时间:2023-03-28 14:58:34
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关键词:吸附制冷研究概况空调应用
1引言
吸附制冷系统以太阳能、工业余热等低品位能源作为驱动力,采用非氟氯烃类物质作为制冷剂,系统中很少使用运动部件,具有节能、环保、结构简单、无噪音、运行稳定可靠等突出优点,因此受到了国内外制冷界人士越来越多的关注。
吸附制冷的基本原理是:多孔固体吸附剂对某种制冷剂气体具有吸附作用,吸附能力随吸附剂温度的不同而不同。周期性的冷却和加热吸附剂,使之交替吸附和解吸。解吸时,释放出制冷剂气体,并在冷凝器内凝为液体;吸附时,蒸发器中的制冷剂液体蒸发,产生冷量。图1是吸附制冷的理想基本循环系统示意图,图2是理想基本循环热力图。
图1理想基本循环系统示意图图2理想基本循环热力图
图1中、为切换系统吸附/解吸状态的控制阀门,为节流阀;图2中、分别为吸附态吸附率和解吸态吸附率,、为吸附起始和终了温度,、为解吸起始和终了温度。吸附制冷理想基本循环的由四个过程组成:(1)12,等容升压;(2)23,等压解吸;(3)34,等容降压;(4)41,等压吸附。(1)(2)过程需要加热,(3)(4)过程需要冷却,12561为制冷剂循环过程,当吸附床处于41阶段时,系统产生冷量。
2吸附制冷技术研究进展
吸附制冷工作原理最早是由Faraday提出的[1],而后在20世纪20年代才真正开始了吸附制冷系统的相关研究,由于当时提出的吸附制冷系统系统在商业上根本无法与效率高得多、功率大得多的系统竞争,因而并未受到足够的重视。20世纪70年代的能源危机为吸附式制冷技术的发展提供了契机,因为吸附制冷系统可用低品位热源驱动,在余热利用和太阳能利用方面具有独到的优点。进入20世纪90年代,随着全球环境保护的呼声越来越高,不使用氟氯烃作为制冷剂的吸附制冷技术引起了制冷界人士的广泛兴趣,从而使得吸附制冷技术的研究得以蓬勃的发展起来[2]。
吸附制冷吸附研究主要包括工质对性能、吸附床的传热传质性能和系统循环与结构等几个方面的工作,无论哪一个方面的研究都是以化工和热工理论为基础的,例如传热机理、传质机理等等,限于篇幅,本文仅从技术发展的角度来概括吸附制冷的研究进展。
2.1吸附工质对性能研究
吸附制冷技术能否得到工业应用很大程度上取决于所选用的工质对,工质对的热力性质对系统性能系数、初投资等影响很大,要根据实际热源的温度选择合适的工质对。从20世纪80年代初到90年代中期,研究人员为吸附工质对的筛选做了大量的工作,逐渐优化出了几大体系的工质对。按吸附剂分类的吸附工质对可分为:硅胶体系、沸石分子筛体系、活性炭体系(物理吸附)和金属氯化物体系(化学体系)[2,3]。由于化学吸附在经过多次循环后吸附剂会发生变性,因而对几种物理吸附类吸附体系的研究较多。几种常用工质体系的工作特性总结于表1[4]。
表1固体吸附制冷工质对的工作特性和应用范围工质对
制冷剂
毒性
真空度
系统耐压强度
解吸温度
℃
驱动热能
标准沸点
℃
汽化潜热
kJ/kg
沸石-水
100
2258
无
高
低
>150
高温余热
硅胶-水
100
2258
无
高
低
100
太阳能、低温余热
活性炭-甲醇
65
1102
有
高
适中
110
太阳能、低温余热
活性炭-乙醇
79
842
无
适中
适中
100
太阳能、低温余热
活性炭纤维-甲醇
65
1102
有
高
适中
120
太阳能、低温余热
氯化钙-氨
-34
1368
有
低
高
95
太阳能、低温余热
近几年来,研究人员在吸附工质对方面的研究始终没有停止,从理论和实验两个方面对各种工质对的工作特性进行了广泛的研究。综合考虑强化吸附剂的传热传质性能,开发出较为理想的、环保型吸附工质对,从根本上改变吸附制冷工业化过程中所面临的实际困难,是推动固体吸附式制冷工业技术早日工业化的关键。
2.2吸附床的传热传质性能研究
吸附床的传热传质特性对吸附式制冷系统有较大的影响。一方面,吸附床的传热效率和传质特性直接影响制冷系统对热源的利用;另一方面,传热传质越快,循环周期越短,则单位时间制冷量越大。因此,提高吸附床的传热传质性能是吸附式制冷效率提高的关键。
传质速率主要取决于吸附解吸速度和吸附剂的传质阻力,吸附剂的传质阻力主要是由其孔隙率决定的,此外制冷剂气体在吸附剂内的流程也对传质阻力有很大影响,合理的吸附剂填充方式和吸附器设计可以有效降低传质阻力。对于传热来讲吸附床主要存在两种热阻[6]:吸附换热器的金属材料(换热管道与翅片)与吸附剂之间的接触热阻;固体吸附剂的传热热阻。因此,改善吸附床的传热特性,主要从减小这两个热阻的角度出发,或者依靠增大换热面积来增加总的换热量,也就是通过合理的吸附器结构设计来增加换热量。
在加强传质性能方面,比较有效的方法是通过改变吸附剂颗粒的形状增加床层孔隙率以及在吸附床设计时设置制冷剂气体的流动通道。
吸附器传热性质的加强首先是对吸附剂的处理,目前比较公认的方法有:采用二元混合物,让小颗粒吸附剂掺杂在大颗粒吸附剂之间以减小吸附床的松散性;在吸附剂中掺入高导热系数材料;通过固结等手段改变颗粒形状,增大相互之间的传热面积,减少颗粒间的接触热阻[5]。减小吸附剂与吸附器翅片或器壁之间接触热阻可采用压实或粘贴等方法。在吸附床的设计上,比较成熟的吸附床结构有翅片管式、板式、螺旋板式等[6]。
