海鲜养殖恒温制冷机HYH52

1、海鲜养殖恒温制冷机HYH52-2100郑州轻工业学院本科毕业设计（论文）题 目 海鲜养殖恒温制冷机HYH52-2100 学生姓名 袁 朝 阳 专业班级 热能与动力工程11-02班 学 号 541102020252 院（系） 能源与动力工程学院 指导教师（职称） 李改莲（副教授） 完成时间 2015年5月25日 目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论21.1 海鲜养殖恒温制冷机的概况21.1.1 恒温制冷机的研究背景及意义21.1.2 恒温制冷的国内外现状21.2 恒温制冷机工作时的优缺点31.2.1 恒温制冷机的优点31.2.2 恒温制冷机的缺点31.3 恒温制冷机的发展前景32 设计方案

2、选择与论证42.1 制冷剂42.1.1 制冷剂的概述42.1.2 制冷剂的分类42.1.4 制冷剂介绍与选择62.2 冷凝器82.2.1 冷凝器的概述82.2.2 空气冷却式冷凝器92.2.3 翅片式冷凝器的选择与介绍92.3 蒸发器102.3.1 蒸发器的概述102.3.2 螺旋管式蒸发器的选用103 设计计算113.1 循环系统的热力计算114 冷凝器的设计计算154.1 强制通风空气冷却式冷凝器的结构设计154.1.1 强制通风空气冷却式冷凝器的整体结构154.1.2 空冷式冷凝器的结构参数的选择174.2 翅片式冷凝器的初步设计184.2.1 氟利昂翅片式冷凝器的结构184.2.2 氟

3、利昂翅片式冷凝器的传热计算184.3 翅片式冷凝器的结构设计计算194.3.1 冷凝器结构的规划及有关参数194.3.2 空气侧传热系数的计算204.3.3 R22在管内冷凝时的表面传热系数224.3.4 计算所需传热面积224.3.5 风机的选择235 蒸发器的设计计算245.1 螺旋管式蒸发器的结构245.2 螺旋管式蒸发器的传热计算245.3 螺旋管式蒸发器的设计计算255.3.1 管内R22的表面传热系数的计算255.3.2 水侧表面传热系数的计算265.3.3 计算管内传热面积的计算275.3.4 计算钛管蒸发器的盘旋圈数276 压缩机的选型计算286.1 理论排气量的计算286.2

4、 压缩机轴功率的计算286.3 压缩机的选型计算296.4 压缩机的选型307 节流装置的介绍与类型的选择317.1 热力膨胀阀327.2 热力膨胀阀的选型338 其他辅助设备的计算与选型348.1 干燥过滤器计算与选型348.2 气液分离器的原理与选型358.3 四通阀的选取378.4 电磁阀的选取388.5 分流头的选择408.6 海鲜养殖温度控制箱的选择419 蒸发器的水箱壳体设计439.1 隔热层439.2 隔热层厚度的确定43结束语45致 谢46参考文献47海鲜养殖恒温制冷机HYH52-2100摘 要海产养殖产量自上世纪70年代开始，产量大幅度提高，在世界总产业中所占的份额也越来越大

5、，中国的水产养殖历史可谓历史悠久，最早甚至可以可追溯到公元前11世纪。本设计主要介绍了海鲜养殖恒温制冷机的整体设计。先是通过在图书馆查阅相关资料和在网上详细了解各类海鲜水产的生活习性与生活的水温，从而设计出相对合适的制冷机冷水机组。其次本文阐述了有关恒温制冷机的方案设计和理论分析，并根据任务说明书中给定的特定工况对海鲜养殖恒温制冷机进行了准确的设计计算。最后，通过对制冷剂R22的选取以及制冷剂制冷循环的热力计算、ZR28K3-PFJ谷轮涡旋式压缩机的选型、翅片式冷凝器的设计与计算、4D/E-350型号YMF外转子轴流风机的选型、螺旋管式蒸发器的设计与计算并进行校核等步骤，最终在此基础上选出适合

6、整套系统的辅助设备：热力膨胀阀、干燥过滤器、视液镜、分液器等，并包括设备中其他附件的选择标准及要求、管路的连接与布置、制冷工况的选择等。关键词 恒温制冷机/螺旋管式蒸发器/翅片式冷凝器/热力膨胀阀/设计计算SEAFOODAQUACULTURETEMPERATURECHILLER HYH52-2100ABSTRACTSeafood aquaculture production since the 1970s, the output is growing rapidly, its share of total industry in the world is becoming more and m

7、ore high, Chinas aquaculture has a long history, history can even the earliest dates back to the 11th century BC. This design mainly introduces the seafood aquaculture the integral design of the constant temperature chiller. Through to consult the relevant information in the library and online detai

8、ls about the life of all kinds of seafood aquaculture and life of the water temperature, thus design a relatively suitable chiller water chillers. Secondly this article expounds the design and theoretical analysis about constant temperature machine, and according to the specific conditions of task i

