【汽车空调冷凝器的设计计算及安装维护探析9000字（论文）】

汽车空调冷凝器的设计计算及安装维护分析TOC\o"1-2"\h\u55041绪论 1134981.1汽车空调的发展 1149821.2汽车空调的组成和工作原理 28701.3选题的目的及研究意义 3194352方案论证 4130862.1冷凝器的分类 4319192.2冷凝器的选型 677242.3小结 730973冷凝器的设计计算 793013.1确定制冷量 7271443.2计算冷凝负荷 841983.3工况参数确定 838053.4结构初步规划 8304543.5确定传热系数k 9111653.6计算对数平均温差 9165133.7计算冷凝器总的传热面积 9154203.8计算冷凝器总的传热长度 9248363.9确定冷凝器扁管的长度 1054283.10计算冷凝器的扁管数 1045403.11计算冷凝器的高度 1037913.12确定冷凝器的宽度 10178583.13小结 10173624风机的选型 1162924.1风机的类型 11180254.2风机的确定 12117214.3小结 1314095.1冷凝器的安装注意事项 14295685.2冷凝器的常见故障及解决办法 14117705.3冷凝器的日常维护 151绪论1.1汽车空调的发展汽车工业使我们国家一个重要的支柱产业，随着科技在不断的发展和进步，汽车上越来越多的功能被开发出来，汽车的安全性和可靠性在不断地提高。随着人们生活物质水平的提高，人们对汽车驾乘要求也不再是仅仅局限于的安全，而是更重视驾驶体验，因此汽车空调系统就引发了人们的关注与重视。随着科技的发展，空调系统也不再是高级轿车独有的，而是基本成为了所有汽车上的一项基本的配置，渐渐的也成为了人们判断一辆汽车功能是否齐全的一个重要的依据，其发展带来的必然结果是会带动汽车空调产业的发展，随着人们对汽车舒适度的追求越来越高，这无疑也是在推动着汽车空调产业的加速发展。汽车空调不仅可以为乘客提供舒适的乘车环境，还可以为驾驶员创造一个良好的驾驶条件，对车厢内的空气进行冷却、加热、净化和通风，不仅可以减轻驾驶员的驾驶疲劳，还可以提高乘客的乘坐体验感和舒适性，对驾驶员的行车安全也有着非常积极的作用。回顾全球汽车空调技术发展的历史，其发展的速度是非常快速的，最原始的汽车空调仅仅只是能实现窗户的打开和通风功能。在1927年世界上最早的汽车空调装置才诞生，但是它也只是能简单的对车厢内进行加热。严格意义上来说，从制冷技术在汽车上开始应用时才是汽车空调发展历史真正的开始。早在20世纪30年代末，美国就已经开始把带有制冷功能的空调装置安装在少部分的公交车上了，直至六十年代，具有制冷功能的空调设备才进入人们视线。从1927年世界上第一台汽车空调器诞生到现在为止汽车空调的发展大致经历了五个阶段：第一个阶段是单一的供热系统；第二个阶段是单一的制冷系统，第三个阶段是冷暖一体系统；第四个阶段是自动控温系统；第五个阶段就是现在的微机控制空调系统。汽车空调技术在发展过程中不断地创新和完善，到今天功能已经越来越全面了，不仅可以进行制冷和制热，还可以实现除霜除雾、通风换气和净化空气等功能。1.2汽车空调的组成和工作原理1.2.1汽车空调的组成汽车空调系统具有布局规范、结构紧凑的特点，具体涵盖了压缩机、冷凝器、膨胀阀等多个重要构件，这些构件形成了一个完全密封的环境，而制冷剂就是在此处循环流动。