20KW水冷工业冷却机组

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1、本科毕业设计论文题 目20KW冷水工业冷却机组目录中文摘要I英文摘要II1绪论11.2冷水机组国外现状12系统制冷剂及其工况的确定22.1系统制冷剂的选择22.2系统工况的确定33系统压缩机的选择及循环热力计算33.1设计系统的运行条件33.2谷轮压缩机的运行工况53.3压缩机制冷量的校正63.4循环热力计算84冷凝器的设计计算94.1冷凝器热负荷的计算104.2冷凝器传热管的选择及参数计算104.3冷凝器的冷却水流量104.4计算管外R404A蒸汽冷凝表面传热系数104.5管流体传热系数114.6计算所需的传热面积134.7计算冷却水侧流动阻力135冷却塔的选择计算145.1选型计算145.

2、1.1冷凝塔热负荷的确定145.1.2所需冷却水循环量及相关参数的确定145.2冷却塔的选择及校正155.2.2冷却水的冷却度155.2.3冷却塔的出水温度与空气湿球温度的温差155.3冷却水损耗量的计算156热力膨胀阀的选择计算176.1热力膨胀阀流量的计算176.2热力膨胀阀的校正197蒸发器的设计计算197.1制冷剂物性的确定197.2换热板片的选定207.3制冷剂侧的传热系数的计算207.4载冷剂侧的传热系数的计算227.4.1载冷剂的选择227.4.2乙二醇溶液物性的确定227.4.3载冷剂流量的计算237.4.4传热系数的计算237.5板片壁导热热阻的确定237.6蒸发器总传热系数

3、与板片数的确定247.7壁温的校正257.8蒸发器压降的计算257.8.1制冷剂侧的压降计算257.8.2载冷剂侧的压降计算267.9蒸发器的结构的规划268系统其它附件的选择278.1贮液器的选择278.2手动截止阀的选择288.3过滤干燥器的选择298.4视液镜的选择308.5电磁阀的选择318.6水泵的选择338.6.1冷却水循环水泵的选择338.6.2载冷剂循环水泵的选择348.7压缩机冷却风扇的选择358.8压力继电器的选择368.9压差继电器的选择388.10压缩机避震管的选择398.11流量继电器的选择40结束语42致谢43参考文献44附录4646 / 5320KW水冷工业冷却机

4、组摘要冷水机组的结构主要是一套制冷设备,常见的制冷机有往复活塞式、螺杆式、蜗旋式、离心式及溴化锂吸收式。随着现代工业的不断发展进步,和人们生活质量的不断提高,冷水机组在工业和集中空调中的应用也越来越多。在工业中,冷水机组主要应用于产品的生产工业过程；在生活中,主要应用于各种类型建筑的集中空调系统,给人们创造一个舒适的生活工作环境。冷水机组主要是由压缩机、冷凝器、蒸发器、节流机构这四大部件组合而成,所以本次设计主要着重于系统压缩机的选择计算,壳管式冷凝器的设计计算,板式蒸发器的设计计算以及节流阀的选择计算。与此同时,对于一个水冷式冷水机组而言,为保障制冷机组的高效运行一些系统的附件也是不可缺少的

5、,如冷却塔、贮液器、电磁阀、干燥过滤器,视液镜等。关键词冷水机组/压缩机/壳管式冷凝器/板式蒸发器/冷却塔20KW WATER-COOLED INDUSTRIAL CHILLERABSTRACTThe main structure of the chiller is a refrigeration equipment,reciprocating piston, screw, vortex, centrifugal and lithium bromide absorption is the Common refrigerator . Water-cooled chiller applicatio

6、n in industry and central air conditioning is more popular then before with developing industry in modern and improving the life quality of people. Water-cooled is mainly used in the production unit of industrial processes in industry,and mainly used in all types of building air conditioning system,

7、 to the people to create a comfortable living and working environment in life.Water-cooled chiller primarily composition by the four parts: compressor, condenser, evaporator, throttle body, therefore, the main focus of this design are the choice of the system compressor, design calculation of shell

8、and tube condenser , design calculation, design calculation of plate evaporator and the choice of throttle. For the purposes of a water-cooled chiller to protect the efficient operation of refrigeration units annex some of the system is also indispensable, such as cooling towers, liquid receiver, el

9、ectromagnetic valve, dry filter, liquid mirror and so on.KEY WORDSWater-cooled chiller,Compressor,Shell and tube condenser,Plate evaporator,Cooling tower1绪论1.1冷水机组概况冷水机组是将压缩机、冷凝器、蒸发器、节流机构、控制器件、仪器仪表组装在一个整体的钢架上,外部只需接上冷水管、冷却水管路系统和电源即可使用。冷水机组一般使用在空调机组和工业冷却中,在空调系统中将冷冻水分配给各末端设备换热器以冷却或加热在其各自的空间以给人创造一个冬夏舒适的

