制冷课程设计说明书.docx

1、.前言本次设计的目的是为了对空气调节用制冷技术进行巩固，通过前期上课的理论学习，进行实践。具体内容是针对乌鲁木齐地区，设计其适合的空调用冷冻站的。首先通过查阅当地的各项原始资料，然后，确定制冷机的工作工况，通过提供的冷负荷资料选定压缩机的型号和台数。综合冷负荷、工作工况、当地的水质和环境情况，选择合适的冷凝器和蒸发器。再根据已有的设备资料，结合设计具体要求选择合适的辅助设备：油分离器、高压贮液器、集油器、氨液分离器、紧急泄氨器、空气分离器、过滤器、阀门等。最后由工厂发展规划资料初步确定工厂尺寸，将设备进行合理的布局。以求做到最经济合理的布置。 并根据设备布局确定管道的布局，计算管道的直径，给管

2、道配置相应的阀门。以上即是此次设计的流程，在设计过程中，应该注意统筹兼顾，有理有据。.目录一设计题目-4二设计目的-4三原始资料-=-4四设计内容-41制冷压缩机的型号与台数的选择-41.1冷冻站的冷负荷的确定-41.2制冷装置型式的选择-41.3制冷工况的确定及理论计算-5.1.4制冷压缩机的型号及台数的确定-62冷凝器的选择-72.1冷凝负荷的确定-72.2传热温差-82.3确定冷凝器的型号-73蒸发器的选择-94油分离器的选择-105贮液器的选择-.-106油器的选择-117空气分离器的选择-118急泄氨器的选择-119过滤器的选择-1110冷冻站设备及管路 的平面布置-1210.1冷冻

3、站房的设计-1210.2制冷设备的布置.-1311管路和阀件的选择计算-1411.1管路计算-1411.2排气管道-1611.3冷凝器到贮液器液体管道-1811.4贮液器到蒸发器液体管道-2011.5阀件的选择-2212参考文献-.一设计题目空调用冷冻站的设计二设计目的课程设计是“制冷技术”的主要教学环节之一，通过这一环节来达到了解冷冻站设计的内容、程序和基本原则的目的，学习设计计算的步骤和方法，巩固所学的理论知识和实际知识，以培养我们运用所学知识解决工程的能力。三原始资料1基本资料：已知某厂空调楼所需总耗冷量为680kw，以喷淋室为末端装置，要求冷冻水温为 7，空调回水温度为12，制冷系统以

4、氨为制冷剂。2 设计地点：3 水源： 由于地区水源紧张，冷却水系统必须选用冷却塔使用循环水。4 室外气象资料：夏季空调干球温度为 34.1，湿球温度为 18.5。.四设计内容1 制冷压缩机的型号与台数的选择1.1 冷冻站的冷负荷的确定QT=(1+A)Q y;式中 :QT 制冷系统的总制冷量（KW） ;Qy 用户实际所需要的制冷量（KW）;A 冷损失附加系数 ;对于间接式制冷系统， A0.10.15。本课程设计属于此类，取A 0.11QT = （ 1+0.11）×550=610.5kw1.2 制冷装置型式的选择本冷冻站设计采用活塞式制冷机，氨制冷剂，单级压缩1.3 制冷工况的确定及理论

5、计算1.3.1 蒸发温度 to当采用喷淋室处理空气， 即冷冻水喷淋室使用时， 宜采用水箱式蒸发器 （包括直立管式蒸发器和螺旋管式蒸发器） 。对于直立管式和螺旋管式蒸发器，蒸发温度宜比冷冻水出口干球温度低 4 6。所以t o =6 （ 4 6） =4 1.3.2 冷凝温度 t K采用水冷式冷凝器时，冷凝温度tK 可用下式计算：.t s1t s2(57)t K2式中t s1 冷却水进冷凝器的温度，；t s2 冷却水出冷凝器的温度，。对于使用冷却塔的循环水系统，冷却水进水温度可按下式计算：ts1tst s =18.5+ （ 3 4 ） =21.5 式中t s 当地夏季室外平均每年不保证50 小时的湿

