【壓縮機網】01

　　預冷器在冷干機中起什么作用? 

 

　　答：嚴格講來，預冷器并不是冷凍干燥機的必備部件，但它在冷干機運行中又起很大的作用。預冷器在冷干機里的主要作用是“回收”被蒸發器冷卻后的壓縮空氣所攜帶的冷量(對絕大多數用戶來講這部分冷量屬“廢冷”)，并用這部分冷量來冷卻攜帶大量水蒸氣的較高溫度的壓縮空氣．從而減輕了冷干機制冷系統的熱負荷，達到節約能源的目的。

 

　　另一方面，低溫壓縮空氣在預冷器里溫度得到回升，使排氣管道外壁不致因溫度過低而出現討厭的掛露現象。此外，壓縮空氣溫度升高后，降低了管道內空氣的相對濕度(可達φ=5—10％)。根據金屬銹蝕理論，當環境相對濕度低于臨界點(φ=40％)時，金屬管道生銹現象便會停止。所以，現在冷干機中都設有預冷器。

 

　　02

　　沒有預冷器的冷干機可以用嗎?

 

　　答： 有些用戶需要含水量低而且溫度也低的壓縮空氣，這時冷干機就可不再設置預冷器了。由于不設置預冷器，冷空氣的冷量得不到回收利用，蒸發器熱負荷會增加很多。在這種情況下，不僅需要大制冷壓縮機的功率來進行能量補償，而且對整個制冷系統的其它部件(蒸發器、冷凝器及節流元器件)都需要進行核算。

 

　　03

　　在預冷器中冷、熱空氣升降溫幅度是否相等? 

 

　　答：在預冷器中，冷、熱壓縮空氣進行熱質交換，所交換的總熱量是相等的。但飽和熱氣流在降溫過程中發生相變，出現凝結水這個過程要消耗一部分冷量。而冷氣流在熱交換過程中所吸收到的熱量全部用于升溫，因此冷、熱氣流的溫度變化幅度是不相同的，其規律是熱氣流降溫幅度比冷氣流升溫幅度要小。譬如在某種工況下，熱空氣由40℃降至28℃，降幅為12℃，而冷空氣可由5℃升至24℃，升幅可到達19℃。

 

　　04

　　冷干機的排氣溫度能有多高? 

 

　　答：從能量利用角度講，我們總希望冷干機排氣溫度越高越好，最好能與進氣溫度相同，此時“廢冷”為零。但實際上是達不到這一點的，冷干機進、出氣溫相差15℃以上的情況并不鮮見。這是因為：

 

　　①能量在傳遞、交換過程中，不可避免會有損失；

 

　　②本身溫度不高、溫差不大的同質氣體在間壁對流傳熱中(特別在順流傳熱時)傳熱系數不大；

 

　　③在熱交換過程中飽和熱氣流的降溫必然伴隨產生相變，其所吸收到的全部冷量中必有一部分用來支付相變潛熱，從而熱氣流溫度降幅受到限制。這反過來又限制了冷氣流溫度的升高(在順流傳熱時尤其如此)。

 

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　　冷干機排氣溫度過高有何原因? 

 

　　答：冷干機排氣溫度過高有時是不正常的，引起原因有：

 

　　①壓縮空氣進行溫度過高或流量過大；

 

　　②制冷系統工況發生變化，引起玲媒蒸發溫度升高，使壓縮空氣在蒸發器量得不到足夠冷卻;

 

　　③預冷器管道外壁散熱量太大。

 

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　　冷干機排氣溫度過低是何原因? 

 

　　答：冷干機排氣溫度過低原因有：

 

　　①預冷器熱變換面積不夠而蒸發器制冷量有余；

 

　　②壓縮空氣進氣溫度較低或流量太小；

 

　　③制冷系統工況發生變化，使冷媒蒸發壓力低于正常值。

 

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　　預冷器有沒有單獨設置于自動排水器的必要? 

 

　　答：在預冷器里飽和濕熱空氣在降溫過程有凝結水析出。而且由于進人預冷器的壓縮空氣溫度較高．含水量也多，所以在熱交換過程中預冷器中有很多凝結水析出。因此在預冷器上單獨設置一只自動排水器讓一部分凝結水先行排出機外，可以減輕蒸發器的熱負荷，在大型冷干機中尤其應當這樣做。

 

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　　預冷器中的折流擋板起什么作用? 

