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浅谈工业制冷装置
发表时间:1970-01-01     字体:【

一.制冷绪论
    制冷就是用人工的方法使自然界的某物体或某空间达到低于周围环境温度,并使之维持这一温度。而制冷装置是为了适应人们希望能人工改变局部环境温度的需要而产生和发展的。作为制冷技术的一种应用,制冷装置主要是研究和选用性能匹配的主机与辅机,并由不同的管道连接组成不同特性的制冷系统,它是用于与建筑、结构、给排水、采暖通风、机械传送、电力电照以及自动控制等多个工种密切组合的一种装置,是多学科研究的结晶。随着国名经济的持续增长、科学技术的飞速发展,以及人民生活水平的不断提高和现代工业的需要,制冷装置在工业、农业、商业、科学技术及人民生活等各个方面都得到了广泛的应用,特特别是食品收藏和空气调节,直接关系到很多部门的工业生产和人民生活的需要。
二.制冷装置的含义
    制冷装置是将制冷设备与消耗冷量的设备组合在一起的装置。它不要研究用不同类型的制冷机械来供应冷量,而且更重要的是研究和解决制冷装置的类型和特性去满足消耗冷量的用户。随着冷量使用方式的不同,制冷装置的类型亦有各种各样,发展十分迅速,新型制冷装置愈来愈多,目前使用比较广泛的大致有以下几类:冷藏制冷装置、速冻制冷装置、空调制冷装置、工业冷却装置、商用制冷装置、液氮制冷装置、真空冷冻制冷装置、工程用制冷装置、试验用制冷装置以及其他制冷装置如采用风能、海洋能、太阳能等物理化学能以及半导体制冷的装置正在深入研究,并取得不少成果。另外,随着大部分氟利昂家族被禁止使用,CFC的替代问题以及扩大R717的研究成果,都将促使开发其他制冷能源。
三.制冷装置的基本原理
    本篇全面介绍了氨压缩式制冷装置的基本原理、循环特性及其设计计算和优化方法等。主要有库房的冷负荷计算、制冷压缩机及设备选型计算、库房制冷工艺设计、机房设计、制冷系统管道设计、制冰与冰库、氟利昂制冷装置以及制冷装置的调整。
    制冷装置在生活中的应用越来越多,且与生活实际密切相关,这有利于实践、参观、实物展示、拆装,由于新工艺、新技术、新材料的研究与应用,高效、节能、环保、新功能的制冷装置设备不断出现,如静音、省电、数字温控、自动除臭、模糊控制、神经系统除霜冰箱,新型螺杆式、涡旋式、余摆线式压缩机等。
四.制冷方案的设计
    制冷方案设计是设计单位依据设计任务书提出的初步设想,是制冷装置设计的一个关键环节。制冷方案设计是依据设计任务书给出的制冷设置使用性质、规模、工艺技术水平要求、冷却水水质、水量、制冷装置所处的环境以及室外空气温湿度等进行确定,并从投资额、先进、实用、经济、发展等诸方面,对制订的几个方案通过技术经济性比较后,选择最佳设计方案。制冷装置使用效果的好坏与所选用的制冷方案有着密切的关系。制冷方案设计的主要内容有:制冷压缩机型式和级数的确定、冷凝器类型的确定、冷间的冷却方式确定、蒸发器类型的确定、蒸发器供液方式的确定、自动控制系统型式的确定。
1.压缩机的型式和级数
    确定制冷压缩机型式是根据制冷装置使用的制冷剂种类、使用规模和性质综合考虑的。目前冷库中常用的制冷压缩机为活塞式和螺杆式压缩机。活塞式制冷压缩机生产工艺成熟、成本低、操作经验丰富、热力性能好、目前被广泛采用。螺杆式制冷压缩机体积小、工作周期长、排气温度低、易损件少、维修方便,中大型冷库使用越来越多,有的已建成的冷库在改造时将活塞式制冷压缩机换成螺杆式制冷压缩机。制冷压缩机
    制冷压缩机级数的确定:由于余隙容积和排气温度的影响,当蒸发温度低时,应采用双级压缩,一般规定,当冷凝压力pk和蒸发压力po之比,对于氨制冷系统pk/po≥8,氟利昂制冷系统pk/po≥10时应采用双级压缩。
