正文部分 双螺杆压缩机及其冷水机组的设计

1、目目 录录 引引 言言.1 1 第一章第一章 绪论绪论.2 2 第二章第二章 制冷循环的热力计算制冷循环的热力计算.4 4 2.1 制冷的基本热力学原理 .4 2.1.1 制冷的概念.4 2.1.2 制冷方法.4 2.1.3 制冷的基本热力学原理.5 2.1.4 制冷循环在压焓图上的表示（理论循环）.6 2.1.5 选择制冷剂的考虑.7 2.1.6 螺杆式制冷压缩机的工作原理.8 2.1.7 螺杆式制冷压缩机机组.9 2.2 确定工况 .10 2.3 热力计算 .11 2.4 压缩机的选型 .11 2.5 阀的选型 .13 2.6 电动机的选型 .13 2.7 油分离器的选型 .13 第三章第

2、三章 冷凝器的设计冷凝器的设计.1515 3.1 设计参数 .15 3.2 冷凝器传热管的选择及参数计算 .16 3.2.1 初步规划冷凝器的结构尺寸.16 3.2.2 筒体设计.19 3.2.3 封头设计.20 3.2.4 折流板设计.21 3.2.5 拉杆设计.22 3.2.6 管板设计.23 3.2.7 容器法兰垫片选择.24 3.2.8 换热管与管板拉脱应力的计算.24 3.2.9 膨胀节设计.25 3.2.10 接管设计.25 3.2.11 接管法兰选择.26 3.2.12 补强圈设计.26 3.2.13 进出口接管位置的确定.28 3.2.14 支座的选择.29 3.3 压力实验

3、.30 3.3.1 试验压力及应力校核.30 3.3.2 气密性试验.30 第四章第四章 板式蒸发器设计板式蒸发器设计.3232 4.1 设计参数 .34 4.2 计算水流量 .35 4.3 计算平均温差 .35 4.4 体积流量 .35 4.5 传热系数的计算 .36 4.6 制冷剂侧蒸发段和过热段 .36 4.6.1 蒸发段.36 4.6.2 过热段.37 4.6.3 污垢热阻的确定.37 4.6.4 总传热系数.37 4.7 换热面积 .38 第五章第五章 总结和展望总结和展望.3939 第六章第六章 外文翻译外文翻译.4141 参考文献参考文献.5757 谢谢 辞辞.5858 引引 言

4、言 制冷技术在国民经济中应用极为广泛，几乎没有一个部门不应用这一技术。 在食品工业方面，制冷技术应用最早。目前，在商业流通中冷库设施、冷藏船、 冷藏列车、冷藏汽车以及冷藏柜台、冰箱等装置的使用逐渐普及，而冷藏库的 服务范围，甚至还可以扩大到保存贵重皮毛、服装、药材、花卉、蚕种等方面。 随着社会经济、科学技术的发展以及人民生活水平的提高，空调技术越来越广 泛应用于日常生活及各种社会场所。环境污染和能源危机已成为威胁人类生存 的头等大事，如何解决这一问题，已成为全人类的课题。在这种背景下，以环 保和节能为主要特征的绿色建筑及相应的空调系统应运而生，而制冷系统正是 满足这些要求的新兴中央空调。制冷机

5、组的发展，已从工厂迅速扩展到宾馆、 饭店、医院、超市、体育馆以及各种办公大楼等场合。制冷技术之所以能够得 到如此快速的发展和广泛应用是因为它具有运行平稳，噪音低，维修简单，无 污染等特点，而且最重要的是低位能输入，高位能输出。采用制冷技术是解决 暖通空调系统的能源与环境问题的有效措施之一，这将是我们长期坚持制冷技 术研究工作的根本动力。 第一章第一章 绪论绪论 同离心式冷水机组相比，螺杆式冷水机组发展较晚，1934 年瑞典皇家工学院 教授 Lysholm 发明第一台双螺杆式气体压缩机，从 60 年代开始，喷油双螺杆机组 应用于制冷机组。瑞典 SRM 公司首先发明双边不对称型线螺杆，使螺杆机效率

6、大大 提高。1960 年法国人 Zimmen 发明单螺杆的新结构。1962 年试研制出第一台样机。 70 年代初，荷兰 GRASSO 制成第一台单螺杆式压缩机。1972 年日本开始生产单螺杆 空气压缩机。1982 年开始生产单螺杆制冷压缩机。1975 年，由上海第一冷冻机厂 完成我国第一台氨喷油双螺杆制冷压缩机制造。1976 年，大连冷冻机厂成功设计 制造我国第一台单机双级螺杆式制冷压缩机 1986 年，武汉冷冻机厂开发了 XBY 齿 型的新型单边不对称圆弧齿型。进一步提高了国产螺杆制冷压缩机水平。90 年开 始，国外著名厂商进入我国，在螺杆机方面进行多家合资生产。其中有：中美合资： 上海一冷

