风冷式冷水机组综述
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1 风冷式冷水机组综述
前言
风冷式冷水机是冷水机类型的一种，将常温的水通过冷水机的压缩机制冷到一定的温度以强化冷却模具或机器，通常作为单机使用。与水冷式冷水机相比，具有两方面的优势；一是机组采用空气冷却方式，省去了冷却水系统冷却塔、冷却水泵和管道系统，避免水质过差地区造成冷凝器结垢、水管堵塞，还节约了水资源，是冷水设备产品中，保养维修最经济、简单的机种；二是机组比水冷式冷水机组投资稍高，但是全年运转费用要低于水冷式冷水机组，机房建筑费用在各种空调冷热源系统中为最少，维修保养费用约为水冷式的一半费用。
1 风冷式冷水机组的制冷原理
机组运行时，制冷剂在蒸发器内吸收被冷却物的热量并汽化，压缩机不断地将产生的气体从蒸发器中抽出并压缩成高温、高压的蒸汽，制冷剂蒸汽被送入冷凝器后与空气进行热交换，在放热后冷凝为液体，经节流机构降压后进入蒸发器，再次汽化，吸收被冷却物体的热量，如此周而复始地循环，达到冷却被冷却物的目的。
2 风冷式冷水机组的结构单元
机组主要有三个相互联系的系统组成，分别是制冷剂循环系统、水循环系统、电器自控系统。 2
1、2-轴流风机；
3、4-盘管组件；
5-电控组件﹔
6-模块控制主板；
7-手操器﹔
8-壳管式换热器；
9-压缩机﹔
10-油加热带；
11-四通阀阀体；
12-四通阀线圈；
13-贮夜器；
14-气夜分离器；
15、18-肢胀阀；
16-干燥过滤器﹔
17-单向阀膜片式接口。
机组内部结构图
2.1 制冷剂循环系统
2.1.1 制冷剂循环系统工作原理
是通过利用外界能量使热量从低温物质〈或环境〉转移到高温物质〈或环境〉 3 的系统。
2.1.2 制冷剂循环系统的分类
① 按所使用的制冷剂种类分为：
氟利昂制冷剂循环系统；
氨制冷剂循环系统；
混合制冷剂循环系统
空气制冷剂循环系统。
② 按工作原理分为：
压缩式（又称为蒸汽压缩式）。该系统由于性能好、效率高而成为一种使用最为广泛的制冷剂循环系统。本系统应包括制冷剂循环系统、润滑油循环系统、融霜系统、冷却水循环系统以及载冷剂循环系统等。其中制冷剂循环系统由制冷压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器四个基本部分组成。为了保证制冷剂循环系统的安全性、可靠性、经济性和操作的方便，系统还包括辅助设备、仪表、控制器件、阀门和管道等。
吸收式；
蒸汽喷射式；
热电式；
吸附式。
2.1.3 制冷剂循环系统的组成
系统由两个主要部分组成。一是低压系统，是指制冷剂离开节流阀或膨胀阀进入蒸发器，经过吸气管到达压缩机吸气阀的循环回路。这部分管道和设备中制冷剂的压力接近蒸发压力，故称为低压系统；二是高压系统，是指指制冷 4 剂从压缩机排气阀经排气管、油分离器、冷凝器、泄液管、贮液器、高压输液管到达节流阀的循环回路。这部分管道和设备中的制冷剂压力接近冷凝压力因此称其为高压系统。
2.1.3.1 压缩机
风冷式冷水机多是箱体密封式结构，功率不大，因此多采用涡旋式压缩机。涡旋式压缩机是由一个固定的渐开线涡旋盘和一个呈偏心回旋平动的渐开线运动涡旋盘组成可压缩容积的压缩机。涡旋式压缩机是有两个双函数方程型线的动、静涡盘相互咬合而成。
在吸气、压缩、排气的工作过程中，静盘固定在机架上，动盘由偏心轴驱动并由防自转机构制约，围绕静盘基圆中心，作很小半径的平面转动。气体通过空气滤芯吸入静盘的外围，随着偏心轴的旋转，气体在动静盘噬合所组成的若干个月牙形压缩腔内被逐步压缩,然后由静盘中心部件的轴向孔连续排出。
涡旋式压缩机具有转矩变化幅度小、振动小，密封要求高、密封机构复杂，
