什么是氣液分離器?氣液分離器的分離原理及設計要求
制冷系統(tǒng)除了壓縮機、冷凝器、節(jié)流裝置、蒸發(fā)器四大件外還有很多附屬部件,比如氣液分離器。汽液分離器有時也稱作低壓儲液器,它對系統(tǒng)的低壓側提供額外的內部容積,可以暫時儲存多余的制冷劑液體,并且也防止了多余制冷劑流到壓縮機曲軸箱造成油的稀釋。
汽液分離器在啟動、運行或融霜(熱泵)后制冷劑液體返回時對壓縮機保護,主要通過分離并保存回氣管里的制冷劑液體來實現(xiàn)保護。
由于在分離制冷劑液體過程中,冷凍油也會被分離出來并積存在氣液分離器底部,所以在氣液分離器出口管和底部會有一個油孔,保證冷凍油可以回到壓縮,從而避免壓縮機缺油。
值得注意的是,非共沸制冷劑系統(tǒng)中不應使用汽液分離器。
氣液分離器VS儲液器
氣液分離器是氣體和液體分離的裝置,用來防止液體液擊壓縮機,保證壓縮機安全正常運轉,特別是在大型制冷裝置中更為重要。相對來說,儲液器專門用來儲存制冷劑液體,提供制冷系統(tǒng)循環(huán)所需的供液量,家用微型制冷系統(tǒng)不會設置,小型以上的制冷裝置中才會設置儲液器。
按照制冷工程的工藝流程,儲液器必須(也只能、只有)安裝在冷凝器之后,調節(jié)閥(節(jié)流閥、膨脹閥)之前。
而氣液分離器,必須安裝在蒸發(fā)器后,進入壓縮機前,為防止系統(tǒng)制冷劑過多、蒸發(fā)器未完全蒸發(fā)的過潮過濕帶顆粒性的混合氣體、或氣體中可能夾帶的潤滑油而專設的分離容器,有效地保護壓縮機。
氣液分離器的分離原理
制冷裝置中的氣液分離器采用的分離結構型式很多。其分離方法也有重力沉降;折流分離;離心力分離;絲網(wǎng)分離;超濾分離;填料分離等等。
其分離原理可分為兩種:
一、利用組分質量(重量)分離
利用組分質量(重量)不同對混合物進行分離(如重力沉降;折流分離;離心力分離;填料分離等等分離方法)。氣體與液體的密度不同,相同體積下氣體的質量比液體的質量小。
這里著重介紹一下重力沉降
重力沉降原理: 由于氣體與液體的密度不同,液體在與氣體一起流動時,液體會受到重力的作用,產(chǎn)生一個向下的速度,而氣體仍然朝著原來的方向流動,也就是說液體與氣體在重力場中有分離的傾向,向下的液體附著在壁面上匯集在一起通過排放管排出。
1、重力沉降的優(yōu)缺點
優(yōu)點:1)設計簡單。2)設備制作簡單。3)阻力小。
缺點:1)分離效率最低。2)設備體積龐大。3)占用空間多。
2、改進重力沉降的改進方法:
1)設置內件,加入其它的分離方法。
2)擴大體積。
二、利用分散系粒子大小分離
利用分散系粒子大小不同對混合物進行分離(如絲網(wǎng)分離;超濾分離這兩種分離方法)。液體的分子聚集狀態(tài)與氣體的分子聚集狀態(tài)不同,氣體分子距離較遠,而液體分子距離要近得多,所以氣體粒子比液體粒子小些。
不論何種分離方法,一個分離器實際上其分離效率不可能100%,分離效率的選擇跟待分離的液體物性有關,如果液體粘度大,分子間作用力強,相對來說容易分離一些,所以油水分離器一般分離極數(shù)比水分離器低。同樣的分離要求,較粘液體的分離器的分離方式在上述順序中可以降低一檔。但較粘的液體存在的嚴重問題在于液體下流時間較長。
氣液分離器設計要求
1. 足夠的容量來儲存多余的液態(tài)制冷劑