10、工作、生活环境,然后冷冻水重新回集到蒸发器冷却1；在工业生产中,冷水机广泛运用于食品、制药、医疗、玻璃、塑胶、焊接、电镀等各个领域。冷水机组若按制冷机组冷凝器的冷却方式来分,一般分为水冷式和风冷式两种。水冷式冷水机组是用水冷却高压气态制冷剂,使之冷凝。采用水冷式冷凝器可以得到比较低的冷凝温度, 这对于制冷系统的制冷能力和运行经济性均较为有利。因此,目前多采用此种制冷方式。而风冷式冷水机组是利用空气使气态制冷剂冷凝,无需冷却塔、冷却水循环管路,因此系统简单,特别适用于水源缺乏,用水有限制的地方。因此,近几年来,风冷式冷水机组机组的选用在我国有增加的趋势2。若按制冷机组的压缩机形式分,大至可分为活

11、塞式、螺杆式、离心式等,其中活塞式冷水机组体积小、效率高、维修方便,价格低,加工容易,技术成熟,通常多机并联,适应于变工况条件,因此在中、小冷量围得到广泛应用；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,运行寿命长,可靠性高,排温低,容积效率高,操作简单,易于实现自动化等特点,在大、中冷量围得到广泛应用,并且有向活塞式冷水机组应用的小冷量围和离心式冷水机组应用的大冷量围扩展的趋势；而离心式冷水机组具有动平衡特性好,运行平稳,振动小,噪声低；易损件少,故障少,工作可靠,寿命长,维护费用低；制冷量大,性能系数高,结构

12、紧凑,体积小,重量轻, 占地少；自动化程度高,制冷量调节方便和围宽等特点,广泛使用在各种大型空调系统中3。1.2冷水机组国外现状我国冷水机组的制造是20世纪50年代末期才发展起来的,从20世纪50年代的仿制开始到60年代的自行设计制造,并制定了比较系统的冷水机组产品系列和标准,以后又开发了各种形式的冷水机组产品。随着中国经济的发展,冷水机组以其大制冷量、高效率而快速发展4。目前,制冷机组行业已具有品种比较齐全的大、中、小型冷水机组产品系列及相关技术标准,并已经形成有一定基础的科研、教学、设计、生产制造和营销管理体系,正在缩小与国外先进水平的差距。在国外一些发达国家,冷水机组的生产研发技术已经成

13、熟。美国是商业用冷水机组的最大市场,由于因较冷的气候故美国总的冷水机组的发展趋势是风冷式冷水机组而非水冷式冷水机组,发展涡旋式和螺杆式冷水机组而非传统的活塞式冷水机组,发展钎焊的板式换热器,而非壳管式换热器。世界著名的顶级4家美国制冷机组制造商-开利、特灵、约特、麦克维尔,现正向着大制冷量、高效能的离心式冷水机组发展5。1.3课题研究的意义在制冷行业中的制冷机除去最开始的那二十多年的市场暴利,现在基本上已经进入到了一个价格透明、市场饱和的阶段。各种制冷机的市场利润都已经与八十年代不可同日而语。但在这样的市场竞争中,工业冷水机组还保持着相当快的上升势头。相比与其它制冷机,工业冷水机组的应用围广泛

14、。除了制冷行业外,工业冷水机组还被大量的应用于暖通空调、电镀、冶金冶炼、电子、制塑、化工等其它行业。由于其跨行业使用,所以工业冷水机组具有较大发展空间。2系统制冷剂及其工况的确定2.1系统制冷剂的选择根据任务书的要求可以选择制冷剂R22、R134a、R404A,由于R22将在近几年被限制和禁用,而R134a为中温制冷剂其单位制冷量小于R404A,故本次设计选用的制冷剂为R404A6。其基本的热力性质如下表：表2-1制冷剂热力性质冷媒名称R-404A分子量97.6沸点1atm/ -46.8临界温度/ 72.1临界压力/ kPa 3732续表2-1饱和蒸气压25/ kPa1255汽化热/蒸发潜热沸

15、点下,1atm/ kJ/kg207破坏臭氧潜能值ODP 0全球变暖潜能值 3800ASHRAE安全级别 A1无毒不可燃2.2系统工况的确定我国标准/T7666-1995 制冷和空调设备名义工况一般规定规定了容积式制冷压缩机及机组和压缩冷凝机组、容积式和离心式冷水机组、单元式空调机、房间空调器等的名义工况。根据任务书的要求及参考容积式制冷压缩机及机组的名义工况,此次设计的运行工况如表2-2所示：表2-2设计系统运行工况蒸发温度/-25冷凝温度/ 49吸气温度/ 5液体温度/ 413系统压缩机的选择及循环热力计算3.1设计系统的运行条件 制冷剂：R404A 蒸发温度：t0 = -25 吸气温度：t

