《制冷原理与设备》课程设计

环境与市政工程学院热能与动力工程专业课程设计说明书（制冷原理与设备）学院：环境与市政工程学院专业：热能与动力工程班级：热动061姓名：学号：2009年6月25日前言本课程设计是对《制冷原理与设备》课程的进一步实际地了解和掌握，本次设计主要是通过对一给定的设计条件来设计合适的冷冻站。制冷压缩机型号与台数的选择，包括确定制冷系统的总制冷量，确定制冷剂种类和系统型式，确定制冷系统的设计工况。冷凝器的选择，计算出冷凝器的热负荷，根据所选用的制冷剂种类和压缩机运行工况、冷却介质的种类、负荷变化情况等确定冷凝器的型式，然后进行冷凝器的选择计算，确定其传热面积，从而选定冷凝器的型号及台数。蒸发器的选择，根据制冷量、制冷剂种类及载冷剂的种类、冷冻系统的型式等，确定蒸发器的型式，计算出蒸发器的传热系数、换热面积以及蒸发器的台数。其它辅助设备的选择，有油分离器，贮液器，集油器，紧急泄氨器，空气分离器，过滤器。冷冻站布置包括如下内容：制冷设备布置，制冷工艺管路布置，管路上各种阀件及自控部件的布置，绘出平面布置及必要的系统原理。制冷工艺管路及阀件的选择，根据平面布置及制冷系统图估算各段工艺管路的总长度（包括直线长度和当量长度）以及不同的制冷剂、不同工艺管路的允许流速或允许压力降、蒸发温度、冷凝温度、再冷温度、制冷剂流量等确定工艺管路管经。根据制冷量、制冷剂流量、流速或管径等选择截止阀手动膨胀阀、浮球阀、热力膨胀阀及电磁阀等。编写设计说明书，说明书应按设计程序编写，它应包括设计任务、原始资料、工况确定、负荷计算、设备选择、冷冻站布置方案的确定及说明、管路计算和有关设计草图等内容。课程设计画图2张，它包括：制冷工艺热力系统图1张（1号图纸）。如条件允许，最好画轴测透视图。图中设备应编号。管件和各种阀件应注明通径；并应附有图例和设备明细表。布置图1张(1号图纸)布置图为冷冻站平面布置图，在平面图中画出设备外形及主要管路的布置，标明各设备的大小尺寸、相互间的位置尺寸、距墙尺寸等。冷冻机房的建筑图绘制时可以简化，但应说明建筑外形和主要结构形式，此外还应标明门窗位置、门的开向等。通过此次的课程设计要求对空调用冷冻站有一个全面系统的了解。目录前言1目录2设计任务3原始资料3负荷计算3制冷设备选择6管路的选择计算10设计参考资料17冷冻站设备及管路的平面布置见CAD图制冷工艺热力系统图见CAD图一、空调用冷冻站的设计已知某厂空调系统所需总耗冷量为1163kw（1,000,000kcal/h），以喷淋室为末端装置，要求冷冻水温为6℃，空调回水温度为11℃，制冷系统以氨为制冷剂。二、原始资料水源：石家庄是我国南方大城市，水源较紧张，所以冷却水考虑选用冷却塔使用循环水。室外气象资料：不保证50小时室外空调干球温度31℃，湿球温度26.5℃。石家庄海拔81.8米，大气压力冬季763mmHg，夏季747mmHg。三、设计内容制冷压缩机的型号与台数的选择1、冷冻站的冷负荷的确定对于间接式制冷系统，A＝0.1～0.15。本课程设计属于此类，取A＝0.125=（1+0.125）1163kw=1308.375kw2、制冷工况的确定（1）蒸发温度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℃。=6℃—（4～6℃）=1℃（2）冷凝温度采用水冷式冷凝器时，冷凝温度可用下式计算： ℃式中——冷却水进冷凝器的温度，℃；——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： =26.5℃+（）℃=26.5℃+3.5℃=30℃式中——当地夏季室外平均每年不保证50小时的湿球温度，℃——安全值。石家庄，选用机械通风冷却塔，℃。=+(2～4)℃=33℃==37℃（3）压缩机的吸汽温度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，吸汽温度与蒸发温度的差值不大于5～8℃。但本设计考虑仅理论循环，不考虑过热，即==1℃（4）再冷温度tr.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。3、制冷压缩机的型号及台数的确定考虑到厂房的大小，设备初投资，维护及管理，压缩机台数不应取太多，现取3台。则每台压缩机在设计工况下的制冷量至少为=1308.375/3=436.125KW查《实用制冷工程设计手册》北京：中国建筑工业出版社，1994年。郭庆堂P166查压缩机性能曲线，可用压缩机型号为8AS12.5（开启式，单级，960r/min）。每台压缩机在设计工况下的满负荷制冷量=475kw。稍大于436.125kw每台压缩机在设计工况下的轴功率=94kw。