200kw空调用水冷冷水机组-设计说明书

1、精选优质文档-倾情为你奉上精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业郑州轻工业学院本科毕业设计（论文） 题 目 200kw空调用水冷冷水机组设计学生姓名 王 晓 宁 专业班级 建环07级1班 学 号 2 院 （系） 机电工程学院 指导教师(职称) 李 春 艳(副教授) 完成时间 2011 年 5 月27日 目 录 TOC o 1-3 h z u 200kw空调用水冷冷水机组设计摘 要建筑能耗在发达国家国民经济的总能耗中所占比例达到20%30%，而空调系统能耗将占建筑能耗的45%50%，6作为空调系统的关键设备，冷水机组性能的好坏直接影响

2、着空调系统的能耗。为尽可能的降低能耗就对冷水机组的性能提出了相关要求。为降低能耗提高制冷系统的经济性，本文通过对不同制冷剂及制冷循环的对比，选定了适用于空调用水冷冷水机组的制冷循环。同时介绍了冷水机组重要组成部件：压缩机、冷凝器、蒸发器、节流阀及辅助设备的型式及其特点，并且综合其优缺点及限制条件，选定适合系统循环的各个部件，然后将选好的各部件组成水冷冷水机组，完成适用于200kw空调用水冷冷水机组设计。关键词 空调用/水冷/制冷循环/冷水机组/设计THE DESIGN OF 200KW COLD WATER CHILLERUNIT OF AIR CONDITION ABSTRACTNation

3、al building energy consumption in developed countries the proportion of the total energy consumption 30% to 20%, while the air conditioning energy consumption equipment, chillers, direct impact on the performance the energy consumption of air conditioning systems. To reduce the energy consumption as

4、 much as possible the performance of the proposed chiller has been required. Refrigeration system to reduce energy consumption to improve the economy, through the different refrigerants and refrigeration cycle contrast, selected water cold water for air conditioning refrigeration unit. Chillers also

5、 introduced important components: compressor, condenser, evaporator, throttle and auxiliary equipment of the type and characteristics, and the combination of its advantages and disadvantages and limitations, selected for the various parts of the system cycle, and then The composition of selected wat

6、er-cooled chiller components to complete the cold water for 200kw Air conditioning water chiller design. KER WORDS air conditioning，water cooling，refrigeration cycle，chiller design 1 前言1.1 现状随着科学技术的不断发展和工业自动化水平的快速提高，制冷空调设备在国民经济各部门和人民生活中应用日益广泛。在所有能耗中，建筑能耗占有很大的比例，而在建筑能耗中，空调制冷用电的上升势头尤为迅猛，有资料表明，我国现阶段住宅每

7、平米的能耗是相同气候条件下发达国家的3倍左右，因此建筑节能也就成为了节能工作中最有潜力的领域之一。大型公共建筑节能的最主要任务是空调系统节能,冷水机组是空调系统的最主要用能部分，冷水机组的性能的好坏直接影响冷水机组的能耗，有必要对冷水机组的运行性能进行科学的评价，使冷水机组处于高效的运行，降低能耗。冷水机组的运行性能通常用COP作为评价指标,COP是指单位耗电量能提供的制冷量，其值越高,机组的效率越高，因此，COP很直观地反映了冷水机组的整体运行性能。在实际运行中,中央空调冷水机组大部分时间都处于部分负荷运行状态，传统的用COP描述冷水机组性能常采用的方法是将COP拟合成负荷率的函数。这种方法

8、有其不足，它认为冷水机组的COP只与负荷率有关，而与机组的实际运行工况无关，比如冷却水温度、冷冻水温度等。实际上，冷水机组的性能不仅与所处的环境有关，还与它的实际运行工况有关。因此，有必要考虑其他因素的影响，更科学的研究冷水机组的运行性能。1.2 存在问题中国正处于工业化过程中，社会经济发展对能源的依赖要比发达国家大得多，社会发展受到资源约束的矛盾日益突出。近几年来，我国电力生产增长迅猛，据统计，全国有21个省市区采取了拉闸限电的措施来保证基本的电力供应，而随着空调的进一步普及，冷水机组已日渐成为能耗大户。同时由于冷水机组的使用时间比较集中，造成巨大电力供应的峰谷差别，造成高峰时的供不应求，低

9、谷时的电力闲置浪费。在我国许多城市，在夏季用电高峰时期，都出现了由于用电紧张而导致拉闸限电；近几年来供电部门被迫实施强制性错峰用电措施，影响了居民的正常生活和企业的生产经营。中国是世界上的能耗大国，每年消耗约14亿吨的标煤，电能75%来源于煤，SO2、NOX、CO2等污染物的排放量已到必须治理的程度。我国东部的大部分地区都受到酸雨的威胁。我国的酸雨和其他环境污染，一年损失大约是国民生产总值的1.6%，节能是减少污染的有效措施之一。现在全球变暖，臭氧空洞，自然灾害不断都已严重威胁到人类的生存。1.3 发展趋势由于冷水机组耗能较大，制冷剂造成温室效应和全球变暖，其市场市场占有率已略有下降，针对此现

10、象变频等其他节能技术和寻找新的环保型的制冷剂是冷水机组发展的主要趋势。1.4 设计方向针对运行中冷水机组存在的问题，在接下来的设计中，应着重在以下方面做出该进：冷水机组设计严格按照国家标准进行规范设计；在冷水机组设计时应着重节能技术的应用，通过不同制冷系统循环对比确定能效比高的制冷循环；在制冷机组设计时应选用自动化程度较好的零部件，使系统的自动化程度较高，满足家用水冷冷水机组运行的需要；制冷剂的选用应充分考虑制冷剂性质对环境及商品的影响，保证商品的经济性。2 冷水机组设计方案的论证2.1 制冷系统设计制冷系统是利用逆向循环的能量转换系统，通过能量补偿，使制冷剂在循环中不断地从温度较低的被冷却对

