制冷技术与应用讲义 冷库学习资料

8制冷机器设备的选型计算8.1《冷库设计规范》中有关的技术要求(1)氨压缩机应根据各蒸发温度机械负荷的计算分别选定，不另设备用机。(2)选用的活塞式氨压缩机，当冷凝压力与蒸发压力之比大于8时，应采用双级压缩机；当冷凝压力与蒸发压力之比小于或等于8时，应采用单级压缩机。(3)选配压缩机时，其制冷量应大小搭配。(4)氨压缩机房内压缩机的系列不宜超过两种。如果仅有两台机器时，应选用同一系列。(5)选用压缩机时，应根据实际使用工况，对压缩机所需功率进行计算，由制造厂选配适宜的电机。8.2活塞式压缩机的选型计算压缩机是制冷装置中最主要的设备之一，其设备费在全部设备费用中占据的比重较大，且运转费用又是冷库经营管理费用中最主要的一项。所以，正确合理地选择压缩机的型号和台数，对整个制冷装置的设备费用、运行费用以及保证冷库的正常生产有重大的影响。

8.2.1选型的一般原则

(1)型号

1)．尽可能选用大型压缩机，因为大型压缩机的容积效率比小型的要高；

2)．同一机房内选配压缩机的型号不宜超过两个系列，便于零部件的互换，当仅有两台机器时，则尽量选用同一系列。

3)．采用双级压缩循环时．应优先选用单机双级压缩机，因为它与配组式双级机相比，具有单位功率制冷量高，初次投资费用省，机器占地面积少等优点。

(2)台数

1)．为了简化系统和便于操作，压缩机配备台数应尽量少，但机器总台数不宜少于2台，以便适应负荷变化调节容量和检修之用。

2)．压缩机总制冷量以满足生产要求为准，不考虑备用机。

3)．新系列压缩机的能量调节装置，只宜用作运行中适应负荷波动的调节，而不宜作季节性负荷变化的调节，“大马拉小车”是不经济的，所以在确定台数时应注意这一点。

(3)选用压缩机的工作条件不得超过制造厂规定的使用条件，新近制定的国产活塞式制冷压缩机的极限工作条件见表3-1-1和表3-1-2。（1）蒸发温度t0

确定蒸发温度t0应考虑减少食品干耗、提高制冷机效率、节约能源、降低投资的要求，通过技术经济比较，制冷剂的蒸发温度与冷间室内温度之间温差可按下列规定采用：

1）墙排管、顶排管和搁架式排管的计算温差可按算术平均温差确定，并不宜大于10℃；

2）冷风机的计算温差按对数平均温差确定。冷却间、冻结间和冻结物冷藏间取10℃，冷却物冷藏间取8～10℃；

3）在间接冷却系统中，蒸发温度比要求的载冷剂温度低5℃。不同类型的冷藏库，要按生产工艺条件划分蒸发温度系统，一般库容量<1000t的冷藏库允许采用两个蒸发温度系统，库容量>1000t的冷藏库采用不超过三个蒸发温度系统。8.3有关参数的确定(2)冷凝温度tk

冷凝温度tk与所用的冷凝器形式、冷却方式及冷却介质的温度有关。对于立式、卧式和淋水式冷凝器

t=(℃)

式中，t1、t2为冷凝器的进、出水温度，℃；对于蒸发式冷凝器

tk=ts+5~10(℃)对于风冷式冷凝器tk=tw+10~15(℃)式中，ts为夏季空气调节室外计算湿球温度。tw为夏季空气调节室外计算干球温度。

(3)过冷温度tu当采用过冷器时，过冷温度比过冷器的进水温度高3℃；在双级制冷系统中，中间冷却器蛇形盘管内高压液体的过冷温度tu比中间温度高5℃。(4)

吸气温度t1

制冷剂气体经吸气管道进入压缩机时，由于吸收管道外的热量，吸气温度t1将升高，排气温度也随之升高。吸气温度的高低与制冷系统供液方式、吸气管管道长短、吸气管道的管径大小、隔热效果好坏、供液是否充足等因素有关。氨压缩机允许吸气温度见表3-1-3(5)中间温度tzj

