郭宁氨制冷系统

1、课课 程程 设设 计计 深圳市氨制冷系统（制冷量深圳市氨制冷系统（制冷量 100KW100KW）设计）设计姓 名 郭宁 院 系 食品工程学院 专 业 热能与动力工程年 级 热能本 1201 学 号 20122916107 指导教师 邹欣华 2015 年 1 月 20 日目录目录绪论.11 设计任务 .12 制冷系统的热力计算 .12.1 确定制冷系统设计工况 .12.2 冷凝温度的确定.1kt2.3 蒸发温度的确定.10t2.4 过冷温度的确定 .2gt2.5 过热温度的确定 .2rt2.6 制冷系统理论循环 .23.主要机器设备的选型计算.33.1 制冷压缩机型号及台数的确定 .33.2 冷

2、凝器的选择计算 .43.3 蒸发器的选择计算 .63.4 冷却水系统的选择 .73.5 冷冻水系统的选择 .83.6 管径的计算 .83.7 其它辅助设备的选择计算 .83.8 制冷机组与管道的保温 .104 设备清单 .105 设计体会 .116 参考文献 .111绪论制冷系统有压缩机，冷凝器，蒸发器，节流阀四大件，其他辅助设备有油分离器，储液器，集油器，空气分离器等。根据负荷变化确定冷凝器，蒸发器的型号，根据制冷量选择压缩机，以及节流机构的选择。1 设计任务设计一深圳地区用制冷系统，采用空冷式直接制冷，制冷量定为 100KW，制冷剂为氨，冷却水进出口温度为 30.3/33空调设计干球温度为

3、 32.4，湿球温度为 27.3冬季大气压力 101.95kpa 夏季大气压力 100.56kpa2 制冷系统的热力计算 2.1 确定制冷系统设计工况确定制冷系统的设计工况主要指确定蒸发温度、冷凝温度、压缩机吸气温度和过冷温度等工作参数。有关主要工作参数的确定参考制冷工程设计手册进行计算。确定冷凝温度时，冷凝器冷却水进、出水温度应根据冷却水的使用情况来确定。2.2 冷凝温度 的确定kt从制冷工程设计手册中查到深圳地区夏季室外平均每年不保证 50h 的湿球温度（）=27.3 kt对于使用冷却水塔的循环水系统，冷却水进水温度按下式计算： 3,3033 .27tttkkk1 式中冷却水进冷凝器温度（

4、） ；k1t当地夏季室外平均每年不保证 50h 的湿球温度（） ；kt安全值，对于机械通风冷却塔，=24。ktkt冷却水出冷凝器的温度（） ，与冷却水进冷凝器的温度及冷凝器的形k2t式有关。按下式确定：选用卧式壳管式冷凝器 =+2.7=30.3+2.7=33k2tk1t注意：通常不超过 35。k2t 系统以水为冷却介质，其传热温差取 4-6，则冷凝温度为 =+ 4=37ktk2t式中冷凝温度（） 。kt2.3 蒸发温度 的确定0t选用供水与回水温度为：7/12 由于蒸发式空气冷却器不需要谁做冷媒，所以蒸发温度等于制冷剂液体在蒸发器中的气化温度。2若系统以水为载冷剂，其传热温差为 4-6，即C2

5、575tt0式中载冷剂的温度（） 。t 一般对于冷却淡水和盐水的蒸发器，其传热温差取=5。T则制冷剂的蒸发温度也应为 2.2.4 过冷温度的确定gt在冷凝压力下，制冷剂液体的过冷温度与冷凝温度的差值，称为过冷度。是否采用过冷应进行全面的经济技术分析。对于一般的空气调节用制冷装置，不采用液体过冷；对于大型的蒸发温度较低（5）的制冷装置，在条件许可时使用液体过冷。对于本设计系统，et=2，因此不采用液体过冷，即=0。etgt2.5 过热温度的确定rt压缩机吸气口温度（）的确定rt压缩机的吸气温度根据管道中的传热情况，或根据标准规定的过热度确定。通常（式中对于一般氨压缩机， =5-8） 。Co862