6、球温度，t s 安全值。选用机械通风冷却塔，t s3 4。立式壳管式冷凝器进、出水温差24ts2 =21.5+3=24.5 tKts1 ts2(5 7)=21.5 24.5(5 7)=28221.3.3 压缩机的吸汽温度t1压缩机的吸汽温度一般与压缩机吸汽管的长短和保温情况有关，通常以氨为制冷剂时，吸汽温度 t1 与蒸发温度 t 0 的差值不大于 58。即t1 = to +5=4+3=7 1.3.4 再冷温度 t r.c对于立式壳管式冷凝器，均不考虑再冷。以上工况确定以后， 就可在 lgP h 图上确定整个制冷的理论循环；并进行循环的理论计算。.1.3.5lgP-h 上理论循环的计算1 根据绘

7、制的 lgP-h 图查表求得各状态参数：图中点1 为压缩机吸入状态点（ t 1=t 0 =3.5）； 1-1 为过热过程 (t1=8.5 )；2 为制冷剂出压缩机时状态点(由过 1的等熵线和压力为 Pk 的等压线来确定 )；4 为制冷剂出冷凝器的状态点(t4 =t k=35 )2 确定压力： P1= P0=489.178kpa ；P4=Pk=1353.146kpa ；确定焓值 :h1 =1460.250kJ/kg ；h1=1472.635kJ/kg ；h2 =1621.733kJ/kg ；h4=367.188kJ/kg;比容： v1=0.272135m 3/kg ； v2=0.118135 m

8、 3 /kg ；3 制冷系统热力计算单位质量制冷量 q0的计算 :q0=h 1-h4=1472.635-365.188=1105.477kJ/kg ；vv01；单位容积制冷量 q的计算 :q =q/v=1105.477/0.272135= 4062.237kJ/kg制冷剂质量流量 qm 的计算 :qm=Q T/q 0=1042/1105.477=0.9426kg/s ；单位理论压缩功 w的计算 :w =h -h=1621.733-1472.635=149.098kJ/kg；0021压缩机所需的理论功率P0 的计算 :P0=q mw0=0.9426 ×149.098=140.540kJ

9、/kg ；压缩机吸入制冷剂蒸汽的体积流量qv 的计算 :qv=q mv1=0.9426 ×0.272135=0.25651m 3/s；制冷系数0的计算 : 0=q 0/w 0 =1105.477/149.095=7.415 ；单位冷凝负荷 qk 的计算 :qk=h 2-h 1 =1621.733-367.188=1254.545kJ/kg ；冷凝器热负荷 Qk 的计算 :Qk=q mqk=0.9426 ×1254.545=1182.534kW ；.逆卡诺循环制冷系数：c= Tc/(Tk- Tc)=(3.5+273)/(35-3.5)=8.778 ；热力完善度 = 0/ c=

10、7.415/8.778=0.845 ；1.4制冷压缩机的型号及台数的确定择制冷压缩机时，台数一般选24 台 ,且系列应相同，方便维修。标准工况下的制冷量，换算公式Q标Q设K i可查得 Ki =2.19,则 Q标657/2.19=300kw=25.8* 104 kcal/h由使用制冷工程设计手册166 页查得选两台压缩机型号 6AW12.5(上冷 ) 标况制冷 15×10 4 kcal/h=174.42kw气缸数 6，气缸直径 125mm ，活塞行程 100mm,主轴转速 960r/min,理论容积 Vh =424 m3 /h=0.12 m3 /s轴功率 Pe6 缸： 36KW配用电动

11、机 Jo -91-6电功率 P=(1.11.15) Pe2d取 d =1.0 6 缸 P=1.1×36=39.6KW2 冷凝器的选择2.1冷凝负荷的确定.冷凝器型式的选择应根据制冷剂和冷却介质（水或空气）的种类及冷却介质的品质优劣而定。在冷却水质较差、水温较高和水量充足的地区，宜采用立式壳管式冷凝器，因为冷却水使用循环水，故采用立式壳管式冷凝器。冷凝器的台数参考压缩机的台数，暂取两台。QkQ0Pi式中Qk-冷凝器热负荷；Q0-制冷机冷负荷；Pi-压缩机指示一台压缩机的指示功率Pi=aVhh2 h1=0.81* 0.12700520=74KWv10.26*i0.91所以：Qk=174.

