LSM-6型工业用低温冷水机组设计说明书.doc

lsm-6型工业用低温冷水机组目录中文摘要 .i英文摘要 .ii前言 .iii1. 方案论证 . 1 1.1.流程选择 .1 1.2 冷凝器介绍与类型选择 . 1 1.2.1 水冷冷凝器 .2 1.2.2 空气冷却式冷凝器 . 3 1.3 蒸发器选择 . 4 1.3.1 冷却液体载冷剂蒸发器 . 4 1.4 制冷剂 .6 1.4.1 制冷剂的选择原则 . 6 1.4.2 制冷剂介绍与选择 . 7 1.5 节流装置的选择 .8 1.6 压缩机的选择 . 10 1.6.1 压缩机的分类 .10 1.6.2 活塞式、螺杆式和涡旋式制冷压缩机的特点 . 112 制冷量计算 . 133 制冷循环热力计算 .134.冷凝器设计计算 .14 4.1 确定温度参数.14 4.2 翅片管簇结构参数选择及计算. 15 4.3 传热计算. 16 4.4 风机的选择计算. 195. 蒸发器设计计算. 20 5.1 蒸发器的分类. 20 5.2 初步选定蒸发器. 20 5.3 选用载冷剂. 21 5.4板式蒸发器的设计. 21 5.4.1蒸发段平均温差. 21 5.4.2体积流量.22 5.4.3传热系数的计算. 23 5.4.4传热面积校核 . 256. 压缩机的选型与校核. 25 6.1 压缩机的分类与初选 . 25 6.2压缩机的选型计算 . 26 6.2.1理论排气量的计算. 26 6.2.2轴功率的计算 .27 6.3 压缩机选型.27 6.4 压缩机的校核.28 6.4.1 压缩机名义工况下的热力计算 . 28 6.4.2 压缩机的校核计算 .297 节流装置介绍与类型选择 . 31 7.1热力膨胀阀的选型.32 7.1.1 热力膨胀阀名义工况下的热力学计算.32 7.1.2 选定热力膨胀阀 .33 7.2 热力膨胀阀的使用. 358 辅助设备的选择. 35 8.1 油分离器. 35 8.2 干燥过滤器选型. 36 8.3 气液分离器. 38 8.4 视液镜. 40 8.5 电磁阀. 41 8.6 截止阀. 41 8.7 压力控制器. 42 8.8 水泵. 439 自动控制系统. 43 9.1 蒸发器的自动控制. 43 9.2 冷凝器的自动控制. 44 9.3 制冷装置的自动控制. 44 9.3.1 排气与吸气压力自动保护. 45 9.3.2 断水自动保护. 45 9.3.3 冷冻水防冻自动保护. 46结 论. 46致 谢.47参考文献.47lsm-6型工业用低温冷水机组摘 要本次设计是6kw工业用低温冷水机组设计，制冷机组是将制冷系统中的部分设备或全部设备，主要有压缩机，冷凝器，蒸发器，膨胀设备和一些其他的辅助设备，配套组装在一起而成的一个整体。通过对制冷方案的研究和对压缩制冷的介绍，主要包括对制冷循环的四大部件和主要辅助设备的介绍，选择计算出适合本次设计的设备。根据已知设计条件，通过热力循环计算，换热器的设计计算，设计出合适的换热器。最后对一些主要辅助设备进行设计计算并选择出经济合适安全可靠的辅助设备。关键词 制冷机组，换热器，制冷剂6kw pharmaceutical coldstorage refigeration unit designabstractthisdesignis6kwdrugscoldstoragerefrigerationunits,therefrigerationunitisassembledtogetherasawholebypartoftheequipmentorallthedevicesintherefrigerationsystem,themainequipmentincludecompressor,condenser,evaporator,expansiondeviceandsomeotherauxiliaryequipment.bytheresearchoftherefrigerationschemeandintroductionofcompressionrefrigeration,mainlyincludesthefourpartsofrefrigerationcycleandthemainauxiliaryequipment,soitcalculateandchoosethesuitableequipmentforthedesign.accordingtothegivendesignconditions,throughthecalculationofthethermodynamiccycle,thedesigncalculationofheatexchanger.finallyitselecttheeconomicandsecureauxiliaryequipmentbythedesignandculculationofsomemainauxiliaryequipment.key words chiller , heat exchanger，refrigerant前 言随着社会的不断发展，我国经济将继续保持平稳较快的增长态势，然而能源的相对短缺已越来越成为制约我国经济持续健康发展的瓶颈，这一矛盾在今后相当长的时期内将长期存在，并且有愈加明显的趋势1，同时，经济的高速发展也是以牺牲环境为代价的，如今人们赖以生存的环境已不堪重负。为此，国家确立了“节约与开发并重，节约优先”的能源方针，并提出“科学发展观”，“构建社会主义和谐社会”的全新发展理念。在生活水平不断提高和生产条件日益改善的今天，人们对生产生活环境也提出了更加严格的要求，为了满足工作的需要以及生活的享受，近年来，冷水机组发展迅速，产品越来越多，型号越来越复杂，能效比越来越高，机组的技术含量也不断提高2。但伴随的却是巨大的能源消耗。因此，节能降耗理应成为全社会共同的责任，更是摆在每一家空调制造企业面前重大的课题。11.方案论证1.1 流程选择制冷有压缩式制冷，热电制冷和吸收式制冷三种主要的方式。压缩式制冷系统中制冷剂在蒸发器中吸收外界的热量，蒸发成气体后进入压缩机。气体被压缩机压缩，温度升高。从压缩机排除的气体进入冷凝器，被冷却介质冷却，成为液体。离开冷凝器的制冷剂液体流经节流元件时，降低压力和温度，成为由气体和液体组成的两相混合物，再进入蒸发器3，吸收蒸发器周围物体的热量，使他的温度降低；热电制冷是利用了电子能量与热量之间的相互转换，电子流经两种不同材料构成的结点时，因这两种材料中电子有不同能级，使电子的能量发生了变化。能量增加时从外界吸热，能量减少时向外界放热；扩散-吸收式制冷利用液体蒸发连续不断地制冷时，需不断输出制冷剂气化时产生的蒸汽。压缩式制冷机用压缩机吸取此蒸汽，四首诗制冷机用吸收剂吸收制冷剂的蒸汽。通过比较，本次设计适合选用单级压缩式蒸汽制冷循环。1.2 冷凝器介绍与类型选择冷凝器是制冷装置向制冷系统外放出热量的换热设备。从制冷压缩机出来的高压过热蒸汽进入冷凝器后，将热量传给周围空气或将热量传给水，再由水传给周围空气中去。制冷剂在冷凝器中放出热量的同时自身因受冷却凝结为液体4，在冷凝器中放出的热量包括两部分:一是在蒸发器中吸收的被冷却物体的热量；二是制冷剂在制冷压缩机中被压缩时，由压缩机消耗的机械功等转化为热量。制冷剂过热蒸汽在冷凝器中首先被冷凝为饱和蒸汽，然后被冷凝为饱和液体，再后制冷剂若继续冷却则被冷却成过冷液体。冷凝器按冷却介质和冷却方式可分为水冷式冷凝器，空冷式冷凝器和蒸发式冷凝器。1.2.1水冷冷凝器.1） 水冷冷凝器水冷冷凝器是利用水来吸收制冷剂放出的热量。其特点是传热效率高，结构紧凑，多应用于大中型制冷装置。水冷冷凝器主要有壳管式、套管式、板式、螺旋板式等。(1)、壳管式冷凝器 壳管式又可以分为立式壳管式和卧式壳管式两种。a)立式壳管式冷凝器 立式壳管式冷凝器是直立安装在水池上的，目前只应用于中大型氨制冷装置中5。冷却水从冷凝器的顶端进入冷凝器的配水箱，经导流管后在自身重力的作用下呈膜状沿换热管内壁自上流下，排入水池，冷却水再由水泵送入冷却塔冷却使用。