車站冷熱源設(shè)備-冷凝器

冷凝器2019年2月目錄專題引入1冷凝器2總結(jié)3制冷主機(jī)循環(huán)四大部件：壓縮機(jī)冷凝器蒸發(fā)器節(jié)流裝置專題引入二、冷凝器冷凝器又稱“液化器”，是使蒸汽在其中放出熱量而液化的交換器，在制冷系統(tǒng)中，它是制冷劑向系統(tǒng)外放熱的熱交換器。來(lái)自壓縮機(jī)的制冷劑過(guò)熱蒸汽進(jìn)入冷凝器后，將熱量傳給周圍介質(zhì)——空氣或水，而其自身放出潛熱而凝結(jié)成液體。在制冷系統(tǒng)中，冷凝器是一個(gè)制冷劑向系統(tǒng)外放熱的換熱器。自壓縮機(jī)經(jīng)油分離器來(lái)的制冷劑蒸氣進(jìn)入冷凝器后，向冷卻介質(zhì)放熱，其狀態(tài)由過(guò)熱蒸氣變成飽和液體或過(guò)冷液體。制冷劑進(jìn)入冷凝器的熱量實(shí)際上包括三部分：蒸發(fā)器從被冷卻物體吸收的熱量；在壓縮機(jī)中受壓縮時(shí)接受由外加機(jī)械功轉(zhuǎn)化的熱量；低溫的制冷劑在管道和設(shè)備中流動(dòng)時(shí)從外界傳入的熱量。冷凝器按其冷卻介質(zhì)不同，可分為水冷式、空氣冷卻式（俗稱風(fēng)冷式）、蒸發(fā)式。二、冷凝器用水作為冷卻介質(zhì)，使高溫、高壓的氣態(tài)制冷劑冷凝的設(shè)備，稱為水冷式冷凝器。水作冷卻介質(zhì)有許多優(yōu)點(diǎn)：①水比較容易取得，江、河、湖、海的水、井水、自來(lái)水等均可作為水源；②作為冷卻介質(zhì)，水溫通常低于空氣溫度，所以采用水冷卻可以獲得較低的冷凝溫度，對(duì)提高制冷機(jī)的能力和減少能耗均有利。故凡是有條件采用水冷卻的場(chǎng)合，應(yīng)優(yōu)先選用水冷式冷凝器。常用的水冷式冷凝器有臥式殼管式冷凝器、立式殼管式冷凝器及套管式冷凝器等形式。1、水冷式冷凝器二、冷凝器1.1臥式殼管式冷凝器臥式殼管式冷凝器是一種殼管式換熱器，分氨用和氟利昂用兩種，它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上大體相同，只是在局部細(xì)節(jié)和金屬材料的選用上有所差異。臥式殼管式冷凝器的殼體是一個(gè)由鋼板卷制焊接成的圓柱形筒體，筒體的兩端焊有兩塊圓形的管板，兩個(gè)管板鉆有許多位置對(duì)應(yīng)的小孔，在每對(duì)相對(duì)應(yīng)的小孔中裝入一根管子，管子的兩端用脹接法或焊接法緊固在管板的管孔內(nèi)，組成了一組換熱直管管束。二、冷凝器臥式殼管式冷凝器水平放置，其結(jié)構(gòu)如圖所示。其兩端裝有鑄鐵的端蓋，在其內(nèi)側(cè)面上有經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)互相配合的分水筋，冷卻水的進(jìn)出水管接頭設(shè)在同一側(cè)的端蓋上，冷卻水是從下面進(jìn)入，上面流出，以保證運(yùn)行時(shí)冷凝器中所有管子始終被冷卻水充滿，不會(huì)在上部存有空氣。由于有分水筋的配合,水在管簇中多次往返流動(dòng)。冷卻水每向一端流動(dòng)一次稱為一個(gè)“水程”，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的臥式殼管式冷凝器的水程數(shù)為4～10個(gè)。這樣的水路設(shè)計(jì)可以提高冷卻水的溫差，減少用水量。