氨制冷设备的构造及制冷工作原理之令狐采学创编
浅谈氨制冷设备的构造及制冷工作原理
令狐采学
一、制冷系统的制冷工作原理：
主要由压缩机、冷凝器、储氨器、油分离器、节流阀、氨液分离器、蒸发器、中间冷却器、紧急泄氨器、集油器、各种阀门、压力表和高低压管道组成。其中，制冷系统中的压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器（冷库排管）是四个最基本部件。它们之间用管道依次连接，形成一个封闭的系统，制冷剂氨在系统中不断循环流动，发生状态变化，与外界进行热量交换，其工作过程是：液态氨在蒸发器中吸收被冷却物的热量之后，汽化成低压低温的氨气，被压缩机吸入，压缩成高压高温的氨气后排入冷凝器，在冷凝器中被冷却水降温放热冷凝为高压氨液，经节流阀节流为低温低压的氨液，再次进入蒸发器吸热气化，达到循环制冷的目的。这样，氨在系统中经过蒸发、压缩、冷凝、节流四个基本过程完成一个制冷循环。
在实际的制冷系统中，完成一次制冷循环，制冷剂需要通过上述四大件外，还通过许多辅助设备，这些设备是为了提高运行的经济性、可靠性和安全性而设置的。以双级压缩机制冷系统为例，完成一次制冷循环，氨必须依次通过低级氨压机、一级油分离器、中间冷却器、高级氨压机、二级油分离器、冷凝器、储氨器、节流阀、氨液分离器、调节站、蒸发器、再回到低级氨压缩机，这样才完成一次循环，实际制冷工艺流程是较为复杂的。
制冷学原理是一个能量转化过程。即电能转化机械能，机械能转化为热能，热能又通过氨的作用进行冷热交换，完成制冷的过程。
二、活塞式压缩机的基本结构及其工作原理：
活塞式压缩机是目前广泛应用于大中型冷库的制冷机型。我局安装的就是一台6AW10型单级氨压缩机和一台8ASJ10型双级氨压缩机，均由大连冷冻机厂生产的。活塞式压缩机主要
由机体、曲轴、连杆、活塞、进排气阀组、安全阀、能量调节机构、润滑系统和直连式电动机配装而成的。6AW10型压缩机的总体结构是：“6”表示压缩机有6个缸（3个排气缸、3个吸气缸），“A”表示以氨做制冷剂，“W”表示汽缸排列的样式如同字母W型，“10”表示汽缸直径为10厘米。该机活塞行程为100毫米，转数960转/分，标准制冷量为2900000千焦/小时，电动机功率为37千瓦/小时，该机能将库温降至300C。
8ASJ10型压缩机的总体结构是：“8”表示压缩机为8个缸，“A”表示以氨做制冷剂，
“S”表示汽缸排列的样式如同字母S型，“J”表示单机两极，即在一台机体上设有低压级和高压级，两次压缩制冷。其中6个缸（3个低压吸汽缸、3个低压排汽缸）为低压级，2个缸（1个高压吸汽缸、1个高压排汽缸）为高压级，该机分设高压腔和低压腔两次分别做工制冷的目的是：分割高低压缸压力差，做梯级压缩制冷，以取得较低的温度，该机能将库温降至450C，标准制冷量为1100000千焦/小时，电动机功率为31千瓦/小时。
活塞式制冷压缩机的工作原理是靠电动机的转动，来传动直连式曲轴，带动连杆、活塞和汽阀系统，在曲轴箱汽缸中作上下往复运动，来完成吸汽、压缩、排汽三个过程使低压氨气转化为高压氨气，排至冷凝器中，强迫氨气体分子在高压作用下在容器内聚集，形成液态氨。
第十一章冷冻设备
第二节活塞式压缩制冷设备的附
属装置
一、油分离器
油分离器又称为油器，用于分
高压缩后的氨气中所挟带的润滑
油，以防止润滑油进入冷凝器，使传热条件恶化。
油分离器的工作原理是借油液和制冷剂蒸汽的比重不同；利用增大管道直径降低流速，并改变制冷剂的流动方向；或靠离心力作用，使油滴沉降而分离。
对于蒸汽状态的润滑油，则采用洗涤或冷却的方式降低蒸汽温度，使之凝结为油滴而分离。有的则采用过滤等方法来增强分高效果。
目前国内常用的油分离器，用于氨制冷的有洗涤式、填料式和离心式三种，用氟利昂制冷的为过滤式油分离器。这种油分离器的分离率为8O%～85%。
二、集油器
