制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、課 程 設(shè) 計(jì) 設(shè)計(jì)題目： 南京市某空調(diào)制冷機(jī)房姓 名 院 系 專 業(yè) 年 級(jí) 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 年 月 日 目 錄0設(shè)計(jì)任務(wù)11前言12課程設(shè)計(jì)題目及數(shù)據(jù)23制冷機(jī)組的類型及條件2 3.1初參數(shù) 23.2確定制冷劑種類和系統(tǒng)形式2 3.3確定制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)工況2 3.3.1冷凝溫度的確定2 3.3.2蒸發(fā)溫度的確定3 3.3.3過冷溫度的確定3 3.3.4過熱溫度的確定3 3.3.5制冷系統(tǒng)理論循環(huán)p-h圖44制冷系統(tǒng)熱力計(jì)算55制冷壓縮機(jī)型號(hào)及臺(tái)數(shù)6 5.1壓縮機(jī)形式的選擇6 5.2壓縮機(jī)臺(tái)數(shù)的選擇75.3壓縮機(jī)級(jí)數(shù)的選擇75.4電機(jī)的選擇76冷凝器的選擇計(jì)算7 6.1冷凝器的選擇76.2冷

2、凝器熱負(fù)荷計(jì)算76.3冷凝器的已知參數(shù)86.4計(jì)算肋管特性參數(shù)86.5計(jì)算平均傳熱溫差86.6冷卻水流量96.7概算所需傳熱面積96.8初步規(guī)劃冷凝器結(jié)構(gòu)96.9計(jì)算水側(cè)的換熱系數(shù)96.10計(jì)算制冷劑測得冷凝換熱系數(shù) 10 6.10.1求水平光管管外冷凝換熱系數(shù) 10 6.10.2計(jì)算水平肋管外的冷凝換熱系數(shù) 10 6.10.3計(jì)算水平肋管束外冷凝換熱系 116.11實(shí)際的熱流密度 116.12計(jì)算實(shí)際傳熱面積 116.13冷凝器的類型 127蒸發(fā)器的選擇計(jì)算12 7.1蒸發(fā)器的預(yù)選12 7.2蒸發(fā)溫度與傳熱溫差的確定12 7.3換熱面積的計(jì)算12 7.4蒸發(fā)器風(fēng)量的確定12 7.5風(fēng)機(jī)的選擇

3、128冷卻水系統(tǒng)的選擇13 8.1冷卻塔13 8.2水泵的選型13 8.2.1水泵揚(yáng)程13 8.2.2阻力計(jì)算139冷凍水系統(tǒng)的選擇1410管徑的計(jì)算 1411其它輔助膨脹閥的選擇計(jì)算 15 11.1膨脹閥的選擇 15 11.2貯液器的選擇計(jì)算 15 11.3油氨分離器的選擇計(jì)算 15 11.4氣液分離器的選擇計(jì)算 15 11.5集油器的選擇計(jì)算 16 11.6不凝性氣體分離器的選擇計(jì)算 1612制冷機(jī)組與管道的保溫 1613設(shè)備清單及附圖 1614參考文獻(xiàn) 170設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一南京地區(qū)用制冷系統(tǒng)，采用空冷式直接制冷，制冷量定為100K，制冷劑為氨，冷卻水進(jìn)出口溫度為27/30。1前 

4、;  言近50年來，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，制冷技術(shù)以日新月異的速度發(fā)生變化。并且，正在現(xiàn)代國民經(jīng)濟(jì)、人民生活、國防科研、文化藝術(shù)等領(lǐng)域中發(fā)揮著日益重要的作用。我國是最早利用天然冷源的國家之一，隨著社會(huì)進(jìn)步，制冷技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到各個(gè)行業(yè)，制冷技術(shù)的作用更是不可替代的。 因此設(shè)計(jì)制冷系統(tǒng)已成為重要的環(huán)節(jié)。制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，無論是廠家裝配成的整體機(jī)組，還是現(xiàn)場組裝的系統(tǒng)，主要是選擇制冷壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流機(jī)構(gòu)以及風(fēng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)和自動(dòng)控制設(shè)備等。其步驟是根據(jù)給定的冷凍水溫度(或被冷卻的空氣溫度)、流量和所采用的冷卻水(或冷卻用空氣)入口溫度、流量，確定該制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工

