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课程设计计算说明书
题目名称:空气调理用制冷技术
系别:城建系
专业:建筑环境与设施工程
班级:热专1
学号:2011
学生姓名:
指导教师:曲
职称:副教授
2013年1月10日
1
目录
1
二原始资料1
三设计内容及要求1
确立制冷系统总制冷量
Ⅱ.确立制冷剂种类和系统形式
Ⅲ.确立制冷系统设计工况
3
Ⅳ
选择压缩机和电机功率
5
Ⅴ
选择蒸发器
8
Ⅵ
选择冷凝器
8
Ⅶ
选择系统协助设施并计算制冷剂充灌量9
Ⅷ
确立系统调理控制方案12
四
附录13
五
参照文件
17
2
制冷课程设计
:
某校空调实验室改建,原有冷源已不可以够知足要求,拟定重修一单元制冷系统,供应空调实验台
合格的冷冻水(喷雾室和水冷式空气冷却器)。
:
,
冷冻水温度t=5~7℃。空调设计工况冷
冻水温度t=5℃,空调回水t=11℃。
0
=。最低负荷Qmin=37KW。
16℃深井水。
:夏天通风室外干球温度
30℃,℃,,大气压
P=751mmHg;
:
(1)4F-10***利昂制冷压缩-冷凝机组一台,标准制冷量为
28000千卡/时,空调制冷量60000
千卡/时,配用压缩机4F10;转数960转/分;配用电机型号
2
JO-72-6,功率22KW,电压380V,转
数970转/分;配冷凝器,卧式壳管式,面积
2
(武冷产品)。
(2)FW-30型满液式壳管式蒸发器一台,
冷却面积
30m2,筒外径Φ=400mm;管板间长度1800mm,
冷却管径Φ18×,管根数138;水通程10;进液管38mm,回气管Dg50mm。
3
(3)玻璃钢逆流式冷却塔一台,型号BNL-20型,冷却水量
W
t=5℃,M
W
M在水温降
在水温降
3
3
分,功率P=,塔高
t=6℃
,风机风量变11400m/h,转速n=930转/
2030mm,直径1350mm,进水直径
65mm,出水直径80mm,最大直径为1470mm填料高720mm.
:
Ⅰ.确立制冷系统总制冷量
制冷系统总制冷量包含空调冷负荷和制冷系统的冷量损失,此中空调冷负荷Q0max=
制冷系统总制冷量可表示为空调冷负荷乘以一个系数Φ0=A·Q0max
式中A=~,直接连结时系统冷损失小,A可取小值;间接连结时系统冷
失大,A应取大值。该系统为间接连结,所以A=,则Φ0=*=
Ⅱ.确立制冷剂种类和系统形式
㈠制冷剂种类的选择
常用的制冷剂有***利昂和氨两种,两种制冷剂的主要优弊端有:
***利昂:大部分***利昂自己无毒、无臭、不然,与空气混淆遇火也不爆炸;假如系统
中完满不含水分,***利昂对金属没有腐化性;只需不处于缺氧状态,***利昂对人体没有危害。所以,适用于公共建筑或实验室的空调制冷装置。可是,***利昂的放热系数低,价钱较高,极易浸透又不简单被发现;***利昂与水几乎不互溶,易出现“冰堵”现象,所以系统中必然设置干燥过滤装置;***利昂液体和润滑油能够很好的互溶,气体不溶于润滑油,必然设置回油问题。
氨:氨的传热性能强,价钱廉价。可是氨有激烈刺激性,对人体有危害且氨为可燃物,
当空气中氨的体积百分比达到16%~25%时,遇明火有爆炸的危险;氨的排气温度比较高,不适合高压缩比运行,也不适合吸气过热度太大的运行;氨会腐化铜及其合金、锌等金属资料,所
3
以氨制冷设施中不可以够有铜及其合金制造的管道和阀件等。
