2000kW水冷型冷水机组设计.doc

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1、本科毕业设计（论文）2000kW水冷型冷水机组的设计 学 院 材能与能源学院 专 业 热能与动力工程 （制冷空调方向） 年级班别 2011 年 6 月 42000kW水冷型冷水机组设计 材料与能源学院设计总说明冷水机组是把整个制冷系统中的压缩机、冷凝器、蒸发器、节流阀等设备，以及电气控制设备组装在一起，为空调系统提供冷冻水的设备。冷水机组一般使用在空调机组和工业冷却。在空调系统，冷冻水通常是分配给换热器或空气处理机组终端设备；在工业应用，冷冻水分配到其它液体的冷却泵或实验室设备。它既能为宾馆、医院、药厂、影剧院、体育馆、娱乐中心、商业大厦、工矿企业等场所的中央空调系统提供冷水，也可为纺织、化工

2、、食品、电子、科研等部门提供工艺冷冻水。本设计主要是2000kW水冷型冷水机组的设计，设计首先介绍了水冷型冷水机组的概念、分类、主要型式、冷量范围和应用场合等等。接着由规定的制冷量，确定所要设计的机组型式为螺杆式水冷型冷水机组。然后查阅国标中关于水冷型冷水机组的设计工况，根据国标中规定的冷却水进出口温度，制冷量等条件再确定所确定的机组设计蒸发器为满液式蒸发器，冷凝器为卧式管壳式冷凝器。设计步骤按照相关换热器设计手册和国标的一些规定。由设计好的换热器来选择比泽尔CSH系列压缩机及其配件。接着设计机组主要管路及系统，最后设计机组的自动控制系统，主要包括压缩机自动控制和机组运行参数自动控制。最后再绘

3、制设计的蒸发器、冷凝器和相关零件的图纸。关键词：冷水机组，螺杆压缩机，水冷，R22 Design General InformationChillers are refrigeration systems which include compressor, condenser, evaporator, throttle and other equipments, providing chilled water for air conditioning systems. Usually chillers are used in air conditioning units and industr

4、ial cooling. In the air conditioning systems, chilled water heat exchanger is usually assigned to the terminal equipments or air handling terminal units; in industrial applications, chilled water is distributed to other liquid cooling pumps or laboratory equipments. It could not only provide cold wa

5、ter for the hotels, hospitals, pharmaceutical companies, commercial buildings, mining enterprises and other places of central air conditioning systems, but also provides process frozen water for the sections of textile, chemical, food, electronics, and scientific research. This design is mainly abou

6、t 2000kW water-cooled chiller. The design first introduces the water-cooled chillers concept, classification, major types, scope and applications of cold etc. Then according to the stipulations of import and export cooling water temperature, cooling capacity and other conditions in the Chinese stand

7、ard the design determines the evaporator unit shall be flooded evaporator and the condenser shall be a horizontal tube shell condenser. The design procedures are based on the stipulations in relevant heat exchanger design manuals and Chinese standard. The design selects a Bitzer CSH series compresso

8、rs and accessories which are in accordance with the designed heat exchanger. Then design the main pipeline and system of the unit and the units automatic control system which mainly includes automatic control and compressor control unit operating parameters. Finally, I draw the designs of evaporator

9、, condenser and related parts.Key words: Chillers, Screw Compressor，Water-cooled，R22 目 录1 绪论11.1 制冷技术介绍11.2 蒸气压缩式制冷机组的分类和比较11.3 设计机组的选型与介绍11.3.1 设计机组选型11.3.2 螺杆式制冷机组介绍21.3.3 螺杆式制冷机组的优点21.3.4 螺杆式水冷冷水机组设计工况21.3.5 蒸发器的型式21.3.6 冷凝器的型式32 蒸发器的设计42.1 设计参数的确定42.2 热力计算42.2.1 制冷剂的流量42.2.2 冷水的流量52.3 传热计算52.3.1

10、 估算传热面积和选管52.3.2 污垢热阻的确定52.3.3 管内换热系数的计算62.3.4 管外换热系数的计算62.3.5 传热系数k的计算62.3.6 校核传热面积72.4 流动阻力的计算82.5 结构计算82.5.1 换热管布置设计82.5.2 壳体设计计算92.5.3 校验换热管与管板结构的合理性92.5.4 管板尺寸设计92.5.5 封盖尺寸设计102.5.6 分程隔板尺寸设计102.5.7 支座尺寸设计112.6 零部件结构尺寸设计112.6.1 支撑板112.6.2 垫片的选取112.6.3 螺栓122.6.4 连接管143 冷凝器的设计153.1 设计参数的确定153.2 热力

11、计算153.2.1 制冷剂的流量153.2.2 冷媒水的流量163.3 传热计算163.3.1 估算传热面积和选管163.3.2 确定每流程管数Z，有效单管长l及流程数N163.3.3 污垢热阻的确定173.3.4 管内换热系数的计算173.3.5 管外换热系数的计算173.3.6 传热系数k的计算183.3.7 校核传热面积193.4 流动阻力的计算193.5 结构计算193.5.1 换热管布置设计193.5.2 壳体设计计算203.5.3 校验换热管与管板结构的合理性203.5.4 管板尺寸设计203.5.5 封盖尺寸设计203.5.6 分程隔板尺寸设计203.5.7 支座尺寸设计203.

