制冷并联机组的管路该如何设计？

     制冷并联机组因其灵活性和高效性,在大型制冷系统中得到广泛应用。管路设计的合理性直接影响并联机组的运行效果、能效水平和系统可靠性。本文将从管路走向布置、管径尺寸选择、集管支路型式、设备相对位置等方面, 探讨制冷并联机组的管路设计要点,旨在为相关工程设计提供参考和指导。

一、 制冷并联机组的管路走向设计

   

管路走向设计是并联机组管路设计的首要任务,其基本原则是管路简短、压降损失小、分配均匀合理。具体要求如下:  
(1)各并联支路管长应基本等长,以保证每台压缩机进、出口工况参数一致。
(2)管路布置应力求简洁短促,减少不必要的摩擦损失和沿程热损失。
(3)并联支路应左右对称布置,确保气液两相制冷剂分配均匀。
(4)管路转弯处的弯曲半径应大于等于管径的1.5倍,减小局部阻力损失。
(5)严格控制管路的敷设坡度,液管坡度应大于1/200,气管坡度宜大于1/100。

实例:某大型食品冷库采用4台并联压缩机组,每台支路管长控制在20m以内,坡度均大于1/150,运行十分平稳可靠。该案例表明,合理优化的管路走向设计可有效提高制冷系统效率。

除了管路布置要求,并联机组管路设计还应考虑热胀冷缩和管路固定的影响。具体措施包括:  
(1)预留足够的补偿空间,避免管路热胀冷缩引起应力集中。可采用弹性元件如波纹管补偿。
(2)合理设置管路固定支架,间距一般为2~3m。固定点与导向点相结合,避免管路晃动变形。
(3)严禁在振动设备如压缩机附近设置固定支架,以免振动传递引起管路疲劳损坏。

 

二、 制冷并联机组的管径选择      

         

管径选择的依据是制冷剂的流动速度,流速过高会增加沿程压降,过低会影响压缩机的油份回流。

一般要求如下:
(1)气态制冷剂管道流速宜为8 12m/s,液态制冷剂管道流速宜为0.5 1.2m/s。
(2)总管管径应满足各支管流量之和,分支管径应按各自流量分别选择。
(3)充分考虑管道压降的影响,总管管径应适当放大,压降应控制在0.05~0.1MPa/100m以内。
(4)综合考虑油的回流需求,垂直管段的气体流速不宜低于临界值5m/s。

实例:某大型超市并联机组共6台压缩机,总管直径选用DN100,支管直径选用DN50,运行压降控制在0.08MPa/100m以下,油份能够正常回流。该案例说明合理的管径选择可确保制冷系统高效稳定运转。

此外,并联机组的油平衡管路设计也至关重要,需遵循以下原则:  
(1)机组应设独立的回油管,管径不小于DN15,坡度大于1/100,便于油份重力回流。
(2)吸气总管上宜设置集油器,定期排油回机。若总管较长,则应分段设置多个集油器。
(3)压缩机的油位计和油面调节阀应分别布置,以实现机组内部精确油位平衡。

 

三、 制冷并联系统供液集管和回气集管的支路型设计      

         

集管支路型式的设计关系到并联机组的匀稳性和可靠性。常见的支路型式有三通型、油封型和涡流型等。  
(1)三通型:结构最为简单,制冷剂在三通处随机分配,但易产生分配不均匀。
(2)油封型:在三通后增加U型油封弯管,利用液封作用实现均流分配,但油封液位难以精确控制。
(3)涡流型:在并联管内设置旋流器,强制气液两相旋流,可实现精确的均流分配。

实例:某化工厂制冷站原采用简单三通型支路,经常出现并联支路液体分配不均现象。改造为涡流型支路后,分配精度可达±5%以内,系统运行趋于平稳。该案例表明涡流型支路能有效解决并联机组的均流难题。

除了常规的集管支路外,一些新型的均流装置如文丘里型、双螺旋型等,因其分配精度高、局部阻力小,在并联机组中得到越来越多的应用。设计人员应根据实际情况,合理选用均流支路,以提高并联机组的运行效果。

四、 蒸发器和压缩机的相对位置设计      

         

蒸发器和压缩机的相对位置设计主要从回油效果和系统压降两方面考虑。通常有两种布置方式:  
(1)压缩机置于蒸发器之上:有利于机组油份的自然重力回流,但吸气管路较长,易产生较大压降。
(2)压缩机置于蒸发器之下:吸气管路更短,系统压降损失更小,但必须辅以强制回油措施。

实例:某食品冷库主机采用压缩机低置布局,辅以定时回油泵强制回油,每小时回油1次,每次持续30秒,运行10年以上从未发生过压缩机缺油故障。该案例说明只要合理布置设备并辅以适当的强制回油控制,就能保证压缩机长期无故障运行。

设备布置除了考虑回油问题,还应重视检修便利性等其他因素:  
(1)压缩机与电控柜应紧邻布置,缩短控制电缆长度,减少信号干扰。
(2)并联机组宜采用排布式布局,预留足够的检修、通行空间。
(3)尽量减少管路交叉,使管路布置整齐有序便于检修。

 

五、 制冷并联机组总的供液管(供液总管)和回气总管设计      

         

供液总管和回气总管的设计需重点考虑均流分配、防止液体冲击和回油顺畅等。设计要点如下:  
(1)总管应严格水平安装,管内应无气阻和液阻。
(2)供液和回气总管宜采用涡流型或双螺旋型等精确均流支路,确保进出口各支管的流量分布均衡一致。
(3)在总管进口适当位置设置缓冲弯管,减缓来流冲击并沉淀杂质。
(4)在总管出口前设置Y型过滤器,防止管道杂质和焊接残渣进入压缩机。
(5)回气总管的安装高度应高于压缩机进气口,以防止压缩机停机时液体倒流。

案例:某电子厂采用涡流型均流集管并联4台压缩机,经过5年运行,各压缩机的制冷量偏差始终控制在±3%以内。该案例充分表明,优化总管设计可显著提高制冷机组的并联运行性能。

总管设计除了以上要点,还应注意选用合适的管材、保证焊接质量、设置吹扫阀门、预留充注口等细节,这些都将影响到并联机组的使用维护及安全运行。    

总之,制冷并联机组的管路设计是一项复杂的系统工程,需统筹兼顾管路布置、管径选型、均流分配、设备布局等诸多因素。只有各环节协调优化、精心设计,才能最大限度发挥并联机组的效能,提升制冷系统的经济性与可靠性。管路设计的关键要点包括:管路走向力求短捷、对称合理,坡度满足油返要求;管径选择兼顾流速控制与压降平衡;采用涡流型或双螺旋型集管支路,确保进出口精确均流;压缩机与蒸发器合理布置,兼顾重力回油和减小压降;优化供回液总管设计,防止液击并保证回油顺畅。设计人员应根据制冷系统的具体工况参数,因地制宜、通盘考虑地进行管路设计,从而实现制冷机组的安全、高效、稳定、持久运行。

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