6、tttre1rt2.6 制冷系统理论循环 =37查表求得各状态参数：C 2t0kt确定压力：kpa5 .1431p 463.53kpapk0比容：0.27，0.0931vkgm /32vkgm /3焓值： 1463.8， 1650，375.8 1h KJ/kg2h KJ/kg43hh KJ/kg单位质量制冷量（）的计算0q kg/10888 .3758 .1463q410KJhh单位冷凝负荷的计算 kq kg/12703801650q32kKJhh单位理论压缩功（）的计算 c kg/2 .1868 .1463165042cKJhh单位容积制冷量（）的计算 制冷剂质量流量（）的计算rM 压缩机吸

7、入制冷剂蒸汽的体积流量（）的计算rV310m/403027. 01088qKJvqvkg/s0919. 01088100q00rQM3 冷凝器热负荷（）的计算0KWqMk7 .11612700919. 0r0压缩机所需的理论耗功率（）的计算thPKWMPcth245.161760923. 0r制冷系数（）的计算th KWpthth16. 6245.161000逆卡诺循环制冷系数（）的计算th KWTTTc86. 7275310275c制冷系数（）的计算 RKWcthR78. 086. 716. 63.主要机器设备的选型计算3.1 制冷压缩机型号及台数的确定3.1.1 压缩机形式的选择根据设计要

8、求，为 100KW 的氨制冷系统，选双螺杆式压缩机。3.1.2 压缩机型号的选择 根据制冷机组冷负荷 100KW 选择压缩机，选用 KA12.512 型压缩机，其标准工况下的制冷量为 137KW 大于 100KW，符合要求。3.1.3 压缩机台数的选择 压缩机台数应根据总制冷量来确定：73. 0137100m0OgQQ式中 m压缩机台数（台） ；每台压缩机设计工况下的制冷量，因此，选择 1 台 KA12.5-12gQ0型压缩机.3.1.4 压缩机级数的选择压缩机级数应根据设计工况的冷凝压力与蒸发压力之比来确定。一般若以氨为制冷剂，当时，应采用单级压缩机；当时，则应采8/p 0kp8/p 0k

9、p用两级压缩机。kpa5 .1431p 463.53kpapk0s /0248. 04030100V30rmqv4对于本设计制冷系统中，因此，本设计制81 . 353.463/5 .1431/p 0k p冷系统采用单级压缩。3.1.5 电机的选择由于使用 KA12.5-12 双螺杆压缩机，其配用电机型号为 YW200L-2,标准工况功率 55KW,电压 380V。3.2 冷凝器的选择计算3.2.1 冷凝器的选择原则冷凝器的选择取决于当地的水温、水质、水源、气候条件，以及压缩机房布置要求等因素。立式壳管式冷凝器具有占地面积小，无冻结危险，对水质要求不高，传热系数高的特点，在本系统中选用氨立式壳管

10、冷凝器。冷凝器热负荷计算：式中冷凝KWqMk7 .11612700919. 0r00器的热负荷（KW）氨制冷系统传热管采用无缝钢管，=58.2w/(mk)， 肋管外径f=15.43mm，内径=13.15mm, 肋片外径=17.8mm，肋片厚度=0.232mm，0didfdt=0.354 mm，平均肋厚=0.3mm，肋片的节距 e=1.029mm。0f3.2.2 计算肋管特性参数计算肋管特性参数肋管水平部分面积：A=44ededtf1000A00p3-10肋管垂直部分面积：119eddf12)(A202f3-10肋管总外表面积： A=+=163pAfA3-10肋化系数：15.3 肋片的当量高度：

11、 =3.5mffddd)(4H202e3-10基管平均表面积： = =44.9A20idd 3-10所以：/A=0.73 ； /A= 0.27 ： A/=3.6fApAA3.2.3 计算平均传热温差 Cttttttsksksso92. 633372637ln2633lnt2112m53.2.4 冷却水流量 查水在 6.92 的物性参数：=4.2pC)(kkgkJ skgtCmPK/02. 492. 62 . 47 .116MW3.2.5 概算所需传热面积假设热流密度=5500w/，则 2cm215500/116700/A k3.2.6 初步规划冷凝器结构取管内的流速 v=2.7m/s，则每流程