在设计双级压缩制冷系统时，合理选定中间压力(中间温度)，可以获得最佳的运行经济性。通常把双级压缩所消耗的功最小，制冷系数最高时的中间温度或中间压力称为最佳中间温度或最佳中间压力。中间温度与高、低压级压缩机的气缸容积比有关，并随蒸发温度和冷凝温度的变化而变化。最佳中间温度可以由下列几种方法确定：1）由拉塞经验公式确定

tzj=0.4tk+0.6t0+3(℃)2）由理想中间压力确定Pzj=根据Pzj查出对应的饱和温度tzj。

2)图解法

a．根据公式，计算出最佳中间温度tzj；b．假定tzj+5(℃)和tzj－5(℃)两个中间温度，在压焓图上作出制冷循环过程线，查出有关状态点参数；c．分别求出高、低压级压缩机在两个假定中间温度的容积效率ηv，高、低压级氨循环量，理论排出量以及理论排气量之比。d．以中间温度为纵坐标，以压缩机理论排气量之比为横坐标，根据计算所得的两组数据(在假定中间温度下的理论排气量之比)，在坐标图中确定相应的两个点，并作两点之间的直线；e．在坐标图上求出最佳中间温度对应的理论排气量之比，由此选择高、低压级的压缩机，再按选定的压缩机理论排气量之比在坐标图上求出相应的中间温度。8.4制冷压缩机选型计算制冷压缩机及其电动机的选型计算对于双级压缩制冷系统，采用图解法求出最佳中间温度的理论排气量之比，参照计算的理论排气量，选择高、低压压缩机，并校核其制冷量和配用电动机的功率。所选用的氨压缩机和辅助设备的使用条件和技术条件应符合现行标准要求。氨压缩机的选择应符合下列要求.（一）单级压缩机的选型计算1．选型(1)单位制冷量q0=h1

－

h3

(2)冷剂质量流量

(3)压缩机理论输气量式中：h1、v1——吸入气体的焓和比容，kJ/kg，m3/kg；

h3——节流阀后制冷剂的焓值，kJ/kg；(二)双级压缩机的选型计算

双级压缩机的选型计算步骤与单级机差不多，但多了中间温度的确定。为满足实际设计中的选型计算需要分别介绍单机双级压缩机和配组式双级压缩机的选型计算。

1.单机双级压缩机的选型

由于设计制冷装置为双级压缩的前提是：压力比＞8，符合这个标准必须在蒸发温度低于-25℃，冷凝温度大于等于30℃。我国生产的系列单机双级压缩机的温度范围是，蒸发温度在-25℃—-50℃，冷凝温度在30℃—40℃。实际中，虽然设计条件不会完全与机器标准工况相同。但是，在目前条件下，设计采用双级压缩条件，不会超出机器工况范围，因此单机双级压缩机的选型计算可以省略烦琐的中间温度计算，而直接根据Qj等条件，按照选机的原则，从产品样本中直接查得合适的型号和台数。目前国内氨单机双级制冷压缩机的性能可参见表3-1-11，大部分厂家在产品样本中给出了压缩机在各种工况下的产冷量和轴功率的曲线图(即压缩机的性能曲线图)。对配有性能曲线图的机器，选型时，只要在图上找到该机器在设计工况的产冷量，按计算的Qj与之比较，即可方便地确定出所需压缩机的台数，图3-1-2是一种压缩机性能曲线的示意图。上部三条线分别为冷凝温度30℃、35℃和40℃时的产冷量，其刻度在左边纵坐标。下部三线为压缩机在各种工况下的轴功率，其刻度在右边纵坐标。例压缩机机械负荷Qj=175KW，冷凝温度tk=35℃，蒸发温度：t0=-33℃，试为双级压缩制冷系统选配高、低压级压缩机。解(1)按公式(9.33)，求最佳中间温度tzj

