采用中间冷却器
离心空压机中间冷却器概述
离心空压机中间冷却器概述薛斌（沈阳鼓风机厂部，沈阳110021）摘要介绍了如何按离心空压机的参数来选择合适的中间冷却器的结构形式。
关键词离心空压机中间冷却器光管翅片管l 前言目前离心空压机被广泛应用在空分、冶金、化肥、化工、制药、动力站等领域。
离心压缩机要实’现等温压缩，效率优化，保证出口压力和温度指标，各段间要配置中间冷却器。
由于压缩机对各段间允许的压力损失和进口温度的严格要求，决定了中间冷却器设计选型的特殊性。
中间冷却器几乎涵盖了所有管壳式换热器的结构形式，这正体现了它集各种形式换热器优点于一身的设计理念。
同时也是应对多种机型，大跨度工况范围的必然选择。
中间冷却器有压缩机之肺的形象比喻，它的冷却效果和可靠性直接影响压缩机的气动性能和整机效率。
随着为离心空压机配套的中间冷却器的增多，一个适应各种工况和不同机型的冷却器系列也自然形成，在此做一简单概述。
2 中间冷却器的适用范围和设计参数确定为了更深入的理解中间冷却器的多样性和复杂性，了解其适用范围、特征和重要参数的取值依据是非常必要的。
下面是据此归纳的特性表。
表1 中间冷却器技术特性从表1中可以着出：温度范围、允许压力损失、污垢系数三项指标数值挛饯披小，而空气的流量范围、压力范围、相对湿度三项指标变化范围较大。
热负荷（换热量>的大小是决定换热器面积的主要因素，而上述三项指标的大范围工况跨度决定了热负荷（换热量）的差异很大，在中间冷却器几何外形上的反映尤为直观，表2可见一般。
表2中间冷却器特征温度变化范围和允许压力损失范围从数值上看波动范围小，但这两项指标恰恰是中冷器必须严格遵循指标，是保证压缩机在性能曲线上运行的前提。
在国外的中冷器技术协议中，经常见到诸如：出口温度升高一度，压力损失超过一毫巴，扣除货款x%的附加条款，可见这两项指标对整个机组的重要程度。
相对湿度是当时当地大气的相对湿度，随着季节和天气的变化而变化，进入压缩机经过一段压缩和冷却后，饱和分压达到100%，过饱和部分冷凝析出。
离心式空压机排气温度高原因分析及解决方法
离心式空压机排气温度高原因分析及解决方法摘要：介绍离心式空压机及冷芯的结构特点，离心机各级排气温度对生产的影响，分析造成离心机排气温度高的原因并提出解决方法。
关键词：离心式空压机；中间冷却器；排气温度1.前言某企业空压站现有四台离心式空压机（下简称离心机），一台英格索兰机和三台JOY机。
离心机排气温度的高低直接影响着离心机的效率及安全生产，针对不同情况，采取不同方式进行处理。
2.离心机常用中间冷却器特点离心机实现等温压缩，效率优化，保证出口压力和温度指标，各段间要配置中间冷却器。
由于空压机对各段间允许的压力损失和进口温度的严格要求，决定了中间冷却器设计选型的特殊性，同时也是应对多种机型、大跨度工况范围的必然选择。
中间冷却器冷却效果和可靠性直接影响空压机的气动性能和整机效率。
随着为离心空压机配套的中间冷却器的增多，一个适应各种工况和不同机型的冷却器系列也自然形成，在此作一简单概述。
为了更深入地理解中间冷却器的多样性和复杂性，了解其适用范围、特征和重要参数的取值依据是非常必要的。
表一[1]是据此归纳的特性。
从表一中看出，温度范围、允许压力损失2 项指标数值变化较小，而空气的流量范围、压力范围、相对湿度3 项指标变化范围较大。
热负荷（换热量）的大小是决定换热器面积的主要因素，而上述3 项指标的大范围工况跨度决定了热负荷（换热量）的差异很大。
中间冷却器的核心元件是换热管，换热管有两种型式：光管、翅片管。
下面叙述以换热管组成的中间冷却器。
2.1 光管- 中间冷却器光管制成的中间冷却器主要有固定管板式、浮头式、U 型管式、填料函式。
换热管规格：Φ25，Φ20，Φ19，Φ16。