12、42+74=248.42KW2.2传热温差tt 2t1ln t kt1tkt2式中： t、 t -冷却剂进、出口温度 ,；12tk- 冷凝温度，所以：tt2t124.521.5 =4.84 ln tkt1ln 2821.5tkt 22824.5冷却剂流量： M=Qk=248.42Cp t2=19.78kg/st14.186 (24.5 21.5).2.3确定冷凝器的型号Cp 为制冷剂定压比热容 :4.187kJ/(kg·K)根据推荐值假设冷凝器的单位热负荷qt=3700kcal/(m 2·h)=4303.1w/m 2;F= QK248420=57.73 m2 ;qt4303

13、 .1查手册 ,选择立式冷凝器LN-70( 上海第一冷冻机厂 )2 台;冷凝面积 F=70 m2则：q =248420/70=3548.85w/m 2;t喷淋密度 ：Gwdn n式中G 冷却水量， Kg/h;wdn管子内径， m;N管子根数。则：19.8/3.14×0.032×125=1.58kg/m.s=5688kg/m.h1管内强制对流放热系数w =5133 =9157.4w/ m2 .kNH 3 为 37.9时 ,查其热力性质表 ,得:导热率=0.465w/(m ·K);密度=582.6kg/m 3;潜热=1108.665kJ/kg;动力粘度=0.1315

14、×10-3 N·S/m23 2 gr =2.822;10.925(2.822* 1015110005w/ m2 .k制冷剂侧放热系数c C () 3/3548.85* 5.182) 3l11p A01A0KRoilRfWCp AwAim2.k.冷凝器换热系数式中 制冷剂的凝结放热系数，2.k；w/mcw 冷却剂的对流放热系数, w/m 2.k；p 金属管壁的厚度，mm ；p 金属管壁的导热系数，w/m 2.k；A0 、Ai、 A 分别为金属管的外、内和平均表面积，m2;Roil 油膜的热阻， 0.00035 0.0006m2.k/w;Rf 水垢的热阻。由传热课本查得Roil

15、0.00048m2k / w ； Rf5.28 10 4 m2 k / w ；36.7w / m kA0d038A0d038Aidi32Ad35代入得到 K=613.37 w / m2k（介于 600700 ）( p - 金属壁管的厚度， mm;p -金属壁管的导热系数 , w / m 2 ? k ;A0 , Ai , A- 分别2;R - 油膜的热阻 ,0.00035-0.0006,2为金属管的外 ,内和平均表面积， mm ·K/w; R - 水oilf垢的热阻 , m 2·K/w);热流密度 :qt '=Kt =613.37 ×5.88=360相对误差

16、：qt ' qt36073548.85qt '=1.6%<53607则：说明假设正确，即选择的冷凝器型号合理。.3 蒸发器的选择以氨为载冷剂时，可采用卧式壳管式蒸发器，但冷冻水在蒸发器换热管内的流速不得小于12m/s蒸发器台数与冷凝器、压缩机台数相同。tt2t124.521.5 =4.8 ln t kt1ln 2821.5t kt22824.5FQl其中卧式壳管式蒸发器 K 取 450500 w / m2取 K=470 w / m2ktF=174.42×1000/470*4.8=72.8 m2由制冷与空调设备手册 530 页查得选用型号 WZA-90 的卧式蒸发

17、器2 台（烟冷）4 油分离器的选择为了保证制冷装置运行时的安全、可靠和切换灵活， 一台压缩机要有一台油分离器。选择油分离器可根据进排汽管径进行，一般要求管内汽体流速为1025m/s 。或者也可根据油分离器的筒体直径来选择，筒内汽流速度一般要求为0.8 1.0m/s 。两种情况均可按下述公式进行计算：D4Vh. n .v20.019 Vh . n .v2m3600. .v1.wv1.w式中D油分离器汽管或筒体直径，米；Vh 压缩机理论输汽量，米3/ 小时；a压缩机输汽系数；.v1压缩机吸入汽体的比容，米3/ 公斤；3v2压缩机排出汽体的比容，米/ 公斤；w汽管内或筒体内汽体流速，米/ 秒取 =0

