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1、第五章 节流机构和辅助设备,5.1节流机构,节流机构的工作原理： 当制冷剂流体通过一小孔时，一部分静压力转变为动压力，流速急剧增大，成为湍流流动，流体发生扰动，摩擦阻力增加，静压下降，使流体达到降压、调节流量的目的。 节流是压缩式制冷循环不可缺少的四个主要过程之一。,（1）对高压液态制冷剂进行节流降压，保证冷凝器与蒸发器之间的压力差，以便使蒸发器中的液体制冷剂在要求的低压下蒸发吸热，从而达到制冷降温的目的。 （2）调节供入蒸发器的制冷剂流量，以适应制冷系统制冷量变化的需要。即随着蒸发器热负荷的变化，节流机构供液量也要相应地变化。若供液量小了，会使制冷量不足；供液量多了，会引起湿压缩，甚至冲缸事
2、故。,节流机构的基本作用：,膨胀阀的分类：,一、手动膨胀阀,手动膨胀阀的构造与普通截止阀相似，它的特点是阀杆采用细牙螺纹，阀杆上、下行程大；阀芯为针形锥体，或具有V形缺口的锥形圆筒，或平板，如图所示。这样保证阀门开启度增减时流量逐渐增减，而且有较大的调节范围。,手动膨胀阀现在已较少单独使用，一般都用作辅助性流量调节，把它装在旁通管道上，以备应急，或检修自动阀门时使用，或者同液面控制器及电磁阀配合使用，共同实现供液量的控制，如图所示。,二、浮球式膨胀阀,浮球式膨胀阀广泛应用于氨制冷装置中。按照其流通方式的不同，浮球式膨胀阀可分为直通式和非直通式两种。它们的结构如图所示。,注意： 1）为了保证浮球
3、阀的灵敏性和可靠性，在浮球阀前都设有过滤器，以防污物堵塞阀口。设备运转过程中，应对过滤器进行定期检查和清洗。 2）在浮球阀的管路系统中，一般都装有手动节流阀的旁路系统，一旦浮球阀发生故障或清洗过滤器时，可使用手动节流阀调节供液。 3）浮球阀还装有截止阀，停机后立即关闭。因为压缩机停止后，蒸发器中的制冷剂停止蒸发，液体中的气泡消失，液位下降，浮球阀开大，大量制冷剂液体就会进入蒸发器，当液位升高至上限时，浮球阀才能自动关闭。在下次启动压缩机时，制冷剂沸腾，原已处于上限的液位，因液体中充满气泡而进一步猛涨，甚至会导致压缩机发生液击。,三、热力膨胀阀,（一）热力膨胀阀的工作原理,氟里昂制冷系统一般都用
4、热力膨胀阀来调节制冷剂流量。它既是控制蒸发器供液量的调节阀，同时也是制冷装置的节流阀，所以热力膨胀阀也称热力调节阀。热力膨胀阀是利用蒸发器出口处制冷剂蒸汽过热度的变化来调节供液量。根据结构的不同，热力膨胀阀可分为内平衡式和外平衡式两种。,（1）内平衡式热力膨胀阀,内平衡式热力膨胀阀的结构如图所示。它由感温包、毛细管、阀座、膜片、顶杆、阀针及调节机构等构成。,内平衡式热力膨胀阀,环形阀孔,制冷剂进口,制冷剂出口,感温包,感温包,注意： 内平衡式热力膨胀阀是依靠蒸发器出口气态制冷剂的过热度来调节蒸发器的供液量。这种阀只用在有较大过热度的制冷剂（如R12等）的非满液式蒸发器或小型蒸发器中。,（2）外
5、平衡式热力膨胀阀,外平衡式热力膨胀阀实物图,外平衡式热力膨胀阀的调节特性，基本上不受蒸发器中压力损失的影响，但是由于它的结构比较复杂，因此一般只有从膨胀阀出口到蒸发器出口，制冷剂的压力降所相应的蒸发温度降超过23时，才应用外平衡式热力膨胀阀。目前国内一般中小型的氟里昂制冷系统，除了使用分液器的蒸发器外，蒸发器的压力损失都比较小，所以采用内平衡式热力膨胀阀较多。用分液器的蒸发器压力损失较大，故宜采用外平衡式热力膨胀阀。,注意：,图5-6 带保险结构的双向热力膨胀阀,（二）感温包的充注,根据制冷系统所用制冷剂的种类和蒸发温度的不同，热力膨胀阀感温系统中可采用不同的物质和方式进行充注，主要方式有充液