5、況(即選定蒸發(fā)溫度和冷凝溫度等系統(tǒng)的內(nèi)在參數(shù)設(shè)計(jì)值)，然后，按照設(shè)計(jì)工況選擇該制冷系統(tǒng)的各個(gè)組成設(shè)備，使之在運(yùn)行過程各個(gè)設(shè)備的相互匹配，以充分發(fā)揮每個(gè)設(shè)備的工作能力。 但是，一個(gè)制冷機(jī)組或制冷系統(tǒng)，在實(shí)際運(yùn)行過程中，當(dāng)外在參數(shù)(既冷凝器和蒸發(fā)器所通過的水流量或空氣流量，以及水或空氣的入口溫度等)在一定范圍內(nèi)改變時(shí)，該機(jī)組成系統(tǒng)的性能如何變化、選定的各個(gè)組成設(shè)備是否匹配恰當(dāng)，都是在設(shè)計(jì)中要考慮的問題。此外，設(shè)計(jì)完成，制冷作業(yè)安全技術(shù)，正確操作制冷設(shè)備，是我們在具體操作時(shí)的必然選擇。2課程設(shè)計(jì)題目及數(shù)據(jù)課程設(shè)計(jì)題目： 南京市某空調(diào)制冷機(jī)房制冷系統(tǒng)采用空冷式直接制冷，空調(diào)制冷量定為100KW。數(shù)據(jù)：

6、制冷劑為：氨(R717)。冷卻水進(jìn)出口溫度為：27/30。南京市空調(diào)設(shè)計(jì)干球溫度為35.2，濕球溫度為28。設(shè)計(jì)內(nèi)容 設(shè)計(jì)一南京地區(qū)用制冷系統(tǒng)，采用空冷式直接制冷，制冷量定為100K，制冷劑為氨，冷卻水進(jìn)出口溫度為27/30。3制冷機(jī)組的類型及條件3.1初參數(shù)1）制冷系統(tǒng)主要提供空調(diào)用冷凍水，供水與回水溫度為：7/12，空調(diào)制冷量定為100KW。2）制冷劑為：氨(R717)。3）冷卻水進(jìn)出口溫度為：27/30。4）南京市空調(diào)設(shè)計(jì)干球溫度為35.2，濕球溫度為28。3.2確定制冷劑種類和系統(tǒng)形式根據(jù)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)及要求，本制冷系統(tǒng)為100KW的氨制冷系統(tǒng)。因?yàn)橹评淇傌?fù)荷為100KW,所以可選雙螺桿制

7、冷壓縮機(jī)來滿足制冷量要求。3.3確定制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)工況3.3.1 冷凝溫度的確定 從制冷工程設(shè)計(jì)手冊中查到南京地區(qū)夏季室外平均每年不保證50h的濕球溫度（） 對于使用冷卻水塔的循環(huán)水系統(tǒng)，冷卻水進(jìn)水溫度按下式計(jì)算： （3-1）式中 冷卻水進(jìn)冷凝器溫度（）；當(dāng)?shù)叵募臼彝馄骄磕瓴槐ＷC50h的濕球溫度（）；安全值，對于機(jī)械通風(fēng)冷卻塔，=24。 則代入數(shù)據(jù)有冷卻水進(jìn)水溫度： 冷卻水出冷凝器的溫度（） 按下式確定：選用臥式殼管式冷凝器 =+（24） （3-2） 代入上面算出的數(shù)據(jù)有：=31+3=34（注意：通常不超過35），系統(tǒng)以水為冷卻介質(zhì)，其傳熱溫差取46。則冷凝溫度為 若系統(tǒng)以水為載冷劑，其傳熱溫