传热和传质的加强经常是关联在一起的,二者有时是对立的有时是统一的,例如床层孔隙率的增加会减小传质阻力,但却导致导热热阻的增加;而一个结构设计良好的吸附器往往会同时对传热和传质起到促进作用,例如Melkon[7]所采用的将沸石粉末以极薄的厚度粘附在换热管表面上的做法。因此,在具体实施传热传质强化措施时必须综合全面的考虑,选取最佳的方案。
2.3系统循环与结构的研究
从工作原理来看,吸附制冷循环可分为间歇型和连续型,间歇型表示制冷是间歇进行的,往往采用一台吸附器;连续型则采用二台或二台以上的吸附器交替运行,可保障连续吸附制冷。如果吸附制冷单纯由加热解吸和冷却吸附过程构成,则对应的制冷循环方式为基本型吸附制冷循环。如果对吸附床进行回热,则根据回热方式不同,可有双床回热、多床回热、热波与对流热波等循环方式。下面简单阐述一下几种循环的基本原理。
基本循环在吸附制冷基本原理中已作介绍,其制冷过程是间歇进行的,增加床数并通过阀门的切换可实现连续制冷,但床与床之间无能量的交换。
20世纪80年代后期,Tchernev[8]、Meunier和Douss[9]等构建了双床回热循环,所谓回热即利用一个吸附床吸附时放出的吸附热和显热作为另一个吸附床的解吸热量,回热的利用率将随着床数的增加而增加。回热循环依靠床与床之间能量的交换来实现显热、吸附热等热量的回收,不仅可实现连续供冷,而且可大大提高系统COP。
热波循环也是回热利用的一种循环方式,是由Shelton[10]提出的。普通回热循环中吸附床的温度随时间逐渐下降,同时解吸床的温度逐渐上升,当两床温度达到同一温度后,便无法继续利用回热而需采用外部热源继续解吸过程。Shelton认为,在吸附床中,如果能使床温在与热媒流动相垂直的方向上保持一致,而在热媒流动方向上产生一陡坡(热波),则能大大提高回热效率。这一概念所描述回热效率很高,但其实现尚有一定困难。
对流热波循环是由Critoph[11]提出的,这种循环方式利用制冷剂气体和吸附剂间的强制对流,采用高压制冷剂蒸汽直接加热、冷却吸附剂而获得较高的热流密度。
根据吸附式系统的特点和温度源的选择,还可构筑多级和复叠循环制冷系统[2]。
从系统结构来看上述循环目前都是采用固定床方式实现的,因此在此有必要提及一种旋转式吸附制冷系统,这种系统形式最早在20世纪80年代出现在美国的一些专利文献中,但直到2000年左右才有比较系统的研究见诸报道[12,13]。这种系统结构采用旋转方式使多个吸附制冷单元联合运行,有效地利用了回热,并在冷量输出的连续性、稳定性和系统可控性等方面远远的优于以往的系统结构方式。
3吸附制冷技术在空调领域的应用前景
目前投入实用的吸附制冷系统主要集中在制冰和冷藏两个方面,用于空调领域的实践很少,只有少量在车辆和船舶上应用的报道。这主要是因为吸附制冷系统暂时尚无法很好的克服COP值偏低、制冷量相对较小、体积较大等固有的缺点,此外其冷量冷输出的连续性、稳定性和可控性较差也使其目前不能满足空调用冷的要求。赵加宁[14]提出在现有的技术水平下,可以结合冰蓄冷或作为常规冷源补充两种方式将吸附制冷用于建筑空调。本文认为吸附制冷技术在空调领域的应用应立足于本身特殊的优势,扬长避短,在特殊应用场合占据自己的位置。
吸附制冷与常规制冷方式相比,其最大的优势在于利用太阳能和废热驱动,极少耗电,而与同样使用热量作为驱动力的吸收式制冷相比,吸附式制冷系统的良好抗震性又是吸收系统无法相比的。在太阳能或余热充足的场合和电力比较贫乏的偏远地区,吸附制冷具有良好的应用前景。
3.1可用于吸附制冷的热力资源
我国太阳能资源很丰富,年平均日照量为5.9GJ/(m2·a)[14]。利用太阳能制冷是非常合理的,因为太阳能辐射最强的地区,通常是最需要能量制冷的地区,并且太阳辐射最强的时候也是最需要制冷的时候。
我国工业余热资源的量很大,分布面很广,温度范围也很宽,1990年的工业余热统计数据[15]表明:我国工业余热资源的回收率仅为33.5%,即2/3的余热资源尚未被利用。
吸附制冷的良好抗震性使其在汽车和船舶等振动场合的应用成为可能。虽然吸收式制冷系统的工艺比较成熟,也可直接利用排气废热,COP值相对于吸附式制冷来说也较高,但在车船这样的运动平台上,吸收式系统的溶液容易从发生器进入冷凝器以及从吸收器进入蒸发器,从而污染制冷剂以致不能正常运行。而吸附制冷系统结构简单、可靠性高、运行维护费用低,能满足车船的特殊要求。
常规汽车空调中使用的压缩机要消耗大量的机械功,通常开动空调后,汽车发动机功率要降低10~12%,耗油量增加10~20%。汽车发动机的效率一般为35%~40%左右,约占燃料发热量1/2以上的能量被发动机排气及循环冷却水带走,其中排气带走的能量占燃料发热量的30%以上,在高速大负荷时,汽车发动机排气温度都在400℃~500℃以上[16]。
船舶柴油机的热效率一般只有30%~40%,约占燃料发热量1/2的能量被柴油机的气缸冷却水及排气等带走。其中柴油机冷却水温度约为60℃~85℃,所带走的热量约占燃料总发热量的25%;而柴油机排气余热的特点是温度高,所带走的热量约占燃料总发热量的35%[17]。
3.2吸附制冷系统自身的改进
