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1、36《渔业现代化》2001年第6期海水制冰机的制冰筒计算与设计上海交通大学动力学院马捷何方正张翔广州中立制冷配件公司潘公瑾1制冰筒:制冰系统的蒸发器(2)-5°C的冰具有冷却速度快和不易结块蒸发器是制冷装置中吸取、输出冷量的设备。的优点。实验表明,螺杆式制冰机产出的冰块颗粒在制冰系统中,蒸发器就是制冰筒。它是制冰堆放在一起不会结块,不会形成冰桥与冰拱,能长系统中最关键的部件。时间放在一起保持松散状态,给冻结工艺带来很在不同的设计中,蒸发器有不同的类型。按制大的方便。冷剂供液方式分,蒸发器可分为:(1)满液式蒸发(3)制冰过程连续不间断。从机器投入运转器。蒸发器内充满
2、液体制冷剂,液体与传热表面接到出冰的时间间隔很短,连续出冰,不存在间隔时触好,沸腾放热系数高,但是它需要充入大量制冷间,使用方便。剂,液柱对蒸发温度将会有一定的影响。(2)非满(4)制冰筒采用圆筒直式结构,先进合理,占液式蒸发器。蒸发器中,液态制冷剂在管内随着流地面积小,还能保证在恶劣条件下制冰机仍能正动而不断蒸发,壁面有一部分为蒸气所占有,它的常工作。传热效果不如满液式,但是它的回液性能好,制冷(5)制冰过程完全在制冰筒内进行,制冷系剂的充注量只需满液式的一半至三分之一或更统具有完整的密封结构,制冷剂不会外泄。少。(3)再循环式蒸发器。在这种蒸发器的管束内,(6)
3、只要将螺杆转速进行适当调整,就有可制冷剂的循环量是蒸发量的几倍,如重力供液循能得到不同的产冰量。环和泵供液循环中的蒸发器,制冷剂液体与传热3制冰筒基本参数的确定面之间接触好,有较高的传热系数。结合有关制冰机的试验,可选定螺杆转速的2螺杆式制冰筒的工作和特点最佳范围。一般的电机转速都在1000转/分以上,现以新开发的海水制冰机的制冰筒为实例,而低速电机体积大,价格昂贵,不宜采用。因此,可说明制冰筒的工作过程和特点。以使用减速装置,配以链轮传动,使传动系统较为该机采用的是螺杆式制冰筒,它属于非满液简单、可靠。式蒸发器。制冰螺杆是制冰筒的核心部件。为节省材料,螺杆式制冰筒
4、的主要结构是由制冰螺杆和制减轻机体重量,采用在强度许可范围内的空心螺冰筒体两部分组成。筒体外表面缠绕着紫铜管制杆。成的蒸发管,管内通以制冷剂,筒体内安装着一根海水制成海冰的出冰率为73%。要达到确定旋转制冰螺杆。的产冰质量,应计算需要的海水量,进而求得螺旋螺杆式制冰筒具有以下特点:齿的齿间距H及螺旋升角。(1)冰温选择比较合理。在-5°C的温度下,根据螺旋齿展开的几何关系,有冰的冷却能力比较大,制冰机所消耗的能量又相齿间距:对较低。从冰的冷却能力与制冰消耗的能量随温H齿距=C周长·tg度变化的曲线图来看,在0°C附近,从0°C的冰变其中C周长为螺杆外沿的圆周,
5、为螺旋升角。为0°C的水,放出冷量为335kJ/kg,冷却能力最以h齿高为螺旋齿高度,螺旋旋转一圈挤出的大,更低温度的冰的冷却能力只能有很小的提高。体积为:《渔业现代化》2001年第6期372V1=h齿高·(C周长·H齿距)=h齿高·C周长·tg的开始结冰的温度点远远低于淡水,而在这个温设,螺杆的转速为n转/分,则每小时挤出的度上,仅仅是刚刚出现冰晶。即使是控制产出冰的体积为:温度在-8℃,海水中也仅有75%的质量结成冰,2V=V1·n·60=n·h齿高·C周长·tg·另外25%仍为液体。如果蒸发温度稍高,海水中60仅有糊状冰,不存在块状冰。前者不适于渔品保将前
6、面计算的制冰筒的基本尺寸汇总,可得鲜。其次,制冰筒的冷量输入,不一定采用紫铜管以下参数:缠绕外壁的结构。从成本的经济核算来分析,该结外筒体的外径,内径,壁厚和长度;构是最适用的选择。笔者曾试用过外壁制成管状内螺杆的外径,内径,根径,螺齿高,齿厚,螺空腔的结构。制造成本大幅度上升,制冷效果没有旋升角,轴向齿距和螺旋转速;明显改善。相反,采用紫铜管缠绕制冰筒外壁的方制冰筒的总高;案,外壁加工成螺旋排列的凹面,凹面的曲率与铜蒸发盘管的总长,外径,壁厚和缠绕圈数。管外壁相同,足以达到相同的制冷效果。4传热及蒸发盘管的计算5制冰筒的强度计算蒸发盘管选用紫铜管。紫铜管紧紧的缠绕
7、在5.1受力分析制冰筒外壁。制冷剂从上部端口流入,从下口流螺杆作用在制冰筒内壁的挤压力应大于海冰出,与筒内海水形成逆流。的极限抗压强度,才能把冰挤碎,并推出制冰筒。设,海水的进口温度t1=30℃,出口的海水冰我国的沿海海冰极限抗压强度一般范围是:222温t2=-8℃,制冷剂在蒸发盘管中蒸发温度te=4kg/cm至20kg/cm,平均值为8kg/cm。-32℃。以d1和d2表示环形冰层的内外径,环形冰制冰筒中传热温差:层截面积为:22tm=(t1-t2)/ln[(t1-te)/(t2-te)]=40℃A=#·(d2-d1)/4传热系数K由下式计算:抗压力:Fmi
