中央空调冷水机组的设计

1、 本科生毕业设计论文中央空调冷水机组的设计院 系 热能与动力工程 专业班级 1203班 姓 名 罗商力 学 号 U201211404 指导教师 张师帅 2016年 5月26日华 中 科 技 大 学 毕 业 设 计（论 文）学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的

2、复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于 1、保密囗，在 年解密后适用本授权书2、不保密囗 。（请在以上相应方框内打“”）作者签名： 年 月 日导师签名： 年 月 日39摘 要在建筑耗能方面，中央空调的能耗水平可以占到总能耗的百分之四十甚至百分之六十。这是非常诱人的节能空间，因此提升中央空调系统的运行参数以及优化中央空调的结构性能是必不可少的关键举措。本次设计的设计目标是：设计制冷量为1134.4kw的冷水机组。本文的思路是，首先详细介绍冷水机组

3、的历史演变和关键部件的结构原理，总结发展历程。然后根据所给的数据条件进行热力计算。得出冷凝器、螺杆式压缩器与蒸发器三大核心部件的负荷或者功率。同时根据负荷进一步计算蒸发器与冷凝器的结构参数，比如传热面积等。借此来对三大部件选型。接下来对阀、节流装置与各类辅助器械选型。对机组做一个总体控制系统设计，主要包括流量控制、温度控制、防结冻控制、制冷量控制、以及总体控制。最后，对冷水机组的调试与维护做一些总结和梳理。关键词：冷水机组；中央空调；冷凝器；螺杆式压缩机AbstractIn terms of building energy consumption, central air-conditioni

4、ng energy consumption level can be accounted for forty percent or sixty percent of the total energy consumption. It is very tempting saving space, central air conditioning system to enhance the operating parameters to optimize the structure and performance of the central air conditioning is essentia

5、l for key initiatives.The design goal is to design: the design cooling capacity of the chiller 1134.4kw. Thinking of this paper is, first described in detail the structure of the historical evolution of principles and key components of the chiller, summarizes the development process. Then thermodyna

6、mic calculation based on the data given conditions. Come condenser, screw compressor and the evaporator of the three core components of the load or power. While further calculated structural parameters of the evaporator and condenser under load, such as heat transfer area and the like. To take on th

7、e three member selection. Next to the valve, the throttling device and various auxiliary equipment selection. On the unit to make an overall control system design, including flow control, temperature control, anti-freezing control, cooling capacity control, and overall control. Finally, commissionin

8、g and maintenance of chillers to make some conclusions and comb.Key Words：central air conditioning; screw compressors; chiller; condenser 目 录摘要Abstract1 绪论11.1 课题意义及实际需求11.2 中央空调主要元件概述21.3 国内外研究进展 31.4 本课题的研究方法及内容52 冷水机组的热力计算6 2.1 冷水机组的循环与计算6 2.2 冷凝器的计算与设计8 2.3 蒸发器的计算与设计14 2.4 压缩机的选型183 冷水机组其它部分的设计选

9、型21 3.1 连接管路21 3.2 节流阀23 3.3 膨胀阀254 中央空调系统总体控制与运行28 4.1 流量控制28 4.2 温度控制28 4.3 防结冻控制29 4.4 制冷量控制295 冷水机组运行的节能方案与故障诊断325.1 节能方案325.2 故障分析33总结与展望37致谢38参考文献391 绪论1.1 课题意义及实际需求中央空调系统的运行节能是大型公共建筑以及住宅整体空调节能优化的关键所在。其能耗主要取决于系统类型设计、运行控制和部件构成。而冷水机组所包含的冷凝器、蒸发器、还有压缩机是中央空调系统的主机部分，也是最重要的部分，集成了中央空调最核心的技术 郑丽华. 基于DCS

10、的中央空调冷水机组控制系统设计. 沈阳工业大学,2015.02。同时，中央空调的水系统的耗能可以占到总能耗的6070%，因此对冷水机组的设计和优化是很有必要的。冷水机组的主要构成元件如下：螺杆式压缩机、热力膨胀阀、壳管式蒸发器、壳管式冷凝器、节流阀、电控装置。在各种需要制冷的工业以及建筑场所中都有着广泛应用。冷水机组的工作流程如下：在夏季制冷时，机组制冷的主要进程是制冷剂汽化吸热，伴随能量传递的同时，冷凝水、冷冻水还有制冷剂有各自的循环并且相互关联，这个过程中压缩机压缩制冷剂蒸气，冷凝器中冷却水吸收制冷剂的热量，蒸发器中工质汽化制冷，之后经压缩会形成高温高压的制冷剂蒸汽在冷凝器内向冷却水（通常