18、.9m/s6 缸的：D>4Vh . n .v24 * 424 * 0.81* 0.0091 =0.069 m3600. .v1.w3600 * 3.14 * 0.26* 0.9由制冷与空调设备手册607 页查得选择两台型号 SYF-80 北冷式5 贮液器的选择贮液器的容积是按制冷剂循环量进行计算的。它应满足下述要求：（1）贮液器贮存制冷剂的最大量按每小时制冷剂总循环量1/2 1/3 的计算；（2）考虑到制冷剂受热膨胀可能带来的危险，贮液器贮存制冷剂的最大量不超过本身容积的80。贮液器的容积可按下式计算：V( 1 1) M R.vm323式中M R液体制冷剂循环量，Kg/h ；v液体制冷剂

19、比容，m3/Kg ；液体充满度，一般可取 0.8。根据计算值的大小，可选用单台或多台并联使用的贮液器，本设计中采用一台贮液器.V=0.4* 249.17 * 2* 1.57786 * 10 3 =0.4 m30.8由制冷与空调设备手册538 页查得选择 ZA-0.5北冷式贮液器6 集油器的选择在氨制冷系统中需要装置集油器，以收集和放出从冷凝器、贮液器、蒸发器等设备底部积存的润滑油。通常几套压缩机可共用一个集油器目前国内生产三种规格的集油器，当冷冻站标准工况下的制冷量小于250350KW(2030×104kcal/h) 时，采用直径为150mm的集油器一台；当标准工况下的制冷量为350

20、600KW(30 50×104kcal/h) 时，采用直径为200mm 的集油器一台；当标准工况下的制冷量大于 600KW(50×104 kcal/h)时，采用直径为 300mm 的集油器一台。本设计中 QT 标 258000kcal/h采用直径为 150mm 的集油器 由制冷与空调设备手册626 页选择 JY-150 北冷集油器7 空气分离器的选择对于氨活塞式制冷系统， 为减少排出空气时氨的消耗量，一般均设置空气分离器（不凝性气体分离器）空气分离器的选择一般不进行计算，而是根据经验选用。当总制冷量在100×104kcal/h(1163KW) 以上时，采用Dg50

21、 （筒体直径219mm ）的空气分离器；当总制冷量在1004×10kcal/h(1163KW) 以下时，采用 Dg32 （筒体直径 108mm ）的空气分离器。本设计中Q=300<1163 kw.由制冷与空调设备手册631 页查得KF-32大冷空气分离器8 急泄氨器的选择在大、中型制冷系统中，系统中的充氨量是较多的。当发生严重事故时，必须将系统中的氨迅速放掉，以保护设备和人身安全，故系统应设置紧急泄氨阀。目前国内生产的紧急泄氨阀为 SA25 型，各系统均可选用。由制冷与空调设备手册637 页可查得9 过滤器的选择过滤器用来清除制冷剂中的机械杂质；结构都比较简单， 一般制造厂都成

22、套配给， 设计中也可按管径的大小来选用。10 冷冻站设备及管路的平面布置10.1 冷冻站房的设计1、氨压缩式制冷装置应布置在隔断开的房间或单独的建筑物内，但不得布置在民用建筑和工业企业辅助建筑物内。规模较小的氨冷冻站，也可附设在一些不重要的厂房的一端，但需要用墙隔开，并且机器设备间与厂房不宜直接连通。另一端要尽量避免西晒2、冷冻房设计时预留一定面积，以备日后增设设备.3、冷冻站在工厂总图上的位置应考虑避免将其布置在乙炔站、锅炉房、氢氧站、煤气.站、堆煤场、易于散发灰尘和有害汽体站房的近处及其下风向。4、当冷冻站成为全厂的主要用电负荷或者用电负荷较大时，应考虑将站房靠近电源建筑。5、布置氨冷冻站