16、1=5 冷凝温度：tk=49 过冷液体温度：t5=41根据任务书要求液体载冷剂出口温度为-20,故将循环过热度定为有效过热3无效过热27。系统循环如图3-1所示。图3-1系统P-H循环图查R404A的P-H图得：P1=2.528102KPa P2=2.2518103KPah1=357.67 KJ/Kg h1=378.38 KJ/Kgh2=429.34 KJ/Kg h5=264.83 KJ/Kg1=0.08936 m/KgS1=1.721 KJ/系统的压比： 3-1工质单位制冷量： 3-2系统有效工质单位制冷量： 3-3设理论容积输气量为,则实际容积输气量为,因此系统所需的制冷剂的质量流量为：

17、3-4根据任务书可知系统所需的有效制冷量Q0 =20KW,故所需压缩机的制冷量为： 3-5由公式 3-6可知设计系统所需的实际制冷剂的输气量为： 3-73.2谷轮压缩机的运行工况 制冷剂：R404A 蒸发温度：t0= -25 吸气温度：t1=20 冷凝温度：tk=50 液体过冷度：t=0其P-H循环如图3-2所示图3-2谷轮半封闭活塞压缩机P-H循环图查R404A的P-H图得：P1=2.528102KPaP2=2.3029103KPah1=391.09 KJ/Kg h2=446.42KJ/Kgh5=284.14 KJ/Kg1=0.09435 m/KgS1=1.780 KJ/压缩机压比： 3-8

18、工质单位制冷量： 3-9 同理设压缩机的理论容积输气量为,则实际容积输气量为,因此压缩机所能排出的制冷剂质量流量为： 3-10由公式： 3-11可知压缩机的实际制冷剂的输气量为： 3-12 试选谷轮压缩机6SHH一350E,制冷量Q0 =22.6KW 电机功率Pe=17.8KW此压缩机的实际输气量为： 3-13由于此压缩机的实际输气量比设计系统所需的输气量大且相差不大故可用。3.3压缩机制冷量的校正 将所选的压缩机的实际输气量带入设计系统压缩机的制冷量计算公式： 3-14 设计系统的有效制冷量Q0为： 3-15若此压缩机符合所设计的系统的要求的话,那么装入此压缩机后,系统的排气压力将变为： 3

19、-16 因此系统的冷凝温度也将从49上升至50,如图3-3所示,而系统P-H图上的5点焓值也将由264.83KJ/Kg 上升至266.68KJ/Kg ,即h5=266.68KJ/Kg,故系统工质单位制冷量变为： 3-17图3-3选用压缩机后系统的P-H循环图系统有效工质单位制冷量变为： 3-18故压缩机在系统运行的工况下的真正制冷量为： 3-19而系统的有效制冷量Q0为： 3-20 因此,此压缩机符合设计系统的要求故可用。压缩机的相关技术参数如表3-1：表3-1压缩机的相关参数型号6SHH一350E名义功率马力35汽缸数6缸径*行程毫米68.3*55.6排气量立方米/小时106启动电路安培38

20、0V 3PH 50HZ275续表3-1最大工作电流安培380V 50HZ63.6曲轴箱加热器功率瓦100压缩机冷去风扇功率瓦89接管尺寸英寸排气管接管13/8吸气管接管21/8外型尺寸毫米长L740宽W540高H不带风扇490底脚安装尺寸孔径381305油充注量升4重量千克净重224毛重2513.4循环热力计算系统循环热力计算如表3-2所示表3-2系统循环热力计算工况压缩机运行工况设计系统工况制冷剂R404AR404A蒸发温度tc/-25-25冷凝温度tk/5050吸气温度t1/205过冷液体温度t5/08P1=Pso/KPa2.5281022.528102P2=Pdh/KPa2.302910

21、32.3029103压比9.119.110.094350.08936357.67391.09378.38446.42429.34续表3-2工况压缩机运行工况设计系统工况284.14266.68等熵指数k1.171.13等端点膨胀多变指数m11.0等端点压缩多变指数n1.121.12吸气终了相对压力损失0.060.06排气终了相对压力损失0.110.11工质单位质量制冷量106.95111.70系统有效工质单位质量制冷量90.95单位等熵压缩功55.350.96实际容积排气量71.8071.80理论容积排气量106106容积系数0.6770.677实际质量输气量761.0803.5压缩机制冷量2

22、2.6024.93系统有效制冷量20.30等熵压缩功率11.6911.37指示效率0.8340.817机械效率取0.92取0.92轴效率0.7670.752电效率0.6520.639电功率17.817.8性能系数1.271.404冷凝器的设计计算冷凝器是制冷装置的主要热交换设备之一。它的任务是通过环境介质水或空气将压缩机排出的高压过热制冷剂蒸汽冷却、冷凝成为饱和液体,甚至过冷液体。根据任务书的要求,本次设计制冷剂蒸汽的冷却方式为水冷,故选用卧式壳管式冷凝器7。4.1冷凝器热负荷的计算 排热量是压缩机的制冷量和部分压缩机输入功率的当量热量之和,即为冷凝器的热负荷,可由下式得： 4-1式中 压缩机