气态制冷剂从冷凝器外壳的中上部进入冷凝器壳体和换热管之间的空间，制冷剂在换热管外冷凝后沿换热管外壁流下，冷凝液积存在冷凝器的底部，从出液管流出。换热管一般选用较小直径的无缝钢管，传热系数在689-814w/()。优点：可以露天安装，节省机房面积，也可以，安装在冷却塔下面，以简化冷却水系统，换热管是直管，清洗水垢比较方便，可以 在运行中清洗，对水质要求不高。缺点:冷却用水量大，单位面积冷却水量为1-1.7/（h），设备体积大，金属消耗量大，搬运安装不方便，制冷剂泄漏不易被发现。b)卧式壳管式冷凝器 卧式壳管式冷凝器最为广泛的应用在大、中、小型氨和氟利昂制冷装置。卧式壳管式冷凝器6主要由钢板卷制的筒体、换热管、两个焊接在一起的在筒体两端用于固定换热管的管板以及两个端盖组成，换热管的两端采用涨接或焊接固定在管板的管孔内。制冷剂蒸汽从冷凝器的壳体的上部进入冷凝器，制冷剂蒸汽在换热管外表面上冷凝，凝结成液体后从壳体的底部流出进入储液器，对于氨冷凝器，在冷凝器的下部通常还设置一个集污器，用于收集润滑油和机械杂质。冷凝器的冷凝水从冷凝器的端盖下部进入冷凝器的换热管内，两个端盖的内部有隔板，以便使冷却水在换热管内可以多次往返流动，冷却水从一个端头向另一个端头流一次称为一个流程。通常冷凝器的流程数为双数。优点：结构紧凑，占地面积小，换热管内的水流速较高，所以传热系数大；冷却水的温升较大，所以冷却水的消耗量较小。缺点：冷却水的阻力较大；清洗污垢不方便，设备要停止工作才能进行清理；冷却水水质要求较高。2)、套管式冷凝器套管式冷凝器是由两种或两种以上的不同直径的管子套在一起组成的，目前，套管式主要用于小型的氟利昂7系统中。制冷蒸汽从套管式冷凝器的上端进入，在内管的外表面冷凝成液体，液体在外管的底部沿管子的径向向下流动，从下端进入储液器。冷凝器的冷却水从套管换热器的下端进入依次向上流动，与制冷剂的流动方向相反，这样能够实现比较理想的逆流换热。优点：结构紧凑，制造简单，传热特性好。缺点：冷却水和制冷剂两侧的阻力较大；单位体积换热面积小，仅为20/。金属消耗较大；水垢清洗不方便，对水质要求比较高。3)、螺旋板式冷凝器螺杆式换热器是一种效率较高的换热器。流道始于螺旋板式换热器的中心，而终于螺旋板式换热器的外缘，螺旋板的上下两端用封条旱死。冷却水从螺旋板式换热器的外缘端进入7，从中央的上部流出。制冷剂蒸汽从螺旋板式冷凝器的中央隔板的另一侧上部进入，制冷剂的冷凝液集于底部流出。优点：体积小，重量轻，传热系数高，在工作条件相同的情况下，螺旋板式冷凝器的传热系数可管壳式冷凝器提高50%左右。缺点：承受压力有限，制造较复杂，冷却水的阻力较大而且内部不易清洗，对冷却水的水质要求较高。4)、板式冷凝器板式冷凝器的传热元件是冲压成型的薄金属板片，板片上冲有波纹以强化传热，很多换热薄片叠放在一起旱死，换热板与换热板之间的周边放入一定形状的密封圈，使换热板之间保持一定距离，构成制冷剂和冷却水的流道。流体8在换热板之间的流程可以按具体情况进行并联、串联和混联，在制冷装置中多用并联形式。板式冷凝器的传热系数为2000-3000w/()。具有结构紧凑、体积小、耗材少等优点。但是承受压力受一定的限制，冷却水的阻力较大，清洗不方便，对冷却水水质要求较高。1.2.2 空气冷却式冷凝器空气冷却式冷凝器又称为风冷冷凝器，制冷剂蒸汽冷却和冷凝所放出的热量是由空气来冷却的。冷却方式又分为自然对流空气冷却式冷凝器和强迫对流空气冷却式冷凝器。空气冷却式冷凝器的换热管一般按蛇形管排列，制冷剂蒸汽在换热管内冷凝，空气在管外流过。由于空气侧的换热系数较小，所以在空气冷却式冷凝器的空气侧通常采取加翅片等强化换热的一些措施。自然对流空气冷却式冷凝器是依靠空气在冷凝器被加热后自动上升的过程将冷凝器释放的热量带走，不需要风机，节省了风机耗电，减少了风机噪声，但传热系数也比较低，一般为9-16 w/()9。强迫对流空气冷却式冷凝器一般用直径为100.7-161mm的铜管弯制成蛇形盘管，蛇形盘管错排。