 

　　答：在冷干機的預冷器里，都設置有數量不等的折流擋板，作用有四個：

 

　　①用以改變進入冷干機的壓縮空氣流線，使之由平流變為紊流。以增強冷熱氣流間的對流換熱強度；

 

　　②在氣流運動過程中，細小的凝結水滴由于不斷碰撞擋板而集聚長大，又由于運動方向的反復改變而產生離心效應。水珠在重力和慣性的雙重作用下得以與空氣分離；

 

　　③可以延長冷、熱空氣在預冷器星的運動路徑，延長接觸時間。從而使熱交換更充分；

 

　　④可以改變冷熱流對流方向，使順向對流變成折向對流，提高對流換熱系數。

 

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　　為什么預冷器銅管一般不用套翅片銅管? 

 

　　答：預冷器管程、殼程內流過的都是壓縮空氣，兩者除了含水量不同外，其余物理性質特別是放熱系數完全相同。沒有必要通過增加單側換熱面積(如采用套翅片銅管)來提高傳熱系數．所以冷干機一般都采用內外表面積基本相同的光營或波紋管來作預冷器的換熱管。

 

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　　預冷器換熱銅管破裂對冷干機有何影響? 

 

　　答：在預冷器里，熱濕空氣沿殼程流入蒸發器，而由蒸發器出來的冷干空氣經預冷器管程排出。壓縮空氣經過預冷器和蒸發器后會產生壓力降，上游熱濕空氣的壓力比下游冷干空氣的壓力高。如果銅管發生破裂，壓力較高、含水量較大的熱濕壓縮空氣就會直接從破裂處進入冷干空氣管道．并在管內結露，所產生的凝結水會沿捷徑排出機外，出現排氣帶水現象。

 

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　　蒸發器在冷干機中起什么作用?

 

　　答：蒸發器是冷干機主要的換熱部件。壓縮空氣在蒸發器中被強制冷卻，其中大部分水蒸氣冷卻而凝結成液態水排出機外，從而使壓縮空氣得到干燥。在蒸發器中進行的是空氣與冷媒低壓蒸汽之間的對流熱質交換，通過節流裝置后的低壓冷媒液體，在蒸發器里發生相變成為低壓冷媒蒸汽，在相變過程中吸收周圍熱量，從而使壓縮空氣降溫。

 

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　　冷干機蒸發器的熱負荷是由哪幾部分組成的? 

 

　　答：計算蒸發器熱負荷是設計冷干機制冷系統的依據，是冷干機熱工計算重要的一環。要計算蒸發器熱負荷，必須先確定下列三個參量：

 

　　①被處理的壓縮空氣質量流量m(通常按空氣標準狀態時1Nm3／min計算)；

 

　　②壓縮空氣進入蒸發器時的溫度t1(℃)；

 

　　③空氣在蒸發器里最終將冷卻到的溫度t2(℃)，在實際計算中，t2往往用“壓力露點”期望值來代替。

 

　　飽和壓縮空氣在蒸發器里溫度從t1降到t2放出的熱量(也即吸收的冷量)由下列三部分組成：①溫度從tl降至t2時，壓縮空氣中干空氣所放出的熱量q1；②溫度從t1至t2時壓縮空氣中所含的水蒸氣所放出的熱量q2；③溫度從t1降至t2時凝結水量的相變潛熱q3。蒸發器的熱負荷Q就是上述三者之和。

 

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　　壓縮空氣在蒸發器中溫度是怎樣變化的? 

 

　　答：來自冷干機預冷器的壓縮空氣(已經被預先脫了一部分水，但含水量還相當大)進入蒸發器后在殼程中運動，曲折前進過程中與蒸發器管程內的低溫冷媒蒸汽進行對流熱交換。管內冷媒液體吸熱沸騰(通稱蒸發)成冷媒蒸汽是相變過程，在冷媒液體完全相變成氣體之前，蒸發壓力保持不變。蒸發溫度也保持不變，壓縮空氣在熱交換過程中溫度會越來越接近冷媒液體的蒸發溫度。但由于受到冷干機結構限制蒸發器換熱面積不可能無限增大，壓縮空氣與冷媒蒸汽之間的傳熱溫差總是存在的。因此壓縮空氣所能達到的冷卻溫度，在任何時候也不可能等于或低于蒸發溫度。

 

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　　蒸發器銅管外緣為什么要套翅片? 

 

　　答：由于冷干機蒸發器里進行的是熱力學性質截然不同的壓縮空氣與冷媒蒸汽之間的對流熱交換。這兩種氣體的放熱系數相差十多倍；為了盡可能獲得較高的傳熱效果，必須加大放熱系數小的介質一側(這里是壓縮空氣)的換熱面積。

 

　　因此在冷干機蒸發器銅管外壁(即與壓縮空氣接觸一側)要采用加大面積、強化換熱的措施．采用軋齒銅管或肋片管等就是為了達到這個且的的有效辦法。

 

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　　壓縮空氣在蒸發器里的最終溫度取決于什么? 