吸附制冷系统能否最终在空调领域取得自己稳固的地位,最主要还要依靠吸附制冷系统自身性能的提高。在COP、单位质量吸附剂制冷量、单位时间制冷量的提高等研究方向上,许多研究者已取得了很多的成就并仍在辛勤的努力着。
此外,空调负荷对冷量的要求与制冰和冷藏系统不同,在实际中无论是建筑物还是车船的空调负荷都是动态变化的,这就要求冷源能够及时响应空调系统的冷量要求,并且能够保证连续的在一定时间内平稳供应冷量。吸附式制冷由于本身固有的特点,使其在试图进行连续供冷时制冷量以波的形式出现。而且目前吸附式制冷系统运行的控制手段比较单一,公认的途径有两个:一是通过改变解吸阶段的加热速率以及吸附阶段的冷却速率来改变循环周期;二是强行改变等压吸附时间,利用吸附过程中不同阶段的吸附速度不同来调节冷量。由于吸附制冷系统的慢响应特性,这样的控制手段无法使系统的冷量输出满足空调冷负荷经常变化的要求。冷量供应的连续性、稳定性和可控性可以统称为冷量品质,目前这方面的研究尚未引起足够的重视,如何有效地改善冷量品质是吸附制冷系统走向空调领域亟待解决的重要课题。
4结论
本文简要介绍了吸附式制冷的基本原理,并从吸附工质对性能、吸附床传热传质性能和系统循环几个方面介绍了吸附制冷技术的研究概况。吸附制冷技术目前在空调领域的应用较少,本文认为吸附制冷凭借自身以太阳能和废热为驱动力、节能环保、运行可靠等优势,将来很有希望在特殊场合的空调应用中找到自己稳固的立足点。
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15.中国动力工程学会工厂动力与节能分会.工业余热利用技术政策研究报告.1993,7
(一)将课堂从实训室搬到了工厂近些年制冷与冷藏技术专业一直与TCL空调器(武汉)有限公司合作,将综合实习安排在该公司进行,使学生置身于企业实际环境中。整个实习过程以空调的生产工艺为主线,学生在整个生产过程中各司其职,更容易进入角色,进而主动思考,并对工作负责,通过半年的综合实习学生掌握了家用空调的组装工艺,同时更加锻炼他们吃苦耐劳和沟通协调能力。
(二)校内老师和企业导师共同管理实习期间,校内老师由学校专业老师担任,侧重与专业知识、理论指导以及生活管理,企业导师由专业工程师和车间班组长担任,侧重于专业技能和实践能力培养。企业导师在综合实习期间是与学生“面对面”接触机会最多的人,企业导师的作用不仅包含培养顶岗实习生的专业技能,而且还兼顾传教实习基地所在企业的企业文化、专业技术人员的职业道德,同时帮助顶岗实习生融入项目管理团队。企业导师对顶岗实习生的潜移默化作用很大,应该引起高度重视。
二、存在的问题
(一)学生的积极性不高由于受传统教育观念的影响,学生在学校大都是被动地接受教育,接收理论知识教育,老师也是“填鸭式”的教育,课堂安排学习什么内容学生就学什么,而在企业实习被安排在哪个岗位上工作就待在哪个岗位,,企业为了考虑生产效率,不愿意给学生换岗,所以学生大都是固定在一个岗位上,没有机会轮岗换岗,不能按计划学习各个岗位的技术技能,日久天长,工作枯燥无味,所以大多数学生在实习单位过程中表现都不够积极主动。
(二)导师指导缺失虽然建立了校内导师和企业导师共同管理的制度,但是缺乏落实。校内导师只是在实习生遇到工作和生活难题的时候给与了帮助,对专业的指导较少。企业导师由于忙于企业的事情,对学生几乎没有起到指导作用,企业将推行导师制理解为简单的几天的生产工艺培训和生产安全培训,对后期学生的成长起不到太大的作用,归根结地是缺乏长期有效的监督和管理。
(三)考核机制不完善目前主要是校内导师根据学生在企业的表现给出成绩,对实习的评价是一种终结性的评价,缺乏过程评价、企业导师评价及同事评价。这在很大程度上影响了实习生积极性和主动性的充分发挥,从而影响了综合实习的开展,导致综合实习达不到理想的效果。
(四)企业缺乏关心学生学生在综合实习期间,既是企业的员工,又是学校的学生,扮演着两种角色,很多企业没有认识到这一点,只是把学生当作廉价劳动力,比较注重短期利润,不愿意用企业资源来培养学生,使得学生对在企业没有归宿感,对企业文化也没有认同感。
三、几点建议
(一)提高学生的积极性从实习的目的、实习的意义入手,让学生转变思想观念,让他们认识到工厂制冷与冷藏技术综合实习是学校课堂的一个组成部分,不是在工厂车间简单做事,只有在综合实习实践时把自己当作实习单位的员工,认真对待综合实习的机会,全身心地进入工作状态,接受并熟悉企业文化氛围和职业岗位的需求,才能真正的把所学专业理论知识应用于实际的技能操作过程中,达到提高操作技能水平与实践应用能力的目的。只有思想转变,从心里认可实习的目的和意义,他们才能静下心来在企业完成实习。企业多关心学生,让学生认同企业文化,同时挑选综合素质较高的人员做班组长,经常性地关心学生,多渠道的提高学生的工作积极性。
(二)加强“导师制”监督管理,制定相应的激励措施导师制的初衷是好的,但是不落实等于零。这就要求学校和企业共同建立“导师制”监督管理和考核体系,从制度上约束和考核导师。只有让校企双方导师明确各自的权利和责任,才能有效加强学校企业双方导师的合作,才能让“导师制”这一培养模式在综合实习中发挥积极作用,责任与权益同举,出台适当的激励措施是必要的,企业和学校可各自对自己所管理的导师制定相应约束与激励措施。