材质为20 钢、不锈钢、铜及铜合金。
当流量小于30000Nm3/h，进气压力小于1.6MPa，机组为双层布置时，压力损失要求不严格，机组作为动力站使用的场合，可采用。
2.2 翅片管式中间冷却器在进气压力小于7MPa，对压力损失控制严格，要求中间冷却器体积小，结构紧凑，换热效率高，冷却水耗量小的场合，采用翅片管式中间冷却器。
空压机冷却水用量计算方法
空压机冷却水用量计算方法(1)冷却作用空气压缩机气缸及缸盖夹套的冷却:为及时移出压缩过程缸壁与清塞环摩擦热,以防止材料的热变形,及降低空气压缩的多变指数值,使压缩过程趋向等温过程,从而降低压缩排气温度和减少軸功率的消耗,因此气缸和缸盖央套应通入冷却水冷却。
但冷却水水温不宜过低,否则,空气中的水分将受冷凝结,水雾会使缸内相对运动的部件(如调片、清塞环、气缸聖等)摩換力增加而降低使用寿命,气缸央套所用冷却水温度应以高出空气露点温度8℃为宜,一般采用二次水或采用经压缩机中间冷却器使用后的冷却水。
一级排气的冷却:在空气压缩机第一、二级气缸之间设置中同水冷却器,以冷却一级排出气体并冷却冷凝空气中水分(风冷式采用空气冷却器),其目的是为提高二级气缸:的容积效率(因降低进入二级气缸气体温度可減少气体比容)和降低二级气缸:气体压缩的起点温度以达到降低二级排气温度和节省二级压缩轴功率的消耗,用于中冷器的水温以低些为好,故常采用新鲜冷却水(或称一次水)。
二级排气的冷却:在二级压缩后(送至用户前)设置水冷却器(常称后冷器),其目的是最终冷却压结空气并冷疑压缩空气中的水汽,以提高压结空气在油水分离器和階气罐中油水分离的数率。
制造厂配套设各中常不配帯后冷器,需要时应在订貨中特别注明。
循环相滑油的冷却:小型短期工作制的空气压缩机的润滑方式常采用飞溅式,循环油的冷却系通过机体下部外壁自然散热,勿需设置油冷却器.大、中型长时间工作制的空气压缩机传动部件的泊滑方式常采用压力式,用齿轮油東强制循环洞滑,并设置油冷却器用水冷却以移除循环油携带的传动机件摩擦热。
冷却水水温元特殊要求。
结合各用水点对水温的要求,建议来用下述冷却水流程方案:(2)冷却水水质要求和水温要求冷却水应为中性,即pH为6.5~7.5范国内,暂时硬度一般不大于12°(德国度);混浊度一般不大于100mg/L;含油量一般不大于5mg/L;有机物含量一般不大于25,mg/L.暂时硬度较大的水,当水温超过40℃时水中盐类析出加剧,冷却器表面将结垢,致使传热数果不良。
中间冷却器对压缩机压比的影响
３Ｏ ．
２ ＝ ｌ ＿ ：８ ８ ＝囊
．
数 ＝ 。 １
８ （） Ｆ ８ １ １
为不考虑冷却器压力
损 失 的情 况 。 由 图 ３
由于 ： ２可得下式 ： ，
Ｐ ～ Ｐ・ Ｐ ・ ｄＯ △ 一 ｓ ＝ Ｐ （） ２
２２ ． ２
孕
Ｐ＋ ｉ ２
（ 损失 的增加而增大。 ５ ）
（） ６
４ 结 论
由 前 述 分 析 可 得 ，考 虑级 间 压力 损 失情 况 下 的压 缩 比大
ｓ
（） ７
根据式 （ ） １及式（ ） 式（ ） ５ ７ 联立求解 ， 可得到经过 中 于未考虑中间冷却器 间冷却器 的压力损失 。现 以如图 ２ 所示三级压缩过程为 压 力 损 失 的 压 缩 比 。 例进行推算。 也就是说 ，在相 同情 况 下 ，随压 缩机 的 压
缩 比的增 大 ，压 缩 机 的级 间排 温 也相 应增
蒜／ ２ ． １ ２ ８ ０ １
２１ ．６
’
００ ００ ００ ０。 ０ ．２ ．４ ．６ ．８ ０
．
１ ０
中间冷却器压力损失／ Ｐ Ｍａ
图 ５ 压缩 比随压 力损失的
变 化 关 系图