11、为水或者氯化钠溶液）放热冷凝成高压液体，这些液体将分为两部分：一部分进入中间冷却器的盘管中降低温度，直至成为过冷液体，这一部分经节流阀降压后被输送到蒸发器蒸发制冷。另一部分经节流机构降压进入中间冷却器并蒸发，蒸发所吸收的热量来自低压级压缩机输送到中间冷却器的过热制冷剂蒸汽以及为盘管内的制冷剂提供一定的冷量。这个过程所产生的制冷剂饱和蒸汽将被高压级压缩机吸收 王雅珍. 中央空调冷水机组水处理中应注意的几个问题. 制冷空调与电力机械.2003.04。在冷水机组的运行中，主要关注三方面的水循环：冷却水的循环、冷冻水的循环与制冷剂的循环。这三者的关系是：制冷剂并不直接与环境空间传热，而是通过自身的物相

12、变化在蒸发器内使冷冻水的温度降低，而冷冻水将通过密闭管道流到各个需要冷量的房间内通过风机盘管或空气调节器进行热交换，当冷冻水的温度回升后又被输送到蒸发器进行降温并开始下一轮的循环。蒸发后又经过压缩后的制冷剂高温高压液体将在冷凝器里与冷却水进行换热，被加热的冷却水将被冷却泵压送到冷却塔或者外围盘管与周围环境换热(即空冷或者风冷的方式），降低温度后将又被送回主机（冷凝器） 林宇航. 广州电信大厦中央空调系统冷水机组运行负荷率分析.制冷.2010.12。总体而言，中央空调冷水机组耗功在于压缩机以及各类泵做功所需的电能，这用于维持循环中水系统与风系统的往复变化，比如制冷剂的物相变化，冷却水的温度稳定等

13、。这使得连续制冷成为可能 郑洁; 杨朝杰; 周玉礼; 刘拓. 螺杆式冷水机组的故障模拟及诊断软件的研究. 建筑热能通风空调.2005.12。 图1-1 中央空调循环流程图1.2 中央空调主要元件概述由于制冷量所给值较大，本设计的适用对象为较大型的商用建筑。在此基础上结合行业实际情况可对关键部件进行初步选型 Shi-Ming Deng; John Burnett. Performance Monitoring and Measurement for Central Air Conditioning Chiller Plants in Buildings in Hong Kong. HKIE Tr

14、ansactions Taylor & Francis.1997.01。压缩机的选取：优先选用螺杆式压缩机，该型压缩机的优势：可靠性高，螺杆式压缩机的零部件较少，且没有易损元件，因此它的运行寿命长，运转稳定；维护维修方便；平衡性强，非常适合于用作移动式压缩机，因为其运行流畅、重量轻、占地面积小的特点；性能优越，由于螺杆式压缩机具有强制输气特点，即便经过多级压缩机也可以很好地适应这个过程，容积流量不太受到排气压力的影响，在很大范围内都可以保持较高的运转效率；在压缩机结构不变的条件下，即可适用于多种工质，无论是无油式、有油式、还是注液式螺杆压缩机都有以上特点；多相工质混输，转子齿面留有一定

15、的间隙，故而能耐流体冲击，动力平衡性佳；同时也可输送湿蒸汽等。基于上述优良特性，压缩机应选用螺杆压缩机 程昕. 大温差冷却水对冷水机组性能的影响研究. 南华大学.2014.05。散热方式：选用水冷散热。优势：性能稳定、使用寿命长、噪声较小、操作简单；配合液晶显示人机界面，操作和观察简单清晰；同时，水冷式比风冷式冷水机组能效比要高。蒸发器：选用干式蒸发器。在干式蒸发器中，液态制冷剂在管内由于与管外换热会完全转变为气体，同时冷冻水在蒸发器的传热管外的管程流动。液态制冷剂进入蒸发器的量由热力膨胀阀或者电子膨胀阀控制。优势如下：管内制冷剂的流动阻力较小；冷媒和冷冻油的充注量小，且考虑到所选用的制冷剂为

16、高性能低环保的HCFCs类物质。从价格、稳定性和节能方面考虑，干式蒸发器较为适合本设计。图1-2 工艺设计简图1、螺杆式压缩机；2、冷凝器（标注进出口方向）；3、干式蒸发器（标注进出口方向）；4、过滤器；5、节流阀；6、视液镜；7、热力膨胀阀1.3 国内外研究进展人类控制周围环境的能力与生俱来，温度是其中至为关键的一环。最早的制冷方法主要是利用自然界已经存在的冷源物质：冰、深井水等。冷水机组是将具有较低温度的被冷却介质（冷冻水）的热量传递给环境介质以获得所需冷量的机器。冷量在数值上与从较低温度物体上转移的热量。在冷水机组内参与热力循环的工质即制冷剂。制冷剂（如R22）的温度变化域通常在120K

