1、压缩空气冷冻干燥系统工作过程热力计算及实验验证黄 ? 虎( 南京师范大学动力工程学院, 210042, 南京)摘要 ?对压缩空气冷冻干燥系统工作过程进行了热力计算, 并对按计算结果设计的压缩空气冷冻干燥系统进行了实验,实验结果与计算的一致性很好, 说明该热力计算方法可用于实际系统设计和设计方案分析.关键词 ?压缩空气, 冷冻干燥, 热力计算中图分类号TU831. 5;TK11+ 2, ? 文献标识码A, ? 文章编号 1672- 1292- ( 2004)01- 0005- 03? 收稿日期: 2003- 12- 10.作者简介: 黄虎, 1962- , 博士、 副教授, 主要从事空调设备等方
2、面研究. E ?mail:Huang- Hu jlonline. com? ? 压缩空气作为重要的动力源, 广泛地应用于机械、 石化、 轻纺、 电力、 食品、 医药和国防等领域. 不同的应用对压缩空气气源质量的要求不同, 文献1 对压缩空气质量划分了不同的等级, 压缩空气中的含水量则是压缩空气质量的重要评价指标. 压缩空气冷冻干燥系统采用冷却的方法除去压缩空气中的水分有着运行成本低和可靠性高的特点, 是压力露点 2? 以上的压缩空气使用场合的首选设备. 本文对压缩空气冷冻干燥系统的工作过程进行了热力计算, 并就以热力计算为基础设计的实际设备进行了实验, 从而验证了热力计算的正确性.1 ? 压缩
3、空气冷冻干燥系统的工作流程压缩空气冷冻干燥系统的工作原理是通过降低被干燥气体的温度, 使压缩空气中的水分析出,从而达到使压缩气体干燥的目的. 按图 1 所示的压缩空气冷冻干燥系统的工作流程, 可将压缩空气冷冻干燥系统的工作分成两个系统流程: 压缩空气流程和制冷剂流程.压缩空气流程为: 进入冷干机的被干燥压缩空气, 先进入预冷器, 在预冷器中与出蒸发器的已干燥低温冷空气进行热交换, 其焓、 温度及含湿量下降, 出预冷器的被干燥压缩空气的压力露点已经降低, 但还未达到干燥的要求. 被干燥气体继续进入蒸发器, 在蒸发器中与制冷剂进行热交换, 温度继续降低, 在蒸发器出口, 其温度达到所要求的压力露点
4、, 出蒸发器的气水混合物进入汽液分离器, 在汽液分离器中分离出析出的水分, 干空气再进入预冷器, 并与进冷干机的热空气进行热交换, 使其温度升高后, 排出冷干机. 若在预冷器与蒸发器之间1. 预冷器; 2. 蒸发器;3. 汽水分离器; 4. 排水防堵过滤器5. 自动排水阀; 6. 制冷压缩机; 7. 冷凝器; 8. 储液器; 9. 电磁阀10. 干燥过滤器; 11. 示液镜; 12. 热力膨胀阀;13. 热气旁通阀14. 气液分离器; 15. 气体过滤器;16. 水量调节器;17. 水过滤器18. 空气压缩机; 19. 后冷却器;20. 流量计图 1? 压缩空气冷冻干燥机工作流程及温度压力测点
5、示意图增加一个汽液分离器, 使在预冷器中析出的水分得以分离, 则效果更好.制冷剂流程为: 压缩机排出的高温、 高压制冷剂气体进入冷凝器, 放出热量, 冷凝为液体, 出冷凝器的液态制冷剂通过节流机构降压、 降温而成为低温的汽液二相状态进入蒸发器. 在蒸发器中与被干燥空气进行热交换而汽化, 过热气体出蒸发器后,进入压缩机进行下一个循环.2? 压缩空气冷冻干燥系统工作过程的热力计算? ? 压缩空气冷冻干燥系统的热力计算是整个系统设计计算的基础, 热力计算的目的是在已知条件?5?第 4卷第 1 期2004 年南京师范大学学报( 工程技术版)JOURNAL OF NANJING NORMAL UNIVE
6、RSITY( ENGINEERING AND TECHNOLOGY)Vol. 4 No. 12004下, 确定压缩空气冷冻干燥系统预冷器热负荷, 蒸发器热负荷, 冷凝器热负荷及被处理气体在各相关键点的状态. 一般进行压缩空气冷冻干燥系统热力计算的已知条件为:( 1) 被处理空气压力/ Pa;( 2) 被处理空气在标准下的体积流量/ ( Nm3/min) ;( 3) 被处理空气进入冷干机的相对湿度/ %;( 4) 被处理空气进入冷干机的温度/ ? ;( 5) 被处理空气需处理到的压力露点/ ? .压缩空气冷冻干燥机的热力计算分为两个部分: 第一部分为压缩空气处理过程的热力计算, 其目的是确定压缩
7、空气冷冻干燥机中预冷器的负荷;第二部分是制冷系统的热力计算, 这是在第一部分的基础上进一步确定压缩空气冷冻干燥机的冷凝器负荷, 及压缩机的压缩功率等.2?1? 压缩空气处理过程的热力计算图2 所示为压缩空气冷冻干燥机压缩空气处理过程的示意图.图2? 压缩空气处理过程示意图压缩空气处理过程热力计算的步骤为:( 1) 确定被处理空气的质量流量 ?m?m =? QN60.( 1)( 2) 计算冷干机进口压缩空气的焓 h1kJ/ ( kg.干)在已知进入冷干机的压缩空气状态 p1、 t1、 ?1的条件下, 可由文献 2 计算:h1= f ( p1, t1, ?1) .( 2)( 3) 计算被处理空气出
