制冷系统设计1

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1、课 程 设 计 设计题目： 南京市某空调制冷机房姓 名 院 系 专 业 年 级 学 号 指导教师 年 月 日 目 录0设计任务11前言12课程设计题目及数据23制冷机组的类型及条件2 3.1初参数 23.2确定制冷剂种类和系统形式2 3.3确定制冷系统设计工况2 3.3.1冷凝温度的确定2 3.3.2蒸发温度的确定3 3.3.3过冷温度的确定3 3.3.4过热温度的确定3 3.3.5制冷系统理论循环p-h图44制冷系统热力计算55制冷压缩机型号及台数6 5.1压缩机形式的选择6 5.2压缩机台数的选择75.3压缩机级数的选择75.4电机的选择76冷凝器的选择计算7 6.1冷凝器的选择76.2冷

2、凝器热负荷计算76.3冷凝器的已知参数86.4计算肋管特性参数86.5计算平均传热温差86.6冷却水流量96.7概算所需传热面积96.8初步规划冷凝器结构96.9计算水侧的换热系数96.10计算制冷剂测得冷凝换热系数 10 6.10.1求水平光管管外冷凝换热系数 10 6.10.2计算水平肋管外的冷凝换热系数 10 6.10.3计算水平肋管束外冷凝换热系 116.11实际的热流密度 116.12计算实际传热面积 116.13冷凝器的类型 127蒸发器的选择计算12 7.1蒸发器的预选12 7.2蒸发温度与传热温差的确定12 7.3换热面积的计算12 7.4蒸发器风量的确定12 7.5风机的选择

3、128冷却水系统的选择13 8.1冷却塔13 8.2水泵的选型13 8.2.1水泵扬程13 8.2.2阻力计算139冷冻水系统的选择1410管径的计算 1411其它辅助膨胀阀的选择计算 15 11.1膨胀阀的选择 15 11.2贮液器的选择计算 15 11.3油氨分离器的选择计算 15 11.4气液分离器的选择计算 15 11.5集油器的选择计算 16 11.6不凝性气体分离器的选择计算 1612制冷机组与管道的保温 1613设备清单及附图 1614参考文献 170设计任务设计一南京地区用制冷系统，采用空冷式直接制冷，制冷量定为100K，制冷剂为氨，冷却水进出口温度为27/30。1前言近50年

4、来，随着现代科学技术的飞速发展，制冷技术以日新月异的速度发生变化。并且，正在现代国民经济、人民生活、国防科研、文化艺术等领域中发挥着日益重要的作用。我国是最早利用天然冷源的国家之一，随着社会进步，制冷技术已经广泛应用到各个行业，制冷技术的作用更是不可替代的。 因此设计制冷系统已成为重要的环节。制冷系统的设计，无论是厂家装配成的整体机组，还是现场组装的系统，主要是选择制冷压缩机、冷凝器、蒸发器、节流机构以及风机、电动机和自动控制设备等。其步骤是根据给定的冷冻水温度(或被冷却的空气温度)、流量和所采用的冷却水(或冷却用空气)入口温度、流量，确定该制冷系统的设计工况(即选定蒸发温度和冷凝温度等系统的

5、内在参数设计值)，然后，按照设计工况选择该制冷系统的各个组成设备，使之在运行过程各个设备的相互匹配，以充分发挥每个设备的工作能力。 但是，一个制冷机组或制冷系统，在实际运行过程中，当外在参数(既冷凝器和蒸发器所通过的水流量或空气流量，以及水或空气的入口温度等)在一定范围内改变时，该机组成系统的性能如何变化、选定的各个组成设备是否匹配恰当，都是在设计中要考虑的问题。此外，设计完成，制冷作业安全技术，正确操作制冷设备，是我们在具体操作时的必然选择。2课程设计题目及数据课程设计题目： 南京市某空调制冷机房制冷系统采用空冷式直接制冷，空调制冷量定为100KW。数据：制冷剂为：氨(R717)。冷却水进出

6、口温度为：27/30。南京市空调设计干球温度为35.2，湿球温度为28。设计内容 设计一南京地区用制冷系统，采用空冷式直接制冷，制冷量定为100K，制冷剂为氨，冷却水进出口温度为27/30。3制冷机组的类型及条件3.1初参数1）制冷系统主要提供空调用冷冻水，供水与回水温度为：7/12，空调制冷量定为100KW。2）制冷剂为：氨(R717)。3）冷却水进出口温度为：27/30。4）南京市空调设计干球温度为35.2，湿球温度为28。3.2确定制冷剂种类和系统形式根据设计的数据及要求，本制冷系统为100KW的氨制冷系统。因为制冷总负荷为100KW,所以可选双螺杆制冷压缩机来满足制冷量要求。3.3确定

