1、1浅析制冷机组现状摘要本文为设计制冷机组选取的部分文献进行总的概述,分析了制冷机组的压缩机、换热器、制冷剂、节流装置、控制系统、以及其他零部件。综合分析了机组的技术现状。关键词:制冷机组；压缩机；冷凝器；节流机构；保护装置 AbstractThis paper is part of the refrigeration unit design documents are selected to be the summary, analysis of the compressor, refrigeration unit, heat exchanger, refrigerant throttling
2、 device, control system, as well as in other parts. A comprehensive analysis of the technology status of unit.Key words: refrigeration unit ;compressors ;condensator; throttle mechanism；protector引言随着我国社会主义经济建设的发展和人民生活水平的提高，制冷技术在国民经济的各个领域中的作用越来越重要， 制冷工程设施已经成为国民经济基本建设不可缺少的项目。为了更好地适应制冷技术的发展，制冷机组的设计亦显得非
3、常重要 1。 制冷机组还可以划分为很多类，比如：按照组装形式分为敞开式冷凝机组、箱式冷凝机组、并联式冷凝机组等；以配用压缩机则可分为全封闭活塞式冷凝机组、全封闭涡旋式冷凝机组、半封闭活塞冷凝机组、半封闭螺杆冷凝机组等 2；以冷却方式又可分为风冷冷凝机组、水冷冷凝机组等；按使用温度可分中高温机组、中低温机组、低温机组等；按机组外观结构分为户外安装型机组（带外壳箱型机组） 、敞开式机组等；按压缩机数量则分单机机组、多并联机组等。1 制冷系统流程制冷系统的组成见图 1。由一台压缩机对制冷剂蒸汽进行压缩，通过四通换向阀的换向作用，当制冷运行时，压缩机排出的高温高压制冷剂蒸气经四通换向阀进入翅片管式换热
4、器，经双向干燥过滤器滤除水分后由电子膨胀阀节流，在板式换热器中蒸发制冷，再由压缩机吸入，完成循环。此时翅片管式换热器为冷凝器，板式换热器为蒸发器 3。当制热运行时，制冷剂流向刚好相反，制冷剂蒸汽由压缩机经四通换向阀排向板式换热器，板式换热器为冷凝器，翅片管式换热器为蒸发器 4。2图 1 制冷系统流程2制冷压缩机制冷压缩机是空调系统的核心部件，通常称为制冷机的主机。科学技术的进步，新式空调系统不断出现，推动了制冷压缩机制造技术的不断进步。从目前制冷压缩机的发展趋势来看，结构紧凑、高效节能以及微振低噪等特点是空调压缩机制造技术不断追求的目标 5,6,7,8。1.压缩机的种类很多，根据工作原理的不同
5、，空调压缩机可以分为定排量压缩机和变排量压缩机。 2.根据工作方式的不同可分为两大类 容积型与速度型。 容积型压缩机是靠工作腔容积的改变来实现吸汽、压缩、排汽等过程。属于这类压缩机的有往复式压缩机和回转式压缩机。速度型压缩机是靠高速旋转的飞轮对蒸气做功，压力升高，并完成输送蒸气的任务。属于这类压缩机的有离心式和轴流式压缩机，目前常用的是离心式压缩机 9。（1）往复式压缩机的工作原理3图 2 往复式压缩机的示意图及工作过程1、汽缸 2、活塞 3、连杆 4、曲轴 5、排气阀 6、吸汽阀 7、曲轴箱往复式压缩机又称活塞式压缩机。压缩机的工作腔是汽缸。活塞在汽缸内作上下往复运动，从而完成了压缩、排汽、
6、膨胀、吸汽等过程。图 1 中的四个过程分别表示了压缩机工作中的四个过程 10。图 3 螺杆式压缩机的构造与工作过程（2）螺杆式压缩机工作过程螺杆式压缩机是一种回转式容积式压缩机。它利用螺杆的齿槽容积和位置的变化来完成蒸气的吸入、压缩和排汽过程。无油螺杆压缩机在本世纪三十年4代问世，主要用于压缩空气。后来汽缸内喷油的螺杆式压缩机出现，性能得到提高，目前，喷油式螺杆压缩机已是制冷压缩机中主要机种之一。螺杆式压缩机分为双螺杆和单螺杆两大类，双螺杆压缩机习惯上称为螺杆式压缩机。图 4 旋涡式压缩机工作原理(3)旋涡式压缩机的工作原理旋涡式压缩机的机理早在 20 世纪初由法国人所发明，但是由于当时加工精
