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技術(shù)探討：制冷設(shè)備中液泵增效是否可行？（過冷度獲得法）
閱讀：452 發(fā)布時間：2022-9-22本期，我們繼續(xù)來探討下制冷設(shè)備液泵增效是否可行？接上期（技術(shù)探討：制冷設(shè)備中液泵增效是否可行？（冷凝的真相）），我們先將來分享過冷度獲得的兩個方法。
過冷度獲得的可能方法
1、為什么需要過冷度？
過冷度的定義：液體壓力對應(yīng)的飽和溫度與液體的實際溫度的差值，即Δtsc=ts(P)-tL。
在制冷機(jī)中，使從冷凝器出來的液體帶有過冷度是有益的。其顯而易見的好處是增大制冷量、提升機(jī)組能效、抵消液體管路壓降從而避免EXV閥前閃發(fā)、減小蒸發(fā)器入口干度。所以制冷機(jī)中從冷凝器出來的液體，帶有一定的過冷度是必需的。
現(xiàn)在又產(chǎn)生了一個問題：究竟多大的過冷度是合適的？很大的過冷度值得追求嗎？
但是，在ORC發(fā)電機(jī)中，從冷凝器出來的過冷度是有害的，應(yīng)盡量避免。
2、獲得過冷度的兩種方法
通過仔細(xì)地推敲過冷度的定義，獲得液體過冷度可以有兩種方法：降溫法和升壓法。
Z常用的一種方法是降溫法：
即冷卻冷凝液體，使液體的溫度低于液體壓力對應(yīng)的飽和溫度。降溫既可以利用機(jī)組本身的冷卻水進(jìn)水溫度（本文命名為冷卻水法），也可以采用經(jīng)濟(jì)器（經(jīng)濟(jì)器法）、或外部附加冷源（外部冷源法）來實現(xiàn)。由于經(jīng)濟(jì)器法和外部冷源法都是串聯(lián)一個單獨的過冷器，本報告只討論過冷區(qū)與冷凝區(qū)集成在冷凝器中的冷卻水法。
我們要意識到，集成在冷凝器中的冷卻水法只能獲得中等程度的過冷度，不要期望獲得太大的過冷度，否則既不能實現(xiàn)也不經(jīng)濟(jì)。筆者推斷，冷卻水法可能獲得的過冷度等于(Tsat–(ti+1))，這就是所謂中等程度過冷的上限。對于水冷冷凝器，其可能過冷度為7℃。根據(jù)筆者的經(jīng)驗，采用冷卻水法一般能做到或者只需做到2倍自然過冷度就行了，即：水冷冷凝器3~5℃。
但是還有另外一種不太常用的方法，稱為升壓法：
即通過升高液體的壓力從而使其對應(yīng)壓力的飽和溫度高于液體溫度的實際溫度，從而也類似地使冷凝液體獲得過冷度。
可以用R134a壓焓圖來說明這兩種獲得過冷度方法的原理
升壓法獲得過冷度的顯而易見的用途是：
給一個液體泵提供汽蝕余量NPSH,或為緩沖罐或為儲存罐冷卻一種產(chǎn)品。
升壓法的評價
1、升壓法原理
升壓法獲得過冷的原理很簡單，就是在冷凝器出口增加一個制冷劑液體泵，提升制冷劑液體的壓力
很明顯，提升液體壓力需要增加泵的功耗，此點可能使得升壓法得不償失。7.0節(jié)中展望了一種利用節(jié)流膨脹功來實現(xiàn)免費升壓的方法，從而有望*免除液體泵的功率增加，值得持續(xù)進(jìn)行設(shè)計上的關(guān)注。
需要提醒的是，如果液體泵使用離心泵，因為泵前必需一定的汽蝕余量（NPSH），所以泵前要有一定的吸入高度，需要在冷凝器中集成創(chuàng)造滿足NPSH消耗的過冷度。
通過3.3節(jié)的分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，升壓法消耗的泵功其實是很小的。
2、升壓法特性分析
本節(jié)定量比較兩種方法的液體溫度和焓值等特性。
表6通過模擬和計算對比了升壓法和降溫法獲得過冷度的特性。表6基于以下假設(shè)得到：
A．升壓法是從現(xiàn)有EWRS0200的包括過冷區(qū)和過熱區(qū)的冷凝器模擬得到的冷凝飽和液體壓力開始升壓；
B．為了便于比較，采用升壓法獲得的過冷度與降溫法相同，從而湊出了液體泵的揚程（標(biāo)黃）。但實際上如果更大揚程的液體泵，可以獲得更大的過冷度；