11、象中吸收热量，并向温度较高的冷却介质排放热量。 2.1.1 制冷方法8现在市场大部分冷水机组采用蒸汽压缩式制冷。蒸汽压缩式制冷中液体蒸发制冷以流体为制冷剂，通过一定的机械设备构成制冷循环，可以对被冷却对象进行连续制冷，是制冷技术中应用最主要的方法。本系统采用单级蒸汽压缩式制冷系统。单级蒸汽压缩式制冷系统是由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器组成，用管道将它们连接成一个密封的系统。在蒸发器内处于低温低压的制冷剂液体与被冷却对象发生热交换，吸收被冷却对象的热量而汽化。产生的低压蒸气被压缩机吸入，经压缩后以高压排出。压缩机排出的高压气态的制冷剂进冷凝器，被常温的冷却水或空气冷却，凝结成高压液体。高压液体

12、流经膨胀阀时节流，变成低压低温的气、液两项混合物，进入蒸发器，其中的液态制冷剂在蒸发器中蒸发制冷，产生的低压气体再次被压缩机吸入。如此周而复始，不断循环。62.2 冷水机组的设计2.2.1 冷水机组的分类6冷水机组是生产冷水的制冷装置，广泛应用于空调工程和生产工艺中。根据冷水机组所用的动力种类不同分为电力驱动冷水机组和热力驱动冷水机组。电力驱动冷水机组又多是采用蒸汽压缩制冷原理的冷水机组，又称为蒸汽压缩式冷水机组；热力驱动冷水机组多是采用吸收式制冷原理的冷水机组，又称为吸收式冷水机组。压缩式冷水机组根据所用的压缩机的种类不同可分为活塞式、螺杆式、离心式和涡旋式冷水机组等。根据其冷凝器的冷却方式

13、的不同又可分为水冷式、风冷式和蒸发冷却式冷水机组。根据使用的制冷剂种类不同又可分为氟利昂冷水机组和氨冷水机组。模块化冷水机组通常采用活塞式制冷压缩机，所以也属于活塞式冷水机组，但具有结构设计独特，系统构成方便的特点。吸收式冷水机组根据热源方式不同可分为蒸汽型、热水型和直燃型冷水机组。根据所用工质不同可分为氨吸收式和溴化锂吸收式冷水机组。根据热能利用程度不同又可分为单效和双效吸收式冷水机组。根据各换热器的布置情况分为单筒型、双筒型和三筒型吸收式冷水机组。根据应用范围又分为单冷型和冷热水型吸收式冷水机组。2.2.2 各种冷水机组的优缺点2.2.2.1 活塞式冷水机组优点：1) 用材简单，可用一般金

14、属材料，加工容易，造价低 2) 系统装置简单，润滑容易，不需要排气装置3) 采用多机头，高速多缸，性能可得到改善缺点：1) 零部件多，易损件多，维修复杂，维护费用高 2) 压缩比低，单机制冷量小 3) 单机头部分负荷下调节性能差，卸缸调节不能无极调节 4) 属上下往复运动，振动较大5) 单位制冷量重量指标较大2.2.2.2 螺杆式冷水机组优点：1) 结构简单，运动部件少，易损件少，仅是活塞式的十分之一，故障率低 2) 圆周运动平稳，低负荷运转时无“喘振”现象，噪音低，振动小3） 压缩比可高达20，EER值高4） 调节方便，可在10%到100%范围内无极调节，部分负荷效率高。5） 体积小，重量轻

15、，可做成立式全封闭大容量机组6） 对湿冲程不敏感7） 属正压运行，不存在外气侵腐蚀问题缺点：1） 价格比活塞式高 2） 单机容量比离心式小，转速比离心式低3） 润滑油系统较复杂，耗油量大4） 大容量机组噪声比离心式高5） 要求加工精度和装配精度高2.2.2.3 离心式冷水机组优点：1） 叶轮转速高，输气量大，单机容量大 2） 易损件少，工作可靠，结构紧凑，运转平稳，振动小，噪声低3） 单位制冷量重量指标小4） 制冷剂中不混有润滑油，蒸发器和冷凝器的传热性能好5） EER值高，理论值可达6.996） 调节方便，可在10%到100%范围内无极调节缺点：1） 单机压缩机在低负荷时会出现“喘振”现象，

16、在满负荷运转平稳 2） 对材料强度，加工精度和制造质量要求严格3） 当运行工况偏离设计工况时效率下降较快，制冷量随蒸发温度降低而减少幅度比活塞式快4） 离心负压系统，外气易侵入，有产生化学变化腐蚀管路的危险2.2.2.4 涡旋式冷水机组优点：1） 效率高，振动小，噪声低2） 结构简单，体积小。重量轻，易损件少，可靠性高缺点：1） 由于需要高精度的加工设备和精确的调心装置和技术，制造成本和价格比活塞式高 2） 冷量范围较小，适用于小型中央空调工程2.2.2.5 模块化冷水机组优点：1） 系活塞式和螺杆式的改良型，它是由多个冷水单元组合而成 2） 机组体积小，重量轻，高度低，占地小 3） 安装简单

17、，无需预留安装孔洞缺点：1） 价格较贵 2） 模块片数一般不宜超过8片，否则冷凝器和蒸发器水侧流动阻力过大2.2.3 冷水机组类型的确定综合以上冷水机组的特点、现在市场的发展方向以及自己课题的相关要求，本课题选用螺杆式冷水机组。2.3 制冷剂2.3.1 制冷剂的要求8制冷剂根据其不同的使用场合有着不同的要求，通常需要满足下列要求：1) 制冷剂的热力性质好。要求工质在相同的工作条件（即相同的环境温度和制冷空间温度）下，用同样的输入功率，产生较大的制冷量。2) 制冷剂具有适宜的饱和压力和压力比。在工作温度范围内，其蒸发压力不要低于大气压力，否则容易使空气进入制冷系统，致使制冷机的制冷能力下降，功耗