8、蒸发器的焓 h3kJ/ ( kg.干)在计算 h3时, 取 p3= p1, ? 3? 点状态的压缩空气的相对湿度为 100% .( 4) 计算压缩空气冷干机预冷器负荷 Qy及蒸发器负荷 QzQy+ Qz=?m( h1- h3)( 3)QyQz= ?( 4)式中: ?为预冷器与蒸发器的能量分配比. ?值取大, 预冷器回收的冷量大, 可减小蒸发器负荷及压缩机容量, 但代来的问题是预冷器造价高及系统的变工况适应性差, 一般 ?的最大值为 1.( 5) 计算压缩空气冷干机被处理空气的出口状态被压缩空气出蒸发器时的含湿量 d3为压力p3, 温度为 t3时饱和状态下气体含湿量, 即:d3= 0?622pq
9、. b(3)p1- pq. b( 3).( 5)假设蒸发器中除去的水分在汽液分离器中得到全部分离, 则出冷干机的被处理压缩空气的含湿量 d4为:d4= d3.( 6)根据能量平衡原理, 进入冷干机预冷器的热气流在预冷器中放出的热量应等于出蒸发器的冷气流在预冷器中获得的热量, 则有:h1- h2= h4- h3( 7)所以 ? h4= h1- h2+ h3( 8)式中: h2= h1-Qy?m.在假设 p4= p1的条件下, 可通过迭代求得被处理压缩空气出冷干机的温度 t4, 进而与( 5) 式的计算类似, 求得被处理压缩空气出冷干机的饱和含湿量 d4, 则出冷干机的被处理空气的相对湿度 ?4为
10、:?4=d4db( 4)? 100%.( 9)2?2?压缩空气冷干机制冷系统热力计算图 3为压缩空气冷干机制冷系统工作过程的压焓示意图.图 3? 压缩空气冷干机制冷系统工作的压焓图制冷系统热力计算的步骤如下:( 1) 确定蒸发温度 tete与被处理压缩空气压力露点 tlp的关系?6?南京师范大学学报( 工程技术版) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 第 4 卷第 1期(2004年)为:te= tlp- ? t( 10)? t 一般取2 5? , ? t 取得小, 蒸发温度高, 蒸发器换热面积大, 反之, 蒸发温度偏低,
11、则蒸发器换热面积小.( 2) 确定冷凝温度 tktk= t - ? t( 11)式中: t 为环境温度和进水温度, 当冷凝器采用风冷时, ? t 一般取 15? , 当冷凝器采用水冷时,? t 一般取 8 10? .( 3) 确定制冷压缩机吸气温度 t1为防止制冷压缩机吸气带液, 一般制冷压缩机的吸气有一定过热度, 过热度一般取5 ? , 则t1= te+ 5.( 12)( 4) 确定制冷系统的过冷温度 t3为保证热力膨胀阀工作稳定及增加单位制冷工质的制冷量, 一般在冷凝器出口需有一定的过冷度 ? tg, ? tg一般以5 8? 为宜, 则过冷温度为:t3= tk- ? tg.( 13)( 5
12、) 确定单位质量制冷量 qm可根据文献 3 确定制冷压缩机进口的焓 h1( kJ/ kg) :h1= f ( p1, t1)( 14)式中: p1为蒸发温度 te对应的饱和蒸汽压力, 由文献 3 可进一步根据过冷温度 t3求得 h3:h3= f ( t3) .( 15)( 6) 求制冷系统制冷剂质量流量 ?mr制冷系统制冷剂质量流量 ?mr为:?mr=Qzh1- h3( 16)( 7) 求制冷压缩机排气状态在已知压缩机吸气状态( p1, t1) 的条件下, 按绝热压缩过程, 可求得绝热压缩条件下压缩机的排气状态 t2, h2. 设压缩机的指示效率为 ?i, 则压缩机排气的实际状态出口焓 h?2
13、为:h?2= h1+h2- h1?i( 17)压缩机的指示功率 Ni可用经验公式计算4:Ni= 1- 0?6 1-p2p1- 0?3.( 18)( 8) 制冷压缩机压缩功率与输入功率制冷压缩机压缩功率 Wi为:Wi=?mr( h2?- h1)( 19)设 ?m为制冷压缩机机械效率, 则制冷压缩机的轴功率 Wz为:Wz=Wi?m( 20)?m一般为 0?75 0?85.压缩空气冷冻干燥机使用的制冷压缩机大多为封闭式制冷压缩机, 设 ?mo为制冷压缩机的电机效率, 则制冷压缩机的输入功率 W 为:W =Wz?mo( 21)?mo一般为0?65 0?85.( 9) 求冷凝器热负荷 Qk制冷系统冷凝器