12、类管数 m 为14.5 vdMiw24/m取 m=15,这样管束总长等于=8.6 )(AmAnlC如流程数 n=2,则冷凝器传热管有效长度为 3.1m；传热总根数 N=40 根3.2.7 计算水侧的换热系数1.094w/k2 . 08 . 02s1s2 . 08 . 0)2t221430(iiwdvtdv4103.2.8 计算制冷剂测得冷凝换热系数求水平光管管外冷凝换热系数由于=37，查物性表可得：=0.45w/(mk) ，=587.5kg/， ktC3m=3.56kj/(kgk)，=1.255Ns/ ，=1100.3kj/kgpC4-10所以1.36 312331g410=2010w/k31

13、0c65. 0d计算水平肋管外的冷凝换热系数 1214782mmffc0.00124mlg805. 01200ddddlff肋片效率： =0.8905 lmlmthf6肋片的修正系数= =1.5fAAHdAAefp25. 0075. 0f3 . 1所以，1.52010=3014.5w/(k) cffc计算水平肋管束外冷凝换热系数 2442.7w/(k) fcfczfcN167. 05 . 0z6 . 03.2.10 实际的热流密度（）取污垢热阻(k) /w，按公式8 . 0Rfou4-10=977.2w/(k) 111KiwfoupoilzfccAARAARR其中：油膜热阻取 0.4k/woi

14、lR3-10 管壁热阻=2.86k/wpR5-10所以，实际热流密度=5237 w/ 计算传热面积有效。%,5%8 . 4%100-3.2.11 计算实际传热面积布置管束 Ac=21.8 保持上面确定的 m=15,n=2，冷凝器的mctK/k有效管长为：=4.46m)(mnAAlc3.2.12 冷凝器的选型由冷凝器的计算知选 LN-25 型立式冷凝器即可符合要求。3.3 蒸发器的选择计算3.3.1 蒸发器的预选由于此制冷系统用于小型冷库，用强制对流式冷却空气干式蒸发器，来自节流装置中的低压制冷剂湿蒸气通过分液器分成多通路吸热蒸发后为气态制冷剂，汇集到集管中流出；而空气经过风机以一定流速从肋片管

15、的肋片间掠过，将热量传给管内流动的制冷剂，温度降低。3.3.2 蒸发温度与传热温差的确定对于直接蒸发式空气冷却器，由于空气侧换热系数低，为了不是结构尺寸偏大，所以取较大的传热温差。通常蒸发温度 t 比冷却空气的出口温度低 6-8，就是说，平均传热温差约为 11-13，取 12.以外肋表面为基准的mt热流密度约 450550.蒸发温度已知为=2，有 5过热度，热流密度 Kmwet取 35.kmW/273.3.3 换热面积的计算传热面积： mmctKQA202381235100000由换热面积查手册选一台 DL-250 直接蒸发式空气冷却器, F=250 2m3.3.4 蒸发器风量的确定 smtc

16、VmPc/102 . 112005. 1100203.3.5 风机的选择选用与蒸发器配套的送风机， （资料不够，数据有偏差） ，选用 QF36-380 型,其送风量为 36000。h3m3.4 冷却水系统的选择3.4.1 冷却塔冷却塔冷却水量在冷凝器计算中已知。根据型号选 HL6-30sg02. 4KMw型。3.4.2 水泵的选型: 水流量为h5 .14sg02. 43mKMGw即：泵的流量为 14.5m3/h。3.4.3 水泵扬程冷却水泵所需扬程 osmdfPHHHHHH式中冷却水管路系统总的沿程阻力和局部阻力，mH2O；dfHH 冷凝器阻力，mH2O；mH 冷却塔中水的提升高度（从冷却盛水

17、池到喷嘴的高差） ，sHmH2O；冷却塔喷嘴喷雾压力，mH2O，约等于 5 mH2O。oH3.4.4 阻力计算管径长约 300，比摩阻选 200Pa/m =300200Pa=6mH2OfH局部阻力取 0.5 =0.56=3mH2OdH冷凝器阻力约为 =4mH2OmH冷却塔在机房房顶，房顶距地面 3m =3mH2OsH冷却塔喷嘴喷雾压力，约等于 5 mH2O。 =5mH2OoH安全系数取 1.508总扬程OmHHHfl202 .25534362 . 1根据流量和扬程，选用立式管道离心泵 80-250B 型水泵，额定流量：20m3/h， 额定扬程：30 mH2O，额定功率为 15kw，转速：290

