第三章 制冷壓縮機與設備的選型計算

第三章制冷壓縮機與設備的選型計算

本章主要講述制冷壓縮機、換熱設備、輔助設備的選型依據(jù)和選擇計算方法。制冷裝置設計編輯課件第一節(jié)制冷壓縮機的選型計算一、制冷壓縮機的選擇原那么1.壓縮機的制冷量制冷量應與制冷裝置的機械負荷相等或接近，相近蒸發(fā)溫度的冷間可能把必需的制冷量集中在一個機組中，按不同的蒸發(fā)溫度系統(tǒng)分別選配壓縮機，盡可能使每臺〔組〕壓縮機分別提供一種蒸發(fā)溫度，以確保制冷系統(tǒng)運行可靠、經(jīng)濟合理。2.型式當機械負荷較大時，應選用大型壓縮機。3.臺數(shù)同一制冷系統(tǒng)中如需多臺壓縮機，應選同一系列，且臺數(shù)要適宜。4.壓縮級數(shù)冷凝壓力與蒸發(fā)壓力的比值，如對NH3＞8，氟利昂＞10時，應采用雙級壓縮5.電動機壓縮機在不同的工況下運行，消耗的功率不同，壓縮機配用電動機的功率應按照運行的工況校核。對在變工況下工作的壓縮機應按最大軸功率工況選配電動機。編輯課件二、計算參數(shù)確實定1.蒸發(fā)溫度to確實定根據(jù)儲存物品的種類、冷藏工藝的需要和對冷間溫、濕度的要求，確定合理的計算溫差，從而確定蒸發(fā)溫度。2.冷凝溫度tk確實定冷凝溫度與冷凝器的形式、冷卻方式、冷卻介質的溫度等有關，3.吸氣溫度tx確實定壓縮機的吸氣溫度是指壓縮機吸氣閥處的溫度，與系統(tǒng)的供液方式、吸氣管的長度、吸氣管的管徑、隔熱情況、冷間內的熱負荷大小和系統(tǒng)供液量等因素有關。4.過冷溫度tg確實定制冷循環(huán)中液體在節(jié)流前過冷，可以提高系統(tǒng)的經(jīng)濟性，但要考慮具體條件，進行技術經(jīng)濟分析來確定是否采用液體過冷。第一節(jié)制冷壓縮機的選型計算編輯課件第一節(jié)制冷壓縮機的選型計算三、往復式壓縮機的選型1.結構形式的選擇〔1〕單級活塞式壓縮機開啟型活塞式制冷壓縮機主要用NH3、R22、R404A、R407C和R134a等制冷工質，半封閉壓縮機主要用R22、R502、R404A、R407C、R134a、R290、R600a和CO2制冷工質全封閉型活塞式壓縮機主要用R22、R404A、R407C、R134a和R600a等制冷工質〔2〕雙級活塞式壓縮機〔3〕壓縮機組編輯課件第一節(jié)制冷壓縮機的選型計算2.選型計算〔1〕單級壓縮機的選型計算①按壓縮機的理論輸氣量選型機械負荷壓縮機的理論輸氣量②按壓縮機的標準工況制冷量選型③按壓縮機的性能曲線選型④按壓縮冷凝機組的性能選擇圖3-1單級壓縮制冷循環(huán)壓焓圖編輯課件第一節(jié)制冷壓縮機的選型計算2.選型計算(2)雙級冷庫用低溫壓縮機的選型計算確定最正確中間溫度的方法①從制冷循環(huán)的計算確定最正確中間溫度按下式計算中間壓力近似值，對應的飽和溫度即為中間溫度在中間溫度的上、下按一定間隔選取假設干個中間溫度，對每個中間溫度的熱力循環(huán)，計算出理論制冷系數(shù)和高、低壓級壓縮機理論輸氣量之比。繪制ε=f〔tm〕、ξ=f〔tm〕曲線。確定最正確中間溫度值。②根據(jù)給定的高、低壓級壓縮機理論輸氣量之比確定中間溫度編輯課件〔3〕復疊式循環(huán)壓縮機的選型計算蒸發(fā)溫度/℃制冷劑（高溫循環(huán)/低溫循環(huán)）制冷循環(huán)型式≥-80R22/R23R22單級或雙級壓縮循環(huán)/R23單級壓縮循環(huán)R507/R23R507單級或雙級壓縮循環(huán)/R23單級壓縮循環(huán)R290/R23R290雙級壓縮循環(huán)/R23單級壓縮循環(huán)≥-55R290/CO2R290單級壓縮循環(huán)/CO2單級壓縮循環(huán)NH3/CO2NH3單級壓縮循環(huán)/CO2單級壓縮循環(huán)第一節(jié)制冷壓縮機的選型計算編輯課件第一節(jié)制冷壓縮機的選型計算圖3-7NH3/CO2復疊式制冷系統(tǒng)編輯課件第二節(jié)換熱設備的選型計算一、冷凝器的選型計算〔一〕結構形式的選擇〔1〕風冷式冷凝器風冷式冷凝器—適用于水源極為缺乏或不能用水冷的場合〔2〕水冷式冷凝器立式殼管式冷凝器—適用于水質較差、水源豐富的地區(qū)；臥式殼管式冷凝器—適用于水溫較低、水質較好的地區(qū)；板式冷凝器—適用于中、小型制冷裝置套管式冷凝器——主要用于小型商用制冷裝置中蒸發(fā)式冷凝器適用于缺乏水源或夏季室外空氣相對濕度較低的地區(qū)；編輯課件第二節(jié)換熱設備的選型計算〔二〕選型計算1.冷凝器傳熱面積(1)冷凝器的對數(shù)平均溫差⊿tm

