1、h t t p ：w w ws t k e a e o m r n鬣纛满电冰箱、空调器等制冷系统中毛细管的特性与设计李驶1 前言在家用电冰箱、空调器等小型氟利昂类制冷装置中，由于其运行工况比较固定，蒸发压力几乎恒定不变，冷凝器和蒸发器之间的压差比较稳定，而且制冷剂的注 量为一定值，在这种情况下，一般均采用毛细管代替膨胀闽作为节流元件。当制冷剂在毛细管内流动时压力下降使从冷凝器流人的高温高压液体变为常温低压液体进入蒸发器，在压缩机停机时，高低压段之间的压力通过毛细营很快得以平衡使压缩机再次肩动时在无压差情况下进行，转矩小，使制冷系统运行得到设定工况的时间短，从而能够快速制冷。在采用毛细管作为节流
2、元件的制冷装置中，毛细管的选用与制冷剂的冷凝压力，过冷度和蒸发压力等因素有关，理论计算比较繁琐，而且与实际选用有一定差距。本文介绍了采用诺模图选用毛细管的计算方法并通过试验加以修正，分析了以毛细管作为节流兀件的制冷系统的设计要点。2 制冷剂在毛细管内的流动特性从冷凝器进人毛细管内的制冷剂流动过稃是部分或部的气液两相流动。当制冷剂进人毛细管前为过冷液体时，则毛细管的前段为液体流动后段为汽液两相流动遭时制冷剂的流量较大；当制冷剂进人毛细管前为饱和液体或有少量液体汽化时，则毛细管的整个t m * i 口日勺甩l m j卜 口自k m * “ H 一女g “d 一镕自t ；卜自f m 口圈1 毛细管内
3、审l 冷刺流动状态( 制冷荆R 1 2 )流动过程是气液两相流动，这时制冷剂的流量会人为减少。如果选用合适的毛细管，则毛细管对制冷负荷和制冷剂的状态变化能够自动修正从而最大限度地满足制冷系统的性能要求。毛细管内制冷剂的流动特性可以利用图I 来说明。它大致可划分为三个阶段。2 l 单卡 | 区从冷凝器流出的液体制冷剂以过冷状态由a 电进人毛细管内流动，并随着压力的降低液体过冷度不断减小真主变为饱和液体即理论闪点b 点，此段制冷剂状态为单相液体。在这一段中制冷剂在管内为绝热流动，同时因流速不变其管内液体部分的压力降是一条直线。22 亚稳志区即从毛细管内流动的制冷剂的理沧闪点b 点到达到饱和湿蒸汽d
4、 点。由于毛细管的内径很小，一般为, p 0 6 一Q 2 5 r a m 左右，制冷荆的流速较大从而使阅点的温度与其压力并不对应，一般为温降滞后于压力的r降则温度高于饱和温度。到达d 点，温度和压力两个参数0 重台成为饱和湿蒸汽。在该段中出现所谓的亚稳定状态的液体即过热液体。打与i _ 翁：而与叶r 靠 矿靠了 赫L 1 j L L ( ) 1 24 0 3 0 2 52 0 一L 0 - 0 l O2 0 3 04 05 0 砷柏P 一 u N t R 1 2 H 自I ! R 2 2 自* t 目f 口 # * * * i * 自t T # # d R I = 帆t 犹1 5 1 吨巩6
5、 乞4 2 十女x 卸【| 却) ，狲j 1 0 ，0 嘛，4 脯9 嗡n圈2 毛细管的入口压力和流量关东【出n 为临界压力毛细管内径D = I6 2 5 眦n ，长度L = 2 0 3 1 一) 万方数据舔，。，、 I I i l 赫。，：。0 30 50152 03 05 070 1 0 1 2t 目f K & U m I图3 毛细管流量系敷曲线 出口为临界压力)，= 而P 2 - P e图5 毛细管临界压力谬定系教23 两相区从d 点开始制冷剂为汽液哺相流动。随着压力的降低温度也降低，压力和温度曲线重合且有部分液体汽化，流速将快速增大，到达e 点为毛细首出I s I 时达到临界状态。此时