9、nstruction given in the seafood aquaculture temperature refrigerator for accurate design and calculation. Finally, through the selection of refrigerant R22 and refrigerant thermodynamic calculation of refrigeration cycle, ZR28K3-PFJ valley of vortex compressor wheel type selection, design and calcul

10、ation of fin condenser, 4 d/E - 350 type YMF of outer rotor axial flow fan type selection, design and calculation of helical tube evaporator and steps, such as checking and finally on this basis to select the suitable for the system of auxiliary equipment: thermal expansion valve, filter drier, liqu

11、id depending on the liquid mirror, points, etc., and other accessories including equipment selection criteria and requirements, pipe connection and arrangement, the choice of working condition of refrigeration, etc.KEYWORDS Constant temperature machine, spiral tube evaporator, fin condenser, thermal

12、 expansion valve, design and calculation.III1 绪论现代的制冷技术，确切的说是在18世纪后期发展才正式发展起来的。但是在很早以前，古人们就已经知道了怎么样去把制冷运动到生活中了。中国的制冰和造冰窖的技术在马可波罗所著的马可波罗游记一书中得到了详细的描述。世界水产养殖自上个世纪70年代开始，产量大幅度提高，在世界总产业中所占的份额也越来越大。据相关资料记载，中国早在公元前十几世纪就已有水产养殖的活动了。据查，我国在公元五世纪以前已经有类似养鱼经类的著作出版。水产的养殖方式主要包括两种方式，其中一种是在水库、稻田、湖泊、河沟等一些大中型水域中放养鱼苗，这

13、类的水产品主要是通过天然的饵料来获得的；而另一种是在池塘里精养的水产鱼类，人们通过施肥和投饵来获得高产利润，通过混养食性不同的鱼类将水体的生产力充分的发挥出来，可以此来获得高产。1986年我国产量为295万吨，占全国水产总产量的36%。占74%的为池塘，水库占8%，其余的湖泊、河流和稻田的水产量。并且海产养殖的大量苗种都是通过人工养殖技术和网箱培养技术来获得的。如今我国在新的形势下，有必要大力发展水产养殖技术，而水产养殖恒温制冷机正是当今社会大力发展产品之一，随着技术的不断创新与提高，水产养殖制冷机会越来越完善与和受到重视。1.1 海鲜养殖恒温制冷机的概况1.1.1 恒温制冷机的研究背景及意义

14、近年来，人们的生活质量日益得到改善，人们对物质的需求也越来与精细，特别是在海鲜水产的保鲜保活问题方面，消费者更是提出了越来越高的要求，因此海鲜养殖恒温制冷机类的保鲜设施在生活中就显得更尤为重要，必不可缺了。而大多数的商家也正是抓住了这个机会，大量引进反季节食品，大大地刺激了消费市场，恒温保存在此起到了至关重要的作用。并且由于消费者对水产保鲜度要求的不断提高，商家和消费者之间供需的互相促进与发展，商家对水产恒温养殖保存的要求也越来越高。而海鲜养殖恒温制冷机的出现大大解决了商家对温度和水产保鲜的一些要求。1.1.2 恒温制冷的国内外现状世界冷库行业的佼佼者是日本、芬兰、加拿大等发达国家，而日本作为

15、以海洋捕捞为生的国家其速冻海产属于全亚洲最大的了。冷藏的大约百分之八十的低温水库在20。R717被美国及加拿大在冷库中广泛使用。上世纪80年代初，冷风机逐渐取代了冷却设备中的排管，而分散式制冷系统在国内外也得到了很快的发展。 近年来，国外新建的大型海鲜水产养殖系统多是水冷式机组，冷水池贮藏的金枪鱼在美国的总冷藏产量已占百分之八十，该项制冷技术在意大利等国也得到了迅速的发展，其冷水池的贮藏海鲜产量均达本国总的冷藏产量的百分之五十至百分之七十。迄今为止，日本和西欧等发达国家已经拥有了数十座冷库设备，都是世界级的自动化设施。我国第一座冷库为贮藏肉类，是上个世纪90年代开始建设的。上世纪60年代我国拥

16、有了属于自己的第一座用来贮藏水果的大型冷库，接着又在70年代建成了属于自己的第一座气调库。在相应的几十年中，我国的水产养殖方面的技术也在不断地迅猛发展中。近年来，我国制冷技术的发展以及制冷项目的建设得到了极大的发展，其中涉及的领域主要分布在各类蔬菜和水产区以及一些大中城市郊区中的水产基地。据相关统计数据，我国现如今的冷藏水平已达到了五百多万吨，其中约五十万吨分布在外资、私营冷库和中外合资中。剩余的为制冷量约450万吨的国有冷库，大部分涉及到内贸和农业以及轻工等领域，其中的内贸系统的冷库容量占到总容量的百分之六十以上。我国拥有两百多万平方米的商业水产贮藏面积，冷库储备能力已经能够达到了一百三十万