由于这种冷凝器的冷却介质是空气，所以换热管外的换热系数很小一般为35-81 w/()，而换热管内制冷剂冷凝时的换热系数为1163-2326 w/()，为了强化管外换热，在换热管外套有翅片，翅片是用0.2-0.6mm的铜片或铝片制成，翅片间距为1.8-4mm。强迫对流冷凝器迎风面风速为2-3m/s时，按全部表面积计算的传热系数为23-50 w/()。空气冷却式冷凝器不需要冷却水，特别适用于缺水或供水困难地区。 经比较本次设计应选用板式冷凝器。1.3 蒸发器的选择蒸发器是制冷装置产生和输出冷量的重要部件，位于制冷系统节流阀和压缩机的吸气管之间。制冷剂液体在蒸发器的换热管内流动，并在低温下变为蒸汽，制冷剂在蒸发的过程中吸收被冷却物体或介质的热量。按被冷却的介质蒸发器可分为冷却液体载冷剂蒸发器和冷却空气的蒸发器10。1.3.1 冷却液体载冷剂蒸发器冷却液体载冷剂蒸发器主要有管壳式蒸发器，直立管式蒸发器，螺旋管式蒸发器和蛇形管式蒸发器。1)、卧式管壳式蒸发器 卧式管壳式蒸发器是用来冷却如水和盐水等载冷剂的蒸发器。制冷剂液体在蒸发器换热管外蒸发，载冷剂在换热管内流动。其外壳是用钢板做成的筒体，两端有管板，并胀接或焊接许多换热管管束，换热管通常用无缝钢管或铜管，两端的端盖具有分水隔板11。载冷剂在换热管和端盖中要往返多次，其流程一般为4-8次进出口设置在同一个端盖上，并从端盖的下方进入，从端盖的上方流出，流速为1-2.5m/s。在运行时制冷剂在换热管外流动，载冷剂的液面应稳定在壳体直径的70%-80%，液面上只露出1-3排换热管，是制冷剂过热。卧式管壳式蒸发器采用氨制冷时，一般选用253mm或32mm的无缝钢管。换热器的平均传热温差为4-8，传热系数为582-756 w/()，一般来说蒸发器的传热系数比冷凝器的要小。2)、干式蒸发器干式蒸发器的结构和卧式管壳式蒸发器的结构相似，所不同的是在干式蒸发器中制冷剂液体在换热管内流动，而载冷剂在换热管外流动。在这种蒸发器中制冷剂的充注量较少。干式蒸发器一般用直径为12-16铜管13，换热器的传热系数为532-580 w/()。优点是制冷剂充注量小，避免了换热管由于冻结而胀裂现象，可解决回抽问题。但是加工工艺比较复杂，换热管清洗比较困难。3)、沉浸式蒸发器沉浸式蒸发器又有直立管式，螺旋管式和蛇管式。 (1)直立管式 这种蒸发器通常只用在氨制冷装置中，其换热管是一排一排直立管排组成，材料是无缝钢管，热管管排装在一个铁箱子里，箱内充满载冷剂，制冷剂在换热管内吸收热量后蒸发，向上走被压缩机吸收。水箱中的载冷剂在搅拌器的作用下在箱内流动，流速一般为0.5-0.7m/s，传热系数一般在520-580w/()。优点是传热性能好，由于大所以冻结的危险小。缺点是体积庞大，金属消耗大，由于载冷剂直接暴露于空气中，所以对金属的腐蚀性大14。(2)螺旋管式蒸发器 这种蒸发器的换热管采用单头螺旋盘管或双头螺旋盘管代替直立管管束，高度比直立管管束腰小一些，同时将卧室搅拌器改为立式搅拌器，在相同的传热面积下，它比直立管式蒸发器的体积小25%-40%。(3)蛇管式蒸发器蛇管式蒸发器主要用于小型氟利昂制冷装置中，其热管有一组或几组弯成的蛇形盘管组成，蒸发器沉浸在载冷剂中，氟利昂液体从蛇形管的上部进入换热管，经蒸发后变为蒸汽，然后从换热管的下部导出。载冷剂在搅拌器的作用下在水箱中流动。由于载冷剂的流速比较小及蛇形管下部的传热面积没有充分的利用15，所以蛇形管蒸发器的传热系数比较小。4）、板式蒸发器板式蒸发器是近几年开始应用在制冷装置中的，其换热板是焊死不可拆的。板式蒸发器的换热板与换热板之间的周边放入一定形状的密封圈，使换热板之间保持一定距离，构成制冷剂与载冷剂的流道。但是，它的制冷剂的进出口和板式冷凝器不同。具有传热系数高、结构紧凑的优点。但是承受压力受一定限制，载冷剂流动阻力较大，清洗不方便。经比较，本次设计适合选用板式蒸发器。1.4 制冷剂1.4.1 制冷剂的选择原则1）、热力性质方面 (1)在工作温度范围内有合适的压力和压力比，即蒸发压力不要过低，避免制冷系统的抵压部分出现负压，是外界空气渗入系统引起不良后果。