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    制冷系統附屬部件:氣液分離器介紹

      一、什么是氣液分離器?  

      制冷系統作為一個整體除了四大件(壓縮機、冷凝器、節流裝置、蒸發器)以外還有很多附屬部件,如今天要介紹的——氣液分離器。

      什么是氣液分離器?

      汽液分離器的主要作用是:在啟動、運行或融霜(熱泵)后制冷劑液體返回時對壓縮機保護,主要是通過分離并保存回氣管里的制冷劑液體來實現保護。

      氣液分離器對系統的低壓側提供額外的內部容積,可以暫時儲存多余的制冷劑液體,并且也防止了多余制冷劑流到壓縮機曲軸箱造成油的稀釋。所以它有時也稱作低壓儲液器。

      兩點值得注意的是:

     ?。?)非共沸制冷劑系統中不應使用汽液分離器。

     ?。?)冷凍油的處理

      由于在分離制冷劑液體過程中,冷凍油也會被分離出來并積存在氣液分離器底部,所以在氣液分離器出口管和底部會有一個油孔,保證冷凍油可以回到壓縮,從而避免壓縮機缺油。氣液分離器的基本結構如下圖:

    制冷系統附屬部件:氣液分離器介紹

      氣液分離器主要分為立式,臥式和帶回熱裝置,在一些小系統如冰箱,會用一些銅管做一個簡單的氣液分離器。氣液分離器的工作原理是帶液制冷劑進入到氣液分器時由于膨脹速度下降使液體分離或打在一塊擋板上,從而分離出液體。

      二、氣液分離器 VS 儲液器   

      什么是儲液器?什么是氣液分離器?它們各自的用途是什么?

      1、儲液器  

      從它的名稱本身含義就很清楚,是專門用來儲存制冷劑液體,提供制冷系統循環所需的供液量,確保制冷系統的運行穩定而設置的。微型制冷系統中(如家用冰箱冷柜空調,即使用毛細管節流的系統)是不會設置儲液器的,只有在小型以上的制冷裝置中才會設置。

      2、氣液分離器  

      從它的名稱本身含義也不難理解,它是氣體和液體分離的裝置。同樣,從裝置的名稱就很容易知道它的作用了,即用來防止液體(潤滑油或制冷劑)液擊壓縮機,保證壓縮機安全正常運轉。部分家用冰箱空調及以上制冷裝置中都會設置,特別是在大型制冷裝置中更為重要。

      了解了它們各自的用途,自然就知道了它們各自的安裝位置。按照制冷工程的工藝流程,儲液器必須(也只能、只有)安裝在冷凝器之后,調節閥(節流閥、膨脹閥)之前。

      所以采用毛細管節流方式的系統中就不存在了,根本不可能存在。氣液分離器,必須(也只能、只有)安裝在蒸發器后,進入壓縮機前,為防止系統制冷劑過多、蒸發器未完全蒸發的過潮過濕帶顆粒性的混合氣體、或氣體中可能夾帶的潤滑油而專設的分離容器,有效地保護壓縮機。

      三、氣液分離器設計和使用原則  

      1、 氣液分離器必須有足夠的容量來儲存多余的液態制冷劑。

      特別是熱泵系統,最好不要少于充注量的50%,如果有條件最好做試驗驗證一下,因為用節流孔板或毛細管在制熱時節流,可能會有70%的液態制冷劑回到氣液分離器。還有高排氣壓力,低吸氣壓力也會讓更多的液態制冷劑進入氣液分離器。用熱力膨脹閥會少一些,但也可能會有50%流到氣液分離器,主要是在除霜開始后,外平衡感溫包還是熱的,所以制冷劑會大量流過蒸發器而不蒸發從而進入氣液分離器。在停機時,氣液分離器是系統中最冷的部件,所以制冷劑會遷移到這里,所以要保證氣分有足夠的容量來儲存這些液態制冷劑。

      2、 適當的回油孔及過濾網保證冷凍油和制冷劑回到壓縮機。

      回油孔的尺寸要盡量保證沒液態制冷劑回流到壓縮機,但也要保證冷凍油盡量可以回到壓縮機。如果是運行中氣液分離器中存有的液態制冷劑,推薦使用直徑0.040 in (1.02mm),,如果是因為停機制冷劑遷移到氣液分離器推薦使用0.055 in (1.4mm)(谷輪的應用工程手冊是直接給出0.040-0.050 in(1.02-1.3 mm),并給出一般氣液分離器是0.0625-0.125(1.6-3.2mm))。當然如果有條件也可能用試驗優化這個尺寸,以達到最好效果。還有過濾網,谷輪推薦使用不小于30X30目(0.6mm孔徑),這里推薦使用50X60 目,這里好象有點矛盾,不過考慮到在中國空調安裝的水平,特別是分體式的安裝,經常會有雜質進入系統,所以用小點孔徑會穩妥些。

      3、氣液分離器的壓力損失盡可能小。

      冷凍油和制冷劑的流量由出口U形管的尺寸控制,所以它的尺寸也決定了制冷劑的壓力損失,因為進入出口管的制冷劑是高速的。這里有一個參考值,對于R22,R134,R404A,R410A,在5℃蒸發溫度,30℃吸氣溫度時壓力損失為7kPa, 有些公司資料上壓力損失是1/2F(0.5C)這應該是指飽和狀態下的壓力。但是不同制冷劑換算成壓力又是不同的,前面提的壓力損失又是針對幾種制冷劑,所以這些參數只是作為參考。