7、-开利 23XL 系列空调用螺杆冷水机组中日合资：烟台荏原 螺杆模块式冷 (热)水机组中美合资：武汉麦克维尔 WHS 系列 R22，R134a 单螺杆冷水机组中美合 资：江阴特灵 RTHB 系列螺杆冷水机组中美合资：无锡约克 YS、YCWS 系列螺杆冷 水机组中日合资：1998 年 大冷-前川 单机双级双螺杆压缩机组中日合资：1998 年 大金-三石 CUW 系列单螺杆冷水机组。中国台湾地区的复盛在上海设厂生产双螺杆 制冷压缩机。螺杆式冷水机组以其对变工况运行有较好适应性，对气体带液运行不 敏感，转速高，体积小，重量轻，动力平衡性好，零部件少，尤其易损件少等特点 优势广泛应用于商业和工业中央空

8、调系统中，十几年来，国内企业不断从欧美等发 达国家引进、消化、吸收冷水机组设计技术和制造工艺，使螺杆式冷水机组水平得 到显著提高。螺杆式制冷压缩机被广泛应用于空调、冷冻、化工、水利等各个工业 领域，是制冷领域的最佳机型。螺杆式冷水机组应用于商场，写字楼，工厂，餐饮 娱乐，宾馆，医院等，据资料显示，在空调领域，螺杆式冷水机组在中央空词系统 主机中所占的份额逐年上升，而活塞式、演化锂式等空调主机所占份额则逐年下降。 目前，螺杆式冷水机组应用广泛的主要原因是：a)螺杆式压缩机能量调节范围宽， 负荷适应性强，对湿压缩不敏感b)运转时力矩变化小，动力平衡性好，易损件少， 振动小，运行可靠，寿命长；c)转

9、速高，输气脉动小，零部件少，结构简单，紧凑， 质量轻，体积小；d)无吸、排气阀，流动阻力小；余隙容积小；喷油运行，排气温 度低，因而容积效率高；e)操作简便，易于实现自动化。在经历了二十多年的从开 发到发展的过程，螺杆机已取得相当的成就。螺杆式制冷压缩机由于没有进排气阀 片、运动部件及易损件少，使它具有 20,000 到 50,000 小时的运转周期，甚至可达 100,000 小时。据瑞典 STAL 公司统计：螺杆式制冷压缩机的零件数只为活塞式的 1/10；在 3,000 小时运转期间,活塞式的故障为螺杆式的 10 倍；在 12,000 小时运 转期间，活塞式的故障为螺杆式的 4 倍；螺杆式的

10、振幅为活塞式的 1/5；螺杆式对 压缩湿行程不敏感，安全可靠。在经历了二十多年的从开发到发展的过程，螺杆机 已取得相当的成就。螺杆式制冷压缩机由于没有进排气阀片、运动部件及易损件少， 使它具有 20,000 到 50,000 小时的运转周期，甚至可达 100,000 小时。据瑞典 STAL 公司统计：螺杆式制冷压缩机的零件数只为活塞式的 1/10；在 3,000 小时运 转期间,活塞式的故障为螺杆式的 10 倍；在 12,000 小时运转期间，活塞式的故障 为螺杆式的 4 倍；螺杆式的振幅为活塞式的 1/5；螺杆式对压缩湿行程不敏感，安 全可靠。目前大约有 37 家公司生产双螺杆机，基本分布在

11、亚洲（日、韩、中、台） 、 北美洲（美）和欧洲，主要制造厂家有 Hitachi（日立） ，Dunham-Bush（顿汉-布什） 、Mycom（前川）、Bitzer（德国比策尔）、SABROE（丹麦萨布）；中美合资：上 海一冷-开利 23XL 系列空调用螺杆冷水机组中日合资：烟台荏原 螺水机组中美合 资：江阴特灵 RTHB 系列螺杆冷水机组中美合资：无锡约克 YS；中日合资：1998 年 大金-三石 CUW 系列单螺杆冷水机组中国台湾地区的复盛在上海设厂生产双螺 杆制冷压缩机。 制冷技术应用主要有以下几方面： 1.空气调节。制冷装置可以用来降低空气的温度和含湿量，使车间保持所要求 的温度和湿度，

12、以利于电子元件、精密仪表、光学仪器等各种产品的制造和提高质 量。制冷装置还用来为人们的工作和生活创造舒适的环境，如高温车间降温，医院、 会堂、宾馆、住宅、火车、轮船、飞机内的空气调节。 2.食品冷藏。蔬菜、水果、鲜蛋等的低温保鲜贮存，肉、鱼、禽类等食品的冻 结冷藏，以防食品变质和平衡食品的季节性生产与全年耗用之间的矛盾。 3.生产工艺。某些产品，例如合成橡胶，合成纤维，气体液化，石油裂解和脱 脂，以及许多重要化工原料的低温提取都需要有一定的冷源条件，以保证生产过程 的顺利进行。 到目前为止，人工制冷已有许多种方法，不同的方法适用于不同的使用场合和 制取不同的低温。在普通制冷范围内（即“普冷”范

