液体提升管：在制冷系统中的作用和设计

前面提到，有两种情况是需要液体在立管中进行提升的。第一是在氟利昂的回气立管由于回油的原因需要提升立管；第二是蒸发器的回气集管立管避免造成存液比例高。

国内制冷设计手册中虽然提及如何选择立管的提升，但是没有具体的计算方式。这里引用国外文献^[1]的一些计算方式，举例说明，对于以后使用的一些新的制冷剂，也可以采用该种方式进行推导。

1.氟利昂的回气立管的计算

下面介绍氟利昂系统设计用于直接膨胀（不是液体再循环）吸气立管的选择。如果蒸发器出口需要垂直立管，影响立管尺寸的主导因素是回油。通常在氟利昂系统中，油与蒸发器中的制冷剂是互溶的。在氨系统油和氨是分离的。氟利昂制冷剂在流经蒸发器的管道时逐步蒸发，流体中油浓度增加，直到气体制冷剂含较高浓度油离开。立管中保持足够高的制冷剂气体速度，目标是通过回气管把油带回到压缩机。

垂直立管回油所需的气体速度是制冷剂的一个函数，与它的密度（蒸发温度和过热量）、油的黏度和管径相关。随着蒸发温度下降和气体的密度下降，必须提供更高的速度。随着直径的增加，也需要更高的气体速度。图7-4所示为参考文献[1]推荐的L形铜管回气垂直立管回油气体速度的取值。气体速度计算式为：

（7-8）

式中 g——重力加速度，g=9.807m/s²；

ρL——油与制冷剂混合物的密度（kg/m³）；

ρ_v——制冷剂气体的密度（kg/m³）。

图7-4 推荐的L形铜管回气垂直立管回油气体速度

图7-5 保证回油的双立回气管（在低负荷运行时所有制冷剂走左边立管）

回气管的垂直立管尺寸，非满负荷运行时可能会太大，即部分负载无法回油。立管需要满足最小流量的流速（尺寸），当然，采用更高的流速可以解决该问题，但会明显增加压力降损失。另一种方法是使用双立回气管，如图7-5所示。当制冷剂流量下降时，油将无法提升进入回气管，贮存在存油弯内。油把制冷剂封在右边的立管，左边立管的尺寸适合在低流量情况下提升油。当恢复高流量时，存油弯内的油就可以带到回气管内。这个油量对压缩机来说可能是过度的，是用来处理瞬间情况的，所以建议在回气管设立存油弯。

2.液体/气体回气管的坡向计算^[1]

在液体循环系统中液体和气体流经冷凝器以及蒸发器的管，气液混合物从蒸发器的回气管流到低压循环桶。蒸发器和冷凝器中管道尺寸是按照生产厂家定的压力降设置的，但系统集成设计人员负责液体/气体回气管的设计。水平或近水平的液体/气体回气管，如图7-6所示，压力降受管道坡度的影响。高速的气体会以雾状形式带着液体流动（图7-6a）。在气体速度较低的情况下，或如果该管具有足够的空间，液体和气体可以分开，液体沿管壁底部向下流动（图7-6b）。

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图7-6 气液混合回气管流动状态

a）水平 b）倾斜

从满液蒸发器回气管回来的液体，如图7-7^[7]所示。例如，一个螺旋速冻间离开蒸发器的液体必须用气液混合回气管提升。通常几组蒸发器垂直堆叠，它们合起来的高度可能是3m，然后扩展再提升3m（或以上）到回气管。液体积聚在立管，液柱对蒸发器造成静压，提高了蒸发压力和蒸发温度。现场测量表明，蒸发器在-40～-30℃运行时，因为液柱的原因可能会损失15%～20%的制冷量。

如何定义提升管的最佳提升速度？

如图7-8所示，在坐标的另一端，由于摩擦大造成管径非常小的提升，立管压力降明显增加。参考文献[8]提供了立管最小压力降的建议尺寸，见表7-7。出现部分负荷时由于较低的速度，气体将无法从立管充分把液体带出。为了解决这个问题，建议采用图7-5所示的回油双立回气管。

图7-7 液体在气/液提升立管的流动状态

a）如果气流太低，将造成存液比例高

b）足够高的气流速度可以把大部分的液体带出提升立管

图7-8 采用提升立管的最佳气流速度

在管道尺寸确定后的下一个任务是计算在提升管中的压力降。当氨为-40℃、提升液体在3m而且循环倍率为5时，参考文献[1]估计运行在最小压力降的气体速度时，饱和温度大约下降1.6℃。

表7-7 制冷剂氨在-40℃时，不同管道尺寸和提升立管循环倍率的蒸发器能力（单位：kW）

①原文的标注是3.15，按计算应该是3.5。