12、6 零部件结构尺寸设计203.6.1 支撑板203.6.2 垫片的选取203.6.3 螺栓213.6.4 连接管204 压缩机及辅助设备的选型224.1 压缩机及其附件的选型224.1.1 压缩机初步选型224.2 油分离器选型234.3 节流装置选型234.4 干燥过滤器选型244.5 气液分离器选型244.6 温控阀选型255 机组的管路及系统设计255.1 制冷管道设计255.1.1 制冷压缩机吸气管道设计255.1.2 制冷压缩机排气管道设计265.1.3 冷凝器至蒸发器之间的管道设计265.2 系统设计275.2.1 引射泵回油系统275.2.2 系统配置275.3 制冷管道及测量仪

13、表的安装295.3.1 常用的管材、管件和阀门295.3.2 测量仪表的安装295.4 制冷机组及管道的防腐与绝热295.4.1 制冷机组及管道的防护与涂漆295.4.2 制冷机组及管道的绝热材料与绝热结构296 自控系统设计296.1 自动控制方案296.1.1 自动控制概述296.1.2 机组运行参数控制方案306.1.3 水泵自动控制方案306.2 压缩机的自动控制306.2.1 压缩机控制方案306.2.2 起动型式306.2.3 能量调节316.2.4 自动保护326.3 机组运行参数的自动控制346.3.1 蒸发器供液量的自动控制346.3.2 蒸发压力和冷凝压力的自动控制346.

14、3.3 制冷剂温度的自动控制35结论36参考文献37致谢381 绪论1.1 制冷技术介绍制冷技术是国民经济各部门广泛应用的一门科学技术，目前主要应用于空气调节、工业生产、食品冷冻冷藏、医疗卫生及日常生活各个方面。制冷技术是从19世纪中叶开始发展起来的，到现在大约有100多年历史。在发展过程中发明过各种不同的制冷方法，其中包括机械驱动和热驱动相变制冷循环（蒸气压缩式、吸收式、吸附式和喷射式），无相变的热驱动制冷循环，以及斯特林循环、热电制冷、磁制冷等。然而当前制冷空调工程中用得最广泛的是以下2种制冷循环。1）蒸气压缩式制冷循环。利用工质相变产生的潜热，通过压缩、冷凝、节流、蒸发4个过程的封闭循环

15、实现制冷，是现在应用最广泛的一种制冷循环。2）吸收式制冷循环。由吸收剂和工质组成溶液，利用热能驱动，通过发生、冷凝、蒸发、吸收4个过程的封闭循环。冷水机组是把整个制冷系统中的压缩机、冷凝器、蒸发器、节流阀等设备，以及电气控制设备组装在一起，为空调系统提供冷冻水的设备。1.2 蒸气压缩式制冷机组的分类和比较蒸气压缩制冷技术以其适应温度范围宽广、清洁无污染、安装操作简便、效率高等优点，在制冷空调工业领域中占主导地位。根据蒸气压缩式制冷原理设计制造成的一种成套设备，称为蒸气压缩式制冷机组。在蒸气压缩式制冷机组中，采用各种类型的制冷压缩机，它是制冷机组的关键核心部件，对系统的运行性能、噪声振动和使用寿

16、命有着决定性的作用。制冷机组的分类，实质也是由所配用的压缩机的型式来决定的。根据蒸气压缩的原理，压缩机可以分为容积型和速度型二大类。容积型压缩机通过减少压缩空间容积，提高蒸气压力来完成压缩功能。螺杆压缩机属于容积型的一种。速度型压缩机是由旋转部件连续将角动量转给蒸气，再将该动量转为压力能。离心压缩机是速度型中最多且最典型的一种压缩机。1.3 设计机组的选型与介绍1.3.1 设计机组选型由于本设计为2000kW水冷冷水机组，初选螺杆式压缩机。1.3.2 螺杆式制冷机组介绍空调用螺杆式制冷机组主要有冷水机组和热泵机组。按制冷压缩机型式可分为：开启式、半封闭式、全封闭式；按制冷压缩机类型分类可分为单

17、螺杆式、双螺杆式；按热源侧热交换方式可分为水冷式、风冷式；也按可以按制冷剂种类进行分类。1.3.3 螺杆式制冷机组的优点螺杆式制冷机组和活塞式制冷机组相比，其优点如下：1）结构简单、零件少、可靠性高。2）没有进排气阀组，压缩效率高。3）相同制冷量情况下，体积小、重量轻。4）机器力矩变化小、振动小，运转平稳。5）能承受一定的液击。6）可实现中间补气的经济器循环，进一步提高压缩机的效率7）能量可以无级调节。8）转子喷油后排气温度低，气密性好，单机可在较大压缩比下运行。1.3.4 螺杆式水冷冷水机组设计工况根据资料【1】关于冷水机组名义工况的规定，本次的设计工况如表1.1所示：表1.1 水冷机组名义