23、的散热系数,小型机组4.2冷凝器传热管的选择及参数计算根据生产工艺条件,拟采用183的铜管作为传热管。每1m管长的管外面积为: 4-2每1m管长的管面积为: 4-34.3冷凝器的冷却水流量冷却水的定性温度为: 4-4查水的物性比定压热容,密度,运动粘度,所以,冷却水的流量为: 4-54.4计算管外R404A蒸汽冷凝表面传热系数设壁面温度,则冷凝液膜平均温度为: 4-6查制冷剂蒸汽冷凝时物性,当时,有汽化热： 液相密度： 液相动力粘度： 热导率： 则水平圆管的表面传热系数为: 4-7 根据管外热平衡关系,管外面积热流量qf0为: 4-84.5管流体传热系数 管流体的定性温度： 4-9在定性温度下

24、： 4-10在此假设流体在管的受迫运动是湍流,并设管流体的流速则8,依据湍流区的换热计算式得： 4-11取水污垢热阻,查金属材料性质的纯铜管热导率,则管外表面面积热流量为: 4-12式中,为制冷剂蒸汽与冷却水之间的传热温度差 4-13因此有： 4-14将计算和的两式联立得: 4-15用无限逼近法解方程结果如表4-1所示表4-1方程值代入的的值方程式的值1117.5231016.10.516.78010.7517.16210.87517.343最终得,因此管外的表面温度为: 与假设的壁温基本相符。将代入的计算式中,得: 以管外表面积为基准的传热系数k为: 4.6计算所需的传热面积 所需传热面积可

25、由下式计算得： 所需的冷凝管的长度为: 每流程所需的管子数为: 取10根管的平均流速为: 则管流体的雷诺数为: 即冷却水在管做湍流运动,故符合原先的假设。取冷凝器所需的流程数为4个流程,则冷凝器中冷凝管的有效长度为: 4-28 取4.7计算冷却水侧流动阻力管摩擦阻力系数为: 取冷凝器两侧的管板厚度,其实际冷凝器管长度为: 冷却水在管的质量流速为: 故冷却水在冷凝器总的压力损失为: 5冷却塔的选择计算冷却塔是一个散热装置,将冷却水从冷凝器中吸收来的热量排放到环境中以使冷却水的温度下降9。5.1选型计算5.1.1冷凝塔热负荷的确定 冷却塔的热负荷即为冷凝器中冷却水所吸收的热量即5.1.2所需冷却水

26、循环量及相关参数的确定冷却水的定性温度为: 查水的物性比定压热容,密度,运动粘度,所以,冷却水的流量为: 冷却水所需的冷幅为： 冷却水出口温度与空气湿球温度差为： 5.2冷却塔的选择及校正根据冷却水的流量初选SFA-8圆形逆流式冷却塔,所选冷却塔的设计条件为：进水温度37、出水温度32、湿球温度285.2.1冷却塔的处理水量SFA-8冷却塔的处理水量: 5.2.2冷却水的冷却度根据此冷却塔的设计条件可得SFA-8冷却塔冷幅为： 与设计系统所需的冷却水冷却度相等。5.2.3冷却塔的出水温度与空气湿球温度的温差根据此冷却塔的设计条件得此冷却塔在其设计条件下的逼近为： 综上可知此冷却塔符合系统的要求

27、,故可用。其具体参数如5-1所示。表5-1SFA-8圆形逆流式冷却塔的具体参数型号处理水量m3/h风机直径mm电机功率KW外形尺寸噪音dB重量Kg进塔水压KPa普通低噪普通型普通型直径mm高mm干重湿重SFA-885840.1893016255657135205.3冷却水损耗量的计算冷却水在于冷却塔中的气流进行热交换过程难免有损耗,包括水汽蒸发损耗、被风带走的损耗和由于吹沸而引起的损耗,其中水汽蒸发的损耗与环境的湿球温度有关,被风带走的损耗量约为总循环量的0.5%-0.75%,而由于吹沸引起的损耗约为总循环量的0.25%。表5-2为不同季节时水汽蒸发损耗量与湿球温度的关系10。表5-2不同季节

28、水汽蒸发损耗量与湿球温度的关系季节占总循环量的百分比G%湿球温度510152025夏季0.81.62.43.14.0春季0.61.21.82.33.0冬季0.40.81.21.62.0依据任务书中的环境湿球温度得夏季、春季、冬季的水汽蒸发量占循环总量的百分比,分别为：3.692%、2.744%、1.896%,并取被风带走的损耗百分量为0.6%,则冷却塔在个季节的补水量如下：夏季的补水量水汽蒸发损耗量： 被风带走的损耗量： 由于吹沸的损耗量： 因此夏季时冷却塔每小时的水分损耗量为： 春季的补水量水汽蒸发损耗量： 被风带走的损耗量： 由于吹沸的损耗量： 因此春季时冷却塔每小时的水分损耗量为： 冬季