7、制冷系统设计工况3.3.1 冷凝温度的确定 从制冷工程设计手册中查到南京地区夏季室外平均每年不保证50h的湿球温度（） 对于使用冷却水塔的循环水系统，冷却水进水温度按下式计算： （3-1）式中 冷却水进冷凝器温度（）；当地夏季室外平均每年不保证50h的湿球温度（）；安全值，对于机械通风冷却塔，=24。 则代入数据有冷却水进水温度： 冷却水出冷凝器的温度（） 按下式确定：选用卧式壳管式冷凝器 =+（24） （3-2） 代入上面算出的数据有：=31+3=34（注意：通常不超过35），系统以水为冷却介质，其传热温差取46。则冷凝温度为 若系统以水为载冷剂，其传热温差为， （3-3）式中 冷凝温度（）

8、。 代入数据有冷凝温度： =34+4=383.3.2、 蒸发温度的确定则蒸发温度为 （3-4） 对于本设计系统，=2，因此不采用液体过冷，即=0。式中 载冷剂的温度（）。 一般对于冷却淡水和盐水的蒸发器，其传热温差取=5。本制冷机房用空冷式蒸发器，则制冷剂的蒸发温度.3.3.3、 过冷温度的确定 对于一般的空气调节用制冷装置，不采用液体过冷；对于大型的蒸发温度较低（5）的制冷装置，在条件许可时使用液体过冷。也就是不考虑过冷温度。3.3.4、过热温度的确定 压缩机吸气口温度的确定 通常 =+ （3-5）式中对于一般氨压缩机，=。 代入数据有过热温度： =。3.3.5、 制冷系统理论循环p-h图根

9、据题意绘制的p-h图，并查表求得各状态参数： 图3-1查有关资料：确定压力：Pe=436.34 kPa， Pc= 1472.4 kPa比容：0.27， 0.087焓值： 1459， 1660，380 。4制冷系统热力计算1）单位质量制冷量的计算 （4-1） 代入数据有：=（ 1459-380）=1079 2）单位冷凝负荷的计算 （4-2） 代入数据有：3）单位理论压缩功的计算 （4-3） 代入数据有：4）单位容积制冷量的计算 （4-4） 代入数据有：39965） 制冷剂质量流量的计算 （4-5） 代入数据有：6） 压缩机吸入制冷剂蒸汽的体积流量的计算 （4-6） 代入数据有：7）冷凝器热负荷的

10、计算 （4-7） 代入数据有：8） 压缩机所需的理论耗功率的计算 （4-8） 代入数据有： 9） 制冷系数的计算 （4-9） 代入数据有：10） 逆卡诺循环制冷系数的计算： （4-10） 代入数据有：11）制冷系数的计算 （4-11） 代入数据有： 5制冷压缩机型号及台数的确定5.1 压缩机形式的选择 根据已知参数，预选螺杆式压缩机。 5.2 压缩机台数的选择查实用制冷工程设计手册根据制冷机组冷负荷100KW选择压缩机，选用KA12.512型压缩机（其标准工况下的制冷量为137KW大于100KW，符合要求）。 压缩机台数，应根据总制冷量来确定： （5-1）式中 压缩机台数（台）；每台压缩机设计

11、工况下的制冷量（）。 代入数据有：（台） 因此，选择1台KA12.5-12型压缩机.5.3 压缩机级数的选择 选择依据：压缩机级数应根据设计工况的冷凝压力与蒸发压力之比来确定。一般若以氨为制冷剂，当时，应采用单级压缩机；当时，则应采用两级压缩机。 所以，对于本设计制冷系统中，8，因此，本设计制冷系统采用单级压缩。5.4电机的选择由于使用KA12.5-12双螺杆压缩机，其配用电机型号为YW200L-2,标准工况功率55KW,电压380V。6冷凝器的选择计算6.1冷凝器的选择在本系统中选用氨立式壳管冷凝器。6.2冷凝器热负荷计算 冷凝器热负荷在前面热力计算中已求出。 (KW)式中 冷凝器的热负荷（

12、KW）。6.3冷凝器的已知参数 氨制冷系统传热管采用无缝钢管，=58.2w/(mk)， 肋管外径=15.43mm，内径=13.15mm, 肋片外径=17.8mm，肋片厚度=0.232mm，=0.354 mm，平均肋厚=0.3mm，肋片的节距e=1.029mm。6.4计算肋管特性参数 （以1米长肋管计算）肋管水平部分的面积： （6-1） 依次代入数据有： = 44肋管垂直部分面积： （6-2） 依次代入数据有：=119 肋管总外表面积：=+ (6-3) 依次代入数据有：A=163肋化系数：肋片的当量高度： （6-4） 依次代入数据有：=3.5m基管平均表面积：= （6-5） 依次代入数据有：=4