17、以上。该温度以下属于深低温范围，不属于通用制冷范畴。冷水机组广泛应用于日常生活和工业生产中。1834年，JPerkins 成功制造以人力转动为能量源、以乙醚为工质的可以连续运转的制冷机。这是冷水机组的开始。1844年，以空气为工质的冷水机组诞生，应用于医院制冰与冷却空气。1872年，第一台氨压缩机诞生，氨蒸汽压缩式制冷机也同步制成，这是现代压缩式冷水机组的开端。19世纪五十年代，以硫酸与水为工质的吸收式制冷机也被研制成功。1910年出现喷射式制冷机。1930年出现氟利昂制冷剂，这一发现大大促进了压缩式制冷机的发展。1945年，溴化银吸收式冷水机组也进入市场，到这一阶段，制冷机与冷水机组的行业进

18、展基本成型。近年来，我国冷水机组制造技术有了显著提升，但是主要核心部件(压缩机等)还是以采购居多，这既增加了生产成本也使我国生产最前沿产品的难度大增。目前冷水机组的发展趋势是效能增大、体积减小。结合各国的实际情况，制冷设备的优先发展类型也有着一定的区别，我国的制冷业主要瓶颈在于以下方面：（1） 引进的先进技术不能及时消化，上世纪八十年代，我国就开始有计划地引进国外技术，也建立了合资企业。但是发展不如人意，作为基础行业，制冷业目前还远远不能满足其他行业的发展需求。一些尖端技术也不能开发。（2） 整体素质有待提升。我国制冷行业高级技工人才缺乏的现状并未改善，这在一定程度上也阻碍了我国制冷行业的发展

19、。（3） 市场空间有限，提到压缩机，首先想到的就是美国的品牌，因为产品质量过硬，在市场已深深扎根。于是就有了这样一种错误观念:只要采用了国外压缩机的制冷设备，产品质量就有保障。这种情况下对于国产品牌的市场推广将更为不易。在制冷剂的环保方面，含氟制冷剂在发现其对臭氧层具有关键影响后备受冷遇，2002年欧洲联盟已经发布法令全面禁止使用含氟制冷剂，但是值得注意的是，现在我国定义的环保冷媒也是含氟的，化学组成的不同决定氟会不会成为可破坏臭氧层的状态。CFC（氯氟烃类）即受管控。HCFC(氰氟氯烃)臭氧层破坏系数较小可作为过渡，而HFC(氢氟烃类)的臭氧层破坏系数为零，故被认为是环保冷媒。日本、美国也在

20、有序开展控制工作。我国是现在含氟制冷剂最大的生产国和使用国，我国的空调产业发达也是有原因的，其产量约为65%，使用量已经达到40%，和我国煤炭资源的使用一样，高居全球榜首。 在联合国环境规划署的敦促下，蒙特利尔议定书在1987年正式施行。后来陆续出台了伦敦修正案、哥本哈根修正案等，促进环保制度落地。基本思路是控制制冷剂的生产使用，发展方向是环保节能。借由制冷剂推动空调行业的发展。根据中国建筑业协会的研究报告，我国建筑能耗已经占到全国商品能源消费总量的比例为11.7%，6070%为空调能耗，而这之中相当部分消耗在夏季制冷上，北方地区有暖气供应。而经济发达国家，空调能耗往往可以占全年总能耗量的20

21、30%。随着我国经济发展，人们的消费需求逐渐提高，空调已经作为基本元件被接受。因此，在家用空调以及中央空调高增长的促进下，冷水机组的性能发展是符合市场态势的。 1.4 本课题内容及研究步骤设计适用于大型商场或者办公场所的制冷量为1134.4kw的冷水机组，主要流程如下：1） 查阅国内、外有关冷水机组的相关文献，给出技术借鉴。2） 得出冷水机组的工况条件。3） 热力计算。4） 对冷凝器与蒸发器进行计算，得出其传热面积。5） 对压缩机及辅助零件选型计算。6） 阐述机组控制系统。7） 总结与行业展望2 冷水机组的热力计算2.1 冷水机组的循环与计算冷水机组的设计重心在于夏季供冷，冬季供热需求一般使用

22、热水机组(热泵)。根据设计要求，列下冷水机组的设计基本参数，然后具体设计和选型其它各设备如压缩机、冷凝器、蒸发器。在制冷剂的选择上，有两种制冷剂各有所长。R134a是公认的环保制冷剂，而R22的制冷性能更胜一筹。下面对它们的综合性质进行比对:R134a的GWP(全球变暖潜能值)为0.25，R22的GWP为0.36，同属于温室气体；R134a的ODP（消耗臭氧潜能值）为0，R22为0.06，这也是R134a成为环保制冷剂的原因；R134a的比容是R22的1.47倍，蒸发潜热小，R134a的冷冻性能仅为R22的60%。按单位制冷量议价，R22的价格约为R134a的0.6。R134a的热传导率低于R

23、22，约为它的0.9。R134a机组需要更大面积的换热器。R134a的吸水性强，20倍于R22，对机组干燥器的性能要求更高，以免发生冰堵 侯键. 基于ARM的螺杆式冷水机组控制器的研制. 杭州电子科技大学.2010.12。综合以上因素考虑，结合现行的环保政策，在没有更好的制冷剂应用前，使用R22是可行的。本次设计选用R22表2-1 冷水机组基本参数冷水机组类型制冷剂种类参数水/水冷水机组R22制冷量：Q=1134.4kw冷却水进出水温度：30；35冷冻水进出水温度：12；7图2-1 压缩过程p-h图热力计算：分析R22压焓图： 图2-2 R22的压焓图采用卧式壳管式蒸发器，蒸发温度按对数平均温

