工业冷水机组的工作原理、部件构造和组成

工作原理

工业俗称冷冻机、制冷机、冰水机、冻水机、冷却机等，因各行各业的使用比较广泛，所以名字也就多得不计其数。其性质原理是一个多功能的机器，除去了液体蒸气通过压缩或热吸收式制冷循环。蒸汽压缩冷水机组包括四个主要组成部分的蒸汽压缩式制冷循环压缩机，蒸发器，冷凝器，部分计量装置的形式从而实现了不同的制冷剂。吸收式冷水机利用水作为制冷剂，并依靠之间的水和溴化锂溶液，以达到制冷效果很强的亲和力。

冷水机的工作原理是蒸气压缩式制冷，也即是利用液态制冷剂汽化时吸热，蒸汽凝结时放热的原理进行制冷的。在制冷技术中，蒸发是指液态制冷剂达到沸腾时变成气态的过程。液态变成气态必须从外界吸收热能才能实现，因此是吸热过程，液态制冷剂蒸发汽化时的温度叫做蒸发温度，凝结是指蒸汽冷却到等于或低于饱和温度，使蒸汽转化为液态。[1]

系统流程示意图

风冷式冷水机原理流程图

图1-风冷式冷水机原理流程图

水冷式冷水机原理流程图

图2-水冷式冷水机原理流程图

（说明：图1-风冷式冷水机是利用壳管蒸发器使水与冷媒进行热交换，冷媒系统在吸收水中的热负荷，使水降温产生冷水后﹐通过压缩机的作用使热量带到翅片式冷凝器，再由散热风扇散失到外界的空气中(风冷却)；图2-水冷式冷水机是利用壳管蒸发器使水与冷媒进行热交换，冷媒系统在吸收水中的热负荷，使水降温产生冷水后﹐通过压缩机的作用将热量带至壳管式冷凝器，由冷媒与水进行热交换﹐使水吸收热量后通过水管将热量带出外部的冷却塔散失(水冷却)）

如图，开始时由压缩机吸入蒸发制冷后的低温低压制冷剂气体，然后压缩成高温高压气体送冷凝器；高压高温气体经冷凝器冷却后使气体冷凝变为常温高压液体；当常温高压液体流入热力膨胀阀，经节流成低温低压的湿蒸气，流入壳管蒸发器，吸收蒸发器内的冷冻水的热量使水温度下降；蒸发后的制冷剂再吸回到压缩机中，又重复下一个制冷循环，从而实现制冷目的。

部件构造和组成

构成冷水机基本的制冷系统主要有四大部件：压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀。另外，为了改善制冷系统的性能，达到更好的使用性能，通常还有不少辅助器件：液体管路电磁阀、视液镜、液体管道干燥过滤器、高低压力控制器等。下面对冷水机的构造组成部件一一介绍：[2]

压缩机的种类

1、压缩机

在冷水机系统中，压缩机是保证制冷的动力，利用压缩机增加系统内制冷剂的压力，使制冷剂在制冷系统内循环，达到制冷目的。压缩机按其结构分为三类：开启式、半封闭式、全封闭式。目前工业冷水机中大部分冷冻用水0℃以上冷水机都是采用全封闭式压缩机，冷冻用水0℃以下的低温型冷水机都是采用半封闭式压缩机(常见有螺杆式和往复式)，而开启式冷水机一般是用在制冷剂是氨的制冷系统中。

全封闭制冷压缩机是一种压缩机与电动机一起，装置在一个密闭铁壳内形成的一个整体。从外表看只有压缩机的吸排气管接头和电动机的导线；压缩机壳分为上下两部分，压缩机和电动机装入后，上下铁壳用电焊焊接成一体。平时不能拆卸，因此机器使用可靠。在全封闭制冷压缩机中，又有活塞型压缩机和涡旋式压缩机。