1.2.2汽车空调的工作原理一般来讲，在空调被启动的瞬间，压缩机会立即投入到运行状态，吸入气态制冷剂并进行压缩处理，在此之后，制冷剂的温度和压力均会同时增大，再通过压缩机直接排出。值得一提是，经特殊处理生成的气态制冷剂就会迅速进入冷凝器，并在此处完成散热和降温处理，成为液态制冷剂再进入干燥储液器中，经一系列处理后再流入膨胀阀。此时制冷剂状态会发生本质性改变，成为最原始状态的液态制冷剂。待制冷剂流向蒸发器后，由于吸收了周围空气的热量，致使空气温度在短时间内快速下降，从而形成冷风，达到快速降温目的。需注意一点，只要压缩机一直处于运转状态，那么制冷过程就会周而复始地循环往复进行。同样只要压缩机不再运行，制冷剂也会随之停止流动，也就不会产生冷风。通过上述分析可进一步了解到，制冷剂是制冷系统最重要的一个构成部分，正是通过它的不间歇流动才产生了冷气，到达了制冷降温效果。事实上，制冷剂的循环过程大体涉及了四环节操作，具体如下：①：压缩过程：压缩机在正常运行的情况下，会对吸入气态制冷剂进行压缩处理，使其性质发生本质性变化，成为高温高压的气体并再排出压缩机②：放热（冷凝）过程：经过压缩机压缩后的高温高压的气态制冷剂进入到冷凝器内，由于压力、温度的持续下降，气态制冷剂就会在冷凝作用下成为液态的制冷剂，在这个过程中还会释放出很多热量。③：节流过程：从冷凝器过来的液态制冷剂家经膨胀处理后会发生明显的体积变化，不仅压力骤然下降，同时温度也会断崖式走低，最后排出雾状制冷剂。④：蒸发（吸热）过程：雾状制冷剂流向蒸发器后会因高温、高压等多因素驱动而蒸发成气体。在此期间，由于会吸收环境热量，因此会再次成为低温低压的制冷剂，并重新进入压缩机内开始下一个循环。1.3选题的目的及研究意义通过汽车空调的工作原理我们不难看出蒸发器和冷凝器都是空调系统的非常重要的部件，都是实现热交换的部件，可以统称为换热器。它们的换热效果与到整个空调系统性能的好坏有着直接的关系，因此使用高效的热交换器是极为重要的，所以蒸发器和冷凝器一直以来都是空调系统改进和发展的核心。汽车空调换热器的性能表现好坏主要反映在两方面，一是阻力性能，二是换热性能。经过大量的实证研究表明，只有同时保证这两大性能表现均处于理想状态，才能实现空调系统功能的全面、高效发挥。因为它具有耗材多、体积大、质量重等特点，不仅会对车辆的有效容积产生影响，还加大了部署难度，因此换热器的体积也直接决定了整个空调系统的体积。换热器作为一种传统的能量转换装置，需要不断的改进和提高，即在满足了规定换热量的前提下，要求其结构更加紧凑，尽可能地节省材料、安全可靠性更高、更加的持久耐用且价格低廉。因此，定期改进并优化换热器是大有裨益的，可最大化发挥空调性能优势，强化车辆的结构紧凑性，进而能从整体上实现最优化布局。因此学术界对汽车换热器展开了全面且深入地探讨与研究。根据课题的要求本次的设计主要针对奥迪A6L车型上的冷凝器进行结构的设计。

2方案论证2.1冷凝器的分类冷凝器是汽车空调中主要的向外换热部件，它的主要职责是将气态制冷剂转换成为液态制冷剂，因此各构件在运行中产生的热量均通过它排放到外面。冷凝器在发展的过程中的结构形式主要有三种：管片式、管带式和平流式。2.1.1管片式管片式冷凝器是汽车上使用的最原始的冷凝器结构，其结构主要是由许多的铜管进行组合而成的，然后通过不同的工艺与铝翅片组装起来。该结构的优点是生产加工的技术较为简单，现有的技术手段相对比较成熟，经济成本也低于另外的两种冷凝器。