制冷系统设计要点(22页).doc

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1、-第 1 页制冷系统设计要制冷系统设计要点点-第 2 页课课 程程 设设 计计设计题目：设计题目：南京市某空调制冷机房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目录录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23.1 初参数23.2 确定制冷剂种类和系统形式23.3 确定制冷系统设计工况23.3.1 冷凝温度的确定23.3.2 蒸发温度的确定33.3.3 过冷温度的确定33.3.4 过热温度的确定33.3.5 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65.1 压缩机形式的选择65.2 压缩机台数的选择75.3 压缩

2、机级数的选择75.4 电机的选择76 冷凝器的选择计算76.1 冷凝器的选择7-第 3 页6.2 冷凝器热负荷计算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 106.10.1求水平光管管外冷凝换热系数 106.10.2计算水平肋管外的冷凝换热系数 106.10.3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127.1蒸发器的预选127

3、.2蒸发温度与传热温差的确定127.3换热面积的计算127.4蒸发器风量的确定127.5风机的选择128冷却水系统的选择138.1冷却塔138.2水泵的选型138.2.1水泵扬程138.2.2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 1511.1膨胀阀的选择 1511.2贮液器的选择计算 1511.3油氨分离器的选择计算 1511.4气液分离器的选择计算 1511.5集油器的选择计算 1611.6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 17-第 0 页0 0 设计任务设计任务设计一南京地区用制

4、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 1 前前言言近 50 年来，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

5、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

6、：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。-第 1 页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

7、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：tttsss1（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：313281ts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

8、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-第 2 页若系统以水为载冷剂，其传热温差为，42ttsc（3-3）式中冷凝温度（）。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ttte（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25-7te.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

9、液体过冷。也就是不考虑过冷温度。3.3.4、过热温度tr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：10.27kgm3，20.087kgm3-第 3 页焓值：h11459kgKJ，h21660kgKJ，h3h4380kgKJ。4 制冷系统热力计算1）单位质量制冷量的计算410hhq（4-1）代入数据有：0q=（1459-380）kgKJ=1079kgKJ2）单位冷

10、凝负荷qk的计算hhq32k（4-2）代入数据有：1280380-1660kqkgKJ3）单位理论压缩功c的计算hhw12c（4-3）代入数据有：2011459-1660cwkgKJ4）单位容积制冷量的计算vqq10v（4-4）代入数据有：27.01079vq3996m3kJ5）制冷剂质量流量Mr的计算qQMr00（4-5）代入数据有：0923.01079100Mrskg-第 4 页6）压缩机吸入制冷剂蒸汽的体积流量Vr的计算vqQr0V（4-6）代入数据有：025.03996100Vrs3m7）冷凝器热负荷k的计算qkr Mk（4-7）代入数据有：kw1.11812800923.0k8）压缩

11、机所需的理论耗功率pth的计算cMrpth（4-8）代入数据有：kwp552.182010923.0th9）制冷系数th的计算ththp0（4-9）代入数据有：39.5552.18100th10）逆卡诺循环制冷系数c的计算：kckcTTT（4-10）代入数据有：64.7275-311275c11）制冷系数R的计算cthR（4-11）代入数据有：71.064.739.5R-第 5 页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。5.25.2 压缩机台数的选择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KA12.51

12、2 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：gQQ00m（5-1）式中压缩机台数（台）；每台压缩机设计工况下的制冷量（）。代入数据有：73.0137100m（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，37.334.4364.1472ecpp8，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

13、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-第 6 页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。1.118k(KW)式中k冷凝器的热负荷（KW）。6.36.3 冷凝器的已知参数冷凝器的已知参数氨制冷系统传热管采用无缝钢管，f=58.2w/(mk)，肋管外径0d=15.43mm，内径id=13.15mm,肋片外径fd=17.8mm，肋片厚度t=0.232mm，0=0.354 mm，平均肋厚f=0.3mm，肋片的节距 e=1.029mm。6.4 计算肋管特性参数（以

14、 1 米长肋管计算）肋管水平部分的面积：ededtf1000A00p（6-1）依次代入数据有：pA=443-10肋管垂直部分面积：eddf12)(A202f（6-2）依次代入数据有：fA=1193-10肋管总外表面积：A=pA+fA(6-3)依次代入数据有：A=1633-10肋化系数：15.3肋片的当量高度：ffddd)(4H202e（6-4）依次代入数据有：eH=3.53-10m-第 7 页基管平均表面积：A=20idd（6-5）依次代入数据有：A=44.93-10所以：fA/A=0.73；pA/A=0.27：A/A=3.66.5 计算平均传热温差tttttttscscss2112mln（6

15、-6）代入数据有：tm34383138ln31-345.36 6.6 冷却水流量查水在 5.36 的物性参数：pC=4.2)(kkgkJwM1000pktcm（6-7）代入数据有：100036.52.410001.118wM5.25skg6.7 概算所需传热面积假设热流密度=5500w/，则mk2c215500118100/A6.8 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vdMiw24m（6-8）代入数据有：m=14.4取 m=15,这样管束总长等于)(AmnlAc（6-9）代入数据有：nl=8.6-第 8 页如流程数 n=2,则冷凝器传热管有效长度为 4.3m

