矿难救生舱空调系统设计

录I11义 1国内外发展状况 1应用 224242.2 总体方案确定 13317冷凝器设计计算 17蒸发器设计计算 24毛细管设计计算 324件选型外壳结构尺寸 35压缩机选型 35风机选型 37阀体选型 38干燥过滤器选型 40外壳结构尺寸 41结 43致 谢 44参考文献 45ContentsAbstract IChapter1 Introduction 1Minethesignificanceoflife-savingair-conditioningsystemmodule 1rescuecabinair-conditioningsystemsdevelopmentathomeandabroad Minerescueapplicationscabinairconditioningsystem 2Chapter2Cabinairconditioningdesignrefugeinthedesign 4Determinationoftheoverallprogram 13Chapter3 Andcapillaryheatdesignandcalculation 17Condenserdesigncalculations 17Designandcalculationofevaporator 24Designandcalculationofthecapillary 32Chapter4 Selectionofcomponents 35CompressorSelection 35FanSelection 37Selectionvalve 38Selectionoffilterdrier 40Airconditioningshellstructure41Conclusion 43thanks 44Reference 45要R407、重量轻涡旋压缩机机结构紧凑省关键词 IAbstractThispaperintroducesthesavingcapsuleheatpumpairconditioningsysteminthedesign,thepurposeistomakethetemperatureinsidethesavingcapsuleforthehumanbodyneeds,includingtheappropriatetemperaturenewgreenrefrigerants,theuseofheatenginecyclecalculations,evaporatorandcondensercalculation,airconditioneraccessorieschoice,thecalculationofheatpumpairconditioningshellandthedevelopmentoftheairconditionerandprospected.Aboutsavingcapsuleundergroundairconditioningsystemdesign,accordingtosavingcapsuleisintheoredifficult,souseistheuseoftheheatpumptechnologytosaveenergy,extendtheuseofsavingcapsuletime.Accordingtotheproblem,airisexplosion-proofventilation,usingthelocalexplosion-proofelectriccomponentshavetotheairconditionerexplosion-proofexplosion-proofproblems.Accordingtothenoticeisharmfulmaterial,useR407solvedthedangersoffreonandraisetheperformanceofairconditioner.Usingsmallvolume,lightweightthevortextypecompressor,makethebodystructurecompact,saveaspaceinthesavingcapsuleKEYThe,NewII论义根据世界各国对矿井事故的调查，在火灾和爆炸等事故发生的现场瞬间受到伤害死亡的矿工只占事故伤亡人数的一部分，有相当一部分的矿工都是因为在矿井透水或火灾爆炸后不能及时升井或逃离高温和有害气体现场，导致溺水、窒息或中毒死亡的。因此，各国都在大力建设矿井避难矿道和研制矿用救生舱，以便为矿井发生事故后无法及时撤离的矿工提供一个安全的密闭空间，对外能够抵御爆炸冲击、高温烟气、隔绝有毒有害气体、对内能为。设的救生矿道空调是调救生矿道内的温，能够人生存较长时间。国内外发展状况关法的，各国分救工及相研，大的，得一有较研力的中，大的MineARC (MineARCSystems)、Shairzal 安全工司(ShairzalSfaetyEngineering)Cowan金现代矿安全有Modenry，C、a)德国德尔格安全设有被困人员CO、CO、HS、CH等多种有毒有害气体的积聚，被困人员必须时刻掌握所处密闭空问内外的各类数，根据情况的变化采取相措施维生存条件。多数有毒气体浓的变化不可能通过人体器官及时感知足以致命，因此，救生舱的空调显得尤为为，现有救生舱已有不少的案例。20061293时，大萨斯喀彻温省(Saskatchewan)名矿工被困井(大MineARC)中，经过。1与国外相比，国内对移动式救生舱的空调系统研究起步较晚，其设计思路还不十分成熟，缺少必须的试验和检验支持，更无行业标准可以依据。据不完全统计，到目前为止，国内有十几家企业、单位在进行救生舱的空调系统研制工作。目前，国内对救生舱的空调系统研制工作虽然在紧锣密鼓地进行。应用近年来，根据世界各国对矿井事故的调查，在火灾和爆炸等事故发生的现场瞬间受到伤害死亡的矿工只占事故伤亡人数的一部分，有相当一部分的矿工都是因为在矿井透水或火灾爆炸后不能及时升井或和有害现场，水、或死亡的。因，各国都在设矿井矿和研制矿救生舱，以为矿井发生事故后无及时的矿工一个全的密空间，对外能爆炸、、有有害、对内能为矿工、水和，有害，较的生时间。时，人还能舱内检设，外界救。救生舱的空调系统的可以调救生舱内的人的生存时间，为空间空调、。和内2以其次是的式，紧，的(等)制空调的更的式设计内外少，，更和。目前数空调都R22制是对有作，2000年起步止，、国等2020年步止使。一的空调在发对无作的间空调，较有的是在间空调R407CR410A制。设计的目标矿的爆空调，现制制的能。设计数空调系统的设计数是工，工，是制系统的工作。来作为比较制能的工一制的蒸发、、、、等。与数相工一规定”规定容式制及和、容式和，2R407t2℃; t4℃ 5o k18℃[5][6]。32体2-12-1 图：R407C[8][9]qoh1h4——R407C1比焓；kJ/kg；h1——R407C4处比焓；275.7kJ/kg；h4hq hho 1 4