特別是熱泵系統(tǒng),最好不要少于充注量的50%。用節(jié)流孔板或毛細管在制熱時節(jié)流,可能會有70%的液態(tài)制冷劑回到氣液分離器。還有高排氣壓力,低吸氣壓力也會讓更多的液態(tài)制冷劑進入氣液分離器。如果有條件最好做試驗驗證一下。在停機時,氣液分離器是系統(tǒng)中最冷的部件,所以制冷劑會遷移到這里,所以要保證氣分有足夠的容量來儲存這些液態(tài)制冷劑。
2、 適當?shù)幕赜涂准斑^濾網(wǎng)
回油孔大了回油會變好,但是液體冷媒的回流也會變多,從而導致油被稀釋渦旋部會異常磨耗,壓縮機就可能出故障。
回油孔小了回去的液體冷媒會減少了,但是因回油也減少了,機內就會供油不足,由于渦旋部的供油不足,就會出現(xiàn)異常磨耗,從而導致壓縮機出現(xiàn)故障。
回油孔的尺寸要盡量保證沒液態(tài)制冷劑回流到壓縮機,但也要保證冷凍油盡量可以回到壓縮機。如果是運行中氣液分離器中存有的液態(tài)制冷劑,推薦使用直徑0.040 in (1.02mm),如果是因為停機制冷劑遷移到氣液分離器推薦使用0.055 in (1.4mm)。
均壓孔面積(mm2)=出口管外徑面積(mm2)×(0.03~0.033)
最終的均壓孔徑在計算完成后必須根據(jù)試驗進行驗證確認,以達到最好效果。
試驗標準:
(1)氣液分離器在液態(tài)制冷劑液面固定的狀態(tài)下停止壓縮機時,液態(tài)制冷劑不會流入壓縮機內。
(2)進行回油試驗進行確認。以上確認可以通過在氣液分離器~壓縮機之間的回氣管上安裝視液鏡進行觀察。
建議為超低溫設計的機組在做回油孔設計時,采用多回油孔的設計方法?;赜涂追稚⒌胶线m的高度,這樣可以提高壓縮機的可靠性。
還有過濾網(wǎng),特別是分體式空調的安裝,經(jīng)常會有雜質進入系統(tǒng),所以用小點孔徑會穩(wěn)妥些。
3、氣液分離器的壓力損失盡可能小。
冷凍油和制冷劑的流量由出口U形管的尺寸控制,進入出口管的制冷劑是高速的,U形管的尺寸也決定了制冷劑的壓力損失。對于R22,R134,R404A,R410A,在5℃蒸發(fā)溫度,30℃吸氣溫度時壓力損失為7kPa, 有些公司資料上壓力損失是1/2F(0.5C)這應該是指飽和狀態(tài)下的壓力。但是不同制冷劑換算成壓力又是不同的,所以這些參數(shù)只是作為參考。
在氣液分離器設計時,圖紙中應明確如下要求:
1、相應配管尺寸、外形尺寸
2、氣密試驗、強度試驗等壓力試驗
3、潔凈度、殘留水分
4、進氣管處筒體上應明確進行標注
5、筒體內應充入0.05MPa高純氮氣保壓
6、其他關鍵技術要求或材料、尺寸要求
7、過慮網(wǎng)目數(shù)
氣液分離器孔壓設計
氣液分離器出口管的均壓孔徑是按以下計算的。
均壓管孔徑面積(mm2) = 出口管外徑斷面積(mm2) × (0.03~0.033)(注)最終的均壓孔徑的計算,還是根據(jù)實驗來決定的。
氣液分離器的液態(tài)制冷劑在積存量固定的狀態(tài)下停下壓縮機時,液態(tài)制冷劑是不會流入壓縮機內的。
*在氣液分離器~壓縮機之間安裝視液鏡進行確認。
〈計算實例〉
設計條件 出口管外徑:φ22.3
均壓管孔徑面積(mm2) = {1/4×3.14×(22.32)}×0.03= 11.71
均壓孔徑φ(mm) = 11.71÷(1/4×3.14)= 3.9mm
→ 初步采用φ4.0 的均壓孔,后用試驗進行確認。
氣液分離器盡量靠近壓縮機安裝,有四通閥的安裝在四通閥和壓縮機之間,有過濾器的安裝在它和壓縮機之間。