2.冷凝器型式的确定
    根据冷却介质,冷凝器分为水冷式、风冷式、淋激式和蒸发式。冷库制冷系统多用水冷式冷凝器和蒸发式冷凝器,风冷式和淋激式使用较少。确定冷凝器的型式应根据当地水资源条件,缺水地区考虑采用蒸发式,水源丰富的地区根据当地的水质、水温、可以采用卧式壳管式、立式壳管式或套管式水冷冷凝器。
3.冷间的冷却方式
    冷库中的冷藏间、冷冻间等库房统称冷间,根据制冷系统是否采用载冷剂又分为直接冷却式和间接冷却式。冷库冷藏间多采用直接冷却式,即制冷剂进入冷间的蒸发器,冷却冷间的空气或直接冷却食品。盐水制冰间采用的是间接冷却式,即盐水池中的蒸发器先将盐水冷却,盐水再去冷却冰桶中的水以制取冰。
4.蒸发器型式的确定
    冷库中采用的蒸发器成为冷却设备。根据被冷却介质的不同,蒸发器型式有冷却空气型和冷却液体型。冷藏间的蒸发器又有冷风机和冷却排管两类,不同的冷藏间使用的型式不同。
5.蒸发器供液体方式的确定
    蒸发器的供液方式有三种,直接供液方式、重力供液方式和液泵供液方式。直接供液方式即制冷剂从节流装置节流后直接进入蒸发器,适用于单一节流装置控制单一蒸发回路、负荷稳定的小型制冷装置中。重力供液方式是制冷剂从节流装置节流后,经气液分离器对节流后的蒸汽和低温液体进行气液分离,低温液体依靠重力进入蒸发器进行制冷的供液方式,它适于500t以下的冷库。液泵供液方式是制冷剂从节流装置节流后,经低压循环桶对节流后的蒸汽和低温液体进行气液分离,低温液体依靠液泵增压进入蒸发器进行制冷的供液方式,它在500t以上冷库中广泛使用。
6.自动控制系统型式的确定
    冷库的自动化程度可分为五类,它们分别是:机器、设备的安全保护、局部自动控制、半自动控制、全自动控制以及最佳工况调节(它主要是利用计算机网络技术对冷冻、冷藏制冷系统实行实时监控,自动调节生产过程,使制冷装置在最经济、最合理的工况下运行,达到保持最好的产品质量,同时节约能源,降低经营管理费用的目的)。
 
五.制冷装置的应用
    在当代社会,随着制冷工业的发展,制冷装置的应用也日益广泛,现已渗透到人们生活、生产、科学研究活动的各个领域,并在改善人类的生活质量方面发挥着巨大的作用,从日常的衣、食、住、行,到尖端科学技术都离不开制冷装置,制冷工业的水平是一个国家现代化的标志。
1.冷藏链的形成
    冷藏链主要是指易腐食品从产地进行冷加工后冷藏运输至冷藏库储存,然后通过冷藏销售柜由市场进入家用冰箱。世界各国都十分重视食品冷藏链,它是表示易腐食品在从生产到消费各环节中,不断采用冷藏方法来保存食品。这种易腐食品从采集、加工、冷冻、运输、储藏、零售到消费者等各个环节构成了完整的食品冷藏链,它的各个环节均需要不同型式的制冷装置。一个国家其冷藏链的完善程度,从客观上标志这个国家的农、林、牧、副、渔业发展的态势。冷藏链过程中新采用的各种型式的制冷装置越先进说明其冷冻、冷藏事业越发达。相对而言,我国冷藏链的形成还比较落后,这主要是由于我国还未真正形成冷藏链,致使每年腐败变质的食品达30%以上,有些食品在树上、海上由于没有冷加工、冷储藏能力而就地处理,或由于没有专用制冷装置造成严重的经济损失,这些情况屡见不鲜。因此,大力发展农、林、牧、副、渔业的同时还应开发更多的制冷装置使冷藏链早日完善。
2机械冶金工业
    精密机床油压系统利用制冷装置来控制油温,可稳定油膜刚度,使机床能正常工作;对钢进行低温处理可改善钢的性能,提高钢的硬度和强度,延长工件的使用寿命;机器装配时,利用制冷装置提供的低温进行零部件间的过盈配合等。
3.医疗卫生事业
    血浆、疫苗及某些特殊***品需要低温保存,低温冷冻骨髓和外周血干细胞;低温麻醉、低温手术及高烧患者的冷敷降温等也需制冷装置;在生物技术的研究和开发中制冷起着举足轻重的作用,冷冻医疗正在蓬勃发展。
