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溴化锂吸收式制冷机组主要部件的结构

2015-2-27 07:50| 编辑:电工学习网| 查看: 27444| 评论: 0

1、高压发生器（如图1）
在蒸汽两效溴化锂吸收式制冷机中，高压发生器的作用是将0.2～0.8MPa（表压）工作蒸汽通入传热管内，加热管外的溴化锂溶液，使之沸腾并产生冷剂蒸汽；所产生的冷剂蒸汽则作为低压发生器的热源，用以加热低压发生器中的溴化锂溶液，产生第二股冷剂蒸汽。这就是两效的含意。因为能源得到了两次利用，所以蒸汽耗量降低，达到了节能效果。

图1高压发生器的结构
a）高压发生器的布置 b）膨胀节结构c）浮头结构d）U型管结构

高压发生器一般使用0.2～0.8MPa（表压）的工作蒸汽，其饱和温度较高，约为132～175℃。通常高压发生器的壳体用碳钢、传热管用紫铜管或铜镍合金管制作。这两种材料间膨胀系数相差甚大，在高温下将产生很大的热应力。管子与管板间采用胀管联接，由于热应力，可能造成管子被“拉脱”。所以消除热应力是设计时首先应考虑的问题。降低或消除热应力的方法一般有下列几种。
1、采用膨胀节结构
如图1b所示，在壳体靠中间部位设置膨胀节，使壳体可以自由伸长，从而减少热应力的影响。
2、采用浮头结构
如图1c所示，将管子的一端与管板联接，另一端与一个浮动管板联接。浮头管板、浮头室及其下面的滑板，组成一个可以自由滑动的浮头，使高压发生器的传热管一端固定，另一端可自由活动。这样，可彻底消除热应力。

3、采用U型管结构
如图1d所示为U型管结构，是把传热管作成U型管，其进出口均联接在同一块管板上。这样，管子热膨胀与壳体热膨胀互不相干，均可自由伸长。这种结构的工艺性较差，弯头多，制作比较复杂。
高压发生器工作时，由于工作蒸汽压力以及冷凝压力的波动，将引起高压发生器中溴化锂溶液液位的波动。对于这种液位波动，要设法控制，否则将会造成液位过高或过低。液位过高会增大静液柱对沸腾的影响，降低发生过程的发生效果，甚至造成冷剂污染。液位过低会使上部传热管暴露于液体之外，引起管子的破损。为此，结构设计时，发生器的上部必须留有一个足够大的空间和高度。足够大的空间可降低冷剂蒸汽的流速，并防止因溶液飞溅而带液。为防止冷剂污染，高压发生器的上部通常设有汽罩，其中装有简易的挡液装置。实践证明，高压发生器最上一排管子与壳体顶部的距离H为280～400mm，冷剂蒸汽在最小截面处的流速不超过10m/s时，可有效防止冷剂的污染。
4、强度与稳定性
高压发生器的封盖要承受0.2～0.8MPa（表）的工作蒸汽，一般应作为压力容器考虑其强度。
高压发生器的壳体在工作时处于真空状态，其真空度约为8～40kPa。作为受外压容器，其稳定性应予充分注意。尤其是作为整机，在真空检漏或停机期间，它处于更高的真空状态，所以必须考虑稳定性问题。
在高压（以及低压）发生器中，使溶液适当扰动是强化传热的措施之一。一般有左右扰动与上下扰动两种方式，如图2所示。其中，左右扰动是一种传统的扰动方式。根据试验研究，上下扰动时溶液温度趋于均匀，静液柱高度对沸腾的影响较小，容易形成汽化核心，有利于提高发生过程的传热效果。

图2 溶液在发生器中的扰动方式

a)低压发生器-冷凝器的布置 b)溶液左右扰动方式 c)溶液上下扰动方式
2、低压发生器与冷凝器
图3示出了低压发生器-冷凝器呈上下布置的结构：低压发生器3与冷凝器1置于同一壳体内，工作时属同一真空状态。
在蒸汽两效机中，低压发生器依靠高压发生器的冷剂蒸汽来加热，其温度较低，一般为80～98℃。为扩大放汽范围，强化传热特别重要，应尽可能减少静液柱高度。经验表明，静液柱高度以不超过200mm为宜。管排数与管间距需要综合考虑确定，管排数以不超过15排为好。溶液的扰动方式，在低压发生器中采用上下扰动方式比高压发生器更具有意义。

