管路設(shè)計(jì)對抽真空效果的影響研究

王春玲 王 輝

（合肥美的電冰箱有限公司 合肥 340100）

引言

冰箱的制冷系統(tǒng)由壓縮機(jī)、冷凝器、毛細(xì)管、蒸發(fā)器等部件組成，制冷系統(tǒng)在充注冷媒前，需要盡可能抽凈制冷管道里的不可凝氣體和水蒸氣[1]。若制冷系統(tǒng)里存在不可凝氣體和水蒸氣，會導(dǎo)致壓縮機(jī)排氣壓力提高，制冷效率降低，從而使整機(jī)能耗增加[2]；同時(shí)，這些不可凝氣體和水蒸氣會造成冰箱管路中鐵質(zhì)部件內(nèi)壁銹蝕、剝落，從而形成“臟堵”和“冰堵”[3]。因此，研究抽真空工藝，對保證冰箱的質(zhì)量穩(wěn)定具有重要意義。

抽真空的效果與抽真空方式、真空泵規(guī)格，抽空時(shí)間都有關(guān)系，那與產(chǎn)品的制冷管路設(shè)計(jì)可有關(guān)系？本文從管路的直徑、長度、走向、材質(zhì)這幾個(gè)因素著手，研究管路設(shè)計(jì)對抽真空的影響程度。

1 實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料和儀器

1）萊寶LEYBOLD TTR 91NS皮拉尼真空計(jì)兩套；

2）抽速為8 L/s的旋片真空泵，兩根抽真空管；

3）自制三通兩套，接頭若干；

4）不同直徑、長度、材質(zhì)的管路若干。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 直管實(shí)驗(yàn)

分別取上述不同外徑、長度、材質(zhì)的管路，由于場地限制，把管路沿直徑1 000 mm圓環(huán)形纏繞，其流導(dǎo)等效于直管。管路一端通過三通管接抽真空管和真空計(jì)1，另一端接真空計(jì)2，所有管路抽真空12 min后，保壓回升1 h，記錄抽真空及回壓過程中真空度的變化，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

1.2.2 彎管實(shí)驗(yàn)

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

分別取外徑φ1.8，內(nèi)徑φ0.7銅管一根，長度為5 m；外徑φ8，內(nèi)徑φ6.5的鋁管一根，長度10 m，將這兩根管路分別來回彎折，彎折長度為200 mm，如圖2所示。其實(shí)驗(yàn)方法同直管抽真空實(shí)驗(yàn)，記錄抽真空及回壓過程中真空度的變化。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)抽真空實(shí)驗(yàn)原理[4]，判斷抽真空效果好壞的依據(jù)，可以從兩個(gè)方面去評價(jià)：①抽真空12 min后，真空計(jì)2（非抽空端）的數(shù)值大?。虎诒夯厣? h后，管路兩端真空計(jì)1和真空計(jì)2的數(shù)值大小。

2.1 管路直徑對抽真空的影響

分別取4根外徑不同，長度都為10 m的銅管，抽真空12 min，保壓回升1 h。

根據(jù)表1數(shù)據(jù)，以及圖3、圖4、圖5曲線可以看出，抽真空12 min后，Ф1.8銅管真空計(jì)2數(shù)值為2 125 Pa，Ф4銅管真空計(jì)2數(shù)值為46.1 Pa，Ф6銅管真空計(jì)2數(shù)值為15.1 Pa，Ф8銅管真空計(jì)2數(shù)值為7.54 Pa，真空計(jì)2的數(shù)值隨著外徑增大而減小。保壓回升1 h后，Ф1.8銅管真空計(jì)1和2的數(shù)值分別為1 666 Pa、1 761 Pa，Ф4銅管真空計(jì)1和2的數(shù)值分別為235 Pa、226 Pa，Ф6銅管真空計(jì)1和2的數(shù)值分別為172 Pa、170 Pa，Ф8銅管真空計(jì)1和2的數(shù)值分別為114 Pa、110 Pa，平衡時(shí)間，Ф1.8銅管在回升期間內(nèi)，真空表1不斷上升，真空表2不斷下降，60 min仍未平衡。Ф4銅管在20 min時(shí)開始平衡，Ф6銅管在4 min即達(dá)到平衡，Ф8銅管在3 min達(dá)到平衡。管路直徑越大，平衡時(shí)間越短，真空回升越小。可以看出，管路直徑是影響抽真空的重要因素。

2.2 管路長度對抽真空的影響

圖2 管路彎折示意圖

分別取外徑Ф1.8的銅管、外徑Ф4的銅管、外徑Ф6的鋁管、外徑Ф8的鋁管各兩根，長度分別為5 m、10 m，抽真空12 min，保壓回升1 h。

根據(jù)表2數(shù)據(jù)以及圖6、圖7、圖8、圖9曲線可以看出，抽真空12 min后，5 m的Ф1.8銅管真空計(jì)2數(shù)值為1 190 Pa，而10m的Ф1.8銅管真空計(jì)2數(shù)值為2 125 Pa；5 m的Ф4銅管真空計(jì)2數(shù)值為25.8 Pa，而10 m的Ф4銅管真空計(jì)2數(shù)值為46.1 Pa；5 m的Ф6鋁管真空計(jì)2數(shù)值為8.75 Pa，而10 m的Ф6鋁管真空計(jì)2數(shù)值為17.8 Pa；5 m的Ф8鋁管真空計(jì)2數(shù)值為5.47 Pa，而10 m的Ф8鋁管真空計(jì)2數(shù)值為9.17 Pa，管路越長，在相同的抽空時(shí)間內(nèi)，真空度越差，越不容易抽下來。且管徑越小，長度越長，形成的管路前后壓差越大。

