文献综述-4kW-40℃制冷机组设计

1、 文献综述 题 目 低温制冷机组 的研究进展 学生姓名 专业班级 热能10-2班 学 号 院 （系） 机电工程学院 指导教师(职称) 完成时间 2014 年 3 月14日低温制冷机组的研究进展 热能二班 低温制冷机组的研究进展摘要随着我国国民经济的发展，大中型制冷空调装置的需求日益增多。作为大中型制冷空调装置的离心式、螺杆式制冷风机组的技术水平、品种及产量都在不断提高和增多。制冷机组是将制冷系统中的部分设备或全部设备，主要有压缩机，冷凝器，蒸发器，膨胀设备和一些其他的辅助设备，配套组装在一起而成的一个整体。本文就螺杆式制冷机组所采用的工质、型式、换热器及螺杆式制冷机组的发展方向进行相关介绍。关键词 螺杆式压缩机 工质 冷水机组 性能 冷凝器AbstractWith the development of our national economy, the demand for medium-sized refrigeration and air conditioning equipment is increasing. As a medium-sized centrifugal refr

2、igeration and air conditioning equipment, technical level wind screw refrigeration units, species and production are constantly improving and increasing.Refrigeration unit is part of the refrigeration system equipment or all of the equipment, the main compressor, condenser, evaporator, expansion device and some other auxiliary equipment, supporting a whole assembled together made.This paperdescribes the development direction related screw chiller refrigerant used, type, screw-type heat exchanger

3、s and refrigeration units.Keywords Screw compressors Refrigerants Chiller PerformanceCondenser1. 引言在中央空调系统中，使用各种形式的冷水机组。其中螺杆式冷水机组以其对变工况运行有较好的适应性，对气体带液运行部敏感，转速高、体积小、重量轻，动力平衡型好，零部件少，尤其易损件少，运行寿命长，可靠性高，排气温度低，容积效率高，操作简便，易于实现自动化等特点，在中等冷量范围内得到广泛应用【1】。螺杆式冷水机组以其特有的优势广泛应用于商业和工业中央空调系统中，十几年来，国内企业不断从欧美等发达国家引进、消化、吸收冷水机组设计技术和制造工艺，使螺杆式冷水机组水平得到显著提高【2】。2. 螺杆式制冷机组的系统构成及工作原理2.1 系统构成螺杆式冷水机组具有结构紧凑、 占地面积小、安装维护方便以及效率高等一系列优点, 目前已逐步成为大中冷量范围冷水机组的主导产品。机组主要由半封闭式螺杆压缩机、壳管式冷凝器、干燥过滤器、热力膨胀阀、壳管式蒸发器、以及电器控制部分等组成。2.1.1 螺杆式压缩机螺杆式制冷机组

4、的发展较晚，1934年瑞典皇家理工学院教授利斯霍尔姆（A.Lysholm）首先发明了第一台双螺杆式气体压缩机【3】。近年来，螺杆式制冷机组的应用逐步扩大，大有取代往复式制冷机组的趋势。螺杆式压缩机具有优越的耐久性和可靠性，作为中、大流量范围的压缩机，在制冷空调领域中，首先付诸实际应用的是开启式螺杆压缩机，它的应用填补了往复式与离心式压缩机容量范围之间的空白。近年来，由于制冷空调装置的普及和以改善部分负荷特性为目的的多机组化的发展，中、小容量范围的封闭式螺杆式制冷压缩机得到了市场的青睐。目前国内封闭式螺杆制冷压缩机的生产厂家主要有武冷、大冷、冰轮、一冷开利等公司，国外主要有美国的特灵、开利、约克，日本的日立、三菱电机，意大利的弗莱康，德国的比泽尔等公司【4-5】。我国螺杆式冷水机组近年来发展很快，逐渐占领了往复式和小型离心式压缩机的部分市场，主要原因是螺杆式冷水机组的效率高、运行稳定、振动小、制冷量调节范围大等。目前绝大多数螺杆式制冷压缩机中采用了R22或氨制冷剂，也有一些采用R134a或R410A等制冷剂。螺杆式制冷压缩机大部分都采用喷油润滑的方式运行，根据与电动机连接方式的不同，分为