      在氣液分離器設計時,圖紙中應明確如下要求:

      1、相應配管尺寸、外形尺寸

      2、氣密試驗、強度試驗等壓力試驗

      3、潔凈度、殘留水分

      4、進氣管處筒體上應明確進行標注

      5、筒體內應充入0.05MPa高純氮氣保壓

      6、其他關鍵技術要求或材料、尺寸要求

      7、過慮網目數

    制冷系統附屬部件:氣液分離器介紹

      四、氣液分離器的分離原理及特點  

      制冷裝置中的氣液分離器采用的分離結構型式很多。

      其分離方法也有:

     ?。?)重力沉降;

     ?。?)折流分離;

     ?。?)離心力分離;

     ?。?)絲網分離;

     ?。?)超濾分離;

     ?。?)填料分離等。

      但綜合起來分離原理只有兩種:

      1、利用組分質量(重量)分離

      利用組分質量(重量)不同對混合物進行分離(如分離方法1、2、3、6)。氣體與液體的密度不同,相同體積下氣體的質量比液體的質量小。

      2、利用分散系粒子大小分離

      利用分散系粒子大小不同對混合物進行分離(如分離方法4、5)。液體的分子聚集狀態與氣體的分子聚集狀態不同,氣體分子距離較遠,而液體分子距離要近得多,所以氣體粒子比液體粒子小些。

      重力沉降:

      1、重力沉降原理

      由于氣體與液體的密度不同,液體在與氣體一起流動時,液體會受到重力的作用,產生一個向下的速度,而氣體仍然朝著原來的方向流動,也就是說液體與氣體在重力場中有分離的傾向,向下的液體附著在壁面上匯集在一起通過排放管排出。

      2、重力沉降的優缺點

      優點:1)設計簡單。2)設備制作簡單。3)阻力小。

      缺點:1)分離效率最低。2)設備體積龐大。3)占用空間多。

      3、改進重力沉降的改進方法:

      1)設置內件,加入其它的分離方法。

      2)擴大體積。

      從氣液分離器的要求來看,就要求其能將氣體與液體盡可能分離,經過氣液分離器之后,液體就是液體,不含有氣體,而氣體就是氣體,不含有液體。當然一個分離器實際上其分離效率不可能100%,因種種原因實際的情況是根據不同分離要求來選擇氣液分離器。

      氣液分離器分離效率的選擇跟待分離的液體物性有關,如果液體粘度大,分子間作用力強,相對來說容易分離一些,所以油水分離器一般分離極數比水分離器低。同樣的分離要求,較粘液體的分離器的分離方式在上述順序中可以降低一檔。但較粘的液體存在的嚴重問題在于液體下流時間較長。

      五、油孔徑計算方法  

      回油孔大了回油會變好,但是液體冷媒的回流也會變多,從而導致油被稀釋(油的潤滑作用降低)渦旋部會異常磨耗,壓縮機就可能出故障。

      回油孔小了回去的液體冷媒會減少了,但是因回油也減少了,機內就會供油不足,由于渦旋部的供油不足,就會出現異常磨耗,從而導致壓縮機出現故障。

      因此回油孔徑要保證壓縮機內的油量,且要抑制液體冷媒的回流使之達到油稀釋的規定以下,有必要設計合適的孔徑。

      均壓孔面積(mm2)=出口管外徑面積(mm2)×(0.03~0.033)

      最終的均壓孔徑在計算完成后必須根據試驗進行驗證確認。

      試驗標準:

     ?。?)氣液分離器在液態制冷劑液面固定的狀態下停止壓縮機時,液態制冷劑不會流入壓縮機內。

     ?。?)進行回油試驗進行確認。以上確認可以通過在氣液分離器~壓縮機之間的回氣管上安裝視液鏡進行觀察。

      計算實例:

    制冷系統附屬部件:氣液分離器介紹

      建議為超低溫設計的機組在做回油孔設計時,采用多回油孔的設計方法(回油孔分散到合適的高度,這樣可以提高壓縮機的可靠性,回油孔的總面積和一個孔時相同),如下面多回油孔示意圖

    制冷系統附屬部件:氣液分離器介紹

      六、氣液分離器孔壓設計  

      氣液分離器出口管的均壓孔徑是按以下計算的。

      均壓管孔徑面積(mm2) = 出口管外徑斷面積(mm2) × (0.03~0.033)(注)最終的均壓孔徑的計算,還是根據實驗來決定的。

      氣液分離器的液態制冷劑在積存量固定的狀態下停下壓縮機時,液態制冷劑是不會流入壓縮機內的。

     ?。跉庖悍蛛x器~壓縮機之間安裝視液鏡進行確認。

      〈計算實例〉

      設計條件 出口管外徑:φ22.3

      均壓管孔徑面積(mm2) = {1/4×3.14×(22.32)}×0.03= 11.71

      均壓孔徑φ(mm) = 11.71÷(1/4×3.14)= 3.9mm

      → 初步采用φ4.0 的均壓孔,后用試驗進行確認。

      氣液分離器盡量靠近壓縮機安裝,有四通閥的安裝在四通閥和壓縮機之間,有過濾器的安裝在它和壓縮機之間。

    標簽: 制冷  

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