18、增加。此外，其冷凝压力不宜过高，否则会导致设备笨重。冷凝压力和蒸发压力比也不宜过大，否则会导致压缩机排气温度过高和往复式压缩机输气系数降低。3) 对容积式压缩机，希望有较大的单位体积制冷量 ，这有利于减小压缩机的尺寸；对离心式压缩机，因过小的尺寸反而会造成制造上的困难，故需要单位体积制冷量较小的制冷机。2.3.2 常用制冷剂212.3.2.1 氨, R-717 氨(NH3)被认为是一种效率最高的天然制冷剂。它是一种今天仍在使用的“原始”制冷剂。多用于正位移压缩机的蒸气压缩过程。 ASHRAE标准34将其分类为B2 制冷剂 (毒性高低可燃). ASHRAE标准15要求对氨制冷站有特殊的安全考虑。

19、尽管在商业空调也使用很多，但氨在工业制冷上的应用更广泛些。2.3.2.2 二氧化碳, R-744 二氧化碳(CO2)是一种天然制冷剂. 它在19世纪末20世纪初停止使用，现在正在研究重新对它的使用。用于蒸气压缩循环正位移压缩机。在32 时CO2的冷凝压力超过6MPa，这是一个挑战。而且，CO2的临界点很低，能效差。尽管如此，仍可能有一些应用，如复叠制冷，CO2将是有用的。 2.3.2.3 烃类物质 丙烷(R-290)和异丁烷(R-600a),以及其他氢碳物质,能够在蒸气压缩过程中作为制冷剂使用。在北欧，大约有35%的制冷机使用氢碳物质。它们毒性低且能效高，但容易燃烧。后者严重限制了它们在北美的

20、使用，因受现今安全规范的制约。2.3.2.4氯氟碳族 (CFC族) 氯氟碳族(CFC族)有许多物质，但在空调中最常用的是R-11、R12、R-113和R-114. CFC族到20世纪中叶时已经普遍使用。发达国家在1995应蒙特利尔议定书的要求停止了CFC族的生产。在发展中国家它们仍被生产和使用（按时间表将很快淘汰）。它们用于蒸气压缩过程的所有型式的压缩机中。常用CFC族物质都稳定、安全（从制冷剂标准的角度看）、不可燃且能效高。不幸的是，它们破坏臭氧层。2.3.2.5 氢氯氟碳族 (HCFC族) 氢氯氟碳族(HCFC族)几乎和CFC族同时出现。 HCFC-22是世界上使用最广泛的制冷剂。HCFC

21、-123是CFC-11的过渡替代制冷剂。它们用于蒸气压缩过程的所有型式的压缩机中。 HCFC-22能效高，被分类成A1 (低毒不燃). HCFC123能效高，被分类成B1 (高毒不燃).和CFC族一样, 这些制冷剂按蒙特利尔议定书的要求将逐步淘汰。在发达国家已被限量生产且很快将减产。发展中国家也有一个淘汰时间表，但淘汰时限延长。2.3.2.6 氢氟碳族(HFC族) 氢氟碳族(HFC族)是相对较新的制冷剂，因CFC族的淘汰将日益受到关注。HFC族制冷剂无臭氧消耗潜值(ODP=0). HFC-134a是CFC-12和R-500的替代制冷剂. 它们用于蒸气压缩过程的所有型式的压缩机中。 常用HFC族

22、制冷剂能效高被分类成A1 (低毒不燃).但对全球变暖有影响。 表 21 制冷剂常用性质制冷剂化学名称化学式分子量安全分组大气寿命(年)ODPGWP11三氯一氟甲烷CCl3F137.4A1501380012二氯二氟甲烷CCl2F2120.9A11021810022一氯二氟甲烷CHClF286.5A112.1.055150032二氟甲烷CH2F252A25.60650123二氯三氟乙烷CHCl2CF3153B11.4.0290125五氟乙烷CHF2CF3120A132.602800134a1,1,1,2-四氟乙烷CF3CH2F102A114.601300245a1,1,2,2,3-五氟丙烷CHF2

23、CH2CF3134.05B18.80820290丙烷CH3CH2CH344A3100404aR-125/143a/134a (44/52/4)A13260407CR-32/125/134a(23/25/52)A101530410AR-32/125 (50/50)A101730500R-12/152a (73.8/26.2)A1.746010507aR-125/143a (50/50)A1600丁烷CH3CH2CH2CH358.1A3100717氨NH317B2N/A00718水H2O18A1N/A05011611650116116水冷式3.53.63.553.65压缩机类型螺杆式离心式机组制冷

24、量 kW11611623023011631163水冷式3.653.753.854.54.72.4.3 压缩机种类的确定结合以上压缩机种类的优缺点,本课题200KW的制冷量要求及市场上已经广泛应用的R134a制冷剂的压缩机种类,确定本冷水机组选用单螺杆式压缩机。且与选用的螺杆式冷水机组相吻合。2.5 冷凝器冷凝器的功能是把由压缩机排出的高温高压制冷剂蒸汽冷凝成液体制冷剂，把制冷剂在蒸发器中吸收的热量以及与压缩机功率相当的热量之和排入周围环境（水或空气等）中。冷凝器是制冷装置中的热交换设备，即放热设备，是制冷系统中的四大主要设备之一。2.5.1 水冷式冷凝器的分类水冷式冷凝器是以水作为冷却介质，靠