18、0r/min，泵进、出口公称直径 DN80。3.5 冷冻水系统的选择因为本制冷系统选用直接蒸发式冷风机作蒸发器，所以不需冷却水系统。3.6 管径的计算制冷剂在总管内流量，=0.27， kg/s0919. 0rM1vkgm /3=0.096， 排气管内制冷剂流速，吸气管内流速2vkgm /3smp/11，冷凝器内水流速，流量为，蒸发器风sm/13xsl/m3 . 1skgMw/02. 4速，风量为 。smz/8 . 0skgMc/10由公式： 计算管径如下：xrnxvMd14吸气水平管： 选用mvMdxrnx049. 01314. 327. 00919. 044150DN吸气立管：查 R717

19、上升吸气立管最小负荷图得选用. .0.138n x ldm150DN排气管： 选用mvMdprnp032. 01114. 3096. 00919. 044250DN在分管中的流量 skgMr/046. 00919. 021排气分管： 选用mvMdprnp0226. 01114. 3096. 0046. 044250DN吸气分管： 选用mvMdxrnx035. 01314. 327. 0046. 044150DN由于用直接风冷式蒸发器，所以不用计算管径。肋片间距由蒸发器型号决定。3.7 其它辅助设备的选择计算3.7.1 膨胀阀的选择由于该制冷系统属于小型氨制冷系统，毛细管做节流阀，它具有结构简单

20、，安装方便的优点，但不能根据工况调节流量，在它之前再加一电磁阀即可弥补这个缺点。根据经验选毛细管选用 1.2mm 内径，长为 0.6m 无缝钢管，电磁阀选用 DC80 型。93.7.2 贮液器的选择计算贮液器的容积按制冷剂循环量进行计算，但最大贮存量应不超过每小时制冷剂总循环量的 1/3-1/2。同时，应考虑当环境温度变化时，贮液器内的液体制冷剂因受热膨胀造成的危险，鼓其贮存量一般不超过整个容积的 70%-80%贮液器的容积按下列公式计算： 360052RqVm由配套的 ZA0.5B 可知其容积为： 0.5 0.3 满足要求。3.7.3 油氨分离器的选择计算：油分离器筒体直径: 压缩机配套的

21、YF40 直径为 400mm 390mm 满足要求。3.7.4 气液分离器的选择计算汽液分离器的桶体直径按下列公式计算： mmqDv65436003 . 0403044配套的 AF65 桶体直径为： 650mm 654 mm 满足要求。3.7.5 集油器的选择计算集油器的选择是根据经验，当冷冻站的制冷量为 100 300 KW 时，选用120mm 的集 油器一台。型号为：JY100。3.7.6 不凝性气体分离器的选择计算一般的，一个系统只选配一台空气分离器，当冷冻站标准工况下的制冷量小于 1163KW 时，宜采用一台小号（桶体直径为 108mm）空气分离器。根据以上条件可知：KF32B 满足要

22、求。3.7.7 其余辅助设备其余辅助设备根据经验选得，具体型号见设备清单。表 3-1设备名称设备型号紧急泄氨器KFA 系列安全阀HPb59-1/H62mmDqv390360027. 0096. 03 . 04030441210过滤器QLJ1600-Z 3.8 制冷机组与管道的保温根据表和管径数据加保温层，由于这里是氨制冷系统，氨易燃易爆，这里用自熄型聚苯乙烯泡沫塑料，由于管径最大为 150mm，最小为 50mm，按经验选20mm 厚的自熄型聚苯乙烯泡沫塑料，包裹在 DN50 裸露管外,50mm 厚的包裹在DN150 管外。4 设备清单表 4-1 氨制冷系统的结构尺寸和计算结果序号名称单位型号规格数量1 双螺杆式制冷压缩机台KA12.5-12 Q=137KW12配