426.88275.7151.18(kj/kg)容积qq oqv v——R407C点1，m3/kg；v14vqqov

151.18

3453.2(kj/m3)

v 0.043781woh2sh1hh2s

——R407C2s，461.45kJ/kg。woh2s461.45426.8834.57(kj/kg)h点 状态的焓值：h(h h)

34.57h 2h2i

1 1

0.76

426.88472.37(kj/kg)iR407C在制冷工况下热力循环状态点的参数如表2-1所示[7]:表2-1R407C在制冷工况下热力循环状态点的参数表状态点压力P温度T比体积V比焓H比热S/bar℃/(/(kJ/kg)/(kJ/k﹒k)05.787.20.04156417.511.78515.78180.04378426.881.818221.886.60.0127472.371.8502s21.8770.01195461.451.8182v21.854.4434.961.74321.849.5282.711.272421.846275.755.782.8275.71.275冷凝热

hq hhk 2 4

472.37275.7196.67(kj/kg)制冷剂的质量流量：Q 4q m q

0：p0qmw00.026534.570.916(kW)5

pi i

0.9160.76

1.21(kW)

oqoq

151.184.3734.57

Qi PQi

4 1.21Qk

q qm

0.00265196.675.21(kW)

q q v026043781613(3)vs m1q qvh vs

/1613/7652613(3)中取0.76轴中械效 m

iepmp

1.210.8

1.51(kW)

pepe1pe

1.510.75

2.20(kW)

mo mo60Q 4 0

e p e0Q 4 0p el下力循环计算：R407CR407C:hq hho 1 4h1——R407C1比焓；kJ/kg；h4——R407C4处比焓；253.47kJ/kg；hq hho 1

422.4253.47容积qq oqv v——R407C1，m3/kg；vq1qvq vv1

1168.93 0.05782 2921.65(kj/m 2-2R407C压P/bar

温℃

/(

H

比S/(kJ/k﹒k)0 4.35 -1 0.05487 412.99 1.7941 4.35 10 0.05782 422.40 1.8272 16.4 76 0.01707 467.97 1.8592s 16.4 65.7 0.01621 457.03 1.8272v 16.4 43 0.01402 432.89 1.7543 16.4 37.5 259.76 1.2014 16.4 33.5 253.475 4.35 -6 253.47 1.202理论功：7woh2sh——R407C，457.03kJ/kg。h2swoh2s457.03422.4034.63(kj/kg)h点 状态的焓值：h(h h)

34.63h 2h2i

1 1

0.76

422.40467.97(kj/kg)i单位冷凝热

hhhk 2 4

467.97253.47214.5(kj/kg)制冷剂的质量流量：q m q

4168.93

023(kj/)压缩机理论功率：p0

oq wm

0.023734.630.821(kW)压缩机的指示功率：理论制冷系数：

pi i

0.8210.76

1.08(kW)实际制冷系数：

q0w0w0

168.9334.63

4.88冷凝器热负荷：

Qi pQi

41.08

3.7Qk压缩机实际输气量：q

q qm q v

0.0237214.55.084(kW)0237057823713(3)vs m18q q /3713/768013(3)vh vs0.76 m

piepmp

1.080.8

1.35(kW)

1.350.75

1.8(kW)

mo

mooQoe peQ

41.354

2.96EER

op e1

2.22:R22R22R22qoh1h4h1——R407C1比焓；kJ/kg；h4——R407C4处比焓；263.2kJ/kg；9

hho 1 4h

416.1263.2152.9(kj/kg)qq ov v——R407C1，m3/kg；v1qqo

3822.5(kj/m3)vv 0.04v1状态点压力P温度T比体状态点压力P温度T比体V比焓H比热S0/bar6.25℃/(/(kJ/kg)407.86/(kJ/k﹒k)1.74116.25180.04416.11.770221.4960.01388459.21.7992s21.4850.013448.871.7702v21.454.4418.021.680321.454.4269.531.227421.450263.2056.257.2263.201.225理论功：

woh2sh1h——R407C2s，448.87kJ/kg。h2swoh2s448.87461.1032.77(kj/kg)h点 状态的焓值：h(h h)