在另一側(cè)的端蓋上，上部有一個(gè)放空氣的旋塞，供開始運(yùn)行時(shí)放掉水一側(cè)的空氣，以免影響冷卻水的流通；下部有一個(gè)泄水旋塞，用以長(zhǎng)期停止使用時(shí)放盡冷卻水，以防止冬季凍裂水管。二、冷凝器臥式殼管式冷凝器的筒體上也設(shè)有若干與系統(tǒng)中其他設(shè)備連接的管接頭、安全閥和壓力表接頭，如下圖所示。放油口設(shè)在筒體底部。制冷劑過(guò)熱蒸氣由筒體頂部的進(jìn)氣口進(jìn)入冷凝器內(nèi)的空間，與水平管的冷表面接觸后即在其上凝結(jié)為液膜，由筒體下部的出液管流入貯液器中。正常運(yùn)行時(shí)，筒體下部只存少量液體，但是對(duì)于小型制冷裝置，為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)，有時(shí)不單設(shè)貯液器，還讓冷凝器的筒體底部兼有一定的貯液作用，此時(shí)下部少裝幾排管子即可。對(duì)于氨冷凝器，通常在筒體下部還焊有一個(gè)集污包，以便積存潤(rùn)滑油及機(jī)械雜質(zhì)。臥式殼管式冷凝器外形及換熱管圖二、冷凝器臥式殼管式氨冷凝器的傳熱管通常采用25～38mm的無(wú)縫鋼管，氟利昂冷凝器可用無(wú)縫鋼管（25mm以上），也可用銅管。為了提高氟利昂一側(cè)的凝結(jié)放熱系數(shù)，經(jīng)常應(yīng)用滾壓工藝將銅管的外表面壓出肋片，肋片的形狀很像螺紋，所以也稱螺紋管。臥式殼管式冷凝器普遍應(yīng)用于中小型氨制冷系統(tǒng)和氟利昂制冷系統(tǒng)。它的優(yōu)點(diǎn)在于：（1）傳熱系數(shù)高，冷卻水耗量??；（2）安裝方便，占空間高度小，有利于空間的立體利用。（3）結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行可靠，操作管理簡(jiǎn)便。缺點(diǎn)是：不易發(fā)現(xiàn)制冷劑的泄漏；對(duì)冷卻水質(zhì)要求高，水溫要低；冷卻水流動(dòng)阻力比較大；清洗不方便且需要停止制冷機(jī)的運(yùn)行。二、冷凝器1.2立式殼管式冷凝器立式殼管式冷凝器直立安裝，只適用于大、中型氨制冷裝置。它的殼體是由鋼板卷成圓柱形筒體后焊接而成，垂直安置，筒體的上下兩端各焊一管板，兩塊管板之間貫穿相對(duì)應(yīng)的管孔，焊接或脹接有許多根無(wú)縫鋼管，形成一個(gè)垂直的管簇。管內(nèi)為水路，冷卻水由頂部通過(guò)配水箱均勻地分配到每根鋼管內(nèi)，每根鋼管的頂端裝有一個(gè)具有分水作用的導(dǎo)流管嘴，冷卻水經(jīng)導(dǎo)流管嘴上的斜槽以螺旋線狀沿管內(nèi)壁向下流動(dòng)，這樣既可保證所有傳熱管表面被水膜覆蓋，充分吸收制冷劑放出的熱量，提高冷卻效率，又可使冷卻水的流量相對(duì)減少。吸熱后的冷卻水匯集于冷凝器下面的水池中。氨蒸氣從殼體高度的大約三分之二處進(jìn)入筒體內(nèi)鋼管之間的空間，與冷卻水進(jìn)行熱交換后在傳熱管的外表面上呈膜狀凝結(jié)，凝液沿垂直管壁向下流動(dòng)至筒體的底部，由出液管導(dǎo)至高壓貯液器。二、冷凝器與臥式冷凝器相似，立式冷凝器的外殼上也設(shè)有一些管接頭，使之與系統(tǒng)中的其他設(shè)備連接起來(lái)：進(jìn)氣管接頭與油分離器連接；出液管和均壓管接頭與高壓貯液器連接；放油管接頭與集油器連接；放空氣管接頭與放空氣器連接。其他還有安全閥等接頭，如圖所示。立式殼管式冷凝器二、冷凝器1—冷卻水進(jìn)口