（2）假定两个中间温度(3)供液过冷温度tu比中间温度tzj高5℃；tu=-7.8+5=-2.8℃，tu2=2.2+5=7.2℃。低压级吸气温度取-25℃，高压级吸气温度取中间温度。画出制冷循环图，见图9.15，并查出各状态点的参数：tk=35℃，查得Pk=1.351Mpa；t0=-33℃，查得P0=0.104MPa；tzj1=-7.8℃，查得Pzj1=0.318MPa；求得：ηVg

1=0.762，ηVd

1=0.805tzj2=2.2℃，查得Pzj2=0.467MPa；求得：ηVg

2=0.779ηVd

2=0.728。(5)试算结果见表9.188.5、冷凝器的选择冷凝器的选择主要是确定冷凝器的传热面积，选择合适的冷凝器并计算冷凝器的冷却水量。一、选型的一般原则冷凝器的选型，取决于建厂地区的水温、水质、水量、气象条件、热负荷大小以及机房的布置等因素。其选型原则如下：1.水源丰富，但水质较差或水温较高的地区，立式冷凝器2.水温较低，水质较好的地区，卧式冷凝器和分组式冷凝器；3.水源不足，水质较差，而空气相对湿度较低的地区，应采用淋水式冷凝器；4.对于相对湿度较低，又缺水的地区，宜采用蒸发式冷凝器。5.采用循环水时，不受上述原则的限制。二、选型计算1.冷凝器热负荷计算冷凝器的热负荷就是使高温高压的制冷剂气体在冷凝器中液化所必须取走的热量。制冷剂蒸汽在冷凝器中放出的热量包括制冷剂蒸汽在蒸发器中吸收的热量Q0和在压缩过程中由压缩机转化给制冷剂的热量，即

Qk=Q0+Ni制冷压缩机的指示功率Ni和制冷量Q0与压缩机的运行工况有关，因而制冷剂蒸汽在冷凝器中的放热量Qk也可以按下式进行计算，

Qk=ψQ0

式中，ψ为冷凝器的热负荷系数，可以从图4.8中查出。冷凝器的传热面积按下式计算

式中——冷凝器的传热系数，W/m2·K；

——热流密度，W/m2。进行冷凝器的选择计算时，其传热系数和热流密度可从表4.3选取。表4.3冷凝器的传热系数和热流密度值

制冷剂种类冷凝器形式传热系数(W/m2·K)热流密度(W/m2)q平均温差

氨

立式壳管700-8004000-45004-6卧式壳管700-9004000-50004-6蒸发式580-7501400-18003淋激式700-10004000-58004-6

氟利昂卧式壳管（肋管）850-9004500-50005空气冷却式24-28240-2908-128.6、冷却设备的选择

冷却没备的选型应根据食品冷加工或冷藏的要求确定，原则上应有利于冷间的温度场均匀；使设备费用、安装费用低；便于安装维修；使传热系数尽可能高，当然，前提是保证冷加工对象的质量，还要符合下列要求:

1.冷却间、冻结间和冷却物冷藏间的冷却设备应采用冷风机；

2.冻结盘装，箱装或听装食品时，可采用搁架式排管或平板冻结设备；

3.冻结物冷藏间冷却设备宜选用墙排管、顶排管，当食品有良好包装时，也可采用冷风机；

4.包装间的冷却设备当室温低于-5℃应选用排管；当室温高于-5℃时宜采用冷风机。

二、冷却面积计算

冷却设备的传热面积应按下式计算

F——冷却设备的传热面积，m2；

K——冷却设备的传热系数，w／m2·K

——冷却设备的计算温度差，℃；

Qq——冷却设备负荷，w。

计算时注意，Qq按冷间汇总的，冷却设备的选型是以每个冷间为单位进行的。(—)传热系数k值的计算

1．光滑顶排管和光滑墙排管的传热系数2．氨搁架式排管的传热系数

氨搁架式排管的传热系数应按表3-4-2规定采用

3.冷风机的传热系数

冷风机的传热系数，与冷风机的结构，空气在内部的流向及流速大小以及蒸发温度等因素有关。一般应按制造厂提供的产品性能表(或曲线)选用，在缺少资料或进行非标设计时，也可按表3-4-3和表3-4-4取值。4．冷却载冷剂蒸发器的传热系数