表1 不同管徑管路抽空實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖3 不同管徑抽空和回升對比（真空計(jì)2）

圖4 不同管徑真空回升平衡情況對比（真空計(jì)1和真空計(jì)2平衡）

圖5 Ф4、Ф6、Ф8真空回升平衡對比（圖2局部放大）

表2 不同長度管路抽空實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖6 Ф1.8銅管5 m和10 m抽空及回升對比

圖7 Ф4銅管5 m和10 m抽空及回升對比

但是保壓回升1 h后，長度為5 m、10 m的Ф1.8銅管真空計(jì)2的數(shù)值之比為2.5，長度為5 m、10 m的Ф4銅管真空計(jì)2的數(shù)值之比為1.15，長度為5 m、10 m的Ф6鋁管真空計(jì)2的數(shù)值之比為1.08，長度為5 m、10 m的Ф8鋁管真空計(jì)2的數(shù)值之比為0.9，總的來說，長度越長，真空回升越快。但是不同管徑，影響程度是不同的。直徑越小的管路，其真空度受管路長度的影響越大。管徑越大的管路，長度對真空度的影響越小。

2.3 管路走向?qū)Τ檎婵盏挠绊?/h3>

分別取長度5 m的Ф1.8直銅管和多折彎銅管各一根，長度10 m的Ф8直鋁管和多折彎鋁管各一根，抽真空12 min，保壓回升1 h。

根據(jù)表3數(shù)據(jù)以及圖10、圖11曲線可以看出，抽真空12 min后，5 m的Ф1.8直銅管和多彎銅管真空計(jì)2數(shù)值接近，10 m的Ф8直鋁管和多彎鋁管真空計(jì)2數(shù)值有較大差異。大直徑的多彎管走向?qū)Τ檎婵招Ч杏绊憽?/p>

而保壓回升1 h后，無論管路直徑大小，直管兩端真空度回升比彎管的均要小，且直徑越大，彎管比直管回升的越大。

綜上可以看出，管路走向是影響抽真空效率的重要因素，直徑越小，其彎管等效管路長度與直管長度越接近，彎管和直管的真空差異越小。但是管徑越大，彎管相對于直管對抽真空的影響就越大。

圖8 Ф6鋁管5 m和10 m抽空及回升對比

圖9 Ф8鋁管5 m和10 m抽空及回升對比

2.4 管路材質(zhì)對抽真空的影響

管路在大氣環(huán)境中能溶解、吸附一些氣體。當(dāng)管路置于真空中時(shí)就會因解溶、解吸而出氣，對于一般真空管路來說，材料的出氣也是影響真空度的因素之一。那么針對冰箱的管路材質(zhì)進(jìn)行抽真空的驗(yàn)證如下:

表3 不同走向管路抽空實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖10 Ф1.8銅直管和多彎管抽空及回升對比

圖11 Ф8.0鋁直管和多彎管抽空及回升對比

分別取長度10 m的Ф4鋼管和銅管各一根，長度10 m的Ф6銅管和鋁管各一根，抽真空12 min，保壓回升1 h。

根據(jù)表4數(shù)據(jù)以及圖12曲線，抽真空12 min后，Ф4鋼管和銅管真空計(jì)2的數(shù)值基本相同，Ф6銅管和鋁管真空計(jì)2的數(shù)值也基本相同，除了管徑較大，真空度越低外，材質(zhì)對真空度的影響不大。

保壓回升1 h后，Ф4鋼管和銅管兩端真空度基本相同，Ф6銅管和鋁管兩端真空度也基本相同，說明管路材質(zhì)對抽真空效率的影響很小。冰箱的制冷管路充注冷媒前是低真空管路，而材料表面的放氣對高真空容器影響比較大，而對低真空容器影響很小，因而冰箱管路材質(zhì)對冰箱管路抽真空影響較小。

表4 不同材質(zhì)管路抽空實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖12 鋼管、銅管、鋁管和抽空及回升對比

3 結(jié)論

1）管路直徑是影響冰箱管路抽真空效率的最重要因素；直徑越小，抽空效果越差，平衡時(shí)間越長，真空回升越快，真空度越差。所心說在設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足產(chǎn)品性能的情況下，盡量優(yōu)先直徑大的管路，有利于抽真空和能耗；

2）管路長度的影響，直徑不同，影響程度不同，直徑越小的管路，其抽空效果受管路長度的影響越大，因此，冰箱管路中毛細(xì)管的直徑和長度的選擇最影響抽真空效率；而大直徑的管路其長度對抽真空的影響就逐漸減小。因此在冰箱管路設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足性能的條件下，盡量減少毛細(xì)管的長度；

3）管路走向是影響抽真空效率的重要因素，且管徑越大，彎管程度對抽真空效率的影響越大。在冰箱管路中，蒸發(fā)器的管路直徑最大，且彎曲程度也最大，因此蒸發(fā)器在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)減少彎曲次數(shù)；

4）從目前冰箱管路所使用的材質(zhì)來說，管路材質(zhì)的對抽真空的影響最小。