17、多吨，这其中有六十万吨是普通冷库，七十多万吨为机械类冷库。目前有很多专业生产制冷设备和建造冷库的厂家分布在全国各地，它们生产的领域涉及到综合型冷库、冻结型冷库、低温型冷库和高温型冷库等几个方面。除此以外，天津的森罗科技发展有限公司和大连的制冷设备厂等也均在制冷行业具有一定的发展水平和成果，其生产的制冷设备在制冷行业中所占的比重也比较大。海鲜养殖恒温制冷机是一种商业用来循环水体降温来达到所需温度而保持海鲜的生活环境温度，以此来增加商业效益的制冷设备（又叫做：冻水机、冰水机、制冷机、冷冻机、冷却机）。这些水体能够流过热交换器到达对水池或设备降温的目的。蒸汽压缩四个大型水冷单元包括压缩机、冷凝器、蒸

18、发器和热膨胀阀,除了干燥过滤器、电磁阀和辅助设备,蒸汽压缩式制冷循环系统的共同组成部分。蒸汽压缩式制冷循环是通过以机械功作为补偿功来达到制冷的循环，整个过程是利用制冷剂先汽化吸热储存热量然后再在外界冷凝放热释放热量来把水池内的热量传递出去以此来实现制冷循环的。通过比较可以发现蒸汽压缩式制冷与吸收式制冷还是有类似之处的，而所不同的他们二者之间把热量从低温处转移到高温处时所用到的能量补偿方式不同：前者是用热能来实现补偿的，而后者是通过机械功来实现补偿的。由于这种性质，蒸汽压缩式制冷系统要想提高其制冷系统必须要选择出合适的制冷压缩机。1.2 恒温制冷机工作时的优缺点1.2.1 恒温制冷机的优点海鲜养

19、殖恒温制冷机的优点主要是商家可以通过循环水的冷却来达到室内海鲜池降温的目的，使水产能在相对舒适的环境下生存很长一段时间，既保证了水产海鲜的鲜活性，不致使其失去它的美味，在养殖期间还具有一定的观赏性，大大得满足了消费者的要求，可谓一举两得。同时海鲜水产养殖恒温制冷机具有设备小、噪音小、性价比高等优点。1.2.2 恒温制冷机的缺点同时，海鲜水产养殖恒温制冷机在工作的过程中也具有一定的缺点与局限性。例如：海鲜池制冷机不制冷或者温度达不到所需要的要求，蒸发器水箱污垢不易清理，发生故障不易拆卸排查、换热系数小导致所需冷却水循环量大等。随着我国制冷技术的不断发展与创新，在海鲜养殖这一块，我国的制冷技术也得

20、到了迅速的发展，并研制出了更加合理科学的制冷机组，也大大的提高了人们的生活水平，节约了资源，实现了资源的最大化合理化分配。1.3 恒温制冷机的发展前景恒温制冷机是目前海鲜养殖这个产业中应用最广泛的制冷机组。商家们通过专门生产的海鲜养殖恒温制冷机，来保持海鲜水产等的所处水域的水温，是这些海产品在被打捞上来以后，在人工培育的这段时间内，仍可以在这种模拟的水环境下存活较长的一段时间，当客人们食用时这些水产品依然具有很好的鲜活性。同时水产的恒温养殖，也是水族馆一类具有观赏性要求的建筑设施所必不可少的设备。恒温制冷机也为科学家们研究海鲜水产的生活习性，搞一些科研项目提供了便利。总而言之，不管是从海鲜水产

21、的保鲜食用，还是到海鲜水产的观赏性养殖，还是到海鲜水产的科学研究的环境模拟，海鲜养殖恒温制冷机在现在还是将来都有很大的发展空间以及发展前景。2 设计方案选择与论证2.1 制冷剂2.1.1 制冷剂的概述制冷剂是制冷工质的来源,它流动在循环制冷机工作系统,并能通过自己的热状态与外界交换能量,从而达到制冷的目的。蒸汽压缩机制冷系统中的制冷剂吸收低温热源的热量,低温蒸发,然后凝聚在高温热源处。因此，制冷剂必须具备在工作温度范围内能够气化并能凝结成液体的物理性质。多数致冷剂在大气压力和环境温度下呈气态。2.1.2 制冷剂的分类制冷剂的种类很多。现在可用作制冷剂的物质有很多，而有十几种是最常用的。通常将制

22、冷剂分成两种，一种是根据制冷剂化学成分及组成；另一种是根据制冷的要求，制冷剂常温下在冷凝器中冷凝时的饱和压力和标准大气压下的蒸发温度的高低。制冷剂又名制冷工质，是制冷循环的热量载体与传递介质，制冷剂通过相变来制冷传递热量1。目前能作为制冷剂使用的物质接近100种，主要部分是氟利昂，水和少数的碳氢化合物以及氨。制冷剂主要分为以下几类：（1）在压缩式制冷剂中广泛使用的制冷剂是氨、氟里昂和烃类。根据化学成分,制冷剂可以分为五类:无机复合制冷剂,氟利昂,饱和烃制冷剂,不饱和烃制冷剂和共沸混合制冷剂。由于工作时所需的冷凝压力的不同，制冷剂可分为高温低压制冷剂、中温中压制冷剂和低温高压制冷剂三类。 （2）