图3 低压发生器-冷凝器的结构

与沉浸式换热相比，喷淋式可完全消除静液柱高度对传热的影响。对低压发生器来说，更具有使用价值，是今后低压发生器设计的一个方向。但在结构设计时，要充分考虑喷淋溶液在传热管上的均匀分布，避免管子局部温度过高。
冷凝器是令低压发生器产生的冷剂蒸汽与冷却水进行热交换，使之凝结成冷剂水。冷剂水汇集于冷凝器下部的水盘，再经节流装置进入蒸发器。由于发生器与冷凝器之间有较大的温差，会出现热量传递，这对发生过程和冷凝过程都是不利的。为此，在水盘下方设有隔热层。
低压发生器中的压力较低，发生过程中溶液的沸腾飞溅更为严重；同时，冷剂蒸汽的流速较大，容易夹带液滴，造成冷剂水污染，故挡液问题更为重要。
3、蒸发器与吸收器
图4为蒸发器-吸收器的结构示意图。蒸发器与吸收器处于同一工作压力，一般置于同一壳体之中，组成蒸发器-吸收器筒体。在制冷机工作过程中，该部分压力最低，一般约为0.001MPa（绝对压力）。结构设计时，
强化传热与传质的问题比高、低压发生器更为突出。

图4 蒸发器-吸收器结构

1、强化传质
从蒸发器蒸发出来的冷剂蒸汽，通过传热管簇及挡液装置，进入吸收器管间，由于沿途的阻力损失，其压力由p0变p0′。若吸收器喷淋溶液的饱和蒸汽压为pa（称吸收压力），则吸收过程的传质推动力为（p′0－pa）。由此可见，为了增大传质推动力，以便强化吸收器中的传质过程，在不改变吸收压力pa的条件下，应尽可能增大p0′，这就需要在结构上减少制冷剂蒸汽的流动阻力损失。
2、强化传热
就结构而言，喷淋换热是强化传热的有效手段。尤其在高真空下，对于蒸发器将消除静液柱的影响，使蒸发过程增强。对于吸收器采用喷淋换热，还可增大冷剂蒸汽与喷淋溶液的接触面积，增强传热。
强化传热的结果，将使吸收器喷淋溶液的温度更接近于冷却水的温度，从而降低喷淋溶液的温度，以降低吸收液的饱和蒸汽压，达到增大传质推动力的目的。显然，为了获得较好的传热效果，在强化喷淋侧传热的同时，还应注意提高传热管内水侧的流速。通常取水侧的流速1.5～3.0m/s为宜。
3、溶液浓度的影响
对应于某一温度和压力，喷淋溶液有一相应的饱和浓度。溶液达到饱和时，就不再吸收了。若要使其进一步吸收，就需要采取措施，改变其饱和状态，使之处于不饱和，如用冷却水对溴化锂溶液进行冷却，或者提高喷淋溶液的浓度。喷淋溶液的温度与冷却水的温度有关。喷淋溶液的浓度除了与发生器出口浓溶液的浓度有关外，还与稀溶液的混合量有关。因此，为了提高喷淋溶液的浓度，在结构上也有用浓溶液直接喷淋的。但务必从结构上解决溶液在管子表面的均匀浸润及分布问题。
蒸发器与吸收器除了上下叠置以外，还有左右平行布置等方式。不论那种布置方式，都要防止吸收器的喷淋溶液，因结构不当进入蒸发器引起污染，特别是平行布置，更要慎重。
4、热交换器
不论是单效机型还是两效机型，热交换器都是为了回收热量以提高其经济性。两效机比单效机还增加了一个高温热交换器和一个凝水回热器，其回收热量，提高热效率的意义比单效机更大。
溶液热交换的换热方式，一般有对流换热（图5a）和横掠管簇换热（图5b）两种。在溶液热交换器的结构设计中，由于传热系数较低，因而换热面积较大。此外，确定流速时，既要考虑有较高的流速，以提高传热系数；又要考虑流速升高时，不仅流动阻力增大，而且在结构上也会给制造带来困难。通常，管内稀溶液的流速取0.6～1.0m/s；管外浓溶液的流速取0.3～0.6m/s。溶液热交换器一般为壳管式结构，传热管用光管或低肋片管，材质可用碳钢或紫铜。