13、围内，约为 10-120） ，使用 最普遍的是液体气体制冷法，利用该方法制冷的装置有三种形式：蒸气压缩式（简 称压缩式） ；吸收式和蒸气喷射式（简称蒸喷式） 。由于蒸喷制冷能耗量较大，目前 已很少应用，本篇主要介绍蒸气压缩式制冷方法的循环原理、设备、系统运行等方 面的知识。 本次毕业设计旨在：培养学生严谨的科学态度，正确的设计思想，科学的研 究方法，勇于创新的精神和良好的工作作风；培养学生独立思考及独立工作，独 立检索资料、阅读文献、综合分析、理论计算、工程设计、实验研究、工程制图、 模拟抽象、数字及文字处理等能力；通过毕业设计的教学过程使学生获得工程设 计和科学研究的初步锻炼；培养学生掌握一

14、定的基本技能及综合运用基础理论、 基本知识，解决具有一定复杂程度的工程实际问题的能力。 第二章第二章 制冷循环的热力计算制冷循环的热力计算 2.12.1 制冷的基本热力学原理制冷的基本热力学原理 2.1.12.1.1 制冷的概念制冷的概念 制冷作为一门科学是指用人工的方法在一定时间和一定空间内将某一 物体或流体冷却，使其温度降到环境温度以下，并保持这个低温。实现制 冷必须要有冷源，冷源有两类：天然冷源和人工冷源。天然冷源主要是指 冬季储藏的冰和夏季使用的低温深井水。 机械制冷中所需机器和设备的总合称为制冷机。制冷机中使用的工作 介质称之为制冷剂。制冷剂在制冷机中循环流动，同时与外界发生能量交

15、换，既不断地从被冷却对象中吸取热量，向环境排放热量。制冷剂一系列 状态变化过程的综合为制冷循环。为了实现制冷循环，必须消耗能量。所 消耗能量的形式可以是机械能、电能、热能、太阳能或其它可能的形式。 2.1.22.1.2 制冷方法制冷方法 常见的制冷方法有液体汽化制冷、气体膨胀制冷、涡流管制冷、热电 制冷。其中液体汽化制冷应用最为广泛，它是利用液体汽化时的吸热效应 实现制冷的。包括压缩式制冷、吸收式制冷、吸附式制冷、喷射式制冷。 图 2.1 蒸气压缩式制冷系统 1压缩机 2冷凝器 3膨胀阀 4蒸发器 蒸气压缩式制冷：该系统由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器组成。用管 道将其连成一个封闭的系统。 工

16、质在蒸发器内与被冷却对象发生热量交换，吸收被冷却对象的热量并汽 化，产生的低压蒸气被压缩机吸入，经压缩后以高压排出。压缩过程需消耗能 量。压缩机排出的高温高压气态工质在冷凝器被常温冷却介质（水或空气）冷 却，凝结成高压液体。高压液体流经膨胀阀时节流，变成低压、低温湿蒸气， 进入蒸发器，其中的低压液体在蒸发器中再次汽化制冷。如此周而复始。 2.1.32.1.3 制冷的基本热力学原理制冷的基本热力学原理 从热力学角度说，制冷系统是利用逆向循环的能量转换系统。按补偿能量 的形式，蒸气压缩式制冷是以电能为补偿的。 热力学关心的是能量转换的经济性，即花费一定的补偿能，可以收到多少 制冷效果（制冷量） 。

17、为此，对于机械或电驱动方式的制冷机引入制冷系数 来衡量。 = 0 Q W 式中：制冷机的制冷量；制冷机的输入功。 0 QW 国外习惯上将制冷系数称为制冷机组的性能系数 COP（Coefficience of Performance） 。我们研究一定条件下 COP 的最高值。 图 2.2 制冷机的能量转换关系 由上图可知，制冷机消耗功实现从低温热源（被冷却对象，温度 Tc）吸W 热，向高温热源（通常为环境，温度为 Ta）排热。假定两热源均为恒温热源， 向高温热源的排热量为，由低温热源的吸热量（即制冷量）为 Q0，制冷机为 a Q 可逆循环。 由热力学第一定律有： 0a QWQ 由热力学第二定律有

18、：在两个恒温热源间工作的可逆机，一个循环的熵增 等于零。即： 0a ac QQ TT 式代入式： 即： 00 ac QWQ TT 0 1 a c TW TQ 则：可逆制冷机的制冷系数为： 0 1 1 c a c Q T W T 该式说明：两恒温热源间工作的可逆制冷机，其制冷系数只与热源温度有 关，而与制冷机使用的制冷剂性质无关；的值与两热源温度的接近程度有关， c 与越接近（越小） ，则越大，反之越小。实际制冷机制冷系数 cTaT a c T T c c 随热源温度的变化趋势与可逆机是一致的。 2.1.42.1.4 制冷循环在压焓图上的表示（理论循环）制冷循环在压焓图上的表示（理论循环） 图