冷凝压力不要过高，以免设备过分笨重。冷凝压力和蒸发压力之比不宜过大，以免压缩终了的温度过高或是压缩机的输气系数过低，同时压力比过大将造成级数增加。(2)通常希望单位质量制冷量和单位容积制冷量比较大。因为对于制冷量一定的装置，大可以减少制冷剂的循环量。大可减少压缩机的输气量，故可缩小压缩机的尺寸，这对大型制冷装置是有意义的。(3)比功和单位容积压缩功小，循环效率高。(4)等熵压缩的终了温度不太高，以免润滑条件恶化或制冷剂自身在高温下分解。2)、环境友好对大气环境无破坏作用，无温室效应。3)、传输性质方面(1)黏度、密度尽量小，这样可以减少制冷剂在系统中的流动阻力。(2)导热率大，可以提高热交换设备的传热系数，减少传热面积，是系统结构紧凑。4)、物理化学方面(1)无毒、不易燃烧，不爆炸，使用安全。(2)化学稳定性和热稳定性好，制冷剂在循环中不变质，不与润滑油反应，不腐蚀制冷机构件。在压缩高温下不分解。5)、来源充足、制造工艺简单、价格便宜来源充足、制造工艺简单、价格便宜是其能够商业化的首要条件16。1.4.2 制冷剂介绍与选择目前使用的制冷剂已多达近百种，并正在不断发展增多。但用于食品工业和空调制冷的仅十多种。其中被广泛采用的只有以下几种：1)r717（氨，nh3）氨是目前使用最为广泛的一种中压中温制冷剂。氨的凝固温度为-77.7，标准蒸发温度为33.3，在常温下冷凝压力一般为1.11.3mpa，即使当夏季冷却水温高达30时也不超过1.5mpa。氨的单位标准容积制冷量大约为520kcal/。氨有很好的吸水性，即使在低温下水也不会从氨液中析出而冻结，故系统内不会发生“冰塞”现象17。氨对钢铁不起腐蚀作用，但氨液中含有水分后，对铜及铜合金有腐蚀作用。氨作为制冷剂的优点是：易于获得、价格低廉、压力适中、单位制冷量大、放热系数高、几乎不溶解于油、流动阻力小，泄漏时易发现。其缺点是：有刺激性臭味、有毒、可以燃烧和爆炸，对铜及铜合金有腐蚀作用。2)r134a（四氟乙烷，cfc）是目前广泛使用的r12的替代制冷剂。它的许多特性与r12很接近。其臭氧破坏指数（odp）值为0，温室效应指数（gwp）值为0.240.29。标准蒸发温度为-26.2，凝固点为-101.0。其制冷循环特性与r12接近，但不如r12。r134a相对分子量大，流动阻力损失比r12d大，传热性比r12好。r134a与r12在溶油种类和溶油行为上有很大差异。r134a18的分子极性大，在非极性油中的溶解度极小，在为r134a专门开发的诸多合成油中，主要是聚烯醇类油pags、酯基油和氨基油。pags作用r134a系统润滑油对金属有轻微腐蚀作用。pags的吸湿性强，吸湿后会加速金属腐蚀。r134a分子不含cl，自身不具备润滑性。机器中的运动件供油不足时，会加速磨损，为此，在合成油中需要添加添加剂以提高润滑性。r134a对钢铁铜铝等金属均未发现有相互反应现象，仅对锌有轻微作用。和塑料相比，合成橡胶受r134a的影响略大，特别是氟橡胶。因为r134a分子中不含cl，不能用传统电子捡漏仪器捡漏，应用专门的捡漏仪器捡漏。3)r12（二氟二氯甲烷，cf2cl2）为烷烃的卤代物，学名二氟二氯甲烷19。它是我国中小型制冷装置中使用较为广泛的中压中温制冷剂。r12的标准蒸发温度为29.8，冷凝压力一般为0.780.98mpa，凝固温度为-155，单位容积标准制冷量约为288kcal/m3。r12是一种无色、透明、没有气味，几乎无毒性、不燃烧、不爆炸，很安全的制冷剂。只有在空气中容积浓度超过80时才会使人窒息。但与明火接触或温度达400以上时，则分解出对人体有害的气体。4)r22（二氟一氯甲烷，chclf2）也是烷烃的卤代物，学名二氟一氯甲烷，标准蒸发温度约为41，凝固温度约为160，冷凝压力同氨相似，单位容积标准制冷量约为454kcal/m3。r22的许多性质与r12相似，但化学稳定性不如r12，毒性也比r12稍强。但是，r22的单位容积制冷量却比r12大的多，接近于氨。