8、差為， （3-3）式中 冷凝溫度（）。 代入數(shù)據(jù)有冷凝溫度： =34+4=383.3.2、 蒸發(fā)溫度的確定則蒸發(fā)溫度為 （3-4） 對于本設(shè)計(jì)系統(tǒng)，=2，因此不采用液體過冷，即=0。式中 載冷劑的溫度（）。 一般對于冷卻淡水和鹽水的蒸發(fā)器，其傳熱溫差取=5。本制冷機(jī)房用空冷式蒸發(fā)器，則制冷劑的蒸發(fā)溫度.3.3.3、 過冷溫度的確定 對于一般的空氣調(diào)節(jié)用制冷裝置，不采用液體過冷；對于大型的蒸發(fā)溫度較低（<5）的制冷裝置，在條件許可時(shí)使用液體過冷。也就是不考慮過冷溫度。3.3.4、過熱溫度的確定 壓縮機(jī)吸氣口溫度的確定 通常 =+ （3-5）式中對于一般氨壓縮機(jī)，=。 代入數(shù)據(jù)有過熱溫度：

9、=。3.3.5、 制冷系統(tǒng)理論循環(huán)p-h圖根據(jù)題意繪制的p-h圖，并查表求得各狀態(tài)參數(shù)： 圖3-1查有關(guān)資料：確定壓力：Pe=436.34 kPa， Pc= 1472.4 kPa比容：0.27， 0.087焓值： 1459， 1660，380 。4制冷系統(tǒng)熱力計(jì)算1）單位質(zhì)量制冷量的計(jì)算 （4-1） 代入數(shù)據(jù)有：=（ 1459-380）=1079 2）單位冷凝負(fù)荷的計(jì)算 （4-2） 代入數(shù)據(jù)有：3）單位理論壓縮功的計(jì)算 （4-3） 代入數(shù)據(jù)有：4）單位容積制冷量的計(jì)算 （4-4） 代入數(shù)據(jù)有：39965） 制冷劑質(zhì)量流量的計(jì)算 （4-5） 代入數(shù)據(jù)有：6） 壓縮機(jī)吸入制冷劑蒸汽的體積流量的計(jì)算

10、 （4-6） 代入數(shù)據(jù)有：7）冷凝器熱負(fù)荷的計(jì)算 （4-7） 代入數(shù)據(jù)有：8） 壓縮機(jī)所需的理論耗功率的計(jì)算 （4-8） 代入數(shù)據(jù)有： 9） 制冷系數(shù)的計(jì)算 （4-9） 代入數(shù)據(jù)有：10） 逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)的計(jì)算： （4-10） 代入數(shù)據(jù)有：11）制冷系數(shù)的計(jì)算 （4-11） 代入數(shù)據(jù)有： 5制冷壓縮機(jī)型號(hào)及臺(tái)數(shù)的確定5.1 壓縮機(jī)形式的選擇 根據(jù)已知參數(shù)，預(yù)選螺桿式壓縮機(jī)。 5.2 壓縮機(jī)臺(tái)數(shù)的選擇查實(shí)用制冷工程設(shè)計(jì)手冊根據(jù)制冷機(jī)組冷負(fù)荷100KW選擇壓縮機(jī)，選用KA12.512型壓縮機(jī)（其標(biāo)準(zhǔn)工況下的制冷量為137KW大于100KW，符合要求）。 壓縮機(jī)臺(tái)數(shù)，應(yīng)根據(jù)總制冷量來確定： （5