29、的补水量水汽蒸发损耗量： 被风带走的损耗量： 由于吹沸的损耗量： 因此冬季时冷却塔每小时的水分损耗量为： 6热力膨胀阀的选择计算在制冷系统中节流机构是系统的四大部件之一,制冷剂液体的膨胀就是通过节流机构来实现的。节流机构的种类多样,按供液量调节方式可分为五类：手动调节的节流机构、用液位调节的节流机构、用蒸汽过热度调节的节流机构、用电子脉冲进行调节的节流机构和不进行调节的节流机构,其中用蒸汽过热度调节的节流机构中的热力膨胀阀就是本次设计所需要的节流机构。热力膨胀阀作为一种传统的节流元件,已被广泛地应用于空调、制冷和低温冷冻系统11。热力膨胀阀根据压力的平衡方式可分为平衡式和外平衡式,属于一种自动

30、膨胀阀,又称热力膨胀阀或感温膨胀阀,是应用最为广泛的一种节流机构。它是利用蒸发器出口制冷剂蒸汽的过热度调节阀孔开度以调节供液量的12。6.1热力膨胀阀流量的计算热力膨胀阀的选择需要满足系统的制冷量的要求,即所选的热力膨胀阀的流量要满足系统的制冷剂流量,并且应有10%-15%的安全度。以下是所选的热力膨胀阀的有关计算：制冷剂： R22名义工况蒸发温度： te= 5 膨胀阀前液体温度：tl=28冷凝温度： tc=32查制冷剂R22的P-H图得,h1=406.26KJ/Kg,h2=234.32KJ/Kg由此可得工质的单位制冷量为： 制冷剂流量公式为： 6-2查型号TDEX6热力膨胀阀,其制冷量为21

31、KW,则此型号所能节流的最大流量为： 因系统所需的制冷剂流量为: 故此型号的热力膨胀阀不满足系统的要求,因此不可用。查型号TDEX12.5热力膨胀阀,其制冷量为44KW,则此型号所能节流的最大流量为： 因系统所需的制冷剂流量为: 且此热力膨胀阀的安全度为： 此型号的热力膨胀满足系统的流量的要求,因此可用,故本次设计的系统选用的热力膨胀阀的型号为TDEX12.5。6.2热力膨胀阀的校正设计系统R404A的工质单位制冷量为：故,此TDEX12.5热力膨胀阀在设计系统中的名义制冷量为： 因此,TDEX12.5型热力膨胀符合系统的设计要求,故选用。7蒸发器的设计计算蒸发器是制冷系统的四大部件之一,其中

32、用是让低压低温的制冷剂液体与流经蒸发器中的载冷剂进行热交换,使载冷剂温度降低并且使制冷剂本身气化重新回到压缩机中。蒸发器按其冷却介质的不同分为冷却液载冷剂的蒸发器和冷却空气的蒸发器。板式蒸发器是一种高效、节能、紧凑的换热设备。因为板式换热器具有传热系数高、对数平均温差大、占地面积小、重量轻、污垢系数小等优点,因此国外在五六十年代已广泛的应用于化工、轻工、石油、电力、冶金、机械、食品等工业部门,我国自60年代初期开始研制,近40年来得到了较快的发展。板式换热器根据其结构可分为普通组合式板式换热器、半焊式板式换热器和全焊式板式换热器,在制冷系统中为以防制冷剂的泄露,故选用全焊接时板式蒸发器,它是将

33、所有的板片相互焊接在一起13。因为板式换热器具有换热效率高、占地面积小等特点,因此本次设计的蒸发器方案定为板式蒸发器。以下是系统板式蒸发器的相关设计计算。7.1制冷剂物性的确定根据先前已定的系统工况可知系统的蒸发温度为-25,假设板式蒸发器的板片的壁面温度为-19,则制冷剂的物性定性温度为： 查制冷剂R404A的物性参数表得：汽化热-25时： =185.875KJ/Kg制冷剂液体导热率： l=0.0871W/制冷剂液体质量热容： Cpl=1.296KJ/制冷剂液体密度： l=1229.2Kg/m制冷剂液体表面力：=0.01014N/m制冷剂液体的动力粘度：l=2.354710-4Pa.s制冷剂