25、水的温升带走冷凝热量。冷却水一般循环使用，但系统中需设有冷却塔或凉水池。由于水的温度比较低，所以采用水冷式冷凝器可以得到较低的冷凝温度。水冷式冷凝器按其结构形式又可分为壳管式冷凝器、套管式冷凝器和焊接板式冷凝器，常见的是壳管式冷凝器和套管式冷凝器。2.5.1.1 立式壳管式冷凝器立式冷凝器的冷却水自上通入管内，吸热后排入下部水池，而高压气态制冷剂从冷凝器外壳的中部进入管束外部空间，冷凝后的液体沿管外壁流下，积于冷凝器的底部，从出液管流出。2.5.1.2 卧式壳管式冷凝器12它与立式冷凝器有相类似的壳体结构，主要区别在于壳体的水平安放和水的多路流动。卧式冷凝器不仅广泛地用于氨制冷系统，也可以用于

26、氟利昂制冷系统，但其结构略有不同。氨卧式冷凝器的冷却管多采用光滑无缝钢管，而氟利昂卧式冷凝器的冷却管一般采用低肋铜管。这是由于氟利昂放热系数较低的缘故。值得注意的是，有的氟利昂制冷机组一般不设贮液筒，只采用冷凝器底部少设几排管子，兼作贮液筒用。 卧式壳管冷凝器的优点是传热系数较高，冷却水用量较少，操作管理方便，但是，对冷却水的水质要求较高。目前大、中型氟利昂和氨制冷装置普遍采用这种冷凝器。2.5.1.3 套管式冷凝器套管式冷凝器是有不同直的管子直接套在一起，并弯成螺旋形或蛇形的一种水冷换热器。该换热器外套一般为无缝钢管。制冷剂的蒸气从上方进入内外管之间的空腔，在内管外表面上冷凝，液体在外管底部

27、依次下流，从下端流入贮液器中。冷却水从冷凝器的下方进入，依次经过各排内管从上部流出，与制冷剂呈逆流方式。这种冷凝器的优点是结构紧凑，便于制造，价格便宜且因系单管冷凝，介质流动方向相反，故传热效果好，当水流速为12m/s时传热系数可达800kcal/(m2h)。其缺点是金属消耗量大，而且当纵向管数较多时，不仅传热管内流体的流动阻力较大。更由于下部的管子会充有较多的液体，使传热面积不能充分利用。另外紧凑性差，清洗困难，并需大量连接弯头。因此，这种冷凝器在氨制冷装置中已很少应用，多用于制冷量小于40kw的小型氟利昂制冷机组中。2.5.1.4 焊接板式冷凝器板式换热器是由一组不锈钢波纹金属板叠装焊接而

28、成，板上的四孔分别为冷热两种流体的进出口，在板四周的焊接线内，形成传热板两侧的冷热流体通道，在流动过程中通过版壁进行热交换。两种流体在流道内形成逆流流动，而板片表面制成的各种形状形成了旺盛湍流强化了传热。由于板式换热器具有体积小、重量轻、传热效率高、可靠性好、加工过程简单等优点，近年来得到广泛应用。但是也存在内容积小、难以清洗、内部渗漏不易修复等缺点，在使用时要加以注意。2.5.2 冷凝器类型选择对于水冷冷水机组，常用的水冷冷凝器有套管式和卧式壳管式冷凝器，其中卧式壳管式冷凝器结传热系数较高，冷却水用量较少，操作管理方便，但是，对冷却水的水质要求较高。目前大、中型氟利昂和氨制冷装置普遍采用这种

29、冷凝器。一般来说，卧式壳管式冷凝器的水耗量比套管式冷凝器的水耗量要大，但清洗相对方便。在冷水机组中，制冷量相对较大，应优先选用卧式壳管式冷凝器。在此选用卧式壳管式冷凝器较为合适，故选择卧式壳管式冷凝器。2.6 蒸发器类型选择蒸发器的形式很多，按照载冷剂的不同可分为冷却空气和冷却各种液体的蒸发器。根据供液方式的不同，蒸发器可分为以下四种：满液式蒸发器、非满液式蒸发器、循环式蒸发器和淋激式蒸发器。这里主要介绍满液式蒸发器。非满液式蒸发器根据冷却介质的不同可分为冷却液体干式蒸发器和冷却空气干式蒸发器（直接蒸发式空气冷却器）。冷却液体干式蒸发器主要有干式壳管蒸发器和焊接板式蒸发器，而焊接板式蒸发器的结

30、构和焊接板式冷凝器相似这里不再详细介绍。2.6.1 干式壳管蒸发器8干式壳管蒸发器的构造和满液式壳管蒸发器相似，主要区别在于：制冷剂在管内流动，被冷却液体在管束外部空间流动，筒体内横跨管束装有若干隔板，以加液体横掠管束的流速。干式蒸发器按照管组的排列方式不同可分为直管式和U形管两种。直管式蒸发器由于载冷剂侧的对流换热系数较高，一般不用外肋管，多采用光管或具有螺旋形微内肋的高效蒸发器作为传热管。U形管干式壳管蒸发器采用U形管作为传热管，一个管口为进液端，另一管口为出气端，由此构成了载冷剂为二流程的壳管式结构。它只需要一个将制冷剂进出口分隔开的端盖，这有利于消除材料因温度变化而引起的内应力，延长其