11、-1）式中 壓縮機(jī)臺(tái)數(shù)（臺(tái)）；每臺(tái)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)工況下的制冷量（）。 代入數(shù)據(jù)有：（臺(tái)） 因此，選擇1臺(tái)KA12.5-12型壓縮機(jī).5.3 壓縮機(jī)級(jí)數(shù)的選擇 選擇依據(jù)：壓縮機(jī)級(jí)數(shù)應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)工況的冷凝壓力與蒸發(fā)壓力之比來確定。一般若以氨為制冷劑，當(dāng)時(shí)，應(yīng)采用單級(jí)壓縮機(jī)；當(dāng)時(shí)，則應(yīng)采用兩級(jí)壓縮機(jī)。 所以，對于本設(shè)計(jì)制冷系統(tǒng)中，<8，因此，本設(shè)計(jì)制冷系統(tǒng)采用單級(jí)壓縮。5.4電機(jī)的選擇由于使用KA12.5-12雙螺桿壓縮機(jī)，其配用電機(jī)型號(hào)為YW200L-2,標(biāo)準(zhǔn)工況功率55KW,電壓380V。6冷凝器的選擇計(jì)算6.1冷凝器的選擇在本系統(tǒng)中選用氨立式殼管冷凝器。6.2冷凝器熱負(fù)荷計(jì)算 冷凝器熱負(fù)荷在前

12、面熱力計(jì)算中已求出。 (KW)式中 冷凝器的熱負(fù)荷（KW）。6.3冷凝器的已知參數(shù) 氨制冷系統(tǒng)傳熱管采用無縫鋼管，=58.2w/(m·k)， 肋管外徑=15.43mm，內(nèi)徑=13.15mm, 肋片外徑=17.8mm，肋片厚度=0.232mm，=0.354 mm，平均肋厚=0.3mm，肋片的節(jié)距e=1.029mm。6.4計(jì)算肋管特性參數(shù) （以1米長肋管計(jì)算）肋管水平部分的面積： （6-1） 依次代入數(shù)據(jù)有： = 44×肋管垂直部分面積： （6-2） 依次代入數(shù)據(jù)有：=119× 肋管總外表面積：=+ (6-3) 依次代入數(shù)據(jù)有：A=163×肋化系數(shù)：肋片的當(dāng)

13、量高度： （6-4） 依次代入數(shù)據(jù)有：=3.5×m基管平均表面積：= （6-5） 依次代入數(shù)據(jù)有：=44.9×所以：/A=0.73 ； /A= 0.27 ： A/=3.66.5計(jì)算平均傳熱溫差 （6-6） 代入數(shù)據(jù)有：5.36 6.6冷卻水流量 查水在5.36 的物性參數(shù)：=4.2 （6-7） 代入數(shù)據(jù)有：5.256.7概算所需傳熱面積 假設(shè)熱流密度=5500w/，則6.8初步規(guī)劃冷凝器結(jié)構(gòu) 取管內(nèi)的流速v=2.7m/s，則每流程管數(shù)m為 （6-8） 代入數(shù)據(jù)有：m=14.4 取m=15,這樣管束總長等于 （6-9） 代入數(shù)據(jù)有：=8.6 如流程數(shù)n=2,則冷凝器傳熱管有效

14、長度為4.3m；傳熱總根數(shù)N=40根。6.9計(jì)算水側(cè)的換熱系數(shù) （6-10） 代入數(shù)據(jù)有1.129×w/·k6.10計(jì)算制冷劑測得冷凝換熱系數(shù)6.10,1 求水平光管管外冷凝換熱系數(shù) 由于=38，查物性表可得： 導(dǎo)熱系數(shù)：=0.44w/(m·k) ， 密度：=582.7kg/ ， 定壓比熱容：=4.89kj/(kg·k) ， 粘度：=1.282×N·s/ ， 密度： =1094.8kj/kg 所以 （6-11） （6-12） 代入數(shù)據(jù)有： 1.34× 代入數(shù)據(jù)有：1980w/·k6.10.2 計(jì)算水平肋管外的冷凝換