34、液体的运动粘度：l=1.91579210-7/s制冷剂气态密度：g=14.73Kg/m制冷剂气态的动力粘度：g=1.01110-5Pa.s制冷剂气态运动粘度： g=6.86354410-7/s制冷剂气态导热率：l=0.01098W/制冷剂蒸发温度下的压力与定性温度下的压力差：P=0.031MPa7.2换热板片的选定板式蒸发器的所需的板片选用钦宝公司的B3-113型板片,其主要参数如下：板片单片换热面积：A=0.113当量直径：de=0.0046m通道截面面积：a=0.0004板厚：=0.4mm7.3制冷剂侧的传热系数的计算设板式蒸发器的流道为n,并且取全程的平均干度为0.5,则有：每道制冷剂的

35、流量： 制冷剂液相分量： 制冷剂气相分量： 根据制冷剂液相和气相分量可以计算出制冷剂在蒸发器中的流速与相应的雷诺数,其计算如下：制冷剂液相流速： 制冷剂气相流速： 制冷剂液相雷诺数： 制冷剂气相雷诺数： 则,制冷剂液态与气态的普朗特数可由下式计算得： 于是制冷剂液相的沸腾传热系数为： 制冷剂在板式蒸发器中蒸发时的两相传热系数可按下式计算 式中为修正系数,是液体湍流-气体湍流是马丁尼利参数Xtt的函数,可由与Xtt的关系图来确定,其中图中的由下式计算得： 故查与Xtt的关系图 ,得 =10.67,因此两相传热系数为： 制冷剂在板式蒸发器中蒸发时的气态传热系数可按下式计算 因此,制冷剂侧的传热系数

36、为： 7.4载冷剂侧的传热系数的计算7.4.1载冷剂的选择载冷剂是在间接冷却装置中,将冷却物体或空间中的热量传给制冷剂的一种中间介质,因此,在制冷工程中也称载冷剂为第二制冷剂。系统采用载冷剂的优点是可使制冷系统集中在较小的场所,因而可以减少制冷机系统的容积及制冷剂的充注量；并且因载冷剂的热容量大,被冷却对象的温度易于保持恒定。其缺点是系统比不用载冷剂时复杂,且增大了被冷却物和制冷剂间的温差,需要较低的制冷机蒸发温度。因为此次设计系统的蒸发器为板式蒸发器,所以所选的载冷剂对蒸发器的金属材料不得有腐蚀作用,且要满足冰点低于-25。因此,选用浓度为42.6%的乙二醇水溶液其冰点为-2714。7.4.

37、2乙二醇溶液物性的确定根据先前的假设知换热管的壁温为-19,且载冷剂的进水温度为-15,则载冷剂乙二醇溶液的定性温度为： 查乙二醇溶液的物性表得浓度为42.6%时有：比热容： Cp=3.361358KJ/运动粘度：=1.34510-5/s导热系数：=0.44W/溶液密度：=1055Kg/m普朗特数：Pr=1087.4.3载冷剂流量的计算已知蒸发器的制冷量为20.30KW,载冷剂的温差为5,则载冷剂的流量为： 7.4.4传热系数的计算每道载冷剂的流速： 雷诺数： 传热平均温差： 由载冷剂湍流传热关联式计算Nu得： 则,载冷剂侧的传热系数为： 7.5板片壁导热热阻的确定已知板片的壁厚为0.4mm,

38、不锈钢的导热为49W/,因此,由下式计算板片的导热热阻,得： 7.6蒸发器总传热系数与板片数的确定蒸发器的总传热系数为： 用试凑法来计算传热系数h与板片数2n,由蒸发器的制冷量Q0、平均温差t和单片换热面积a可知依据在假设的片数下算出的传热系数的实际所需的板片数量ns,公式如下： 用试凑法的计算结果如表7-1所示：表7-1板式蒸发器的板片数与传热系数假设蒸发器流道数n算得的传热系数h W/实际所需板片数2n101318.4018.9091403.4317.7581506.6316.54制冷剂侧8,载冷剂侧91464.6417.01由计算结果可知,依据制冷剂侧的流道数为8,载冷剂侧的流道为9时所

39、计算得的传热系数所计算得的实际所需板片数相差不大,因此可确定此板式换热器的传热系数为1464.64W/,所需的板片数为17片,因此,各部分传热系数为： 7-27 7-28 7-29 7-30所以,制冷剂侧的传热系数h1为： 7-31载冷剂侧的传热系数h2为： 7-32总传热系数： 7-337.7壁温的校正在计算板式蒸发器的传热系数时,为了确定制冷剂液体与载冷剂液体的物性时需知道板片的表面温度,但是,由于板片蒸发器的结构关系,无法直接测定板片的表面温度,故必须先假设其壁温。由于板式换热器的板片壁厚非常的小仅0.4mm,因此在校正壁温时,可将壁的热阻忽略不计。蒸发器制冷剂侧单位面积上的热流量： 7

