力量，縱坐標(biāo)是基于不同管徑下的管路流速：

三、吸氣管路壓降的確定

吸氣管路上總的壓降P包括三個(gè)方面，管路沿程阻力是由于流體流淌中管壁摩擦所造成的阻力，管路上安裝的附件產(chǎn)生的壓降，比如吸氣過濾器、角閥、四通換向閥等，最終還有由于高度上的差異產(chǎn)生的重力的影響。通常狀況下，附件的壓降可以通過附件的生產(chǎn)廠家所標(biāo)定的數(shù)據(jù)來(lái)確定，吸氣管路內(nèi)部流淌的制冷劑是氣體狀態(tài)，重力的影響基本上可以忽視不計(jì)，沿程阻力通過閱歷性的估量也可以也許確定下來(lái)。理論上三個(gè)方面的阻力產(chǎn)生的壓降計(jì)算方法如下：

相對(duì)于熱氣管路和供液管路,吸氣管路的壓降對(duì)系統(tǒng)的效率影響特別顯著，如下圖所示的理論計(jì)算結(jié)果，一般吸氣管路產(chǎn)生的壓降不允許超出20Kpa，也就是3PSI，當(dāng)壓降達(dá)到6PSI時(shí)候，系統(tǒng)的力量下滑3%，效率下滑2%。

四、吸氣管路管徑的確定

如下圖所示，橫坐標(biāo)為系統(tǒng)的制冷力量，縱坐標(biāo)為管路中制冷劑的流速，合理的流速范圍假定為5~20m/s。不同的管徑對(duì)應(yīng)不同的制冷力量可以依據(jù)圖中給定的合理范圍進(jìn)行選擇。

舉例說(shuō)明，假設(shè)一個(gè)制冷系統(tǒng)的力量變化范圍為5~20kW，注明：該力量變化范圍取決于壓縮機(jī)的允許運(yùn)行范圍和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工況以及實(shí)際的使用使用工況，比如中國(guó)的T1工況范圍，所取的數(shù)值是可能的最小制冷力量和可能的最大制冷力量，也就代表了可能的最小制冷劑流量和可能的最大制冷劑流量。

系統(tǒng)的制冷力量為5kW時(shí)，在合理的流速范圍內(nèi)可以選擇的管徑分別為22、28、35和42mm，這些可以選擇的管徑可以滿意5kW制冷力量下的帶油和避開過大的振動(dòng)等要求，而系統(tǒng)在20kW制冷力量下，可以選擇的管徑分別為42、67mm以及更大的管徑，這樣我們?cè)谙到y(tǒng)的整個(gè)制冷力量范圍內(nèi)能夠選擇的管徑只有42mm，就是涂紅色的管徑，它既可以滿意在最小制冷劑流量狀況下的回油，又不會(huì)在最大制冷劑流量的狀況下由于流速過快引起振動(dòng)的問題。

假如在力量范圍內(nèi)可以選擇的管徑不僅一個(gè)，為了提升效率，一般建議選擇稍大的管徑。

假如上個(gè)例子中的系統(tǒng)冷量力量范圍不是5~20kW，而是更大，比如3~20kW，我們會(huì)發(fā)覺沒有任何一個(gè)管徑可以選擇。這種狀況下，我們推舉雙升管的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)原理圖如下所示：

大上升管的粗管徑根據(jù)最大力量減去最小力量進(jìn)行設(shè)計(jì)，小上升管的細(xì)管徑根據(jù)最小力量進(jìn)行設(shè)計(jì)當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行在最大力量時(shí)，兩個(gè)管徑的截面積之和所得到的流速可以滿意帶油的要求。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行在部分負(fù)荷甚至最小力量時(shí)，兩個(gè)管徑的截面積之和所得到的流速不能滿意帶油的要求，潤(rùn)滑油會(huì)累積在大上升管的底部，直至形成油封液柱，封閉大上升管，僅保留小上升管連續(xù)工作，小上升管的管徑正好符合最小力量的要求，系統(tǒng)就可以正常帶油；當(dāng)系統(tǒng)力量再度發(fā)生變化時(shí)，力量變大，制冷劑流量變大，小上升管產(chǎn)生的壓降會(huì)同時(shí)變大，直到壓降大到足以推動(dòng)油駐的高度上面的重力，重新打開大上升管之后，系統(tǒng)重新回到大小上升管同時(shí)工作的狀態(tài)。

五、吸氣管路的布置

原則上吸氣管路的布置如下圖所示，需要考慮的因素有兩方面，防止回液和利于回油，基本上常見的設(shè)計(jì)方案是回油彎和防回液彎。

一般蒸發(fā)器本身為了防止帶液?jiǎn)?dòng)和回液，換熱器的設(shè)計(jì)會(huì)盡量讓出口高于入口，一般出口開在換熱器的頂部，本身是帶有肯定的防止運(yùn)行時(shí)候的回液和停機(jī)時(shí)候的液體冷媒的重力遷移，國(guó)內(nèi)許多冷庫(kù)用的冷風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)或者鋁排管路的設(shè)計(jì)不帶有這樣的設(shè)計(jì)，甚至相反，很簡(jiǎn)單造成停機(jī)后的冷媒液體遷移造成壓縮機(jī)的帶液?jiǎn)?dòng)問題，就有必要根據(jù)這樣的布置如設(shè)計(jì)：