19、2.3 压焓图 点 1：制冷剂进入压缩机的状态。它是对应于蒸发温度 t0的饱和蒸气。根 据压力与饱和温度的对应关系，该点位于 P0=f(t0)的等压线和蒸气线（x=1）的 交点上。 点 2：制冷剂出压缩机即进入冷凝器时的状态。过程线 12 表示：制冷剂 蒸气在压缩机中等熵压缩（S1=S2） ，压力由蒸发压力 P0升高到冷凝压力 Pk。该 点可通过 1 点的等熵线和压力为 Pk的等压线的交点来确定。由于压缩过程中外 界对制冷剂做功，制冷剂温度升高，因此点 2 表示过热蒸气状态。 点 3：制冷剂出冷凝器时的状态。它是与冷凝温度 tk所对应的饱和液体。 过程线 223 表示：制冷剂在冷凝器内的冷却（

20、22）和冷凝（2 3）过程。该过程冷凝压力 Pk不变。 进入冷凝器的过热蒸气首先将部分热量放给外界冷却介质，在等压下冷却 成饱和蒸气（点 2） ，然后再在等压、等温下继续放出热量，直至最后冷凝成 饱和液体（点 3） 。因此，压力 Pk等压线和 x=0 的饱和液体线交点即为 3 点状 态。 点 4：制冷剂出节流阀即进入蒸发器时的状态。过程线 34 表示节流过程， 此过程中，压力由 Pk降到 P0，温度由 tk降到 t0，并进入两相区。节流前后制 冷剂焓值不变，故由点 3 作等焓线与等压线 P0交点即为点 4 状态。由于节流过 程是一个不可逆过程，故用一虚线表示 34 过程。 过程线 41 表示制

21、冷剂在蒸发器中的气化过程。这一过程是在等温、等压 下进行的，液体制冷剂吸取被冷却介质的热量（即制冷量）而不断气化，制冷 剂状态沿等压线 P0向干度增大的方向变化，直到全部变为饱和蒸气为止。这样， 制冷剂的状态又重新回到进入压缩机前的状态点 1，从而完成一个完整的理论 制冷循环。 2.1.52.1.5 选择制冷剂的考虑选择制冷剂的考虑 1.具有环境可接受性。制冷剂的臭氧破坏指数（ODP）和温室效应指数 （GWP）为零或尽可能小。 2.热力性质满足指定的使用要求。就是说制冷剂在指定的温度范围进行制 冷循环时，循环特性较满意。它包括压力和压力比适中（高压不过高；低压无 负压；压力比不过大） ；单位容

22、积制冷量和单位质量制冷量较大；排气温度不 过高；等熵压缩的比功小；制冷系数较大。 3.传热性和流动性好。可以使制冷机热交换设备的尺寸较小（减小重量和 材耗）和保证制冷剂流动中的阻力损失小。 4.化学稳定性和热稳定性好，使用可靠。 5.无毒害，无刺激性气味，不燃，不爆或燃爆性很小，使用安全。 6.价格便宜，来源广。 当然，完全满足上述要求的制冷剂很难寻觅。各种制冷剂总是在某些方面 有其长处，另一方面又有不足。使用要求，机器容量，使用条件以及机器种类 不同，对制冷剂性质要求的考虑侧重面就不同，应按主要要求选择相应的制冷 剂。但须指出，由于环境保护直接关系人类的生存和发展空间，所以环境指标 是选择的

23、硬指标。ODP 和 GWP 较高的制冷剂，即使其它性质再好，在今后的发 展中也只能割舍。 综上所述，全面考虑，选择 R134a 为该制冷循环的制冷剂。制冷剂 R134a 特点： 1.无毒、无色、不燃、不爆。 2.热稳定性好，化学性质稳定，不腐蚀金属。 3.和 F12 相比，其臭氧耗损值（ODP)为 0，且制冷能力相当，温室效应潜 值(GWP)为 0.27。 4.CFCs，无需更换润滑油（最好使用烷基油） ，是 R12 的最佳替代品。 5.主要用于空调系统和工商业冷冻系统。 6.也可用作杀虫剂和气雾剂，是生产含氟高分子化合物的基本原料和生产 灭火剂 1211 的中间体。 7.制冷剂 R134a

24、特性（表 2.1） 。 表 2.1 制冷剂 R134a 特性 名称符号分子式分子量 M 标准 沸点 凝固温 度 临界 温度 临界 压力 MPa 临界比容 10-3m3/kg 绝热指数 （20， 103KPa） 四氟 乙烷 R134aC2H2F4102.0-26.2-101.0101.11.061.9421.11 2.1.62.1.6 螺杆式制冷压缩机的工作原理螺杆式制冷压缩机的工作原理 一转子的齿周期性地侵入另一转子的齿槽，并且空间接触线不断往排气端 推移，致使转子的基元容积缩小而提高气体的压力，使低压制冷剂蒸气变为高 压蒸气。 2.1.72.1.7 螺杆式制冷压缩机机组螺杆式制冷压缩机机组