(三)改进考核方式,巩固实习成果坚持学校、企业、学生共同评价的原则,作为一门综合性实践课程,综合实习是学校、企业和学生共同参与的过程,综合实习成绩评价的主体应当是学校和企业,但必须认识到学生自我评价的价值和作用,将学校企业对实习的评价,与学生自我评价结合起来,最后评定出学生的实习成绩,以有利于推动学生学习的积极性和提高综合职业素质。
四、结束语
伴随着科技水平的不断的提升,工程机械也在不断的适应不断发展的科技水平提升自身的制造水平。空调制冷技术在机械工程中的应用范围也在逐渐的扩大,但是工程机械空调系统作为一种特殊的空调系统,相对是比较复杂的。空调制冷技术在机械工程中的应用主要是通过压缩、冷凝、节流和蒸发这四个工作环节的不断的循环运行,从而保持蒸发器周边温度保持在一个响度比较稳定的低温度的情况下,从而实现工程机械过程中的制冷的要求。
二、空调制冷技术在工程机械中的发展应用
空调制冷技术在工程机械中的应用发展经历了5个阶段,由功能简单向功能齐全方向发展,而工程机械空调发展虽滞后于车用空调较多,但其发展历程与汽车空调基本相同。单一供暖,该阶段空调系统多为利用发动机冷却液通过制热芯体将水芯加热,用鼓风机将被加热空气吹入驾驶室,给驾驶室的操作人员供暖。目前国内某些企业的工程机械产品依然在使用此种空调,主要用于售价较低的小型工程机械。单一制冷,单一制冷空调技术在二战后得到运用,在1957年开始有了加装单一制冷空调系统的轿车。但是此空调装置无法调节温度,目前基本被淘汰。当前使用的单一制冷空调,几乎都为可调型。冷暖一体化,随着空调技术的不断发展,冷暖一体式空调第一次在汽车上实现应用,并且已经具备了基本的制冷、制热、除霜、通风和过滤等功能,但是需要人员控制,工作量较大,可调温性差。目前我国工程机械多数都在使用这种空调系统。自动温控空调系统,该种空调系统虽冷暖一体,但需要手动调节温度,增加了操作人员的工作量,控制效果也不是非常好,但是目前此方案还是得到了用户的认可。这种空调系统需要事先将温度设定好,系统会在事先设定的温度范围内自动工作,起到调节驾驶室内空气的目的。目前,此方案被广泛地应用于工程机械的空调系统中。
三、空调制冷技术在工程机械中的作用
通常,工程机械工作环境比较差,操作人员的操作环境也较差,尤其在潮湿、炎热、粉尘大、寒冷的作业地区,空调的应用就显得尤为重要。工程机械空调的最主要的功能是对驾驶室内空气的湿度、温度、气流流速和清洁度等影响因数进行调节,使操作人员感到舒适,并去除挡风玻璃上的雾、霜、雪,保证操作人员身体健康和行车安全。具体功能有以下几点:一是调节驾驶室内空气的温度。夏季降温,冬季取暖并除霜、雪,潮湿季节除湿除雾。二是调节驾驶室内空气的湿度。三是调节驾驶室内气流流速。四是净化驾驶室内空气,提供洁净新鲜空气。五是实现驾驶室内增压,阻止灰尘进入驾驶室。冷暖一体化,随着空调技术的不断发展,冷暖一体式空调第一次在汽车上实现应用,并且已经具备了基本的制冷、制热、除霜、通风和过滤等功能,但是需要人员控制,工作量较大,可调温性差。目前我国工程机械多数都在使用这种空调系统。自动温控空调系统,该种空调系统虽冷暖一体,但需要手动调节温度,增加了操作人员的工作量,控制效果也不是非常好,但是目前此方案还是得到了用户的认可。这种空调系统需要事先将温度设定好,系统会在事先设定的温度范围内自动工作,起到调节驾驶室内空气的目的。目前,此方案被广泛地应用于工程机械的空调系统中。
四、在工程机械空调各个部分的安装
(一)压缩机选型与安装。压缩机是空调系统中的最重要的部分,空调系统中的压缩机主要由两种类型,一种是控制排量压缩机,一种是变排量压缩机,无论是哪种类型的压缩机都是有着将制冷剂进行运输送制冷的作用。定排量压缩机指的是根据发动机的转速进行相应比例的转动的调整。因此定排量压缩机有一个弊端就是不能够根据制冷的情况来改变自身的转速,这样的话会导致输出的冷气过于集中。在实际应用中如果是连续的运转的话一般的转速是保持在2200-2500转/分钟,如果是非连续性的运转的话一般是保持在2800转/分钟。变排量压缩机其自身的功率是自动根据制冷的需求进行自动调节的。变量压缩机具有定排量的和变换排量的双重的性质。在实际应用中,变排量压缩机是转速一般设定在2200转/分钟。
(二)制冷剂管路的布置。制冷剂管道主要是指蒸发器到压缩机的这段管道距离,在进行管路设置的时候管路要尽量的小,并且管路的通道的直径应该按照能承受的最小的眼里来进行设置。制冷剂管路的通道必须要保证与发动机的排气管的隔离。
(三)空调安装中要保证各个部分的稳固性。在机械工程中安装所使用的空调的时候要尽可能的保证空调中的各个部件都是要稳定牢固,这样能够保证在机械工程中使用空调的时候的耐冲撞和震动性。
五、结语
论文关键词:同步辐射,Wiggler磁体,零挥发,振动
1 引言