23、无机化合物制冷剂：较早被采用的一类制冷剂，如氨、水、空气、二氧化碳和二氧化硫等。无机化合物的制冷剂,国际代码名为R和三位数,其中第一个是“7”后两位数的分子量,水R718等.（3）氟利昂：氟利昂是饱和碳氢化合物中全部或部分元素被氯元素（Cl）、氟（F）和溴（Br）代替后所生成的衍生物的总称。国际规定用“R”作为这类制冷剂的代号，如R22、R11、R401A2 （4）饱和碳氢化合物：主要包括甲乙丙丁烷这类主烷烃类化合物，还有环状有机化合物等。“R”相同的代码使用氟利昂制冷剂,这种可怜的安全性，燃易爆,如R50 R170,R290等等。 （5）饱和烃制冷剂:这种制冷剂主要是乙烯(C2H4)和丙烯(

24、C3H6)和他们的卤素衍生物和R数字“1”,如R113和R1150。 （6) 共沸混合制冷剂:这种类型的制冷剂是由两个或两个以上不同的制冷剂在一定比例和共沸混合物,混合制冷剂在一定压力下保持一定的蒸发温度,气相或液相始终保持成分比例不变,但它们的热力学性质不同的预混合材料,共沸混合物的属性可以提高制冷剂,如R500,同等。 2.1.3 制冷剂的选用原则根据不同的制冷要求应选择不同的制冷剂，为此对有关制冷剂的性能必须有所了解。对理想制冷剂的要求：(1)安全性：应具备无毒且无味，不燃烧且不爆炸的性质，并对人体器官没有刺激性。(2)热力学特性蒸发潜热要大。这样可以提高制冷效率，即用少量的制冷剂便可吸

25、收大量的热量。能够使制冷剂循环量一定的情况下产生尽可能多的制冷量，缩小制冷设备的几何尺寸。临界温度要高于环境温度。使制冷剂气体被压缩后能在常温下冷凝液化。凝固点应能满足低于制冷剂在系统内任何状态下的温度，以扩大制冷剂的使用温度范围。在足够的低温下，制冷剂在蒸发时的压力尽量不要低于外界大气压力，以减少或避免空气和湿气渗入系统内。在常温下冷凝压力不要过高，最好不大于1.26-1.5MPa，这样可降低对系统密封性的要求，减轻结构重量。冷凝温度不宜过低，常温空气或水就能使其液化。比容越小越好。这样可减少系统管路直径的尺寸，节约材料，同时也易于液化。制冷剂的导热系数和放热系数要高。这可提高热交换器的效率

26、，减小热交换器的尺寸。(3)其它要求；制冷剂的粘度和密度耍尽量小。这可减少制冷剂循环流动阻力，降低循环耗功量，提高制冷压缩机的使用寿命。在高温下不会分解，化学结构稳定。对金屑和其它工程材料没有腐蚀性，即使与水或油混合后，也没有明显的浸蚀作用。易于与润滑油混合，而不损害其制冷效果，并有助于制冷压缩机机件的润滑。有一定的吸水能力。少量水分存在于制冷系统内时，不会在低温下析出而形成“冰堵”。性价比高，采购方便。当前所采用的制冷多少存在某些方面的不足。在使用中，可根据不同的用途和工作条件来选择比较理想的制冷剂。2.1.4 制冷剂介绍与选择目前使用的制冷剂已多达近百种，并不断有新的物质开始被用作制冷剂。

27、空调制冷和食品工业所用制冷剂仅有十几种。其中被广泛采用的只有以下几种：（1）R717（氨，NH3）：中温中压类制冷剂，是目前使用最广泛的一中氨类制冷剂。氨的冷凝温度为-77.7，标准状况下的蒸发温度为-33.3，在常温下它的冷凝压力大约在1.11.3Mpa之间，并且其冷凝压力不超过1.5MPa即使是在夏季冷却水温可能高达30的情况下。氨和钢铁作用时不会发生腐蚀作用，但是却会对铜以及铜合金起到一定的腐蚀作用。氨作为制冷剂主要有易于获得、价格低廉、单位制冷量大、压力适中、流动阻力小，放热系数高、几乎不溶解于油、泄漏时易发现等等的优点。与此同时,氨也可以燃烧,有刺激性气味,有毒易爆,腐蚀性铜和铜合金

28、。（2）R134a（四氟乙烷，CH2FCF3）是目前广泛使用的R12的替代制冷剂3。R134a的臭氧破坏指数值为0，温室效应指数值为0.240.29。标准蒸发温度为-26.2，凝固点为-101.0。它的制冷循环特性类似于R12却略差于R12。R134a相对分子量大，流动阻力损失比R12大，但其传热性好于R12。R134a和R12在溶油种类和溶油性质上有着很大的差异，其中R134a的分子极性大因此在非极性油的溶解度小。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的分子没有Cl，自身润滑性能极差。合成油中需要添加剂以提高制冷剂的润滑性，

29、这样可以减小机器中的运动件供油不足时的磨损。和塑料相比，R134a对合成橡胶特别是氟橡胶的影响略大。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）R22（二氟一氯甲烷，CHClF2）也是烷烃的卤代物，学名二氟一氯甲烷，41为其标准蒸发温度，160凝固温度，冷凝压力相似于氨，单位容积制冷量在454kcal/m3左右。在很多方面R22的性质相似于R12，但R22的化学稳定性略差于R12，而R22的毒性是R12的好几倍。但是，R22的单位容积制冷量接近于氨，是R12数倍之多。当所需制冷剂在-40-70的低温下工作时，选择R22比R12更合适，故目前工作温度在

30、-40-60的双级压缩或空调制冷系统广泛使用的是R22。（4）R410A是一种在常温常压下非共沸混合制冷剂，其分子中不含氯。通常把它压缩液化成气体贮存在钢瓶内。R410A是一种环保型制冷剂，其对臭氧层的破坏指数ODP为0。R410A的用途主要是替代R22和R502大量用于小型商用空调、家用空调以及中央空调等场合中，其优点在于：清洁、低毒、不燃、制冷效果好等。现在普遍使用的制冷剂也就R22、R717和R134a等几种。最早较全面地进行CFCs替代物研究的是美国国家标准与技术研究院的麦克林顿等人。他们对八百多种纯物质从制冷剂的基本要求出发全面的用计算机进行筛选，结果发现氟利昂家族中的HFCs仍然是

31、较有前途的替代物，因此提出了R22被HFC134a（R134a）替代，R11被HCFC123替代的解决方案。如今主要用R134a和R407c等物质用来替代R22。在相同的蒸发温度,R134a的压力略低于R12,R134a的冷凝压力略高于R12。 R134a和R12相比，前者的单位体积制冷量略低于后者，而前者的循环效率也略低于后者。一般情况下，采用R134a的压缩机其单位功耗和制冷量都将下降百分之二到百分之五，这种差距可通过过冷和回热循环的方式来减小。R134a尤其是在低温系统中使用时，需要采用吸水性更好的干燥过滤器，因为R134a在水中更难溶解。需要采用新的润滑油与R134a相适应来解决其与传

32、统的矿物油不相容的问题，目前可采用的新润滑油有聚二醇类和聚酯类两种。经上述比较R134a更适合本设计热泵热水器的使用。综合以上内容并结合本次设计的实际情况，决定选择制冷剂R22。2.2 冷凝器2.2.1 冷凝器的概述冷凝器在制冷循环中式制冷系统的重要机件之一，冷凝器能够把制冷剂蒸汽或者气体转化成液体，它能以很快的方式将管子中的热量传到管子附近的空气中。大部分海鲜水产养殖制冷机的冷凝器安装在水箱前面。在发电厂设备中的涡轮机排出的蒸汽式通过冷凝器得到冷凝的；而且在冷冻厂中氨和氟利昂类的制冷蒸汽也是通过冷凝器来得到的。冷凝器是在蒸馏过程中把蒸气转变成液态的一种装置。所有的冷凝器的作用都是通过消耗功来

33、冷凝从而把气体或蒸气的热量带走。冷凝器的工作原理是基于热力学第二定律之上的，根据热力学第二定律我们知道，能量只能从高温热源流向低温热源，也就是说热能的流动方向是单向的在封闭系统内部，如果我们从内部世界观看就会发现，承载有热能的微观粒子只能从有序的变成无序的。因此，一个热机能量输入功率的同时，还必须有能量释放，上游和下游之间的能量差距会产生热流动，热流量的流动才将是可能实现的，周期将持续。按冷却介质的种类不同，可以将冷凝器分为空气冷却式、水冷冷却式和蒸发式三大类4。水冷式冷凝器冷凝热量通过冷却水温度的冷凝器,冷却介质是水。在循环中冷却水通常循环使用，但该系统需要配备冷却塔或者冷却水池。常见的是壳

34、管式冷凝器，其他的水冷式冷凝器可分为套管式冷凝器和壳管式冷凝器，这是根据冷凝器的结构来划分的5。2.2.2 空气冷却式冷凝器空气冷却式冷凝器是的冷却介质是空气，冷凝器靠冷空气与其温差为动力吸热来带走热量。空气冷却式冷凝器主要分为自然对流和强制对流两种类型，这是根据其空气流动方式的不同来划分的。线管式和百叶窗式分别是自然对流式的两种结构形式，前者从结构和性能来看，其散热效果好，加工方便，成本低。因此，电冰箱常采用线管式冷凝器。2.2.3 翅片式冷凝器的选择与介绍气体与液体热交换器中通常使用翅片式冷凝器，翅片式换热器是使用最为广泛的一种换热设备。它的强化换热是通过加装翅片在普通的换热管上来实现的。