采用气体支承机构、允许带液压缩；无吸、排气阀、效率高、可靠性高、噪声低，相邻两室的压差小、气体的泄漏量少，没有余隙容积、因此不存在引起输气系数下降的膨胀过程，机壳内腔为排气室、减少了吸气预热、提高了压缩机的输气系数。 5 2.1.3.2 冷凝器
冷凝器是制冷系统的机件，属于换热器的一种，能把高压高温的制冷剂蒸汽冷凝为高压制冷剂液体，将管子中的热量，以很快的方式，传到管子附近的空气中。冷凝器工作过程是个放热的过程，所以冷凝器温度都是较高的。
2.1.3.3 干燥过滤器
干燥过滤器主要是起到杂质过滤的作用。一般来说干燥器过滤器由容器和干燥剂组成。干燥剂具有吸附性好、堆积密度和静态水吸附等要求。
干燥过滤器一般其外壳是用紫铜管收口成型，两端进出接口有同径和异径两种，进端为粗金属网，出端为细金属网，可以有效地过滤杂质。内装吸湿特性优良的分子筛作为干燥剂，以吸收制冷剂中的水分，以确保毛细管畅通和制冷系统正常工作。当干燥剂因吸收水过多而失效时，应该及时进行更换。
另外，有的干燥过滤器，经轧压工艺成型，但只装有金属网，而没有干燥剂。它安装在制冷系统毛细管前端的相关部件或管路上，或安装在电子膨胀阀 6 进出端，用来收集制冷系统和润滑油中的固体杂质，防止系统和毛细管以及膨胀阀堵塞，确保管路系统畅通。
2.1.3.4 节流机构
节流机构的作用是将冷凝器中冷凝压力下的饱和制冷剂液体或过冷制冷剂液体节流后降至制冷剂蒸发压力和蒸发温度，同时根据负荷的变化，调节进入蒸发器制冷剂的流量。
常用的节流机构主要有以下几种：手动节流阀、浮球节流阀、节流孔板、热力膨胀阀、膨胀阀、毛细管等。
◆手动节流阀结构和普通阀门类似，它由阀体、阀芯、阀杆、填料压盖、上盖、手轮和螺栓等零件组成。与截止阀不同之处在于它的阀芯为针型或具有V缺口的锥体，而且阀杆采用细牙螺纹。当旋转手轮时，可使阀门的开启度缓慢地增大或减小，以保证良好的调节性能。手动节流阀开启的大小，需要操作人员频繁地调节，以适应负荷的变化。通常开启度为1/8~1/4圈，一般不超过一圈，开启度过大就起不到节流的作用，这种节流阀现在已被自动节流机构取代。
◆浮球节流阀一般与满液式蒸发器配合使用，利用浮球杠杆调节阀的开度，在节流的同时可以保持蒸发器内的液位。
◆节流孔板由两块孔板组成，采用两级节流。制冷剂通过第一级孔板时，制冷剂刚好减压至饱和蒸汽压力界线，并产生少许闪发气体由于闪发气体占据一部分空间，其流量也在波动，致 7 使制冷剂进入第二级孔板时流体的流量在一定范围(约20%）内变动，进而达到自动调节制冷剂循环量的功能，第二级孔板因变动的流量造成不同的压降变化，与系统高低压差进行调节，于动态平衡后，稳定发挥制冷剂膨胀功能而完成整个制冷循环。
冷水机组在标准工况满负荷运行时，孔板向蒸发器的供液量与蒸发负荷相匹配。但机组实际运行经常处于变工况、变负荷运行。在大压差工况下，蒸发器负荷需求减小(幅度大于20%），孔板最大调节余量20%，由于压差增大，孔板实际供液量比蒸发器负荷需要的液量大，吸气过热度降低，引起湿压缩;在小压差工况下，蒸发器负荷需求增大（幅度大于20%），由于压差减小，蒸发器实际存液量比蒸发器负荷需要的液量小，吸气过热度升高，制冷量降低，制冷系数减小，制冷装置能耗增大;在由低负荷转为高负荷情况下（幅度大于20%），蒸发器负荷需求增大，由于制冷剂流量增大，短时间内蒸发器实际存液量比蒸发器负荷需要的液量小，吸气过热度升高，制冷量降低，制冷系数减小，制冷装置能耗增大﹔在由高负荷转为低负荷情况下（幅度大于20%），蒸发器负荷需求减小，由于制冷剂质量流量减小，短时间内蒸发器实际存液量比蒸发器负荷需要的液量大，吸气过热度降低，引起湿压缩，极端情况即机组满负荷运行突然停机，蒸发器负荷需求减小75%，由于制冷剂质量流量突然减小75%，短时间蒸发器实际存液量比蒸发器负荷需要的液量大55%，吸气过热度急速降低，进而降低排气过热度，油分效果下降，甚至导致压缩机奔油。虽然一二级孔板在一定范围可自动调节，但其应付变工况、变负荷能力差，且制冷系 8 数减小，制冷装置能耗增大，一般不宜采用。