23、站房时，考虑到氨系有毒物质，为确保安全，在机器间和设备间的上、下面和直接相邻的四周，不宜建有宿舍、病房、学校、幼儿园、礼堂、餐厅、游艺场所、商店以及其它人多聚众的地方。如果冷冻站附近有要求防震的工艺设备，而冷冻站又不能离开较远时，压缩机及水泵等设备应采取必要的隔震及减震措施。6、氨冷冻站宜设于单层建筑中，机器间的操作通道不宜超过12 米。并设置两个相互尽量远离的出口，其中至少应有一个出口直接对外，冷冻站发门窗一律向外开，亦应考虑设备的安装要求。7、冷冻站必须有良好的天然采光，其窗孔投光面积和站房地面的比例不应小于1 6。8、冷冻站的机器间和设备间，应保持良好的自然通风条件。在设计时应尽量安排好

24、穿堂风或采取其它形式的自然通风措施。氨冷冻站内的机器间和设备间内应保证有每小时不少于三次的通风措施，此外还必须设计有每小时不少于七次换气的事故通风装置9、制冷机房的高度，应根据设备情况确定，并应符合下列要求对于氨压缩式制冷，不应低于4.8 米10、大、中型制冷站站房可分为机器间和设备间，并应考虑到全厂的具体情况来确定在站房中建有变电间、配电间、水泵间、维修间、储藏间、控制间、值班室等单独的隔间。对于中小型站房，亦可将制冷设备共建在一个房间内.冷冻站设备布置房间长25000mm （其中存放设备占房间的长度为 12534m ）冷冻站设备布置房间宽13504mm冷冻站设备布置房间高5000mm本设计

25、中共开设 18 扇窗 窗孔投光面积和站房地面的比例大于16开设三个门，使得机器间的操作通道不超过12 米10.2制冷设备的布置1、压缩机必须设在室内，并应有减震基础。2、制冷压缩机的所有压力表、温度计和其它仪表，均应设置在操作时便于观察的地方，通常情况下，应使其面向主要操作通道3、制冷压缩机的进、排汽阀门的手轮应面向主要通道，其高度设置在1.5 米以下，超过此高度时，应在制冷压缩机旁设立便于操作的工作台4、制冷压缩机的主轴拔出端，应留有足够的空间，以便于检修时拆拔出主轴。本设计中压缩机和蒸发器错位排列，方便抽轴维修。5、立式冷凝器一般情况下均安装在室外，使其距外墙不宜超过5 米。对于夏季通风温

26、度高于 32的地区，在室外安装时应设置有遮阳设，。 6、立式冷凝器布置在室外时，应利用其底部的水池作为基础。冷凝器的水池壁与机器房等建筑物墙面，一般情况下应有不少于3米的间距，冷凝器的安装高度，必须使液体制冷剂借助于重力能通畅地流入高于贮液器内,一般冷凝器岀液口比贮液器高250300mm 以上6、卧式蒸发器一般情况下均布置在室内.7、一般情况下，立式冷凝器、油分离器、集油器均布置在室外主要通道和操作走道的宽度2100mm压缩机突出部分之间间距2068/2000mm两台立式冷凝器之间2450两台卧式蒸发器之间2356/2593mm非主要通道和非操作走道宽度 1 0 0 0 m m立式冷凝器与外墙

27、间距3182mm立式冷凝器出液口比贮液器进液口高260mm乌鲁木齐夏季通风温度高于34.1>32 的，在室外安装时应设置有遮阳设施10.3 管道布置1、管路布置应便于装设支架。一般管路应尽可能沿墙、柱、梁布置，而且应考虑到便于维修、不影响室内采光、通风及门窗的启闭。非沿墙敷设的架空水平管道，其安装高度（由室内地坪至管底）经过人行通道时，不应小于2 米。管道距墙、柱的距离应考虑安装和检修的方便，对保温管道还应考虑保温层的厚度。一般管道外表面或保温层最外层距墙、柱距离不小于 150mm2、制冷压缩机的吸汽管道和排汽管道设置在同一支架或吊架上时，应将吸汽管道放在排汽管道的下面。数根平行管道之间