本制冷系统主要为供应实验室讲课和科研用供应冷冻水,人员密集且仪器精贵,宜采纳
***利昂制冷剂。又因为采纳空调机组制冷,蒸发温度比较低,应采纳***利昂R134a制冷剂。
㈡系统形式
蒸汽压缩式制冷理论循环有节流损失和过热损失,为了使膨胀阀前液态制冷剂有较
大的再冷读,同时又能保证压缩机吸入拥有必然过热度的蒸汽,常采纳蒸汽回热循环。但采纳
蒸汽回热循环,固然单位质量制冷能力有所增添,可是压缩机的耗功量
ΔωC也增添。所以,该种循环的理论制冷系数能否提升,则与制冷剂上的热物理性质有关。
一般来说,关于节流损失大的制冷剂如***利昂R12、R134a等是有益的,而对氨则不利。因为本
设计中采纳了***利昂R134a制冷剂,所以采纳回热循环系统形式是适合的。
综上所述,制冷剂采纳***利昂R134a,系统形式采纳回热循环。
制冷剂循环系统:
回热循环系统主要由制冷系统四大件和协助设施构成,并用管道将其连结起来。
1)压缩机:本设计采纳活塞式制冷压缩机,其结构能够归纳为机体、活塞及曲轴连杆机构、气缸套及进排气阀组、卸载装置、以及润滑系统。压缩机吸入的是过热蒸汽,进行干压缩。当压缩
机吸入湿蒸汽时会产生闪发气体占有汽缸有效空间,使制冷量降低。
2)冷凝器:冷凝器的作用是将制冷压缩机排出的高温高压气态制冷剂予以冷却、使之液化,以便制冷剂在系统中循环使用。该设计系统中采纳水冷式冷凝器。
3)蒸发器:蒸发器的作用是经过制冷剂压缩(沸腾),汲取载冷剂的热量,从而达到制冷目的。本设计采纳非满液式蒸发器液态制冷剂经膨胀阀进入蒸发器管内,跟着在管内流动,不停汲取
管外载冷剂的热量,渐渐汽化,故蒸发器内处于汽液共存状态;这类蒸发器固然战胜了满液式蒸发器的弊端,同时非满液式蒸发器能使润滑油很好的返回压缩机。
4)节流阀:节流阀是构成制冷系统的重要零件,其作用为:一方面对高压液态制冷剂液体进行节流,起降温降压的作用;另一方面调理供入蒸发器的制冷剂的流量,适应蒸发器热负荷变化。
5)油分别器:因为在压缩过程,制冷剂处于高温高压的过热状态,润滑油也会发生雾化,将与制冷剂一同进入冷凝器或蒸发器内就会在管壁上凝固一层油膜,影响冷凝及蒸发器的换热见效,故应在压缩机出口设油分别器。
6)干燥器:因为本设计采纳的***利昂系统,在膨胀阀吸进口前设干燥器能够系统中的水分在节流出口处发生“冰堵”现象,影响制冷系统循环。
7)过滤器:分别安装在节流阀处干燥器前和压缩机吸进口前防备杂质拥挤节流装置和保护压缩机汽缸的精度。
8)回热器:利用回热器能使膨胀阀前液态制冷剂有较大的再冷度减少节流损失,同时又能保证压缩机吸入拥有较大的过热度制冷剂蒸汽。
9)储液器:本系统储液器安装在冷凝器下面为高压储液器,在系统中起坚固制冷剂流量,
并可用来积蓄液态制冷剂。
:
依据用户需要状况不一样样,冷冻水系统可分为闭式系统和开式系统,开式系统需设置冷冻水箱和回水箱,系统水容量大,运行坚固,控制简单。闭式系统与外界空气接触少,能够减缓腐化现象,
4
再者闭式系统必然采纳壳管式蒸发器,用户侧应采纳表面式换热设施,而开式系统则不受这些限制,当采纳水箱式蒸发器时能够用它取代冷冻水箱和回水箱。因该冷冻水系统采纳水冷式空气冷却器与
外界空气直接接触应采纳开式系统。
冷却水系统:
合理地采纳冷却水源和冷却水系统对制冷系统的运行开销和初投资拥有重要意义。冷却水系统
形式可分为直流式、混淆式、循环式三种。前两种形式都有冷却水的排放,从环保的角度考虑,应尽