25、螺杆式制冷压缩机由于喷油，使制冷机的性能大大改善。所以近代螺杆式 制冷压缩机绝大部分为喷油式。喷油使螺杆式制冷压缩机获得以下好处： 1.降温：向螺杆式制冷压缩机喷进一定量的油后，油可以吸收压缩机热并 将其带出机器外，使螺杆压缩接近等温压缩，排气温度大大降低。 2.密封：实际运转中的螺杆式制冷压缩机，其阴阳转子的齿面并不直接接 触，啮合运动中存在着一定间隙（设计要求） ，间隙值的大小与啮合接触线长 度之积称为泄漏面积。间隙值直接影响气体的泄露量，因此它对容积效率有直 接的关系。采用喷油，油可阻尼工质泄漏和充填间隙起堵塞泄漏的作用，以达 到螺杆转子间的密封效果。 3.润滑：油对螺杆式制冷压缩机的零

26、件和运转副均有润滑的作用，使螺杆 零部件寿命提高，达到长期经济运行目的。 4.降低噪音：油对声波和声能有阻尼和吸收作用。螺杆式制冷压缩机喷油 与不喷油，其噪声级别大不相同，一般喷油后，噪声可降低 1020dB。 5.降低圆周线速度，使机器结构简化。 6.冲洗尘埃杂质的作用。 喷油螺杆的出现，带来螺杆的大发展。但螺杆式制冷压缩机喷油量大，所 以螺杆装置中必须增设油的处理设备。为此将油的处理辅助设备油分离器、 油冷却器、 油过滤器、 油泵及电机， 控制保护元 件等与压缩 机共同组成螺杆式制冷压缩机机组。 图 2.4 螺杆制冷机系统 2.22.2 确定工况确定工况 在热力计算时，首先应确定工作参数，

27、即确定制冷循环的工作温度和工作 压力。 1.蒸发温度：采用壳管式、螺旋管式或立式列管式蒸发器时（有载冷剂） ， 0 t 蒸发温度可按下式计算： 取 4,则，Ctt 0 20 64Ct 0 0 347 式中：蒸发器中载冷剂的出口温度，。 2 t 2 7t 2.冷凝温度：冷凝温度即制冷剂在冷凝器中凝结时的温度，用水作为冷 k t 却介质时，冷凝温度可按下式计算： ,取 7，则，C tt tk 021 75 2 Ctk 0 40733 式中：冷凝器冷却水进口温度， 1 t 1 30t 冷凝器冷却水出口温度，。 2 t 2 36t 3.吸气温度，取 10，则。 30 (8 10)tt 1 13t 根据

28、设计任务书所给参数，结合上述温度计算式，可取冷凝温度为 40， 蒸发温度为 3。所以该制冷循环在压焓图上的表示如下图所示,根据制冷空 调原理及应用R134a 的热力性质表查出处于饱和线上的点有关状态参数值： 。 130k h =248.8KJ/kg; h =105.7KJ/kg; p =0.332MPa; p =1.017MPa 图 2.5 制冷循环理论压焓图 在 R134a 的 p-h 图中找到 p0=0.332等压线与饱和蒸汽线的交点 1，由MPa 1 点作等熵线，此线和 pk=1.017等压线交于点 2，该点即为压缩机的出口MPa 状态。由图可知： h2=274.8 t2=47 =0.0

29、7/KJ kg 1 3 /ms 由于节流前后的焓值不变，所以 h4=h3=105.7。/KJ kg 2.32.3 热力计算热力计算 单位质量制冷量：kgKJhhq/ 1 . 143 7 . 105 8 . 248 410 单位容积制冷量：kgKJ q qv 3 . 2044 07 . 0 1 . 143 1 0 制冷剂质量流量： 0 0 300 2.096/ 143.1 m Q qkg s q 理论比功： 021 274.8248.826/hhKJ kg 压缩机消耗的理论功率： 00 2.096 2654.496/ m pqKJ kg 压缩机吸入的容积流量： 3 1 2.096 0.070.1

30、45/ m Vqms 制冷系数： 014 0 021 143.1 5.504 26 qhh hh 冷凝器单位热负荷： 23 274.8 105.7169.1/ k qhhKJ kg 冷凝器热负荷： 2.096 169.1354.4 kmk Qq qKW 2.42.4 压缩机的选型压缩机的选型 在制冷系统中，压缩机起到非常大的作用。它是整个系统运行的心脏， 带动整个系统的正常运行。压缩机的作用主要是：从蒸发器中吸出蒸汽，以 保证蒸发器内一定的蒸发压力；提高压力（压缩） ，以创造在较高温度下冷 凝的条件；输送制冷剂，使制冷剂完成制冷循环。制冷系统所需要的制冷量 Q0=300KW,需要选配制冷压缩机

