制冷系统原理与制冷系统设计武汉地区总制冷量为400KW冷却水系统选用冷却塔使用循环水

1、制冷系统一般制冷机的制冷原理压缩机的作用是把压力较低的蒸汽压缩成压力较高的蒸汽，使蒸汽的体积减小，压力升高。压缩机吸入从蒸发器出来的较低压力的工质蒸汽，使之压力升高后送入冷凝器，在冷凝器中冷凝成压力较高的液体，经节流阀节流后，成为压力较低的液体后，送入蒸发器，在蒸发器中吸热蒸发而成为压力较低的蒸汽，再送入压缩机的入口，从而完成制冷循环。目录1系统组成压缩机冷凝器节流元件蒸发器2制冷原理3部件构成4制冷剂氟里昂12氟里昂22R410A1系统组成主要部件组成制冷系统由制冷剂和四大机件，即压缩机，冷凝器，膨胀阀，蒸发器组成。压缩机压缩机是制冷循环的动力，它由电动机拖动而不停地旋转，它除了及时抽出蒸发

2、器内蒸气，维持低温低压外，还通过压缩作用提高制冷剂蒸气的压力和温度，创造将制冷剂蒸气的热量向外界环境介质转移的条件。即将低温低压制冷剂蒸气压缩至高温高压状态，以便能用常温的空气或水作冷却介质来冷凝制冷剂蒸气。冷凝器冷凝器是一个热交换设备，作用是利用环境冷却介质（空气或水），将来自冷压缩机的高温高压制冷蒸气的热量带走，使高温高压制冷剂蒸气冷却、冷凝成高压常温的制冷剂液体。值得一提的是，冷凝器在把制冷剂蒸气变为制冷剂液体的过程中，压力是不变的，仍为高压。节流元件高压常温的制冷剂液体直接送入低温垢蒸发器、根据饱和压力与饱和温度一一对应原理，降低制冷剂液体的压力，从而降低制冷剂液体的温度。将高压常温的

3、制冷剂液体通过降压装置一一节流元件，得到低温低压制冷剂，再送入蒸发器内吸热蒸发。在日常生活中的冰箱、空调常用毛细管作为节流元件。蒸发器蒸发器也是一个热交换设备。节流后的低温低压制冷剂液体在其内蒸发（沸腾）变为蒸气，吸收被冷却物质的热量，使物质温度下降，达到冷冻、冷藏食品的目的。在空调器中，冷却周围的空气，达到对空气降温、除湿的作用。蒸发器内制冷剂的蒸发温度越低，被冷却物的温度也越低。在冰箱中一般制冷剂的蒸发温度调整在-26C-20,在空调器中调整在5C8C。2制冷原理单级蒸汽压缩制冷系统，是由制冷压缩机、冷凝器、蒸发器和节流阀四个基本部件组成。它们之间用管道依次连接，形成一个密闭的系统，制冷剂

4、在系统中不断地循环流动，发生状态变化，与外界进行热量交换。液体制冷剂在蒸发器中吸收被冷却的物体热量之后，汽化成低温低压的蒸汽、被压缩机吸入、压缩成高压高温的蒸汽后排入冷凝器、在冷凝器中向冷却介质（水或空气）放热，冷凝为高压液体、经节流阀节流为低压低温的制冷剂、再次进入蒸发器吸热汽化，达到循环制冷的目的。这样，制冷剂在系统中经过蒸发、压缩、冷凝、节流四个基本过程完成一个制冷循环。在制冷系统中，蒸发器、冷凝器、压缩机和节流阀是制冷系统中必不可少的四大件，这当中蒸发器是输送冷量的设备。制冷剂在其中吸收被冷却物体的热量实现制冷。压缩机是心脏，起着吸入、压缩、输送制冷剂蒸汽的作用。冷凝器是放出热量的设备