虽然该结构的冷凝器优点比较突出，但是，这项结构的缺点远比优点大，它不仅体积大，换热效率不够理想，而且在开车时汽车产生的振动也会导致冷凝器管之间的密封松动。在汽车内部发生改变的同时，管片间的紧密性也发生了变化，最常见问题的则是接触不好。管片式冷凝器的结构如图2-1所示。图2-1管片式冷凝器2.1.2管带式管带式冷凝器是空调系统最不可忽略的一个重要部件，本质上来讲，它是基于管片式结构的一种改进与延伸。以延展性强的铝合金为制备材料，采用先进、成熟的工艺技术将其打造成为多孔的扁管结构，并利用机械装备处理成为间距一致的蛇形管，最后再按照要求对这些管进行安装处理，由此也就生成了永久连接的结构形式。管带式冷凝器的优点是传热阻力较小；焊接点少，减少可能的泄漏点，提高了其可靠性，且工艺简单、重量轻、成本低。但是这种结构在使用中的换热性能较差，而且蛇形管很难做成多通道的形式，所以基本都是做成一通到底的结构形式，这样的话管道的阻力相对来说就会比较大了，还会额外增加冷凝器的冷凝压力。因此，管带式结构的冷凝器在实际的汽车空调系统中很少使用。管带式冷凝器的结构如图2-2所示。图2-2管带式冷凝器2.1.3平流式平流式冷凝器的结构是在管带式结构的基础上做出重大的改进，管带式的冷凝器是一条通到底的蛇形管，而平流式的扁管则是多条直的扁管且每一根都是截断的，在扁管的两侧还设有圆柱形的集流管，扁管之间还嵌有散热的翅片。平流式冷凝器一般都会把散热的扁管分为几个流程，每个流程的扁管数都不一样，基本都是从多到少递减的方式设计，这是因为从进口管进来的制冷剂是气态的，比容是最大的，所以第一个流程的扁管数也是最多的，在冷凝的过程中，制冷剂会逐渐的从气体转变为液体，比容在逐渐地减小，所以扁管数就相应的减少了。在集流管内还设有隔板在每个流程最后一根扁管的尾部进行隔断，当制冷剂从进口管进入到圆柱形的集流管内时，会经过分流才进入到第一个流程的多个扁管内进行散热，然后从第一流程的最下面的扁管的尾部流到对面的集流管内，经过分流后再进入第二个流程进行散热，等所有的流程都流完后才从出口管流出。这种冷凝器集成了多重优势为一身，具体表现为压力损耗小、质量轻、布局合理等，最关键一点它适用于R134a制冷剂。平流式冷凝器采用这种变流程的设计，不仅可以保证制冷剂在两种不同形态下都拥有比较高的流速和换热系数，还可以使冷凝器的有效容积可以得到最合理的应用，据相关资料显示，平流式的制冷剂侧压力降仅为管带式的20%，而换热性能却提高了70%。平流式冷凝器的出现是汽车空调系统向前发展中的重要标志，也是目前为止最具有发展前景的冷凝器结构型式。平流式冷凝器的结构如图2-3所示。图2-3平流式冷凝器2.2冷凝器的选型由于汽车空调的工作环境相对比较恶劣和安装的空间有限，冷凝器一般安装在散热器的前面，因此对冷凝器提出了高标准要求，既要布局规范、质量小、还要损耗低、运行性能突出等。通过表2-1可以看出，在相同散热性能下三种结构型式的冷凝器中，平流式冷凝器不管是在结构上还是性能上都要优于其他两种结构形式的冷凝器，不仅体积小、重量轻，而且传热系数高、阻力小，可以满足汽车空调对冷凝器的要求，是汽车空调中理想的冷凝器结构。随着科技的发展，平流式的制造工艺越来越成熟，制造成本也在逐渐地降低，平流式冷凝器在汽车上的应用也越来越广泛。目前为止仍有部分的车辆使用的是管带式的冷凝器，而平流式冷凝器大部分都是应用在高级轿车上。通过三种结构类型性能的比较，我选择平流式冷凝器，这种结构型式更符合我的设计要求。