15、熱系數(shù) （6-12） （6-13） 代入數(shù)據(jù)有：=474 代入數(shù)據(jù)有：=0.00124m代入數(shù)據(jù)有肋片效率：=0.8981 （=0.59，計(jì)算出=0.5298）肋片的修正系數(shù) = （6-14） 代入數(shù)據(jù)有：=1.5 所以， （6-15） 代入數(shù)據(jù)有：1.5×1980=2970w/(·k) 6.10.3計(jì)算水平肋管束外冷凝換熱系數(shù) （6-16） 代入數(shù)據(jù)有：2406.6w/(·k) 6.11實(shí)際的熱流密度（） 取污垢熱阻(·k) /w，按公式 （6-17） 其中：油膜熱阻取0.4×·k/w 管壁熱阻=2.86×·k/

16、w 代入數(shù)據(jù)有：= 689.9w/(·k) 所以，實(shí)際熱流密度=3698 w/ 計(jì)算傳熱面積有效。6.12計(jì)算實(shí)際傳熱面積 布置管束 Ac= (6-18) 代入數(shù)據(jù)有：Ac=31.9 保持上面確定的m=15,n=2，冷凝器的有效管長為： 解得有效管長：=6.52m6.13冷凝器的選型 由冷凝器的計(jì)算知，估計(jì)選LN-25型立式冷凝器即可符合要求。7蒸發(fā)器的選擇計(jì)算7.1蒸發(fā)器的預(yù)選 由于此制冷系統(tǒng)用于小型冷庫，用強(qiáng)制對流式冷卻空氣干式蒸發(fā)器。7.2蒸發(fā)溫度與傳熱溫差的確定 對于直接蒸發(fā)式空氣冷卻器，由于空氣側(cè)換熱系數(shù)低，為了不是結(jié)構(gòu)尺寸偏大，所以取較大的傳熱溫差。通常蒸發(fā)溫度比冷卻空氣

17、的出口溫度低68，就是說，平均傳熱溫差約為1113，取12.以外肋表面為基準(zhǔn)的熱流密度約450550.蒸發(fā)溫度已知為=2，有5過熱度，熱流密度K取35.7.3換熱面積的計(jì)算 傳熱面積： (7-1) 代入數(shù)據(jù)有：由換熱面積查手冊選一臺(tái)DL-250直接蒸發(fā)式空氣冷卻器,其傳熱面積 F=2507.4 蒸發(fā)器風(fēng)量的確定 （7-2） 代入數(shù)據(jù)有：7.5風(fēng)機(jī)的選擇 選用與蒸發(fā)器配套的送風(fēng)機(jī)，估計(jì)可選用QF36-380型。其送風(fēng)量為36000。8冷卻水系統(tǒng)的選擇8.1冷卻塔冷卻塔冷卻水量在冷凝器計(jì)算中已知。根據(jù)型號(hào)估計(jì)選用HL6-30型。8.2水泵的選型: 水流量為 即：泵的流量為18.82m/h。8.2.

18、1水泵揚(yáng)程冷卻水泵所需揚(yáng)程 Hp=hf+hd+hm+hs+ho （8-1）式中 hf，hd冷卻水管路系統(tǒng)總的沿程阻力和局部阻力，mH2O； hm冷凝器阻力，mH2O； hs冷卻塔中水的提升高度（從冷卻盛水池到噴嘴的高差），mH2O； ho冷卻塔噴嘴噴霧壓力，mH2O，約等于5 mH2O。8.2.2阻力計(jì)算 管徑長約300，比摩阻選200Pa/m則 hf=300×200Pa=6mH2O局部阻力取0.5則 hd=0.5×6=3mH2O冷凝器阻力約為 hm=4mH2O冷卻塔在機(jī)房房頂，房頂距地面3m則 hs=3mH2O冷卻塔噴嘴噴霧壓力，約等于5 mH2O。 ho=5mH2O安全