2—配水箱3—上管板

4—換熱管5—?dú)鈶B(tài)制冷劑進(jìn)口

6—筒體7—壓力計(jì)

8—放油管9—液態(tài)制冷劑進(jìn)口

10—水池11—排放或再冷卻循環(huán)管12—冷卻水出口13—放氣管接口

14—均壓管接口15—安全閥接口立式殼管式冷凝器在大中型制冷裝置中被廣泛采用，其優(yōu)點(diǎn)主要是：（1）可以安裝在室外，節(jié)省機(jī)房面積；可裝在冷卻水塔的下面，簡(jiǎn)化冷卻水系統(tǒng)。（2）清洗方便，且可以不中斷制冷機(jī)的正常運(yùn)行。（3）對(duì)冷卻水的水質(zhì)要求不高，可以適應(yīng)各種不同的水源。缺點(diǎn)是：換熱系數(shù)較臥式冷凝器小，因立式冷凝器中的冷卻水溫升一般只有2～4℃，對(duì)數(shù)平均溫差一般在5～6℃，故耗水量較大；體積大，比較笨重；易結(jié)水垢，露天安裝時(shí)，灰砂易落入，需經(jīng)常清洗；水泵耗功率高；制冷劑泄漏不易被發(fā)現(xiàn)，等到發(fā)現(xiàn)時(shí)損失已經(jīng)很大。二、冷凝器1.3套管式冷凝器套管式冷凝器多用于小型氟利昂制冷機(jī)組，例如柜式空調(diào)機(jī)、恒溫恒濕機(jī)組等。其構(gòu)造如圖所示。它的外管通常采用50mm的無(wú)縫鋼管，內(nèi)管為一根或若干根紫銅管或低肋銅管。內(nèi)外管套在一起后再整形成螺旋形、螺旋管形或長(zhǎng)腰形等幾種外形結(jié)構(gòu)。制冷劑的蒸氣從上方進(jìn)入內(nèi)外管之間的空腔，在內(nèi)管外表面上冷凝，液體在外管底部依次下流，從下端流入貯液器中。冷卻水從冷凝器的下方進(jìn)入，依次經(jīng)過(guò)各排內(nèi)管從上部流出，與制冷劑呈逆流方式，故換熱效果好。套管式冷凝器二、冷凝器套管式冷凝器可以套放在壓縮機(jī)的周圍，節(jié)省了壓縮冷凝機(jī)組的占地面積。其缺點(diǎn)是單位換熱面積的金屬消耗量大，而且當(dāng)縱向管數(shù)較多時(shí)，下部的管子充有較多的液體，使傳熱面積不能充分利用。另外冷卻水流動(dòng)阻力大，清洗困難，并需大量連接彎頭。因此，這種冷凝器在氨制冷裝置中已很少應(yīng)用。二、冷凝器空氣冷卻式冷凝器又稱為風(fēng)冷式冷凝器，是以空氣作為冷卻介質(zhì)，靠空氣的溫升帶走冷凝熱量。空氣冷卻式冷凝器多為蛇管式，制冷劑蒸氣在管內(nèi)冷凝，空氣在管外流過(guò)。根據(jù)空氣流動(dòng)方式不同，可分為自然對(duì)流式和強(qiáng)迫對(duì)流式兩種。二、冷凝器2空氣冷卻式冷凝器自然對(duì)流空氣冷卻式冷凝器（a）線管式；（b）百葉窗式；（c）板管式二、冷凝器自然對(duì)流空氣冷卻式冷凝器依靠空氣受熱后產(chǎn)生的自然對(duì)流，將制冷劑冷凝放出的熱量帶走。如圖所示為幾種不同結(jié)構(gòu)形式的自然對(duì)流空氣冷卻式冷凝器，其冷凝管多為銅管或表面鍍銅的鋼管，管外通常做有各種形式的肋片。管子外徑一般為5～8mm。這種冷凝器的換熱系數(shù)很小，為5～10W/(m2·K)，主要用于家用冰箱和微型制冷裝置。下圖所示為強(qiáng)迫對(duì)流式冷凝器的結(jié)構(gòu)圖。它由幾組蛇形盤管組成，盤管外加肋片，以增大空氣側(cè)換熱面積，同時(shí)采用通風(fēng)機(jī)加速空氣的流動(dòng)。制冷劑蒸氣從上部分配集管進(jìn)入每根傳熱管中，空氣以2～3m/s的流速橫向掠過(guò)管束，帶走制冷劑的冷凝熱，凝液由蛇管留下，匯于液體集管中，排出冷凝器。二、冷凝器空氣強(qiáng)迫對(duì)流式冷凝器沿空氣流動(dòng)方向，蛇管的排數(shù)與風(fēng)機(jī)形式有關(guān)，小型冷凝器一般為2～3排，大型冷凝器可以做到4排。蛇管一般用直徑較小的銅管制成。管外肋片多為套片式，多用厚0.2～0.3mm的銅片或鋁片制成，肋間距2～4mm。每根蛇管的長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)，否則后部被液體充滿，影響換熱效果。這種冷凝器的傳熱系數(shù)較小，當(dāng)迎面風(fēng)速為2～3m/s時(shí)，按全部外表面積計(jì)算的傳熱系數(shù)為24～30W／(m2·K)。1—翅片