量降低制冷系统的水耗费量,故可采纳循环式冷却水系统,此种系统就是未来自冷凝器的冷却回水
先通入蒸发式冷却装置,使之冷却降温。此后再用水泵送回冷凝器循环使用。这样,只需少许补水
即可。考虑到机械通风冷却塔拥有冷却效率高,结构紧凑,使用范围广,并拥有定型产品可采纳的
长处,故蒸发式冷却装置选机械通风冷却塔。
机械通风冷却循环系统采纳机械通风冷却塔,冷凝器的冷却回水由上部北喷淋在冷却塔内的填
充层上,以增大水与空气的接触面积,被冷却后的水从填补层流至下部水池内,经过水泵再送回冷
却水机组的冷凝器中循环使用。冷却塔顶部装有通风机,使室外空气以必然的流速紫霞经过填补层,
以增添冷却见效。
润滑油系统
润滑油是活塞式压缩机必不可以少的润滑剂,而在压缩机高速运行不时高温的气缸壁会使一部分
润滑油在高温下雾化,并随高速的制冷剂气流走开压缩机进入制冷循环系统,假如进入泠凝器和蒸
发器等换热设施,就会传热面上形成油膜,使得传热性能恶化,并且压缩机内绝对不可以够缺乏润滑油,
为此系统中必然设置独立的油循环路径使润滑油很好的返回到压缩机的曲轴箱。
Ⅲ.确立制冷系统设计工况
㈠制冷循环参数
因为已知冷冻水出口温度为t2=5℃,空调回水温度即冷冻水进口温度为t1=11℃。蒸发温
度t0比被冷却液体的出口温度低4~6℃,此处取5℃。
则蒸发温度t0=5-5=0℃
由原始资料查得该地域夏天空气湿球温度为ts=℃,又冷却水进口温度比其高3~5℃,
此处取℃,则冷却水进口温度为tw1=+=30℃。而冷凝温度与冷却水进口温度又有7
14℃的温差,此处取10℃
则冷凝温度tk=30+10=40℃
3.
确立过热度
总过热度是又由热力膨胀阀过热度和回热器过热度构成的,
即
tsh=
‘
+
’‘
,取12~
tsh
tsh
18℃。
此中热力膨胀阀过热度
‘
‘
’‘
’'
‘
+4=0+4=4℃,若取
tsh
=t1
-t1=3~5℃,若取4℃,则t1
=t1
总过热度为16℃,则回热器过热度为
12℃,则t1=t1
‘+16=16℃
4、回热循环系统压焓图各状态点以下所示:
5
(二)制冷循环过程
1'~1为过热过程:此中
1'~1''为热力膨胀阀的过热过程,发生在蒸发器内,
1''~1为
回热器的过热过程;1'点表示出蒸发器出口时的饱和状态;
1''点为进入回热器的过热蒸汽状态;
1点为压缩机进口处的过热蒸气状态。
1~2表示制冷剂在压缩机中的等熵压缩过程;
2点为压缩机出口的制冷剂蒸汽状态点。
2~3为制冷剂的放热过程:此中
2~3‘过程为制冷剂在冷凝器中的降温冷凝过程;
3~3’为制
冷剂在回热器中的过冷过程;
在整个放热过程中制冷剂的压力保持不变且等于冷凝温度下饱和压力。
点为热力膨胀阀前液系统冷剂的状态点。
3~4表示制冷剂在节流过程中压力和温度的降低,但焓值保持不变,且进入两相区;4点为蒸
发器进口制冷剂的状态。
4~1‘表示制冷剂在蒸发器中的沸腾吸热过程。
(三)依据压焓图查得图中各状态点的参数以下表所示
状
温度
绝对压
比
焓
比
熵
比
容
态点
(℃)
(MPa)
(KJ/Kg)
(KJ/Kg·K)
3
(m/Kg)
1‘
0
399
1‘'
4
404
1
16
412
2
58
438
3‘
40
256
3
36
248
4
0
248
(四)依据各状态点参数值进行制冷理论循环的热力计算:
1、依据回热器热力平衡:h1-h1’'=h3’-h3,∴h3=h3’-(h1-h1’),得h3=248KJ/Kg,由节流前后焓