31、寿命，而且传热效果较好，但不宜采用内肋管。2.6.2 直接蒸发式空气冷却器直接蒸发式空气冷却器按照空气的运动状态分为自然对流和强制对流两种形式。自然对流形式常用于冰箱、冷藏柜、冷藏车、冷藏库等处。采用氨制冷系统，多为满液式或循环式；采用氟利昂系统多为非满液式或循环式。由于空气侧为自然对流，故这种冷排管的传热系数很低。为了增强传热，在简冷式冰箱的冷冻室、空调机组、冷藏库及除湿机等处多采用强制对流式的直接蒸发式空气冷却器。强制对流式蒸发器与自然对流蒸发器相比，具有传热效果好，结构紧凑等优点，在冷冻、空调设备中得到广泛应用。在此选用强制对流空气冷却式蒸发器，简称为表面式蒸发器。3 冷水机组的设计计算

32、3.1 系统的热力计算3.1.1原始资料及参数的确定3.1.1.1 原始资料（1） 制冷量： 200kw（2） 制冷量输出方式： 输出冷媒水冷媒水进口温度： 12 冷媒水出口温度： 7（3） 冷凝器冷却方式： 强制对流水冷冷却水进口温度： 32冷却水出口温度： 36（4） 控温精度： 2（5） 气候环境类型： 空气干球温度32、空气湿球温度23.7（6） 使用环境温度： 035（7） 使用环境相对湿度： 85（8） 电源： 380 V 50Hz3.3.1.2 各状态点参数的确定2(1) 压缩机的名义制冷量为200kw。冷凝温度:蒸发温度：其中：水冷式冷凝器：冷却液体的蒸发器：取 T0=3K T

33、K=4K 那么蒸发温度 冷凝温度 取过热度3K过冷度5K(取有效过热、过冷)循环的lgp-h图如图3-1所示图3-1系统循环的压焓图（2）各点参数值表3-1 R134A各点的状态参数参数t/ocp/kPav/(m3/kg)h/(kJ/kg)s/( kJ/kgk)04.003380.06036400.81.7246173380.06131403.51.73432s46.7410170.01231426.771.8555340.0010170.256.431.1897435.0010170.00086249.081.1897543380.01409249.081.1773.1.2 热力计算由表3-

34、1中各状态点的参数进行以下热力计算单位质量制冷量 单位理论功 制冷剂循环质量流量 实际输气量输气系数取=0.85压缩机理论输气量压缩机理论功率压缩机指示功率（取压缩机指示效率为i=0.8）压缩机轴功率（取机械效率m=0.9）压缩机电机即输入功率（取电动机效率mo=0.88）3.2 压缩机的选择及制冷剂流量校核3.2.1 压缩机选择表3-2 HY螺杆式压缩机性能参机型HY-110WHY-150WHY-190WHY-230WHY-290WHY-300WHY-400WHY-470W制冷量Kw110150190230290360400470运行控制方式PLC可编程控制器全自动控制制冷剂R22（R133

35、4a R407c）电源380v/50HZ型式5-5非对称半封闭单螺杆压缩机旋转方向顺时针数量1台启动类型Y-启动转速（r/min）2960参量调节0-25%-50%-75%-100%或无极调节输入功率Kw2532.5394859.57582.598额定电流A43.556.567.983.5103.5130.5143.6170.5理论输气量m3/h170220296358379402440486吸气管直径mm80100100100100125125150排气管直径mm6565808080100100125注：冷凝温度、蒸发温度7 /45由表3-2知可选用单螺杆式制冷压缩机。额定制冷量为230kW

36、，电动机输出功率为48kW，理论输气量358m3/h，均能满足设计工况的要求。3.2.2 压缩机校核3.2.2.1 压缩机实际工况：制冷量230kW冷凝温度：45 冷凝压力： 11.60bar 焓值 h1=427.44kJ/kg蒸发温度：7 蒸发压力： 3.75bar 焓值 h2=402.50kJ/kg3.2.2.2 输气系数1）压力系数压力系数的计算公式为：对于氟利昂压缩机，取，则得到制冷压缩机的压力系数为。2.）容积系数和泄漏系数取13.）温度系数有经验公式实际温度系数实际输气系数3.2.2.3 压缩机工况的换算及选型故所选压缩机HY-230W满足使用条件。3.3 冷凝器的设计计算1设计参

37、数：冷凝温度tk=40 3.3.1冷凝器传热管的选择及参数计算3.3.1.1 传热管的选择表3-3几种低翅片管的结构参数序号12345直径mm壁厚mm161.5161.5161.5191.5191.5sf/mm1.251.51.21.11.34t/mm0.2230.350.40.250.25h/mm1.51.51.351.51.45di/mm111110.41414db/mm12.861312.415.915.85df/mm15.861615.118.918.75-2020aof/mm0.150.1340.1390.1790.1521.351.3471.3841.481.457注:表中aof为

38、每米管长管外总面积，为增强系数，其余符号参见图3-2图3-2 低翅片管的结构参数及在冷凝器的应用形式a)斜翅 b）直翅 c）应用形式根据工艺要求，选用19mm1.5mm的紫铜管轧制的低翅片管为内管，且选用表3-3所示的5号管，其管型结构参数如下：翅节距sf=1.34mm、翅厚t=0.25mm、管内径di=14mm、翅根管面外径db=15.85mm、翅顶直径df=18.75mm、=20o，3.3.1.2 传热管的参数计算根据以上选择的的换热管参数进行初步设计计算每1m肋管长的肋片数：每1m管长肋顶面积为每1m管长肋片面积为每1m管长肋间基管面积为每1m肋片管外表面积为每1m管长内表面积为肋片当量

39、高度为3.3.2冷凝器热负荷及冷却水流量3.3.2.1 冷凝器的热负荷计算单位冷凝负荷冷凝器负荷3.3.2.2 冷却水流量冷却水的定性温度为查水的物性比定压热容CP =4.179kJ/(kg.K),密度w=994.3kg/m3 运动粘度vf=0.74710-6m2/s， 所以，冷却水流量为3.3.3 冷凝器结构的初步规划由于低肋螺纹管传热效率高，故初步取管外表面面积热负荷qf=6000w/m2。故初步规划的所需冷凝器外表面积为所需上述规格低肋管管长为设管内流速为=2.5m/s，则每流程管数为 取每流程管根数数Z=38根对流程数N，总根数NZ、有效单管长l、壳体内径Di及长径比l/Di进行计算，