加； 再考虑到冷却器工作一段 时间以后 ， 散热面进一步污 染、 结垢及部分散热管因损坏而失效 ， 要求实际的散热面 积应 比理论计算值增大 １％～ ５ 具体数值视计算方法 ２ ％， ５ 本 例选取 式 【 ） １ 中的 系数 ＝ ， 算压 缩 比相 等 、 １计 功翠 的精确度及环境要求而定。只有充分考虑 中间冷却器压 消耗最 少 时的情况 。 对应 的压 缩 比如式 （） ８至式 （０所 示 ： 力降的影响并结合现场实际， １） 才能合理 、 正确地设计中间
双级压缩制冷循环原理图文稿
双级压缩制冷循环原理集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）双级压缩制冷循环原理一、萨震两级压缩采用的原因制冷系统的冷凝温度（或冷凝压力）决定于冷却剂（或环境）的温度，而蒸发温度（或蒸发压力）取决于制冷要求。
由于生产的发展，对制冷温度的要求越来越低，因此，在很多制冷实际应用中，要在高压端压力（冷凝压力）对低压端压力（蒸发压力)的比值（即压缩比）很高的条件下进行工作。
由理想气体的状态方程Pｖ/T≡Ｃ可知，此时若采用单级压缩制冷循环，则压缩终了过热蒸气的温度必然会很高(Ｖ一定，Ｐ↑→Ｔ↑），于是就会产生以下许多问题。
１.压缩机的输气系数λ大大降低，且当压缩比≥20时，λ＝0 。
２.压缩机的单位制冷量和单位容积制冷量都大为降低。
３.压缩机的功耗增加，制冷系数下降。
４.必须采用高着火点的润滑油，因为润滑油的粘度随温度升高而降低。
５.被高温过热蒸气带出的润滑油增多，增加了分油器的负荷，且降低了的传热性能。
总上所述，当压缩比过高时，采用单级压缩循环，不仅是不经济的，而且甚至是不可能的。
为了解决上述问题，满足生产要求，实际中常采用带有中间冷却器的制冷循环。
但是，双级压缩制冷循环所需的设备投资较单级压缩大的多，且操作也较复杂。
因此，采用双级压缩制冷循环并非在任何情况下都是有利的，一般当压缩比≥８时，采用双级压缩较为经济合理。
二、双级压缩制冷循环的组成及常见形式两级压缩制冷循环，是指来自的蒸气要经过低压与高压压缩机两次压缩后，才进入冷凝器。
并在两次压缩中间设置中间冷却器。
两级压缩制冷循环系统可以是由两台压缩机组成的双机（其中一台为低压级压缩机，另一台为高压级压缩机）两级系统，也可以是由一台压缩机组成的单机两级系统，其中一个或两个汽缸作为高压缸，其余几个汽缸作为低压缸，其高、低压汽缸数量比一般为1:3或1:2 。
两级压缩制冷循环由于节流方式和中间冷却程度不同而有不同的循环方式，通常分为：两次节流中间完全冷却、两次节流中间不完全冷却、一次节流中间完全冷却和一次节流中间不完全冷却四种两级压缩制冷循环方式。
制冷原理及设备循环思考题及练习题
制冷原理与设备循环思考题与练习题1. 蒸气压缩制冷循环系统主要由哪些部件组成，各有何作用？2. 蒸发器制冷剂的汽化过程是蒸发吗？3. 制冷剂在蒸气压缩制冷循环中，热力状态是如何变化的？4. 制冷剂在通过节流元件时压力降低，温度也大幅下降，可以认为节流过程近似为绝热过程，则制冷剂降温时的热量传给了谁？5. 制冷剂在制冷循环中扮演了什么角色？6. 单级蒸气压缩式制冷理论循环有哪些假设条件？7. 试画出单级蒸气压缩式制冷理论循环的lg p-h图，并说明图中各过程线的含义。
8. R22的压力为0.1MPa，温度为10℃。
求该状态下R22的比焓、比熵和比体积。
分别采用R22和R717为制冷剂，试求其工作时理论循环的性能指标。
11. 一台单级蒸气压缩式制冷机，工作在高温热源温度为40℃，低温热源温度为-20℃下，试求分别用R134a和R22工作时，理论循环的性能指标。
12. 有一单级蒸气压缩式制冷循环用于空调，假定为理论制冷循环，工作条件如下：蒸发温度t0=5℃，冷凝温度t k=40℃，制冷剂为R134a。