28、应留有一定的间距，以便于管道的安装和检修。一般情况下管道间净间距不小于200mm 。.3、设置管道时，除特殊要求外，一般情况下液体管道不应有局部向上凸起的管段，汽体管道不应有局部向下的凹陷的管段，以免产生“汽囊”和“液囊”，阻碍流体的流通。4、从液体主管接出支管时，一般情况下应从主管底部接出。从汽体主管接出支管时，一般情况下应从主管的上部接出。5、在钢制的支架或吊架上安装低温管道时，应根据保温层的厚度设置经过防腐处理的木垫块，以防止“冷桥”现象的产生。6、压缩机吸汽管和排汽管的坡度及坡向，应符合下列要求：（1） 氨制冷压缩机吸汽管坡度，不得小于0.003，应坡向蒸发器；（2） 制冷压缩机排汽管

29、坡度，不得小于0.01，应坡向油分离器或冷凝器。7、壳管式冷凝器至贮液器之间的液体管内流速不应超过0.5m/s ，在接管的水平管段上，应有不小于 0.01 坡度，坡向贮液器。8、所有贮存制冷剂且在压力下工作的制冷设备和容器，均应设置安全阀。氨制冷系统的排氨口必须装设排放管，排放管的出口，应高于周围50 米内最高建筑物的屋脊5 米9、大、中型氨制冷装置应装设紧急泄氨器，泄氨阀应该装在冷冻站外及便于操作的地点。10、浮球阀的接管需要考虑正常运转时，液体能通过过滤器、浮球阀而进入蒸发器。在浮球检修或过滤器清洗时，液体由旁通管直接进入蒸发器。11 管路和阀件的选择计算11.1 管路计算11.1.1 吸

30、气管道6 缸压缩机.（1）初选管径 d1d4qmvu式中 qm 流体质量流量， kg/s；U流体速度， m/s ；d 管子内径 ， m ；V 流体在工作压力和工作温度下的比容，m3 / kg其中吸气管流速u 为 1220m/S取u=15/Sv0.24962m3 / kgQ0272.5qm0.25 kg / sq0(1460.873 371.411)dn40.250.249613.1472.82mm15由实用制冷工程设计手册P554 查得 d外 83mm=3.5mm dn =76mm(2)确定管路的当量总长最不利管路管长： 480+2193+4995+2200+300=10173mm管路上两个直

31、通截止阀的当量长度：由实用制冷工程设计手册P544 查得Ld =340 ;Ld34027651680mmdn管路两个焊接弯头当量长度：.Ld =60 ;Ld602769210mmdn蒸发器出口管道缩小，其当量长度：由实用制冷工程设计手册P544 查得d76;Ld=9.272 ;Ld =705mmD125dn压缩机进口管道扩大，其当量长度；d76;Ld=2.049;Ld =156mmD82dnLd =10173+51680+9120+705+156=71934mm(3)每米当量管长的允许压力降值氨吸汽管、排汽管和液体管，不宜大于0.5蒸发温度 4对应饱和压力 P=498.47kpa压缩机吸气温度

32、3.5对应饱和压力 P=489.178KpaP =9.292kpa;每米当量管长的允许压力降P9.292106 pa/mLd71834(4)由实用制冷工程设计手册P547 查得dn =69.5mm<76mm选择合理6 缸计算同 4 缸相似dn =98mm.吸气母管直径 dd 2dn24dn26d=159mm444由实用制冷工程设计手册P554 查得取 d外 180mm =5mm11.2排气管道6 缸压缩机（1）初选管径 dd4qm vu其中吸气管流速 u 为 1525m/s 取 u=20m/s； v0.123m3 / kgqmQ0272.50.25kg / sq0(1460.873 37

33、1.411)dn40.250.1233.142044.26mm由实用制冷工程设计手册P554 查得 d外68mm=3mm dn =62mm(2)确定管路的当量总长最不利管路管长： 6284+700+1588+500+4240+7650+1966=22928mm管路上 4 个直通截止阀的当量长度：由实用制冷工程设计手册P544 查得Ld =340;Ld34046284320mmdn.管路 3 个焊接弯头当量长度：Ld=60;Ld 60 3 62 9720mmdn管路中一个逆止阀当量长度：Ld=80;Ld 80 1 62 4960mmdn压缩机出口管道缩小，其当量长度：由实用制冷工程设计手册P544 查得d6