◆热力膨胀阀是应用最广的一种节流机构，热力膨胀阀是利用蒸发器出口制冷剂蒸气的过热度的变化来调节阀孔的开度大小，故适用于没有自由液面的蒸发器(如干式蒸发器、蛇管式蒸发器、蛇管式中间冷却器等)。
热力膨胀阀是通过蒸发器出口气态制冷剂的过热度控制膨胀阀开度的，故广泛地应用于非满液式蒸发器。按照平衡方式的不同，热力膨胀阀可分内平衡式和外平衡式两种。
内平衡式：感温包内充注制冷剂，放置在蒸发器出口管道上，感温包和膜片上部通过毛细管相连，感受蒸发器出口制冷剂温度，膜片下面感受到的是蒸发器入口压力。如果负荷增加，液压制冷剂在蒸发器提前蒸发完毕，则蒸发器出口制冷剂温度将升高，膜片上压力增大，推动阀杆使膨胀阀开度增大，进入到蒸发器中的制冷剂流量增加，制冷量增大；如果负荷减小，则蒸发器出口制冷剂温度减小，以同样的作用原理使得阀开度减小，从而控制制冷剂的流量。
外平衡式：外平衡式膨胀阀与内平衡式膨胀阀原理基本 9 相同，区别是内平衡式膨胀阀膜片下面感受到的是蒸发器入口压力；而外平衡式膨胀阀膜片下面感受到的是蒸发器出口压力。
◆膨胀阀是制冷系统中的一个重要部件，一般安装于储液筒和蒸发器之间。膨胀阀使中温高压的液体制冷剂通过其节流成为低温低压的湿蒸汽，然后制冷剂在蒸发器中吸收热量达到制冷效果，膨胀阀通过蒸发器末端的过热度变化来控制阀门流量，防止出现蒸发器面积利用不足和敲缸现象。
简单说，膨胀阀由阀体、感温包、平衡管三大部分组成。感温包
感温包内充注的是处于气液平衡饱和状态的制冷剂，这部分制冷剂与系统内的制冷剂是不相通的。它一般是绑在蒸发器出气管上，与管子紧密接触以感受蒸发器出口的过热蒸气温度，由于它内部的制冷剂是饱和的，所以就根据温度传递温度下饱和状态的压力给阀体。
平衡管的一端接在蒸发器出口稍远离感温包的位置上，通过毛细管直接与阀体连接。作用是传递蒸发器出口的实际压力给阀体。阀体内有二膜片，膜片在压力作用下向上移动使通过膨胀阀的制冷剂流量减小，在动态中寻求平衡。
理想的膨胀阀工作状态应该是随着蒸发器负荷的变化，实时改变开度，控制流量。但实际上，由于感温包感受的温度在热传递上存在迟滞，造成膨胀阀的反应总是慢半拍。假如我们描绘一幅膨胀阀的时间流量图，我们会发现它并不是圆滑的曲线，而是波折线。膨胀阀的好坏反映在波折的幅度上，幅度越大说明该阀反应越慢，质量越差。
◆毛细管是制冷系统常用的节流装置，主要是通过制冷剂在装置内流动的 10 压降来控制蒸发器所需的制冷剂流量。毛细管—般指内径为0.4~2.0mm的细长铜管。作为制冷系统的节流机构，毛细管是最简单的一种，因其价廉、选用灵活，一般被用于20kW以下的小型氟利昂制冷装置。
毛细管由紫铜管制成，长度1~6m，内径为0.5~2mm，通过长度和管径的多种组合可使其满足不同的工况和不同制冷量的制冷剂装置要求，
目前常用的毛细管的规格有：1.24mm、1.37mm、1.63mm。定制的毛细管规格有：1.8mm、2.1mm、2.4mm，还有6mm、8mm的铜管也可做较大系统节流用等。
2.1.3.4 蒸发器
蒸发器也是一个热交换设备。节流后的低温低压制冷剂液体在其内蒸发(沸腾)变为蒸气，吸收被冷却环境或物质的热量，使环境或物质温度下降，达到降温的目的。
2.1.4 制冷剂循环系统的作用
本系统主要有两个作用。其一，蒸发器将液态制冷剂蒸发，并在蒸发器内吸收周围环境（物体）的热量，降低温周围环境（物体）温度；其二，压缩机将气态制冷剂压缩提高气态制冷剂蒸气压力，通过放热使制冷器蒸气冷凝为液体，恢复其蒸发吸取冷却对象热量的能力。