18、工况 项目冷水侧水冷式进口水温出口水温进口水温出口水温制冷名义工况12732371.3.5 蒸发器的型式在螺杆式冷水机组中，蒸发器的型式主要是满液式蒸发器和干式蒸发器两种。满液式蒸发器中，液体制冷剂经过节流装置进入蒸发器，蒸发器内的液位保持一定。蒸发器内的传热管浸没在制冷剂液体中。吸热蒸发后的气液混合物中仍含有大量液体，故从蒸发器内逸出的湿蒸气经气液分离器后再回入压缩机。干式蒸发器则由热力膨胀阀或电子膨胀阀直接控制液体制冷剂进入蒸发器的管程，制冷剂液体在管内完全转变为气体，被冷却的介质则在传热管外的壳程流动。表1.3 满液式蒸发器与干式蒸发器的比较蒸发器种类满液式蒸发器干式蒸发器换热性蒸发器表

19、面为液体润湿，故表面传热系数高，K值大蒸发管部分表面与制冷剂气体接触，故表面传热系数较低，K值较小制冷剂阻力制冷剂阻力小制冷剂阻力大回油性对于润滑油与制冷剂互溶的情况下，较难回油对于润滑油与制冷剂互溶的情况下，回油方便充液量由于壳体内充满制冷剂，古制冷剂充液量大制冷剂的充液量很少，只有满液式蒸发器的1/21/3根据大中型螺杆式水冷冷水机组都采用满液式蒸发器这一特点，本设计蒸发器型式选用满液式蒸发器。1.3.6 冷凝器的型式在螺杆式制冷机组中所使用的水冷冷式冷凝器，主要是卧式壳管式冷凝器。它是由筒体、管板、冷凝管和两侧端盖组成。制冷剂蒸气由筒体上部进入筒内，并在冷凝管的外表面上冷凝。冷凝后的液体

20、制冷剂从筒体下部流出。冷却水经一侧端盖进入冷凝管内，在另一侧端盖换向，再度流入冷凝器冷凝器的水流程一般做成偶数，这样冷却水的进出管可设在同一端盖。冷却水由下部进入，上部流出。这种冷凝器的主要优点是结构紧凑、传热系数高、冷却水耗量少、操作管理方便，所以在螺杆式制冷机组中几乎都采用这种型式的冷凝器。因此本设计采用卧式壳管式冷凝器。2 蒸发器的设计2.1 设计参数的确定本设计设计工况按表1.2国标关于水冷冷水机组的设计工况来确定设计参数，具体参数如下：蒸发器的换热量 ；给定制冷剂：R22；蒸发温度：，；;冷水的进出口温度为： 进口，出口。2.2 热力计算2.2.1 制冷剂的流量 根据参考资料【2】附

21、图5和附表13可以得到以下数据：，。 图2.1 R22的lgP-h图制冷剂流量 （2.1）式中：Qo为蒸发器制冷量，kW h1 制冷剂饱和蒸汽焓值，kJ/kg h4 制冷剂进入蒸发器前饱和液体焓值，kJ/kg2.2.2 冷水的流量水的定性温度：, 根据资料【3】附录9， （2.2）式中：Qo为蒸发器制冷量 ，kW 制冷剂饱和蒸汽焓值，kg/m3 Cp 制冷剂进入蒸发器前饱和液体焓值，kJ/kg t1 进口冷水温度， t2 出口冷水温度，2.3 传热计算2.3.1 选管为提高冷媒侧的对流换热系数，采用外螺纹管，根据资料【4】表3-4选择序号为5，规格为的低翅片管，如图所示：，每米管长管外表换热面

22、积：，螺纹管增强系数：，铜管导热系数：2.3.2 污垢热阻的确定 冷媒水平均温度,制冷剂,根据资料【2】P198表9-1中规定， 管内污垢系数 管外污垢系数2.3.3 管内换热系数的计算冷媒水的定性温度,查物性表得：， ，,，暂取水的流速，管程设计为2程，每流程管子数，当Z=237时，冷媒水的实际流速：，雷诺数： （2.4）式中：u水的流速，m/s水的粘度 di传热管的内径,m104根据资料【3】6-15，2.3.4管外换热系数的计算 平均传热对数温差： 管外换热系数,其中 2.3.5传热系数计算 传热过程分成两部分：第一部分是热量经过制冷剂的传热过程，其传热温差为；第二部分是热量经过管外污垢

23、层、关闭、管内污垢层以及冷媒水的传热过程。 第一部分热流密度 第二部分热流密度 用试算法估算 的值，确定热流密度 表2-14.14.24.34.44.5q46465056548259236381q67236592646063296197由此取,，2.3.6传热面积和管长确定传热面积管子有效长度，取管长4.5m2.4 流动阻力的计算根据参考资料【2】，对于水沿程阻力系数，冷媒水的总流动阻力： （2.7）式中：u管内水的流速，m/s水的密度，kg/m3 l单根传热管长度，m di换热管的内径，m N流程数 沿程阻力系数 符合资料【5】p69表2.10允许压降，设计合理。2.5 结构计算2.5.1