32.77h 2h2i

1 1

0.76

416.10459.20(kj/kg)i

h q 459.2263.2h k 2 410

q m q

4152.9

.026(kj/)

Q qk

oq 0.02621965.14(kW)kpq w0 m 0

0.026232.770.859(kW)

poipip

0.8590.76

1.13(kW)

q0w0w0

152.932.77

4.67q0

3.55

i W 43.1iq qvs m

0262040513(3)v1vq q /0513/763813(3)vh vs中取0.76轴pe

1.130.8

1.41(kW)m中械效 m11

mo

p eemo

1.410.75

1.88(kW)COP

Qo 4 2.84

e p 1.41eEERQo

4 2.13pe1R22

1.88R22PPT VHS/bar℃ /(kJ/kg)k0 4.81-1404.861.7531 4.8110 0.05155412.921.7822 16.586 0.01810455.891.8112s 16.574.2 0.017445.581.7822v 16.543416.941.6953 16.543253.791.1794 16.539248.395 4.81-1248.391.178qh4oh1——R407C1；值kJ/kg；h4——R407C4处；248.39kJ/kg；hq hho 1 4

412.92248.39164.53(kj/kg)12qq oqv v——R407C1，m3/kg；v1qqo

164.53

3191.7(kj/m3)vvv理论功：

0.051551woh2sh1hh2s

——R407C在点，取值445.58kJ/kg。woh2s445.58412.9232.66(kj/kg)点 状态的焓值：h(h h)h

32.66h 2h2i

1 1

0.76

412.92455.89(kj/kg)i

hhhk 2 4

445.58248.39207.4(kj/kg)剂的质流

q m q

4164.53

024(kj/)o凝器热负荷：Q q qk m k

0.0243207.45.044(kW)压缩机理论功率：pq w0 m 0

0.0224332.660.794(kW)压缩机的指示功率：p

0.794op oi i理论系数：

0.76

1.05(kW)13

q0w0w0q

164.5332.66164.53

5.04

0i Wi

42.97

3.83q qvs m

024051552513(3)v1vq qvh vs

/2513/766413(3)中取0.76轴功率：

pe

1.050.8

1.31(kW)中械效率 m：

mep pe

1.310.75

1.75(kW)

mo

COPe p

41.31

3.05热力完善度：

EERQop

e 41.88

752.29e114总体方案的确定R22是氢氯氟烃化合物R12略大，但仍然是安全的制冷剂，A10R12R12好；溶水性比R12R220.01％以内。同时系统内应装设干燥器。R22化学性质不如R12稳定，它对有机物的膨润作用更强，密封材料可采用氯乙醇橡胶。R22能够部分地与矿物油相互溶解，而且其溶解度随着矿物泊的种类及温度而变。矿物油在 R22制冷剂比CFCs如CFCs的大中分解，有的部分。以然氢氯氟烃化合物含有氯，它的能为R12的5％。同时R22是在全被广泛应用的能比的冷HCFC类制冷剂，它能导全变，是对有，是R22被限制用的。R407C是HFC32HFC125HFC134a质量分比2325％52％合的制冷剂，在为大时，其温度为-43.4露度为-36.1度，与R22的。与其HFC制冷剂，R407C不(=7℃)容积制冷量以及制冷系数比R222略(约5％)R22的空调系统换R407c，润油制冷剂改换可以，而不需本。是R407c作为R22替代物的大优已被认为是R22比[18]。出R407C以选择方案二进行设计。其具体结构如下图2-2图2-3示：152-2 2-2 163.1 冷凝4kwR40750℃，进风35℃，出口43℃根据材料，工艺备状况和推荐标准，采用传热管纯铜管，肋片平直套片（铝片，片厚f=0.15mm，片宽m。热负荷确定：根据循环蒸发℃《原理与装置）[8]6-18C0=1.252，热负荷：Qk=C0Q0=4000*1.252=5008W结构初步规划及有关参数：管排采用正三角形排列，管间距S1=25mmS2=21.65mmSf=1.8mm，沿气流方向管排数n=2，因此：各部单位管长面积：肋片面积：ff2(ssff