5、，将蒸发器中吸收的热量连同压缩机功所转化的热量一起传递给冷却介质带走。节流阀对制冷剂起节流降压作用、同时控制和调节流入蒸发器中制冷剂液体的数量，并将系统分为高压侧和低压侧两大部分。实际制冷系统中，除上述四大件之外，常常有一些辅助设备，如电磁阀、分配器、干燥器、集热器、易熔塞、压力控制器等部件组成，它们是为了提高运行的经济性，可靠性和安全性而设置的。3部件构成空调机根据冷凝形式可分为：水冷式和空冷式两种，根据使用目的可分为单冷式和制冷制暖式两种，不论是哪一种型式的构成，都是由以下的主要部件组合而成的。制冷系统主要部件有压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀（或毛细管、过冷却控制阀卜四通阀、复式阀、单向阀

6、、电磁阀、压力开关、熔塞、输出压力调节阀、压力控制器、贮液罐、热交换器、集热器、过滤器、干燥器、自动开闭器、截止阀、注液塞以及其它部件组成。电气系统主要部件有电机（压缩机、风机等用）、操作开关、电磁接触器、连锁继电器、过电流继电器、热动过电流继电器、温度调节器、湿度调节器、温度开关（除霜、防止结冻等用）。压缩机曲轴箱加热器，断水继电器，电脑板及其它部件组成。控制系统由多个控制器件组成，它们是：制冷剂控制器：膨胀阀、毛细管等。制冷剂回路控制器：四通阀、单向阀、复式阀、电磁阀。制冷剂压力控制器：压力开闭器、输出压力调节阀、压力控制器。电机保护器：过电流继电器、热动过电流继电器、温度继电器。温度调节

7、器：温度位式调节器、温度比例调节器。湿度调节器：湿度位式调节器。除霜控制器：除霜温度开关、除霜时间继电器、各种温度开关。冷却水控制：断水继电器、水量调节阀、水泵等。报警控制：超温报警、超湿报警、欠压报警及火警报警、烟雾报警等。其它控制：室内风机调速控制器、室外风机调速控制器等。4制冷剂常用制冷剂制冷剂的种类较多，现就氟里昂12和22,R410A作简要介绍：氟里昂12a.氟里昂12（CF2Cl2）代号R12氟里昂12是一种无色、无臭、透明、几乎无毒性的制冷剂，但空气中含量超过80%时会引起人的窒息。氟里昂12不会燃烧也不会爆炸，当与明火接触或温度达到400c以上时，能分解出对人体有害的氟化氢、氯

8、化氢和光气（CoCl2）。R12是应用较广泛的中温制冷剂，适用于中小型制冷系统，如电冰箱、冰柜等。R12能溶解多种有机物，所以不能使用一般的橡皮垫片（圈），通常使用氯丁二烯人造橡胶或丁睛橡胶片或密封圈。氟里昂22b.氟里昂22(CHF2Cl)代号R22R22不燃烧也不爆炸，其毒性比R12稍大，水的溶解度虽比R12大，但仍可能使制冷系统发生冰塞现象。R22能部分地与润滑油互相溶解，其溶解度随着润滑油的种类及温度而改变，故采用R22的制冷系统必须有回油措施。R22在标准大气压力下的对应蒸发温度为-40.8C,常温下冷凝压力不超过15.68X105Pa,单位容积制冷量与比R12大60%以上。在空调设

9、备中，大都选用R22制冷剂R410AC.R410A:是一种新型环保制冷剂，工作压力为普通R22空调的1.6倍左右，制冷(暖)效率更高。提高空调性能，不破坏臭氧层。R410A新冷媒由两种准共沸的混合物而成，主要有氢，氟和碳元素组成(表示为hfc),具有稳定，无毒，性能优越等特点。同时由于不含氯元素，故不会与臭氧发生反应，即不会破坏臭氧层。另外，采用新冷媒的空调在性能方面也会又一定的提高。R410A是目前为止国际公认的用来替代R22最合适的的冷媒，并在欧美，日本等国家得到普及。R410A替换在主要国际市场的全球趋势及展望的使用状况和进入国际市场的动态一、设计任务和已知条件根据要求，在武汉地区，以风

