制冷系统设计..docx

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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 冷凝温度确实定23.3.2 蒸发温度确实定33.3.3 过冷温度确实定33.3.4 过热温度确实定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76.2 冷凝器热负

2、荷计算76.3 冷凝器的参数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 初步规划冷凝器构造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127.2 蒸发温度与传热温差确实定127.3 换热面积的计算127.4 蒸发器风量确实定127.5 风机的选择1

3、28 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 其它关心膨胀阀的选择计算1511.1 膨胀阀的选择1511.2 贮液器的选择计算1511.3 油氨分别器的选择计算1511.4 气液分别器的选择计算1511.5 集油器的选择计算1611.6 不凝性气体分别器的选择计算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，承受空冷式直接制冷，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

4、年来，随着现代科学技术的飞速进展，制冷技术以日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。我国是最早利用自然冷源的国家之一，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行替代的。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、电动机和自动掌握设备等。其步骤是依据给定的冷冻水温度 (或被冷却的空气温度)、流量和所承受的冷却水(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

5、的内在参数设计值)，然后，依据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力量。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)在肯定范围内转变时，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定选择。12 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承受空冷式直接制冷，空调制冷量定为 100KW。数据：制冷剂为：氨(R717)。冷

6、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，承受空冷式直接制冷，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） 制冷系统主要供给空调用冷冻水，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依据设计的数据及要求，本制冷系统为 100KW 的氨制冷系统。由于制冷总负荷为 100KW,所以可选双

7、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 确实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t= 28Cs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：t = ts1s+ Dts3-1式中冷却水进冷凝器温度；2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： ts1= 28 + 3 = 31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= +243-2代入上面算出的数据有：=31+3=34留意：通常不超过 35，系统以水为冷却介质，其传热温差取

8、 46。则冷凝温度为假设系统以水为载冷剂，其传热温差为，tc= t + 43-3s 2式中冷凝温度。代入数据有冷凝温度：=34+4=383.3.2 、 蒸发温度 确实定则蒸发温度为te= t”-Dt3-4对于本设计系统， =2，因此不承受液体过冷，即剂的温度。=0。式中载冷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te= 7 - 5 = 2 .3.3.3 、 过冷温度 确实定对于一般的空气调整用制冷装置，不承受液体过冷；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。t3.3.4 、过热温度 r确实定3压

9、缩机吸气口温度 确实定通常= +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 图依据题意绘制的 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 kPan比容：= 0.27 m3kg ， n= 0.087 m3 kg123412焓值： h =1459 KJ kg ， h =1660 KJ kg ， h = h = 380 KJ kg 。44 制冷系统热力计算1） 单位质量制冷量 的计算q= h- h0144-1代入数据有： q = 1459-380 KJ kg =1079 K

10、J kg0q2） 单位冷凝负荷k的计算q = h - hk23代入数据有： q = 1660 - 380 = 1280 KJ kgkc3） 单位理论压缩功w的计算4-2w = h - hc214-3代入数据有： wc= 1660 -1459 = 201 KJ kg4） 单位容积制冷量 的计算qqv=04-4v1代入数据有： q= 1079 = 3996 kJm 3v0.27r5） 制冷剂质量流量M的计算QMr = q 04-50代入数据有： Mr =1001079= 0.0923 kg s6） 压缩机吸入制冷剂蒸汽的体积流量V的计算rVr =Q04-6qv5100代入数据有： Vr = 399

11、6= 0.025 m 3 s7） 冷凝器热负荷f的计算kf= Mr q4-7kk代入数据有：f= 0.09231280 = 118.1kwkp8） 压缩机所需的理论耗功率的计算thp = Mr wthc4-8代入数据有： p= 0.0923 201 = 18.552kwth9） 制冷系数e的计算thef=0thpth1004-9代入数据有： e=th18.552= 5.3910） 逆卡诺循环制冷系数e的计算：cke=TcT - Tck代入数据有： ech275= 311- 275= 7.644-1011） 制冷系数hR的计算Rw= wthc4-11代入数据有： h= 5.39R7.64= 0.

12、715 制冷压缩机型号及台数确实定5.1 压缩机形式的选择依据参数，预选螺杆式压缩机。65.2 压缩机台数的选择查有用制冷工程设计手册依据制冷机组冷负荷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，应依据总制冷量来确定：Qm =05-1Q0 g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： m = 100 = 0.73 台137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：压缩机级数应依据设计工况的冷凝压力与蒸发压力之比来确定。一般假设以氨为制冷剂，当应承受两

13、级压缩机。时，应承受单级压缩机；当时，则p所以，对于本设计制冷系统中， pce= 1472.4436.34= 3.37 8，因此，本设计制冷系统承受单级压缩。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。f= 118.1 (KW)k7f式中k冷凝器的热负荷KW。6.3 冷凝器的参数氨制冷系统传热管承受无缝钢管， lf=58.2w/(m k) ， 肋管外径d=15.43mm，内

