冷媒管路系统设计.pptx
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1、1.設計考慮 2.管內流速 3.冷媒管徑與流量需求 4.冷媒管徑的決定 5.管路設計6.總結 冷媒管路系統設計1.設計考慮 冷凍系統管路設計需要考慮下列因素:冷凍系統管路設計需要考慮下列因素:確保適當冷媒供應至蒸發器確保適當冷媒供應至蒸發器避免冷媒管路產生過大壓損避免冷媒管路產生過大壓損,降低系統的容量與效率降低系統的容量與效率 避免潤滑油滯留在蒸發器或吸氣管路中避免潤滑油滯留在蒸發器或吸氣管路中 ,而隨後以而隨後以slugslug的型式返回的型式返回,對壓縮機造成損傷對壓縮機造成損傷確保冷凍油能持續返回壓縮機確保冷凍油能持續返回壓縮機 防止壓縮機在運轉停機期間或起動時防止壓縮機在運轉停機期間
2、或起動時,冷媒液吸入壓冷媒液吸入壓縮機縮機 維持乾淨及乾燥的冷凍系統維持乾淨及乾燥的冷凍系統 2.管內流速 R-22,R-134a,R-502 R-22,R-134a,R-502冷媒管路建議流速冷媒管路建議流速吸氣管吸氣管4.5 20 m/s 4.5 20 m/s 排氣管排氣管10 18 m/s10 18 m/s 液管液管(冷凝器至儲液器冷凝器至儲液器)0.5 m/s 0.5 m/s 以下以下液管液管(儲液器至蒸發器儲液器至蒸發器)1.5 m/s 1.5 m/s 以下以下3.冷媒管徑與流量需求 圖圖1.R-221.R-22每每KWKW冷凍所需冷媒流量冷凍所需冷媒流量4.冷媒管徑的決定 選擇吸氣
3、管徑時必須考慮的因素-壓降 在選擇冷媒管徑時,應考慮吸氣管路壓力損失對壓在選擇冷媒管徑時,應考慮吸氣管路壓力損失對壓縮機能力與耗電量的影響。縮機能力與耗電量的影響。冷媒管路壓降會造成系統效率降低,因此必須在最冷媒管路壓降會造成系統效率降低,因此必須在最小的成本與最大的效率考量下來選擇正確的管徑。小的成本與最大的效率考量下來選擇正確的管徑。壓降計算係由冷媒飽和溫度變化之相當壓力決定,壓降計算係由冷媒飽和溫度變化之相當壓力決定,在選擇冷媒管徑時,冷媒排氣管、吸氣管或液管之在選擇冷媒管徑時,冷媒排氣管、吸氣管或液管之壓降通常不得超過壓降通常不得超過1 K1 K。氣體管路壓降對氣體管路壓降對R-22R
4、-22壓縮機能力及耗電量的影響壓縮機能力及耗電量的影響壓降損失壓降損失K K壓縮機能力壓縮機能力%耗能耗能%吸氣管吸氣管0 100100196.8104.3293.6107.3排氣管排氣管0100100199.2102.7298.4105.7v液管液管的壓降不得太大以免產生氣體,通常液管由於液管的壓降不得太大以免產生氣體,通常液管由於摩擦所造成的壓降不得超過相當於飽和溫度摩擦所造成的壓降不得超過相當於飽和溫度0.51 K0.51 K變化。變化。液體過冷是唯一可以克服壓降問題確保液體流入膨液體過冷是唯一可以克服壓降問題確保液體流入膨脹閥,但是若過冷度不足,則液體同樣會產生閃氣,脹閥,但是若過冷度
5、不足,則液體同樣會產生閃氣,並且降低系統效率。並且降低系統效率。通常液體壓降是由管路配件所造成,例如電磁閥、通常液體壓降是由管路配件所造成,例如電磁閥、乾燥過濾器、手動閥、貯液器至膨脹閥間的管路及乾燥過濾器、手動閥、貯液器至膨脹閥間的管路及配件等。配件等。v液管在在4040的冷凝壓力下,的冷凝壓力下,0.5 K0.5 K飽和溫度變化之液管壓飽和溫度變化之液管壓降約略如下:降約略如下:液管若裝置上升管,則每上升液管若裝置上升管,則每上升1 m1 m約有約有11.3 kpa11.3 kpa壓力壓力損失損失 。冷媒 壓降 kPa R-22 18.7 R-134a13.6R-50219.4表表3.R-
6、223.R-22冷媒排氣管、吸氣管及液管冷媒排氣管、吸氣管及液管kWkW容量表容量表(單或高壓段應用單或高壓段應用)表表3 3 使用注意事項使用注意事項vR22R22冷媒管路的容量表說明冷媒管路的容量表說明 表表3 3 說明說明R-22R-22冷媒在特定壓降下,管徑大小所能承冷媒在特定壓降下,管徑大小所能承載的冷凍能力。表中排氣管及液管之冷凍能力是基載的冷凍能力。表中排氣管及液管之冷凍能力是基於相當於相當0.02 K0.02 K飽和溫度變化飽和溫度變化(t)(t)下,每公尺等效長度下,每公尺等效長度的摩擦損失,而吸氣管是基於的摩擦損失,而吸氣管是基於0.04 K0.04 K的變化。的變化。容量