集油器是汇集从氨制冷系统的油分离器、冷凝器及其他装置中分离出来的氨、油混合物，使油在低压状态下与混杂的氨再进行分离，然后分别放出，这样既保证放油安全，又减少制冷剂的损失。
集油器的结构是金属立式圆筒形容器，筒体上有进油管、放油管、回气管及压力表等。较大的集油器装有玻璃管液面指示器。
三、贮液器
贮液器的功用是贮存和调节供给制冷系统内各部分的液体制冷剂。
各种贮液器的结构大致相同，都是用钢板焊成的圆柱形容器，简体上装有进液、出波、放空气、放油、平衡管及压力表等管接头；但各种贮液器的功用不同。
（－）高压贮液器
设在冷凝器之后，与冷凝器排液管直接联通，使冷凝器内的制冷剂液体能通畅地流入高压贮液器，这样可充分利用冷凝器的冷却面积，提高其传热效果。另外当蒸发器热负荷变化时，制冷剂的需要量随之变化，贮液器能起调节制冷剂循环量的作用。
（二）低压贮液器
只在大型制冷设备中使用。其功用是收集蒸发器回气管路上氨液分离器中分离出来的低压氨液，以免液滴随回气冲入压缩机。具有多种蒸发温度的制冷系统中，应分别设置低压贮液器。
（三）排液桶
它的功用是当冷库中排管冲霜时，用来暂时贮存排管排出的氨液。排液桶的容积，应能容纳需要冲霜各库房中最大房间的氨液量。
（四）循环贮液涌
循环贮液桶是用于氨泵供液制冷系统的重要装置，它既能稳定地保证氨泵循环所需的低压氨液，又能对库房的回气进行汽液分离。
四、氨液分离器
氨液分离器的作用，一种仅是
分离来自蒸发器的氨液，防止氨
液进入压缩机发生敲缸。另一种
是兼用来分离节流后的低压氨液
中所带的无效蒸汽，以提高蒸发
器的传热效果，还能起到调剂分
配氨液的作用。
氨液分离器有立式、卧式和T 型三种结构型式。图 11－14所示是常用的一种立式氨液分离器。它是一个圆筒壳体，其上有氨气进出口、氨液进出口、安全阀、放油口及压力表等。氨液分离器的工作原理与油分离器类同。
第十一章冷冻设备
第二节活塞式压缩制冷设备的附属装置
一、油分离器
油分离器又称为油器，用于分
高压缩后的氨气中所挟带的润滑
油，以防止润滑油进入冷凝器，使
传热条件恶化。
油分离器的工作原理是借油液
和制冷剂蒸汽的比重不同；利用增
大管道直径降低流速，并改变制冷
剂的流动方向；或靠离心力作用，
使油滴沉降而分离。
对于蒸汽状态的润滑油，则采用洗涤或冷却的方式降低蒸汽温度，使之凝结为油滴而分离。有的则采用过滤等方法来增强分高效果。
目前国内常用的油分离器，用于氨制冷的有洗涤式、填料式和离心式三种，用氟利昂制冷的为过滤式油分离器。这种油分离器的分离率为8O%～85%。
二、集油器
集油器是汇集从氨制冷系统的油分离器、冷凝器及其他装置中分离出来的氨、油混合物，使油在低压状态下与混杂的氨再进行分离，然后分别放出，这样既保证放油安全，又减少制冷剂的损失。
集油器的结构是金属立式圆筒形容器，筒体上有进油管、放油管、回气管及压力表等。较大的集油器装有玻璃管液面指示器。
三、贮液器
贮液器的功用是贮存和调节供给制冷系统内各部分的液体制冷剂。
各种贮液器的结构大致相同，都是用钢板焊成的圆柱形容器，简体上装有进液、出波、放空气、放油、平衡管及压力表等管接头；但各种贮液器的功用不同。
（－）高压贮液器
设在冷凝器之后，与冷凝器排液管直接联通，使冷凝器内的制冷剂液体能通畅地流入高压贮液器，这样可充分利用冷凝器的冷却面积，提高其传热效果。另外当蒸发器热负荷变化时，制冷剂的需要量随之变化，贮液器能起调节制冷剂循环量的作用。
（二）低压贮液器
只在大型制冷设备中使用。其功用是收集蒸发器回气管路上氨液分离器中分离出来的低压氨液，以免液滴随回气冲入压缩机。具有多种蒸发温度的制冷系统中，应分别设置低压贮液器。
（三）排液桶
它的功用是当冷库中排管冲霜时，用来暂时贮存排管排出的氨液。排液桶的容积，应能容纳需要冲霜各库房中最大房间的氨液量。
（四）循环贮液涌
循环贮液桶是用于氨泵供液制冷系统的重要装置，它既能稳定地保证氨泵循环所需的低压氨液，又能对库房的回气进行汽液分离。
四、氨液分离器
氨液分离器的作用，一种仅是分