7、度不高和结构上存在问题，而一直未得到推广使用。到了七十年代，这项技术在美国才开始得到应用。自本世纪 80 年代以来，涡旋压缩机以其机构紧凑、高效节能、微振低噪以及工作可靠性等特点，开始在小型制冷及空调领域获得越来越广泛的应用，也因此成为压缩机技术发展的主要方向之一。旋涡式压缩机也是一种容积型回转式压缩机，一般为直立型。其结构主要分为动静式和双公转式 2 种，目前动静式应用最为普遍，它的工作部件主要由动涡轮与静涡轮组成。动、静涡轮的结构十分相似，都是由端板和由端板上伸出的渐开线型涡旋齿组成，两者偏心配置且相差 180o，静涡轮静止不动，而动涡轮在专门的防转机构的约束下，由曲柄轴带动作偏心回转平动
8、，无自转，只有公转 11。3.冷凝器冷凝系统按冷却介质和冷却方式的不同可分为水冷式、蒸发式及风冷式。现有制冷系统中，大型装置用水冷和蒸发冷却，小型装置用风冷。水冷装置冷5却效果好，但因其结构庞大、辅助设备复杂、冬季需防水冻结、用水量大等因素影响了小型冷藏设施的推广应用 。 蒸发式冷凝具有节水、节能等优点，但蒸发冷凝制冷装置结构复杂，体积较大，对水质要求高，高湿性环境对设备要求高，故障率高，制造和维护都比较麻烦 。风冷机组结构紧凑、系统简单、便于安装，现在被大量应用于小型冷藏设施中，尤其 100 t 以下的冷藏设施，80以上应用风冷凝机组 12,13。图 5 蒸发式冷凝器4 换热器冷水机组普遍使
9、用的换热器按照传送热量的方法来分：间壁式、混合式、蓄热式等三大类。其中间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广。间壁式换热器根据传热面的结构不同可分为管式和板面式。管式换热器以管子表面作为传热面，包括套管式换热器和管壳式换热器等；板面式换热器以板面作为传热面，包括板式换热器、螺旋板换热器、板翅式换热器、板壳式换热器和伞板换热器等。4.1 管式换热器6管式换热器主要有套管式换热器和管壳式换热器两种。4.1.1 套管式换热器套管式换热器是将不同直径的两根管子套成的同心套管作为元件、然后把多个元件加以连接而成的一种换热器，工作时
10、两种流体以纯顺流或纯逆流方式流动。套管式换热器的优点是：结构简单，适用于高温、高压流体，特别是小容量流体的传热。另外，只要做成内管可以抽出的套管，就可清除污垢，所以它也使用于易生污垢的流体。他的主要缺点是流动阻力大；金属消耗量多；管间接头较多，易发生泄露；而且体积大，占地面积大，故多用于传热面积不大的换热器 5-7。4.1.2 管壳式换热器管壳式换热器又称为列管式换热器，是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器，结构一般由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。目前，国内外工业生产中所用的换热设备中，管壳式换热器仍占主导地位，虽然它在换热效率、结构紧凑性和金属材料消耗等
11、方面，不如其它新型换热设备，但它具有结构坚固，操作弹性大，适应性强，可靠程度高，选材范围广，处理能力大，能承受高温高压等特点，所以在工程中仍得到广泛应用。4.2 板面式换热器板面式换热器不同于一般传热面用管做的管式换热器。它们的共同特点是被用作传热面的板是平板或稍带锥度的伞板，其上有各种凹凸条纹，或有各种不同断面形状的翅片当流体流过板面时就会产生扰动，使边界层减薄造成湍流，从而获得较高的传热效率。相对于管壳式换热器来说，它们具有传热效率高，结构紧凑，重量轻等优点。又由于流体在换热器中无论进行并流、逆流、错流都可以，板片还可以根据传热面积的大小而增减，因此适应性较大，应用日趋广泛 8-10。4.