40、-34蒸发器载冷剂侧单位面积上的热流量： 7-35根据热平衡应有q1=q2,所以计算得tw=18.34,与假设的19相差0.66与假设值基本相符。7.8蒸发器压降的计算7.8.1制冷剂侧的压降计算液相雷诺数： 7-36由摩擦系数计算关联式知,当400Re3000时有 7-37所以,制冷剂液相压降为： 7-38气相雷诺数： 7-39由摩擦系数计算关联式知,当3000Re12000时有 7-40所以,制冷剂气相压降为： 7-41故L-M参数： 7-42 7-43因此二相压降为： 7-447.8.2载冷剂侧的压降计算载冷剂雷诺数： 7-45由摩擦系数计算关联式知,当0Re200时有： 7-46所以载

41、冷剂侧的压降为： 7-477.9蒸发器的结构的规划在前面的计算中已经得出所需的B3-113型板片17片,为保证蒸发器换热面积有个过余度,所以多取2片换热板片,又因为板式蒸发器的最外侧两片板片没有参加换热,所以板式蒸发器的最终所需板片为22片。为了防止制冷剂的泄露问题,蒸发器的所有板片必须以焊接形式连接,根据板片的相关参数,最终可确定蒸发的外形尺寸,即板式蒸发器的长：a=58.2mm板式蒸发器的宽：b=247mm板式蒸发器的高：h=847mm8系统其它附件的选择8.1贮液器的选择贮液器俗称贮液筒,用于贮存制冷剂液体。按其功能分为高压贮液器和低压贮液器两种。高压贮液器的用途是贮存高压液体,设置在冷

42、凝器之后,保证制冷剂系统在冷负荷变化时制冷剂供液量调节的需要。也有利于减少定期检修时间向系统补充制冷剂的次数；低压贮液器一般用于大型氨制冷装置中,如氨泵循环的冷藏库等。结构与高压贮液器基本相同,仅仅是工作压力较低。其用途除氨泵供液系统中贮存进入蒸发器前的低压液体外,还有专供蒸发器溶霜或检修时用于排液,或用于贮存低压回气经气液分离出来的氨液15。用于后两种情况的低压贮液器还可以在存液量增多时,通过引入高压氨蒸气,提高其压力将氨液压入系统的供液管中,节流后供入蒸发器制冷。因此次设计的系统属于小型氟利昂机组,故系统循环中只用到高压贮液器。在选择高压贮液器是,其容量应按系统小时循环量的1/31/2计算

43、,同时,应考虑当环境温度变化时,贮液器的液体制冷剂因受热膨胀造成的危险,故其贮存量一般不超过整个容积的80%。贮液器的容积一般可按下式计算： 8-1其中,系统制冷剂的每小时循环量为803.5Kg/h,制冷剂在冷凝温度下的比体积为9.3210-3m3/h,贮液器的容积系数取0.5 ,在此取为0.7,则代入公式得： 8-2由此,可选择市庆新安制冷设备配件的VR30W2.05000010型贮液器,其外形如图8-1所示,其容积为8L,适用于10PH的制冷机组,故可选。图8-1VR30W2.05000010型贮液器外形详细参数如下：接口尺寸： 22.3mm储液量： 8L总高： 470mm筒体直径： 16

44、6mm固定： 采用2-M20的螺栓固定8.2手动截止阀的选择截止阀的启闭件是塞形的阀瓣,密封面呈平面或锥面,阀瓣沿流体的中心线作直线运动。阀杆的运动形式,有升降杆式阀杆升降,手轮不升降,也有升降旋转杆式手轮与阀杆一起旋转升降,螺母设在阀体上。截止阀只适用于全开和全关,不允许作调节和节流。截止阀属于强制密封式阀门,所以在阀门关闭时,必须向阀瓣施加压力,以强制密封面不泄漏。当介质由阀瓣下方进入阀六时,操作力所需要克服的阻力,是阀杆和填料的摩擦力与由介质的压力所产生的推力,关阀门的力比开阀门的力大,所以阀杆的直径要大,否则会发生阀杆顶弯的故障。截止阀开启时,阀瓣的开启高度,为公称直径的25%30%时

45、,流量已达到最大,表示阀门已达全开位置。所以截止阀的全开位置,应由阀瓣的行程来决定。截止阀阀体的结构形式有直通式、直流式和直角式。在此,选用艾柯制冷设备公司生产的AKSF-5型截止阀,如图8-2所示图8-2AKSF-5型手动截止阀外形详细参数如下：接口尺寸：22.3mm适用温度：5120工作压力：3.5MPa8.3过滤干燥器的选择过滤干燥器是输送介质管道上不可缺少的一种装置,通常安装在减压阀、泄压阀、定水位阀或其它设备的进口端,用来消除介质中的杂质,以保护阀门及设备的正常使用。当流体进入置有一定规格滤网的滤筒后,其杂质被阻挡,并且吸收制冷剂中的水分,而清洁、干燥的滤液则由过滤器出口排出,从而保