24、差求解： (2-1) 求解得到蒸发温度：T0=4 结合压焓图，取蒸发温度处：p0=545kpa, h0=408kj/kg冷凝器采用水冷，Tk=(ts1+ts2)/2+6Ts1=30 ，tS2=35 求解得，tk=38 结合压焓图，P3=1426kpa，h3=247kj/kg取过热度T=13，故 吸气温度 t1=19.05结合压焓图，p1=558kpa，h1=415kj/kg排气温度 t2s=73 结合压焓图P2=1428kpa，h2=447kj/kg由回热器的热平衡，h3-h4=h0-h1 h4=238kj/kg, 查压焓图，p4=1423kpa，t4=28设定压缩机机械效率为0.92，指示效

25、率为0.75。单位制冷量： (2-2)单位容积制冷量： (2-3)单位理论功： (2-4)单位冷凝热： (2-5)制冷剂的循环流量： (2-6)压缩机的理论功率： (2-7)指示功率： (2-8)实际制冷系数： (2-9） (2-10)制冷器的热负荷：Qk=qm(h2-h3)=1365kw (2-11)回热器的热负荷：QR=qm（h1-h0）=72.86kw (2-12)2.2 冷凝器的计算与设计 制冷剂与冷却水的热交换发生在冷凝器，制冷剂经过压缩机处理得到高温高压蒸汽，借由冷凝器中的冷却水间接像环境放出热量。通过冷凝器可以得到过冷液体，这也是冷水机组的核心部件之一 Ed Mardiat. I

26、nnovative On-site Integrated Energy System Tested. Cogeneration & Distributed Generation Journal. Taylor & Francis Cogeneration & Distributed Generation Journal.2004.12。主流冷凝方式主要有空冷和水冷两种。本次设计采用的是水冷式，同时采用壳管式冷凝器，由于卧式的传热系数比立式的大，且冷却水的用量较少，水流的流速较快不易结垢，故选择卧式冷凝器。基本组成部分有冷凝管、位于两侧的端盖、筒套等。具体的制冷剂流动遵循

27、：高压气态制冷剂在管束外壁流动，由冷却水对其冷凝。整个制冷剂流动过程是从筒上部到下部，以使传热充分。图2-3 卧式壳管式冷凝器1-外壳；2-无缝钢管；3-冷却水出口；4-冷却水进口；5-气态制冷剂进口；6-液态制冷剂出口；7-均压管接头；8-安全阀接头；9-压力管接头；10-放气管；11-放空气管；12-泄水管；13-放油管传热管的参数计算经查阅，可以采取每英寸19片的滚轧低肋管：df=18.75mm，db=15.6mm，sr=1.34mm, di=14mm,一单位的肋顶面积：单位管长所有的肋片数：单位管长的肋片面积：单位管长的肋间基管面积： (2-14)单位管长肋片管外表面积： (2-15)

28、单位管长管内表面积： (2-16)肋片的当量高度：热负荷:在已定工况下该冷凝器的热负荷系数：,冷却水的上升温度：冷却水的定性温度： (2-17)查水的物性表：冷却水的流量：查阅资料设计冷凝系统：表2-2 不同介质的热力性能介质制冷剂冷凝器形式传热系数K/W(m2*k)-1水冷R717立式372870卧式10971145R22壳管式3901160套管式12001600R134a壳管式645830套管式7801300由于存在温差，通过导热、对流、辐射方式通过物体传热。定义单位面积热流量，不同冷凝器有不同的适应工况和性能参数，由上图可选择适合的传热系数K与热流量qr。R22具有表面传热系数大的特性，

29、取qF=5700W/m2冷凝器外面积：低肋管管长： (2-17)设管内水速单位截面积（流程）的管数： 可取177根由于冷凝管两端有进口驳口，仅可计入有效长度（流程数为i）： (2-18)管中心距设计：表2-3 流程数i与有效管长Le的组合情况冷凝管的长径比取68较合适，且流程数直接影响着冷凝器的效能，可取i=2每流程的平均管数：n=360/2=180根管内冷却水平流速：可计算雷诺数判断水流是层流还是紊流运动：管中为紊流运动。查阅附录可知紊流区计算公式： (2-19)因为介质粘度不大，可直接在定性温度可简单求取：按照两流程的方式排列冷凝器传热管，带入管程修正系数平均管排数： 因此， (2-20)