C．假設(shè)液體泵的效率為0.6。
A．隨著制冷機(jī)壓比的增大，液體泵所要求的揚程增大但增大的幅度并不大。液體泵的揚程要求并不高，200KPA的泵揚程已經(jīng)可以涵蓋機(jī)組寬廣的運行范圍，或者在機(jī)組較低壓比時創(chuàng)造較大的過冷度。
B．液體泵出口液體的焓增和溫升都很小，焓增小可預(yù)期升壓法對制冷量的衰減效應(yīng)小。
3、升壓法的泵功評價
升壓法的液體泵的泵功與流量、揚程及泵效率有關(guān)。表7列出EWRS0200機(jī)組配用不同效率的液體泵時泵功。
A．升壓法時對泵的效率不敏感，這給泵的選擇提供了很大的可選范圍。
B．在各種工況和泵效率條件下，泵功相對于壓縮機(jī)的功率占比不超過2.1%。可預(yù)期升壓法對機(jī)組COP的衰減效應(yīng)也很小。
4、升壓法對制冷量的影響評價
根據(jù)表6的模擬條件，表8列出升壓法對制冷量的影響并與降溫進(jìn)行了對比。
降溫法所獲的過冷度使制冷量獲得了增大。而升壓法的制冷量略有減小，這顯示了升壓法略有缺點。
5、升壓法對機(jī)組成本的影響
但是，升壓法去掉了昂貴的過冷換熱管束（約80元/KW過冷換熱量），可以降低冷凝器的成本。當(dāng)然，使用液體泵也需要增加液體泵的購買成本。
已知EWRS0200的冷凝器的過冷區(qū)管束的成本為2040元（未計入過冷區(qū)的液體制冷劑、過冷盒等成本）。表9為幾個公司對20米揚程/16方制冷劑液體泵的初步報價：
目前泵的采購成本可能要*吃掉過冷區(qū)管束的成本。單純從獲得過冷的觀點來看，升壓法與降溫法相比并無優(yōu)勢。也許是目前泵的報價偏高，使升壓法暫時喪失了經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢？
6、升壓法對蒸發(fā)器液體分配器適應(yīng)性的影響分析
從單冷到高溫?zé)岜霉r壓比不斷增大，造成蒸汽入口液體的干度X也不斷增大，如表10的列示。
可以看出，升壓法比降溫法的蒸發(fā)器入口干度變大，將更加有利于蒸發(fā)器液體分配器的均勻分配。
但是，對比兩種方法在從單冷到高溫?zé)岜玫墓r變動中，兩種方法都會造成蒸發(fā)器液體分配器的壓降變大，其結(jié)果可能造成蒸發(fā)溫度下降，或者鈑金分配器的破裂風(fēng)險變大。其中，升壓法造成分配器的壓降更大些，使分配器對寬工況的適應(yīng)性稍差。
表10也提醒蒸發(fā)器液體分配器設(shè)計者：不管采用何種過冷度獲得方法，都要校核液體分配器對工況變動的適應(yīng)性，特別是高蒸發(fā)器出水溫度和/或大壓比工況下。
7、升壓法對全年制冷的氣候適應(yīng)性評價
全年制冷在數(shù)據(jù)中心、電網(wǎng)變流站或工業(yè)應(yīng)用中經(jīng)常存在，其特點是全年特別是在冬季都要求制冷機(jī)組提供制冷量以消除設(shè)備的發(fā)熱。
全年的冬季制冷時，由于冷凝器冷凝效果好，系統(tǒng)壓差比較小，可能使從冷凝器到蒸發(fā)器的液體流動不暢（所有壓縮機(jī)型式）、液冷電機(jī)供液冷卻不暢（離心壓縮機(jī)和配液冷電機(jī)的螺桿壓縮機(jī)）、壓縮機(jī)供油動力不足（螺桿壓縮機(jī)）。
升壓法提供了附加的壓力，明顯比降溫法對全年制冷的氣候適應(yīng)性好。
8、兩種方法的定性比較
通過前述的評價分析，我們將降溫法和升壓法的特性和影響對比項目列于表11，并且對影響項目予以打分。
從兩種方法的定性打分初步看來，升壓法獲得過冷度與降溫法相比，具有較大的綜合優(yōu)勢。
升壓法有望把過冷度的獲得從冷凝器功能中分離出來，從而縮小冷凝器的體積，并可能使標(biāo)準(zhǔn)冷凝器與熱回收冷凝器設(shè)計成一樣的結(jié)構(gòu)。
翅片沖床機(jī)是次中重要的部分