概述:
溴冷机之所以能快速发展,是由于它具有运行平稳、噪声低、能量调节范围广、维护操作简便等一系列优点;更为重要的是,除可利用蒸汽、热水等热能外,还可利用工业余热、废热、太阳能、地热等低品位能源为动力。与其它类型的制冷机相比,溴冷机具有下述特点:
(一)以热能为动力,电能耗用较小,且对热源要求不高,能利用各种低势热能和废汽、废热,如高于20KPa (0.2kgf/cm2) 表压饱和蒸汽、高于75℃的热水以及地热、太阳能等,有利于热源的综合利用。具有很好的节电、节能效果,经济性好。
(二)整个机组除功率很小的屏蔽泵外,没有其他运动部件,振动小、噪声低,运行比较安静。
(三)以溴化锂溶液为工质,机器在真空状态下运转,无臭、无毒、无爆炸危险、安全可靠、无公害;有利于满足环境保护的要求。
(四)冷量调节范围宽。随着外界负荷变化,机组可在10~100%的范围内进行冷量的无级调节。即使低负荷运行,热效率几乎不下降,性能稳定,能很好适应负荷变化的要求。
(五)对外界条件变化的适应性强。如标准外界条件为:蒸汽压力5.88×105Pa (6kgf/cm2)表压,冷却水进口温度32℃,冷媒水出口温度10℃的蒸汽双效机,实际运行表明,能在蒸汽压力(1.96~7.84)×105Pa(2.0~8.0kgf/cm2)表压,冷却水进口温度25~40℃,冷媒水出口温度5~15℃的宽阔范围内稳定运转。
(六)安装简便,对安装基础要求低。机器运转时振动小,无需特殊基础,只考虑负荷即可。可安装在室内、室外、底层、楼层或屋顶。安装时只需作一般校平,按要求连接汽、水、电即可。
(七)制造简单,操作、维修保养方便。机组中除屏蔽泵、真空泵和真空阀等附属设备外,几乎都是换热设备,制造比较容易。由于机组性能稳定,对外界条件变化适应性强,因而操作比较简单。机组的维修保养工作,主要在于保持气密性。
溴化锂吸收式制冷机工作原理:
溴化锂吸收式制冷机工作条件:
1)机组内部为近乎真空的状态;
2)溴化锂水溶液具有很强的吸水性。
溴化锂吸收式制冷机的循环:
1)溴化锂溶液的循环;
2)制冷剂水的循环。
为何热量可生成冷水:
蒸发器内的冷剂水吸收系统管内冷水的热量蒸发,被吸收器内溴化锂浓溶液吸收,溶液浓度变稀。

吸收器内的稀溶液通过溶液泵导入到发生器,由蒸汽加热使溶液浓缩,浓度变浓,浓溶液返回吸收器吸收冷剂水,蒸发分离出的冷剂蒸汽被冷却水冷凝,凝结成冷剂水返回蒸发器。

单效吸收冷冻机:

 

主要部件及功能:

蒸汽型双效机组由高压发生器、低压发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、高温热交换器、低温热交换器及凝水回热器等换热设备、屏蔽泵、阀门、电控箱组成。整台机组属二筒结构,低压发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器为主筒体,其中低压发生器—冷凝器位于主筒体上部份,蒸发器—吸收器位于主筒体下部份,高压发生器为另一筒体。
1、高压发生器:主要作用是将0.25~0.8MPa(表)工作蒸汽通入传热管内,加热管外的溴化锂溶液,使溶液得到热量而沸腾,产生冷剂蒸汽,随着质量的传递,溶液被浓缩,所产生的冷剂蒸汽则作为低压发生器的热源。再一次加热低压发生器中的溴化锂溶液,产生第二股冷剂蒸汽,这就是两效的涵意。
2、低压发生器:利用高压发生器产生的高温冷剂蒸汽来加热管外溶液,产生第二股冷剂蒸汽。
3、冷凝器:冷凝器为冷凝冷剂蒸汽的设备,管内通以冷却水,冷剂蒸汽在管子外表面凝结,凝结后的冷剂水由水盘进入蒸发器。
4、蒸发器:蒸发器为制取冷量的设备,通过冷剂水的蒸发,吸收冷媒水的热量,降低其温度,达到制冷目的。通常冷剂水在管外蒸发,管内通以冷媒水,冷媒水放出热量后温度降低。
5、吸收器:吸收器是溴化锂吸收式制冷机中用以吸收冷剂蒸汽的重要设备,蒸发器中的冷剂蒸汽若不能及时被吸收,真空度就不能保持,蒸发过程将无法持续进行。
6、溶液热交换器:高低温溶液热交换器都是以温度高的浓溶液将热量传给温度低的稀溶液,从而减轻发生器和吸收器的热负荷。
7、凝水回热器:作用在于使高压发生器出口高温凝水与稀溶液进行热交换,降低凝水的出口温度,同时提高进入低压发生器稀溶液的温度,进一步提高机组的热效率。
吸收式制冷机工作过程:

并联双效用吸收式冷冻机:

制冷循环:
蒸汽两效溴化锂吸收式冷水机组工作原理如制冷循环原理图所示。冷暖切换阀F1、F2处于关闭状态。吸收器出口稀溶液,由溶液泵输送,经过低温热交换器、高温热交换器加热后进入高压发生器。在高压发生器中,稀溶液被燃烧器输入的热量加热沸腾,产生高压、高温冷剂蒸汽,溶液被浓缩成中间溶液。
中间溶液,经高温热交换器进入低压发生器。被来自高压发生器内的高压、高温冷剂蒸汽加热,产生冷剂蒸汽,溶液进一步浓缩成浓溶液。
高压发生器中产生的高压、高温冷剂蒸汽,加热低压发生器的中间溶液后,凝结成冷剂水,经节流后,压力降低,与低压发生器中产生的冷剂蒸汽一起,进入冷凝器被冷凝器中的冷却水冷却,成为与冷凝压力相对应的冷剂水。
在冷凝器中产生的冷剂水,经U形管节流后进入蒸发器。由于蒸发器中的压力很低,便有部分冷剂水蒸发,而大部分冷剂水由冷剂泵输送,喷淋在蒸发器管簇上,吸收在管内流动的冷水的热量而蒸发,使管簇内冷水的温度降低,从而达到制冷的目的。
由低压发生器出来的浓溶液流经低温热交换器进入吸收器,喷淋在吸收器管簇上,被在管内流动的冷却水冷却,温度降低后,吸收来自蒸发器的冷剂蒸汽,成为稀溶液。这样,浓溶液不断地吸收蒸发器中冷剂水蒸发而产生的冷剂蒸汽,使蒸发器中的蒸发过程不断地进行。因吸收来自蒸发器中冷剂蒸汽而变稀的溴化锂溶液,再由溶液泵送往高压发生器沸腾、浓缩。这样便完成了一个制冷循环。过程如此循环不息,蒸发器就能不断地输出低温冷水,供空调或生产工艺降温之用。


制暖循环:
蒸汽两效溴化锂吸收式冷水机组的采暖流程如制暖循环原理图所示,冷暖切换阀F1、F2、F14开启,F10、F13关闭,冷却水回路和冷剂水回路停止运行,冷水回路转换为热水回路。吸收器、冷凝器、低压发生器、高温热交换器、低温热交换器停止工作。吸收器中的稀溶液由溶液泵输送到高压发生器,被加热浓缩。所产生的冷剂蒸汽经管道和阀F1进入蒸发器,在蒸发器管簇上冷凝,加热在蒸发器管簇内流动的热水。凝结下来的冷剂水,由蒸发器水盘溢出,进入吸收器。高压发生器中的浓溶液经阀F2进入吸收器,并和进入吸收器的冷剂水混合成稀溶液。稀溶液由溶液泵送入高压发生器加热。这样往复循环达到采暖目的。