24、换热管布置设计 选用1-2型结构，Z=237，采用等边三角形与正方形的组合排列方式，查资料【5】p46表2.3，换热管中心距s=25mm，分程隔板槽两侧相邻管中心距，换热管在管板上的分布如图图2.2 管板布管图 由图2.2可知，最外层换热管中心所在圆直径2.5.2 壳体设计计算由做出的布管图可得布管限定园直径 ： ；壳体内径 : 根据资料【6】，固定管板式壳体直径在700-1000mm时，壁厚不小于壳体外径 : 根据资料【7】壳体选常用规格为的无缝钢管。2.5.3 校验换热管与管板结构的合理性 交换器管束外缘直径受壳体内径的限制，在设计时要将管束外缘置于布管限定圆内，对于满液式蒸发器，根据资料

25、【2】p205“最外部孔的边缘与外壳内表面的距离不小于5mm”，布管限定圆直径对于上述换热管布置设计由几何关系得出管束外缘直径，符合要求。 换热管长度与壳体直径之比，参看小型制冷装置P76，长径比一般在68范围内较为适宜，据此，选用两个流程是合理的。2.5.4 管板尺寸设计 管板选用直接焊于外壳上并延伸到壳体周围之外兼作法兰，管板与传热管的连接方式采用胀接法。根据换热器设计手册【8】，此类管板设计尺寸与相应法兰标准不符时，以法兰标准为准。 根据资料【4】表3-8管板最小厚度不小于20mm，根据资料【7】表（6-6），查得与管子连接方式有关的系数=1.15,与管板兼做法兰有关的系数=1.00，由

26、经验公式（6-4）得管板厚度： （2.8）式中：、管子连接方式系数，管板兼做法兰系数。 Di壳体内径，mm实际可取. 法兰最小外径：根据国标HG2059220635-2009 钢管制法兰、垫片、紧固件【9】中的法兰标准,选取,法兰厚度：螺栓所在圆的直径：周长：2.5.5 封盖尺寸设计根据资料【10】选封盖厚度20mm，选用椭圆型封盖,其尺寸计算如下：图2.3椭圆封头示意图，,椭圆长轴：短轴：2.5.6 分程隔板尺寸设计按资料【11】，分程隔板厚度选，分程隔板槽深4mm图2.4 分程隔板示意图2.5.7 支座尺寸设计图2.5 支座示意图根据资料【12】表6，可以确定支座尺寸:l1=640mm,l

27、2=460mm,l3=350mm, , h=200.2.6 零部件结构尺寸设计2.6.1 支撑板由于换热管外径14d25。由前面选管长，最大无支撑跨距为1500mm，可取支撑板厚度为10mm,，支撑板数量为2。由于换热管外径为，根据资料【5】表2.5可以知道，最大无支撑跨距为1500mm，所以可取支撑板厚度为12mm,，支撑板数量为2。由于壳体外径为，根据资料【5】表2.7可以选取，拉杆直径为，拉杆数量为8根。2.6.2 垫片的选取根据资料【10】表9-2，垫片的材料可以选取具有适当加固物的石棉（石棉橡胶板）;厚度为，垫片系数，比压力.取垫片宽度N=16mm,根据资料【10】表9-2可以知道：

28、垫片基本密封宽度为，垫片的有效密封宽度为，所以垫片压紧力作用中心圆直径即为垫片接触面的平均直径，即=762+12+82-7.162=765.68mm.预紧状态所需的最小压紧力： （2.9）式中：DG接触面平均直径，mm b垫片宽度，mm y比压力，Mpa操作状态下所需的最小压紧力： （2.10）式中：DG接触面平均直径，mm b垫片宽度，mm m垫片系数 p比压力，Mpa垫片在预紧状态下受到最大螺栓载荷的作用，可能因压紧过度而失去密封性能，为此垫片须有足够的宽度。所需的垫片的最小厚度： （2.11）式中：b许可应力，Mpa常温下的强度指标,安全系数，故许用应力，一定温度下的许用应力，实际螺栓面

29、积（见后面计算）.所以最初选的垫片厚度符合要求。2.6.3 螺栓螺栓的布置： a 螺栓类型: 根据法兰及端盖的厚度，参考资料【13】附表2-1，选螺栓GB/T5782 M2080，其小径=18.917mm. 螺栓的最小间距应满足扳手操作空间的要求，由螺栓的直径，可以查得。b.螺栓个数:螺栓的最大间距为 （2.12） 其中，为法兰厚度，为公称，螺栓直径因为螺栓所在圆的周长=2581.1mm，取螺栓间距为85mm，故所需要的螺栓数，取整32个。螺栓的载荷：预紧状态下需要的最小载荷： （2.13）操作状态下需要的最小载荷：= （2.14）螺栓的面积预紧状态下需要的最小面积： （2.15）=操作状态下

30、需要的最小面积： （2.16） 需要的螺栓面积：= =7441.32当，螺栓的实际面积：=8989.26，符合要求。 螺栓的实际载荷预紧状态下： （2.17） 操作状态下需要的最小载荷：2.6.4 连接管制冷剂连接管：质量流量进口体积流量： 出口体积流量：（1）制冷剂进口接管内径（选氟里昂液体流速为），取无缝钢管，实际流速为（2）制冷剂出口接管内径（选蒸汽流速为），取无缝钢管，实际流速为（3） 冷水管冷水流量，水的流速，取无缝钢管，实际流速为3 冷凝器的设计3.1 设计参数的确定本设计设计工况按表1.2国标关于水冷冷水机组的设计工况来确定设计参数，具体参数如下：蒸发器的换热量 ；给定制冷剂：R