空调房间需要的制冷量是3kW，试求：该理论制冷循环的单位质量制冷量q0、制冷剂质量流量q m、理论比功w0、压缩机消耗的理论功率P0、制冷系数e0和冷凝器热负荷Q k。
13. 单级蒸气压缩式制冷实际循环与理论循环有何区别？14. 什么叫有效过热？什么叫有害过热？有效过热对哪些制冷剂有利，对哪些制冷剂有利？15. 什么是回热循环？它对制冷循环有何影响？16. 压缩机吸气管道中的热交换和压力损失对制冷循环有何影响？17. 试分析蒸发温度升高、冷凝温度降低时，对制冷循环的影响。
18. 制冷工况指的是什么？为什么说一台制冷机如果不说明工况，其制冷量是没有意义的？制冷剂与载冷剂思考题1. 制冷剂的作用是什么？2. 按ASHRAE的规定制冷剂是怎样分类的？3. 什么是共沸制冷剂？4. 无机化合物制冷剂的命名是怎样的？5. 选择制冷剂时有哪些要求？6. 家用的冰箱、空调用什么制冷剂？7. 常用制冷剂有哪些？它们的工作温度、工作压力怎样？8. 为什么国际上提出对R11、R12、Rll3等制冷剂限制使用？9. 试述R12、R22、R717、R123、R134a的主要性质。
制冷系统操作规程
氨制冷系统辅助设备安全操作规程一、油分离器的操作1、油分离器正常运行操作：（1)正常运行时，油分离器进气阀、出气阀必须出于全开状态，放油阀应该关闭。
（2）洗涤式油分离器供液阀的开启度视液位控制要求而定，一般洗涤式油分离器壳体上会有液位指示牌。
（3）如油分离器上装有液位指示计或油位指示计，其阀门应微开或全开。
液面计阀门有倒关装置，当玻璃破裂时，在全开状态下弹子会堵塞阀孔，防止大量油、氨外溢。
（4）根据放油计划或压缩机耗油量，油分离器应经常进行放油，一般每周不得少于一次。
系统运行中可用手摸分油器下部判断其存油量，存油较多，其下部温度会较低。
（5)做好设备运行记录。
2、油分离器的放油操作：（1）检查集油器是否处于待工作状态。
（2）如果是洗涤式油分离器，为提高放油效果，放油前提前半小时左右关闭供液阀，先开启油分离器放油阀，然后缓慢开启集油器进油阀，向集油器放油。
注意：洗涤式油分离器供液不能关闭太久，防止容器内积油被过热气体汽化而进入冷凝器。
（3）放油操作时，要密切注意油分离器和集油器内油位的变化，当集油器内油位达到最高工作油位时，关闭油分离器放油阀和集油器进油阀，停止向集油器内放油。
按集油器的操作规程，将油放出系统后继续放油操作。
（4）放油完毕，关闭油分离器放油阀和集油器进油阀，开启供液阀恢复油氨分离器的工作状态。
（5）按集油器放油操作规程，将油放出系统。
（6）做好设备运行记录。
二、冷凝器的操作1、壳管式冷凝器正常运行操作：（1）根据压缩机制冷能力和冷凝器的热负荷，确定需投入运行的冷凝器和冷却水泵的台数。
（2）正常工作时除放油阀、放空气阀关闭外，其它阀门应全部处于开启状态。
经常观察冷凝压力，表示压力最高不得超过1.5MPa/cm2。
（3）壳管式冷凝器应有足够的冷却水量。
如有两台以上冷凝器，应调整好水阀，使每台水量基本均匀相等。
立式冷凝器的分水器应全部装齐，不应短少，避免水量分布不均或不沿管壁下流。
（4）应经常检查冷凝器冷却水系统的工作状态，检查冷却水温与水量是否符合要求，一般立式冷凝器进出水温差为2～4℃，卧式冷凝器进出水温差为3～6℃。
工业冷水机的完全冷却式和不完全冷却式中间冷却器简介
工业冷水机的完全冷却式和不完全冷却式中间冷却器简介
在双级压缩式冷水机系统中，为使高压级的排气温度正常，首先要控制高压级吸气温度不要太高。
为此，低压级排出的气体在进入高压级之前必须进行冷却，使其接近中间压力下的饱和温度。
冷却低压级排出气体的热交换设备称作中间冷却器。
使用中间冷却器还可使进入燕发器的液态制冷剂过冷，提高制冷效果。
中间冷却器按冷却方式可分为完全冷却式和不完全冷却式。