工作特征:
以加热蒸汽压力为0.4MPa(表)、冷水出口温度为10℃的两效机组为例,当工作蒸汽压力、冷水出口温度、冷却水进口温度等外界参数变化时,蒸汽两效机的制冷量也随之变化。
1、工作蒸汽压力与制冷量的关系。
当其它条件不变,蒸汽压力偏离设计值0.1MPa时,机组的制冷量约变化9~11%。
2、冷媒水出口温度与制冷量的关系。其它条件不变,当冷媒水出口温度偏离设计值1℃时,机组的制冷量变化约为6~7%。
3、冷却水进口温度与制冷量的关系。
其它条件不变,当冷却水进口温度偏离设计值1℃时,机组制冷量约变化5~6%。
值得指出的是,外界参数偏离设计值当朝着降低制冷量的方向变化时,偏离值越大。例如:蒸汽压力设计值为0.6MPa(表)的机组,当工作蒸汽压力低于0.4MPa(表)后,蒸汽压力每降低0.1MPa(表),制冷量降低的幅度将超过11%,达20%左右,而当外界参数朝着增加制冷量的方向变化时,超过某一范围后,制冷量增加的幅度下降,甚至不再增加。例如:冷水出口温度设计值为10℃的机组,超过13℃后,继续提高冷水出口温度,制冷量的增加就不太明显了。
电气系统、隔热、保温及仪表安装:
1、电气系统:机组中屏蔽泵、真空泵以及有关自控设备的电气线路,一般已在出厂前接好,电控箱也随机出厂,使用时只要把电源接入电控箱即可。
电源接通后,屏蔽泵的转向可根据运转时泵的声音及电源的大小来判断,转向不对时通过改换接线来调整。
2、隔热保温:为了提高机组的热效率,通常应对工作蒸汽、冷媒水管道,以及机组中的高、低压发生器,高、低温热交换器、蒸发器等部位进行隔热保温。一般管路的保温工作在安装管路时进行,保温材料可用硅藻石棉、玻璃纤维、聚苯乙烯泡沫塑料等。
3、仪表安装:机组运转或性能测试所需的仪表及安装位置,如下表所示。
测试仪表及安装位置

溴化锂溶液的性质:
1、一般性质
溴化锂溶液由固体溴化锂溶解于水中而成。通常,由氢溴酸和氢氧化锂通过中和反应来制取:HBr + LiOH —→ LiBr + H2O
由于锂和溴分别属于碱金属和卤族元素,因此可以想象它的一般性质与食盐 (NaCl) 相似,在大气中不变质,不分解,不挥发,是一种稳定的物质。未添加缓蚀剂 (Li2CrO3 ) 前,溴化锂溶液是无色透明液体,无毒,入口有咸苦味,溅在皮肤上微痒。添加铬酸锂后呈微黄色。
溴化锂溶液的质量直接影响溴化锂吸收式制冷机的性能,因此,应对它的质量指标进行严格控制,一般应达到下列技术指标:
(1)浓度:50±1%
(2)碱度:PH值在9.0~10.5的范围内
(3)铬酸锂含量:~0.2%
(4)杂质最高含量:

2、溶解度
溴化锂在水中的溶解度很高,常温下饱和溶液的浓度约为60%。在一定的浓度下,随着温度的降低会有晶体析出;同样,在一定温度下,随着浓度的升高也会有晶体析出。这在溴化锂制冷机的运行过程和停机期间必须十分注意,以防止结晶事故的发生。