6
值不变得:h4=h3=248KJ/Kg
2、单位质量制冷能力:q0=h1''-h4=404-248=156KJ/Kg
3、总制冷量:0==×=
Φ0
4、制冷剂质量流量:
M=
=156
=s
r
q0
5、冷凝器热负荷:
Φk=Mr(h2-h3’)=*(438-256)=
6、压缩机理论耗功率:P=M(h-h)=*(438-412)=
th
r21
7、理论制冷系数:ε
th=
Φ
=
=
0
Pth
Ⅳ选择压缩机和电机功率
压缩机的选择计算,主假如依据制冷系统的总制冷量及系统的设计工况,确立压缩机种类、型号和台数,最后要校核压缩机所配置电机的功率。
①压缩机种类的选择
当前,用于大中型制冷系统的压缩机主要有三种,分别为活塞式制冷压缩机、螺杆式制冷压缩
机、离心式制冷压缩机。三种制冷压缩机的特色和适用条件见下表。
压缩机种类
活塞式
螺杆式
离心式
单级最大压缩比
10
20
单系统冷量(kw)
30~580
60~2730
703~4222
最大排气压力(bar)
最高排气温度(℃)
120~150
90~105
75
单级最大进、出口压差
14
18
(bar)
参照有关设计规范:制冷量大于1758kw时宜采纳离心式;制冷量在1054~1758kw时宜采纳螺杆
式或离心式;制冷量在700~1054kw时宜采纳螺杆式;制冷量在116~700kw时宜采纳螺杆式或来往式;制冷量小于116kw时宜采纳活塞式或涡旋式。
开启式、关闭式、半关闭式活塞压缩机的比较
项
关闭式
备
开启式
半关闭式
目
注
功
~45
~15
~120
率
不方便维
修,如需维修则
可
方便维修需损坏压缩机外方便维修
维修性
壳。维修以前不
方便维修打价
7
因为电机与压缩机用轴
因电机和压
因电机和压
传动,故机组内的冷冻机油和
系
缩机在一个壳体
缩机在一个壳体
冷媒不可以防备的产生泄漏问
统泄漏
内,不存在泄漏
内,不存在泄漏
题,需常常增添冷媒和冷冻机
问题
问题
油。
是
否需要
需要
不需要
不需要
轴封
是
开启式压缩机因为电机
否存在
轴与压缩机轴温度不一样样造成
不存在
不存在
轴对中
不一样样膨胀量而惹起轴不对中、
的问题
损坏轴封的问题
因为开启式压缩机的电
主
机冷倒是靠空气冷却,电机散
只需要做普
只需要做普
机房降
发的热量所有散入到主机房,
通的通风办理,
通的通风办理,
温办理
考虑到机组的运行和操作人
以供应新风
以供应新风
举措
员的原由,故主机房必然做降
平和通风办理。
关闭型电机
关闭型电机
采纳独立的制冷
采纳独立的制冷
剂回路冷却电
剂回路冷却电
机,效率高并且
机,效率高并且
电机工作温度低
电机工作温度低
电
而坚固,更好地
而坚固,更好地
空气冷却,效率不坚固,
保证了机组的稳
保证了机组的稳
机冷却
不坚固且电机简单污损
定性,延伸了电
定性,延伸了电
方式
机寿命,同时根
机寿命,同时根
本解决了困扰开
本解决了困扰开
启式电机的漏
启式电机的漏
油、漏***和轴不
油、漏***和轴不
对中等一系列问
对中等一系列问
题
题
运
因电机外露,噪音大
噪音较小
噪音小
转噪音
用
制冷装置、热泵、汽车空
制冷装置、
电冰箱、空
途
调
热泵、汽车空调
调器
综合考虑经济﹑制冷要求、采纳的制冷工质﹑运行管理及对制冷量调理等方面的要素,本制冷系统采纳半关闭活塞制冷压缩机。
②、压缩机级数的选择