6T超导Wiggler磁体是合肥同步辐射加速器的重要部件,它使光源的应用范围由真空紫外和软X波段扩展至1?左右的硬X射线领域,Wiggler磁体系统后面现连接有三条硬X射线光束线站:XAFS光束线站、X—光衍射光束线站、LIGA光束线站,这三条光束线站自运行以来,贡献出很多重要科研成果。Wiggler磁体是采用NbTi低温超导线绕组和铁芯组合的方式,有三对磁极为单周期结构(1-3)。Wiggler磁体系统运行已有13年,其设计使用寿命为10年左右。Wiggler磁体系统液氦消耗量设计值约为每天40升,实际测量值约为每天50升。2009年8月之前,液氦日均消耗量约为56升,3-4天输液一次,2009年8月到2010年5月,液氦日均消耗量约为81升,相比之下增加了约44%的消耗量物理论文,2-3天要输液一次。液氦消耗量的剧增,直接导致了每年运行经费多增加约100万元,操作人员的工作强度增加。超导磁体运行安全性下降,液氦消耗过快有可能会导致失超。目前液氦价格很高,供应紧张。液氦供应量不足时,Wiggler磁体系统就无法运行,为保证三条光束线站的持续稳定的运行,大幅降低运行成本,有必要对Wiggler磁体系统进行升级改造(4-6)。
2 Wiggler磁体系统改造目标
2.1改造主要内容
为解决液氦消耗量大幅增加的问题,以及更进一步降低液氦消耗量,降低运行成本,拟将当前的Wiggler磁体系统改造成液氦零挥发系统论文提纲怎么写。由于液氦零挥发系统引入小型制冷机,需要对制冷机工作时振动对Wiggler磁体的影响进行评估,判断是否能达到合肥国家同步辐射实验室提出的振动限定要求,以避免振动对同步辐射光源的性能造成影响。
2.2改造的主要性能指标
改造后的Wiggler磁体系统主要性能指标如下:
(1)保持束流管道高度1400mm不变;
(2)实现液氦零挥发系统;
(3)Wiggler磁体的振动幅度小于1μm;
(4)Wiggler磁体系统整体高度降低。
3 Wiggler液氦零挥发系统振动评估
由于合肥国家同步辐射实验室对Wiggler磁体的振动提出限定要求,因此在液氦零挥发系统设计时,需要考虑隔振,振动的主要来源是小型制冷机。建立一个三位直角坐标系,选定一个垂直地面的方向为Z方向,选定相应的一组平行于地面且相互垂直的两个方向为X、Y方向。
3.1 单个制冷机的振动测试
采用振动采集仪分别测量住友公司的4KG-M制冷机和南京柯德超低温技术有限公司的4K G-M制冷机的二级冷头的Z方向位移振动,将传感器固定在二级冷头的位置,振动实验测量装置如图1所示。振动实验测量获得的数据与文献[7]中的数据如表1所示。从表1数据可以看到,制冷机没有工作时,其二级冷头的Z方向振动位移峰峰值为0.669μm,是由测试环境造成的,比如测试环境中的其他运行的设备、大地的脉动等等;制冷机工作时物理论文,实验测得住友公司的4K G-M制冷机二级冷头的Z方向振动位移峰峰值为28.661μm,文献中住友公司的4K G-M制冷机二级冷头的Z方向振动位移峰峰值为26μm,两个数据比较接近。测试环境、测量设备、4K G-M制冷机的运行状态等因素的不同会导致两个数据产生一些差异,也说明振动采集仪和测量方法是可靠的。
图1 4K G-M制冷机振动实验测试装置
表1 4K G-M制冷机振动实验Z方向振动位移比较
位置
状态
Z方向位移峰峰值(μm)
4K G-M制冷机二级冷头
制冷机停止
0.669
住友4K G-M制冷机二级冷头
制冷机工作
28.661
柯德4K G-M制冷机二级冷头
制冷机工作
24.704
文献(7)中住友4K G-M制冷机二级冷头
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毕业论文格式自动生成范文二
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2.出现右边的一条“样式格式”栏,这里面主(转载自出国留学网,请保留此信息。)要就是用到标题1,标题2,标题3。把标题1,标题2,标题3分别应用到文中各个章节的标题上。例如:文中的“第一章制冷概论”我们就需要用标题1定义。而“1.1制冷技术的发展历史”就用标题2定义。如果有1.1.1×××那就用标题3来定义。
3.当然标题1,标题2,标题3的属性(如字体大小,居中,加粗,等等)可以自行修改的。修改方法:右键点击“标题1”选“修改”,会弹出修改菜单,您可以根据自己的要求自行修改。
4.用标题1,2,3分别去定义文中的每一章节。定义时很方便,
只要把光标点到“第一章制冷概论”上,然后用鼠标左键点一下右边的标题1,就定义好了;同样方法用标题2,3定义1.1;1.1.1;依此类推,第二章,第三章也这样定义,直到全文节尾。
5.当都定义好后,我们就可以生成目录了。把光标移到文章最开头你要插入目录的空白位置,选[插入]--[引用]--[索引和目录]
6.选第二个选项卡[目录],然后点右下的确定。就OK了。
7.当你重新修改文章内容后,你需要更新一下目录,方法是:在目录区域内,点右键,选[更新域]
【关键词】自动化技术 油气储运应用
中图分类号:F470.1 文献标识码:A
一.引言
二.我国油气储运的概述。
近几年以来,我国油气储运工程事业已经大力发展起来。西气东输管道和西部管道等油气长输管道已经建成运用,这些管道技术都显示了我国对成品油、原油和天然气管道输送技术的更深层的应用以及更深的研究探讨。一些石油战略储备库的成功建设标志着大型地面原油储运工程技术提高到了一个更加先进,更加新颖的技术水平。同时,我国油气储运工程也对国际先进理论与国际高端技术(数字化管道技术、HSE管理技术和油气混输管道技术)进行了极好的发展与应用。这些都标志着我国的油气储运工程技术已经迈入了一个更加新颖,更加深层的改革创新发展阶段。
三.油气储运工程中应用的技术。