46、证管道的畅通和制冷设备的正常运作。在此,选用艾柯制冷设备公司生产的AKG-307型过滤干燥器,其外形如图8-3所示。详细参数如下：接口尺寸： 22.3mm元件直径： 78mm总长度： 251mm安全工作压力： 3.5MPa图8-3AKG-307型过滤干燥器外形8.4视液镜的选择视液镜安装于冷冻,空调设备的管路中,用以显示系统中制冷剂潮气含量及管制冷剂或润滑油的流动情况,还可以用来指示压缩机曲轴箱的油位,以便随时观测,判断系统的运行状况,及时采取措施,确保设备的安全正常运行。在安装时,潮气指示变色圈可能呈现粉红色,那时由于吸收了外界空气水分的缘故,当安装在制冷空调系统中,假如制冷剂中的潮气在允许

47、的围中,那么变色纸圈就会变成蓝色,但需大约10小时左右的平衡时间,如果超过10小时还不变成蓝色就需要寻找原因或更换干燥过滤器。视液镜安装在经清洗、干燥处理的制冷空调系统中,以防过量的水分、冷冻油和污物污染潮气指标变色圈,使之失效。焊接时应卸下视镜玻璃,以防过热,影响密封件和潮气指标变色圈。根据系统的需要,选用艾柯制冷设备公司生产的AKSJ-5型视液镜,其外形如图8-4所示。详细参数如下：接口尺寸：22.3mm图8-4AKSJ-5型视液镜外形总长度： 89.5mm重量： 255g最高工作温度： -30+110最大工作压力：3.5MPa8.5电磁阀的选择电磁阀是用来控制流体的方向的自动化基础元件,

48、属于执行器；通常用于机械控制和工业阀门上面,对介质方向进行控制,从而达到对阀门开关的控制。电磁阀里有密闭的腔,在不同位置开有通孔,每个孔都通向不同的油管,腔中间是阀,两面是两块电磁铁,哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边,通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排油的孔,而进油孔是常开的,液压油就会进入不同的排油管,然后通过油的压力来推动油刚的活塞,活塞又带动活塞杆,活塞杆带动机械装置动16。这样通过控制电磁铁的电流就控制了机械运动。工作原理：当线圈通电后,线圈产生磁场,芯铁被磁场吸起,阀门打开,当线圈断电时,磁场消失,芯铁在自重和复位弹簧力的作用下自动下降,阀门被关闭。电磁阀按原理不同可分为三

49、类：直动式电磁阀、分布直动式电磁阀和先导式电磁阀。对于空调系统,常用直动式电磁阀。在此,选用奉申制冷控制器公司生产的SSV19W型电磁阀,其外形如图8-5所示。图8-5SSV19W型电磁阀外形详细参数如下：接口尺寸： 22mm电磁阀长： 190mm电磁阀宽： 60mm电磁阀高： 120mm开阀的最小压差： 0.05bar开阀的最大压差： 21bar介质温度： -25+120电磁阀的安装使用：电磁阀必须垂直地安装在水平官道上,介质流动的方向应与电磁阀所示的箭头方向一致。线圈工作输入电压必须与线圈上标明的额定电压一致。决不允许在电磁线圈通电时从阀上拆下来,以防烧坏线圈。焊管或电磁阀在与系统管子焊接

50、时,必须注意以下几点：首先从阀上拆下电磁线圈,用湿布或湿棉纱包在阀体上保护阀体,以防在焊接时温度过高烧坏阀零件。焊接时请注意焊接的火焰方向。最好选用低温银焊条焊接。带手动杆的电磁阀,必须先旋转手动杆使阀开启,然后做系统气密性实验,以免损坏膜片。8.6水泵的选择水泵是液体循环的动力来源,它是带动系统载冷剂和系统冷凝器的冷却水循环的重要部件17。8.6.1冷却水循环水泵的选择冷却水循环水泵的流量应是冷凝器换热时所需要的冷却水流量的1.2倍,所以所需的冷却水循环水泵的流量为: 8-3即为7.87476m3/h故可据此选用XX博士通泵业成产的VGG7.2-30型离心水泵,其性能及相关参数如表8-1所示

51、表8-1冷却水循环泵的性能及相关参数型号流量m3/h扬程m转速r/min效率%汽蚀余量m泵轴功率KW电机功率KW净重量KgVGG7.2-308.0292900432.04.342.242VGG7.2-30型离心水泵的外形及安装尺寸如图8-6所示。图8-6VGG7.2-30型离心水泵的外形及安装尺寸VGG7.2-30型离心水泵的安装尺寸如表8-2所示,接管尺寸如表8-3所示。表8-2VGG7.2-30型离心水泵的安装尺寸型号安装尺寸LL1L2L3aBB1HH14-dVGG7.2-3047037052451101801453301504-14表8-3VGG7.2-30型离心水泵的接管尺寸型号出口法兰进口法兰DN11n1-d1DN22n2-d2VGG7.2-30401104-1850