7、表是以容量表是以Darcy-WeisbachDarcy-Weisbach關係式及依關係式及依ColebrookColebrook方方程式所計算出的磨擦係數為基準。銅管及鋼管的粗程式所計算出的磨擦係數為基準。銅管及鋼管的粗糙高度分為以糙高度分為以1.5 um1.5 um及及46 um46 um計;排氣管的過熱溫計;排氣管的過熱溫度在度在R-134aR-134a及及R-502R-502冷媒以冷媒以45 K45 K計,而計,而R-22R-22冷媒以冷媒以60 K60 K計。計。v液管液體過冷是克服液體管路壓降,確保液態冷媒在進入液體過冷是克服液體管路壓降,確保液態冷媒在進入 膨脹閥不會閃蒸膨脹閥不會
8、閃蒸(flash)(flash)的唯一方法的唯一方法例題1.採用銅管之R-22冷凍系統,在5蒸發溫度及40冷凝溫度下運轉,冷凍容量14 kW,液管等效長度50 m,上升管6 m,求液管管徑及所需的過冷度。解:由表3得知1 K損失之液管管徑為15 mm OD,利用表3中註3公式計算在14 kW之實際溫度損失。實際溫度損失為(50*0.02)*(14/21.54)1.8=0.46 K 估計摩擦損失 =0.46*18.7=8.6 kPa 上升管壓降=6*11.3=67.8 kPa總壓降=67.8+8.6=76.4 kPa 40冷凝溫度之飽和壓力為1534.1 kpa,因此液管最初壓力為 1534.1
9、 kpa 膨脹裝置之壓力為 1534.1 76.4=1457.7 kPa,其對應之飽和溫度為37.9。克服液管損失所需過冷度為 40 37.9=2.1 K v吸氣管 在全載時,要有最小的壓降;在全載時,要有最小的壓降;在最低載時,要考慮蒸發器回油到壓縮機;在最低載時,要考慮蒸發器回油到壓縮機;要防止冷凍油自運轉的蒸發器流到停機的蒸發要防止冷凍油自運轉的蒸發器流到停機的蒸發器內。器內。吸氣管的壓降會造成系統容量降低,因為為維吸氣管的壓降會造成系統容量降低,因為為維持盤管所需之蒸發溫度,迫使壓縮機必須在較持盤管所需之蒸發溫度,迫使壓縮機必須在較低的吸氣壓力下運轉。在最低載時,要考慮蒸低的吸氣壓力下
10、運轉。在最低載時,要考慮蒸發器回油到壓縮機;發器回油到壓縮機;在決定管徑時,吸氣管壓降通常不可超過相當在決定管徑時,吸氣管壓降通常不可超過相當於於1 K1 K飽和溫度的變化。飽和溫度的變化。部份負載時要減少管徑以增加流速,使油能隨部份負載時要減少管徑以增加流速,使油能隨著流回壓縮機。全載時會有較大的壓降,所以著流回壓縮機。全載時會有較大的壓降,所以在水平管及下行管部份要考慮加大管徑,以補在水平管及下行管部份要考慮加大管徑,以補償過大的壓降。償過大的壓降。v吸氣管v吸氣管 5飽和吸入溫度之相當壓降約略如下:冷媒吸入損失 K壓降 kPaR-22118.1R-134a112.2R-502119.7v
11、吸氣管 R-22R-22吸氣管相當吸氣管相當0.020.02及及0.01K/m0.01K/m壓降壓降kWkW容量表容量表(單或高壓段應用單或高壓段應用)v排氣管 排氣管壓降會增加壓縮機的耗電量及減少壓縮機能排氣管壓降會增加壓縮機的耗電量及減少壓縮機能力。力。設計排氣管管徑要使壓降最少,且在任何負載時,設計排氣管管徑要使壓降最少,且在任何負載時,仍具有回油速度以避免油滯留在管內。仍具有回油速度以避免油滯留在管內。排氣管壓降設計,通常不可超過相當於排氣管壓降設計,通常不可超過相當於1 K1 K飽和溫飽和溫度變化。度變化。v閥體及配件的等效長度 在冷媒管容量表中所表示的皆為直管的等效長度,所以為方便
12、計算壓在冷媒管容量表中所表示的皆為直管的等效長度,所以為方便計算壓降,所有管路上的閥體及配件皆需換算成同尺寸的直管等效長度。降,所有管路上的閥體及配件皆需換算成同尺寸的直管等效長度。閥體及配件的等效長度計算例閥體及配件的等效長度計算例例題2.容量105 kW之R-22系統,在5吸入溫度及40的冷凝溫度下運轉,管路材質為銅管,直管長15 m及6個長半徑彎頭,試求其吸入管管徑及壓降。計算步驟:假設管路的等效長度(含直管、閥體及配件)=直管全長乘1.5倍,所以假設的總等效長度為15*1.5=22.5 m。查表3(5吸氣溫度,40冷凝溫度)得知,管徑54 mm OD在0.04 K/m損失下,能力為12
13、2.7 kW。直管等效長度為 15m每個50 mm長半徑彎頭等效長度為1 m(表10)6個長半徑彎頭等效長度為6*1 m=6m總等效長度為15+6=21 m實際溫差 t =0.04*21*(105/122.7)1.8=0.63 K而0.63 K低於所建議的1 K以下。若管徑改為42 mm,則經過上述重新計算 t=2.05 K,大於1 K,壓降太大,因此54 mm是適合的管徑。5.管路設計 v潤滑油循環潤滑油循環 在碳鹵化合物冷媒低溫冷凍系統中,較難將潤滑油在碳鹵化合物冷媒低溫冷凍系統中,較難將潤滑油自蒸發器流回壓縮機內,除了多數的離心機及少數自蒸發器流回壓縮機內,除了多數的離心機及少數不需潤滑
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