16、；传热总根数 N=40 根。6.9 计算水侧的换热系数2.08.02s1s2.08.0)2t221430(iiwdvtdv（6-10）代入数据有w1.129410w/k6.10 计算制冷剂测得冷凝换热系数6.10,1 求水平光管管外冷凝换热系数由于ct=38C，查物性表可得：导热系数：=0.44w/(mk)，密度：=582.7kg/3m，定压比热容：pC=4.89kj/(kgk)，粘度：=1.2824-10Ns/，密度：=1094.8kj/kg所以312331g（6-11）310c65.0d（6-12）代入数据有：311.34410代入数据有：c1980w/k6.10.2 计算水平肋管外的冷凝

17、换热系数212mffc（6-12）00lg805.012ddddlff（6-13）代入数据有：m=474-1m-第 9 页代入数据有：l=0.00124m代入数据有肋片效率：lmlmthf=0.8981（lm=0.59，计算出lmth=0.5298）肋片的修正系数f=AAHdAAefp25.0075.0f3.1（6-14）代入数据有：f=1.5所以，cffc（6-15）代入数据有：fc1.51980=2970w/(k)6.10.3 计算水平肋管束外冷凝换热系数fczfcz（6-16）代入数据有：fcfcN167.05.0z6.02406.6w/(k)6.11 实际的热流密度（）取污垢热阻8.0

18、Rfou4-10(k)/w，按公式111KiwfoupoilzfccAARAARR（6-17）其中：油膜热阻oilR取 0.43-10k/w管壁热阻pR=2.865-10k/w代入数据有：cK=689.9w/(k)所以，实际热流密度=3698w/计算传热面积有效。6.12 计算实际传热面积布置管束Ac=mctK/k(6-18)-第 10 页代入数据有：Ac=31.9 保持上面确定的 m=15,n=2，冷凝器的有效管长为：)(mnAAlc解得有效管长：l=6.52m6.13 冷凝器的选型由冷凝器的计算知，估计选 LN-25 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

19、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。7.27.2 蒸发温度与传热温差的确定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te比冷却空气的出口温度低 68，就是说，平均传热温差tm约为 1113，取 12.以外肋表面为基准的热流密度约 450550mw.蒸发温度已知为te=2，有 5过热度，热流密度 K 取35KWm2.7.3 换热面积的计算传热面积：0tQAmCK(7-1)代入数据有：22381235100000mAC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=2

20、502m7.4 蒸发器风量的确定mPctcV0（7-2）-第 11 页代入数据有：sVcm2102.112005.11007.5 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36000h3m。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sg25.5KMw。根据型号估计选用HL6-30 型。8.2 水泵的选型:水流量为h82.18sg25.53mKMGw即：泵的流量为 18.82m3/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

21、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-第 12 页安全系数0取 1.2总扬程plHH0（8-2）代入数据有：OmHHl22.25534362.1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

22、：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，制冷剂在总管内流量kg/s0923.0rM，1v=0.27kgm/3，2v=0.087kgm/3，排气管内制冷剂流速smp/11，吸气管内流速sm/13x，冷凝器内水流速sl/m3.1，流量为skgMw/25.5，蒸发器风smz/8.0速，风量为skgMc/10。由公式：4nMvd（计算各个管径如下：）（10-1）吸气水平管：xrnxvMd14（10-2）代入数据

23、有：mdnx05.01314.327.00923.04选用50DN吸气立管：查 R717 上升吸气立管最小负荷图得.0.138n x ldm选用150DN排气管：prnpvMd24（10-3）代入数据有：mdnp030.01114.3087.00923.04选用50DN在分管中的流量skgMr/0462.00923.021-第 13 页排气分管：prnpvMd24（10-4）代入数据有：mdnp0216.01114.3087.00462.04选用50DN吸气分管：xrnxvMd14（10-5）代入数据有：mdnx035.01314.327.00462.04选用50DN由于采用直接空冷式蒸发器，

24、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

25、离器的选择计算油分离器筒体直径：124qvD（11-2）-第 14 页代入数值计算有：mmD370360027.0087.03.039964选用压缩机配套的 YF40 油分离器。直径为 400mm 370mm 满足要求。11.4、气液分离器的选择计算气液分离器的桶体直径按下列公式计算：qvD4（11-3）代入数据计算有：mmD65136003.039964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

26、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 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=137KW1配套电动机台YW200L-2P=55KW1-第 15 页立式冷凝器台LN-25F=251直

27、接蒸发式空气冷却器台DWZ-250F=2501配套风机台QF36-380Q=36000h3m1冷却塔台HL6-30sg6KMw1立式管道离心泵型水泵，台80-250BQ=20m3/h1电磁阀台DC801节流阀台毛细管D=1.2mmL=0.6m1贮液器台ZA-0.5BV=0.51集油器台JY-100D=200mm1油氨分离器台YF-40D=400mm1空气分离器台KF-32BD=108mm1气液分离器台AF-65D=650mm1不凝气体分离器台KF32B1紧急泄氨器台KFA 系列1安全阀台HPb59-1/H621干燥过滤器台QLJ1600-Z1图 13-1 基本机构示意图1414、参考文献参考文献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-第 16 页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，1994.43 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，2010.85 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，2006.4-第 0 页