31、22；蒸发温度：；;冷却水的进出口温度：进口，出口。3.2 热力计算3.2.1 制冷剂的流量 根据R22的压焓图【2】，制冷剂的lgp-h图：，。图3.1 R22的lgP-h图由公式(2.1)得制冷剂流量： 理论比功： 指示比功：冷凝器单位热负荷：冷凝器热负荷3.2.2 冷媒水的流量水的定性温度,根据资料【3】附录9，由公式（2.2） 平均传热对数温度3.3 传热计算3.3.1 选管为提高冷媒侧的对流换热系数，采用外螺纹管，根据资料【4】表3-4选择序号为5，规格为的低翅片管，如图所示：，每米管长管外表换热面积：，螺纹管增强系数：，铜管导热系数：3.3.2 确定每流程管数Z，有效单管长l及流程

32、数N冷却水的定性温度,查物性表得： 暂取水的流速，管程设计为2程,每流程管子数，当Z=286时，冷媒水的实际流速，由公式（2.4）可得雷诺数：3.3.3 污垢热阻的确定 根据资料【2】表9-1，冷凝器传热表面污垢系数如下： 管内污垢系数管外污垢系数3.3.4 管内换热系数的计算根据资料【4】（3-5）可以知道，冷却水在管内流动时的表面传热系数为 （3.1）式中 冷却水在管内的流速，管内径，是与冷却水进出口平均温度有关的物性集合系数，取代入数据：3.3.5 管外换热系数的计算根据资料【4】（3-1）可以知道，低翅片管凝结表面传热系数为 （3.2）式中 氟利昂制冷剂的物性集合系数， 冷凝温度， 外

33、壁面温度， 翅根直径， 增强系数， 管排修正系数，根据资料【4】表3-11可以知道氟利昂制冷剂的物性集合系数为：B=1447.1对于管排系数，冷凝器采用管子成正三角形排列的布置方案，管距s25mm, 则传热管布置在51纵列内，每列管子数分别为：2、4、6、6、8、8、10、10、10、10、12、10、12、12、12、12、14、12、14、12、14、14、14、14、14、12、14、14、14、14、14、12、14、12、14、12、12、12、12、10、12、10、10、10、10、8、8、6、6、4、2根据资料【4】（3-4）可以知道 （3.3）代入数据：所以低翅片管凝结表面传

34、热系数为3.3.6 传热系数k的计算 根据资料【4】（3-6）和（3-7）可以计算热流密度：第一式： （3.4）第二式： （3.4）将有关各值代入计算得：选取不同的进行试凑计算，计算结果列于表3.1中表3.1 试凑计算结果2.902.912.922.932.942.955840.065855.165870.245885.315900.375915.425962.665935.525908.385881.245826.965826.95当时，两式误差已很小，所以取3.3.7 传热面积和管长的确定传热面积为：管子有效长度：，根据资料【3】取管长为3.4 流动阻力的计算 根据参考资料【2】，对于水沿

35、程阻力系数，冷媒水的总流动阻力由公式（2.7）可得： 符合资料【5】表2.10允许压降，设计合理。3.5 结构计算3.5.1 换热管布置设计 选用1-2型结构，Z=286，采用等边三角形与正方形的组合排列方式，查资料【5】p46表2.3，换热管中心距s=25mm，分程隔板槽两侧相邻管中心距，换热管在管板上的分布如图图3.2 管板布管图 由图3-1可知，最外层换热管中心所在圆直径3.5.2 壳体设计计算具体内容参考第二章2.5.2所示3.5.3 校验换热管与管板结构的合理性具体内容参考第二章2.5.3所示3.5.4 管板尺寸设计 具体内容参考第二章2.5.4所示3.5.5 封盖尺寸设计具体内容参

36、考第二章2.5.5所示3.5.6 分程隔板尺寸设计具体内容参考第二章2.5.6所示3.5.7 支座尺寸设计具体内容参考第二章2.5.7所示3.6 零部件结构尺寸设计3.6.1 支撑板具体内容参考第二章2.6.1所示3.6.2 垫片的选取具体内容参考第二章2.6.2所示3.6.3 螺栓具体内容参考第二章2.6.3所示3.6.4 连接管制冷剂连接管：冷凝器入口， 冷凝器出口， 制冷剂的质量流量： 进口体积流量： 出口体积流量： （1）冷凝器进口接管内径（选氟里昂蒸汽流速为），取规格为的无缝钢管，实际流速为（2）出口接管内径（选氟利昂液体流速为），取规格为的无缝钢管，实际流速为（3）冷媒水管冷媒水流

37、量，水的流速，取规格为的无缝钢管，实际流速为4 压缩机及辅助设备的选型4.1 压缩机及其附件的选型4.1.1 压缩机初步选型压缩机的理论排气量为，式中为输气系数，取，代入数据可得由压缩机选型软件得：因此选用比泽尔压缩机CSH9591-300，其主要技术参数如下表技术参数SIIP排气量 (2900g/min 50 Hz)910 m3/h32137 CFH排气量 (3500g/min 60 Hz)1098 m3/h38786 CFH电机电压 (其它备询）400V D(+-10%)/3/50Hz460V D(+-10%)/3/60Hz最大运行电流：450A450A启动电流（电机堵转）：805A Y