全封闭涡旋式制冷压缩机它的构造主要由下列各项组成：旋转式进、出口阀门；压力表接口；内置式过载保护；弹性机座；曲轴箱加热器；内置式润滑油泵。

涡旋式制冷压缩机最大的优点是：1结构简单：压缩机体仅需2个部件(动盘、定盘)就可代替活塞压缩机中的15个部件；2高效：吸气气体和变换处理气体是分离的，以减少吸气和处理之间的热传递，可以提高压缩机的效率。涡旋压缩过程和变换过程都是非常安静的。[3]

冷凝器的种类

2、冷凝器

制冷系统的高温高压氟里昂从压缩机出来后进入冷凝器中，向冷却介质释放出大量热量，被冷却液化。那么，冷凝器按其冷却形式可分为三大类型：水冷式、风冷式、蒸发式及淋水式。

2-1、水冷式：

在水冷式冷凝器中，制冷剂放出热量被冷却水带走。冷却水可以一次流过，也可以循环使用。当使用循环水时，需要有冷却水塔或冷水池。水冷冷凝器有壳管式、套管式、沉浸式等结构形式。

水冷式冷水机用的冷凝器常用的是壳管式冷凝器，外壳采用5mm以上厚度之钢管制成，经防锈处理，耐压20Kg/平方厘米。热交换管采用高效率之高效无缝紫铜管，耐压10 Kg/平方厘米，两端盖可互换以变更接水管方向，水管流程多回路，各台冷凝器者与压缩机容量互相配合，其总热传导系数应能容许0.00005Kcal/h.平方厘米℃-1结垢因子，冷凝器水压降不超过6.5mAq，直通式水管易清洗维护保养。

2-2、风冷式：

在风冷式冷凝器中，制冷剂放出的热量被空气带走。它的结构形式主要为若干组铜管所组成，由于空气传热性能很差，故通常都在铜管外增加肋片，以增加空气侧的传热面积，同时采用通风机来加速空气流动，使空气强制对流以增加散热效果。

2-3、蒸发式及淋水式：

在这类冷凝器中，制冷剂在管内冷凝，管外同时受到水及空气的冷却。[4]

蒸发器的种类

3、蒸发器

当制冷系统的氟里昂液态进入膨胀阀节流后送入蒸发器，属于汽化过程，这时候需要吸收大量热量，使被冷却的价质温度逐步降低，以达到制冷降温的效果。那么，按其被冷却的介质种类可分为冷却液体（水）的蒸发器(干式蒸发器)和冷却空气用的蒸发器(表冷式蒸发器)这两大类。

在这里主要介绍的是冷水机制冷系统中所使用的蒸发器，一般是为干式壳管式蒸发器。冷媒于热交换管内蒸发，水在壳管侧流动，为增加热交换效率，于壳管侧设2mm厚挡水板，使水左右往复流动，达到冰卤水产生之目的，容器外壳采用6mm厚度以上之钢管制成，可耐压10 Kg/平方厘米，外部以PE发泡板保温。热交换管采用高效无缝紫铜管，经压花工艺加工成内螺纹肋管，使其传热面积增加，并提高了传热效能，耐压20 Kg/平方厘米；端板制作结构坚实，热交换管与端板为胀管式结合，并在端盖内加隔板使冷媒分成多路流动，以保持冷冻油回流，冷媒液管及低压管均以工作阀连接，其总热传导系数应能容许0.086 M2℃/KW结垢因子，经蒸发器之水压降不超过6.5mAq。[5]

4、热力膨胀阀

在冷水机的制冷剂系统流程图中，我们发现冷凝器出口与蒸发器的入口之间有一个很小的部件叫作热力膨胀阀，它是一个节流降压的部件，使制冷剂的冷凝压力调降为蒸发压力，所以它在制冷系统中的作用必不可少，它与制冷压缩机、蒸发器、冷凝器、并称为制冷系统四大部件。