3、比重
溴化锂溶液的比重比水大,其数值与溶液的浓度和温度有关,如附上图所示。只要测得溶液的比重和温度,便可利用附图的比重上图表,查得溶液的浓度。
4、比热
溴化锂溶液的比热较小。比热小,发生过程中所需加给溶液的热量较小,吸收过程中所必须从溶液中带走的热量也较小。因此,有利于提高溴化锂吸收式制冷机的热力系数。
5、水蒸汽分压
溴化锂溶液的水蒸汽分压很低,因此吸水性强。即对于蒸汽来说,溴化锂溶液是一种很好的吸收剂。它具有吸收温度比它低得多的水蒸汽的能力。
6、腐蚀性
溴化锂溶液对普通金属材料有较强的腐蚀性,尤其在有氧的条件下,腐蚀相当严重。因此,隔氧是防腐的根本措施。此外,在溶液中添加适量的铬酸锂并把它的PH值保持在9.0~10.5的范围内,也是必不可少的措施。
7、使用过程中要避免直接接触皮肤,防止溅入眼内,也不要用口尝。
溴化锂制冷系统的调试:
调试工作要以制冷机组为主进行。机组调试分以下几个阶段:气密性检查、水洗和灌注溴化锂溶液、工况调试、整理数据。
1、气密性检查
众所周知,溴冷机是依赖于筒体内的低压状态和溴化锂溶液的热力循环而达到制冷目的的。因而在蒸发器内部,就需要创造一个压力较低而又相对稳定的空间。蒸发器内压力越低,冷媒水出口温度越低。
在制冷机热力循环中,有两类气体:一种是可以凝结和蒸发即能被溴化锂溶液所吸收的水蒸汽,即可凝性气体;另一种是不能凝结和蒸发也不能被溶液所吸收的气体 (如氮气、氢气、氧气等),即不凝性气体。
根据腐蚀机理,在有不凝性气体特别是氧气存在的情况下,溴化锂溶液是一种极为强烈的氧化剂,因此,隔绝氧气是最有效的防腐措施。
此外,机组的漏气还将给正常运行带来一系列的弊病。首先,吸收器内的喷淋溶液由于吸收不良而导致发生不足;液位不稳,吸收器内吸空;蒸发器内冷剂水越积越多;从发生器流回到吸收器的浓溶液浓度提高,从而使循环溶液形成结晶的危险。另一方面,由于腐蚀产生的铁锈难免进入屏蔽泵体内,堵塞泵内的润滑冷却管段,造成屏蔽电机壁面温度上升甚至烧毁电机;同时,一旦过滤装置失效,进行泵内的铁质将加速石墨轴承的磨损速度,使其瘫痪。
综上所述,溴化锂制冷机对气密性的要求是非常严格的,它是关系到制冷机组能否正常运行的大事。如果说隔氧是保证机组正常运转和延长使用寿命的最有效措施,那么检漏则是做好隔氧工作的前提条件。
气密性检查的工作程序是:正压找漏→补漏→正压检漏→负压检漏……直至机组气密性达到合格为止。
1.1 正压检漏
正压检漏就是向机体内充以一定压力的气体,以检查是否存在漏气部位。根据力平衡原理,如果机组内漏气,压入的气体势必从泄漏处向外排出,向压力平衡的状态转移。严格说,机组漏气是绝对的,不漏是相对的。这就要求找漏人员应耐心、细致地做好找漏工作。
准备工作:
(1)工具,常用的找漏工具有:毛刷、橡皮吸球、小桶、肥皂水、空气压缩机 (或氮气)等。
(2)人员,找漏人员以不超过4人为宜,每两人为一组,以免出现漏检。
打压
打压分两种情况:一种是利用空气压缩机直接充入空气至相应压力,这种情况仅限于未灌注溶液的新机组;另一种是氮气打压,即向机体内充入高压的氮气,这不仅适用于调试工作,更适用于机组内有溴化锂溶液情况下的找漏工作。
(1)空气压缩机打压,打压时应用无水、无油的压缩空气。按照空压机→胶管→机组的顺序连接好,将两端的胶管接口用铅丝扎牢,以免自动崩落;接好测压仪表(一般为U形水银压差计),即可启动空压机进行打压。考虑到机组的某些部件(如胀口等)承压强度较低以及机组运行工作压力不高的缘故,打压终了的表压值不宜超过0.1MPa(750mmHg),一般为0.067~ 0.09MPa(500 ~ 700mmHg)。停止空压机并关闭机组的进气阀门,打压即告完成。
(2)氮气打压,如果机组存有溶液,应事先将机组内抽气至最高极限,然后对其充气。充气口宜选在抽气管路上,这是由于机组均设有自动抽气装置,如果从其它部位进气,机体内出液后残余的溴化锂溶液有可能被压入抽气管路中,当再次抽气时难免将溶液吸入真空泵腔,造成真空泵油污染而损坏泵件。充气至超过平压时可出液,待出净后再继续升压。无溶液的机组可省略以上步骤。使用氮气打压前按使用氧气的同样方法装好气压表和输气管,机组的一端暂时不接,迅速打开氮气瓶开口处的旋母,使气压表工作,慢慢打开气压表出口处的针阀,将管内的空气顶出,然后将输气管口与机组相应的管口相接,打开机组阀门,逐渐加大输气量,至气压达到要求为止。
检漏:
为了做到不检漏,可把机组分成几个单元进行,譬如:
A组——高、低压发生器及冷凝器壳体;
B组——吸收器、蒸发器壳体;
C组——溶液热交换器、凝水回热器、抽气装置壳体;