2—盤管3—上蓋板

4—側(cè)蓋板5—分配集管

6—管束彎頭7—液體集管

8—底板9—后蓋板

10—風(fēng)機(jī)葉片11—鉚釘與水冷式冷凝器相比較，風(fēng)冷式冷凝器唯一的優(yōu)點(diǎn)是可以不用水而使冷卻系統(tǒng)變得十分簡(jiǎn)單。但其初次投資和運(yùn)行費(fèi)用均高于水冷式。在夏季室外氣溫比較高（30～35℃）時(shí)，冷凝溫度將高達(dá)50℃，因此風(fēng)冷式冷凝器只能應(yīng)用于氟利昂制冷系統(tǒng)，而且通常是應(yīng)用于小型裝置，用于供水不便或根本無(wú)法供水的場(chǎng)合（如飛機(jī)和車輛上，空氣源熱泵除外）。不過(guò)目前國(guó)外由于水資源緊張以及水處理費(fèi)用昂貴，已大量采用風(fēng)冷式冷凝器,并用于大型制冷裝置。在全年運(yùn)行的制冷裝置中采用風(fēng)冷式冷凝器，為避免冬季因氣溫過(guò)低而造成冷凝壓力過(guò)低，由此造成膨脹閥前后壓差不足而致使蒸發(fā)器缺液，可采用減少風(fēng)量或停止風(fēng)機(jī)、風(fēng)機(jī)變頻等措施彌補(bǔ)。二、冷凝器蒸發(fā)式冷凝器是冷凝器和冷卻塔的組合體。它是由換熱管組、供水噴淋系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)三部分組成。換熱管組是一個(gè)由光管或肋管組成的蛇形管組，每列蛇形管垂直布置，它們的上端與進(jìn)氣集管相接，下端與出液集管相連。整個(gè)管組安裝在一個(gè)由型鋼或鋼板焊制的立式箱體內(nèi)。箱體的底部作為貯水的水盤。制冷劑蒸氣由上部的進(jìn)氣集管分配給每一根蛇管，與冷卻介質(zhì)換熱后形成的冷凝液經(jīng)出液集管流入貯液器中。供水系統(tǒng)包括水箱、循環(huán)水泵、噴淋器和擋水板以及水管。水泵將水箱中的冷卻水打到管組的上方，經(jīng)噴嘴噴淋到管組的表面，使其形成均勻的水膜向下流動(dòng)，最后落入箱體底部的水箱中，如此循環(huán)往復(fù)。擋水板的作用是降低冷卻水隨氣流的飛散損耗。風(fēng)機(jī)的作用是使箱體內(nèi)的空氣自上而下地流經(jīng)蛇形管組，并由上方排出，把產(chǎn)生的水蒸氣及時(shí)排出箱外，加速噴淋水的蒸發(fā)。當(dāng)空氣的溫度低于水溫時(shí)，空氣還對(duì)水起到一定的冷卻作用。在箱體上部裝有擋水板，以減少水量的吹散損失。3蒸發(fā)式冷凝器二、冷凝器按空氣流動(dòng)方式，蒸發(fā)式冷凝器的風(fēng)機(jī)可分為吸入式和壓送式。

蒸發(fā)式冷凝器示意圖(a)吸入式；(b)壓送式風(fēng)機(jī)可設(shè)在蛇形管組的上部，吸入來(lái)自管組下部的空氣，此為吸入式蒸發(fā)冷凝器；也可設(shè)在盤管下部的側(cè)面，空氣在風(fēng)機(jī)的壓送下，從盤管外部流過(guò)，此為壓送式。吸入式由于空氣均勻地流過(guò)冷凝盤管，箱體內(nèi)保持負(fù)壓，因而水的蒸發(fā)溫度較低，換熱效果好。但是風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期處于高溫和非常潮濕的環(huán)境中，壽命縮短。壓送式情況正好相反，風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)工作條件好，但空氣流過(guò)冷凝盤管不太均勻。我國(guó)生產(chǎn)的多為壓送式蒸發(fā)冷凝器。二、冷凝器1—風(fēng)機(jī)2—布水器3—冷凝蛇形管

4—填料5—循環(huán)水泵6—接水盤7—浮球閥蒸發(fā)式冷凝器有兩個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)：（1）循環(huán)水量和耗水量比水冷式冷凝器要少得多，特別適用于缺水的地區(qū)，尤其是當(dāng)氣候干燥時(shí)，應(yīng)用效果更好。水冷式冷凝器中由冷卻水吸收熱量，立式殼管式冷凝器中每千克冷卻水只能帶走8～12kJ的熱量，臥式殼管式冷凝器中，每千克冷卻