30、螺纹管主要通过外肋化来增加传热面积，对于冷凝和沸腾都有很好的强化作用，低螺纹管的增强系数： (2-21)由于蒸气在壁面上冷凝可能形成液膜（当可以润湿整个壁面时）设冷凝液膜平均温度为tm=38，查阅可得到， ，Bm=72.40蒸汽与温度低于其饱和温度的壁面接触，即在低螺纹管上的传热冷凝换热系数： (2-22) 图2-3 冷凝器装配示意蒸汽侧与冷却水侧的界限在于冷凝器传热管，在使用过程中，由于密封问题会混入杂质污垢，水侧垢还会产生热阻，管外单位截面积热流量： 热阻取值为：ri=0.000086(m2.K)/W 低螺纹管壁厚：纯铜管导热系数:管外表面单位面积热流量： (2-23)传热温差： (2-2

31、4)(对数平均温差)传热管平均直径处面积： (2-25)用试凑法， 得到管外表面温度：管外径参数决定传热系数：传热面积： (2-26)满足设计要求且N=360根 图2-4 冷凝器装配图有效管长：管内摩阻系数：取冷凝器管板厚：，实际冷凝管管长：在管内单位截面积的质量流速：冷却水压力损失：2.3 蒸发器的计算与设计根据热平衡原理，主要是计算出传热面积并根据传热面积选定各参数，然后由产品型号表选定特定公司产品。载冷剂横向/纵向流过蒸发器，如果提高有效传热面积是性能优化的关键，如何排列管程，靠近壳体与边缘部分如何排布都是需要解决的问题 彭小磊. 中央空调系统优化及水系统节能研究. 河北科技大学.201

32、2.05。设计折流板和缺口是为了改变流动方向，同时还可以改善传热，支撑管束的作用。布管规划主要在三角形排列和六边形排列之间选择，同时需要确定管层数。以下是计算部分：制冷量：在一定的过冷度下，且蒸发器出口为饱和蒸气时可以确定单位制冷量： 制冷剂循环量： 确定传热面积之后即可根据生产经验对蒸发器的结构进行初步结构设计，干式蒸发器的制冷剂走管程并在管内完全汽化，所需的充注量较小。布置折流板、纵向翅片是为了控制载冷剂流速，保证工作效率。设内肋片热流量：所需外接触面面积：二流程直管可以给较大的热流量提供空间，故采用蒸发管直管段：为了优化流动降低水侧阻力，需要引入折流板，不仅可以提高传热效果，还可以起支撑

33、作用，故还需减去折流板厚，实际换热长度：蒸发器管数：设管子中心距，可以设计蒸发管结构尺寸壳体外径及壁厚、管侧流程数、管子总数、管板厚度、折流板厚度。初步规划可以得到一定的有效传热面积，这将在之后的计算中起参考作用。由热力膨胀阀调节进入蒸发管的制冷剂量，制冷剂在管内完全蒸发，且应设定制冷剂流速超过4m/s以便回油。折流板的开口在1550%之间，同时注意间隙控制，这在低温情况下尤为重要。内肋片流道面积： (2-28)周界长：管内当量直径： (2-29)R22质量流量： (2-30)单根管流量： (2-31)管内表面传热系数： (2-32) 图2-5 蒸发器工艺图标准冷冻水流量只与制冷量有关，而冷却

34、水流量是制冷量与机组输入功率的组合关系。传统的冷水机组水系统设计，一般需要定流量运行，保证换热效果，也可以使流动状态稳定，当流速过小时，机器可能冻结，而且也可能发生腐蚀。不过随着技术发展，冷水机组基本可以变流量运行。冷冻水流量： (2-33)冷冻水定性温度： (2-34)查得：水横向流过管束流速： (2-35)水横向流过管束流速和水流过缺口速度作模糊处理，近似相等，故水侧平均流速：考虑管外的流动状态：确定换热计算公式，在冷冻水侧传热系数：可能密封不严故取一个折损系数： (2-36)为保证冷水机组在高效区运行，考虑两侧垢阻取水侧： 取制冷剂侧：传热面积取整体管外表面，由此计算传热系数:制冷剂在蒸

35、发管内流动，流体温度随着流动方向变化，而流体相变主要包括干度、压力和温度的变化，平均温差与其流动路径有关。而传热过程的平均温差就是发生相变的流体饱和温度差值。管程长：经过节流调节，R22制冷剂压力变低，节流膨胀，温度也变低。由于假定的是蒸发器出口得到饱和蒸气，故出口干度为1.0，已知进口干度为0.18R22平均干度： 阻力系数： (2-38)在端盖内由于不能做到完全密封，故会提供额外阻力，这部分阻力由于过小也不易计算故忽略R22蒸发所受阻力主要来自突破液膜时所受的阻力： (2-39)蒸发温度和冷凝温度对循环效率是都有影响的，而且在控制变量的情况下，蒸发温度的影响力更大。在效用恒定时，尽量提高蒸