表2-1三种类型冷凝器的性能比较2.3小结平流式冷凝器是一种高效紧凑式的微通道冷凝器，是管带式冷凝器的替代产品。由于冷凝器在汽车上的安装位置有限，所以在不断提高换热性能的同时也要求冷凝器需要更加的轻量化和更加的紧凑，平流式这种结构正是在这样的背景驱动下被研究出来的，在汽车空调领域的应用也越来越普及，正逐步成为冷凝器的主流产品。由于平流式冷凝器是几种结构形式中起步最晚的，制造工艺相对其他两种结构型式来说还不是很成熟，所以平行流式结构的冷凝器在制造成本上相比与其他两种结构的冷凝器要高，但是它的性能优势却是最高的，而且本次设计的冷凝器是用于奥迪A6L车型上的，奥迪A6L属于高级轿车，相比于制造成本，性能优势才应该是首要考虑的因素，因此平流式更能满足本次设计的要求，所以选用的是平流式冷凝器进行设计。3冷凝器的设计计算3.1确定制冷量根据表3-1的数据结合所设计的冷凝器选择适当的制冷量表3-1汽车空调机组的选配空调机组名义制冷量/kw普通轿车4~53.0~4.5120~140高级轿车4~54.0~6135~200双排座卡车4~53.0~4.5120~140微型客车6~94~5135~160中小型客车13~196.0~7.5170~250中型客车24~3011~13300~350大型客车33~3814~17350~450大型客车40~4518~20~550大型客车50~6022~27~650由于本次设计的冷凝器是用在奥迪A6L车型上，属于高级轿车，因此选择的制冷量为Q0=6KW。3.2计算冷凝负荷3.2.1计算压缩功平流式冷凝器的制冷量Q0=6KW，轿车空调系统的能效比COP在3.2-4.2之间，最后选择COP=4压缩功的计算公式如下：(3-1)式中，N——系统压缩机压缩功代入相应的数值算得压缩功：3.2.2计算冷凝负荷冷凝负荷的计算公式如下：(3-2)式中，QK——平流式冷凝器的冷凝负荷计算值：3.3工况参数确定蒸发温度取，冷凝温度、排气温度、空气进口温度。3.4结构初步规划多孔扁管分6个内孔：每个内孔的高度为，宽度为，扁管外壁面高度为，宽度翅片：宽度，翅片高度，翅片厚度，翅片间距；据该初步规划，可计算下列参数：（1）每米管长扁管内表面积为（3-3）（2）每米管长扁管外表面积为（3-4）（3）每米管长翅片表面积为（3-5）（4）每米管长总外表面积为（3-6）3.5确定传热系数k根据轿车得性能和经验计算最后确定传热系数K=134.508W/(m2K)3.6计算对数平均温差在汽车空调中，空气的进出口温差一般在12℃~15℃之间，取进出口空气温差，则空气出口温度设冷凝器的对数平均温差为Δtm，对数平均温差的计算公式如下：（3-7）代入相应的数据计算的：3.7计算冷凝器总的传热面积设冷凝器所需要的总的传热面积为A0(以外表面为基准），则有（3-8）式中QK——冷凝负荷K——传热系数Δtm——平均温差代入相应的数据算得：3.8计算冷凝器总的传热长度设冷凝器总的传热长度为，则有3.9确定冷凝器扁管的长度由于冷凝器的位置一般都是在汽车的最前端，在空间上受到的限制相比于蒸发器要小很多，所以在尺寸上也可以稍微大一点，设扁管的长度为L，最后取L=500mm3.10计算冷凝器的扁管数设冷凝器所需要的扁管的数量为n，则有最后取n=243.11计算冷凝器的高度其计算公式：3.12确定冷凝器的宽度其计算公式：3.13小结这个章节主要是介绍了冷凝器的初步结构规划以及对冷凝器的整体尺寸进行计算，需要计算的数据不是很多，计算量不大，计算的难度也不大，最主要的是计算冷凝器芯体的尺寸，包括冷凝器的长、宽、高、以及扁管的数量和流程的分配。经过计算，最后确定冷凝器的长为，宽为，高为，扁管的数量为24，分为3个流程，第一个流程的扁管数目为12，第二个流程为8，第三个流程为4。