19、系數(shù)取1.2 總揚(yáng)程 （8-2） 代入數(shù)據(jù)有：根據(jù)流量和揚(yáng)程，選用立式管道離心泵80-250B型水泵，（額定流量：20m3/h， 額定揚(yáng)程：30 mH2O，額定功率為15kw，轉(zhuǎn)速：2900r/min，泵進(jìn)、出口公稱直徑DN80）。 9、冷凍水系統(tǒng)的選擇 因?yàn)楸局评湎到y(tǒng)選用直接蒸發(fā)式冷風(fēng)機(jī)作蒸發(fā)器，所以不需冷卻水系統(tǒng)。10、管徑的計(jì)算 由上面計(jì)算得，制冷劑在總管內(nèi)流量，=0.27， =0.087， 排氣管內(nèi)制冷劑流速，吸氣管內(nèi)流速，冷凝器內(nèi)水流速，流量為，蒸發(fā)器風(fēng)速，風(fēng)量為 。由公式：（計(jì)算各個(gè)管徑如下：） （10-1）吸氣水平管： （10-2） 代入數(shù)據(jù)有： 選用吸氣立管：查R717上升吸氣

20、立管最小負(fù)荷圖得選用排氣管： （10-3） 代入數(shù)據(jù)有： 選用在分管中的流量排氣分管： （10-4） 代入數(shù)據(jù)有： 選用吸氣分管： （10-5） 代入數(shù)據(jù)有： 選用 由于采用直接空冷式蒸發(fā)器，所以不用計(jì)算管徑。肋片間距由蒸發(fā)器型號(hào)決定。11、其它輔助設(shè)備的選擇計(jì)算11.1、膨脹閥的選擇由于該制冷系統(tǒng)屬于小型氨制冷系統(tǒng)，毛細(xì)管做節(jié)流閥。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選毛細(xì)管選用1.2mm內(nèi)徑，長為0.6m無縫鋼管，電磁閥選用DC80型。11.2、貯液器的選擇計(jì)算 貯液器的容積按制冷劑循環(huán)量進(jìn)行計(jì)算，但最大貯存量應(yīng)不超過每小時(shí)制冷劑總循環(huán)量的1/31/2。同時(shí)，應(yīng)考慮當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，貯液器內(nèi)的液體制冷劑因受熱膨脹造成

21、的危險(xiǎn)，鼓其貯存量一般不超過整個(gè)容積的70%80%。 貯液器的容積按下列公式代入數(shù)值計(jì)算： （11-1） 選用配套的ZA0.5B 可知其容積為： 0.5 0.3 滿足要求。11.3、油氨分離器的選擇計(jì)算 油分離器筒體直徑： （11-2） 代入數(shù)值計(jì)算有： 選用壓縮機(jī)配套的 YF40油分離器。 直徑為400mm 370mm 滿足要求。11.4、氣液分離器的選擇計(jì)算 氣液分離器的桶體直徑按下列公式計(jì)算： （11-3） 代入數(shù)據(jù)計(jì)算有： 選用配套的 AF65 桶體的氣液分離器。11.5、集油器的選擇計(jì)算 集油器的選擇是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)冷凍站的制冷量為100 300 KW 時(shí)，選用120mm的集 油器一臺(tái)。 因此，選用型號(hào)為：JY100集油器。11.6、不凝性氣體分離器的選擇計(jì)算 當(dāng)冷凍站標(biāo)準(zhǔn)工況下的制冷量小于1163KW時(shí)，宜采用一臺(tái)小號(hào)（桶體直徑為108mm）空氣分離器。 因此，根據(jù)以上條件可知：KF32B，即可滿足要求。 12、制冷機(jī)組與管道的保溫 由于這里是氨制冷系統(tǒng)，氨易燃易爆，這里用自熄型聚苯乙烯泡沫塑料，由于管徑最大為150mm，最小為50mm，按經(jīng)驗(yàn)選20mm厚的自熄型聚苯乙烯泡沫塑料，包裹在DN50裸露管外,50mm厚的包裹