14、径d =13.15mm, 肋片外径 d =17.8mm，肋片厚度 d=0.232mm，0iftd=0.354 mm，平均肋厚d0f=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局部的面积： Ap= pd0(e -d0)+pdd 1000fte6-1依次代入数据有： App (d 2= 4410-3 - d 2 ) 1肋管垂直局部面积： A=f0f2e6-2依次代入数据有： Af=11910-3 肋管总外外表积： A = A + A(6-3)pf依次代入数据有：A=16310-3 肋化系数：t = 3.15肋片的当量高度： Hp (d 2=f-

15、 d 2 )06-4e4df依次代入数据有： H=3.510-3 me基管平均外表积： A =p (d+ d )0i26-5依次代入数据有： A =44.910-3 所以： A /A=0.73 ； A /A= 0.27： A/ A =3.6fp6.5 计算平均传热温差8D t =mtst2-t- ts16-6ln tc - t s1cs 2代入数据有： Dt=m6.6 冷却水流量34 - 31ln 38 - 31 38 - 34= 5.36 查水在 5.36 的物性参数： Cp=4.2 kJ (kg k )fMw = c D tp1000km6-7代入数据有： Mw6.7 概算所需传热面积=1

16、18.11000= 5.25 kg s4.2 5.36 1000假设热流密度y =5500w/，则Ac= f /y = 1181005500 = 21m 2k6.8 初步规划冷凝器构造取管内的流速 v=2.7m/s，则每流程管数 m 为Mw p4m =6-8d 2 rvi代入数据有：m=14.4 取 m=15,这样管束总长等于nl = Ac( Am)6-9代入数据有： nl =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a= bwv0.8 d 0.2it+ t= (1430 + 22 s1s2 )2v0.8 d 0.2i6-1

17、0代入数据有aw= 1.12910 4 w/k96.10 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t=38 C ，查物性表可得：c导热系数： l =0.44w/(mk) ， 密度： r =582.7kg/ m 3 ，定压比热容： C=4.89kj/(kgk) ，p粘度： m =1.28210 -4 Ns/ ， 密度： g =1094.8kj/kg所以1b 1 = l3 r 2gg 36-11m3 b1 3ac = 0.65 yd06-121代入数据有： b 3=1.3410 4代入数据有：a= 1980w/kc6.10.2 计算水平肋管外的冷凝换热系数 2a 1

18、2m = l dcff6-12dl =f- d d20 1+ 0.805 lgf6-13 d0 代入数据有： m =474 m -1代入数据有： l =0.00124m 代入数据有肋片效率：h= th(ml )=0.8981 ml =0.59，计算出th(ml )=0.5298fml肋片的修正系数A d0.25A e= 1.3h0.75f 0 +p 6-14ffAHeA 10代入数据有： e=1.5f所以，a= ea6-15c ffc代入数据有：a1.51980=2970w/(k)c f6.10.3 计算水平肋管束外冷凝换热系数ac f z= e az(c f)-0.1676-16代入数据有：

19、a=c f z0.6N 0.5ac f= 2406.6w/(k)6.11 实际的热流密度y 取污垢热阻R= 0.8 10 -4 (k) /w，按公式fou1A1 A -1 aK= + R + R+ R+6-17cc f zoil pAfouaA wi其中：油膜热阻R取 0.410 -3 k/woil管壁热阻R=2.8610 -5 k/wp代入数据有： Kc= 689.9w/(k)所以，实际热流密度y = D=3698w/y -yy100% = 4.87% 5%,计算传热面积有效。6.12 计算实际传热面积布置管束Ac=f/(K Dt)(6-18)kcm代入数据有：Ac=31.9 保持上面确定的

20、 m=15,n=2，冷凝器的有效管长为： l = Ac( Amn)解得有效管长： l =6.52m16.13 冷凝器的选型由冷凝器的计算知，估量选 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确实定对于直接蒸发式空气冷却器，由于空气侧换热系数低，为了不是构造尺寸偏大，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D t ”约为 1113，取 12.以外肋外表为基准的热流密m()度约 450550 w m .蒸发温度为 t=2，有 5过

21、热度，热流密度 K 取e35Wm2 K .7.3 换热面积的计算Q0”传热面积：A =CKD tm(7-1)代入数据有： A100000C= 3512= 238m2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=250 m 27.4 蒸发器风量确实定fV =0cc DtP r7-2m代入数据有：Vc100= 1.005121.2= 10 m 2 s7.5 风机的选择选用与蒸发器配套的送风机，估量可选用QF36-380 型。其送风量为1236000 m3h 。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 MwHL6-30 型。8.2 水泵的选型:=

