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空调制冷技术在机械工程中的应用分析李林达

发表时间：2021/8/11 来源：《电力设备》2020年第34期作者：李林达

[导读] 摘要：本文主要针对空调制冷技术在机械工程中的应用展开研究，先对空调制冷技术体系做出详细阐述，然后分析空调制冷技术在机械工程中的应用价值，最后总结了空调制冷技术在机械工程中的具体应用，主要包括车船用压缩机、耐腐蚀换热器、电子膨胀阀，旨在将空调制冷技术的应用价值充分发挥出来，确保机械工程的高效运行。

        （南京佳力图机房环境技术股份有限公司江苏南京 210000）
        摘要：本文主要针对空调制冷技术在机械工程中的应用展开研究，先对空调制冷技术体系做出详细阐述，然后分析空调制冷技术在机械工程中的应用价值，最后总结了空调制冷技术在机械工程中的具体应用，主要包括车船用压缩机、耐腐蚀换热器、电子膨胀阀，旨在将空调制冷技术的应用价值充分发挥出来，确保机械工程的高效运行。
        关键词：空调制冷技术；机械工程；应用
        现阶段，在机械工程行业不断发展过程中，人员对于工作和生活环境质量的要求越来越高，空调制冷技术在诸多场合中得到了广泛应用，这与普通空调有着明显的区别，比如分析汽车空调的使用环境具，其颠振和摇晃等特点显著，而且汽车可利用的安装空间并不大，所以明确提出了对于制冷空调抗震性能和外形尺寸紧凑等要求；一些特殊的机械加工行业明确提出了对于工作环境空气的洁净度、温湿度等参数要求，这就可以看出使用在这些场所的制冷空调与一般民用空调的区别较大，尤其在精度控制等方面。
        一、空调制冷技术体系
        （一）制冷热泵技术
        1.蒸气压缩式制冷
        在普通制冷温度下，蒸气压缩式制冷得到了广泛应用,尤其在空调、冷冻等领域, 在制冷剂中，主要包括氨、二氧化碳、氯氟烃等, 其中，氯氟烃处于即将淘汰的趋势，主要是因为臭氧层破坏和温室效应所致。
        蒸气压缩式制冷的原理如图1所示，借助液体制冷剂的蒸发，可以迅速带头热量。要想不断提高蒸发的连续性，应与冷凝和节流保持密切配合，确保制冷循环的顺利形成。因为驱动循环运行的过程与蒸气压缩过程相当，也就是蒸气压缩式制冷。在该循环中, 低温热源和高温热源的温度，对于蒸气在压缩前后的压力起到一定的决定性作用,当压力比适中的情况下,单级压缩式制冷循环比较适用；如果热源温差大，引发压力比过高时,将会加剧压缩机完成所需压力提升的难度性,这时应加强多级或复叠式压缩式制冷循环的应用。

        图1     蒸气压缩式制冷（a为流程图，b为压焓图）
        2.吸附式制冷
        吸附式制冷的热驱动性质显著，与吸收式制冷有着明显的区别，主要体现制冷剂-固体吸附剂的二元工质对方面,这主要应用在吸附式制冷中，通过阀门开闭，合理切换工作状态。如图2所示,高温热源加热吸附床，会导致制冷剂的解吸的出现, 解吸出的蒸气，在冷凝器作用下，会冷凝成液体，然后进入蒸发器中, 另一个吸附床凭借冷却状态，会吸附蒸发器中的液体【1】，从而引发蒸发制冷。通常来说，相比于物理吸附热，化学吸附热较高，当前对于储热过程的影响力较强，并在太阳能热利用和余热利用形成直接作用。