我国油气储运工程中应用的技术日益增多,其主要表现在以下三个方面:
天然气制冷技术在天然气储运中的应用。
目前,天然气液化主要有三种制冷工艺,即级联式制冷循环、混合冷剂制冷循环和带膨胀机制冷循环。级联式制冷循环,利用某一制冷剂的蒸发来冷凝另一种较低沸点的物质而组成逐级液化循环,主要应用于基本复合型天然气液化装置。混合冷剂制冷循环是以多组份混合制冷剂为工质,进行逐级的冷凝、蒸发、节流膨胀,从而得到不同温区的制冷量,达到对天然气逐步冷却和液化的目的。基本复合型天然气液化装置广泛采用了各种不同类型的混合制冷剂液化流程。带膨胀机制冷循环 利用高压制冷剂通过透平膨胀机绝热膨胀制冷实现天然气液化的流程。根据制冷剂的不同,分为天然气膨胀液化流程、氮气膨胀液化流程和氮-甲烷膨胀液化流程。带膨胀机制冷循环适用于液化能力较小的调峰型天然气液化装置。
天然气水合物储运技术在油气储运工程中的应用。
天然气水合物不仅具有再次汽化时释放速度相当慢并且极易控制的优点,还具有安全性能比较好的优点。天然气水合物储运技术是一种新颖的天然气储运技术,并且具有广泛的发展前景。同时,低成本释放与存储技术不仅是该项技术的难点,天然气水合物快速高效连续制成技术也是这项技术的难点。
高压水射流技术在油气储运工程中的应用。
高压水射流技术在油气储运工程中的应用主要表现在以下几点:高压水射流技术能够使质量与容量得到保证,在对油库储罐进行一段时间的使用后,储罐底部易于结垢,这些结垢会影响油品质量与容量,此时,就应该对储罐进行合理的清洗;高压水射流技术能够使传热效率得到提高,当对粘油罐进行加热的过程中,一些传热设备(热传器和锅炉等)有着严重的结垢,使这些传热设备的能耗极其加大,传热效率极其降低,此时,运用高压水射流技术不仅使结垢层得到有效的清除,还使能源的利用效率与传热效率得到提高,以下设备的清洗主要运用到高压水射流清洗技术:各种各样的换热器设备,管道小型储油设备,油桶和油罐车小型储油设备。
四.自动化技术在提高设备运行效率方面的应用。
1. 泵类设备的运行效率的高低直接决定了生产单位的电耗指标。
对大型外输泵的运行效率实施了自动化监控,它的主要监控原理是通过能耗计量仪表计量电机的实耗电量,再通过泵的进出口压力和流量确定泵的输出有用功,现场的一次仪表将参数采集到中央处理机,再经过运算程序计算出泵的实时泵效。技术人员通过对实时泵效变化情况进行分析,找出泵的效率变化原因,在实际应用的过程中,先后发现了:进口过虑器摩阻损失、出口阀组的节流、原油的温度(粘度),以及电机运行效率对泵的影响,值班人员通过现场操作,使首站的泵的运行效率始终保持在70%以上,相对没有实施监控系统以前提高了5个百分点,单台220kw的外输泵一年可节约近两万kw.h。
2. 完善加热炉自动监测,增加原油进、出口压力、温度,水套压力、温度,排烟温度、燃油流量、压力,炉膛压力、烟气含氧量分析等监测点。
3. 在控制系统中,设定出口介质加热温度,根据油温的变化来改变燃烧器的大小火切换,同时通过相应调整供风系统,提高燃烧器的燃烧效率,从而达到提高水套炉效率的目的。
4. 安全检测联锁保护系统的加强,增加水套炉压力保护、原油进出口压差(防止滞留)检测、水套炉水位低限报警、利用光电管监视燃烧情况,原油出口温度超高监测,并建立联锁保护。
5. 自动化技术在办公自动化方面的应用。
(1). 生产报表自动化生成,主要是依据目前的focs系统对现场生产参数的自动采集生成数据库,对数据库的有关数据进行筛选,并进行自动累计和计算,生成当日生产报表。自动报表可以有效的避免手工填写报表因人的责任心的问题填写的错误。并可以作为工人当日生产业绩的考核依据。大大提高管理的量化考核力度。以下是首站自动报表生成界面。
(2). 办公网络化管理主要是依托网络技术,在内部建立局域网络,将站内的生产数据,技术资料和其他管理资料实现共享,并且通过服务器与上级部门的网络联网将本站的生产数据上传到上一级管理部门。同时可以对生产进行指挥与分析,通过采集真实准确的生产信息,进行科学的分类整理,采用有效的分析方法,使管理者对现场的生产做出正确的指挥,对暴露出的问题进行分析和决策。使用一些先进的经济分析方法(如投入产出分析)可以充分全面地考虑问题,并做出科学的分析和判断。把管理人员从繁重的信息收集整理和统计中解放出来,使厂各级领导能利用计算机网络准确、及时、全面地掌握信息,统筹安排生产和经营工作,提高工作效率和经济效益。
6. 目前原油的输送多采用管线输送,原油在输送过程中存在着两方面的能量损失,即摩擦阻力损失和散热损失。因此,必须从这两个方面给流体提供能量——加热站提供热能和泵站提供压力能。在管输管理中,要正确处理这两种能量的供求平衡关系,因为这两种能量损失的多少是互相影响的。一般来说,散热损失是起决定作用的因素。摩阻损失的大小取决于油品的粘度,粘度的大小取决于输送温度。提高加热站的出站温度,使油品在较高的温度下输送,原油的粘度降低,摩阻损失减小,但散热损失增大。所以在原油管输过程中存在着能耗最小的优化输送选择。
五.结束语