12、3 热管换热器热管换热器是一种高效传热的新型换热器，在 20 世纪 60 年代首先被应用于宇航技术中，70 年代国外在电子、机械、石油、化工等方面有了广泛的应用 11-13。7热管换热器主要由箱体、管板、热管元件组成，其中热管是其关键元件。热管是一种充填了适量工作介质的真空密封容器，当热量传入热管的蒸发段时，工作介质吸热蒸发流向冷凝段，在那里蒸汽被冷却，释放出汽化潜热，冷凝变成液体，然后在多孔吸液芯的毛细力或重力的作用下返回蒸发段，如此反复循环，通过工质的相变和传质实现热量的高效传递。热管换热器的最大特点是结构简单、换热效率高，在传递相同热量的条件下制造热管换热器的金属耗量少于其它类型的换热器
13、。换热流体通过换热器的压力损失也比其它换热器小，因而动力消耗也少。5.节流机构作为制冷循环的四大部件之一，供液节流机构在制冷系统中起着非常关键的作用。通过选择合适的供液节流机构与制冷系统相匹配， 既可以保证系统稳定运行，又可以提高系统的 COP， 须充分利用、 合理选择 14。1. 供液节流机构的组成及节流的工作原理 供液节流机构主要由节流阀和控制元件等组成。其中节流阀有时也称为供液主阀； 控制元件主要由控制供液管路开启的电磁阀及控制、调节节流阀的相关元件组成，如：供液主阀控制器、温度传感器、压力传感器、液位传感器、浮球导阀及浮球液位控制器或液位开关等 15-17。节流的工作原理： 制冷工质流
14、过阀门时流动截面突然收缩，流体流速加快，压力下降( 压力下降的大小取决于流动截面收缩的比例) 。2. 供液节流机构的作用和种类 制冷压缩机的供液节流机构具有以下几个主要的作用：(1)节流降压常温高压的制冷剂饱和液体流过节流阀变成低温低压的制冷剂液体并产生少许闪发气体， 从而实现节流降压的功能 18。(2)调节流量供液节流机构可以通过制冷剂过热度或制冷剂液位等的变化控制节流阀的开度， 调节进入蒸发器的制冷剂流量， 使其流量与蒸发器的热负荷相匹配。供液节流机构的流量调节对制冷系统的稳定运行和节能降耗起着非常重要的作用。8(3)控制过热度供液节流机构具有控制蒸发器出口或压缩机出口制冷剂过热度的功能，
15、 既能够保持蒸发器换热面积的充分利用， 又能够避免压缩机吸气带液导致压缩机损坏事故的发生。 (4)控制蒸发器等带液位控制的供液节流机构具有控制蒸发器等液位的功能，既保持蒸发器换热面积的充分利用， 又能够避免压缩机吸气带液 19。 配电系统保护及电器选择6.保护装置制冷机组的核心部件为压缩机， 所以电气设计的主要 目的是合理地为压缩机供电， 并提供相应的保护 20。压缩机配电系统是利用各种电器组成对压缩机启动、 控制、 保护的系统， 如图 5-6 所示。(1)压缩机配电系统的介绍及电器种类 配电电器： 低压开关或机械开关、隔离开关、低压熔断器等， 用作低压配电线路或设备过载、短路或欠电压保护，也
16、可作不频繁接通和分断电路。控制电器： 接触器、启动器等，用于频繁接通和分断电路。电动机保护电器：热继电器或电子式热继电器( 电动综合保护器) 等，提供相应的短路、过载等保护措施21。(2)压缩机保护的特性及设置根据压缩机工作特性及相关要求可知压缩机需要的保护包括： 短路保护、 过载保护、 温度保护、失压或欠电压保护、 相序错误。9图 5-6 压缩机的保护特性配合低压电器的选择原则低压开关、 隔离开关是通过不频繁的手动( 或电动) 接通和分断正常电路条件下的负载电流， 也能在正常电路条件下( 包括过载工作条件) 接通、承载和分断电流， 并能在规定的非正常电路条件下( 例如短路) 在规定时间内承载
17、电流的一种机械开关电器。低压开关、 隔离开关除了满足一般要求外， 还需要考虑如下情况： 按柜体设计要求选择合适的操作方式， 如正面、 侧面等； 按设计要求参考样本选择必需的附件， 如手柄 辅助开关、挂锁及相间隔板等 22。表 1 制冷机组电器 3 种组合方式及其组合特点10低压电器的合理选择、 合理配置是非常重要的工作， 其不仅影响低压电器及制冷机组的正常工作， 而且对人身及电器的安全性也有着相当重要的作用 23,24。结论本文对制冷机组的应用状况和技术特性进行了论述，对制冷机组系统的原理、特点、主要部件进行大致介绍，对于电控设计进行综合分析。对于制冷机组的综合说明加深了对系统的理解，对于设计
18、制冷系统有更深刻的认识。对于设计更合理效率更高的制冷系统提供帮助。参考文献1李春平.螺杆制冷机组的开发与应用J.暖通空调1993.4:29-322 吴业正主编. 小型制冷装置设计指导M. 北京：机械工业出版社，20043 郑贤德主编. 制冷原理与装置M. 北京：机械工业出版社，20014 徐传宙，时 阳，湛清平编。制冷器具原理与技术M. 北京：中国轻工业出版社，1996.55 张祉祐，石秉三主编.制冷及低温技术M. 北京：机械工业出版社，19826 张祉祐主编.制冷原理与设备M. 北京：机械工业出版社，19877 吴业正，韩宝琦.制冷原理及设备（第二版） M. 西安：西安交通大学出版社，19978张登山，李华德.三电平双 PWM 变频调速系统研究.电气传动.2003(4):22-249冯垛生，曾岳南无速度传感器矢量控制原理与实践(第 2 版)机械工业出版社，2006：126-12710于泳变频空调压缩机电机无速度传感器矢量控制系统研究哈尔滨工业大学博士学位论文，20039-2-4:33-3511张崇巍,张兴PWM 整流器及其控制机械工业出版社，2003(10)：54-5512张笑微，李永东PWM 整流器电流控制策略的研究电工技术杂志2003，(12）:12-1113欧阳红林，陈继华，黄守道三相电压型 PWM 改进控制策略的研究J湖南大学学报2005，32(3)：9396