        图2     吸附式制冷（a为流程图，b为克拉伯龙图）
        （二）热湿控制技术
        1.冷凝除湿
        空气湿度中的表示方法比较多，如绝对湿度、相对湿度等，其中，后者对于热舒适性产生了极大的影响，可以将含湿量与饱和含湿量之间的比例关系展示出来。在温度降低的影响下，会明显降低空气中的饱和含湿量，所以在含湿量不变时，借助制冷技术降低空气温度时，会明显增高湿度，所以除湿工作是必须要进行的。在空气温度降低的情况下，相对湿度升高明显；如果空气温度降低明显，相对湿度仍然处于较高的范围内，但饱和含湿量会呈现出明显的降低趋势，降低空气含湿量，在该过程中，水蒸气会向液体水进行冷凝变化。
        2.溶液除湿
        在温湿度独立处理、新风处理等场景中，该方式具有较高的应用价值。溶液除湿的传热传质强化不容忽视，对于带内冷的溶液除湿器来说，除湿性能优越，同时也存在着一些限制性因素，如液滴夹带和抗腐蚀等，所以在改进方面，应注重强化溶液改性、膜除湿等方式。
        二、空调制冷技术在机械工程中的应用优势
        对于机械工程来说，其工作环境并不良好，技术难度性也比较高，如诸多机械工程的作业环境都是比较潮湿、寒冷的，基于此，空调制冷技术非常值得应用，以此来满足调节环境需求。对空调制冷技术的作用进行分析，可以对工作环境的温湿度、气流流速等进行有效调整，将舒适的工作环境提供给工作人员和操作人员，为工作效率的提升奠定基础。具体来说：
        首先，可以对工程机械驾驶室、操作室内的温湿度进行调节，也就是在潮湿季节，要加强除湿除雾，并对驾驶室玻璃商店霜雪等进行去除。借助空调制冷技术，可以为工程机械驾驶室内的人员带来清凉。其次，可以对驾驶室内的气流流速进行调节，在空调系统风管内风速等变化作用下，空调可以对一定空间内的气流流速进行改善。再次，可以满足空气净化需求，空调制冷技术应与新风系统共同使用，然后过滤的清新空气，应对流于工程机械驾驶室内的空气，从而确保驾驶室内空气质量的稳步提升。最后，通过给驾驶室内增压，对于预防进入灰尘具有极大的帮助。
        三、空调制冷技术在机械工程中的应用
        （一）车船用压缩机
        在制冷装置中，压缩机（制冷主机）这一组件占据着举足轻重的地位。对其功能进行分析，就是对制冷剂蒸汽进行输送和压缩，其工作动力主要来源于电动机驱动。压缩机质量，对于制冷循环的完成度产生了极大的影响。在压缩机制冷设备的压缩机中，活塞式、螺杆式、离心式等比较常见。现如今，活塞压缩机的应用价值较高，尤其对于一般制冷装置。但活塞式压缩机的活塞的运动是循环往复的，高速运动惯性明显，其转速、气缸直径等受到的限制较大。基于此，中小型制冷机非常盛行。在回转式压缩机中，螺杆式、离心式等制冷压缩机发挥着重要作用。螺杆式具有较强的效率性，不易出现损坏现象。同时，如果在100%范围内，能量调节作用显著，如果所需制冷量最低为580kW时，螺杆式压缩机非常值得应用。离心式压缩机与离心泵有着较多相似的地方，尤其在结构和工作原理方面，运转过程具有高度的平稳性和可靠性，不易产生噪声和震动。
        因为车用或船用的使用环境的振动性较强，所以研究设计了车船用压缩机，其压缩机的设计是比较特殊的。在任何压缩机内，部件均具有高速性质的性质，在高速运动的部件中，最新的磁悬浮设计对于润滑性提出了明确要求，以此来对部件之间的摩擦进行控制，而对于普通压缩机来说，由于振动时间较长，如果机械部件出现松动或润滑性缺失等现象，极容易加剧故障问题的产生。加深油槽设计，属于车船用压缩机设计的一大亮点，旨在确保车船在正常行驶中即使出现倾摇趋势，油槽中的油位的深度性仍然不受影响，油泵的抽出端始终低于油面，从而给予压缩机运动部件润滑性强有力的保障；且车船用压缩机中，借助高强度密封面设计、关键部件的冗余设计，可以确保车床高度适应车船颠振环境。
        （二）耐腐蚀换热器
        在制冷装置中，换热器也发挥着重要作用，换热器主要是指用来吸热或放热过程的一切设备。制冷装置中的换热器和管系，可以顺利传递和输送制冷过程的全部热量，深刻影响着制冷机的工作性能。表面式换热器在制冷机中得到了广泛应用。壳管式、蛇管式、螺旋管式等为其结构型式。在选择换热器的结构型式时，应对换热器用途、换热过程的特性等进行深入分析。在制冷机中，冷凝器、蒸发器等换热器比较常见。分析其传热介质，在氟利昂、氨、水等方面得到了充分体现。一些机械工程行业中制冷机组中的换热器的腐蚀性特点显著，尤其在外部换热介质。在科学技术不断发展过程中，涌现出了较多的新材料，这对于创新制冷空调的换热器材料具有极大的促进作用，如铜镍合金、钛等的耐腐蚀性能和传热性能优越，非常适合应用于制冷空调耐腐蚀换热器上。
        （三）电子膨胀阀
        在制冷系统重要部件中，膨胀阀（节流阀）的作用不容忽视，可以为向蒸发器送入液体制冷剂创造有利条件，将全部冷却盘管的制冷效能充分发挥出来，并有效预防压缩机液击的发生。膨胀阀不仅具有调节制冷剂流量的功能，而且对高压液体制冷剂的节流降压作用也得到了一致认可，给予压缩机干压一定的保障。
        根据其结构和工作原理，热力膨胀阀，电子式膨胀阀等为膨胀阀的重要构成，其中热力膨胀阀的应用价值显著，尤其在工业和船用制冷系统，在热力膨胀阀对压缩机回气管路中制冷剂的蒸发压力进行测量与感应时【2】，主要得益于膨胀阀上的测压毛细管等，再由阀体内的平衡机构，对阀门的开度大小进行调节，以此来将进入蒸发器的制冷剂流量控制在合理范围内，合理控制好进入蒸发器内的流量，防止机组正常运行受到阻碍。基于热力膨胀阀的控制原理，具有对制冷剂的流量的模糊控制功能，而且在工况不断变化过程中，流量超出调节范围的情况也比较常见，进而很难实现精准控温目标，无法满足工业需求。而电子膨胀阀可以使上述情况得到弥补，借助温度传感器和压力传感器，在采集信号后，可以向控制模块及时发送，控制模块可以对阀门开度信号值进行计算，其中，在计算时，需要对采集的信号和制冷剂种类进行充分考虑，电子膨胀阀的精度较高，且反应迅速，值得应用在机械工程中，从而推动精度控制目标的实现。
        四、结束语
        综上所述，在科学技术发展的强大推动下，空调制冷技术的应用势在必行，尤其对机械工程的运行产生了极大的影响，可以有效改善操作环境，并推动工作效率的提升，在具体实践中，仍然需要不断研究制冷相关技术，密切结合信息技术和环保能源等，将现代制冷系统的智能性和高效性充分发挥出来，更好地控制机械工程操作环境，取得理想的经济效益与社会效益。
        参考文献：
        [1] 方凯乐, 强天伟, 宣永梅. 太阳能制冷与露点蒸发冷却耦合的空调系统[J]. 西安工程大学学报, 2020, v.34;No.162(02):55-62.
        [2] 郝华杰, 林大权, 彭亮. 基于学习领域的制冷与空调技术专业课程改革——以制冷技术为例[J]. 工程技术研究, 2020, v.5;No.58(02):237-238+262.