6、式、充气式、交叉充液式、混合充注式和吸附充注式，各种充注方式均有优缺点和使用限制。,（1）充液式热力膨胀阀,充液式的优点是阀门的工作不受膨胀阀和平衡毛细管所处环境温度的影响，即使温度低于感温包感受的温度，也能正常工作。但是，充液式热力膨胀阀随蒸发温度的降低，过热度有明显上升的趋势。,（2）充气式热力膨胀阀,图5-8 充气热力膨胀阀感温包内制冷剂特性曲线,（3）其他充注式热力膨胀阀,图5-9 交叉充液式热力膨胀阀的特性曲线,（三）热力膨胀阀的选配、安装与调试,（1）选配,选配时应考虑到制冷剂种类和蒸发温度范围，且使膨胀阀的容量与蒸发器的负荷相匹配。,在一定的阀开度和膨胀阀进出口制冷剂状态的情况下
7、，通过膨胀阀的制冷剂流量可按照下式计算：,（2）安装,四、电子膨胀阀,无级变容量制冷系统制冷剂供液量调节范围宽，要求调节反应快，传统的节流机构（如热力膨胀阀）已不能胜任，这时需要使用电子膨胀阀。电子膨胀阀利用被调节参数产生的电信号，控制施加于膨胀阀上的电压或电流，进而达到调节供液量的目的。 按照驱动方式的不同，电子膨胀阀可分为电磁式和电动式两类。,（一）电磁式电子膨胀阀,电磁式膨胀阀的结构简单，动作响应快，但是在制冷系统工作时，需要一直提供控制电压,（二）电动式电子膨胀阀,电动式电子膨胀阀是依靠步进电机驱动针阀。分直动型和减速型两种。,（1）直动型,（）减速型,毛细管 毛细管是最简单的节流装置
8、 毛细管是一根有规定长度的直径很细的紫铜管，它的内径一般为0.52mm,毛细管中制冷剂压力及状态变化,压力变化,液体,气体,五、毛细管,毛细管作为节流机构的优点是：结构简单、无运动部件、制造方便、价格便宜和不易发生故障；而且压缩机停止运行后，冷凝器和蒸发器的压力可以自动达到平衡，减轻了再次启动时电机的负荷。,毛细管作节流装置的特点 （1）毛细管由紫铜管拉制而成，制造方便，价格低廉； （2）没有运动部件，本身不易产生故障和泄漏； （3）具有自补偿的特点； （4）制冷压缩机停止运转后，制冷系统内的高压侧压力和低压侧压力可迅速得到平衡，再次起动运转时，制冷压缩机的电动机起动 。,五、节流短管,图5-
9、18 节流短管结构示意图 1出口滤网；2节流孔；3密封圈；4塑料外壳；5进口滤网,节流短管是一种定截面节流孔口的节流装置，已被应用于部分汽车空调、少量冷水机组和热泵机组中。短管的主要优点是价格低廉、制造简单、可靠性好、便于安装，取消了热力膨胀阀系统中用于判别制冷负荷大小所增加的感温包等，具有良好的互换性和自平衡能力。,节流机构 思考题,1. 在制冷系统中节流阀的功能是什么？安装在什么位置？ 2. 节流原理是什么？ 3. 膨胀阀是怎样根据热负荷变化实现制冷量自动调节的？ 4. 分析内平衡式热力膨胀阀的优缺点？ 5. 分析外平衡式热力膨胀阀的优缺点？ 6. 毛细管有何优缺点？ 7. 通过调查，制冷
10、空调设备上还有那些节流装置应用？,5.2 辅助设备,一、储液器,作用：调节和稳定制冷剂的循环量并储存液态制冷剂。,种类：按用途和承受工作压力不同可分为：,（1）高压储液器,高压储液器的容量一般应能容纳系统中的全部充液量，为了防止温度变化时因热膨胀造成危险，储液器的储存量不应超过本身容积的80。可按下述公式计算：,按其作用不同分为两种：,（2）低压储液器,一种是用于蒸发器融霜（冷却排管或冷风机热氨除霜）或制冷设备检修时，储存制冷系统的制冷剂液体，故又称排液筒。其容量为可储存最大一间库房的氨液量。 另一种是蒸发器为氨泵供液时，用于储存循环的低压制冷剂液体，故又称循环储液筒。其作用是充分保证氨泵所需
11、的低压氨液，同时起着氨液分离的作用。其容量氨泵每小时循环量的30。,二、气液分离器,作用： 分离低压蒸汽中的液滴，防止制冷压缩机湿冲程； 防止制冷剂蒸汽进入蒸发器中，提高蒸发器的传热效果。,位置：设置在蒸发器与压缩机回汽管之间。,三、过滤器和干燥器,过滤器用于清除制冷剂中的机械杂质，如金属屑、焊渣、氧化皮等。它分气体过滤器和液体过滤器两种。,干燥器只用于氟利昂制冷系统中。因为氟利昂不溶于水或仅有限地溶解，系统中制冷剂含水量过多，会引起制冷剂分解，金属腐蚀，并产生污垢和使润滑油乳化等。 当系统在0以下运行时，会在膨胀阀处结冰，堵塞管道，即发生“冰塞”。故在储液器出液管路上的节流阀前装设干燥器，用