我国可以采用自动化技术和计算机信息技术,不断的优化油气储运参数,并进一步提高油气储运的效率。运行计算机技术和自动化控制技术,对管线进行实时的监控,同时可以采集首端个末端压力、流量、温度以及粘度等各项参数,利用双向微波将其数据信息传送到首末站的控制室之中;并在此基础上编写和优化参数程序。自动化技术在原油储运过程中的应用不但提高了生产系统的运行效率而且提高生产的安全性。因此,我们应促进自动化技术在油气储运过程中的应用,提高经济效益。
参考文献:
[1] 孙灵念 董明 王胜利 自动化技术在油气储运过程中的应用 [期刊论文] 《油气储运》 -2005年z1期
[2] 齐凯 自动化技术在油气储运过程中的应用 [期刊论文] 《中国石油和化工标准与质量》 -2012年11期
[3] 齐凯 自动化技术在油气储运过程中的应用 [期刊论文] 《中国石油和化工标准与质量》 -2012年9期
[4] 付玉章FU Yuzhang 自动化技术在油气储运过程中的应用 [期刊论文] 《科技传播》 -2010年24期
[5] 魏孔林 王海成 许巧娟 张文浩 自动化技术在油气储运过程中的重要作用 [期刊论文] 《中国科技博览》 -2012年21期
关键词:二氧化碳;天然工质;制冷系统
中图分类号:TQ116.3文献标识码: A 文章编号:
一、前言
制冷剂是制冷循环系统的重要工作介质,又称为制冷工质。在制冷剂发展史上,氟利昂制冷剂对制冷技术的发展发挥了积极的推动作用。氟利昂制冷剂以其无毒、无味、不易爆炸、化学性和热稳定性好、腐蚀性小等优点,得到了广泛的应用。但相关研究表明,氟利昂在强烈的紫外线照射下会发生一系列化学反应,产生环境污染气体。化学反应过程中产生的氯原子与臭氧分子不断地反应,严重破坏了臭氧层,造成臭氧层空洞,臭氧层的保护迫在眉睫。与此同时,大气中氟利昂浓度的不断增加造成了温室效应问题也越来越受到受到关注。
HCF类工质对臭氧层不具有破坏力,但由于其化学性质较为稳定,能量释放后会积累,从而导致温室效应。近年来,世界各国均在致力于合成高性能的工质,但由于制冷剂的用量在不断增加,很难避免工质泄露的问题,这势必会造成环境污染。考虑到工质环境效应的长期性和安全性,工质的研究应尽量使用对生态平衡有影响到一些非自然工质。高效、低毒、无害的自然工质的研究与应用已成为目前解决环境问题最重要的方案。二氧化碳(CO2)制冷剂作为一种无毒、无害的自然工质,其研究与推广应用已成为现代制冷剂的主要发展方向。
二、二氧化碳制冷剂的性质
随着可持续发展战略的提出,现代制冷剂的研发越来越强调工质的环保性、安全性、经济性以及高循环效率。CO2是一种性能良好的自然工质,其作为制冷剂具有很多其他工质不具有的优点,基本符合现代工质研发的要求。CO2作为制冷剂的具有以下优点:
(一)优良的环境性能
CO2是一种天然物质,其对臭氧的破坏潜能为0,即ODP=0,且其导致温室效应的潜能指数为1,即GWP=1。就其在实际应用来看,CO2多应用于化工副产品的生产中,用CO2作为制冷剂可以有效地将排放到大气中的废物收回,因此其温室效应等于零。
(二)经济性强
CO2是一种天然存在的物质,无需再生或者回收,并且其运行费用和操作费用均较低,具有很强的经济性。
(三)化学稳定性和安全性良好
CO2具有无毒、安全、不可燃等特性,在高温条件下也不会分解出环境优污染气体,能够适应常用油的各种机械零部件。CO2溶于水后,水溶液呈弱酸性,对部分普通金属具有一定的腐蚀性,例如碳钢等。而对于不锈钢类金属不具有腐蚀性。而当运输条件较干燥时,由于CO2本身不具有腐蚀性,在不与水接触的条件下可以采用碳素钢作为容器。
(四)热物理性质与制冷循环系统及其设备相适应
CO2的分子量为44.1,远远低于CFC,具有较大的蒸发汽化潜热,且具有很高的饱和压力,因此,在单位容积内,CO2具有很大的制冷量且运动粘度很低。除此之外,CO2还具有很高的导热系数,其液体密度与蒸汽密度之比很小,进行节流后,各个回路之间的制冷剂能够均匀地分配。相比传统的制冷系统,CO2制冷系统具有更小的容积流量,由此,压缩机阀门及尺寸与管道流通面积之比远远低于制冷系统,从而使得整个系统变得更加紧凑。
三、二氧化碳制冷剂的应用
(一)二氧化碳制冷剂在汽车空调系统中的应用
二氧化碳制冷剂在汽车空调系统中的应用最初是由J.Petterson等人提出,随后,相关的实验台被先后建立起来,对CO2制冷剂在汽车空调系统中的应用进行了研究,并取得了较好的结果。上世纪90年代,挪威SINTEF将CO2的跨临界制冷循环应用于汽车制冷系统中,并开发了其样机。J. Kohler等也进行了相关的研究。第一台CO2制冷空调系统公共汽车样机与1996年言之成功,并且运行良好。一系列的研究表明,在车辆空调系统中应用CO2超临界循环系统不仅可以减少环境污染,同时也大大提高了空调系统的运行效率。相关研究表明,CO2制冷系统与CFC12具有同样优良的性能,且在对适应环境温度变化的性能上,CO2空调系统比CFC12系统更优,在较高的环境温度下,其性能系数也较高。国外一系列相关的研究也表明,CO2制冷系统的性能与CFC12系统的性能相当。
在汽车空调中应用CO2跨临界循环系统充分地利用了CO2的热力学性能良好、饱和压较高力、单位容积内的制冷量较大等优点,确保了空调系统的环保性能。此外,采用了CO2循环系统的空调机释放的潜在能量远远低于一个CO2灭火器还,在保护系统的保护及监控作用下,完全能够确保机械系统的安全可靠。在优化设计系统的循环参数以及各部件的配合等,可以有效地确保系统的稳定性和可靠性。近年来,CO2制冷剂在车辆空空调系统中的应用研究越来越成熟,CO2制冷系统车辆的研究将更加深入。