6、制冷剂的质量流量将不受出口压力的影响而保持不变，这也是用毛细管来控制流量的重要特性。在两相区内制冷剂流动的压力降并不是直线，同时单位长度的压力降越接近毛细管的出口处越大。3 选用毛细管的设计计算方法毛细管选用的理论计算方法比较复杂，这是因为所选择的设计参数与实际运行过程存在着诸多的变化因素，影响了毛细管的流量。例如选择的冷凝压力、过冷度与实际偏差；制冷剂溶解制冷机油量的不同，其增加的流动阻力也不同；毛细管名义内径与实际内径的偏差：毛细管内表面粗糙度的影响；制冷系统中制冷剂注入量的准确性等因素都会影响毛细管的设计。一般Q “_ m _ 寞托昆蕾协办0 10 1 5 0 20 30 4050 7
7、【_ 052 0253 0 35臂 H 力P l b l P n )囤4 毛细管出1 ：7 临界压力的确定囤6 毛细管性能试验原理毛细蕾规格参数内径D ( m m ) 长度L ( m ) x 值临界压力P e ( M P a )修正系数( Q ，)l4l50 903 8l52 21 20 3 51l63 51 80 ，2 709 8来说，利用诺模图来选择毛细管的内径和长度是一种比较简单的近似计算方法，再通过试验的方法予以修正，确定批量生产所选用的毛细管规格。如图2 为制冷剂为R 1 2 、R 2 2 毛细管人口压力和流量的诺摸图。其中毛细管的内径D = I 6 2 5 m m ，长度L =2
8、0 3 1 m m 出口压力P 等于临界压力n 。图3 为毛细管的相对流量系数中与内径D 及长度L 盖系图。选择时，根据给定的设计参数，利用图2 查出基本特性流量G a ，由相对流量系数中= G G I ( G b 为必要流量) ，再根据图3查出毛细管的内径及长度。图4 、图5 为毛细管出口临界压力对岿要流量皖的修正。结果表明毛细管的出口压力降对必要流量G b 的增减很小，可以忽略不计。在上述查表选择毛细管尺寸时，应注意合理选择毛细管的内径与长度。若毛细管内径越小，则其管长越短，临界状态提前出现，制冷剂出口温度越高；反之若毛细管内径越大，则其管长越长，临界状态滞后出现，制冷剂如圳们们眦叫伽呲一
9、士￥日目t*口口扛g半盎一，f量一幢慷一葛 万方数据h t t p ：s t h e ac o mc n出口温度越低。选择时应适当地增加毛细管的内径提高管长，以降低毛细管的出口温度，减少进 蒸发器人口的膨胀损失提高制冷效率。但过长的毛细管会增加成本，增大制冷系统的振动和噪声，延长高低压端压力平衡的时间。下面举例说明利用查图法选择毛细管规格的具体步骤。已知设计参数为：制冷剂为R 1 2 、冷凝温度I K =4 3 ，蒸发温度乙- 5 过冷度F 5 0 c ，制冷量Q o = O8 k W冷凝压力R 、蒸发压力P 。的确定根据已知冷凝温度、蒸发温度查表得冷凝压力P K =l0 3 M P a ，蒸
10、发压力艮= 0 3 6M P a 。毛细管入口压力P 的确定P = P w - A k其中t f f ，为制冷刹管路流动的阻力损失和液体高度引起的静压损失之和。此值很小可忽略不计。本例A b 取0 ，则P F l 0 3 M P a 。基本特性流量G a 的确定根据毛细管的人口压力、过冷度，由图2 求得基本特性流量c a 为3 2 k g h 。必要流量G h 的确定由已知条件查表可知制冷剂的单位制冷量q 0 =5 7 5 7 4 ( k J k g ) 。1 5 5 。9 4 ( k I k g ) = 11 9 8 0 6 J k g )则G I = Q 。q 卸8 x 3 6 0 0 (