1.完全冷却式中间冷却器
完全冷却式中间冷却器是将低压级排出的气体冷却到饱和状态，低压级排出的气体与制冷剂液体直接接触冷却。
这种中间冷却器主要用于大型氮冷水机系统。
一般为立式圆筒形，由液位控制器或浮球阀控制制冷剂液面在一定高度上，即对来自贮液器的液态制冷剂进行流量控制，并由膨胀阀节流到中间压力状态后输入中间冷却器内。
进入中间冷却器的液体吸热燕发，冷却了低压级排出的气体，并使中间冷却器内部的液体过冷，所以高压级是在接近饱和状态下吸气工作的。
2.不完全冷却式中间冷却器
节流阁节流的部分制冷荆液体进入中间冷却器内，此液体除在中间冷却器中燕发冷却低压级排出的气体外，还对其下部盘管内流动的高压液态制冷剂进行过冷，这种形式的中间冷却器，叫作不完全冷却式中间冷却器。
在不完全冷却式中间冷却器内吸热蒸发的制冷剂与被冷却的低压级排出的气体混合后，一道进入减压级.这种中间冷却器的，在立式圆筒内装有冷却盘管，来自贮液器的液态制冷荆在流过盘管时被过冷，然后才进入燕发器，所以管路阻力损失较小，制冷效率较高。
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理想压缩是 等温压缩
b）通常为多变压缩, 1<n<k
wCn
n T2n
v2n
§9–2 余隙容积的影响
一.余隙容积—clearance volume
布置进、排气结构 产生原因 制造公差
部件热膨胀
几个名词：
余隙容积: Vc（=V3） 气缸工作容积(活塞排量): Vh(=V1–V3)
后耗功最小，但若压比过
大， v仍很小，分级后有 助于提高 v，如图。
若以p1=0.1MPa，p2=2.5MPa =0.04计算
1
单级压缩 v 1 n 1
1
0.04
1
251
1
0.04
v
v,l
v,h
1
0.04
1
51
2
1
0.706
例：活塞式压气机把0.1MPa，298k的空气加压到2.5MP。
T
(1)不可能实现 (2)结构复杂(成本高)
所以，一般采用 2 ~ 4 级压缩
活塞式压气机的定温效率—isothermal efficiency
C,T
wC,T wC
例：压气机若已实现等温压缩，是否还有必要进行分级 压缩，中间冷却，为什么？
二级压缩 l h
p2 5 p1
答：需要，虽然实现等温压缩
-- cylinder displacement; stroke volume; piston displacement; piston swept volume
有效吸气容积: Ves（=V1–V4）
余隙容积比: (clearance-to-piston displacement ratio)
=Vc/Vh
转速高；连续吸，排气，运转平稳；排气量大 没有余隙影响；但每级压比不高。
二.叶轮式压气机热力学分析
由于排量大，运转快，难冷却，可作绝热压缩考虑
理论耗功
wC,s h2s h1 实际多耗功 wC h2 ' h2s 面积mn2 ' 2s m
实际耗功
wC ' h2 ' h1
绝热内效率 (adiabatic internal efficiency)
采用多级压缩时，可把压缩过程分别在几个气缸中完成， 可使每级气缸的增压比不会过高，也可便于按各级气缸的 工作压力合理设计余隙比，因而多级压缩的压气机可以得 到较高的容积效率。
采用中间冷却器，可降低压缩过程中气体的温度， 使压缩终了温度不致过高。也可以减少压气机所消耗
的轴功（p-V图中阴影面积)。
T 3’ 2
试分别按单级压缩和二级压缩，中间冷却，计算压气机
容积效率及各缸终温。已知 解：单级压缩
Vc 0.04 n 1.25
Vh
1.251
T2
T1
n1 n
298
2.5 0.1
1.25
567 .3K 294 .3c