除此之外，吸氣管路由于內(nèi)置的制冷劑狀態(tài)最為簡(jiǎn)單多變，布置設(shè)計(jì)方面還要考慮以下幾個(gè)方面：

削減管路的死區(qū),避開存留過多的潤(rùn)滑油；

假如上升管路高度落差較大,可以考慮每間隔2~4米設(shè)計(jì)回油彎；

全部外部連接的支管路,都要求開孔位置在管路的頂部,避開雜質(zhì)和潤(rùn)滑油外流,甚至導(dǎo)致液錘；

管路每間隔1米以上,適當(dāng)考慮加裝固定,靠近壓縮機(jī)部分,可以考慮加裝阻尼塊或者配重等；

吸氣管路依據(jù)不同的應(yīng)用狀況,在中低溫的應(yīng)用中,需要做保溫,避開冷凝水和無(wú)效過熱；

靠近壓縮機(jī)的部分,管路需要考慮3維方向柔性設(shè)計(jì),削減壓縮機(jī)對(duì)外的振動(dòng)傳遞；

其次部分：熱氣管路

壓縮機(jī)的排氣管路連接壓縮機(jī)排氣口和冷凝器的入口，管路中流淌的介質(zhì)一般是高溫高壓的氣體狀態(tài)，帶有潤(rùn)滑油。絕大多數(shù)的應(yīng)用中，潤(rùn)滑油在高溫高壓下的粘度相對(duì)較小，流淌性比較好，所以排氣管路設(shè)計(jì)一般不會(huì)特殊考慮帶油方面，管徑確定的原則主要是考慮振動(dòng)的影響，而且由于大多數(shù)的應(yīng)用壓縮機(jī)距離冷凝器的距離很近，冷暖型的設(shè)備除外，所以壓降的影響基本也可以忽視。下圖所示，是潤(rùn)滑油的粘度與冷媒的溶解度和溫度壓力之間的也許關(guān)系：

排氣管路的管徑確定原則是流速在5~17.5m/s，壓降最大41Kpa。

排氣管路的布置原則相對(duì)管徑的確定來(lái)說(shuō)更重要，由于一般的壓縮機(jī)假如沒有另外安裝單向閥的話，內(nèi)置的背壓?jiǎn)蜗蜷y片或者閥座的基本功能是防止停機(jī)后的反轉(zhuǎn)，不能真正的實(shí)現(xiàn)反向密封，所以存在一種可能性，冷凝器中的液體和管路中的潤(rùn)滑油，在壓縮機(jī)停機(jī)后，反向回流到壓縮機(jī)的壓縮腔體內(nèi)，在下一次壓縮機(jī)啟動(dòng)的瞬間可以導(dǎo)致液擊或者導(dǎo)致系統(tǒng)高壓甚至也有可能形成液錘?；谶@個(gè)緣由，排氣管路的布置需要考慮如何防止停機(jī)后的冷媒遷移，如下圖所示，示意了三種錯(cuò)誤和一種正確的布置方法：

第三部分：供液管路

供液管路連接冷凝器和蒸發(fā)器，管內(nèi)流淌的介質(zhì)是液體狀態(tài)，大多數(shù)狀況下屬于高溫高壓，某些應(yīng)用可能低溫，但是基本都是液體狀態(tài)。

供液管路中的潤(rùn)滑油和制冷劑都是液體狀態(tài)下的溶解度相對(duì)于氣體制冷劑來(lái)說(shuō)要好許多，所以這段管路的設(shè)計(jì)基本不需要考慮帶油的問題。供液管路的壓降是最重要的設(shè)計(jì)依據(jù)，壓降對(duì)于過冷度的影響如下表所示：

供液管路管徑的確定主要的依據(jù)是管徑產(chǎn)生的壓降對(duì)過冷度的影響，允許的運(yùn)行速度為1.8m/s以下。供液管路本身所產(chǎn)生的壓降不僅僅包括管路的摩擦阻力和附件產(chǎn)生的壓降，也包括制冷劑本身的重力降，比如R22制冷劑供液管路上升15米的話，所產(chǎn)生的壓降約為172Kpa，對(duì)過冷度的影響約為5度。

供液管路本身的布置也尤為重要，依據(jù)節(jié)流機(jī)構(gòu)的要求，盡可能滿意節(jié)流機(jī)構(gòu)入口滿液的狀態(tài)，也就是有足夠的過冷度。為了達(dá)到這個(gè)目的，需要盡可能縮短儲(chǔ)液器和節(jié)流機(jī)構(gòu)之間的距離。惋惜的是，目前絕大多數(shù)的設(shè)備儲(chǔ)液器安裝在距離冷凝器最近的位置，往往分體設(shè)備長(zhǎng)管路連接，距離節(jié)流機(jī)構(gòu)較遠(yuǎn)，簡(jiǎn)單造成過冷度不足以及系統(tǒng)低壓報(bào)警，甚至管路