4.工业冷却
    在化工石油、激光电子、生物制***、仪器仪表、纺织、建筑等行业中,许多生产工艺过程都需要在低温条件下进行才能保证生产和产品质量。如在化学工业中用于合成氨、苯胶等生产过程及溶液的浓缩等;石油化学工业中,用于合成塑料、合成纤维、合成橡胶等;炼油及天然气工业中用于石油脱蜡、油品精炼、石油气的液化及分离等;棉纺车间对空气温湿度的要求;在浇灌巨型混凝土大坝防坝体裂缝、提高混凝土强度、要排除混凝土凝固过程中析出的热量;在冻土中开掘隧道,建造人工冰场,钢材和机械零件装配冷处理和冷环境;仪器仪表的标定以及航空航天工业的净化、制造人工气候室等,另外,在工业领域内愈来愈广泛地应用制冷装置来提高产品质量。
5.创造舒适环境
    在加快人们生活节奏的改革开放时代,为了提高工作效率,需要有一个舒适的环境和娱乐场所。因此在宾馆、饭店、茶楼、舞厅、酒吧、影剧院、体育馆、大会堂、图书馆、办公楼、医院、学校、商店以及民用住宅,都采用各种不同的制冷装置,如空调、冷饮制冷装置等。
6科学研究
    许多科研课题的研究,如气象科学院中所需的云雾室、高寒地区农作物的培育等等都需要制冷装置。
六.制冷装置存在的问题
1.制冷剂破坏臭氧层问题
    制冷剂是制冷装置运行中的工作介质,在系统中循环流动。它在低温下吸收热化,再在高温下凝结放热。由于制冷装置广泛采取的CFC与HCFC类物质对臭氧层有破坏作用以及产生温室效应,所以CFC与HCFC的替代已成为当前国际性的热门话题,该领域的研究和发展还在热烈进行中。但从目前情况分,CFC与HCFC的替代工具有许多种。潜在的绿色环保替代物有合成的和天然的两大类。合成的替代物有HFC;天然的有氨、二氧化碳、水、碳氢化合物等。
2.制冷装置的能耗问题
    据统计我国的人均能源占有量相对不足,仅为世界平均水平的40%~50%。能源问题是制约我国现代化建设的关键之一。随着国民经济的发展和人民生活水平的提高,制冷装置的应用越来越广泛。而目前我国所采用的制冷装置消耗电能非常大,据报道,北京、深圳夏季集中空调用电量已占全市总用电量的三成。因此,制冷装置的能耗问题急需解决。
七.制冷装置的发展趋势
    伴随着科技的进步,节能、环保、智能控制已成为制冷装置发展的大趋势
1.节能型制冷装置
    节能已成为制冷技术进步的重要标志,特别是运用变频器技术的制冷装置节能效率显著增强。如志高变频空调制冷装置就采用日本三菱电机压缩机,从而实现主机自动无级变速,使节能效率显著增强。另外冷藏双效制冷装置的开发使得冷库中的制冷量随库房负荷的变化实施自动调节,从而达到节约能量,提高冻品质量和冻结速度的目的。节能型制冷装置越来越显示出强大的优势。
2环保型制冷装置
    臭氧层的破坏和全球气候变化,是当前全球所面临的主要环境问题。而我国大部分装置均采用氟制冷系统,随着氟制冷装置被禁止使用,我国制冷装置的发展曾一度陷入迷惘状态和苦思之中,但制冷装置的发展是与整个国民经济发展命脉相承的。于是人们极力寻求替代工质,发展环保型制冷装置。随着我国环保部门关于限制并逐步禁止使用氟利昂22制冷政策的推出,加上无氟技术和新冷媒在制冷装置中的不断应用,环保型制冷装置已成为一大趋势。
3.自动化制冷装置
    由于计算机技术和现代控制技术的发展,实现了制冷装置的自动化,包括最佳运行工况调节、蒸发器供热量调节、冷冻温度及蒸发温度调节、自动融霜、冷凝压力自动调节、制冷机自动启停及能量调节,制冷辅助设备的自动控制等,均需要采用数字化、电子化技术、模糊逻辑技术、传感器技术、变频技术来控制制冷装置系统并使其智能化,这些不仅使制冷装置节能,而且还赶超国际先进水平。
制冷装置介绍

 
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