 

　　答：蒸發器是冷干機里溫度最低的地方。且蒸發溫度與蒸發壓力相對應，蒸發壓力低，蒸發溫度也低。壓縮空氣在蒸發器里與管內冷媒的蒸發溫度進行對流熱交換，由于管內低壓冷媒液體在蒸發過程中作等溫吸熱，因此管外壓縮空氣在流動過程中溫度是逐步降低的；空氣最終冷卻到的溫度取決于多種因素，例如：冷媒液體的蒸發溫度、蒸發器換熱面積、壓縮空氣流線形態(平流還是紊流)、空氣流速等。這些都是在設計中一一確定。在蒸發溫度一定條件下，蒸發器的換熱面積對壓縮空氣最終溫度的影響最大。換熱面積大，空氣最終溫度與蒸發溫度的溫差就小。

 

　　從理論上講，只要蒸發器的換熱面積足夠大，壓縮空氣的最終冷卻溫度可以無限接近管內冷媒液體的蒸發溫度，但實際上是不可能做到的。在冷干機現實條件下，壓縮空氣的最終冷卻溫度(即理論“壓力露點”)比蒸發溫度高3～5℃是經常有的。

 

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　　蒸發溫度過高是什么原因引起的?有何危害? 

 

　　答：蒸發溫度是隨蒸發壓力增高而升高的。引起蒸發壓力增高的原因有：

 

　　①冷干機負荷超過額定值；

 

　　②壓縮空氣的工作壓力過低；

 

　　③進入冷干機的壓縮溫度過高；

 

　　④冷媒系統有問題，如：膨脹閥開啟過大冷媒液體充入量過多、冷凝器散熱不良導致冷凝壓力過高等；

 

　　⑤壓縮機有問題。蒸發溫度過高，將導致壓縮空氣露點升高，出現除水不盡、排氣帶水等現象。

 

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　　蒸發溫度過低是什么原因引起的? 

 

　　答：蒸發溫度過低．反映在蒸發壓力低于正常數值。如果排除設計制作中固有的弊病(如蒸發器換熱面積太小，壓縮機選得太大或系統冷媒灌注不足等)，運行中引起的原因的：

 

　　①毛細管或膨脹閥有堵塞現象或開啟太小，使冷媒供液量不足；

 

　　②冷干機負荷太小；

 

　　③蒸發器銅管表面結霜影響傳熱；

 

　　④壓縮空氣含油量過大，在銅管表面蒙上一層油垢影響傳熱；

 

　　⑤冷媒系統有慢性泄漏。

 

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　　冷干機蒸發溫度為什么不能很低? 

 

　　答：冷干機在正常情況下。蒸發器表面有一層膜狀冷凝水存在。在計算蒸發器冷負荷時已經考慮到這一情況。如果蒸發溫度降得很低，使換熱銅管表面溫度在零度以下，水蒸氣就會在銅管表面凝結成霜，由此產生的問題是：

 

　　①水蒸氣“升華為霜”比“凝結為霜”要多吸收約15％的冷量；

 

　　②霜的熱導率只有水的1／4，使管外空氣不能充分冷卻，而同時管內蒸發溫度卻有進一步降低的趨勢。如此循環的結果，必將給制冷系統帶來許多不良后果(譬如產生“液壓縮”)；

 

　　③從空氣流通途徑講,霜的存在會使空氣阻力增加．使供氣壓力降低，嚴重時甚至會使氣路堵塞；

 

　　④從系統能耗來講．蒸發溫度過低導致壓縮機制冷系數大幅下降，能耗增加。

 

　　所以含濕量很大的壓縮空氣進入冷干機工作時，冷媒在管內蒸發溫度至少應保證蒸發器銅管表面溫度在零度以上。試圖通過定時化霜的辦法來降低蒸發溫度，冷干機是不能接受的。

 

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　　如何防止蒸發溫度過低? 

 

　　答：為了防止蒸發溫度過低，冷干機里設置了能量旁路保護。當冷媒蒸發壓力低到一定值時，作熱量補充用的熱氣旁路閥自動打開(開度增大)，將冷凝器中的高壓高溫冷媒蒸汽直接注入蒸發器使蒸發壓力提升到正常水平。

 

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　　如何確定蒸發器和預冷器里凝結水水量? 

 

　　答：可用下式來確定蒸發器和預冷器的凝結水量

 

　　Q=m(dt-d2)·φ·60

 

　　Q-凝結水水量g／h

 

　　d1一壓縮空氣在進入蒸發器和預冷器時溫度下的飽和含水量g／m3 

 

　　d2一壓縮空氣在離開蒸發器和預冷器時溫度下的飽和含水量g／m3

 

　　φ-空壓機吸氣環境下的相對濕度(一般按100%計算) 

 

　　m一冷干機的處理氣量Nm3／min

 

　　附錄列出了壓縮空氣在各種工況下的吉水量值，可直接用來計算凝結水量。

 

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　　蒸發器銅管破裂會對冷干機帶來什么影響? 