36、发温度有助于提高效能。查得R22在4左右的蒸发温度变化率：，进出口温差： 蒸发器蒸发温度：平均传热温差：热流量： (2-40)解得： ， (2-41)在出口处，蒸气温度将高于一定压力下饱和温度，即过热，并且存在最佳过热度，这时热力膨胀阀工作稳定不会大幅波动。如果贸然增加过热度可能会导致蒸发器中的制冷剂供应不上热负荷，而脱离最佳工况。考虑将传热系数减小5%裕度5.27% 2.4 压缩机的选型压缩机在整个制冷循环（压缩；冷凝；膨胀；蒸发）中起着不可替代的作用，压缩制冷剂蒸气使之回到高压状态，是转化得到冷量的关键。它的工作流程是阴阳转子啮合旋转，在内腔的螺旋空间内，周期性发生容积变化。结合设计参数，

37、定位于大型商场和建筑使用，故首选螺杆式压缩机。主流的压缩机还有活塞压缩机、离心压缩机、直线压缩机等。主要元件包括：缸体、连杆、曲轴、定子、转子等。按原理分类：容积型、速度型。容积型指的是压缩机的容积在周期性变化，有活塞式的往复也有螺杆、滑片式的单方向回转。而螺杆式压缩机的突出优点在于无故障运行时间相当长，运行相当平稳，即便需要维修费用也相对低，同时可以组合使用，非常适用于一定范围内的中央空调变工况调节。螺杆式压缩机还有两个特点可以深入讨论。分段容调以及回气冷却。分段容调表明冷水机组可以实现变工况调节，以25%启动机器，根据负荷可调节为50%、75%、100%。目前也有向无级调节发展的趋势。回气

38、冷却的意义是可以延长使用时间并且抗湿能力有进一步提升，但是前提是消耗一部分工作效率。图2-6 螺杆式压缩机压缩原理图经计算压力比且制冷量为1134.4kw可采用单级压缩机。现在冷水机组行业的趋向是多机头机组，螺杆机半封闭化与智能控制技术的成熟使多机头机组有了长足的发展，制冷范围尤其适合2501500kW，而且负荷可调节，更加节能环保，大大节省运算成本。且当出现故障时不至于全部制冷能力失效。由于冷凝器采用壳管式，压缩机可采用水冷式。单级压缩机选型有几个基本思路:理论输气量法，压缩机的入口是制冷剂蒸气，确定一定的输气量就可以确定制冷量；标准工况制冷量，标准工况指人为规定的特定工作温度下的运转，可以

39、用于比较压缩机制冷能力，一定的工质即对应一定的蒸发温度、冷凝温度、吸气温度和过冷度；按性能曲线选型，即参考所需达到的出口压力和温度，由此选择工况较优的压缩机类型。按冷凝器性能选型，多出现在不需要节流的冷水机组。选择标准工况制冷量选型在标准工况下的制冷量： (2-42)在设计工况下的制冷量： (2-43)一定条件下输入到压缩机的制冷剂蒸气是一定的，即设计工况和标准工况基于压焓图可以换算。蒸发温度与冷凝温度的升降直接与制冷量相关。根据压缩机产品目录的数据选用适用的型号和数量。选择单级水冷螺杆式压缩机。3 冷水机组其它部分的选型3.1 连接管路冷水机组的长效平稳运转需要良好的密闭以及较小的管路阻力，

40、良好密闭以保证制冷剂不会泄漏，而较小的管路阻力则意味着管道不易被腐蚀形成凹凸面使沿程阻力大大增加。首先确定管路材质，一般使用铜管，铜管的优点是耐腐蚀性、经济性好。连接管路重点在于密闭装载制冷工质和载冷剂。蒸发器是设备事故高发元件，容易发生换热不均，可能导致铜管破裂，继而使冷冻水泄露而使蒸发器过冷甚至结冰胀裂管道。故在设计上需要合适的管径，在管与管的连接上需要良好拟合。监测上如果出现停泵、阀门失灵等情况，经过系列反应最终会作用到管道上。在整个中央空调系统中，有主干管道也有旁路管道，主干管道一般是焊接，较小的管道可采用螺纹连接。连接管路的选型特点在于满液式还是干式的选择，蒸发器的类型将极大地影响连

41、接管路的布置，下面从这个角度进行分析。满液式螺杆冷水机组与干式螺杆冷水机组相比，最主要的区别是满液式冷水机组采用的是满液式蒸发器，干式冷水机组采用的是干式蒸发器。满液式蒸发器中，制冷剂走的是壳程，冰水走的是管程，换句话说就是制冷剂走铜管外面，冰水走铜管里面。干式蒸发器则相反，制冷剂走的是管程，冰水走的是壳程，换句话说就是制冷剂走铜管里面，冰水走铜管外面。满液式机组的部件多，回路复杂，机组运行可靠性低；干式机组部件少，回路简单，机组运行可靠。满液式机组适合定工况运行，工况变化容易使机组产生故障，干式机组则能适应变工况运行。对于润滑油与制冷剂互溶情况下，满液式蒸发器的回油动力为引射泵，回油较难且不