11、 k J h ) 1 1 9 8 ( k J k g ) = 2 4 雕S h )流量系数中的确定q - - C a G = 2 4 3 2 - - 0 7 5确定毛细管的规格由图3 查得毛细管的内径D 和长度L 后，由k = L 1 2 5 0 D 求得各内径毛细管的长径比 值，按图4 查出毛细管的出口I 临界压力，再由巾= ( B P c ) ( P ，一R ) 从图5中查出毛细管出口临界压力修正系数中- ，见参数表。由表可知，选择内径D = I 4 m m 的毛细管，其临界压力太干设计给定的蒸发压力；选择内径D = I 6 m m 的毛细管其长度偏长；所以选用内径D = I5 r a m
12、 ，长度L =2 2 m 的毛细管较为适合。考虑到出口临界压力对其流量的影响，其必要流量修正为：2 4O x O 9 8 = 2 3 5 0 , g A ) 4 毛细管的试验修正由设计计算所选择的毛细管规格，要经过反复试验修正才能最后确定。图6 为毛细管性能试验原理图。通过调节电加热器的输入功率，町调节蒸发容器的蒸发压力；通过调节水冷式冷凝器的供水量，可调节其冷凝压力。当观察镜中的汽泡刚消失冷凝压力与蒸发压力正好满足规定值。这时此毛细管的规格较适中。若毛细管过短通过观察镜可看到有气泡流向毛细管若毛2 0 0 1 ”零细管较托，会使水冷式冷凝器集液增加。通过试验调节町选择合适的毛细管再经流量计测
13、定其在一定温度和压力下的流量，从而确定其为标准毛细管为批量生产提供依据。5 以毛细管作为节流元件的制冷系统的设计要点在制玲系统的高压侧，不要设置储液器，在保证冷凝器能够容纳争部制冷剂的前提F 尽量减少其有教窖积。因为在采用毛细管作为节流兀件的制冷系统中若设置储液器或玲凝器容积过人，则当压缩机停机后，制冷剂液体会继续流向蒸发器，在蒸发器中进行第二次冷却，使蒸发温度上升，降低制冷效果。严重时蒸发器内液体被压缩机再次启动时吸人，易产生液击，损伤压缩机。制冷系统中灌注的制冷剂应适量且准确，与蒸发器容量相匹配。因为制冷剂的灌注量过多或过少都会影响其制冷系统的制冷量。一般制冷系统的制冷剂的灌注量通过设计计
14、算后由型式试验来确定。( 函选用毛细管时，其内径与长度应有一定的比例。若毛细管过短，刚其流动阻力小流量大，毛细管内易混入热蒸汽从而降低制冷效率，也易造成液体倒回到压缩机而产生液击现象；若毛细管过长，则其流动阻力大。造成排气压力过高，而进入蒸发器内的液体量不足，造成吸气压力过低。适当地增加蒸发器的有效容积。在使用毛细管作为节流元件的制冷系统中，适当地增加蒸发器的有效容积，不仅可以骑止液体倒回到压缩机而产生液击现象，而且还可以降低压缩机停机时的平衡压力，减少其启动负荷。制冷系统应保持清洁和干燥，避免水份或杂质的进人。因为毛细管的内径很小，其水份或杂质的进 很容易造成冰堵或脏堵。般对其制玲系统中的部件都有其水份含量和杂质含量的要求，同时在毛细管进口处装有干燥过滤器。 尽量采用回热循环在采用毛细管作为节流元件的小型制冷装置中，一般把靠近蒸发器部分的吸气管和靠近冷凝器部分的毛细管进行并列辅助换热，从而使高压侧液体过冷，压缩机吸人蒸气过热以减少节流损失，防止压缩机液击，提高制冷效率。参考文献I 张祉桔制玲原理与设备) 机械丁业出版社，1 9 8 9 年( 编辑韩彬) 万方数据