13、4.9所以：/A=0.73 ； /A= 0.27 ： A/=3.66.5计算平均传热温差 （6-6） 代入数据有：5.36 6.6冷却水流量 查水在5.36 的物性参数：=4.2 （6-7） 代入数据有：5.256.7概算所需传热面积 假设热流密度=5500w/，则6.8初步规划冷凝器结构 取管内的流速v=2.7m/s，则每流程管数m为 （6-8） 代入数据有：m=14.4 取m=15,这样管束总长等于 （6-9） 代入数据有：=8.6 如流程数n=2,则冷凝器传热管有效长度为4.3m；传热总根数N=40根。6.9计算水侧的换热系数 （6-10） 代入数据有1.129w/k6.10计算制冷剂测

14、得冷凝换热系数6.10,1 求水平光管管外冷凝换热系数 由于=38，查物性表可得： 导热系数：=0.44w/(mk) ， 密度：=582.7kg/ ， 定压比热容：=4.89kj/(kgk) ， 粘度：=1.282Ns/ ， 密度： =1094.8kj/kg 所以 （6-11） （6-12） 代入数据有： 1.34 代入数据有：1980w/k6.10.2 计算水平肋管外的冷凝换热系数 （6-12） （6-13） 代入数据有：=474 代入数据有：=0.00124m代入数据有肋片效率：=0.8981 （=0.59，计算出=0.5298）肋片的修正系数 = （6-14） 代入数据有：=1.5 所以

15、， （6-15） 代入数据有：1.51980=2970w/(k) 6.10.3计算水平肋管束外冷凝换热系数 （6-16） 代入数据有：2406.6w/(k) 6.11实际的热流密度（） 取污垢热阻(k) /w，按公式 （6-17） 其中：油膜热阻取0.4k/w 管壁热阻=2.86k/w 代入数据有：= 689.9w/(k) 所以，实际热流密度=3698 w/ 计算传热面积有效。6.12计算实际传热面积 布置管束 Ac= (6-18) 代入数据有：Ac=31.9 保持上面确定的m=15,n=2，冷凝器的有效管长为： 解得有效管长：=6.52m6.13冷凝器的选型 由冷凝器的计算知，估计选LN-2

16、5型立式冷凝器即可符合要求。7蒸发器的选择计算7.1蒸发器的预选 由于此制冷系统用于小型冷库，用强制对流式冷却空气干式蒸发器。7.2蒸发温度与传热温差的确定 对于直接蒸发式空气冷却器，由于空气侧换热系数低，为了不是结构尺寸偏大，所以取较大的传热温差。通常蒸发温度比冷却空气的出口温度低68，就是说，平均传热温差约为1113，取12.以外肋表面为基准的热流密度约450550.蒸发温度已知为=2，有5过热度，热流密度K取35.7.3换热面积的计算 传热面积： (7-1) 代入数据有：由换热面积查手册选一台DL-250直接蒸发式空气冷却器,其传热面积 F=2507.4 蒸发器风量的确定 （7-2） 代

17、入数据有：7.5风机的选择 选用与蒸发器配套的送风机，估计可选用QF36-380型。其送风量为36000。8冷却水系统的选择8.1冷却塔冷却塔冷却水量在冷凝器计算中已知。根据型号估计选用HL6-30型。8.2水泵的选型: 水流量为 即：泵的流量为18.82m/h。8.2.1水泵扬程冷却水泵所需扬程 Hp=hf+hd+hm+hs+ho （8-1）式中 hf，hd冷却水管路系统总的沿程阻力和局部阻力，mH2O； hm冷凝器阻力，mH2O； hs冷却塔中水的提升高度（从冷却盛水池到喷嘴的高差），mH2O； ho冷却塔喷嘴喷雾压力，mH2O，约等于5 mH2O。8.2.2阻力计算 管径长约300，比摩

18、阻选200Pa/m则 hf=300200Pa=6mH2O局部阻力取0.5则 hd=0.56=3mH2O冷凝器阻力约为 hm=4mH2O冷却塔在机房房顶，房顶距地面3m则 hs=3mH2O冷却塔喷嘴喷雾压力，约等于5 mH2O。 ho=5mH2O安全系数取1.2 总扬程 （8-2） 代入数据有：根据流量和扬程，选用立式管道离心泵80-250B型水泵，（额定流量：20m3/h， 额定扬程：30 mH2O，额定功率为15kw，转速：2900r/min，泵进、出口公称直径DN80）。 9、冷冻水系统的选择 因为本制冷系统选用直接蒸发式冷风机作蒸发器，所以不需冷却水系统。10、管径的计算 由上面计算得，