配用电机功率P=（1.05~1.10）=（1.05~1.10）×100kw=105kw（二）冷凝器的选择1、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，暂取三台。查查《实用制冷工程设计手册》Ｐ160取ηm=0.882则Ｐi=ηm=0.88292=81.1总共的冷凝负荷为Qk=（+Ｐi）3=(479.156+81.1)=560.256×3=1680.768kw2、传热温差===5.36℃式中：t1、t2----冷却剂进、出口温度；tk----冷凝温度。。冷凝水的流量为：M===133.84kg/s3.冷凝器型号的确定及其传热系数的计算（1）选择冷凝器型号查常用冷凝器的传热系数表，由于采用立式冷凝器假定=3700kcal/m=4.303kw/m则对每台冷凝器==390.604m每台=130.201m查《制冷与空调设备手册》P441（上--冷）立式冷凝器规格示例表，取冷凝器型号为LN-150（其传热面积F=150m,通筒体直径D=1080mm，高度H=4800mm，管道211根），则=1680.768/（1503）=3.735kw/m；(2)计算冷凝器制冷剂侧放热系数喷淋密度Γ===5383.202Kg/m.h冷凝器的水侧放热系数=513Γ1/3=8990.785w/m2.k(3)计算冷凝器制冷剂侧放热系数；由《制冷原理及设备》主编：吴正业西安交通大学出版社1997出版P222：对垂直面呈波形流动时=1.18，物性系数β===2.7793冷凝器制冷剂侧放热系数===6338.92W/m2.k（4）计算冷凝器传热系数由冷凝器型号知：管外径d=51mm。水垢的热阻R查《传热学》P492得R=5.28m2.k/w。取金属管壁的导热系数λ=43.2w/m2.k，油膜热阻=0.0006m2.k/w=722.654此时热流密度=722.654×5.36=3.873kw/m；（为冷凝器对数传热平均温差）（5）比较相对误差相对误差==3.6％＜5％，说明假定合理，即所选择的冷凝器型号合适。（三）蒸发器的选择在前确定蒸发温度时，已确定使用直立管式或螺旋管式蒸发器。则每台蒸发器的制冷量即为一台压缩机的制冷量=479.156kw===7.21℃假设=520(kcal/m·h·℃)==52007.211=37449.2kcall/m·h=4..36033KW蒸发面积=//=4799.1566/4.33603==109..89mm查《制冷与空空调设备手手册》P4499（上上冷）SRR-90（蒸蒸发面积为为=90m）。此时单位热负负荷=/=4779.1556×3/4×120==3.59937kww/m..=30990kccal/m属于直螺旋管管式单位热热负荷（22500~~35000kcaal/mm）范围之之内，符合合要求。（四）其它辅辅助设备的的选择油分离器的选选择计算根据压缩机台台数取油分分离器台数数为三，一一台压缩机机配一台油油分离器。并选用离心式式油分离器器。压缩机理论输输汽量Vh===0.1157/ss=5655.4877/h查《实用制冷冷工程设计计手册》编编写组.制冷工程程设计手册册.北京：中中国建筑工工业出版社社，19778年。P1556得压缩缩机输汽系系数λa=0..782，取取筒体内汽汽体流速ww=0.99m/ss则D≥==0.22413mm查《制冷与空空调设备手手册》P6607采用用离心式有有分离器，SYF-50（北冷）,D=245mm贮液器的选择择计算液体制冷剂循循环量MR==4799.1466/(14458.2284-3376.1127)××36000×3=0..15944kg/hh×3=4..782kg/hh；液体制冷剂比比容v=11.717707L//Kg=00.0011717007m/kkg；取液体充满度度β=0.88.贮液器的容积积：=×3=1.3341611~5.11243m 查《制冷与空空调设备手手册》P5536(上上冷)选择ZA--4.5一一个。集油器的选择择通常几套压缩缩机可共用用一个集油油器。集油油器一般不不进行计算算，而是根根据经验来来选用。冷冻站标准工工况下的制制冷量=/=11308..375//2.0==654..18755kw，大大于6000KW，采采用直径为为300mmm的集油油器一台。查《制冷与空空调设备手手册》P6624(洛洛冷)JYY-3000,其直径径为3255mm。空气分离器的的选择空气分离器的的选择一般般不进行计计算，而是是根据经验验选用。系统总制冷量量为13008.3775>11163kkw，故采采用Dg550体直径径219的空空气分离器器。查《制冷与空空调设备手手册》P6631（重重冷）选择择KF-550,直径径为2199mm.