图5 溶液换热器
a)对流换热 b)横掠管簇换热

5、节流装置
节流装置是一个重要部件。它有多种型式。可以是针状节流阀，浮球阀、U形管或小孔节流元件。溴化锂吸收式制冷机中最常用的是U形管和小孔节流元件。
1、U形管节流装置
U形管节流装置结构简单、工作可靠、流量调节幅度宽，是溴化锂吸收式制冷机中应用最早、最广的节流装置。我国生产的单效机或两效机都采用这种节流方式。由图6可知，U形管的高度是保证节流的关键，其值与冷凝器、蒸发器间的压力差（pk－pO）有关。一般情况下，冷凝器与蒸发器的压差大约为9.8kPa，因此，U形管的高度略高于1m即可。其管径则是根据机组的制冷量而定。这种节流装置的缺点是外形尺寸较大，结构不够紧凑，对于压差较大的两侧，如高压发生器与冷凝器之间不宜采用。

图6 U形管节流装置

2、小孔节流装置
该装置是在冷凝器通往蒸发器的管道中，设置一个节流小孔，如图7所示。这种节流方式结构紧凑，特别适宜于单筒型结构的机器。小孔节流装置的缺点是自平衡能力较差。小孔的通径是保证节流的关键。通径过大，在低负荷时难于形成液封，可能使高低压两侧相通，影响制冷机正常运行。通径过小，中高负荷时无法保证足够的流量，使制冷机的制冷量受到限制。所以设计这种节流装置时，应充分考虑高低压侧的压力差，最高或最低负荷时的流量范围等因素。

图7 小孔节流装置

6、抽气装置
溴化锂吸收式制冷机是在高真空状态下工作的，空气极易通过密封不良的联接处渗漏到机中。同时，由于溴化锂溶液对金属材料的腐蚀，机器本身也会产生如氢气等不凝性气体。这些不凝性气体的存在，不仅损害了机器的性能，严重时将使机器无法运转。同时，空气的存在，还会加剧溴化锂溶液对金属材料的腐蚀，影响机组的寿命。为此，机组中必须装设抽气装置，及时将聚集在机组中的不凝性气体及漏入机内的空气抽除掉。常用的抽气装置有如下几种：
1、机械真空泵抽气装置
如图8所示为机械真空泵抽气装置。它由制冷剂分离器、阻油器、真空泵及连接管件、阀门等组成。从冷凝器或吸收器中抽出的不凝性气体，夹带着一定量的制冷剂蒸汽。若将制冷剂蒸汽抽出机外，不仅会使机组中的制冷剂减少，影响机器的性能；而且制冷剂蒸汽进入真空泵后，还会使真空泵油乳化，粘度降低，抽气效果恶化，甚至丧失抽气能力。为此设有制冷剂分离器1。制冷剂分离器一般为一圆筒形容器，其中装设有冷却盘管与喷嘴。冷却盘管中通以冷媒水或从蒸发器泵排出的冷剂水，以造成比吸收器更好的吸收条件。带有制冷剂蒸汽的不凝性气体由制冷剂分离器1的底部进入，其中的制冷剂蒸汽被喷淋溶液吸收。吸收了制冷剂蒸汽的溶液，重新回流到吸收器。不凝性气体经抽气管、截止阀2、电磁阀3与阻油器4进入真空泵5，被真空泵排出。阻油器为一圆筒形容器，其中装有两块阻油挡板，以防止真空泵停止运转时，将真空泵油压入机内，引起油对溶液的污染。电磁阀3与真空泵5接同一电源。真空泵5停止运转时，电磁阀3动作，一方面切断制冷机的通气口，另一方面使真空泵的抽气口与大气相通，防止真空泵油倒流到阻油器或抽气管中。

图8 机械真空泵抽气装置
1—冷剂分离器 2—手动截止阀 3—电磁阀 4—阻油室
5—真空泵 6—电动机

2、自动抽气装置
自动抽气装置的型式有多种，但基本原理大致相同，如图5-14所示，都是利用溶液泵6排出的高压液流作为引射抽气的动力。这种装置的抽气量比较小，但在机器运转中能自行连续不断地抽气，操作方便。随着机器密封性能的提高及防腐措施的加强，机器内部不凝性气体大为减少，提供了使用这种抽气装置的可能性。
从图9所示自动抽气装置原理图可知，溶液泵6排出端引出的稀溶液，进入引射器3，在喷嘴喉部速度升高，压力降低，形成低压区，以抽出吸收器中的不凝性气体。被抽出的不凝性气体随同溶液进入储气室2，并与溶液分离后上升至储气室顶部，溶液则经过回流阀5回到吸收器。当不凝性气体在储气室2上部愈积愈多时，关闭回流阀5。依靠溶液泵6的压力，将不凝性气体压缩，使压力升高。当不凝性气体被压缩到高于大气压时，打开放气阀1，即可将不凝性气体排出机外。