4风机的选型风机在汽车空调系统中也是一个非常重要的部件，因为空调系统中的蒸发器和冷凝器在换热过程中需要风机进行强制通风来完成，车厢内的通风换气也需要依靠风机来完成。汽车空调系统采用的风机大多数都是靠电动机带动的气体输送机器，使其对空气稍微进行增压，从而将冷空气吹到车厢内或者将附近热空气吹出车外。由此可以看出，风机是空调系统最关键的一个功能部件。根据气流的方向与风机主轴之间的关系，风机可以分为离心式和轴流式两种。4.1风机的类型4.1.1离心式风机离心式风机一般适用于蒸发器，基本都是安装在蒸发器的内侧，其作用是将车内温度较高的空气流向蒸发器，经过热交换后将冷风送入车厢内，这样不断的循环使车厢内降温。离心式风机的空气流向与风机的主轴成90°，它的特点是高风压、风量小、噪声也小。蒸发器之所以采用这种风机，是因为有足够高的风压可以把冷空气吹到车厢里，使车内的每一位乘客都能感受到冷空气。由于蒸发器的风扇是安装车内的，所以要求风机的噪音相对来说要低一点，如果噪音太大就会影响到车内乘客和驾驶员，会让乘客过早感到不适和疲劳，离心式的风机就能满足上述的这些要求，所以蒸发器的风机基本都是采用离心式的。离心式风机一般主要由机壳、主轴、叶轮、轴承传动机构及电机等组成。离心式风机的结构如图4-1所示。图4-1离心式风机吸入口；2-叶轮前盘；3-叶轮；4-叶轮后盘；5-机壳；6-出风口；7-截流板，风舌；8-支架4.1.2轴流式风机轴流式风机一般都是用于冷凝器，它的气流方向平行于风机主轴，并且在运行中表现出表现出显著优势，比如风量大、风压低、低功耗等。冷凝器风机的主要作用是把冷凝器中散发出来的热量吹到大气中去，使冷凝器完成散热这一过程。由于汽车上的空间有限，所以大部分的汽车冷凝器与散热器用的都是一个同一个风扇，冷凝器之所以采用这种风机，就是因为风量大，不仅可以把冷凝器周围所有的热空气吹走，还可以把散热器周围的热气吹走。耗电量小是汽车电气设备最关键的一个评判指标，轴流式风机的能耗非常低，这也是备受欢迎的一个重要原因。但是它在应用中也暴露出一定缺陷与不足，比如风压小、噪声大等，不过这些缺陷产生的影响不大，原因在于附近的热空气不需要太大风压就能被吹走，而且冷凝器不是配装在车内的，即便产生很大噪音，也不会对车内的乘客和驾驶员带来任何影响。目前汽车空调上用的轴流式风机一般由电机、风叶、导流圈和网罩四部分组成。在一般的构造上，轴流式风机的叶轮都是直接安装在电机轴上的，在叶轮的前面通常会设置有一个流线型的整流罩，以有效减小气流运动带来的阻力。图4-2轴流式风机a-电机；b-风叶；c-导流圈；d-网罩；e-空腔；f-支架4.2风机的确定4.2.1送风量的计算冷凝器的环境温度为空气进口温度ta1=35℃，湿度取50％，由焓湿图查得hn=80.9kj/kg，空气出口温度ta2=49℃，相对湿度取50％，由焓湿图查得hb=148.52kj/kg，送风量的计算公式如下：代入相应的数据算得：当环境温度为35℃时，查焓湿图得v1=1.005，则=402.38×1.005=404.39m2/h4.3小结这个章节的主要内容主要介绍了目前应用在汽车空调上主要的两种结构型式的风机，分别对它们的性能以及优缺点都进行了详细的介绍以及这两种类型的风机分别适用在哪里。