(K或℃)編輯課件(2)冷凝器的傳熱系數(shù)K

由冷凝器的結構型式、制冷劑種類、冷卻介質的速度、溫度差、傳熱面上的污垢系數(shù)、傳熱管的材質等因素所支配。

表3-10氟里昂冷凝器的K與qF值選取范圍

冷凝器種類傳熱系數(shù)[W/（m2·K）]單位面積熱負荷qF（W/m2）備注水冷式冷凝器

臥式（翅片管）800~9004500~5000Δtm=5℃套管式11003500~4000Δtm=5℃空氣冷卻式冷凝器強制通風式

24~28240~280Δtm=8~12℃自然對流式

5.8~9.3

蒸發(fā)式冷凝器580~7501400~1800Δtm=2~3℃第二節(jié)換熱設備的選型計算編輯課件(3)冷凝器的熱負荷Qk

第二節(jié)換熱設備的選型計算有以下三種計算方法：圖3-12R717冷凝器的負荷系數(shù)ψ對于空氣冷卻式冷凝器，也可由下式計算的名義制冷量來選擇：編輯課件第二節(jié)換熱設備的選型計算2.冷凝器的冷卻介質流量冷凝器中制冷劑蒸氣釋放的熱量Qk被冷卻介質帶走。根據(jù)熱平衡，對空氣冷卻式和水冷式冷凝器，冷卻介質的流量可由下式計算求出：3.流動阻力臥式殼管式冷凝器空氣冷卻式冷凝器編輯課件〔三〕水冷卻塔水冷卻塔的作用使水冷式冷凝器中冷卻水吸收的制冷劑蒸發(fā)而吸收的熱量，通過外表蒸發(fā)及與空氣接觸進行熱交換后排放到環(huán)境當中，使冷卻水的溫度降低下來，供冷凝器循環(huán)使用，以到達節(jié)約用水的目的。冷卻塔與水冷式冷凝器的管線連接見圖3-13、圖3-14。第二節(jié)換熱設備的選型計算圖3-13冷卻塔與水冷式冷凝器的管線連接圖編輯課件第二節(jié)換熱設備的選型計算3.冷卻水系統(tǒng)設備的選型計算〔1〕冷卻塔的選型——選型參數(shù)冷卻范圍冷卻塔中進水溫度與出水溫度之差；冷幅高出水溫度與空氣濕球溫度之差；熱負荷——冷卻塔的熱負荷Q可由下式計算：式中：G－被冷卻水的質量流量〔kg/s〕；Cp－被冷卻水的比熱容〔KJ/kg·K〕；t1、t2－分別是被冷卻水的進出口溫度〔℃〕。編輯課件第二節(jié)換熱設備的選型計算3.冷卻水系統(tǒng)設備的選型計算〔2〕水泵的選型根據(jù)冷卻塔的熱負荷確定循環(huán)水量，通常冷卻塔的冷卻能力在〔0.15m3/h〕/〔kW熱負荷〕～〔0.2m3/h〕/〔kW熱負荷〕之間〔或是0.68m3/h～0.91m3/h/冷卻塔噸〕。選用管材和管徑。根據(jù)工作條件可以使用鍍鋅鋼管、L型銅管和CPVC塑料管等，管徑的大小以水在管內的流速不超過2.4m/s為宜。確定管路系統(tǒng)中的閥門和配件的數(shù)量。計算管路中的沿程阻力損失和局部阻力損失。編輯課件第二節(jié)換熱設備的選型計算二、蒸發(fā)器的選型計算結構形式的選擇〔1〕冷卻空氣式蒸發(fā)器在商用制冷裝置中自然對流型空氣冷卻蒸發(fā)器主要有管板式、吹脹式和冷卻排管等幾種。冷風機工作在空氣露點以下、0℃以上的冷卻空氣式蒸發(fā)器凝結水的處理方法之一見圖3-15.〔2〕冷卻液體式蒸發(fā)器這類蒸發(fā)器包括殼管式、水箱式和套管式三種型式。殼管式蒸發(fā)器有滿液式與干式兩種，水箱式蒸發(fā)器也有直立管式、螺旋管式及蛇管式等幾種型式。編輯課件第二節(jié)換熱設備的選型計算2.選型計算〔1〕蒸發(fā)器傳熱面積F蒸發(fā)器的傳熱溫差△t直接冷卻：傳熱溫差為被冷卻空氣溫度與制冷劑蒸發(fā)溫度之差間接冷卻：傳熱溫差可按對數(shù)平均溫差進行計算。蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)K隨著蒸發(fā)器結構的不同而有不同的計算公式編輯課件第二節(jié)換熱設備的選型計算3.通過蒸發(fā)器的風量及載冷劑流量的計算〔1〕冷卻空氣式蒸發(fā)器的風量〔2〕在冷卻液體式蒸發(fā)器中，載冷劑〔水、鹽水等〕的循環(huán)量編輯課件第二節(jié)換熱設備的選型計算三、中間冷卻器的選型計算中間冷卻器用于雙級或多級壓縮制冷系統(tǒng)中，用來降低低壓級的排氣溫度，使高壓液體進一步過冷，以提高制冷系統(tǒng)的產冷量。通過計算內部蛇形盤管的冷卻面積和筒體直徑來選型。中間冷卻器的選擇應滿足兩個條件：氣體通過中間冷卻器橫截面的流速應滿足氣液別離的作用，一般流速不大于〔0.5～0.8〕m/s；傳熱面積應滿足液體制冷劑過冷的要求，且盤管內的流速不大于0.4～0.7m/s。編輯課件第二節(jié)換熱設備的選型計算1.冷卻面積的計算2.中間冷卻器筒體直徑的計算所選的中間冷卻器應符合冷卻面積和筒體直徑兩項指標的要求。