离来自蒸发器的氨液，防止氨液进
入压缩机发生敲缸。另一种是兼用
来分离节流后的低压氨液中所带的
无效蒸汽，以提高蒸
发器的传热效果，还
能起到调剂分配氨液
的作用。
氨液分离器有立式、卧式和T型三种结构型式。图 11－14所示是常用的一种立式氨液分离器。它是一个圆筒壳体，其上有氨气进出口、氨液进出口、安全阀、放油口及压力表等。氨液分离器的工作原理与油分离器类同。
七、凉水装置
制冷系统中的冷凝器、过冷器及制冷压缩机的汽缸等，都需要不断地用大量水冷却，而这些冷却水吸热后温升只 3～4℃，通常是用凉水装置将吸热后的冷却水降温后重复使用。凉水装置的型式很多，常用的有点波填料凉水塔，如图11－17所示。它是依水空气对流换热和蒸发冷却原理使水降温的高效冷却装置。冷凝器等设备的回水过自动旋转的布水器从上向下喷淋，水滴沿点彼填料的表面成膜状向下流动，空气在顶部风机作用下，从下部进入塔体，由下而上在塔内与水流逆向运动进行热交换。这种装置结构紧凑，占地面积小，冷却效果好，耗水量低。
BL50型点波式冷却塔的性能参数：
冷却水量 L＝ 50m3／h；当空气干球温度为31.5℃，湿球温度为28℃，大气压力为100.4kPa，进水温度36℃，出水温度32℃，冷却水温降4℃时。循环水自身的蒸发量约为0.7％；淋水密度为13m3／(m2·h)。此种冷却塔适用于配套627MJ／h 的氨制冷机。
第十一章冷冻设备
第三节冷藏库
一、冷藏库的作用、分类和组成
（一）作用
①使易腐产品能较长时间保存；
②为农产品、食品加工厂长时间均衡加工创造条件；
③供大型副食店、菜场和食堂短期或临时贮存食品之用。
（二）分类
冷库按容量分为大型冷库（5000t以上）、中型冷库（1500～5000t）和小型冷库(1500t以下）。
1．按使用性质分
（l）生产性冷库主要建在产地。
（2）分配性冷库主要建在消费中心。
（3）混合性冷库兼有生产性和分配性冷库的特点。
2.按使用要求分
（l）高温冷库主要冷藏果品、蔬菜、鲜蛋等食品，。一般库温4～2℃。
（2）低温冷库主要冷冻并冻藏肉类、水产品等，一般库温为l8～30℃。
（3）空调库在常温条件下贮藏米、面、药材、酒等，一般库温在10～15℃。
（三）冷库的组成
如机房，冷却间、速冻间、冷藏间、冻藏间、制冰间、产品分级清洗间、调节站、配电间、货物升降装置、氨库和冷却塔等，有的还设有零配件间与卫生间。
二、冷藏库的制冷系统及其设备选择
(一）机房系统
1．压缩机
（l）一般选择原则①负荷制冷压缩机的总负荷，按库房各冷间的耗冷量加以汇总修正确定。
②台数冷库所需制冷压缩机的总负荷较大时，宜选用大型压缩机，以减少台数，简化系统，但整个冷库中的压缩机，不得少于两台，以防因压缩机发生故障而停止供冷，且避免在淡季时压缩机长期在小负荷下运转。
③备件不同蒸发系统的压缩机，应考虑到各系统之间相互代
替的可能性。以便各零件的互换使用。
④技术条件选用压缩机应按其制造厂规定的技术条件计算。如缺少资料可按前一机部部颁标准《中小型活塞式单级制冷压缩机型式与基本参数》（JB955—67）考虑。
⑤压缩比按氨制冷压缩机的使用条件，高低压的压缩比小于8时，即15℃蒸发温度的制冷系统，采用单级压缩机。若压缩比大于8时，即28～33℃蒸发温度的制冷系统，则采用双级压缩机。
（2）单级压缩机的选型计算
根据压缩机总负荷，有以下两种方法：
①按压缩机的理论排气量选型。用制冷量和需冷量的平衡关系，求得压缩机的理论排气量，再查得相近的理论排气量，即可选定压缩机的型号和台数。压缩机的理论排气量Vp由下式求得：
式中 Qj——冷却系统压缩机总负荷（kJ／h);
V2——吸入气体的比容（m3／kg）；
il——蒸发器出口干饱和蒸汽的焓值（kJ／kg）；
i5——节流阔后液体制冷剂的焓值（kJ／kg）；
i1、i5——由已知的制冷工作参数（蒸发温度、冷凝温度、吸气温度、过冷温度）绘制制冷剂的压焓图确定；
λq―― 压缩机吸气系数，按制造厂给定值选用。