35、通常选用钢管和不锈钢管以及铜管等作为换热管来使用。翅片的材料主要有钢带和不锈钢带以及铜带和铝带等。本设计的冷凝器选用铜管为换热管，铝带为翅片。以下介绍的是翅片式冷凝器的一些选用要求：（1）热工性能方面：为了实现冷凝器的散热性能，因此要求其传热系数越高越好。提高冷凝器的冷凝量，可以提高翅片式冷凝器周围空气流动速度通过采用增加外壁散热面积的方式，或者增加冷凝器向外辐射强度等方式来使翅片式冷凝器传热系数得到提高。（2）经济效益方面：翅片式冷凝器的经济型指标是通过其传给外界环境的单位热量所需金属耗量的多少和其所需成本的高低来衡量的。翅片式冷凝器的金属热强度越高其冷凝器经济型越好。同一材质冷凝器经济性可

36、以通过这个指标来衡量。宜以冷凝器单位散热量的成本(元/w)来衡量评价各种不同材质的翅片式冷凝器的经济标准。（3）安装使用和工艺方面：翅片式冷凝器的机械强度和承压能力应达到一定的使用要求；所需要的散热面积应能通过结构形式来实现，为了尽可能少的占用房间面积和空间其结构尺寸要尽可能小，同时其为了大批量生产其生产工艺应满足要求。（4）卫生和美观方面：外表光滑且不易沾灰，能够方便清扫，装设翅片式冷凝器后不影响机组整体的的美观。（5）使用寿命：翅片式冷凝器应具有一定的抗腐蚀能力且不易破损，使用时间长。2.3 蒸发器2.3.1 蒸发器的概述蒸发器是制冷设备的重要组成部分，蒸发器的热温差低温冷凝液和外部空气进

37、行热量交换,冷凝蒸发热达到制冷的目的。加热室和蒸发室两部分组成蒸发器。液体在加热室中获取蒸发所需要的热量然后沸腾汽化；蒸发室吸收大量液体和在加热室中产生的蒸汽，使它们使两相分离完全，有一个更大的空间在蒸发室后，冷凝液本身由于消泡作用等与蒸汽分离。通常消泡位于蒸发室的顶部。蒸发器按操作压力分常压、加压和减压3种，按溶液在蒸发器的运动状况可分为：（1）循环型：加热室中的沸腾溶液通过多次加热表面，分别有悬筐式、外热式、列文式、中央循环管式和强制循环式等6。（2）单程型。加热室中的沸腾溶液一次性地通过加热表面，不需要经过循环流动，即在流动的过程中排出浓溶液，类型主要有搅拌薄膜式、离心薄膜式、升膜式和降

38、膜式等。（3）直接接触型。加热介质与溶液直接接触传热，如浸没燃烧式蒸发器。蒸发装置的操作期间,大量的加热蒸汽消耗节省加热蒸汽,蒸发装置和蒸汽再压缩蒸发器可以使用。蒸发器广泛用于化工、轻工等部门。2.3.2 螺旋管式蒸发器的选用通过缠绕一组或者多组管子成螺旋状的方式来制成螺旋管式蒸发器，其结构如图2-1，海鲜养殖恒温制冷机的螺旋管常采用钛管。螺旋管式蒸发器具有传热面积大、结构及凑和温差应力小等优点，其缺点是弯管内部难于清洗，加热或冷却较高粘度的流体中一般使用螺旋管。螺旋管式蒸发器的换热强化原理：螺旋槽纹通过引导流体在管内流动时靠近壁面的方式来减薄边界层厚度；另一部分的液体会产生轴向涡流在凸起的螺

39、旋沟流,这种设计有利于提高流体湍流边界层的传热增强,管壁与流体之间的传热强化。由于排泄的螺旋状波纹管凹面能促进凝结在表面张力的作用,因此,螺旋槽管是否在沸腾管或管外冷凝传热能够实现很好的增强效果。螺旋槽管的管外冷凝过程主要通过重力、粘性力及表面张力来支配，特别的表面张力可以使重力的几倍（如在表面凹槽处）。水平段上凝液量会由于表面的张力将管外水平段上凝液拉向凹槽根部而减少7。所以，在重力和张力的压差下槽中的凝液迅速流到管子底部被排出。图2-1 螺旋管式蒸发器结构图由于液体的表面张力可以将凝结液截断，所以同样的可以被认为是相同的冷凝液的运动在每个螺旋槽内。管中各水平段(无螺旋凹槽段)上凝液运动规律

40、也相同。蒸汽在水平管段和形成螺旋槽一样,在冷凝水的形成,因此可以采用螺旋长度来研究。建立了直角坐标系在螺旋槽,和流动状态的冷凝的趋势方向相同的方向沿着相同的方向相同的方向。然后根据螺旋槽管阻塞情况下外表面和水平管冷凝做出合理的假设。然后列出段凝液微分方程组，即动量方程，能量方程和边界条件等。然后进过计算和数学分析便可算出螺旋管的内部平均换热系数，即蒸发器的换热系数。3 设计计算初步设定系统方案：该海产养殖恒温制冷机中采用的制冷剂为R22，制热量为5200W，暂取过热度为15，经过热力计算得有效过热度为6.4。冷凝器类型为翅片型冷凝器；蒸发器类型为钛炮型螺旋管式蒸发器。3.1 循环系统的热力计算