急泄氨器的选选择在大、中型制制冷系统中中，系统中中的充氨量量是较多的的。当发生生严重事故故时，必须须将系统中中的氨迅速速放掉，以以保护设备备和人身安安全，故系系统应设置置紧急泄氨氨阀。目前前国内生产产的紧急泄泄氨阀为SSA－25型，各各系统均可可选用。此此处采用SSA－25型。查《制冷与空空调设备手手册》P6637采用用SA－25型（北北冷）（六）氨液分分离器机房用：==4188mm查《制冷与空空调设备手手册》P6600采用用AF—100六、制冷管道道设计制冷剂管道直直径，应按按其压力损损失相当于于制冷剂饱饱和温度的的变化值确确定。制冷冷剂饱和温温度的变化化值，应符符合下列要要求：氨吸吸汽管、排排汽管和液液体管，不不宜大于00.5℃吸气管段1、初选管径径，吸气管管道流速为为12~220，取16—管子内径，m—流体的质量量流量，—流体在工作作压力和工工作温度下下的比容，—流体速度，查《实用制冷冷工程设计计手册》取管径mmm，=1000mm2、确定管路路的当量总总长管道长度L==11155+12111+6002+54435+11518++120++200++350++12611+11551=100201mm查《实用制冷冷工程设计计手册》直通截止阀当当量直径3340，焊接弯头当量量直径600，mm蒸发器出口dd=1000mm管道道直径不变变的连接，当当量直径00,=0mmm压缩机进口dd=1000mm管道道为缩小连连接=1，当量量直径0,,=0mmm管道当量总长长=102201+6680000+60000+0++0=111561mmm3、每米当量量管长的允允许压力降降蒸发温度1时时的饱和压压力压缩机吸气温温度0.55时的饱和和压力每米当量管长长的压力降降查《实用制冷冷与空调工工程手册》，所选管管段合适此段管的母管管管段质量量流量为所所选管段的的三倍故管管段取值为为mm排气管段1、初选管径径，吸气管管道流速为为15~225，取20查《实用制冷冷工程设计计手册》取管径mmm，=822mm2、确定管路路的当量总总长管道长度L==5455+15888+14452+1160+4400+33058++40966+6233+12990=133212mmm查《实用制冷冷工程设计计手册》直通截止阀当当量直径3340，焊接弯头当量量直径600，止回阀当量直直径80，压缩机排气口口d=1000mm管管道为扩大大连接，当当量直径112.244,=10033.68mmm油分离器进口口d=500mm管道道为缩小连连接，当量量直径9..24,=7577.68mmm油分离器出口口d=500mm管道道为扩大连连接，当量量直径188.68,,=1531..76mmm冷凝器进口dd=1000mm管道道为扩大连连接，当量量直径122.24,,=10033.68mmm管道当量总长长=132112+11115200+344440+66560++10033.68++757..68+11531..76+11003..68=11751668.8mmm3、每米当量量管长的允允许压力降降压缩机排气温温度37..5时的饱饱和压力冷凝温度温度度37.00时的饱和和压力每米当量管长长的压力降降查《实用制冷冷与空调工工程手册》，所选管管段合适此段管子的母母管管段质质量流量为为所选管段段的三倍故故管段为mmm（三）冷凝器器到贮液器器管段1、初选管径径，吸气管管道流速为为小于0.55，取0.33查《实用制冷冷工程设计计手册》取管径mmm，=622mm2、确定管路路的当量总总长及压力力降根据《供供热工程》—计算管段的的压力损失失，—计算管段的的沿程损失失，—计算管段的的局部损失失，—热媒的密度度，—水头差，mmR—每米管长长的沿程损损失，—管段长度，m—管段的摩擦擦阻力系数数d—管子的内内径，mv—热媒在管管道内的流流速，—雷诺数—热媒的运动动粘滞系数数，查《传热学》，时，流动为紊紊流状态，4000~100000范围内时管道长度L==535++88000+46110+4000+4775=144820mmm由—管段中的总总局部阻力力系数由《实用制冷冷与空调工工程手册》冷凝器出液口口d=800mm，管管道为渐缩缩连接=00.01贮液器进液口口d=800mm，管管道为渐扩扩连接=00.00225截止阀焊接弯头冷凝器出液口口和贮液器器进液口液液位差4775mm查《实用制冷冷工程设计计手册》直通截止阀当当量直径3340，m焊接弯头当量量直径600，管道当量总长长=148820+4421600+74440=644420mmm每米当量管长长的压力降降查《实用制冷冷与空调工工程手册》，所选管管段合适3~5号管段段质量流量量为所选管管段的三倍倍故管段为为m