40、组合计算结果如表3-4所示表3-4 不同流程计算结果流程数N总根数NZ有效单管长l/m壳体内径Di/m长径比l/Di2763.430.26912.841521.720.3814.562281.140.4662.5其中，在组合计算中，当传热管总跟数较多时，壳体内径（单位为m）可按下式估算式中 S 相邻管中心间距，s=(1.251.30 )do，单位为 do 管外径，单位为m系数1.151.25的取法：当壳体内管子基本布满不留空间时取下限，当壳体内留有一定空间时取上限。（取1.25 1.30 do）当长径比为410时，换热器有较好的换热性能和经济性，因此这里选择如下参数：流程数N=4,有效单管长l

41、=1.72m，考虑与蒸发器相匹配，取冷凝器有效管长l=1.78m。总管数为153，具体分布如图3-2所示：传热管安正三角形排列，管板上相邻管孔中心距为24mm，考虑最近壳体的传热管与壳体的距离不小于5mm，则则所需最小壳体内径为365mm，根据无缝钢管规格，选用377mm10mm的无缝钢管作为壳体材料。冷凝器采用管板外径与壳体外径相同的主体结构形式，排管布置及管板尺寸能够保证在管板周边上均匀布置12个端盖螺钉孔以装配端盖，且能避免端盖内侧装配孔周边的密封面不致遮盖管孔，同时壳体内部留有一定空间起储液作用，冷凝器的结构尺寸能满足压缩冷凝机组的装配要求和限制。图 3-2 传热管分布图3.3.4 传

42、热计算及所需传热面积确定水侧表面传热系数计算：从水物性表知水在平均温度tm=34时，运动粘度v=0.74710-6m2/s 物性集合参数管内平均水速则雷诺数，亦即水在管内的流动状态为湍流，则可根据下式计算水侧表面传热系数氟利昂侧冷凝表面传热系数计算：根据管排布置，管排修正系数由下式计算根据所选管型，低翅片管传热增强系数由下式计算表3-5 几种氟利昂的B值Tk/2030405060R121447.91392.31344.11275.01197.0R134a1671.51593.81516.31424.91326.2R221658.41557.01447.11325.4查表3-5知R134a在冷凝

43、温度tk=40时, B=1516.3,计算氟利昂侧冷凝表面传热系数对数平均温差计算取水侧污垢系数ri=0.(m2.K)，将有关各值代入式和计算热流密度qo（单位为w/m2）选取不同的o（单位为）进行试凑计算，计算结果列于表3-6表3-6 不同o的计算结果o/第一式第二式qo (w/m2）25880.4465614.162.15724.4665823.42.075771.265760.897当o=2.07，两式的qo误差已很小，取qo=5766 w/m2计算所需实际的传热面积初步结构设计中实际布置冷凝传热面积为，较传热计算所需传热面积大4.15%，可作为冷凝器传热的富裕量，初步结构设计所布置的冷

44、凝传热面积满足负荷传热要求。3.3.5 冷却水侧阻力计算按式计算冷却水侧阻力，其中，阻力系数冷却水侧阻力式中lt为左右两管板外侧端面间的距离，取每块管板厚50mm，则3.3.6 连接管管径计算取冷却水在进出接水管中的流速=1m/s，则进出接水管管内径根据无缝钢管规格，选用159mm10mm无缝钢管为进出水接管。一般卧式壳管式冷凝器的进气接管与所配制冷压缩机的排气管径相同。选用22mm1.5mm钢管为出液接管。现将所设计的卧式壳管式冷凝器的主体结构及有关参数综述如下：低翅片管总数为153根，每根传热管的有效长度是1780mm，管板的厚度取30mm，考虑传热管与管板间加工时两端各伸出2mm，传热管

45、的实际下料长度为1844mm，壳体长度为1780mm（等于传热管有效单管长），壳体规格为377mm10mm的无缝钢管。端盖铸造厚度约10mm，流程水流动的流程数为4，每流程管数为38根。3.4 蒸发器设计计算3依据制冷剂为R134a，蒸发温度为t0=4，制冷量Q0=200kw，制冷剂流量Mr=1.296kg/s，单位制冷量q0=h1-h4=154.42kJ/kg，制冷剂进蒸发器干度x1=0.223，制冷剂出蒸发器干度x2=1.0，选用干式蒸发器，并对该干式蒸发器进行设计计算。3.4.1 初步结构设计采用内微肋管，外径d0=16mm，内径di=14.66mm，翅高f=0.17mm，翅数Nn=68

46、，设内微肋管的面积热流量qf0=8000w/m2，则所需的外表面传热面积。拟采四流程的直管结构，每根蒸发器直管段全长为L=1796mm，减去N块折流板厚，内微肋管的实际传热长度为Lt=1676mm，故所需的根数为取所需管数为278根设管子中心距则干式蒸发器的具体结构尺寸如下：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 折流板数目 折流板间距 折流板上下缺口高 缺口内管子数 冷媒水横向流过管排数 靠近壳体中心一排的管数 初步规划结构所得到的有些换热面积为3.4.2 管内R134a的表面传热系数先计算内肋片管的流道面积为 管内R134a的质量流速为由蒸发温度t0=4,查表R134a