12、以吸附制冷剂液体中的水分。一般用硅胶作为干燥剂，近年来也有使用分子筛作干燥剂的。如图示出一立式干燥器的结构。对于小型制冷装置，可以不装设干燥器，仅在系统充氟时，使其一次通过干燥器即可。,四、油分离器,惯性式油分离器依靠流速突然降低并改变气流运动方向将高压气态制冷剂携带的润滑油分离，并聚积在油分离器的底部，通过浮球阀或手动阀排回制冷压缩机。 洗涤式油分离器将高压过热氨气通入氨液中洗涤冷却，使氨气中的雾状润滑油凝聚分离,离心式油分离器借助离心力将滴状润滑油甩到壳体壁面聚积下沉分离。 过滤式油分离器靠过滤网处流向改变、降速和过滤网的过滤作用将油滴分离出来。,五、集油器,又称为放油器，是由钢板制成的筒
13、状容器，其上设有进油管、放油管、出气管、压力表接管以及液位计等，结构形式如图。它只适用于氨制冷系统中，用于收集和存放从油分离器、冷凝器、储液器以及蒸发器等设备中分离出来的润滑油，再按照一定的操作程序，由集油器排出制冷系统。,七、安全装置,（一）安全阀,（二）熔塞,一旦压力容器出现意外事故时，容器内压力骤然升高，温度也随之升高；当温度升高到一定值时，熔塞中的低熔点合金即熔化，容器中的制冷剂排入大气，从而达到保护设备及人身安全的目的。,（三）紧急泄氨器,如图为其结构示意图。氨液从正顶部进入，给水从壳体上部侧面进入。当出现意外紧急情况时，可将给水管的进水阀与氨液泄出阀开启，使大量水与氨液混合，形成稀
14、氨水排入下水道，以防引起严重事故。,第三节 控制机构,（一）蒸发压力调节阀,（二）压缩机吸气压力调节阀,（三）冷凝压力调节阀,5.4 制冷剂管路的设计,一、管路的布置原则,氟里昂管路常采用铜管，系统容量较大时也可采用无缝钢管。氨管则采用无缝钢管，禁止使用铜或铜合金管及其管件； 为了减少管道和制冷剂充灌量以及系统的压力降，应尽可能短而直； 管道的布置应不妨碍对压缩机及其他设备的正常观察和管理，不妨碍设备的检修和交通通道以及门窗的开关； 管道与墙和顶棚以及管道与管道之间应有适当的间距，以便安装保温层； 管道穿墙、地板和顶棚处应设有套管，套管直径应能安装足够厚度的保温层。 此外，各种设备之间的管路连
15、接应符合下列要求：,（一）压缩机排气管,（1）为了使润滑油和可能冷凝下来的液态制冷剂不至于回流到制冷压缩机，排气管应有不小于0.01的坡度，坡向油分离器和冷凝器。,（2） 多台氟里昂压缩机并联，为了保证润滑油的均衡，各压缩机曲轴箱之间的上部应装有均压管，下部应装有均油管。,（3）对于有容量调节的制冷压缩机，应考虑在制冷系统低负荷运行时，能将润滑油从排气立管中带走。此时可以采用双排气立管。,（4）并联的氨压缩机排气管上或在油分离器的出口处，应装有止回阀。如下图左。防止一台压缩机工作时，未工作的压缩机出口处有较多的氨气不断冷凝成液态，启动时造成液体冲缸事故。,（二）压缩机吸气管,（1）对于氟里昂制
16、冷系统，考虑润滑油应能从蒸发器不断流回压缩机，氟利昂制冷压缩机的吸气管应有不小于0.01的坡度，坡向压缩机 。,（2）并联氟里昂制冷压缩机，如果只有一台运转，压缩机又没有高效油分离器时，在未工作的压缩机的吸气口处可能积存相当多的润滑油，启动时会造成油液冲击事故。为了防止发生上述现象，并联氟里昂压缩机的吸气管应按下图安装。,（3）对于有容量调节的氟里昂制冷系统，可采用双吸气立管，如上图右所示，其工作原理同双排气立管。在制冷系统的低负荷运行时，立管内制冷剂流速能将润滑油带回压缩机。,（4）氨压缩机的吸气管应有不小于0.005的坡度，坡向蒸发器，以防止液滴进入气缸。,（三）从冷凝器至储液器的液管,冷凝器应高于储液器，如右图所示。两者之间无均压管时，两者的高度差应不小于300 mm。,对于蒸发式