 

　　答：冷干機里，壓力較高的壓縮空氣(一般在0.7MPa左右)走的是蒸發器殼程，壓力較低的冷媒蒸汽(一般為0.4MPa左右)走的是蒸發器管程，殼程壓力比管程壓力高。冷干機在運行中如果發生蒸發器銅管破裂，壓縮空氣就會從破裂處侵入銅管，并隨同冷媒蒸汽吸人壓縮機，空氣是一種不凝性氣體，它存在于冷媒系統會使系統冷凝壓力在很短時間內快速上升(但冷凝溫度又不很高)，導致冷干機跳閘，嚴重時會使壓縮機損壞。

 

　　冷干機停止工作時，管內冷媒壓力升高到與環境溫度相對應的值，而蒸發器殼體中因無壓縮空氣通過，僅保持為大氣壓力。此時高壓冷媒會很快從銅管破裂處泄漏。

 

　　在實際工作中，蒸發器銅管發生破裂的現象并不罕見(通常由焊接不良、銅管本身缺陷、運輸震動、脈沖氣流沖擊等原因引起的)，是冷干機的一種嚴重的內部故障，隱蔽性很強，現場又很難處理。所以，在制作、運輸及使用過程中要特別當心。

 

　　22

　　壓縮空氣在蒸發器里的流速對冷干機有沒有影響? 

 

　　答：有資料介紹，在空氣一氟里昂對流換熱中，不同空氣流速下的傳熱系數與空氣流速比的0.8次方成正比,空氣流速高，傳熱系藪也大。因此適當增加壓縮空氣在蒸發器里的流速對傳熱是有利的。但流速增大后。會導致空氣壓降增大．所以在選取蒸發器筒體直徑時，應當兼顧兩者的關系。

 

　　23

　　蒸發器里的折流檔板有什么作用? 

 

　　答：蒸發器折流擋板所起的作用如同預冷器(見題5—9)。

 

　　24

　　預冷器與蒸發器在冷干機中關系如何? 

 

　　答：在冷干機里，蒸發器是吸收壓縮空氣熱量(使之降溫)的主要換熱部件。同時它又以冷卻后的壓縮空氣作載體，將部分冷量提供給預冷器，用來冷卻溫度更高的上游壓縮空氣，結果又使本身熱負荷得以減輕。這種彼此串接供冷的最終效果是減少了系統對外界的能量需求。由于工質冷損的存在(以排出凝結水為主)，蒸發器不可能將所吸收到的冷量完全提供給預冷器；而預冷器里由于飽和熱空氣冷凝相變的存在也不可能將所吸收的冷量全部轉化為熱空氣顯溫的降低。與其他制冷設備相比，這種復雜的冷量供需關系，是冷干機所特有的。這也說明，在冷干機中制冷并不是工作的目的，而是為了達到減少空氣含水量的中間手段。

 

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　　為什么冷干機蒸發器多為臥式? 

 

　　答：因為冷干機中進行的是壓縮空氣的冷凝換熱。在水蒸氣冷凝成水滴的過程中，首先要在銅管外壁形成一層水膜，臥式布置可使水膜成珠狀下滴迅速更新換熱表面。如果立式布置水滴就會沿銅管表面成簾狀流動，簾狀流動使水膜變厚影響傳熱，所以冷干機中蒸發器銅管多采用臥式布置。  

 

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　　臥式蒸發器有幾種形式? 

 

　　答：根據制冷劑“內回路”的使用情況，臥式蒸發器可分“干式蒸發器”和“滿液式蒸發器”兩種。前者冷媒在管內沸騰(蒸發)，空氣在管外流動，在冷干機中得到廣泛的應用。滿液式蒸發器中，冷媒液體在管外沸騰(蒸發)，被冷卻的壓縮空氣在管內流動；冷媒液面將換熱銅管全部浸沒。滿液式蒸發器在冷干機中用得較少，原因是：

 

　　①不能通過采用外套片等方法來增加放熱系數較小一側的換熱面積來增強換熱效果；

 

　　②冷媒氟里昂易溶于冷凍機油，且不易排除，會影響傳熱效果且影響回油，嚴重時導致壓縮機缺油運行；

 

　　③不能設置折流擋板來阻攔、集聚凝結水；

 

　　④從銅管的受力來看，管內氣體壓力高于管外冷媒的蒸發壓力，銅管容易張裂