31、。 压缩机的种类很多，可分两大类容积式和速度型。容积式压缩机是 靠工作腔容积改变实现吸气、压缩、排气等过程。这类压缩机又分往复式和 回转式压缩机。往复式又称活塞式。速度型压缩机是靠旋转的叶轮对蒸汽做 功，使压力升高以完成蒸汽的输送，这类压缩机又分离心式和轴流式。 活塞式压缩机是问世最早的一种机型，至今已发展到几乎完善的程度， 由于其压力范围大，能够适合较广的能量范围，有高速，多缸能量可调，热 效率高，适用多种制冷制等优点。并且我国对此机的加工制造已有数十年的 经验，加工较容易，造价也较低，国内应用极为普遍，有成熟的运行管理， 维护经验。 本设计初步选择复盛 SRE 系列螺杆式冷媒压缩机。螺杆压

32、缩机一般都是 指双螺杆压缩机，它由一对阳、阴螺杆构成，是回转压缩机中应用最广泛的 一种，在化工、制冷及空气动力工程中，它所占的比重越来越大。螺杆式热 泵机组无论是 COP 值还是维护费用、振动频率、噪音等性能均优于活塞式热 泵机组。该产品有以下特点： 1.四段容调或连续卸载控制设计，随负荷变化调整压缩机的输出，节省 能源消耗。 2.转子经专用研磨加工及动力平衡校正，配合进口德国 FAG 及瑞典 SKF 高精密轴承，运行平顺，振动小，噪音低。 3.采用法国进口高效率耐氟电机，效率高、可靠性好。 4.采用最新的第三代非对称齿形，公称子五齿，母转子六齿，齿间压力 落差及回吹孔小，容积效率高，节省能源

33、。采用全新高效油分离器，分油效 果达 99.7，有利于提高机组蒸发器效率，并适用于满液式蒸发器设计。 5.半密闭设计不需要轴承，无轴封泄漏问题、可靠性佳，且马达与机体 为分离式设计，易于维护与保养。 6.除一般的冷水机组和空调储冰系统以外，依使用工况不同另设计高压 缩比机种，效率高。可靠性佳，适用于风冷机组、热泵机。 根据已知条件进行计算选型： 吸气状态的比体积： -23 1=4.51 10 m /kg 压缩机的实际输气量： 3 1 2.096 0.0451 3600340.3/ sm Vqmh 压缩机的容积效率：=0.80.9, =0.85 vv 取 压缩机的理论输气量：hmV v s h

34、3 24.16 85 . 0 8 . 13 制冷压缩机的理论功率、指示功率： 0 p i p KW p p KWwqp s i m 13.68 8 . 0 5 . 54 5 . 5426096 . 2 0 00 选丹麦 SABROE 公司螺杆式制冷压缩机系列（非对称齿形）VMY 225L 型，其制冷量为 470.930KW，功率为 94KW。 2.52.5 阀的选型阀的选型 节流结构在整个制冷系统运行中也起着很重要的作用，主要是调整循环 工质状态以保证系统的正常运行。其具体作用是：对高压液态制冷剂进行节 流降压,保证冷凝器与蒸发器之间的压力差；调节供入蒸发器的制冷量，以适 应制冷剂系统制冷量变

35、化的需要,即随着蒸发器热负荷的变化，节流机构供液 量也要相应的变化。若供液量小了，会使制冷量不足，若供液量大了，会引 起湿压缩。 在本设计中，选择膨胀阀与电磁阀共存，根据广州法亿贸易有限公司的 资料选择膨胀阀为斯波兰热力膨胀阀，型号为：OVE70，选电磁阀型号为 E42（选型原则根据制冷量） 。 0 300QKW 2.62.6 电动机的选型电动机的选型 电动机采用外购。选择 YVF2 系列变频调速专用三相异步电动机中 YVF250- 10 变频调速专用三相异步电动机。YVF2 系列变频调速专用三相异步电动机采 用变频器为驱动电源（变频范围一般为 5100HZ） ，使电动机与变频器组成机 电一体

36、化变频调速系统，从而达到低频恒转矩运行及高频。 2.72.7 油分离器的选型油分离器的选型 1.设置油分离器的目的：螺杆式制冷压缩机由于喷入大量的冷冻机油，制 冷蒸气与油的混合物由压缩机内排出。若气、油混合物进入冷凝器和蒸发器等 热交换器后，由于油不蒸发，就会在热交换器的管壁上结成一层油膜，如同附 在管壁上一层绝热层，油膜的导热系数很小，这样使系统中热交换器的传热效 果大大降低，这样也就降低了制冷效率。为此，对制冷剂中夹杂的油必须在进 入系统之前分离纯洁。 2.油分离器的特点：油分离有独特的过滤器和档板装置以提高从制冷剂气 体混合物中分离油的能力。重量轻的不锈钢浮球浮起让制冷润滑油回入压缩机，