当要求4070的低温时，利用r22比r12适宜，故目前r22被广泛应用于4060的双级压缩或空调制冷系统中。5）r404a是一种不含氯的非共沸混合制冷剂，常温常压下为无色气体，贮存在钢瓶内是被压缩的液化气体。其odp为0，因此r404a是不破坏大气臭氧层的环保制冷剂20。主要用途：r404a主要用于替代r22和r502，具有清洁、低毒、不燃、制冷效果好等特点，大量用于中低温冷冻系统。6）r410a在常温常压下是一种不含氯的氟代烷非共沸混合制冷剂，贮存在钢瓶内是被压缩的液化气体。其odp为0，因此r410a是不破坏大气臭氧层的环保制冷剂。主要用途：r410a主要用于替代r22和r502，具有清洁、低毒、不燃、制冷效果好等特点，大量用于家用空调、小型商用空调、户式中央空调等。本次设计选取r22作制冷剂，r22不燃烧不爆炸无色无味，毒性比r12稍大，水在r22液体中的溶解度比r12稍大，这样在制冷机工作中，会发生冰塞现象，因此系统中必须配干燥器。1.5 节流装置的选择节流装置是制冷系统中的膨胀机构，又称为膨胀阀，位于冷凝器之后。从冷凝器出来的高压液体制冷剂经膨胀机构后，压力降低，同时小部分液体闪发为蒸汽，成为低温低压制冷剂液体，经气液分离器后，进入蒸发器制取冷量。节流阀除起降压的作用外，还能调节进入蒸发器的制冷剂的流量。通过这样的调节作用，使制冷剂离开蒸发器时有一定的过热度，保证制冷剂液体不会进入压缩机，避免“液击”事故。节流阀是制冷系统的四个主要组成部分之一，它和压缩机共同维持系统内的高低压侧的压力差，达到制冷目的。节流阀的种类有很多，根据制冷剂不同，可以分为氨用节流阀和氟利昂节流阀；根据结构形式，可以分为手动膨胀阀、热力膨胀阀、电子膨胀阀、毛细管和浮球调节阀五种。1）、手动膨胀阀手动膨胀阀采用针状阀芯，强迫制冷剂在瞬间通过窄小的通道，因此局部阻力大，能量消耗大，压力下降，紧接着通道面积突然扩大，使制冷剂膨胀，有少量液体汽化，吸收本身的汽化潜热，温度下降，所以节流后成为低压低温的汽液混合流体。在过去应用很广，现在大部分被自动控制阀替代，只有氨制冷系统还在使用，它通常与自控元件配合使用，或者用于旁通管道上，作为辅助调节阀，当自动供液管路发生故障时，临时启用21。2）、热力膨胀阀热力膨胀阀是目前制冷系统中向蒸发器自动供液应用最为广泛的调节机构，特别使用于氟利昂系统，它是根据蒸发器的热负荷大小向蒸发器增减供液量，使蒸发器出口保持一定的蒸汽过热度。在制冷系统中，热力膨胀阀可以在相当大的范围内调节制冷剂的流量，所以他能保证蒸发器的内表面积有绝大部分得到有效利用。热力膨胀阀对蒸发器出口处的温度控制，有内平衡式和外平衡式两种类型。外平衡式膨胀阀结构比内平衡式复杂，安装也比较麻烦。当制冷剂在蒸发器中压力降很小时，对过热度控制不大，采用内平衡式就可以实现满意的调节。但当制冷剂在蒸发器中压力降较大时，就必须采用外平衡式。当制冷系统蒸发温度低时，很小的压力变化就会引起饱和温度的明显变化，因此，低温装置也应采用外平衡式。此外，在使用分液器对并联多路的蒸发器供液时，由于分液器上压力降较大，也应使用外平衡式热力膨胀阀22。3）、热电膨胀阀热电膨胀阀为制冷系统的智能化提供了条件。它利用被调参数产生的电信号，控制施加于膨胀阀上的电压或电流，进而控制阀针的运动，达到调节的目的。按热电膨胀阀的执行器的驱动方式，目前应用的热电膨胀阀有热动式、电磁式和电动式三类。与热力膨胀阀相比，电子膨胀阀有许多优点：1）流量调节不受冷凝压力变化的影响；2）对膨胀阀前制冷剂液体过冷度的变化具有补偿作用；3）电信号比热信号传递快，使执行元件动作迅速准确；4）能够将蒸发器出口过热度控制到最小，最大限度的提高蒸发器传热面积的利用率；5)在制冷装置整个运行温度范围，可以有相同的过热度设定值；6）可以根据制冷装置实际运行特性决定调节器算法，便于通过控制器编辑，引入先进的控制方法。4）、毛细管毛细管节流阀通常用于工况稳定，能量小的制冷装置，如冰箱、空调器和小型制冷机组。