42、稳定，而回油状况直接影响机组的工作工况。干式机组的回油动力为高低压差，回油稳定、方便。满液式蒸发器的壳体内充满制冷剂，充液量大，多用于制冷剂易泄露的开启式压缩机及部分制冷量大的螺杆压缩机。干式蒸发器的制冷剂充液量只有满液式蒸发器的1/21/3。满液式机组能效高，同样的输入功率满液式机组制冷量大，制冷量比干式机组要大10%12%。且满液式机组造价高，干式机组造价低。从满液式蒸发器的优缺点得出连接管路可能存在的问题和布置规范。优点：蒸发器换热效率高，能效较干式蒸发器高，同样的制冷量机组比干式的体积略小。缺点：1、需增加液位控制装置或者过热度控制装置，以确保进入蒸发器的冷媒流量能将液面维持在适当的高

43、度。2、液位控制装置或者过热度控制装置的价格相当昂贵，保养和调整非常麻烦，在机组符合变化时适应性能很差。3、如果蒸发器中的冷媒液面降低，蒸发器中与冷媒相溶的冷冻油不容易回到压缩机内，是压缩机有失油之的风险。4、如蒸发器中的冷媒液面抬高，冷媒会以液态形式进入压缩机内，引起液压缩，同样会导致压缩机烧毁。5、整个系统冷媒和冷冻油的充注量是干式的2倍多，日后的维护保养成本增加。6、由于满液式蒸发器回油非常麻烦，因此对冷冻油的品质要求很高，必须保证冷冻油在很高的品质下工作。在使用一段时间后，由于冷冻油会逐渐变得粘稠，回油会难以完成，必须立即更换，其使用周期较干式蒸发器缩短一半以上，大大增加运行成本。7、

44、冷冻水在蒸发器铜管内流动时，因温度过低容易形成凝结，会导致铜管涨裂。连接管路中设计的原则：按既定的冷水机组系统流程配置管路系统，以使系统按所要求的循环、预期的效果运行；保证压缩机运行安全，如不发生回液，压缩机不发生失油现象；管路系统走向力求合理，尽量减小阻力，尤其应优先考虑减少吸汽管路的阻力;阀门配置合理，便于操作和维修；根据冷水机特点选用管材、阀门及仪表。氨系统禁用铜管及铜合金材料。氟利昂系统常采用铜管，大型系统采用无缝钢管。正确选择各种管路的管径。不同的制冷剂，由于其性质不同，相应的管路设计原则及解决方法也不一样。关于R22管路的设计，由于R22与润滑油有限溶解，因此，在压缩机运转时，其中

45、的润滑油总是随着冷水机组进人冷凝器、蒸发器等设备中去。如果蒸发器积油太多，会造成压缩机失油。从压缩机排出的油，由于排汽温度不高，未被炭化，可以重复使用。因此，在设计管路时，应注意润滑油随冷水机组一起返回压缩机，同时又应防止大量油液涌人压缩机而发生液击现象。吸气管路在连接管路中是十分重要的组成部分，保证制冷剂高温高压蒸汽的密闭与流通是必须具备的条件。吸气管路的水平管应有朝向压缩机的0.01坡度。上升管应保证有一定速度，与润滑油一起流动。氟利昂上升立管的最低速度查。如果按允许压力降确定的立管管径，其速度小于中数值时，则可减小立管管径，而增大水平管的管径，这样既满足了回油速度的要求，而又不增大管路的

46、压力降。对于变负荷系统中的上升立管，如果保证最小负荷时的流速，势必导致在最大负荷时阻力太大;反之，如果保证最大负荷时的流速，则在最小负荷时难于保证回油所必需的速度。当负荷变到全负荷的25%以下时。其中A管的直径按最小负荷确定，A,B管的总截面积应满足最大负荷时最低流速的要求。在满负荷时，两管同时工作。当负荷降低，其中流速不足于带走润滑油时，油就积存于油弯内，最终形成油封，B管被隔断，A管单独工作，从而保证了一定的上升速度。如果负荷转而增大，A管内的流动阻力增加，则在压差作用下，油弯内的润滑油被A带走。双立管应从上部接到水平管，以避免单管工作时，有油进人不工作的管内。当蒸发器在压缩机上部时。对于

47、停机时不对蒸发器抽空的系统，用实线的连接方式，这样避免在停机时蒸发器液体流入压缩机。而对于停机时对蒸发器抽空的系统，可以采用虚线的连接方法。蒸发器出口接油弯后直接向上接到压缩机。在负荷降低时，润滑油积存，当油弯内的油使管路隔断时，则在压差作用下，使油返回压缩机。3.2 节流阀节流的作用是使工质在进入冷凝器之前进一步降压，为下一步冷凝做准备。工作原理是控制流体截面，使流速加快而压力减小，截面与之前流道的比例关系影响压力的下降值。节流阀是一个可以调节液体压力的构造，可调整进入引擎的空气量，进而调整引擎的出力。将节流阀和单向阀并联则可组合成单向节流阀。节流阀和单向节流阀是简易的流量控制阀，在定量泵液