37、 得到较快的反应。回油采用结实铜制管配件和 3/8SAE 嗽叭口接头使安装极 为方便。 油分离器采用外购。根据本设计的实际情况（制冷量） ，选用 0 300QKW NEUTEK-20 型号的油分离器。用来分离从压缩机排出的油和 R134a 的混合物。 第三章第三章 冷凝器的设计冷凝器的设计 冷凝器是制冷机中的主要热交换设备之一。高压过热制冷剂蒸汽在冷凝器中放 出热量后，凝成饱和液体或进一步被冷却为过冷液体。冷凝器按冷却方式可分为三 类：空气冷却式冷凝器，水冷式冷凝器，蒸发式和淋激式冷凝器。根据设计要求， 选择水冷式冷凝器。考虑到经济性、适用性、传热效率，故选择卧式壳管式冷凝器。 在现代化城市中

38、，由于生产发展、人口集中，水的消耗量很大，特别重视节约用水 的问题，应采用循环式水冷系统。 冷凝器的主要作用是使制冷压缩机排出的过热蒸汽冷却冷凝为高压液体。根据 流体流经管程原则：1.不清洁或易结垢的流体走管程；2 需增大对流传热系数，需 要提高流速的流体走管程；3.蒸汽冷凝宜在壳程以利于排液；4.避免气液两相流， 蒸汽宜在管外冷凝。所以采用被加热水走管程，R134a 在管外冷凝的换热方式。考 虑到制冷剂是 R134a，冷却水水质较好、温度低，故选用卧式壳管式冷凝器是合理 的。 3.13.1 设计参数设计参数 表 3.1 冷凝器设计参数 冷却 型式 制冷剂 冷凝 温度 进水 温度 进出水 温差

39、 冷却水 流速 水压损失污垢系数（m2K/W） 水侧制冷剂 侧钢管铜管水冷 式冷 凝器 R134a 40306 2m/s0.1MPa 0.00 0.171 0-3 0.08 10- 3 冷凝器热负荷：，2.096 169.1354.43 kmk Qq qKW 冷却水进出口温度：t进=30，t出=36。 冷却水参数：取平均温度下的参数值，即 t=时的值，由化工 3036 33 2 原理附表 3 查得： 32 26 993.8/,4.174 10/ 62.4 10/,732.1 10 4.86,36306 p r kg m cJ kg K W cm KPa s PtC 。 冷却水的流量： 3 3

40、3 354.43 10 0.011/ 993.8 4.174 106 k s p Q Vms ct 0.011 993.814.15/ s GVkg s 经过对比，选择逆流传热效果较好，所以本设计选用逆流传热方式。计算 m t 如下： 图 3.1 冷凝器的逆流传热 21 1 2 3630 6.55 4030 lnln 4036 m k k tt t tt tt 3.23.2 冷凝器传热管的选择及参数计算冷凝器传热管的选择及参数计算 3.2.13.2.1 初步规划冷凝器的结构尺寸初步规划冷凝器的结构尺寸 3.2.1.13.2.1.1 计算管子数计算管子数 Z Z 选用161.5 的紫铜管，取水的

41、流速为 2m/s，则每程管子数 ，圆整后取。 23 2 1 44 0.014 46.3 (14 10 )2 S V Z d u 根48Z 根 3.2.1.23.2.1.2 计算传热面积计算传热面积 A A 取总传热系数，则所需的传热外表面积 2 1500/KW mK ，取实际传热面积为估算面积的 3 2 354.43 10 36.07 1500 6.55 k m Q Am Kt 1.15 倍，则实际估算面积为：。A 2 实=1. 15 36. 07=41. 48m 3.2.1.33.2.1.3 计算管程及管长计算管程及管长 由此可得管程与有效长度的乘积为： c Nl ， 23 0 41.48

42、17.2 16 1048 c A Nlm d Z 实 根据上面结果可取管程数，管子有效长度。4N 3.5 c lm 3.2.1.43.2.1.4 总传热系数的校核总传热系数的校核 1.管程对流传热系数 1 ，普兰特常数取，管 4 1 e 4 0.014 2 993.8 R3.8009 10 7.321 10 d u r P4.86 内流体是被加热，取，根据化工原理公式得：0.4n 2 0.80.40.40.42 1er 62.4 10 0.023RP0.023380094.868898.7/() 0.014 WmK d 2.壳程对流传热系数 2 因为壳程中对流产生相变，根据化工原理公式得： 1

43、4 23 223 0 0.725 gr ndt 式中 /; s rtJ kg蒸气比汽化热，取饱和温度下的数值， 3 冷凝液的密度，kg/ m； /()w m K冷凝液的导热系数，； 冷凝液的黏度，Pa s； ;t swsw 饱和温度t 和壁面温度t 之差，t =tt 1nn水平管束在垂直列上的管子数，若为单根水平管，则。 3 1146.5/kg m 3 75.0 10/()Wm K 6 178.2 10 Pa S 4 48192n 根 壁温的计算：参考化工原理计算壁温过程，有： 热流体温度,管内壁温度,40T 11 w Q TT A 式中：，,354.43QKW 1 8898.7/()Wm K