它是一种便宜、有效、没有可动部件因而没有磨损的节流机构。由于直径小，其管道容易被阻塞，为此通常在毛细管的前面按住安装良好的过滤器。当蒸发温度低于零度时，需将干燥剂填入过冷器，组成干燥过滤器，防止毛细管内发生脏堵和冰堵现象。进入毛细管的制冷剂流量应适当，流量太小，不能保持进口处的液封；流量太大，则流动阻力增加，导致压缩机排气压力过高，系统效率下降。毛细管的功能取决于五个因素：管长、管内径、热交换作用、毛细管的等圆程度及毛细管的安装位置。本次设计采用热力膨胀阀。 1.6 压缩机的选择1.6.1 压缩机的分类1）、按使用工质分类 制冷压缩机可以分为氨制冷压缩机、氟利昂制冷压缩机和其他制冷压缩机，也有三种工质通用的压缩机（更换少数零件），如目前使用的125及170系列压缩机。2）、按活塞运动形式分类 可分为往复式压缩机和回转式压缩机（如螺杆式压缩机）。3）、按制冷能力分类 制冷压缩机可以分为小型制冷压缩机（60kw/h以下），中型制冷压缩机（60-465kw/h）和大型制冷压缩机（465kw/h以上）。4）、按气缸布置方式分类 制冷压缩机可以分为立式、卧式和角度式压缩机。5）、按气缸数量分类 制冷压缩机可以分为单缸、双缸和多缸压缩机。6）、按压缩级的级数分类 制冷压缩机可以分为单级压缩机和双级压缩机。7）、按制冷剂在气缸内的流动状态分类 制冷压缩机可以分为顺流式和非顺流式压缩机（进、出气同方向及不同方向之分）。8）、按压缩方式分类 制冷压缩机可以分为单作用式和双作用式压缩机（活塞在气缸内只向一侧压缩时为单作用，向两侧轮流压缩时为双作用）。9）、按压缩机转速的不同分类 制冷压缩机可以分为低速压缩机和高速压缩机。一般把转速小于960r/min的称为低速压缩机，高于960r/min的称为高速压缩机。10）、按压缩机与电动机的链接方式分类 制冷压缩机可以分为齿带传动和连轴传动压缩机。11）、其他分类 制冷压缩机还可以分为开启式、半封闭式和全封闭式压缩机。1.6.2 活塞式、螺杆式和涡旋式制冷压缩机的特点1）、活塞式制冷压缩机的优点：1）高速，多缸，逆流式，体积小、重量轻，结构简单，占地面积小，质量好，使用方便。2）具有系列化，互换性强，通用性强，维修方便。3）运转平衡性好，震动小。4）机器装有加油，放油用三通阀，可以再正常运转时加油。5)机器装有能量调节机构，使制冷压缩机可以实现空载启动。可以调节投入运转工作的气缸数，以适应不同的制冷量需要，具有正常运转性和使用经济性。6)曲轴箱内设有冷却水管，可以降低油温。缺点：1）压缩机吸气呈逆流式，排气温度较高。2）压缩机摩擦部件多，转速高，虽然设有冷却水管，但油温仍然较高。3）运行中出现湿行程时易引起冷却器的水管冻裂。4）压缩机不能反向工作。如果要去反向工作时，需要在管路系统中另设置通道和阀门。5）压缩机的耗油量相对较大，制冷系统需要经常放油。2）、螺杆式制冷压缩机的优点：1）管理方便 没有活塞式压缩机所具有的吸、排气阀，活塞，活塞环，缸套等易损零件，维护检修方便。运行平稳可靠，易于实现远距离操作与自动化。2）转速高，经济性能好 螺杆式压缩机是回转机械，由于没有吸排气，因而转速可以提高，通常转速在1500-3000 r/min范围内，一般都比活塞式压缩机转速高，因而提高了经济性指标。3）体积小，质量轻 由于转速高，当排气量相同时，机器的体积小，结构紧凑，质量轻，消耗金属量少，占地面积小。4）基础小 由于螺杆式压缩机没有活塞式制冷压缩机的质量惯性力，动力平衡性能好，故基础可以做的很小。5）单机制冷容量大 目前，国产螺杆式制冷压缩机系列的制冷量自9-2300kw/h不等，能适应生产上的不同需要。6）运转适应性强 可以适用于多种制冷剂，容积效率高。即在地蒸发温度和高压缩比时仍有良好的性能。由于没有余隙容积，因此容积效率较活塞式高的多。7）排气温度低 采用喷油冷却，排气温度比往复式低，因而在较高压缩比时仍可采用单机压缩。当蒸发温度为-40时，排出温度小于或等于90，这对机件运行有利。8）结构简单 结构较为简单，零件数量少，运行周期长，维修次数少，节省了加工时间。