环境模拟舱复叠制冷系统及管路设计与分析
论文作者:同为论文网 论文来源:www.lunwenei.com 发布时间:2017年03月07日

环境模拟试验设备在航空、电子、医学、冶金等科学领域都有着广泛的应用,一75℃以上的制冷系统作为其最关键的部分之一,主要用于提供制冷量形成低温环境以及湿度调节。口前,制冷系统在设计选型时多根据经验和放大余量确保制冷量的方法,如果不考虑能量调节,这种不匹配的设计会导致系统在变负荷运行时出现频繁“开-停”机现象,严重会导致压缩机的机械损伤。此外,如果环境模拟试验设备系统复杂,制冷系统和蒸发末端相距较远,根据设备管径以选取供液管和回气管内径的常规方法是不合理的,可能会造成制冷效率降低、低温制冷剂回油困难的问题。因此,要对供液管路、回气管路的内径进行详细的计算,合理布置管路,将管路压降控制在允许的范围内,才能确保系统的设计制冷量及稳定回油。

某环境模拟舱主要用于整机、电子元器件检测研究,技术要求为:制冷系统蒸发温度一700C,制冷量32kW。作者以该项口为例,对复叠制冷系统中几个关键问题进行设计。以热力计算和压缩机选型为基础,重点阐述了制冷系统的能量调节方式,确保制冷系统安全、可靠的运行;最后对制冷系统供液管路、回管路的内径选取进行分析计算。通过设备实际运行验证了复叠系统设计的合理性。

1 制冷系统循环

实现一70℃制冷的方式可以采用两级压缩循环和复叠制冷循环。但是两级压缩循环受蒸发压力过低或制冷剂性质的限制,在蒸发温度一7o0c条件下,蒸汽压力过低,蒸汽比容的增大和输气系数的降低使得同一型号压缩机作复叠制冷较两级压缩制冷的制冷量大数倍。从控温精度要求高、长时间连续运行、经济性的角度考虑,选择8404 A/ R23复叠式制冷。

复叠式制冷系统通常由两级组成,分别称为高温级和低温级,具体的流程见图1。高温级8404 A制冷剂,由压缩机压缩后先经过油分离器分油,进人壳管式水冷换热器冷却到40℃以下,再经热力膨胀阀节流后进人冷凝蒸发器蒸发吸热,冷却低温级R23制冷剂。低温级R23制冷循环与高温级类似,需要说明的是,低温级循环中设计了回热器,主要是从模拟舱内蒸发器回来的R23气体给经过冷凝蒸发器后的R23液体过冷,保证R23供液时克服lOm高的液柱压差不会出现闪发现象,这点在后面供液管径计算时会详细说明。

blob.png

2 复叠制冷系统设计

2.1 热力计算及压缩机选型

复叠系统高温级与低温级的匹配是其能够稳定运行的关键,这就需要详细的计算作为依据。根据各级压力比大致相等的原则来确定中间温度,高温级8404 A冷凝温度取40 0C,蒸发温度取一25 0C,低温级R23冷凝温度取一20 0C ,蒸发温度取一70 0C。以模拟舱系统热负荷和性能指标为依据,计算出了系统各点的状态参数、压缩机排气量、冷凝和蒸发负荷,以此可以作为制冷系统压缩机和换热器等制冷部件的选型基础。详细计算过程见表1。

由比泽尔半封闭压缩机样本查出,6H - 25.2Y的排气量为110. Sm3/h,其在R23设计工况下制冷量口Rzs = 110. 5  x 1122. 55 = 34. 46kW>32kW 0

6F一40. 2Y的排气量为151. 6m3/h,其在8404 A设计工况下的制冷量口R4o4A = 151. 6 x1088. 60 = 45. 84kW > 40. 3kW。选择6H一25.2 Y/6 F一40. 2Y压缩机可满足配置要求。

3.2 能量调节

复叠制冷系统是按照满足最大负荷的要求设计选型,在运行时会受使用条件的变化以及模拟舱内蒸发器负荷变化影响。为使系统在应对不同的影响因素下仍然能够安全、稳定、节能的运行,该复叠系统设计了高/低压平衡、热气旁通、喷液回气冷却等调节方式。

(1)高/低压平衡

制冷压缩机在启动时电动机的负载是复杂多变的,负载转矩主要包括摩擦转矩、加速转矩和压缩转矩。压缩机在压差启动情况下存在一个为克服压差所需要的转矩,这个转矩叠加在负载转矩上后,使得起动瞬间的负载转矩大大增加。因此为了减少压缩机电动机的负载,在系统油分离器后引一路管路经过电磁阀后接至压缩机吸气端,具体见图2。在压缩机每次启动前,打开电磁阀Ss后关闭,使压缩机的高压端和低压端平衡,减少压缩机的启动负载。

(2)热气旁通

实际运行时,在蒸发器负荷较低,吸气压力下降至低于最低吸气压力保护值尸。。时,压缩机会保护停机。鉴于这些问题会影响制冷系统的安全性,为避免压缩机频繁“开一停”机,采用热气旁通阀进行能量调节。主要是一种是利用制冷剂压力和弹簧力的平衡原理来控制阀人口/出口压力的机械装置,通过旁通压缩机排气端热气至系统的低压侧,提供一个虚拟的负荷,来保持系统能在给定的最低吸气压力下正常工作。

热气旁通阀安装方法通常有两种,一种是热气旁通至蒸发器,另一种是热气旁通至吸气端,分别见图3和图4。由于本系统末端蒸发器距离制冷系统较远,热气不适合旁通至蒸发器人口,旁通至吸气管。