本章的重点是送风量的计算，因为风机的选型的依据就是送风量的数据，要根据所算得的送风量选择与之相匹配的风机，如果计算出来的结果不在所选择的风机风量的范围之内的话，对冷凝器的散热效果影响非常大。在送风量的计算中焓湿图是一个重点，因为送风量计算所用到的数据就是来自于焓湿图的，首先要先把焓湿图理解明白了才能从图中找出所需要的数据，最后才能把送风量计算出来。最后算得的送风量VS=404.39m2/h，选择的风机为轴流式风机，型号为LNF132501X。

5冷凝器的安装注意事项和维护保养5.1冷凝器的安装注意事项在安装冷凝器时,需要注意以下几点:（1）对冷流器进行全面、细致的检查，以确定总成有无问题，同时也要重点查看护风罩，倘若已出现变形，就必须进行更换处理，以防止叶片卡死影响空调运行。（2）对它的密封性进行仔细查看，其密封性评判的方法是打开冷凝器出口接头的保护盖，通过仔细观察进一步确定有无氮气溢出声，倘若存在这种声音，就意味着密封没有问题。不要打开管口的保护盖，防止灰尘、水分及异物等进入冷凝器。（3）在连接冷凝器的管接头时，需要区分入口和出口，注意不能反向连接，因为压缩机输送的高压气态制冷剂必须从冷凝器上端的入口进入，然后流到下面的扁管进行散热，最后经处理生成的液态制冷剂会直接从出口流出进入贮液干燥器。需注意一点，不可擅自调整此顺序，否则会出现压力急剧升高、冷凝器膨胀开裂等重大问题。（4）在安装连接管的接头之前，不要长时间打开管口的保护盖，以防止水分进入。安装空调管路时才可以打开冷凝器进出口的保护盖，打开后必须要尽快进行安装，如果不能马上进行安装要及时把保护盖盖上。（5）拧紧冷凝器进出口与管道的连接头时，需要用两个扳手进行紧固操作，一个扳手固定不动，螺母处的扳手则转动进行拧紧。否则，不仅会拧不紧，还会损坏管路的连接件，影响管路连接的密封性，从而导致气态制冷剂或液态制冷剂泄漏。（6）在安装完成后，要进行抽真空，防止管路内的压力不足和管内残余的空气影响到冷凝器的正常工作，还要补充制冷剂和检查是否有泄露现象。5.2冷凝器的常见故障及解决办法（1）冷凝器因为撞击或振动遭到损坏。需要把冷凝器拆下来进行焊接修补，如果损坏非常严重已经不能再修补时，则需要重新更换一个，完成更换操作后需在压缩机中注入40-50mL的冷冻机油，防止一部分吧的冷冻机油在冷凝器里更换后出现冷冻机油不足，影响整个空调系统的工作。（2）冷凝器的散热翅片弯曲变形。如果只是轻微的变形可以用镊子对翅片进行校正，若是变形严重则要拆出来进行维修，否则会影响散热。（3）冷凝器被污垢堵塞。不仅要拆开接头，还要用高压氮气进行反复吹洗，直到污垢被冲洗出来为止。如果堵塞严重，无法吹洗干净时，则意味着要重新更换一个。（4）冷凝器积灰且通风不畅时。只需用柔软刷子打扫即可。尽量不要使用坚硬的刷子，防止在清理的过程中把翅片刷变形了。（5）冷凝器管接头处泄露。出现这种情况就要更换管接头，更换后还要进行检漏和试压，检漏是为了防止其他部位或者是更换的接头连接不够紧，还存在泄露的情况，试压是为了防止泄露过后出现压力不足，影响冷凝器正常工作的请况。（6）一般在冷凝器中最常见的故障就是散热不良，在汽车空调处于运行状况时，只需仔细观察内部制冷剂的运行状态，就能快速、准确地判断出是否存在散热问题。倘若流过的气泡不多，而且液态制冷剂