压缩机级数应依据设计工况的冷凝压力与蒸发压力之比来确立。一般若以***利昂为制冷剂,当Pk/P0≤10时,应采纳单级制冷压缩机;不然应采纳两级压缩机。
8
关于本设计制冷系统中,Pk/P0==≤10,所以,本设计制冷系统采纳单级压缩。
③选择压缩机
依据压缩进口的活塞排量选择其型号
V
h
01
由Φ0=ηV
·q0,得Vh=Φν
ν1
q0ηv
此中ηv=P2
=
、p2——分别为压缩机的吸气压力和排气压力。
P
1
m——多变指数,关于***利昂制冷剂R134a,m=
则压缩机的活塞排量为:
*
3
V=
=m/s=h
h
*156
依据设计任务书供应的压缩机系列可选以下型号的压缩机
汽缸直
活塞行
额定转
理论输
汽缸数
数
胸襟
系列号
径
程
目
(转/
(mm)
(mm)
(m3
/h)
分)
70系列
8
70
50
1440
实验室原有的压缩机型号为
4F10,转数为
960转/分,故不可以采纳原有的压缩机,需采买型号匹
配的压缩机。
(二)电机功率计算
压缩比:Pk
=P2
==
P0
P1
由压缩比查得指示功率:
i
由压缩比查得摩擦功率:
m
pe
V
h2h1
1
电动机轴功率:
ηVh
=~
1
im
d
d
ν
ηη
η
电动机采纳三角皮带连结
d=,取余量附带系数为
*
*
438
412
所以:p=*
=
d
**
*3600
设计指导书供应的电动机型号
JO—72—6为功率为22KW,电压为
380V,转数为
970转/分。由
上述计算可知原有电动机仍旧能够使用,所以仍旧采纳原有电动机。
Ⅴ选择蒸发器
蒸发器的选型计算
9
由前述可知蒸发器中冷却水进口温度t1=11℃,其出口温度t2=5℃,由蒸发温度t0=0℃,
可计算出蒸发器内制冷剂与冷冻水的对数均匀温差
t1t2115
tm===℃
t0-t1㏑0-11
t0-t20-5
蒸发器的传热面积为A
0
㎡
k
tm
Φo——蒸发器制冷量
K——蒸发器导热系数,关于非满液式壳管蒸发器,热互换形式为***利昂—水,K为450~550w/(㎡·k),取K为500w/(㎡·k).
得蒸发器的传热面积为A=
Φ0
*1000=
=
K*Δt
500*
m
原有蒸发器A﹦30㎡知足设计要求,但原有蒸发器属于满液式应试虑回油问题
.考虑到回油问题
应采纳非满液式蒸发器。应采纳卧式壳管式蒸发器。它的冷却面积
35㎡,外径
416mm,管板间长度
1900mm,,冷却管外径*内径*根数=21136,:进液Dg25,回汽Dg50,冷却管为
螺纹管,肋化系统=,纹高,每米纹数625个,螺纹翅端外径21mm,螺纹管外径*内径18*.每米管长表面面积㎡/m,内表面积㎡/m.
Ⅵ选择冷凝器
冷凝器内冷却水的进出口温差可取4~10℃,故取其温差为5℃,所以,冷凝器内制冷剂
的均匀对数温差为:
t2
t1
tm
tk
t1
ln
tk
t2
由前述已定,冷却水进口温度t1=30℃,则其出口温度t2=30+5=35℃,所以可计算得:
35
30
=℃
t=
m
40-30
40-35
冷凝器的面积:
A
k
kctm
Φk——冷凝器的热负荷,Φk=Mr(h2-h3’)=*(438-256)=
Kc——冷凝器传热系数,关于卧式壳管式冷凝器,制冷剂种类为***利昂(低肋管),Kc
为700~900w/(㎡·k),取Kc为800w/(㎡·k).
得:冷凝器的面积:
A
k
=*1000=
kc
tm
800*
10