41、原始资料及技术条件：1.使用环境条件：使用环境：温度040；相对湿度80%RH（无凝露）2.温度控制精度：13.电源电压：AC220V15%4.制冷方式：蒸气压缩式制冷循环5.制冷量：5200W；制热量5930W；耗电功率：1500W；制冷剂R226.冷水出水温度：1417，适合水量：2100L；水管直径：40mm。制冷剂制冷循环图p-h图如下所示：图3-1 循环的p-h图取T0制冷剂过热蒸发器后的温度 8 过热度15T1过热后温度 23 Tsc取15T2冷凝温度 48 传热温差8Th高温热源 40 环境温度冷水出水温度取15 传热温差为7高温热源 Th=40低温热源Tc=15冷凝温度Tk=T

42、h+Tk=48（Tk取8）蒸发温度T0=Tc-T0=8（T0取7）通过查表：压缩机的机械效率取0.92，指示效率取0.75，则由此可确定各循环点的状态参数如下表所示。表3-1 各循环点的状态参数状态点参 数单 位数 值备 注0kpa640.598kJkg408.181kpa640.5923kg0.039kJkg4172skpa1854.8由图查的80kJkg448.13kpa1854.848kJkg260.494kpa1854.8根据查图由热平衡式算出41.6kJkg251.67循环的热力计算如下：(1) 点1状态的确定。根据回热器的热平衡有： （3-1） （3-2）由R22的p-h图查得t4

43、=41.6.（2）单位制冷量q0，单位容积制冷量qv及单位里论功w0的计算。 （3-3） （3-4） （3-5）（3）制冷剂质量流量qm的计算。 （3-6）（4）压缩机理论功率P0的计算。 （3-7）压缩机的指示功率为： （3-8）压缩机的轴功率为： （3-9）（5）制冷系数及热力完善度的计算。 （3-10） （3-11）卡诺循环的制冷系数为： （3-12）故热力完善度为： （3-13）（6）冷凝器热负荷的计算。 （3-14）故 （3-15）（7）回热器热负荷的计算。 （3-16）（8）性能系数COP为： （3-17）4 冷凝器的设计计算4.1 强制通风空气冷却式冷凝器的结构设计4.1.1 强

44、制通风空气冷却式冷凝器的整体结构传热管(紫色铜管)通常用于U形管减少弯头数量和降低肘和管之间的焊接工作量。这样将传热管只在管组的一端用弯头有序连接皆可以了。弯头与传热管之间的连接方式见图4-1，小型制冷装置用空冷式蒸发器大多采用图4-2b、c所示连接方式8。图4-1翅片式冷凝器(简称空冷式冷凝器)的整体结构示。图4-1 翅片式冷凝器空气冷凝器整体翅片管是固定的支持和依靠冷凝器在终板和翅片板之间是通过一个或几个下摆折叠相互固定的距离为基准的固定方式。冷凝器的端板是通过与上下封板之间采用螺栓或焊接来连接固定。有的情况下可以利用冷凝器上的其中一块封板来代替制冷装置上的框板。要保证左右端板和上下封板能

45、让冷凝器所需要的空气量能顺利通过流通界面。由于端板及封板材料均较薄般不宜采用焊接方式连接。图4-2 弯头与管的连接方式及实物为了提高空气的换热效益,避免或减少翅片和热管的表面之间的接触电阻,并使翅片管表面要求确保良好接触,通常通过机械扩张管或液压胀管方法之间的小型制冷设备保持良好的接触空气冷凝器铜管与翅片,降低接触电阻。通常会在在翅片的加工过程中将翅片的孔口外沿进行翻边以此来防止胀管时产生翅片裂口。图4-3为翅片孔口外沿翻边示意图。4.1.2 空冷式冷凝器的结构参数的选择空冷式冷凝器的翅片管一般由紫钢管套铝片或者铝管套铝片结构。常用紫铜管规格有内径8毫米和10毫米的，其管厚0.5毫米，或者内径

46、12毫米，管厚1毫米等几种。在设计中,为了降低冷凝器的整体重量和金属材料的使用,尽量使用薄铜管。所采用的的铝片厚度和翅片间距依据紫铜管管径的不同而不同。当前所用空冷式冷凝器的翅片厚度以及翅片间距如图表4-1所示。我们同样为了减轻整体机器的重量我们应尽可能厚度较薄的翅片，同时也能减少金属材料的使用节约资源。图4-1所示为强制通风空气冷却式冷凝器的整体结构示意图：图4-3 翅片翻边示意图及实物模具表4-1 铝片厚度及翅片节距范围紫铜管规格翅片厚度f（mm）翅片节距sf（mm）80.50.150.21.82.2100.50.150.21.82.21210.20.32.23考虑到空气通过叉排管簇和顺排