(二)二氧化碳制冷剂在工业制冷中的应用
CO2制冷工质具有自身液化作用,近年来,一些研究者认为其在工质充灌以及操作维护等方面具有较多的优势,并逐渐代替了传统的R502在制冷中的研究与应用。CO2制冷剂的液化方案逐渐被应用。其主要原理是对CO2气体进行过滤、干燥,并在压缩机中作升压处理,然后与低温制冷工质在冷凝蒸发器中混合,并降温液化。经过节流处理后,CO2工质与CO2气体直接混合,可有效地减少传热温差,从而有效地提高能量的利用率。在运输车冷冻机的应用方面,采用CO2制冷剂可以有效地降低温室效应,不仅避免了环境的污染,且不会增加能耗。此外,采用CO2制冷剂无需对其进行回收和抽吸,便于设备的护养。
目前,国内外对CO2制冷工质的研究与应用越来越重视,CO2汽车空调以及热泵等正被推广推广应用。相比于国外的工业制冷领域中CO2制冷工质的应用研究,我国在这方面还相对落后,还应进一步加大投入和研究力度。
(三)二氧化碳制冷剂在热泵中的应用
CO2制冷剂的另外一个重要的应用领域是HPWH,即热泵热水器。在热泵热水器中采用CO2跨临界的蒸汽压缩循环系统始于1987年,一些可用于可以在商业生产中应用的样机逐渐被研发出来,相关研究者在一系列论文分析了这类热泵的结构、特性及相关的试验结果等。且各类研究结果均显示,CO2制冷剂在热泵热水中的应用具有很多的优势。CO2热泵热水器能够在极其简单的操作条件下将水加热到90℃以上。并且,在采用内部热很大的热交换器时,仍然可以保持适宜的排气温度,且不会影响条件。这一系列的研究及应用表明,CO2制冷系统具有很强的适应性,比传统的热泵系统具有更为广阔的应用空间。此外,CO2跨临界系统可在干燥的热泵中应用,相关研究表明其比传统的R134a热泵具有更少的能量损失,由此可知,CO2工质在热泵中的应用不会影响热泵的耗能,值得在干燥热泵中推广应用。
四、结束语
CO2是一种安全可靠、经济环保的天然制冷剂,其在各个领域的应用不仅可以降低能耗、实现较好的经济效益,对环境保护也具有重要意义。大量相关的研究表明,CO2制冷系统具有与R134a和R12相当的性能,在某些方面甚至更优,且其设备维护简便,CO2不需要回收和循环利用,具有较好的经济性,是未来制冷剂研究和应用的重要发展方向。
参考文献:
[1]刘训海,王栋,李蒙.应用于展示柜的CO2蒸气压缩式制冷系统循环的分析[A].第四届中国冷冻冷藏新技术新设备研讨会论文集[C].2009:84-86.
[2]史敏.二氧化碳制冷技术[A].2007年ODS淘汰暨HCFCs替代技术发展国际论坛论文汇编[C].2007:101-105.
关键词: 电制冷 溴化锂制冷 直燃机 蒸发冷却空调 水源热泵
1、设计条件与依据
1.1、乌鲁木齐某商业建筑物:面积10000.0m2,商场内共有人员4500.0人(0.45人/ m2 )。
1.3、室内空气状态参数:(1)、夏季:tn=25℃,ф=55%,in=56.6kj/kg;
(2)、冬季:tn=22℃,ф=40%,in=40.8kj/kg。
1.4、夏季:冷负荷指标120w/ m2,冷负荷1200kw,含湿量:0.3g/kg,
湿负荷:736kg/h,热湿比:ε=5870.0kj/kg;
冬季:围护结构热负荷指标80w/ m2,围护结构热负荷:800kw
(不包括新风负荷),湿负荷:600.0kg/h,
热湿比:ε=-4800.0kj/kg。
12、地源热泵制冷系统水井井深50米。
气、水耗费用 (元/h)
冬季各制冷空调系统耗能、耗水计算结果表三
冬季各系统一小时运行费用的结果表四
供热
方式
总耗
电量
(元/h)
转贴于 5、冬季设计工况下的结果
5.1、冬季各系统运行时费用相差较大,这对采暖期长,能耗大的寒冷地区特别重要;从表四可以得出:冬季在乌鲁木齐除采用城市集中供热外(不考虑热贴),其它任何空调系统在采用以天燃气为主要热源供热或地源热泵机组方式供热都很不经济,所以应避免采用。
5.2、冬季新风量虽然占总送风量不大,但空调机组在对其加热、加湿过程中能耗确很大,在采用集中供热的空调系统中,新风负荷约占总负荷50%,其运行费用也占总费用50%左右,所以设计时对冬季新风是否采用、采用多少应特别注意。如:在直燃式空调和地源热泵空调系统的有些设计中,设计人为了满足全年负荷要求,就以冬季这二种机组的额定出力选择设备,其结果必然是出投资增大,冬季系统运行费用高,夏季系统长年在部分负荷情况下运行,对即机组不利,运行也不经济,是应禁止选择的设计方案。
6、全年设计工况下的结果
6.1、在现有收费条件下,用城市集中供热是冬季空调系统的最经济用热方式。
6.2、使用天然蒸发冷却冷源空调系统——方案4是夏季各类空调系统中最为经济的系统,冬季使用城市集中供热也较经济。
6.3、夏季使用常规典型的螺杆式电制冷空调系统——方案1,在设计工况下其运行费用是方案4的一倍,冬季应使用城市集中供热供热。
6.4、夏季使用直燃型溴化锂制冷空调系统——方案2,其运行费用与方案1相当,冬季不应时用直燃机供热。
6.5、由于冬季热负荷较大,再使用地源热泵供热相对就很不合理,夏季使用地热水源热泵——方案3供冷是否经济,主要取决于地下水水位或井深。