螺桿制冷壓縮機(jī)熱環(huán)流油冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、《 冷藏技術(shù)》2 0 0 4年 l 2月第 4 期 ( 總 1 0 9期)螺桿制冷壓縮機(jī)熱環(huán)流油冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 張建一( 集美大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院)摘 要 在熱環(huán)流原理的基礎(chǔ)上，本文介紹了一種新的螺桿式制冷壓縮機(jī)工作潤(rùn)滑油冷卻的新技術(shù)一熱 環(huán)流式制冷循環(huán)。根據(jù)國(guó)外的設(shè)計(jì)使用經(jīng)驗(yàn)，介紹了該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和使用中的注意問(wèn)題。關(guān)鍵詞 熱環(huán)流 設(shè)計(jì) 螺桿式壓縮機(jī) 油冷卻器 一、 引言 隨著螺桿式壓縮機(jī) 的技術(shù)進(jìn)步，與活塞式壓 縮機(jī)比較， 其優(yōu)勢(shì)日益

2、突出。 隨著螺桿式壓縮機(jī)在 制冷系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用 ，它 的潤(rùn)滑油冷卻系統(tǒng)龐 大， 效率較低成為一個(gè)需要改進(jìn)的技術(shù)問(wèn)題， 逐漸 引起人們的重視。 本文基于噴油式螺桿式壓縮機(jī)的制冷系統(tǒng)， 較為深入地闡述了一種新的油冷卻技術(shù) 一 熱環(huán)流 ( t h e r m o s i p h o n )式 ( 又稱熱虹吸式)制冷循環(huán)。 并對(duì)此項(xiàng)技術(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算及實(shí)際應(yīng)用等 方面進(jìn)行分析，供設(shè)計(jì)使用時(shí)參考。二 、熱環(huán) 流式制冷循環(huán) 的原 理 與流程 2 ．

3、1熱環(huán)流循環(huán)的原理 螺桿式壓縮機(jī) 的噴油可以起密封、冷卻、消音、 潤(rùn)滑等多種效果的作用 。 這提高了壓縮機(jī)的容 積效率，使排氣溫度降低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，噪音下降。機(jī)器的性能大大改善。 然而螺桿式制冷壓縮機(jī)的噴 油量極大，甚至達(dá)到機(jī)器的容積排量的百分之一。岡此， 在螺桿式壓縮機(jī) ( 或螺桿機(jī)組) 不得不設(shè)置 人型的油分離器、 油冷卻器 。 這就使螺桿機(jī)組笨重 龐大，效率降低。熱環(huán)流 ( t h e r m o s i p h o n )式制冷循

4、環(huán)又稱熱 虹吸式制冷循環(huán)， 它是在螺桿式制冷壓縮制冷系統(tǒng) 中發(fā)展起來(lái)， 用以冷卻潤(rùn)滑油的一種節(jié)能型制冷系 統(tǒng)。 冷卻螺桿式壓縮機(jī)潤(rùn)滑油的傳統(tǒng)方法采用水冷 卻， 熱環(huán)流式冷卻是近年新發(fā)展的冷卻方法 ， 國(guó)內(nèi)螺桿式壓縮機(jī)制造廠家也開(kāi)始應(yīng)用。大家都知道液體的虹吸現(xiàn) 象。當(dāng)一根充滿 液體的管道的進(jìn) 口和出口 位于不同的高度時(shí)， 管道 內(nèi)的液體會(huì) 自動(dòng)流動(dòng) 。這 一現(xiàn)象運(yùn)用的是重力差 ，而 熱 環(huán) 流 ( 熱 虹 吸 )運(yùn) 用 的 是 密 度 差

5、 ( d e n s i t y d i f f e r e n c e ) 。圖 1 顯示 了熱環(huán)流 的原理 示意圖。 由于熱環(huán)流依靠密度差就可 以 使液體自 動(dòng) 流動(dòng) ，從而節(jié)省了動(dòng)力，這就帶來(lái)了節(jié)能的可能。熱環(huán)流儲(chǔ)液器 汽 液 混 厶口 物 圖 1 熱環(huán)流的原理示意 高 壓 液 態(tài) 制 冷 劑 2 ． 2熱環(huán)流油冷卻器的工作情況 利用熱環(huán)流現(xiàn)象的原理和熱交換器，可 以在 螺桿式壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)中引入一種新的冷卻

6、系統(tǒng)，這就是熱環(huán)流式冷卻系統(tǒng)。 圖 2 顯示了螺桿式壓縮 機(jī)制冷系統(tǒng)中的熱環(huán)流油冷卻系統(tǒng)的流程。如圖 1所示的，熱環(huán)流油冷卻系統(tǒng)依靠的是 熱環(huán)流 ( 密度差 ) 的動(dòng)力， 不需要額外的動(dòng)力來(lái)驅(qū) 動(dòng)制 冷劑 流 動(dòng) ，節(jié) 約 了 能源 。熱 環(huán) 流 油 冷卻 器 ． 2 7．維普資訊 http://www.cqvip.com ‘ 冷藏技術(shù)》2 0 0 4年 l 2月第 4期 ( 總 1 0 9期)須注意， 在熱環(huán)流油冷卻器中， 制冷劑流量