14、热负荷 Qk为:Qk= m.r( h2- h3) .( 22)3?实验验证与结论根据以上热力计算过程, 设计了 10 Nm3/ h 空气量的压缩空气冷冻干燥系统, 并建立了如图 1 所示的实验台位, 设计结果与实验结果见表 1.表 1? 系统热力计算与实验结果对比表项目计算值实验值压缩空气流量/ (Nm3/ h)1010?12压缩空气压力/Pa800 000822 000压缩空气进气温度/ ?4040?62压缩空气排气温度/ ?28 ?0327?7预冷器热气流温降/ ?12?011?5预冷器冷气流温升/ ?19?117?8蒸发器热气流温降/ ?20?018?7压缩机功率/ kW1 ?521?6
15、预冷器负荷/ kW3 ?843 ?68蒸发器负荷/ kW5 ?094 ?88? ? 由表 1 可看出, 理论的热力计算与实测结果吻合很好, 其理论计算结果可靠性高, 可以作为压缩空气冷冻干燥系统设计的依据. 参考文献1 GB/ 13277/T- 91 一般用压缩空气质量等级S.2 赵荣义. 空气调节 M . 北京: 中国建筑工业出版社,1994.3 陈德雄. 制冷工质热力性质计算J . 流体工程, 1988(5) : 51 57.4 陆亚俊, 马最良, 姚杨. 空调工程中的制冷技术M. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学出版社, 2001.( 下转第 45页)?7?黄虎: 压缩空气冷冻干燥系统工作过程热
16、力计算及实验验证5 ? 结束语目前, 采用网络技术进行招标投标已经成为一种趋势, 但是招标投标的种类、 规模不同, 具体操作的内容和操作的方法也就不相同, 应根据招标投标的实际情况进行深入细致的分析研究, 适当考虑原来人工操作方式和管理模式进行设计, 就能得到一个实用高效的系统. 系统设计的目标就是最大限度地方便和满足用户需要. 参考文献1 肖永顺. Delphi 程序设计M . 北京: 人民邮电出版社,2000.2 杨峰. Delphi 编程指南M . 北京: 人民邮电出版社,2000.3 沈兆阳. Java 与XML 数据库整合应用M . 北京: 清华大学出版社, 2002.The Rea
17、lization and Design of the Bidding MISof Mechanical and Electrical EquipmentZheng Aqi, Gao Jie, Luan Lihua( College of Mathematics and Compter Sciences, Nanjing Normal University, Nanjing 210097, PRC)Abstract: The bidding MIS of the mechanical and electrical equipment is developed by adopting Delphi
18、6. The paper introduc ?es the structure, the design, the main functions as well as the safety of the system.Key words: mechanical and electrical equipment, bidding, MIS 责任编辑: 刘健( 上接第 7页)Thermodynamic Calculation and Experimental Demonstrationfor Compressed Air Refrigeration DryerHuang Hu(School of P
19、ower Engineering, Nanjing Normal University, Nanjing 210042, PRC)Abstract: The thermodynamic calculation and experiment for compressed air refrigeration dryer is accomplished. The experi?mental results have been identical to the calculation results, proving that the method of thermodynamic calculation is useful forthe design of compressed air refrigeration dryer.Key words: compressed air, refrigeration dryer, thermodynamic calculation 责任编辑: 刘健?45?郑阿奇, 等: 机电设备招标投标管理信息系统的设计和实现