47、的物性参数如下: 由已知条件可以在R134a压焓图中查出节流后的低压蒸气干度x1=0.223。又出口处为过热蒸气，其干度x2=1.0，则蒸发器内R134a蒸气的平均干度为 根据R134a在微肋管中沸腾的表面传热系数计算公式附录中表D-2制冷原理与装置（郑贤德），有管内表面传热系数ai为其中 对于液膜厚度与翅片高的比值，并且对于低翅片高度可视为1。于是将上述数据代入内微肋管中沸腾的表面传热系数计算公式可得3.4.3 水侧表面传热系数的计算已知蒸发器的进水温度为tw1=12，出水温度为tw2=7。由冷水的定性温度查水的物性参数有，。冷水的流量为折流板间横向流通面积为管板断横向流通面积为水横向流过管

48、簇的平均面积为由查3-7表,得Kb=0.129。有结构规划得折流板缺口内管数nb=40，则缺口内水流通面积为表3-7 折流板缺口面积比值Hb/Di0.150.200.250.300.350.400.45Kb0.07390.1120.1540.1980.2450.2930.343则水横向流过管簇的流速为水流过缺口时的流速为水侧平均流速为故水侧雷诺数为根据流体交错流过光管管簇的传热系数计算公式，水侧表面传热系数为考虑折流板周边密封不严，取3.4.4 传热系数的计算取水侧污垢热阻r0=0.（m2.K）/W，R134a侧污垢热阻ri=0，查金属材料性质都纯铜管热导率，则以管外面积为基准的传热系数为3.

49、4.5 管内流动阻力和平均传热温差的计算R134a在四流程的管长中流过的管程长所以内肋片管的阻力系数为忽略端盖内转向室的阻力，则氟利昂在内肋片管内蒸发时的阻力为为克服氟利昂在内肋片管内蒸发时的流动阻力，则制冷剂进蒸发器的压力为对应得蒸发温度为t01=4.8平均传热温差为3.4.6 面积热流量及传热面积的计算或 联立两个的式子，有用试凑法进行方程的求解，得代入需要的传热面积为裕度为3.4.7 冷水侧流动阻力计算冷水流过折流板缺口的局部阻力为冷水横向流过光管管簇时的阻力，由于又 所以，水横向掠过管簇时的阻力为冷水在折流板缺口间平行流动时的阻力：因为式中，U为湿润周长。同时则阻力所以冷冻水侧总阻力为

50、4 系统制冷剂充注量的估算及冷冻油的选择4.1 制冷剂充注量的计算对于本课题水冷式冷水机组而言，由于没有储液器，故系统内制冷剂的充注量对制冷剂的经济、安全运行起着重要作用。充注量过少，蒸发器只有部分管壁得到润湿，蒸发器面积不能得到充分利用，蒸发量下降，吸气压力降低，蒸发器出口制冷剂过热度增加，这不仅使循环的制冷量下降，而且还会使压缩机的排气温度升高，影响压缩机的使用寿命；充注量过多，不仅蒸发器内积液过多，致使蒸发器压力升高，传热温差减小，严重时甚至会产生压缩机的液击现象，而且会使冷凝器内冷凝后的制冷剂液体不能及时排出，使冷凝器的有效传热面积减小，导致冷凝压力升高，压缩机耗工增加。由此可知，在一

51、定工况下，系统内存在一个最佳充注量问题。11系统中制冷剂的充注量不等于制冷剂的循环量，它应根据系统的容积大小、制冷剂在系统各处的状态、干度等分别加以计算。制冷系统的制冷剂充注量应为蒸发器、冷凝器、润滑油及管路中制冷剂质量之和Gt-管路中的制冷剂流量，一般估计为0.2kg左右。工程上为简化计算，常采用以下经验公式对制冷剂充注量进行估算VH蒸发器容积，单位为升；VK冷凝器容积，单位为升。由前面计算可知，蒸发器的总传热管长471.5m,冷凝器的总传热管长为272m，相应的各自容积为取润滑油内溶解的制冷剂为0.1kg故该系统的制冷剂充注量为以保证机组正常运行4.2 冷冻油的选择7是空调压缩机使用的润滑

52、油，它是一种在高、低温工况下均能正常工作的特殊润滑油。12 在制冷系统中使用的润滑油，一般称作冷冻机油，其主要左右有以下几个方面： 1） 润滑作用 制冷系统中的压缩机是依靠电动机的旋转带动曲轴、连杆装置及其他机件转动来进行工作的，润滑油就是在这些传动机件的表面形成一层油膜，以减少机件的磨损，使机器转动灵活。 2） 冷却作用 制冷系统的压缩机在工作过程中，由于机件互相摩擦，不可避免的会产生一定的热量，通过润滑油可以将一部分热量带走，使机件的温度不至于升得太高，以确保机器的正常运行。 3） 密封作用 润滑油对机械零件进行润滑的同时，还对零件相互的间隙起这密封作用，从而达到减少传动力和压缩力的损耗，

53、减少气体泄漏，确保制冷压缩机制冷能力的目的。 4) 动力控制作用 在多缸制冷压缩机中，利用油压作为能量调节机构的动力，通过对卸载装置的控制来控制气缸投入运行的数量，从而达到减少机件磨损，节省能量消耗的目的。 5） 消声作用 润滑油能阻挡声音的传递，润滑良好的机件，其运行噪声大大降低，有利于环境保护。根据系统的制冷剂及压缩机类型，可选择员嘉实多Castrol公司生产的ICEMATIC SW68合成冷冻机油。5 节流机构的选择计算5.1 节流机构的工作原理及作用8节流的工作原理是制冷工质流过阀门时流动截面突然收缩，流体流速加快，压力下降，压力下降的大小取决于流动截面收缩的比例。节流机构的作用：1）