v
1
1 n
1
1 0.04
1
2.5 1.25
0.1
1
0.525
CS
wCs wC '
h2s h1 h2 ' h1
理想气体
CS
T2s T1 T2 ' T1
T2
'
T1
T2s T1
CS
出例口：压叶力轮p式2=压31缩1.1机1k，Pa氮，气进进口口处参氮数气为流p量1=0q.V0971123M.3Pma3，mint1=压20° 气机绝热效率c,s=0.80，略去进出口动能差和位能差，求：
二级压缩，中间冷却
若pa 0.2MPa
即 l
pa p1
0.2 0.1
2
h
2.5 0.2
12.5
§9–5 叶轮式压气机(turbo-compressor) 工作原理
axial-flow(轴流式） compressor
centrifugal （离心式） compressor
一.简介 叶轮式压气机：
p1V1 V4
n n 1
n1 n 1
p4V4
n1 n
1
n
n 1Ves
p1
n1 n
1
m生产量
n
n
1
v1
p1
n1 n
1
wC
WC m生产量
n
n 1
v1
p1
n1 n
1
即余隙对理论耗功无影响（实际上还是使耗功增大）。
归纳： 余隙存在使 1）生产量下降
有害容积
2）实际耗功增大
§9–3 多级压缩和级间冷却
V1 V4 V1 V3
1 V3 V1 V3
V4 V3
1
1 Vc Vh
1 n
1
1
1 n
1
讨论：
a)当Vc，Vh确定;
v m生产量 b)当一定;
Vc Vcs v m生产量
三.余隙容积对理论耗功的影响
WC Wt12 Wt34
n n 1
n
n 1
n1
p1V1 n 1
二.理论耗功
p2
p1
2
wC
vdp
1
所以wC取决于初、终态及 过程特征
1.绝热压缩
wC,s h2s h1
1
RgT1
1
1
2.等温压缩
wC,T RgT1 ln
3.多变压缩
wC,n
n n 1
p1v1
n1 n
1
讨论：a）
wC,s wC,n wC,T
T2s T2n T2T
压气机不是动力机，压气机中进行的过程 不是循环
§9–1 单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量
一.工作原理
0-1：吸气，传输推动功p1v1
1-2：压缩，耗外功 w12
2
pdv
1
2-3：排气，传输推动功p2v2 压气机耗功：
2
WC p1V1 1 pdV p2V2
注意：压气机生产量通常用单位时间里生产气体的标准 立方米表示，不同于进气或排气状态。
第九章 压气机的热力过程
概述
压缩气体的用途： 动力机、风动工具、制冷工程、 化学工业、潜水 作业、 医疗、休闲等。
罗茨式压气机
压气机分类：
按工作原理分
活塞式—压头高，流量小，间隙生产 叶轮式—压头低，流量大，连续生产
通风机—表压0.01MPa以下 按压头高低分
鼓风机—表压0.1~0.3MPa 压气机—表压0.3MPa以上
生产过程：
1-2 质量m1气体压缩：p1p2
2-3
m1
V2 V3 V2
气体排向储气罐
3-4
m1
V3 V2
气体膨胀 p2 p1
4-1
m1
V1
V4 V1
气体吸入气缸
生产量(每周期)：
m生产量
m1
V1 V4 V1
二.余隙容积对生产量的影响
容积效率—volumetric efficiency
v
Vcs Vh
2’ 1
s
两级压缩中间冷却分析
储气罐
省功
有一个最佳增压比
最佳增压比的推导
省功
最佳增压比的推导
欲求w分级最小值，
省功
最佳增压比的推导
w分级最小值，
省功
最佳增压比
可证明 若m级
分级压缩的其它好处
润滑油要求t<160~180℃,高压压气机必须分级
分级压缩的级数
省功 分级
降低出口温
多级压缩达到
无穷多级