②按压缩机的标准工况制冷量选型。即把所需的压缩机负荷折算成标准工况下的制冷量，以选配压缩机的型号和台数。
(3) 压缩机的有关计算
压缩机产冷量的计算
(1) 压焓图
(2) 理论排气量： Vp＝15πD2snz (m3/h)
(3) 氨循环量： G＝Vpλq/V1
(4) 产冷量(制冷能力)
Q＝Vpλqqr/3.6 或 Q＝G(i1－i4)/3.6
不同工况下制冷量换算
Qg＝Qbqg λg/qbλb
压缩机功耗的计算
(1) 绝热功率： Nj＝G(i2－i1)/3600
(2) 指示功率： NI＝Nj/η
η=Ts/Tl＋bts
(3) 摩擦功率： Nm＝PmVp/3600
(4) 轴功率： Ne＝NI+Nm
(5) 电机轴功率：N=Ne/ηe=(NI+Nm)/ηe
(6) 配用电机功率： N'd = (1.10～1.15)N
2．冷凝器
冷凝器的选型主要按制冷设备的制冷量、机房布置、当地的水温、水质、水量及气象条件确定。
（l）立式冷凝器适用于水质较差、水源丰富的地区，一般布置在冷库机房外面；常用于大、中型冷库。
（2）卧式冷凝器适用于水温较低、水质较好的地区，一般布置在室内与中小型制冷机组配套，亦用于船舶制冷装置。（3）淋水式冷凝器适用于空气干燥、水源不足和水质较差的地区，布置在室外通风良好的地方，一般与氨制冷设备配套。（4）蒸发式冷凝器适用于水源困难的地区，一般布置于厂房的顶部或通风良好的地方。
（5）空气冷却式冷凝器，主要适用于小型氟利昂制冷装置。
1．供液方式
在直接冷却系统中，供液方式分为直接膨胀供液、重力供液和氨泵供液三种。
(l）直接
膨胀供液系
统它是借冷
凝压力与蒸
发压力差经
节流阀，直
接向冷分配
装置供液。其特点是系统简单；但因无分离装置，节流后的制冷剂是两相流，影响传热效能。
（2）重力供液
系统它是借低压
氨液本身的重力
进行供液。氨液
在蒸发器被汽化
后，再进入氨液
分离器、将其中液滴分离出去，重新进入压缩机。为满足供液所需的静液柱，氨液分离器液面需高于冷分配设备最高点
0.5—2m。
①重力供液制冷系统的优点：
第一，利用氨液分离器将节流生成的闪发气体分离出来，有利于提高冷分配设备的传热效能。
第二，同一蒸发温度的冷分配设备可使用一个膨胀阀和氨液分离器，节省膨胀阀。
第三，供液中有氨液分离器的缓冲作用，因而容易实现正常工况的操作调节。
②缺点：
第一，氨液在较小压差下流动，放热系数小，蒸发器的换热强度较低。
第二，用一个氨液分离器向多个同层库房供液时，因冷却设备阻力较大，制冷剂有再汽化的可能。如供液路长短不一，供液不均。
第三，在热负荷变化较大或供液距离较长时，还需在机房内设氨液分离器。
目前我国不少中小型冷藏库仍采用这种供液方式
（3）氨泵供液方
式这种供液系统是
利用氨泵向蒸发器
输送低温（低压）
氨液。其组成与工
作过程与重力式供
液方式基本相同。
高压氨液经节流进
入低压循环器，在器内将闪发气体和液体分离，其液体被氨泵吸入后送入蒸发器，蒸发器中产生的蒸汽和未蒸发的氨液一起回到低压循环贮液器再次被分离。这种氨泵供液的优点是：①依靠氨泵的机械作用输液，进液压力较高，即使管路配液不均，仍保证结霜均匀。
②氨液在蒸发排管内被迫流动，且循环量大，传热效果好，不易积油，不产生过热，蒸发温度稳定，不易击缸。
③操作简单，便于集中控制实现系统的自动化。
其缺点是设备费用动力消耗较高，大中型冷藏库采用这种供液方式。
2．冷分配装置（蒸发器）的选择
（1）冷却排管卧式壳管蒸发器，常用船舶或陆上的小型制冷机组。
立式、盘管式墙排管适用冷藏间、冻藏间。顶排管常用于低温
冷藏间、冰库和小型冻结间。一般均按排管的特性、冷间的要求、建筑尺寸和冷间所处的位置等因素，先选出排管类型，求得冷却面积，再确定排管的尺寸和排数。
（2）冷风机它多用于冻结间、冷却间和冷藏间的强制通风。一般亦按冷间特点、建筑尺寸和所需冷却面积，选配冷风机的型号和台数。