壓縮機高壓級的理論輸氣量〔m3/h〕中間冷卻器中的氣體流速，可取0.5m/s。蛇形管的出液溫度〔℃〕編輯課件四、回熱式熱交換器的選型計算回熱式熱交換器用于氟利昂制冷裝置中，從冷凝器或中間冷卻器來的高壓制冷劑液體與流出蒸發(fā)器的回氣進行熱交換，使液體過冷，蒸氣過熱。對小型氟利昂制冷裝置，如電冰箱，將供液管與回氣管綁或焊在一起構成結構簡單的回熱式熱交換器。第二節(jié)換熱設備的選型計算編輯課件第二節(jié)換熱設備的選型計算回熱式熱交換器的傳熱面積按下式計算：進熱交換器的制冷劑液體溫度出熱交換器的制冷劑液體溫度進熱交換器的制冷劑氣體溫度出熱交換器的制冷劑氣體溫度編輯課件第三節(jié)輔助設備的選型計算第三節(jié)輔助設備的選型計算一、液體儲存設備1.高壓儲液器高壓貯液器的選擇主要是確定容積，保證制冷裝置在運行時，最大貯液量小于容積的70%，最小貯液量大于容積的10%。大型儲液器中小型儲液器編輯課件第三節(jié)輔助設備的選型計算2.低壓循環(huán)貯液器低壓循環(huán)貯液器是用制冷劑泵強制供液制冷系統(tǒng)的重要設備，起著容納貯存制冷劑液體供給制冷劑泵，調節(jié)對蒸發(fā)器的供液和氣液別離，保證壓縮機平安地運行?！?〕低壓循環(huán)貯液器容積①下進上出系統(tǒng)②上進下出系統(tǒng)〔2〕低壓循環(huán)貯液器直徑編輯課件第三節(jié)輔助設備的選型計算二、別離捕集設備的選型計算1.油別離器ω：油別離器內的氣體流速，填料式油別離器，ω=0.3～0.5m/s其他形式油別離器，ω≯0.8m/s編輯課件第三節(jié)輔助設備的選型計算2.氣液別離器氣液別離器的作用是使混合的氣體和液體制冷劑進行別離，按照不同的蒸發(fā)系統(tǒng)分別設置，并按設置位置的不同，分為機房氣液別離器和庫房氣液別離器。機房氣液別離器庫房氣液別離器編輯課件第三節(jié)輔助設備的選型計算三、節(jié)流機構節(jié)流機構的作用是為蒸發(fā)器提供適量的制冷劑液體，同時又維持系統(tǒng)高、低壓側的壓力差，保證蒸發(fā)器中適宜的蒸發(fā)壓力。〔1〕常用節(jié)流機構手動調節(jié)的節(jié)流裝置—手動膨脹閥；用制冷劑蒸氣過熱度調節(jié)的節(jié)流裝置—包括熱力膨脹閥及電子膨脹閥等；不能調節(jié)的節(jié)流裝置—恒壓膨脹閥和毛細管等；浮球調節(jié)閥?！?