d )11224 b s122f 1255m2/m肋间基管表面积：

4132)f d

1 fb b sf0.0103(10.15)1.80.02965m2/m肋管外总表面积：ff ft f b170.50890.029650.53855m2/m

fdi

0.02826m2/m

ftfi

19.06

t ta1 aQ

8oC5008kV ka

c

m3/s8mpaP7a ]4335t 39m 2

C pa

率 0.02643wfm

m235℃密度 3。m片效侧换根据片参凝最小流通A 与min

AfA

sd

(25f 1 b f

0.539A ssmin 1

251.8f考虑降噪节能等因素迎f18

：wmax

A

w f

2sd

min1deq sd 1b f fs1 b f f214.71.65

2.967mmw dR vm3.712.96710317.5106629L d eq

14.83》：L L2 L3A

3106 d d d 0.5180.0231514.830.00042514.832310614.8330.2684CA1.360.24Ref 190.26841.360.24629 1000 0.3245nLdeq0.450.006614.830.5479m0.280.08R10000.2297

Lm a fCRn

0 d ef deq 2.967103w/(m2

11d b

，

2.582肋片当量高度：hdb2

110.35ln

2.58212202a0m 0f f

258.452030.00015

61.96m1f

3

mk1

thmhf mh

th0.67230.6723

0.8719f f t f s ft0.50890.87190.53855

0.02965R407Ct*t

tw

49.554.451.95w m 2 2蒸汽在换有关计算式相关参要求，查得：rs

20.1B ：ma0.683r0.25Bd0.25t

t 0.25i s m i k w0.68320.181.2(0.009)0.25(54.4tw

)0.253261.9(54.4tw

)0.25由平衡关求解度忽略薄铜阻与间接触阻，则平衡关21adt aft i i k w s0t w 3261.9

t 59

t 0.87958.450.53855

39k w k w w92.1854.4

27.67t

39w wt =49.65℃时，上述等式成立。此值与所设定的tw

*49.5℃近似相等。计算所需的传热面积：以管外面积为基准的传热系数1K of 1

r 1a 1 0 ai f 0 s 11 19.060.51031.90.0048 12194.65 203 58.450.87930.35w/(m2k)式中取r0

1103m

ft fm

2

1.9则求平均温差：

a945i

2209.5w/(m2k)t

t ta2

4335 15.1m

tk t t

54.43554.443

k a222

F Qk0 K tkof mF

5008 m 30.3515.111L 0ft

2×16=32。以单有效为0.7m计有效36×0.7=25.2m。高16×25=400mm。

A 0.f

.402

0

aW vafa Af

，与设风速相符。0.28空气流动阻力及风机选配光A=0.007，粗糙A=0.0133阻力：P1.2gALdeq

wm

26Pa

9.810.013314.8325.7Pa则该要配用风机额定风量V m3/sa风机全压：

HH

H2326

W2m f2261.09551.9042226228Pa 1 则

mVH

fanP

a fan m

26w3.2 发器的设计计算Q0

0

t71t 9以Ct 2G 5s。s1 0 d结构的初步规划：热管选10mm0.5mm紫铜管肋片选缝隙式f

铝片，肋片节距sf

。管簇正三角形排列管间距s1

沿流方向的管排排L=44mm

d

2

：

b o f

f：t2(s2cos300

d2b)f 1 4t sf242(252cos3001.5

10.2424

103

0.6119m2/mf：bf db b

fsf

0.12

10.24(10.02958m2/

1.5

)103ff ft f b0.61190.029580.6415m2/mf：i：

fdi

2/mftfid ：eq

22.72(s

d)(s )d 1 b f fsd s 1 b f f2(252510.241.50.122.524mm：(sf

)(s1

d)bss1f25251.50.54323-1i1

d51

。根据风量选择原则VQ0

(0.18~Va

0

m3/h图v：1RT0.0016d)v a1 11 pb26(27327)(110.95)101320

m3/kg

m3/kgvG va v1

0.866

kg/h

iQoGoa

496.5

/kgi ii14.5/

2 1t 得i 35kJ/kg（ ）w w w w饱和状态点1-w与i2点，得到蒸发器出2状态干球t=16.5d=9.6g/kg。2 2蒸发器中平均iii i 1 2m w

iiw1iiw12 w55.340.8ln55.33540.835

3546.57kJ/kg则i 线与w于mt m md =10.2g/kg， =1.162kg/m3， ㎡/s， =0.0250w/(mk)m m m m计算侧换系数列为10为B=0.65m，蒸发器度27