22、5.25 Kg s 。依据型号估量选用水流量为 G = Mw= 5.25 Kg s = 18.82 m3 h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+ho8-1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冷却塔中水的提上升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=6mH O2局部阻力取 0.5则hd=0.56=3mH O2冷凝器阻力约为hm

23、=4mH O2冷却塔在机房房顶，房顶距地面 3m则hs=3mH O2冷却塔喷嘴喷雾压力，约等于 5 mH O。2ho=5mH O2安全系数j取 1.20总扬程H= j H8-2l0p代入数据有： H= 1.2 (6 + 3 + 4 + 3 + 5)= 25.2mH Ol2依据流量和扬程，选用立式管道离心泵 80-250B 型水泵，额定流量：20m3/h，13额定扬程：30 mH O，额定功率为 15kw，转速：2900r/min，泵进、出口公称直径2DN80。9、冷冻水系统的选择由于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 M

24、r= 0.0923kg/s ， v1=0.27 m3 / kg ，v =0.087 m3 / kg ， 排气管内制冷剂流速w= 11m / s ，吸气管内流速w= 13m / s ，2px冷凝器内水流速w= 1.3m / s ，流量为M= 5.25kg / s ，蒸发器风w= 0.8m / s 速，lwz风量为 Mc= 10kg / s。4Mvp w由公式： d=n计算各个管径如下：10-14M vr 1pwx吸气水平管：d=nx10-24 0.0923 0.273.14 13代入数据有： d=nx= 0.05m选用 DN 50吸气立管：查 R717 上升吸气立管最小负荷图得d= 0.138m

25、 选用 DN150n.x.l4M vr 2pwp排气管：d=np10-34 0.0923 0.0873.14 11代入数据有： d=np= 0.030m选用 DN 50在分管中的流量 M 4M vr 2pwpr= 1 0.0923 = 0.0462kg / s 2排气分管：dnp=10-44 0.0462 0.0873.14 11代入数据有： d =np= 0.0216m选用DN504M vr1pwx吸气分管：d =nx10-514代入数据有： d =nx4 0.0462 0.273.14 13= 0.035m选用DN50由于承受直接空冷式蒸发器，所以不用计算管径。肋片间距由蒸发器型号打算。1

26、1、其它关心设备的选择计算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。依据阅历选毛细管选用 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展计算，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急，鼓其贮存量一般不超过整个容积的 70%80%。贮液器的容积按以下公式代入数值计算：V = 0.4 0.09231.7 0.001 3600 = 0.3m 30.7511-1选用配套的 ZA0.5B 可知其容积为： 0

27、.5 0.3满足要求。11.3 、油氨分别器的选择计算油分别器筒体直径：4 qlnD pnvw 2 111-2代入数值计算有： D =4 3996 0.3 0.087p 0.27 3600= 370mm选用压缩机配套的 YF40 油分别器。 直径为 400mm 370mm 满足要求。11.4 、气液分别器的选择计算气液分别器的桶体直径按以下公式计算：15D 代入数据计算有： D =4 qlpwv4 3996 0.3p 3600= 651mm11-3选用配套的 AF65 桶体的气液分别器。11.5 、集油器的选择计算集油器的选择是依据阅历，当冷冻站的制冷量为 100 300 KW 时，选用120

28、mm 的集 油器一台。因此，选用型号为：JY100 集油器。11.6 、不凝性气体分别器的选择计算当冷冻站标准工况下的制冷量小于 1163KW 时，宜承受一台小号桶体直径为 108mm空气分别器。因此，依据以上条件可知：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，按阅历选 20mm 厚的自熄型聚苯乙烯泡沫塑料，包裹在 DN50 暴露管外,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台机KA12.5-12Q=137K

29、W1配套电动机立式冷凝器台YW200L-2台LN-25P=55KW1F=251直接蒸发式空气冷却 台器DWZ-250F=2501配套风机台QF36-380Q=36000 m3 h1冷却塔台HL6-30M= 6 Kg s1w16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=1.2mm L=0.6m1贮液器台ZA-0.5BV=0.51集油器台JY-100D=200mm1油氨分别器台YF-40D=400mm1空气分别器台KF-32BD=108mm1气液分别器台AF-65D=650mm1不凝气体分别器台KF32B1紧急泄氨器台KFA 系列1安全阀台HPb5

30、9-1/H621枯燥过滤器台QLJ1600- -Z1图 13-1 根本机构示意图1714、 参考文献1 严启森 石文星 田长青空气调整用制冷技术第四版北京： 中国建筑工业出版社，2023.72 郭庆堂 编著 有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， 2023.74 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，2023.85 陈沛霖 岳孝方 编著 有用空调制冷设备手册上海：同济大学出版社，19906 陆耀庆 编著 有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 有用供热空调设计手册 北京： 中国建筑工业出版社，2023.41819