常用的冷却载冷剂蒸发器的传热系数以及单位面积热负荷，可按表3-4-5中取用。

(二)计算温差△t的确定冷却设备的计算温差应根据减少食品干耗、提高制冷机效率、节省能源、降低投资的要求，通过技术经济比较确定。一般可按下列规定采用：

1.墙排管、顶排管和搁架式排管的计算温度差宜按算术平均温度差采用，并不宜大于10℃。设冷却设备进口处空气温度为t1，出口处空气温度为t2，冷却设备内制冷剂的蒸发温度tz近似认为不变(tz＝tz1＝tz2)，则：2.冷风机的计算温度差应按对数平均温度差确定，冷却间、冻结间和冻结物冷藏间宜取10℃，冷却物冷藏间宜取8℃-10℃。

3．当冻结物冷藏间与冻结间的冷却设备为同一蒸发温度回路时，冻结物冷藏间冷却设备的计算温度差不应大于10℃。蒸发器的传热面积按下式计算

（m2）（4.27）

式中——蒸发器的传热系数，W/m2·K；

——热流密度，W/m2。常用蒸发器的传热系数可参考表4.5

8.7、辅助设备的选择中间冷却器在氨双级压缩制冷循环系统中，起着冷却低压级排出的过热制冷剂蒸汽和高压液体制冷剂的作用。中间冷却器的选型计算包括桶体直径计算和盘管冷却面积计算两部分。

(一)桶径的选型计算桶径计算的目的是使中间冷却器桶体内制冷剂气体的流速保持在0.5m／s，从而使低压级排出的过热气体冷却为饱和气体，所挟带的润滑油得到分离，其计算公式为：一、中间冷却器的选型计算(二)盘管面积的计算计算盘管面积的目的是为了确保高压制冷剂在节流阀前具有一定的过冷度，冷却面积计算公式为：

二、油分离器的选型计算

油分离器的选型计算，是确定油分离器的直径，以保证器内气体制冷剂的流速符合要求

达到分油效果，计算公式为：三、贮液器的选型计算贮液器的容积，是根据系统制冷剂总循环量进行计算的，其公式为：四、汽液分离器的选型计算液体分离器主要用于氨制冷系统，其作用主要是分离和收存回汽中夹带的液滴和由于蒸发器负荷骤增而泛滥出来的液体，并使节流后产生闪气直接回到压缩机以提高蒸发器的传热效果，在重力供液系统中还起着保持液位和分配液体的作用。汽液分离器应按蒸发温度回路分别根据供液循环量进行选型计算，其桶身直径的计算公式为：五、低压循环桶的选型计算低压循环桶的选型计算，也应按不同蒸发温度回路分别进行，其选型计算包括桶径计算和容积计算。1.低压循环桶径计算公式为：对于“上进下出”供液系统，当氨泵停止运行时，冷却设备和回汽管内的液体将全部流回低压循环桶。低压循环桶的下部应具有储存氨液，保证氨泵运行时不断液的容积。对于“上进下出”供液系统，氨泵启动时桶内已有足够的氨液供泵使用，这部分的容积只需考虑正常运行时，保证低压循环桶出液口处不产生汽化就可以了。对于“下进上出”供液系统，由于停泵后排管内的氨液不返回桶内，所以需要计算氨泵运行时保证不断液所需的容积。对于“下进上出”供液系统，由于回汽管一般高于排管，因此，氨泵停止运行后，排管的液体不会流回低压循环桶。而负荷波动引起的回液容积可按冷却设备最大一间的排管容积的20％计算.5．氨泵