44、 ， 2 11 29.54AAm为换热管的内表面积， 所以。39 w T 管外壁温度：， 1 1 ww m bQd tT Ad 式中：； 3 1 1,14,75.0 10/(),15 m bmm dmmWm Kdmm 所以：。36.1 w t 则壳程的传热系数为： 14 3 33 22 63 3 1146.5 9.8 (75.0 10 )163.23 10 0.7252643.8/() 192178.2 1016 103.9 Wm K 3.总传热系数 ：c 21 3 000 3 2111 1111 101616 0.000086 2643.875.0 10158898.7 14 dd m bd

45、dd RR Kddd 取污垢热阻，铜的导热系数，查 2 0.000086 d R 2 381/()WmK 化工原理有关公式得： 21 000 2111 11 dd m bddd RR Kddd 3 3 11 101616 0.000086 2643.875.0 10158898.7 14 所以： 2 1537.8/()KWmK ； 0 d 管子外径，16m m 2 d R管子内流体（即水）的热阻； 1 管程对流传热系数； 2 壳程对流传热系数； ； ； m d 管子中径，15m mb管壁厚，1m m ； 。 1 14dmm管子内径， 0 d 管子外径，16m m 4.传热面积验证： ； 2 3

46、54430 35.19 1537.8 6.55 k Q Am Kt 校 2 41.48; 41.48 1.17 35.19 Am A A 实 实 校 说明该冷凝器有 17%的传热面裕度，在 10%25%范围内，能够完成任务。 上述计算表明所选管子规格、材料、管程数均是可行的。 3.2.23.2.2 筒体设计筒体设计 根据过程设备设计相关内容，为增加换热面积，必须增加换热管数量， 而介质在管束中的流速随着换热管数的增多而下降，结果反而使流体的传热系 数降低，故增加换热管数不一定达到所需换热要求。因此要保持流体在管束中 的较大流速，可将管束分成若干程数，使流体依次流过各程换热管，以增加流 体流速，

47、提高传热系数。 流动方向 前端管箱隔板 后端隔板结构 图 3.2 分程分布形式 由于单程管子数为 48 根，故总杆数为。4 48192n 根 3.2.2.13.2.2.1 筒体直径设计计算筒体直径设计计算 根据换热器设计手册管子间距：，按 0 1.251.25 1620 t pdmm 国标 GB151-1999 取，隔板中心到管子中心的间距：22 t pmm 。根据四管程的排列方式，管板上有 196 个孔， 22 6617 22 t p Fmm 192 个换热管孔，管间距，4 个拉杆螺栓孔为。 0.01 0 16mm 22smm12Mmm 管板上管孔排列方式如下（采用正方形排列） 。 图 3.

48、3 管子排布形式 由此可得筒体直径为：8 2230 2 t DpF 。22 8 2 17 260446mm 取筒体直径。450mm 3.2.2.3.2.2.2 2 冷凝器壳体的设计冷凝器壳体的设计 根据过程设备设计相关公式可知，1.6,450 cki ppMPaDDmm取 材料选择 Q235-B，查表可知：Q235-B 的温差应力：=113MPa，钢板厚度负 t 偏差，腐蚀裕量，因此，。焊缝采用 1 0.8Cmm 2 2Cmm 12 2.8CCCmm 局部无损探伤，。85 . 0 设计壁厚。由于壳体厚度不得低于 6mm，所以mmC P DP c t ic d 8 . 5 2 取名义厚度。mm

49、n 8 3.2.33.2.3 封头设计封头设计 压力容器封头的种类较多，分为凸形封头、锥壳、变径段、平盖及紧缩口 等，其中凸形封头包括半球形封头、椭圆形封头、蝶形封头和球冠形封头。 封头的结构形式是应工艺过程,、承载能力、制造技术方面的要求来决定 的。本设计采取标准椭圆形封头，材料选择与筒体相同，采用 Q235-B，故 =113MPa，设计压力，取封头内径=450mm, ，钢板 t 1.6 c pMPa i D85. 0 厚度负偏差，腐蚀裕量，因此，。 1 0.8Cmm 2 2Cmm 12 2.8CCCmm 则设计壁厚为：，取名义厚度。mmC P Dp s t ic d 2 . 5 5 . 0 2 8 n mm 根据化工容器及设备简明设计手册 【椭圆形封头标准 JB/T4737-95】 查得：，。封头 2 112,25 i hmm hmm 23 0.254,0.0158 r FmVm内表面积容积 结构如下图所示。 图 3.4 封头示意图 3.2.43.2.4 折流板设计折流板设计 设置折流板的目的是为了提高壳程流体的流速，增加湍动程度，并使壳程 流体垂直冲刷管束，以改善传热，增大壳程流体的传热系数，同时减少结垢。 在卧式换热器中，折流板还起支承管束的作用。 常用的