19、制冷剂在总管内流量，=0.27， =0.087， 排气管内制冷剂流速，吸气管内流速，冷凝器内水流速，流量为，蒸发器风速，风量为 。由公式：（计算各个管径如下：） （10-1）吸气水平管： （10-2） 代入数据有： 选用吸气立管：查R717上升吸气立管最小负荷图得选用排气管： （10-3） 代入数据有： 选用在分管中的流量排气分管： （10-4） 代入数据有： 选用吸气分管： （10-5） 代入数据有： 选用 由于采用直接空冷式蒸发器，所以不用计算管径。肋片间距由蒸发器型号决定。11、其它辅助设备的选择计算11.1、膨胀阀的选择由于该制冷系统属于小型氨制冷系统，毛细管做节流阀。根据经验选毛细管

20、选用1.2mm内径，长为0.6m无缝钢管，电磁阀选用DC80型。11.2、贮液器的选择计算 贮液器的容积按制冷剂循环量进行计算，但最大贮存量应不超过每小时制冷剂总循环量的1/31/2。同时，应考虑当环境温度变化时，贮液器内的液体制冷剂因受热膨胀造成的危险，鼓其贮存量一般不超过整个容积的70%80%。 贮液器的容积按下列公式代入数值计算： （11-1） 选用配套的ZA0.5B 可知其容积为： 0.5 0.3 满足要求。11.3、油氨分离器的选择计算 油分离器筒体直径： （11-2） 代入数值计算有： 选用压缩机配套的 YF40油分离器。 直径为400mm 370mm 满足要求。11.4、气液分离

21、器的选择计算 气液分离器的桶体直径按下列公式计算： （11-3） 代入数据计算有： 选用配套的 AF65 桶体的气液分离器。11.5、集油器的选择计算 集油器的选择是根据经验，当冷冻站的制冷量为100 300 KW 时，选用120mm的集 油器一台。 因此，选用型号为：JY100集油器。11.6、不凝性气体分离器的选择计算 当冷冻站标准工况下的制冷量小于1163KW时，宜采用一台小号（桶体直径为108mm）空气分离器。 因此，根据以上条件可知：KF32B，即可满足要求。 12、制冷机组与管道的保温 由于这里是氨制冷系统，氨易燃易爆，这里用自熄型聚苯乙烯泡沫塑料，由于管径最大为150mm，最小为

22、50mm，按经验选20mm厚的自熄型聚苯乙烯泡沫塑料，包裹在DN50裸露管外,50mm厚的包裹在DN150管外。13、设备清单及附图 表13-1名称单位型号规格数量 双螺杆式制冷压缩机 台KA12.5-12Q=137KW 1配套电动机 台YW200L-2P=55KW 1立式冷凝器 台LN-25F=25 1直接蒸发式空气冷却器 台DWZ-250F=250 1配套风机 台QF36-380Q=36000 1冷却塔 台HL6-30 1立式管道离心泵型水泵， 台80-250BQ=20m3/h 1电磁阀 台DC80 1 节流阀 台毛细管D=1.2mmL=0.6m 1贮液器 台ZA-0.5BV=0.5 1集

23、油器 台JY-100D=200mm 1 油氨分离器 台YF-40D=400mm 1空气分离器 台KF-32BD=108mm 1气液分离器 台AF-65D=650mm 1 不凝气体分离器 台KF32B 1紧急泄氨器 台KFA系列 1安全阀 台 HPb59-1/H62 1干燥过滤器 台QLJ1600-Z 1 图13-1基本机构示意图14、 参考文献1 严启森 石文星 田长青空气调节用制冷技术（第四版） 北京： 中国建筑工业出版社，2010.7 2郭庆堂 编著 实用制冷工程设计手册 北京：中国建筑工业出版社，1994.4 3 章熙民 任泽霈 梅飞鸣 编著 传热学（第五版） 北京： 中国建筑工业出版社， 2007.74王增长 编著 建筑给水排水工程（第六版） 北京： 中国建筑工业出版社，2010.8 5 陈沛霖 岳孝方 编著 实用空调制冷设备手册上海：同济大学出版社，19906 陆耀庆 编著 实用供热空调设计手册 北京： 中国建筑工业出版社，1996.57 陆耀庆 编著 实用供热空调设计手册 北京： 中国建筑工业出版社，2006.418