ICES—40雪花制冰機(jī)D型蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化

管建峰　瞿生鵬

摘 要：通過簡要介紹ICES-40雪花制冰機(jī)D型蒸發(fā)器的主要技術(shù)參數(shù)和整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，提出了優(yōu)化D型蒸發(fā)器的設(shè)計方案。該方案既滿足了產(chǎn)品需求，又降低了制造成本。

關(guān)鍵詞：雪花制冰機(jī)；蒸發(fā)器；螺桿軸；冷卻液

中圖分類號：TH69 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.21.060

蒸發(fā)器是制冰機(jī)重要的組成部分。傳統(tǒng)蒸發(fā)器的工作原理為：當(dāng)制冷劑經(jīng)過蒸發(fā)器外壁時，通過蒸發(fā)帶走水的熱量，使水的溫度逐漸降到冰點(diǎn)。這時在蒸發(fā)器的內(nèi)壁上會結(jié)出冰晶。刮冰軸緩慢轉(zhuǎn)動，將冰晶從蒸發(fā)器內(nèi)壁刮下，刮下的屑片冰隨著螺桿向上輸送。隨著溫度的進(jìn)一步降低和螺桿葉片的持續(xù)擠壓，屑片冰最后從機(jī)頭擠出，形成碎形冰塊。工作中，冷卻劑在腔中流動時存在死角（冷卻液流動未經(jīng)過的地方）且流動不均勻，影響制冰效率。

1 主要技術(shù)參數(shù)

ICES-40雪花制冰機(jī)D型蒸發(fā)器的主要技術(shù)參數(shù)如下：

制冰量：40 kg/24 h；耗水量（L/h）：≤1.6；制冷劑：進(jìn)口無氟/R134a；輸入功率：26 W；冰型：不規(guī)則細(xì)鹽狀的雪花碎冰。

2 蒸發(fā)器整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

ICES-40雪花制冰機(jī)D型蒸發(fā)器的組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1 蒸發(fā)器螺桿軸的設(shè)計

本次設(shè)計所使用的蒸發(fā)器是螺桿式立式蒸發(fā)器。蒸發(fā)器正常工作時，螺桿完全浸泡在水（或冰）中，因此在選取螺桿軸時，要充分考慮軸的抗生銹能力和抗腐蝕能力。經(jīng)綜合考慮，選用300系列鉻-鎳，型號為316的奧氏體不銹鋼比較合理。

2.1.1 螺桿軸直徑的計算

本次設(shè)計選擇電動機(jī)功率為P=40 W，轉(zhuǎn)速為N=1 350 rpm的單相電動機(jī)。經(jīng)過二級減速器的作用，輸出功率為P0=26 W，轉(zhuǎn)速為N0=50 rpm。

當(dāng)工作溫度低于20 ℃時，316奧氏體不銹鋼的許用應(yīng)力為τ=40 MPa，聯(lián)軸器的效率為η1=0.98.

軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為：

由式（3）可得軸的直徑為：

式（5）中：s為螺桿軸的螺距，mm；n為螺桿的轉(zhuǎn)速；

代入相關(guān)數(shù)據(jù)可得：0.005=47×0.042×s×50×0.85×0.4.

解得：s=25.4 mm。

2.2 蒸發(fā)器圓筒材料的選取

為了達(dá)到較好的制冷效果，需要考慮三個要素，即冷卻液的性能、圓筒的壁厚和圓筒的材料。選擇圓筒材料時，既要考慮材料的性能，又要考慮材料的經(jīng)濟(jì)性。為了達(dá)到較好的制冷效果，圓筒材料需要具備較高的熱導(dǎo)率。常用的幾種材料的熱導(dǎo)率如表1所示。

考慮到材料的性能和經(jīng)濟(jì)性，此次設(shè)計選用了黃銅材質(zhì)的圓筒材料。

3 UG結(jié)構(gòu)造型

經(jīng)過計算，設(shè)計出蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)外形，并用UG 三維軟件繪出蒸發(fā)器的UG外形圖和蒸發(fā)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，分別如圖2和圖3所示。

4 蒸發(fā)器D型管的設(shè)計

D型管是由普通銅管經(jīng)過軋制形成截面形狀為“D”形的構(gòu)件，且銅管只軋制中間部分，兩端保留圓形截面，以方便聯(lián)接。如圖1所示，將D型管緊密地纏繞在刮冰筒進(jìn)水口與出冰口之間，采用銅纖維作為焊接材料。焊接時，需將焊接材料充分填充到銅管之間，以保證良好的導(dǎo)熱性。

5 D型蒸發(fā)器的優(yōu)化分析

相比于現(xiàn)有的螺桿式蒸發(fā)器的螺旋形容腔，本設(shè)計采用的D型管不僅能夠改善冷卻液的分布形式，提高冷卻液的吸熱效果以及蒸發(fā)器的制冷效果，從而提高制冰量，還能夠簡化結(jié)構(gòu)，改善蒸發(fā)器的制造工藝。

刮冰軸的鉸刀距掛冰筒內(nèi)壁0.05～0.1 mm。這樣既能增強(qiáng)蒸發(fā)器的制冰效果，又能保證蒸發(fā)器內(nèi)壁的加工精度。

6 結(jié)論

本設(shè)計采用的D型蒸發(fā)器在工作時冷卻液是沿著銅管流動的。相比于現(xiàn)有的螺桿式蒸發(fā)器，D型蒸發(fā)器的冷卻液能夠均勻地在銅管中流動。這樣便增強(qiáng)了制冰效果，提高了制冰效率，克服了傳統(tǒng)制冰機(jī)效率低的缺點(diǎn)。

本設(shè)計采用軋成D型的銅管作為冷卻液的通道。相比于現(xiàn)有刮冰筒腔體的螺旋結(jié)構(gòu)，本設(shè)計不必制造腔體的螺旋結(jié)構(gòu)，只需購買一定規(guī)格的銅管，經(jīng)過軋制形成截面形狀為“D”形的管道，然后纏繞在掛冰筒外圈，焊接固定即可，從而簡化了結(jié)構(gòu)且加工簡單，同時節(jié)省了刮冰筒的材料，降低了制造成本。

參考文獻(xiàn)

[1]劉強(qiáng)，黃新友.材料物理性能[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009：52-56.

〔編輯：劉曉芳〕