38、/ 2520A D805A Y / 2520A D重量：1400kg3087lb最大压力 (LP/HP)19 / 28 bar275 / 400 psi充油量35,0 dm31231.8 fl oz油加热器300 W (Standard)300 W (Standard)油分离器StandardStandard油过滤器StandardStandard油位控制OptionOption排气温度保护StandardStandard卸载启动StandardStandard四级能量调节100-75-50-25% (Standard)100-75-50-25% (Standard)无级能量调节100-25%

39、 (Standard)100-25% (Standard)排气阀OptionOption采用3台并联。4.2 油分离器选型由4.1节压缩机技术参数表可知，油分离器由压缩机自带。4.3 节流装置选型节流装置根据满液式蒸发器的特点，采用电子膨胀阀节流。选用艾默生Alco电子膨胀阀。利用Alco电子膨胀阀选型软件进行计算，计算可得采用型号为EX7M21/U31 型号，采用3个并联。图4.1 电子膨胀阀选型图4.4 干燥过滤器选型干燥器只用在氟利昂制冷剂中，装在液体管路上用以吸附制冷剂中的水分。干燥器中一般用硅胶作于干燥剂。干燥器装在节流阀之前，通常和干燥器平行设置旁通管路，以便在干燥器堵塞或拆下清理

40、时制冷机能够继续工作。在小型氟利昂制冷装置中，通常将过滤器与干燥器合为一体，称为干燥过滤器。为防止干燥剂进入管路系统中，干燥过滤器两端装有铁丝网或铜丝网、纱布和脱脂棉等过滤层。经过查阅资料【14】可以知道，选择型号为DCR 04821的丹佛斯干燥过滤器，相关技术参数如图4.2所示：图4.2 干燥过滤器相关技术参数4.5 气液分离器选型为了防止压缩机发生液击现象，一般在压缩机吸气段附近加上一个气液分离器。其分离原理是通过将从换热器来的含液体制冷剂蒸气通过减速并改变流动方向使其中液体分离落入腔体内，蒸气则由回气管上端进入压缩机，为了使润滑油能返回压缩机，在回气管下端开有1mm左右的回油小孔。本设计

41、选用型号KGINDUSTRYINC公司的RWCS-9613T的气液分离器。4.6 温控阀选型温控阀是一种简单可靠的解决方案，它既不需要电力，也不需要控制空气。 它可以用于多种应用，比如在冷却系统中自动控制水温。这些阀门可以配备远程传感器或内置传感器。本设计选用丹佛斯WVTS 温控阀。WVTS 型冷却水阀适用于对水流或中性盐水流的温度控制。WVTS 在传感器温度上升时打开。 根据传感器温度执行精确流量控制的大型自动冷却水阀温度升高时打开铸铁阀体5 机组的管路及系统设计5.1 制冷管道设计根据资料【8】，制冷剂管道系统设计应当遵守以下的几项原则：1.必须使制冷系统的所有管道，做到工艺系统流程合理，

42、操作、维修、管理方便，运行安全可靠，确保生产；2.设备与设备、管道与设备、管道与管道之间，必须保持合理的位置关系；3.必须保证供给蒸发器适量的制冷剂，并且能够顺利地在制冷系统内往复循环；4.管道的尺寸要合理，不允许有过大的压力降产生，以防止系统的效率和制冷能力不必要的降低。；5.根据制冷系统的不同特点和不同管段，必须设计有一定的坡度和坡向；6.输送液体的管段，除特殊要求外，不允许设计成倒“U”字型管段，以免形成气囊，阻碍流体的流通；7. 输送气体的管段，除特殊要求外，不允许设计成“U”字型管段，以免形成液囊，阻碍流体的流通；8.必须防止润滑油积集在制冷系统的其它无关部分；9.制冷系统进入工作后

43、，如遇有部分停机和全部停机时，必须防止液体进入制冷压缩机；10.必须按照制冷系统所用的制冷剂的特点，选用管材、阀门和仪表等。5.1.1 制冷压缩机吸气管道设计 （1）制冷压缩机的吸气管道应设大于或等于0.02的坡度，且必须使其坡向制冷压缩机，用以确保停机时润滑油能自动流回制冷压缩机，工作时能够连续地随制冷剂气体一起流回制冷压缩机 （2）制冷系统中采用单台制冷压缩机时，在制冷压缩机的吸气管道入口处不装设“U”形集油弯管，停机后再启动时，会有大量的油进入制冷压缩机，从而产生不良后果。 （3）吸气管道直径计算选型接管内径（选蒸汽流速为），取无缝钢管，实际流速为5.1.2 制冷压缩机排气管道设计（1）

44、制冷压缩机的排气管道设计，应当注意到使系统在低负荷运行时，能确保管道内部的气体流速将润滑油均匀地由竖管带出（排出口无分油器时），以及防止在排气管道内部产生有贮存润滑油的可能。此外，还必须能杜绝液体制冷剂从制冷压缩机接往冷凝器的排气管道返流回制冷压缩机，以免造成液击事故。（2）制冷压缩机的排气管道应设大于或等于0.01的坡度，且必须使其坡向油分离器或者冷凝器，用以确保停机时润滑油和制冷剂气体一起流向油分离器或者冷凝。 （3）为了防止液体倒流，设置油分离器。（4）排气管道直径计算选型：接管内径（选氟里昂液体流速为），取规格为的无缝钢管，实际流速为5.1.3 冷凝器至蒸发器之间的管道设计 （1）这部