D组——管道;
E组——法兰、阀门、泵体;
F组——传热管。
对A、B、C、D四个单元可直接用肥皂水涂涮在壁面上(尤其是焊缝),看有无连续的气泡生成;E组部件可用塑料布兜水,沉浸或涂涮肥皂水相结合的方法进行;查找传热管可分两步完成:一是传热管与管板胀口,直接涂涮肥皂水即可,二是铜管本身的检查,可选用合适的橡胶塞堵住管子的一端,另一端涂涮肥皂水观察。对于高、低压发生器至少有一端封死故不做铜管检查。
凡漏气部位必须采取补漏措施直至复查时不漏为止。
1.2 补漏:
补漏工作在泄压后完成,对金属焊接的砂眼、裂缝等处应采取补焊方式:传热管胀口松胀可用胀管器补胀;管壁破裂可换管或两端用铜销堵塞;真空隔膜阀的胶垫或阀体泄露应予以更换。视镜法兰衬垫及特殊部位金属出现裂痕,可采用如下补救措施。
视镜法兰衬垫:
为了观察液位的喷淋情况,溴化锂制冷机各筒体的相应位置上均设有玻璃视镜检查孔。视镜法兰比通用法兰薄,法兰与玻璃视镜接触平面分有水线和无水线两种,中间加衬垫。一般随机的衬垫有耐温橡胶、高温石棉纸板和聚四氟乙烯几种。在静态下打压找漏时法兰衬垫不漏气,但在机组运行中,由于受热膨胀,特别是经过多次的关、开车,高、低压发生器会出现从衬垫和视镜间隙向内漏气的现象,这是由于衬垫材料在运行中受热膨胀而停机又冷缩的缘故。
一般成系列定型生产的制冷机组毋需另行设计更换法兰。如需改制,可参考《真空管道附件》一书。若机组内侧法兰平面不平或有纵向刻痕,应用专用铣刀修整其平面并更换衬垫。内法兰平面无水线,可选用2mm厚的聚四氟乙烯垫(不宜过宽,可买板材自行加工),加垫时在机组一侧法兰平面的衬垫上涂一层薄薄的真空脂,紧固螺钉装上视镜即可;对于有水线的法兰平面,可采用耐温性能较好的氟胶板,当温度高达200℃时仍能保持较好的弹性。衬垫的尺寸与通用胶垫相同。紧固玻璃视镜法兰螺栓或螺钉时务必注意:对角紧固使玻璃平面受力均匀,不然不仅会压裂玻璃,也容易造成漏气。
特殊部位的处理:
机组有的部位发现裂痕或砂眼不好补焊(如屏蔽泵的铸铁壳体),则可用一些铁末与某种树脂(如102粘合剂),按一定比例混合后涂抹在裂痕处即可生效。
补漏后可再行打压,待压力稳定一定时间(尽可能长)后再检查,如仍有泄漏还需再行找漏,直到无明显泄漏为止。
1.3 负压检漏
找漏和补漏合格,并不意味着机组绝对不漏。实践证明:有的漏气机组在表压低于2×104Pa(150mmHg) 时仍有泄漏,只不过泄露速度非常缓慢而已。由于制冷机组的大部分热质交换过程均在真空下进行,因此,高真空的负压检漏结果,才是判定机组气密性程度的唯一标准。
真空检漏仪表
常用的为U形水银差压计和与之配合使用的大气压力计,此外还有U形真空计和旋转式真空计(麦氏真空计)等。U形水银差压计的量程应不低于1000mm;气压计有定槽式、动槽式和空盒式几种。U形真空计和旋转式真空计均能直接读出机组内的绝对压力值,误差更小,使用更为直观精确。但要注意压力不得超出使用范围。
静、动状态下的真空判断方法:
(1)静止状态下真空判断方法
静止状态下判断真空度有两种情况:一是水洗前的干燥状态,二是存有溶液但无热力工况的状态。
① 干燥状态
在干燥状态下,达到彻底检漏的最有效措施是,将机体内所有的气体抽净,使其达到或接近完全真空状态。这须具备两个条件:一是机组气密性好,找漏彻底;二是熟练掌握抽气技术。抽气时应注意:间断地开启真空泵,以防泵体内温度过高影响其抽气性能;及时更换乳化的真空泵油;注意屏蔽泵表面不结露,因当抽气至一定程度时有可能泵体内存有顺水而结露,这时可用蒸汽或热水加热其表面(注意接线端不要进水),促使水分蒸发。
空气抽净的标志是机组真空度(Pv)接近大气压(B),或绝对压力(P)近似为零。即Pv= B或P = O。此时,机体内的气体分子已经微乎其微,压力几乎不受环境温度的影响。若测压时间为24h,初始压力为P1,终了压力为P2,则应满足:
△P=P1-P2≤-26.6Pa(0.2mmHg)
视为合格。△P越小,气密性程度越高。如果△P超过上述数值,则应泄压重新打压找漏。
② 机组中存有溶液的真空判断
由于溴化锂溶液的腐蚀和材料的热胀冷缩等原因,漏气现象随时有可能发生,当水洗和取样时,也很难将机体内的杂质放净,底部残渣有可能卡在真空隔膜阀的阀瓣上,再次造成漏气。因此要加强机组停机后的维护保养。
就溴化锂溶液而言,停机后,蒸发器和U形管内的积水逐渐被溶液所吸收,最后形成了蒸发和吸收率相等的动态平衡状态,只要不运转溶液泵,不抽气,动态平衡就可能维持下去。

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