10、机盘管为末端装置，冷冻水温度为7C,空调回水温度为11C,总制冷量为400KVV冷却水系统选用冷却塔使用循环水。二、制冷压缩机型号及台数的确定1、确定制冷系统的总制冷量制冷系统的总制冷量，应该包括用户实际所需要的制冷量，以及制冷系统本身和供冷系统冷损失，可按下式计算：a=(l+&O=(l+(H)x400=44QK步式中-制冷系统的总制冷量(Kvy二一一用户实际所需要的制冷量(KvyA冷损失附加系数。一般对于间接供冷系统，当空调制冷量小于174KW时,A=0.150.20;当空调制冷量为1741744KW寸,A=0.100.15;当空调制冷量大于1744KW时,A=0.050.07;对于直接供冷

11、系统，A=0.050.07。2、确定制冷剂种类和系统形式根据设计的要求，选用氨为制冷剂并且采用间接供冷方式。3、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。、冷凝温度（,）的确定从制冷工程设计手册中查到武汉地区夏季室外平均每年不保证50h的湿球温度（C）仆282c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：才=f+X28.2+3=3L2r式中冷却水进冷凝器温度（C）；-当地夏季室外平均每年不保证50

12、h的湿球温度（C）；安全值，对于机械通风冷却塔，一一=24C。冷却水出冷凝器的温度纪（C）,与冷却水进冷凝器的温度及冷凝器的形式有关。按下式确定：选用立式壳管式冷凝器41=%1+（24）=31.2+3=34.2C注意：与?通常不超过35Co系统以水为冷却介质，其传热温差取46C,则冷凝温度为一（4-6）=342+58=4Qc式中二一一冷凝温度（C）。、蒸发温度（力）的确定蒸发温度是制冷剂液体在蒸发器中汽化时的温度。蒸发温度的高低取决于被冷却物体的温度及传热温差，而传热温差与所采用的载冷剂（冷媒）有关。系统以水为载冷剂，其传热温差为46c,即，一（46）=7-52式中：一一载冷剂的温度（C）。一

13、般对于冷却淡水和盐水的蒸发器，其传热温差取Ai=5Co、过冷温度（4）的确定在冷凝压力下，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（45C）的制冷装置，在条件许可时使用液体过冷。对于本设计系统，=2C,因此不采用液体过冷，即：=0C。、压缩机吸气口温度（*1）的确定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4+必=2+6二A式中对于一般氨压缩机，4=58c、制冷系统理论循环p-h图根据绘制的p-h图查表求得各状态参数:确定压力：-.一比容.Vj=0-2

14、9w31kgva=0J05w3/ig始值：；-一.，.二一-、制冷系统热力计算、单位质量制冷量（q。）的计算如抽-4=(1459168-39Q247)打做=1Q68,921V场、单位容积制冷量（夕丫）的计算二包二life.9/1妙/加3=3685-9次)/加%0,29、制冷剂质量流量（）的计算曳=440=016陶/s乳1068.921、单位理论压缩功（用）的计算用哂/=（1650-147次包=1万切依人P、压缩机所需的理论功率（勺）的计算?二%x埒=041163*1万尿二72用如、压缩机吸入制冷剂蒸汽的体积流量（的计算qv=g物=041163x0,2痴3=oU93731IsC、制冷系数（0）的

15、计算g口1068.921C11她175、单位冷凝负荷（）的计算9%一也=（1650390247）打/炒=1259/初/年、冷凝器热负荷（Qe）的计算0外xg”（Q41163X1259153）尿二518.55iw（10）、热力完善度（”）的计算逆卡诺循环制冷系数:工.27515一必17-Z313,15-275.15热力完善度：叮=曳=111=0,844与7.2414、选择制冷压缩机和电动机、压缩机形式的选择、压缩机制冷量的计算和）可由压缩机的理论查制冷工程设计手册选择压缩机，选用4V-12.5型压缩机，其设备规格参数等列于设备清单中，其理论输气量0%饱=283溜3/力，根据压缩机的理论输气量不变

16、的原则计算所选定压缩机在设计工况下的制冷量，压缩机设计工况下的制冷量输气量外仇,乘以设计工况下的输气系数2和单位容积制冷量来确定，即从制冷工程设计手册查得设计工况下的输气系数=0=0.769热力计算中已经求得单位容积制冷量Qog=，乂盘二0769x368593x283/36Q0hv=22282bp、压缩机台数的选择压缩机台数应根据总制冷量来确定：m-式中.压缩机台数（台）；一一每台压缩机设计工况下的制冷量（尿）。因此，选择两台4V12.5型压缩机、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p/f苫时,应采用单级压缩机；当pJpj?区时,则应采