7、大于其 蒸發(fā)量。 即在熱環(huán)流系統(tǒng)中， 未蒸發(fā)的制冷劑液體 量大于其蒸發(fā)量。 如果把提供給熱環(huán)流油冷卻器的制冷劑液體流量與被蒸發(fā)量之比定義為循環(huán)量， 根 據(jù)經(jīng)驗(yàn)，該循環(huán)量達(dá)到 3 ： 1( 氨 )和 2 ： 1( R 2 2 ) 。因此，通過(guò)油冷卻器的制冷劑流量：氨：m=3Xm。k g ／ s( 3 )R 2 2 ． m。=2 Xm。k g ／ s( 4 )四、熱環(huán)流油冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 根據(jù)圖 3 的流程， 熱環(huán)流油冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主 要包括

8、選擇熱虹吸儲(chǔ)液器的尺寸和三條主要管線 的尺寸。 這些管線為： ( 1 ) 從熱虹吸儲(chǔ)液器到油冷 卻器的液體管線； ( 2 ) 從熱環(huán)流油冷卻器到熱虹吸 儲(chǔ)液器的液汽混合管線； ( 3 ) 從熱虹吸儲(chǔ)液器項(xiàng)部 到冷凝器的排氣管。 這在圖 3 的熱虹吸系統(tǒng) 中已顯 示。 另外， 還必須提供一根冷凝器到熱虹吸儲(chǔ)液器 的供液管。4 ． 1熱環(huán)流油冷卻系 統(tǒng)中熱虹吸儲(chǔ)液器的設(shè)計(jì) 熱虹吸儲(chǔ)液器的設(shè)計(jì)主要是其容積的設(shè)計(jì)。 當(dāng)萬(wàn)一發(fā)生冷凝器來(lái)的供液中斷

9、時(shí)， 熱虹吸儲(chǔ)液器應(yīng) 該保證對(duì)油冷卻器有 5 分鐘的供液量。 到系統(tǒng)儲(chǔ)液 器的排液管設(shè)置在熱虹吸儲(chǔ)液器的中部。 因此， 熱 虹吸儲(chǔ)液器的容積應(yīng)為 5分鐘制冷劑蒸發(fā)量的 2倍。其計(jì)算公式如下：= 5X6 0 m ／ P( 5 )式中：V t一熱蟲(chóng) T 吸儲(chǔ)液器的容積 ：m 。P一液體制冷劑的密度，k g ／ m按上述方法計(jì)算， 熱虹吸儲(chǔ)液器的容積通常在 O ． 1 - 0 ． 8 m 。 。由于氨 的潛熱 比 R 2 2大 的多 ，采用氨

10、 為T質(zhì)時(shí)， 對(duì)于給定的熱量其流量比 R 2 2 小， 所需 要的容積也小。4 ． 2 熱環(huán)流油冷卻系統(tǒng)中主要管道的設(shè)計(jì)計(jì)算( 1 )從熱虹吸儲(chǔ)液器到油冷卻器的液體管線 如前所述， 根據(jù)熱虹吸循環(huán)的原理 ， 在這段管 線中液體制冷劑 的流量大于油冷卻器中的蒸發(fā)量。未蒸發(fā)的液體返回到熱虹吸儲(chǔ)液器。 該段管線推薦 的壓力降是，氨：2 2 ． 6P a ／ m ：R 2 2 ： 1 1 3P a ／ m 。假定冷凝溫度為 3 5 ℃，該飽和溫

11、度下氨的蒸 發(fā)焓值為 1 1 2 4k J ／ k g ，R 2 2的為 1 7 2 6k J ／ k g 。下 列公式可用于計(jì)算出需要的管道尺寸 D ¨，( c m ) ：對(duì)氨 ：D=7 ． 3 2 ( m) 。 ∞C m( 6 )對(duì) R 2 2 ：D=5 ． 4 1 ( m) 。 ·c m( 7 )( 2 ) 從油冷卻器到熱虹吸儲(chǔ)液器的液汽混合管線 該管線推薦的壓力降是， 氨 ： 9 ． 0 4P a ／ m ：

12、 R 2 2 ：4 5 ． 2P a ／ m 。 根據(jù)該壓力降，需要的管道尺寸如下：對(duì)氨 ：D= 8 ． 8 5 ( m) 。c m( 8 )對(duì) R 2 2 ：D= 6 ． 5 5 ( m) 。c m( 9 )( 3 )從熱虹吸儲(chǔ)液器頂部到冷凝器進(jìn)氣集管 的氣體管 該氣體管首先起到的是平衡作用。如果僅僅 作為平衡， 直徑很小的管子就足夠了。 實(shí)際上該氣 體管還必須保證制冷劑的流量， 即通過(guò)該管線的從 油冷卻器來(lái)的蒸發(fā)量 m e v 。

13、因此， 該氣體管應(yīng)該有 足夠的直徑， 以減少熱虹吸儲(chǔ)液器和冷凝器之間的壓力降。 必須注意， 為了保證氣體管中制冷劑的流 動(dòng)， 熱虹吸儲(chǔ)液器內(nèi)的壓力必須大于冷凝器內(nèi)的壓 力。 同時(shí)， 還要保證冷凝器中的液體能夠順利排到 熱虹吸儲(chǔ)液器。 有一個(gè)辦法可 以解決這個(gè) 問(wèn) 題， 即在冷凝器的排液管管線上設(shè)置一個(gè)液柱， 用此辦法 來(lái)補(bǔ) 償壓力 差 。( 4 )從熱環(huán)流油冷卻器到熱虹吸儲(chǔ)液器間的高差 。熱虹吸的原理是熱虹吸儲(chǔ)液器和油冷卻器之間． 2