〕應用編輯課件第三節(jié)輔助設備的選型計算1.熱力膨脹閥熱力膨脹閥是反響敏捷、應用最廣泛的節(jié)流元件，可自動調節(jié)閥的開度，其控制的方法取決于蒸發(fā)器出口上的制冷劑蒸氣的過熱溫度和蒸發(fā)器中制冷劑的壓力。熱力膨脹閥的閥體應垂直布置在蒸發(fā)器入口的水平管路上，感溫包放置在蒸發(fā)器出口的水平管路上，溫包應與回氣管路充分接觸，以便更好地感受管內的制冷劑蒸氣的溫度。熱力膨脹閥是根據(jù)蒸發(fā)器出口的制冷劑蒸氣的過熱度的大小，成比例地調節(jié)閥的開度，改變制冷劑進入蒸發(fā)器的流量，以到達改變制冷量的目的。編輯課件第三節(jié)輔助設備的選型計算〔1〕熱力膨脹閥的型式選擇內平衡式熱力膨脹閥是通過閥體內部的通道，將膨脹閥出口〔即蒸發(fā)器進口〕的制冷劑的壓力傳遞給感應元件，適用于管內流動阻力較小的小型蛇管蒸發(fā)器。外平衡式熱力膨脹閥那么通過外平衡管，將蒸發(fā)器出口的制冷劑壓力傳遞給感應元件，用于蒸發(fā)器管路較長、管內制冷劑流動阻力較大及帶有分液器的場合。①熱力膨脹閥的型式選擇可按照表3-28中規(guī)定的壓力損失值來確定，當壓力損失小于規(guī)定值時采用內平衡式，反之，采用外平衡式。②多個熱力膨脹閥的并聯(lián)使用方法編輯課件第三節(jié)輔助設備的選型計算〔2〕熱力膨脹閥容量的選擇熱力膨脹閥的容量〔制冷能力〕，是指在某一壓力差作用下，處于一定開度的膨脹閥通過的制冷劑流量，在一定蒸發(fā)溫度下完全蒸發(fā)時所產生的制冷量。影響熱力膨脹閥的容量的因素包括：膨脹閥前后的壓力差、蒸發(fā)溫度和制冷劑的過冷度。(3)影響膨脹閥的因素熱力膨脹閥前后壓力差的影響蒸發(fā)溫度的影響制冷劑液體過冷度的影響熱力膨脹閥選用時必須根據(jù)制冷裝置的種類，蒸發(fā)溫度范圍及蒸發(fā)器熱負荷的大小選擇一定的型號、通徑和容量。通徑選擇過小，不能滿足制冷量的要求；而選擇過大，那么又調試困難。編輯課件第三節(jié)輔助設備的選型計算2.毛細管〔1〕毛細管的結構特點毛細管的管徑一般為0.6～2mm的等截面紫銅管，長度在0.5m以上。由于長度和小管孔徑產生高摩擦阻力及在毛細管中逐漸形成的閃發(fā)氣體而產生節(jié)流效果，使液體的壓力降至飽和壓力以下。毛細管的作用和熱力