9）连续无极调节 由于目前应用最广泛的是利用滑阀进行能量调节，所以制冷量可以在10-100能量范围内无极调节，实现连续无极调节。10）运行寿命长 由于机器易损件少，使用性可靠，所以运行周期长。一般机器运行30000-50000h才检修一次。11）无液击危险 由于结构上的特点，螺杆式压缩机对湿行程不敏感，它可以容许湿蒸汽或少量液态制冷剂进入机体，无液击危险。缺点：1）转子加工困难 转子的加工精度要求高，加工比较困难，需要专用设备。2）辅助设备庞大 对于喷油的螺杆式压缩机23，为了分离排气中的润滑油，需要有体积大、结构复杂、效率高的油分离器和回油器。3）噪声大 由于转子齿槽周期性的高速通过吸排气孔口，以及通过缝隙的泄漏等原因，噪声较大。3）、涡旋式压缩机概述：1）涡旋式压缩机是由一个固定的渐开线涡旋盘和一个呈偏心回旋平动的渐开线运动涡旋盘组成可压缩容积的压缩机。2）涡旋压缩机的独特设计，使其成为当今世界节能压缩机。涡旋压缩机主要运行件涡盘只有龊合没有磨损，因而寿命更长，被誉为免维修压缩机。3）涡旋压缩机运行平稳、振动小、工作环境宁静，又被誉为超静压缩机。4）涡旋式压缩机结构新颖、精密，具有体积小、噪音低、重量轻、振动小、能耗小、寿命长、输气连续平稳、运行可靠、气源清洁等优点。涡旋式压缩机的特点：1）相邻两室的压差小，气体的泄漏量少。2）由吸气、压缩、排气过程是连续地进行，压力上升速度慢，因此转矩变化幅度小，振动小。3）没有余隙容积，故不存在引起输气系数下降的膨胀过程。4）无吸、排气阀，效率高，可靠性高，噪声低。5）由于采用气体支撑机构，故允许带液压缩，一旦压缩腔内压力过高，可使动盘和静盘端面脱离，压力立即得到释放。6）机壳内腔为排气室，减少了吸气预热，提高了压缩机的输气系数。7）涡线体型线加工精度非常高，必须采用专用的精密加工设备。 8.密封要求高，密封机构复杂。涡旋压缩机的独特设计，使其成为当今世界节能压缩机。涡旋压缩机主要运行件涡盘只有龊合没有磨损，因而寿命更长，被誉为免维修压缩机。涡旋压缩机运行平稳、振动小、工作环境宁静，又被誉为超静压缩机。 涡旋式压缩机结构新颖、精密，具有体积小、噪音低、重量轻、振动小、能耗小、寿命长、输气连续平稳、运行可靠、气源清洁等优点。被誉为新革命压缩机和无需维修压缩机是风动机械理想动力源，广泛运用于工业、农业、交通运输、医疗器械、食品装潢和纺织等行业和其它需要压缩空气的场合。根据前文的介绍，通过对几种常见的压缩机类型的比较，考虑到本次设计的制冷量相对来说比较小，再综合考虑设计要求和掌握的资料，本次设计采用活塞式制冷压缩机。2 制冷量计算根据已知条件，本次设计的制冷量是已知的，为=6kw3 制冷循环热力计算制冷循环的热力计算是根据所确定的蒸发温度、冷凝温度、液体制冷剂的过冷度和蒸汽制冷剂的过热度等已知条件，求出各状态点的状态参数。 制冷循环的lg p-h图，见下图3-1 图3-1 制冷循环的lg p-h图状态点t / p / mpah / kj/kgv/ l/kg0-252.01394.86111.501-212.01397.47113.722111.620.33474.1515.7735220.33265.830.9344720.33258.950.91 单位质量制冷量 （3-1） 单位容积制冷量 （3-2） 单位绝热功 （3-3） 制冷系数 （3-4）制冷剂质量流量 （3-5）实际输气量 （3-6）压缩机理论功率 （3-7）单位冷凝热 （3-8）可得冷凝器热负荷为 (3-9)4.冷凝器设计计算 冷凝器是制冷系统中主要的热交换设备之一。根据设计任务的要求，该冷凝器的冷却方式采用强制对流风冷，它的主要 优点是不需要冷却水，安装和使用都很方便。风冷冷凝器的设计主要是根据制冷系统的额定工况确定冷凝器的结构和换热面积，并选择合适的风机类型24。4.1 确定温度参数冷凝热负荷qk=9.32kw。冷凝器设计中的各项温度参数如下：冷凝温度tk=52 进口空气干球温度ta1=