47、管簇时前者的扰动程度更大，利于换热，约高于后者的传热系数百分之十以上，故推荐空冷式冷凝器采用管族排列方式为叉排。为了使弯头的规格统一一般管簇都按等边三角形排列。为了空冷式冷凝器的传热面积得到有效的利用，沿空气流动方向上一般布置的管排数在2到6之间。4.2 翅片式冷凝器的初步设计4.2.1 氟利昂翅片式冷凝器的结构氟利昂翅片式冷凝器由外部翅片及内穿单根或多根传热管组成。压缩机的润滑油用聚酯油。由热力循环计算可知蒸发器进口干度x1=0.346,出口干度x2=1.0。外部翅片使用平直翅片铝片材质，片厚。传热管使用紫铜管，本设计采用无缝光管为传热管。传热管宜采用mm100.5mm紫铜管来保证制冷剂有较

48、高的流速当在传热管内流动时6。管簇的排列排方式宜采用正三角形叉排，管间距，排间距，肋片节间距。以下图示出的计算单元为基准进行计算，图4-4 冷凝器换热管排列示意图氟利昂翅片式冷凝器通常设计成柜体型，这样设计的冷凝器占用空间小。为了减小机组或者制冷装置的外形尺寸和体积，一般在冷藏箱和单元式空调器或者冷藏柜以及其他小型制冷设备中，都将制冷压缩机放在冷凝器的旁边，这样也可使机组得布置更为紧凑。翅片式冷凝器的传热管总长不宜太长，当传热管太长时，盘管易形成积液在其下部，凝液使传热面积利用地不充分，此时应进行分路，以减少或避免盘管下端的积液，同时可避免或减少套管式冷凝器加工制造过程中传热管和外套管的拼接，

49、同时减小冷凝器在制冷剂冷凝过程中的压力降所造成的冷损失。4.2.2 氟利昂翅片式冷凝器的传热计算制冷剂采用R22，制冷量为，冷凝温度48，蒸发温度8。冷凝温度与进风口温差在15左右，可取15。空气进出冷凝器温差一般取818，可取8，则进口空气干球温度=48-15=33。出口干球温度=+8=33=+8=41。计算换热器对数平均温差： （4-1）冷凝热负荷：=6.577kw（详见热力计算）4.3 翅片式冷凝器的结构设计计算4.3.1 冷凝器结构的规划及有关参数传热管选用10mm0.5mm的纯铜管。=0.01m，=0.009m。肋片选用平直肋片（铝片），片厚。管排方式采用正三角形叉排，管间距，排间距

50、，肋片节间距。管外肋片单位面积为：=0.4579（4-2）由得肋间管外单位面积fb为： （4-3）管外总单位表面积为： （4-4）管内总单位表面积为： （4-5）则肋化系数为： （4-6）合格。4.3.2 空气侧传热系数的计算1）空气进出冷凝器的温差及风量温差 平均温度 取当地大气压101.43kpa。由空气热物理性质表查得，在平均温度=37的条件下：=1013J/(kg*K)，=0.02643w/(m*K)，在进风温度33的条件下，风量 （4-7）2）肋片效率及空气侧传热系数。初步确定，冷凝器的空气最窄流通面积与迎风面积之比为： （4-8）取迎风面积风速，则最小流通面的风速 （4-9）当量直

51、径 （4-10）空气雷诺数 （4-11）预计冷凝器的空气流通方向上的管排数为n=4，则翅片宽度。则单元空气流道长径比。根据表D-1中流体流过整张平套片管管簇时的换热公式，有 （4-12） （4-13）平直翅片的管外表面传热系数为： （4-14）对于叉排管有 其中 故 肋片当量高度 （4-15）肋片特性参数 （4-16）其中肋片效率 （4-17）当量表面传热系数 （4-18）4.3.3 R22在管内冷凝时的表面传热系数忽略各个有关污垢热阻及接触热阻的影响，则。首先设=45，则平均温度。根据R22管内冷凝换热计算公式：其中，带入上式得。由热平衡可得方程： （4-19）即： （4-20）整理得： （

52、4-21）由试凑法得时，等式成立，与假设值近似相等，证明合适。得： （4-22）4.3.4 计算所需传热面积取传热管导热热阻、接触热阻和污垢热阻之和。以管外面积为基准的传热系数为： （4-23）平均温差为： （4-24）所需管外面积及机构参数：管外面积：，所需的肋片管总长度： （4-25）冷凝器每列管数16根，总管数则为64根。单管有效长度取0.70m，则总管长为64*0.70=44.80m，裕度为2.4%，符合要求。冷凝器高度H=16.5*0.025=0.4125m，实际迎风面积A=0.70*0.4125=0.288750m2，实际迎风风速与初取值接近，设计合理。4.3.5 风机的选择根据冷凝器迎风面宽度L=0.70m，本设计选用两台风机，风机为YMF外转子轴流风机4D/E-350型号，风机扇叶旋转直径为350mm，风机电机功率为150W，风机转速为1380r/min。其实物图和局部结构图如图图4-5 风机实物图和局部结构图5 蒸发器的设计计算5.1 螺旋管式蒸发器的结构氟利昂螺旋管式蒸发器以弹簧式螺旋管