45、分的管道设计主要是指液体管道的设计问题。一般情况下，除了选择适当的管道直径要保证合理的压力降外，液体管道在设计中的问题是比较少的。润滑油溶解于R22液体中。所以油在液体管道内是随制冷剂循环的，即便是液体的流速很低或管道有集液弯也不会产生问题。最需要注意的是防止在液体管道内产生闪发气体的问题。由于液体管道上安装着干燥器、过滤器、电磁阀以及其他阀门和附件，液体制冷剂到达膨胀阀前的摩阻而产生的压力损失和供液到高处的静液柱压力损失，以及由于管外侵入的热量使液体制冷剂温度上升，当这些因素超过制冷剂过冷度时，就会产生闪发气体，这时阻力将愈来愈大，会使膨胀阀的供液量不足，造成制冷系统制冷能力下降。所以必须设

46、置气液热交换器或其他措施来使液体在膨胀阀前有少许过冷。为了不使液体受外界热量的侵入，当液体温度低于环境温度时，还需要采取隔热措施。 （2）冷凝器至蒸发器之间的管道直径计算选型接管内径（选蒸汽流速为）取无缝钢管，实际流速为5.2 系统设计5.2.1 引射泵回油系统在满液式系统中，蒸发器内制冷剂走壳程，冷冻水走管程，此时制冷剂在管外全程沸腾换热，蒸发时会使其携带的润滑油沉积在蒸发器，如果长期维持这种状况会使大量的润滑油囤积在蒸发器中，从而减少蒸发器有效换热面积，并减少压缩机的润滑油量，对系统应用十分不利。为解决上述问题，本设计配置了引射泵作为蒸发器的回油装置。引射泵的原理为通过将高压流体的压力能转

47、换为动能，使高压流体在经过喷嘴后的速度达到一个极高的值，此时流体周围的区域呈负压状态，从而将降低压流体引入，当两股流体混合之后再进入扩散器将其动能转换为压力能，完成整个引射动作。引射泵带有三个口，其中一个为引射流体入口，另一个为被引射流体入口，最后一个为混合流体出口。5.2.2 系统配置系统配置图如下图，其应用重点为：n 外置高效油分：使进入蒸发器中的制冷剂的含油量最低；n 设计合理的保护（警告）系统；当回油故障时报警提示；n 液位开关；当回油不足时停机保护；n 设计合理的回油系统；保证压缩机的正常运行图5.1 系统管路示意图点1：高压气体引出点，提供引射回油的动力，从冷凝器顶部引出；点2：低

48、位出油点，提供所需润滑油，从蒸发器中部引出；点3：高位出油点，提供所需润滑油，从蒸发器上部引出；点4：此点设计在水平吸气管路或压缩机回气垂直下降管路处。注意事项：n 在外置油过滤器前后配置油压差开关，当压差大于1.5bar时发出过滤器脏堵报警，此时应及时清洗或更换滤网；n 当安装油冷却器时，油冷却器位置应低于油分离器与压缩机；n 油路电磁阀与压缩机同时开关，防止压缩机停机时润滑油回流；n 油流量保护设定动作延时2030S5.3 制冷管道及测量仪表的安装5.3.1 常用的管材、管件和阀门 制冷系统主要管道采用热轧无缝钢管，制冷管道安装工艺除应遵守设计要求外，必须遵照国家标准工业管道施工及验收规范

49、（GBJ2358）、现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范（GBJ2368）等规定内容。5.3.2 测量仪表的安装 制冷系统的测量仪表，在安装前应对单体仪表进行刻度准确性校检，并符合有关技术标准，方能投入安装工序。5.4 制冷机组及管道的防腐与绝热5.4.1 制冷机组及管道的防护与涂漆在露天、机房环境条件下工作的制冷设备和管道要经常受到空气中的氧、二氧化碳、二氧化硫等气体的侵蚀，如不采取防护措施，尤其是钢制设备和管道，其表面就会生锈、剥落甚至损坏。最常用且简便易行的保护方法就是表面涂漆。5.4.2 制冷机组及管道的绝热材料与绝热结构绝热材料采用聚苯乙烯泡沫塑料。绝热结构是指用几种材料按不同要

50、求而组合制成的绝热体，由内到外一般包括五个结构层：防锈层、绝热层、防潮层。保护层和识别层。6 自控系统设计6.1 自动控制方案6.1.1 自动控制概述现代科学技术发展迅速，各学科相互渗透，自动控制与计算机技术已普遍应用在各领域中，现代控制论在发展又使自动化技术有了新的突破。制冷（含空调）装置自动化是热工对象自动化的一个特例，实现计算机控制，其基础仍是引用经典自动调节理论及各热工参数实现自动调节，因此掌握自动调节系统的基本原理是实现制冷装置自动化所必需的基本知识。现代制冷空调技术阀自动化、智能化和机组化发展。计算机控制的制冷装置、冷库。小型家用空调器、高层建筑群空调系统及高精度的恒温恒湿装置等不