Vw aVg

0.250.65

m/s

m/s。ww g

1.35m/s雷诺数

w dR vm

0.5432103106录 ：a wo 25.61.1631.350.55析湿系数

35.12

/(m2k)dw12.46 mddwt tm w11012.51.066肋片效率

th(mh')f mh'm

2ao

235.121.06655.44

m1 2030.12103f fdh'

b('1)(10.35ln')2由叉排时翅片可视为六角形且此时翅片的长对边距离和短对边距离之比28A1BB do

25 10.4A'

0.3B2.5510.24

10.4

10.3

(2.550.35ln2

10.54mm th(55.4410.54103)f 55.4410.54103

0.9：j f f (j

f f b)ft(0.9)0.641533.866w/(m2k)：itk

54.4℃

t o

t 18℃1

t 46℃4根据《制冷原理与装置》附录 之二中氟利昂在沸腾式Bi

G0.2d idi

2则G——每根流kg/sdq单位积流w/m²ii

0.02650.2q0.6i

12.59q0.6i29F：ir0r

m2k)/

为i o基准K为：o1Ko

2ftft

r1o i i t j 122.7 0.5103 2

0.0048 112.59q0.6i 10.0343

q0.6i

203 0.64150.02826 33.866平均温差：

tt

2716.5t 1 2

oc13.82ocm tt

271 oq由

q

t t2 0和q Kt

可得：i i 0 0 0 mqKt

22.713.82解方程得q0wm2i

i 0 m

0.0343

1.8q0.6i：

F 0Qi qQi

0.2732m230

L iFfFiL

m9.668L'o：

0.4834m210 20

ALf0

6.202m2Bn

210

8.3395m2o t由 t(t t)i i j m iq0.6t)i i i12.5973200.6t768.76(13.82t)i it5.73it t tw 0

：

pw L

，=1.2，干工况下阻力系数：p 9.81A( )(

)1.7

系数A=0.0113d d m eq449.81( )2.5244.15Papw

4.99pa31叉排阻力增加 即pw

5.98pa，率 1取风机全压效率 则

VpPawV

m 1

w

fanfan m毛细管的设计计算毛细管广泛应用于空调，冰箱中，主要起节流作用。毛细管是一种小管3m。相对于其他的节流装置，毛细管是一种非常实用的节流装置。它不仅价格便宜，而且节流效果也很好。毛细管的节流原理是当制冷剂液体通过一个狭长的小孔时，制冷剂在小孔前的静压力将转换为小孔后的动压力，使其压力下降，流速增加。当压力降至相应温度下的饱和压力时，制冷剂将产生闪发降温现象，并且随着压力降低其温度也相应降低。这是毛细管节流减压降温的摹本原理。毛细管中制冷剂压力及状为毛细管中制冷剂压力及状其流动阻力长度着流动产生压力和状，先是过冷液体随压力的逐步降低，为相应压力下的饱和液体，这一段称液体段，其压力降不大，且呈线性。从出现第一个气泡开始至毛细管末端，均为气液共存段，也称两相流动段，该段内饱和蒸汽含量流动32pRe0.25dL0.1582wppkRe

p)Pa0Lmwm/skg/mdm。p

p pk

105，=30.℃得液1 1vm3/其 1112.3kg/m3，v 0.0008993330.8

'103S

。已知制冷工质循环量/s为m 雷诺数为：

wGaVd

0.02650.899103 40.00152

13.49m/s则毛细管长度：

Re

wd

0.41103

159626.9pRe0.25d 103L 1.5mw2 13.49234件的选型及空调外壳结构尺寸压缩机的选型、降低直接污染间接污染等求。滚动转子式压缩机作为房间一种常、效率较压缩机形式它与往复式压缩机相比具有容积效率往复运动部件少振动小不需内部悬挂支撑弹簧零部件少等优点。据统计相于往复式压缩机转子式压缩4－50－0压缩机研究非常活跃并已实现商品化。目前在国内外滚动转子式压缩机已替代往复式压缩机广泛应于等制冷设备17。滚动转子式压缩机主由汽缸、转子、滑片、排汽阀汽缸端盖等部件组成4-1所示。图4-1滚动转子式压缩机结构原理图1-气缸；2-转子；3-排气阀；4-滑片；圆柱型导向滑片弹簧；其工作过程为滚动转子式压缩机4-2所示。354-2环吸。应关系，不随况变化而变。3于设置了终了时将随管中力变化而变。根据所设计空调器需要Q0全封闭较为合适。选择广东美芝公司生产型号为PG230X2C-4FT，其参数表 ：表 型号 单位量 cm3 23.1制冷量 41