5、开启式、半封闭式和全封闭式三种。在环境温度下工作时，单级螺杆式制冷机可达25的蒸发温度，采用经济器或双级压缩时，可达-40的蒸发温度。另外，已有越来越多的螺杆式制冷机用作热泵，可向高达100的热源传送热量。既能供冷又能供热的冷热两用螺杆机组，近年来发展很快。目前螺杆式制冷压缩机在标准空调工况下的制冷量范围为502500kW【6-7】。在螺杆式压缩机制冷系统中，为了提高系统的COP，往往会采用经济器。近年来，我国具有自主知识产权的螺杆式制冷压缩机有了很大发展，以西安交通大学为技术依托的烟台冰轮等制冷企业已实现螺杆式制冷压缩机的工业化生产。2.1.2 蒸发器螺杆式制冷机组蒸发器一般采用满液式蒸发器、干式蒸发器或板式换热器。满液式蒸发器中，液体制冷器经过节流装置进入蒸发器，蒸发器内的液位保持一定。蒸发器内的传热管浸没在制冷剂液体中。吸热蒸发后的气液混合物中仍含有大量液体，故从蒸发器内逸出的湿蒸汽经气液分离后再回入压缩机。干式蒸发器则由热力膨胀阀或电子膨胀阀直接控制液体制冷剂进入蒸发器的管程，制冷剂液体在管内完全转变成气体，而被冷却的介质则在传热管外的管程中流动。随着近年来板式换热器的发展，中

6、型螺杆式制冷机组，特别是热泵冷（热）水机组中也有采用钎焊式换热器作蒸发器的。2.1.3 冷凝器螺杆式制冷机组中所使用的水冷式冷凝器，主要是卧式壳管式冷凝器。它是由筒体、管板、冷凝管和两侧端盖组成。筒体是由钢板卷制成圆筒形，焊接成的筒体两端焊有两块圆形管板，管板上钻有许多管孔，将冷凝管两端穿入管板孔内，并用胀管法或焊接法固定在管板上。制冷剂蒸汽由筒体上部进入筒内，并在冷凝管的外表面上冷凝。冷凝后的液体制冷剂从筒体下部流出。冷却水经一侧端盖进入冷凝管内，在另一测端盖内换向，再度流入冷凝管。冷却水由下部进入，上部流出。这种冷凝器的主要优点是结构紧凑、传热系数高、冷却水耗量少、操作管理方便，所以在螺杆式制冷机组中几乎都采用这种型式的冷凝器。2.1.3 节流装置螺杆式水冷冷水机组主要采用的节流装置有孔板、线性浮子阀、电子膨胀阀、热力膨胀阀。（1）孔板 采用固定孔板节流降压，主要在中大型螺杆式冷水机组中配合满液式蒸发器使用。（2）线性浮子阀 线性浮子阀属于比例式调节机构，位于冷凝器底部。（3）电子膨胀阀 电子膨胀阀是因制冷机组机电一体化控制的要求而发展起来的。（4）热力膨胀阀 热力膨胀阀是传统的节

7、流元件，在干式蒸发器上使用。目前螺杆式制冷机组广为采用的节流装置是热力膨胀阀（也有采用带电动调节阀的固定孔板或节流管），热力膨胀阀的优点是造价低、控制简单，其缺点是：由于其流量调节对过热度的响应滞后，使冷水机组在起动或负荷突变时，被调参数发生周期性振荡；在较低的情况下，过热度增大，使变得不稳定，制冷效率下降；制冷剂流量调节范围小；允许负荷波动范围小，不适合应用于能量调节系统；蒸发器出口过热度偏差大等。众所周知，螺杆式制冷机组在满负荷下运行的情况很少，98%以上的时间是在部分负荷下运行。热力膨胀阀不适合部分负荷时的运行调节，它会造成工况不稳定，制冷效率下降。因此从发展趋向看，电子膨胀阀替代热力膨胀阀是必然趋势【8】。2.2 工作原理机组制冷时，压缩机将蒸发器内低温低压制冷剂吸入气缸，经过压缩机做功，制冷剂蒸汽被压缩成为高温高压气体，经排气管道进入冷凝器内。高温高压的制冷剂气体在冷凝器内与冷却水进行热交换，把热量传递给冷却水带走，而制冷剂气体则凝结为高压液体。从冷凝器出来的高压液体经热力膨胀阀节流降压后进入蒸发器。在蒸发器内，低压液体制冷剂吸收冷冻水的热量而汽化，使冷冻水降温冷却，成为所需