51、断地对自动调节技术提出新的要求，也为制冷空调自动化技术提供了发展动力。在制冷装置与空调系统中，为了使整个装置和系统能正常运行，并达到所要求的指标，有许多热工参数要进行控制，如温度、湿度、压力、流量和液位等。6.1.2 机组运行参数控制方案制冷机组运行参数包括蒸发压力和冷凝压力、制冷剂温度的自动控制。采用电子膨胀阀可以对蒸发器供液量进行调节，最大限度地利用蒸发器的蒸发面积,使蒸发器的制冷量与负荷匹配,且保证系统安全、节能地运行，保证了蒸发压力可以在一定的范围内波动。对于水冷式的冷凝器来说,通常在冷却水进水管上安装水量调节阀。用调节冷却水流量的方法调节冷凝压力。水量调节阀有压力控制和温度控制两种.

52、本设计采用压力控制的方式。制冷剂温度调节调节阀是以冷媒温度为信号而控制蒸发器能力的调节阀，安装在蒸发器的出口管上。它通过阀的开度变化调节蒸发器回气量（蒸发器制冷能力），从而控制冷媒的温度。其控制方式采用温包感温控制式。6.1.3 水泵自动控制方案 水流开关可以保证机组在运转情况下有足够的冷水和冷却水流量。机组内部冷水/冷却水水泵连锁控制程序，可使机组开机前，自动打开水泵，机组停机后，自动关闭冷却水泵，从而保证机组运转安全性，也方便了用户使用。6.2 压缩机的自动控制6.2.1 压缩机控制方案压缩机的自动控制方案主要包括启动型式，能量调节，安全保护等等。启动型式Y启动。在刚开机时是Y形连接，此时

53、绕组上的电压降低为输入电压的1/3，等启动完毕后，重新连接为形连接。通过这种方式启动，以降低启动电压来减小启动电流。能量调节采用连续（无段式）容量调节系统。实现压缩机的制冷量和热负荷保持平衡的调节.能量调节可提高制冷压缩机运行的经济性、适应性和使用寿命。螺杆式制冷压缩机自动保护项目，主要有高低压保护、油压保护、排气温度保护等。6.2.2 起动型式根据资料【14】，螺杆压缩机电动机标准启动方式为Y启动。在刚开机时是Y形连接，此时绕组上的电压降低为输入电压的1/3，等启动完毕后，重新连接为形连接。通过这种方式启动，以降低启动电压来减小启动电流。在Y形连接时，MCM、MCS得电动作使Z、X、Y三点并

54、在一起成为Y形连接的中心点。数秒后，MCM、MCS转换。约0.25秒后，MCM、MCS得电此时转换为形连接。图6.1 启动型式电气原理图图6.2 启动型式及转换时间关系图6.2.3 能量调节选用的CSH系列的螺杆压缩机配备连续（无段式）容量调节系统。它是由调节滑阀，活塞杆，活塞缸以及活塞环构成。滑阀与活塞通过活塞杆连接。操作的原理是利用油压推动活塞缸中的活塞。如下图，润滑油从油箱中流出，通过油过滤器和毛细管，由于油压高于右端弹簧力与制冷剂压力之和，润滑油进入活塞缸。在压差的作用下，活塞在活塞缸中向右侧移动。当滑阀向右侧移动时，压缩腔内的有效压缩容积增加。这也意味着制冷剂气体的排气量增加，最终导

55、致制冷量增加。在无段式容量调节系统中，一个常开电磁阀（SV1）和一个常闭电磁阀（SV2）分别安装在活塞缸的进、出口处。这两个电磁阀是通过温度控制器或者微控制器控制的，可以实现冷量在25100中任何位置的连续调节。所以通过周期性的调节电磁阀SV1、SV2可以稳定的控制能量输出。图6.3 无段容量调节原理图6.2.4 自动保护螺杆式制冷压缩机自动保护项目，主要有高低压保护、油压保护、排气温度保护等。（1）高低压保护：由吸气与排气关断阀来实现。（2）油压保护：制冷压缩机在运行中，其转动部件（轴承、阴阳螺杆转子）均需要润滑油的连续润滑和冷却，因此，必须保证润滑油的连续润滑和冷却，因此，必须保证润滑油形

56、成一定供回油压差，以确保一定的油量。在外置的油系统中，油泵出口油压与压缩机内回油箱之间的油压差即供油压力，常用带热动延时继电器的油压差控制器来监视。采用常见的油压差控制器JC3.5型。表6.1 油压差控制器的技术参数压差调节范围（kPa）不可调差值（kPa）波纹管最大耐压（MPa）延时时间（s）电源触头容量JC3.550350501.66020AC：220/380VDC：220V1000VA50W图6.4 JC3.5型油压差控制器电气原理图（3）排气温度保护：采用JTXA保护模块来实现。JTXA保护模块型电机综合保护器是集电机错相、短相、过热等多种保护功能为一体的电机保护器。如下图所示，JTXA型相位检测为电压型，过热检测采用PTC组件，与被保护电机的功率无关。图6.5 排气温度保护模块控制原理图6.3