48、压系统中，节流阀和溢流阀配合，可组成三种节流调速系统，即进油路节流调速系统、回油路节流调速系统和旁路节流调速系统。节流阀没有流量负反馈功能，不能补偿由负载变化所造成的速度不稳定，一般仅用于负载变化不大或对速度稳定性要求不高的场合。由于节流阀的流量不仅取决于节流口面积的大小，还与节流口前后的压差有关，阀的刚度小，故只适用于执行元件负载变化很小且速度稳定性要求不高的场合。在节流阀的维护和保养方面，应该注意的事项有：节流机构除起节流降压作用外，大多数还具有自动调节制冷剂流量的作用。应经常对节流阀本身进行检查及调节机构的工作状态；油分离器应定期从侧面排出沉积在底部的润滑油；定期排出集油器中的润滑油，向

49、外排油时，应先打开抽气阀，用压缩机抽吸集油器中的氨气，并降低集油器的压力，待集油器内的压力降低到稍高于大气压力时，关闭抽气阀，并打开放油阀，直到油放完为止，再关闭放油阀；高压储液罐的最大充灌高度一般不超过简体直径的80%，最低不得低于30%；最大存放液量不得超过容器本身容积的70%，最小存液量不小于氨泵每小时循环量的30%；经常清洗制冷剂净化设备的中的过滤网，定期更换干燥剂；对于安全阀设定是压力值不要轻易的改动，对于安全阀定期进行校正。对于执行元件负载变化大及对速度稳定性要求高的节流调速系统，必须对节流阀进行压力补偿来保持节流阀前后压差不变，从而达到流量稳定。节流阀品类繁多，在冷水机组上也有多

50、种应用：大型中央空调冷水机组常用的节流机构有手动节流阀、孔板、热力膨胀阀、浮球+主节流阀。手动节流阀是最老式的节流阀，其外形与普通截止阀相似。它由阀体、阀芯、阀杆、填料压盖、上盖、手轮和螺栓等零件组成。与截止阀不同之处在于它的阀芯为针型或具有V形缺口的锥体，而且阀杆采用细牙螺纹。当旋转手轮时，可使阀门的开启度缓慢地增大或减小，以保证良好的调节性能。手动节流阀开启的大小，需要操作人员频繁地调节，以适应负荷的变化。通常开启度为1/81/4圈，一般不超过一圈，开启度过大就起不到节流（膨胀）的作用。这种节流阀现在已被自动节流机构取代。孔板节流机构由两块孔板组成，采用两级节流。制冷工质通过第一级孔板时，

51、制冷工质刚好到达饱和液体线，并产生少许闪发气体;由于闪发气体占据一部分空间，其流量也在波动，致使工质进入第二级孔板时流体的流量在一定范围（约20%）内变动，进而达到自动调节制冷剂循环量的功能，第二级孔板因变动的流量造成不同的压降变化，与系统高低压差进行调节，于动态平衡后，稳定发挥制冷工质膨胀功能而完成整个制冷循环。热力膨胀阀广泛应用于中央空调冷水机组。它既可控制蒸发器供液量，又可节流饱和液态制冷剂。根据热力膨胀阀结构上的不同，分为内平衡式和外平衡式两种。考虑到制冷剂流经蒸发器产生一定的压力损失，为降低开启过热度，提高蒸发器传热面积的利用率，一般自膨胀阀出口至蒸发器出口，制冷剂的压力降所对应的蒸

52、发温度降超过23，应选用外平衡式热力膨胀阀。工质饱和溶液由常温高压变为低温低压液体，工质向冷却水放热，而冷却水将热量带到冷却塔或者直接空冷（风冷）。节流阀的开度控制，通过感温包来实现，进而调节蒸发器负荷。节流阀供液量过大与过小对应的情况：过大会使过多的液态工质流入蒸发器可能会发生冲缸，而过小会使实际制冷效率偏小达不到既定目标从而能耗增大。3.3 膨胀阀热力膨胀阀是重要的动态控制组件，通过温度与压力的感应实现阀开度的变化，从而控制蒸发器的进口流量。使冷凝器出来的高压液体节流降压，使液态制冷剂在低压（低温）下汽化吸热。在工业冷却设备中，一般采用外平衡式热力膨胀阀。热力膨胀阀由感应机构、执行机构、调整机构和阀体组成。感应机构中充注氟利昂工质，感温包设置在蒸发器出口处，其出口处温度与蒸发温度之间存在温差，通常称为过热度。感温包感受到蒸发器出口温度后，使整个感应系统处于对应的饱和压力Pb。该压力将通过膜片传给顶杆直到阀芯。在压力腔上部的膜片仅有Pb存在，膜片的下方有调整弹簧的弹簧力Pt和蒸发压力P0，三者处于平衡时有Pb=Pt+Po 。当蒸发器热负荷增大时，出口过热度偏高，Pb增大，Pb>Pt+Po，合力使顶杆、阀