54、 节流降压：当常温高压的饱和液体流过节流阀，变成低温低压的制冷剂液体并产生少许闪发气体。进而实现向外界吸热的目的。2） 调节流量：节流阀通过感温包感受出口处制冷剂过热度的变化来控制阀的开度，调节进入蒸发器的制冷剂流量，使其流量与蒸发器的热负荷相匹配。当蒸发器热负荷增加时阀开度也增大，制冷剂流量随之增加，反之，制冷剂流量减少。3） 控制过热度：节流机构具有控制蒸发器出口制冷剂过热度的功能，既保持蒸发器传热面积的充分利用，又防止吸气带液损坏的事故发生。4） 控制蒸发液位：带液位控制的节流机构具有控制蒸发器液位的功能，既保持蒸发器传热面积的充分利用，又防止吸气带液降低吸气过热度。若节流机构向蒸发器的

55、供液量与蒸发负荷相比过大，部分液态制冷剂一起进入压缩机，引起湿压缩或冲缸事故。相反若供液量与蒸发器负荷相比太少，则蒸发器部分传热面积未能充分发挥其效能，甚至会造成蒸发压力降低，而且使制冷系统的制冷量降低，制冷系数减小，制冷装置能耗增大。节流机构流量的调节对制冷装置节能降耗起着非常重要的作用。大型中央空调常用的节流机构有手动节流阀、孔板、浮球+主节流阀。本课题选用做节流机构。5.2 热力膨胀阀热力膨胀阀可根据蒸发器出口处制冷剂蒸汽过热度的大小，自动调节阀门的开启度，达到调节制冷剂流量的目的，使制冷剂的流量与蒸发器负荷相匹配，这样既能充分利用蒸发器的传热面积，又能防止压缩机产生液击现象。13热力膨

56、胀阀有内平衡和外平衡之分。内、外平衡式热力膨胀阀工作原理完全相同，只是适用的条件不同，如果蒸发器中制冷剂的压力损失较大，使用内平衡式热力膨胀阀时，就会造成蒸发器供液量不足，出口处气态制冷剂的过热度增大。也就使蒸发器的传热面积的利用率降低，制冷量相应减小，所以在实际应用中，蒸发器压力损失较小时，一般使用内平衡式热力膨胀阀，而压力损失较大时(当膨胀阀出口至蒸发器出口制冷剂的压力降相应的蒸发温度降低超过23时)，应采用外平衡式热力膨胀阀。因此外平衡式热力膨胀阀用于蒸发器管路较长、管内制冷剂流动阻力较大及带有分液器的场合。由于该系统为多联机组，管路较长，且带有分液器，故选择外平衡式热力膨胀阀。9由于热

57、力膨胀阀的选配主要是根据制冷量、制冷剂种类、膨胀阀节流前后压力差。蒸发器管内制冷剂的流动阻力等因素来确定膨胀阀的形式和阀的孔径。选配时，应使阀的容量与蒸发器的制冷量相匹配，如果容量选得过小，将使蒸发器的传热面积得不到充分利用，以致制冷剂系统冷量不足；若选得过大，则使膨胀阀的调节不稳定，蒸发器出口处温度产生较大波动，严重时甚至发生压缩机的液击现象。其选配步骤如下：1) 根据蒸发器中压力降大小及有无分液头来确定热力膨胀阀的形式；2) 确定膨胀阀两端的压力差3) 选择膨胀阀的型号和规格热力膨胀阀的阀体系安装在蒸发器入口处的供液管上，阀体应该垂直，不能倾斜更不能颠倒安装。蒸发器配有分液器者，分液器应直

58、接安装在膨胀阀的出口侧，这样使用效果较好。当蒸发器和膨胀阀系 安装在贮液器上方时，将由于静压的影响而减少液体的过冷度，若提升高度超过一定限度，会由于管内压力低于其温度相对应的饱和压力使得产生闪发蒸汽，因而降低热力膨胀阀的工作稳定性。如果必须提升相当的高度，应保证高压液体具有足够的过冷度。 热力膨胀阀的感温包系安置在蒸发器出口处的回气管上。在包扎前应刮去回气管和感温包表面的氧化层，使新的金属表面贴合一起并使之紧固，避免由于接触不良而降低传感的灵敏度。包扎固定后可用软质泡沫朔料再包扎，使之免受外界气温的影响。 5.3 热力膨胀阀的设计选型1膨胀阀两端的压力差为冷凝压力，单位为Pa蒸发压力，单位为P

59、a液体管路上的压降安装在管路上的弯头、过滤器、视液镜、手动阀等的压降设为；液管出口与进口间的高度差引起的压降；分液器的压降设为由上可知，冷凝压力为蒸发压力为液管阻力损失可按下式计算液体制冷剂的密度，单位液体制冷剂的流速（冷凝器至节流机构的液管速度一般在0.51.25之间，此处取1m/s）管长，单位为米管道的内径，单位为米沿程阻力系数雷诺数故 由于使用了分液器，阻力损失较大，故使用外平衡式热力膨胀阀参考上海沁华制冷设备有限公司的TE5-TE55型热力膨胀阀，此种膨胀阀适合干式蒸发器，蒸发温度范围大-6010,使用与冻结、冷藏和空调装置。参照其设备资料，可选择067G2001型号的产品，其详细结构

60、及技术参数见图5-1图 5-1 热力膨胀阀结构热力感温元件锅型号压力平衡管毛细管产品代码N系列-4）-+10OCNM系列-40-5 OC%ln./6mmm无MOPMOP+15 OCMOP0 OCTEN5Ext.1)3067B3297067 B 3298067B3360TEN12Ext.2)3067B3232067 B 3233TEN12Ext.3)5067B3353TEN20Ext.4)3087B3292087B3293TEN20Ext.5)5087B3370TEN55Ext.6)3067G3222067G3223TEN55Ext.7)5067B3230管口组件阀型号名义制冷量kW流口编号产品