8、要的低温用水。汽化后的制冷剂气体重新被压缩机吸入进行压缩，排入冷凝器，这样周而复始，不断循环，从而实现对冷冻水的冷却。从机组出来的冷冻水，进入室内的风机盘管、变风量空气调节机等末端装置，在室内与对流空气发生热交换，在此过程中，水由于吸收室内空气的热量（向室内空气散热）而温度上升，而室内空气经过室内换热器后温度下降，在风机的带动下，送入室内，从而降低室内的空气温度，而温度上升后的冷冻水在水泵的作用下重新进入机组，如此循环，从而达到连续制冷的目的【9】。3. 螺杆式制冷机组的性能特点目前，螺杆式冷水机组应用广泛的主要原因是：a)螺杆式压缩机能量调节范围宽，负荷适应性强，对湿压缩不敏感b)运转时力矩变化小，动力平衡性好，易损件少，振动小，运行可靠，寿命长；c)转速高，输气脉动小，零部件少，结构简单，紧凑，质量轻，体积小；d)无吸、排气阀，流动阻力小；余隙容积小；喷油运行，排气温度低，因而容积效率高；e)操作简便，易于实现自动化【10】。螺杆式压缩机与电动机在大致5090负载率时效率最高。当压缩机和电动机负荷低于50时，效率急剧下降。对定水流量的螺杆式冷水机组，部分负荷时由于冷凝和蒸发器的单位

9、负荷换热面积增加，制冷剂和冷冻水、冷却水的换热温差减少；同时由于冷冻水、冷却水进出水温差减小，使机组的冷凝温度下降，蒸发温度升高，从而使机组的效率提高【11】。以国产某品牌冷水机组为例，当机组在约55冷负荷时，机组的能效比最高(见图1)，最省电，100冷负荷时，机组的能效比约下降20。表1为螺杆式压缩机与活塞式压缩机一些性能比较。与活塞式机组相比，螺杆式制冷机组一般的制冷量范围介于其间。按照冷却方式，分为水冷式机组和风冷式机组；按照用途，分为热泵式冷水机组和单冷式冷水机组。实际工程中，衡量机组效率性能时，不只比较名义工况下的性能，还要比较部分负荷时的性能。对于空调系统来说，机组在绝大部分运行时间内处于部分负荷工况。水冷式电动蒸汽压缩机组采用综合部分负荷性能系数IPLV来衡量机组运行的经济性。在工程应用中，除应了解机组的额定性能外，还应充分认识非额定工况范围的重要性。当使用条件超出允许范围时，采取何种措施能保证机组仍能正常运行，这在设计中会经常遇到的。螺杆式冷水机组变工况性能温度条件见表2。4. 螺杆式制冷机组的发展现状4.1 发展优势资料显示，在空调领域，螺杆式制冷机组在中央空调系统主机中所占的份额逐年上升，而活塞式、溴化锂式等空调主机所占份额则逐年下降。一方面，螺杆式冷水机组牢固地占据着中小型中央空调系统主机的主导地位，另一方面。它逐步蚕食着大型中央空调系统中离心式压缩机的份额。空调用螺杆式压缩机的市场潜力巨大，是单台制冷量1003000kW空调系统中的最佳机型【12】。螺杆式冷水机组的冷冻出水温度范围为320

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