| 摘要：本文根据笔者的研发经验,结合制冷、供热、流体力学等基本原理,详细论述了机房空调制冷气流和控制系统关键部件的优化设计方案。 |
仔细观察图1可发现,气流路径与制冷剂流向形成交叉,容易导致表面温度不均匀,影响蒸发器换热效率。一般认为气流流向与制冷剂流向平行时蒸发器换热效率最高,此时蒸发器各回路换热比较均匀,蒸发器表面温度分布也比较均匀,如图2所示。
由图2可见,虽然由于结构的限制,在蒸发器靠上部和下部的小部分回路不能完全与气流路径平行,但大部分回路的制冷剂流向与空气流向基本平行,蒸发器表面温度分布均匀,有助于提高机房空调能效比与显热比。
1.3进液端的分液设计
蒸发器进口为干度较小(干度x<0.2)的两相制冷剂,出口为过热气体,密度相差较大,因此位置越高的蒸发器回路内制冷剂流量越小;再者,由于蒸发器迎面风速不均匀,也会使蒸发器各回路因换热不均而引起制冷剂流量分配不均。为尽量减少蒸发器的分液不均,一般需要用到分液器和分液毛细管。图3为机房空调蒸发器主要部件示意图。
1.3.1分液器
机房空调中一般采用分液器来实现膨胀阀后制冷剂向蒸发器各回路的均匀分配。常用的分液器有节流型和文丘里型两种,材质一般为黄铜。制冷剂流过节流型分液器时会产生压降,引起湍流,从而保证分液器各输出口均匀分液。节流型分液器所分担的制冷量不同,节流孔径就不同。
文丘里型分液器内部实际为一个渐缩渐扩管。制冷剂进分液器后先收缩至最小截面处,再减速扩压至最大截面处,靠压力能实现均匀分流。因管内收缩与扩张段采用平滑过渡,整个流动过程中不发生湍流,压力损失较小。JHF32机组蒸发器选择节流型分液器。为保证分液器正常发挥均匀分液的功能,需保证分液头垂直布置,避免重力差对分液均匀性的影响。
分液头与膨胀阀之间的管段应尽可能短,并避免二者之间安装阀件或有狭窄部位,膨胀阀出口距分液头进口200mm以内应避免弯曲,否则会因离心力破坏分液器中的制冷剂流型和流动均匀性,也会造成分液不均。另外,分液头中的分液孔数量应与蒸发器回路数量相等。例如,不能用堵死1个分液孔的办法来把21孔的分液头将就用在20个回路的蒸发器上,那样也会导致分液不均。
1.3.2分液毛细管
分液器必须有分液毛细管的配合才能发挥其均匀分液的作用。分液毛细管位于分液器出口与蒸发器之间,通过制冷剂在其中的流动压降来自动调节蒸发器各回路的流量分配。分液毛细管中的压降包括摩擦压降、加速压降与重力压降,制冷剂在分液毛细管中的加速压降、摩擦压降对流量的变化反应灵敏,特别是在制冷剂两相状态下,加速压降、摩擦压降随质量流量的增加迅速增大,当分液毛细管与蒸发器相应回路串联后,制冷剂在分液管中的流动特性使得流量大的回路有流量减小的趋势,流量较小的回路有流量增大的趋势,这样就形成一个制冷剂流量分配的负反馈,使得各回路制冷剂流量分配趋于均匀。文献[3]说明,蒸发器各回路最大流量偏差随分液毛细管内径的增大而增大,随分液管长度的增大而减小。理论上,只要将分液毛细管无限加长,或采用内径不等的分液毛细管,可消除蒸发器各回路的流量不均。但机房空调实际运行过程中要保证制冷剂经过膨胀阀时有一定的压降,以保证膨胀阀可利用过热度来调节供液量,因此不能完全靠分液毛细管达到均匀分配蒸发器流量的目的。
JHF32机组蒸发器选用内径为3mm、长度为1m的紫铜光管为分液毛细管,毛细管两端扩口后与分液头和蒸发器换热管连接。另外,也可考虑调整各个回路的换热面积,经分液头与分液毛细管的联合调节后流量仍然较大的回路应该增大其所占换热面积的比例。但此方法一般不常用,本文不展开讨论。
1.4回气端的集管设计
蒸发器回气集管设计需要考虑的主要问题是集管管径及回气总管的相对位置对分液均匀性、回油的影响。回气集管的截面积原则上应不小于各分支管截面积之和,但由于机组内部空间有限,集管面积一般也不能完全按照支管截面积之和来选取。实践证明,对于JHF32机组的蒸发器,只要集管内径不小于38mm,一般不会对蒸发器的分液均匀造成明显影响。回气总管一般位于回气集管的中间位置,如图3所示。一般认为制冷剂回路越短流动阻力越小,而蒸发器中间部位风速最大,换热效果最好,此部分换热盘管流动阻力就应尽量减小,因此将回气总管设在回气集管中间,以适应蒸发器的换热特点。
而回气总管设在回气集管中间的一个最大问题是:如何使蒸发器集管下部积存的润滑油顺利通过回气总管回到压缩机?
机房空调一般不设排气油分离器,随排气带出的润滑油直接进入冷凝器,润滑油在常规冷凝温度范围内与制冷剂完全互溶,并随液态制冷剂进入蒸发器,在蒸发器中制冷剂吸热蒸发,而润滑油在正常蒸发温度下不能气化,仍呈液态,并在一定速度的制冷剂气体带动下沿着管壁缓慢流动,最后经吸气管回到压缩机。
蒸发器下部几个回路制冷剂气体从换热盘管进入回气集管后,由于流道截面积骤然增大,制冷剂流速骤然降低,可能不足以带动附着于管壁上的润滑油继续向上流动至回气总管,润滑油就可能在回气集管下半部聚积,造成蒸发器下半部换热盘管回气口的阻塞,影响蒸发器各回路分液的均匀性并可能造成压缩机失油。为解决回气集管积油的问题,有人提出如图4所示的解决方案,在回气集管底部接出一根回油毛细管,引至压缩机吸气口,在蒸发器与压缩机吸气口之间压差的作用下,将积油引回压缩机。
这种方案只要设计得当,是可以解决集管下部的积油问题的。但回气集管底部焊接回油毛细管有困难,而且将回油毛细管连接至压缩机吸气口的安装工艺也比较麻烦。因此,该方案不是理想的回油解决方案。
评论表单加载中...