17、用两级压缩机。对于本设计制冷系统中，pjp14乃.795/46334=3.1953.27KWF合要求。、压缩机汽缸套冷却水量（小）的计算1P46.32x0.15=-=0.41495g/s4.18的4.186x4三、冷凝器的选择计算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。一般在冷却水水质较差、水温较高、水量比较充足的地方，宜采用立式冷凝器。武汉地区冷却水温较高，所以选用立式壳管式冷凝器。2、冷凝器热负荷计算11冷凝器热负荷可按下式计算:0他-4）式中2一冷凝器的热负荷（KW%$压缩机实际排气的比始（KJ/Kg）,h2-hi1650-14

18、75%二如+1475+二1675。/Kg:=：15一W一压缩机的指示效率2=0,41163x（1675-390,247）=52884郎3、冷凝器传热面积计算0”其必W2冷凝器的传热面积（用）。一冷凝器的传热系数丁；1.必一制冷剂与冷却介质之间的对数平均温度34.2-31.2,40-31.2In40-34.2=7,2*0立式壳管式氨制冷剂冷凝器K=700800W/（掰.后。Q528.84xlO3A=97,9冽12由必750x7.2幺一裕量取10%-15%=(1+0,12)x97.9109.648由压缩机配套的冷凝器LN-120可知，其传热面积为120m2109,648/满足要求。4、冷凝器冷却水

19、量的计算:528844186x431584/s5、冷却塔冷却水量计算:九二附+4尸3L584+0,41495=32&/s四、蒸发器的选择计算1、蒸发器的选择原则蒸发器形式的选择，应根据制冷剂和载冷剂的种类，以及空调系统处理室的结构形式而确定。若空气处理室使用水冷式表面冷却器，以氨为制冷剂时，宜采用卧式壳管式蒸发器。所以，本设计制冷系统中采用卧式壳管式蒸发器。2、蒸发器传热面积计算tn-tna、传热温差:7-2b、传热系数:K查制冷技术P156表82知：K为500550此处取K=540c、传热面积:.Qo440x10，凸口Ac=119.65w侬取540x6.81考虑至U10%15%的富裕量Ac(

20、s)=119.65X(1+0.15)=137.5975m213由压缩机配套的冷凝器DWZ150可知，其传热面积为150m2137,5975m2满足要求。3、载冷剂水循环量计算:加上=26,273%/s门伽-加）4186x11-7）五、其它辅助设备的选择计算1、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/31/2。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%，=（一一）-x3600贮液器的容积按下列公式计算：.，=04父0.41163x172665x10-3075乂3600=

21、1.279制3由配套的Z1.5B可知其容积为：1,5阴,1.279朋3满足要求。2、油氨分离器的选择计算M加ImMx0.769x283x0.105D之J=J=215冽物油分离器筒体直径：二二中、11:1压缩机配套的YF40直径为273mm215mm满足要求。3、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:DI4x283x0769V3.14x0,5x360014配套的AF-80桶体直径为：400mm392.33mm满足要求。4、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300600KW时，选用219mm勺集油器一台。型号为：JY-200O5、不凝性气体分离器的选择计算

22、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寸，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：KF-32B满足要求。六、设备清单序号名称单位型号规格数量1制冷压缩机台4V-12.5Q=100000Kal/h22配套电动机台JR91-6P=75KW13立式冷凝器台LN-120F=120/14卧式蒸发器DWZ-150F=15物15贮液器台ZA-1.5BV=1.5/16集油器台JY-300D=325mm17油氨分离器台YF-40D=175mm18空气分离器台KF-32BD=108mm19氨液分离器台AF-80D=400mm1七、制冷机房布置方案的确定及说明制冷机房的布置见系统设计图纸。八、制冷系统设计图纸1、武汉地区400KW氨制冷系统平面图（2号图纸）2、武汉地区400KW氨制冷系统A-A剖面图（2号图