4-1、热力膨胀阀的结构

膨胀阀的顶部由密封箱盖波纹薄膜感温包和毛细管组成一个密闭容器，里面灌注氟里昂，成为感应机构，感应机构内灌注的制冷剂可以与制冷系统的相同，也可以不同，比如制冷系统用的是F—22，感温包可灌注F—12或F—22，感温包用来感受蒸发器出口的过热蒸汽温度，毛细管作为密封箱与感温包的连接管，传递压力作用在膜片上，波膜片是由一块0.2mm左右的薄合金片冲压成形，断面是波浪形的。受力后弹性形变性能很好，调节杆是用来调整膨胀阀门的开启过热度，在调试过程中用它来调节弹簧的弹力，调节杆向里旋时，弹簧压紧，调节杆向外旋时，弹簧放松，传动杆顶在阀针座与传动盘之间传递压力，阀针座上装有阀针，用来开大或关小阀孔。

4-2、热力膨胀阀的工作原理

膨胀阀通过感温包感受蒸发器出口端过热度的变化，导致感温系统内(感温系统是由感温包、毛细管、传动膜片和传动波纹管这几种互相连通的零件所构成的密闭系统)充注物质产生压力变化、并作用于传动膜片上．促使膜片形成上下位移，再通过传动片将此力传递给传动杆而推动阀针上下移动，使阀门关小或开大，起到降压节流作用和自动调节蒸发器的制冷剂供给量并保持蒸发器出口端具有一定过热度，得以保证蒸发器传热面积的充分利用，以及减少液击冲缸现象的发生。

4-3、膨胀阀的种类(内平衡、外平衡)

作用于热力膨胀阀体内传动膜片下部的压力为节流后的蒸发压力(这一压力通过传动杆和传动片的缝隙而进入膜片下部分空间)这种结构称为内平衡式膨胀阀。作用于热力膨胀阀体内传动膜片下部的压力不是节流后的蒸发压力，而是通过外接平衡管将蒸发器出口端的压力引入传动膜片下部空间结构的阀门、称为外平衡式热力膨胀阀。与内平衡式膨胀阀相比，外平衡式热力膨胀阀的过热度要小得多，所以采用外平衡式热力膨胀阀时，能充分发挥蒸发器的传热面积的作用和提高制冷装置的效果，在蒸发器阻力较小、压力损失不大的情况下，可选用内平衡式热力膨胀阀；当蒸发阻力较大，压力损失比较大或具有液体分配器时，应选用外平衡式热力膨胀阀。采用分配器的，一般都选用外平衡膨胀阀。在制冷设备的冷水机中通常采用外平衡式热力膨胀阀。[6]

5、其它辅件

5-1、液体管道干燥过滤器

通常液体管道干燥过滤器是不可拆卸的。内部采用分子筛结构，能够去除管道中的少量杂质水份等，起到净化系统的目的。因管道在焊接中会出现氧化物，并且氟里昂制冷剂的纯度也有所不一，所以我们采用的氟里昂制冷剂都要求进口的。液体管道干燥过滤器出现堵塞时，会引起吸气压力降低，在过滤器两端会出现温差，如出现这种情况，需要更换过滤器。

5-2、高低压力控制器

在制冷系统中高低压力控制器是起保护作用的装置。高压保护是上限保护，当高压压力达到设定值时，高压控制器断开，使压缩机接触器线圈释放，压缩机停止工作，避免在超高高压下运行损坏零件。高压保护是手动复位，当压缩机要再次启动时，需先按下复位按钮。当然，在重新启动压缩机前，应先检查出造成高压过高的原因，给予排除后，才能使机器运转正常。

低压保护是为了避免制冷系统在过低压力下运行而设置的保护装置。它的设定分为高限和低限。它的控制原理是：低压断开值就是上限一下限的压差值，重新开机值是上限值。低压控制器是自动复位，所以要求操作人员经常观察机器的运行情况，出现报警时要及时处理，避免压缩机长时间频繁启停而影响寿命。