(3)喷液回气冷却

蒸发器过热度高、吸气压力过低、冷凝器效率不足都会导致压缩机排气温度高,而排气温度过高会导致压缩机电机烧坏。因此,该系统低温级增设R23喷液回气冷却,即在储液罐后与压缩机低压吸气端间设有喷液冷却管路,具体见图So采用一种温度响应喷液阀,通过一个感温包感知排气温度,当排气温度超过阀的设定值时,将液态R23制冷剂喷射进人吸气管,以降低排气温度,当排气温度低于设定值时,喷液阀完全关闭,这样可以有效避免液击。此外,喷液冷却与热气旁通配合使用效果较佳,热气旁通至吸气管可能会造成制冷压缩机的吸气过热,从而引起电机过热,而喷液冷却可以将热气温度冷却至设定值。

2.3 结构设计

采用Solidworks软件进行三维设计,模型见图6。复叠机组分两层布置,压缩机、油分离器、膨胀容器放置在上层,可以一定程度避免高温级压缩机的液击。板式冷凝蒸发器和回热器放在碳钢板加工成的方形箱体内,外表面喷塑,内部聚氨醋发泡80mm。管壳式水冷凝器、换热箱、储液罐等设备放在底层。低温级供液接口、回气接口和仪表盘(压力表、压力控制器)设计在相邻侧,方便调试时观察。电磁阀、手阀、视液镜等设备置于易操作、观察、检修的地方。在确保使制冷系统在满足性能要求的前提下,占地面积小,外观整齐。

2.4 低温级供液和回气管设计

(1)供液管路内径

制冷系统运行过程中,如果低温级制冷剂R23液体处于对应压力和温度的饱和液体状态,则在其温度稍微升高或压力稍微降低时,就可能导致制冷剂闪发气体的产生,从而造成膨胀阀工作不稳定、制冷量下降等情况的发生。所以,在设计氟利昂供液管路时,要正确合理地选择管径、阀门和部件,将管路中的总压降控制在允许的范围内,保证系统能够高效率正常运行。

设计规范中要求供液管路压力降控制在不超过相当于饱和蒸发温度差0. 5 0C。初选液体流速为0. Sm/s,对应22mm紫铜管径,壁厚1. Smm,管路中涉及到的阀门、弯头、管道数量及距离见表2。

blob.png

蒸发器安装位置高于储液罐,R23饱和液管每升高1米的液柱压差为11. 39kPa。当液管需要升高lOm时,其液柱压差为113. 9kPa,则管段阻力损失总计为131.112kPa,近似饱和冷凝温度为一24 0C。这时不能采用加大供液管内径的方法来解决压降的影响,只有通过增大液体过冷度,才能防止闪发气体的产生。

为控制供液管路压力降在不超过相当于饱和蒸发温度差0. 5 0C,需要对R23液体提供最少4 0C的过冷度。在流程设计时,增设R23回热器对液体进行过冷,回热器的过冷换热量:口- U "  Cn·}t"p,式中,V为R23液体的体积流量,0. 65m;/h;C。是R23的比热容,1. SkJ/kg " 0C,计算得口=1. 2kW,本系统中回热器实际换热量为5. 87kW >1. 2kW,满足最少过冷度为4℃的要求。

(2)回气管路的内径计算

低温工况下,R23液体和冷冻油有一定的互溶性,很容易把冷冻油带人蒸发器,但是过热气体和冷冻油互溶性比较差,需要过热气体达到一定的流速来带回冷冻油。如果过分增大管径会降低回气流速导致回油困难,同时提高经济成本。因此,降低回气管路压力降和确保冷冻油能够顺利带会压缩机是一个需要平衡的问题。回气流速一般满足9-15 m/ s,才能较好的回油。

设计规范中要求回气管的压力降控制在不超过相当于饱和蒸发温度差不超过1 0C,从经济性、设计余量、系统回油角度考虑,饱和蒸发温度差取值不超过1.50C,相当于压降为15kPa。初选回气流速为11 m/s,对应}54mm x 1. Smm的紫铜管径,壁厚为1.Smm,紫铜管内径Slmm。

blob.png

计算结果显示回气管路压力降14.56kPa,约等于15 kPa,满足要求。说明吸气管内径选择为51 mm是合理的。

3 结论

复叠制冷系统安装、调试完毕后进行试验,模拟舱在设定时间内最低温度可以降至一69. 50C 0舱内由高温80℃转做低温试验初期,压缩机排气温度较高,喷液冷却阀自行打开喷射R23液体冷却回气;舱内蒸发器负荷较小,通过启动热气旁通阀可以实现能量调节,保证制冷系统可以继续安全运行;通过视油镜发现冷冻油液位波动较小,说明低温级回油性能良好。通过设计的热气旁通和喷液回气冷却使制冷系统在变负荷工况条件下可以安全、稳定、可靠的运行,证明了系统设计的合理性,对实际工程设计具有一定的指导意义 ight:22.0pt;mso-line-height-rule:exactly'>综上所述,怀特海在当代西方哲学界一片反形而上学的声浪中,坚持认识论的主题,肯定哲学的思辨功能,发展出绵密复杂的自然论和形而上学体系。他试图打破传统的二元分立,举凡主体与客体、表象与本质、整体与部分、自然与精神等一些不相容的概念,在他的自然哲学体系中均交锁关联,互补相成。他的哲学有别于解构的后现代哲学,堪称“建构的后现代主义”特海的自然哲学.



相关推荐
联系我们

代写咨询
 362716231

发表咨询
 958663267


咨询电话

18030199209

查稿电话

18060958908


扫码加微信

1495607219137675.png


支付宝交易

ali.jpg