河北建筑工程综合项目工程学院制冷专业课程设计计算说明指导书.doc
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1、河北建筑工程学院课程设计计算阐明书 题目名称: 空气调节用制冷技术 系 别: 城建系 专 业: 建筑环境与设备工程 班 级: 热专1 学 号: 学生姓名: 指引教师: 曲 职 称: 副专家 1月10日 目 录一 设计对象1二 原始资料1三 设计内容及规定1拟定制冷系统总制冷量拟定制冷剂种类和系统形式拟定制冷系统设计工况3 选取压缩机和电机功率5 选取蒸发器8 选取冷凝器8选取系统辅助设备并计算制冷剂充灌量9 拟定系统调节控制方案12四 附录13五 参照文献17 制冷课程设计一设计对象:某校空调实验室改建,原有冷源已不能满足规定,拟定重建一单元制冷系统,供应空调实验台合格冷冻水(喷雾室和水冷式空
2、气冷却器)。 二原始资料:1本制冷系统重要为供应实验室教学和科研用冷冻水,冷冻水温度t=57。空调设计工况冷冻水温度t=5,空调回水t=11。2空调冷负荷Q0=535KW。最低负荷Qmin=37KW。3实验室水源为本校自来水网供应16深井水。4室外气象参数:夏季通风室外干球温度30,湿球温度265,风速19米/秒,大气压P=751mmHg;5实验室既有设备规格:(1)4F-10氟利昂制冷压缩-冷凝机组一台,原则制冷量为28000千卡/时,空调制冷量60000千卡/时,配用压缩机4F10;转数960转/分;配用电机型号JO2-72-6,功率22KW,电压380V,转数970转/分;配冷凝器,卧式
3、壳管式,面积144m2(武冷产品)。(2)FW-30型满液式壳管式蒸发器一台,冷却面积30m2,筒外径=400mm;管板间长度1800mm,冷却管径182.5mm,管根数138;水通程10;进液管38mm,回气管Dg50mm。(3)玻璃钢逆流式冷却塔一台,型号BNL-20型,冷却水量MW在水温降t=5时为193m3/h,MW在水温降t=6时为159m3/h,风机风量变11400m3/h,转速n=930转/分,功率P=08KW,塔高2030mm,直径1350mm,进水直径65mm,出水直径80mm,最大直径为1470mm填料高720mm.三设计内容和规定:拟定制冷系统总制冷量 制冷系统总制冷量涉
4、及空调冷负荷和制冷系统冷量损失,其中空调冷负荷Q0max=53.5KW制冷系统总制冷量可表达为空调冷负荷乘以一种系数0=AQ0max式中A=1.051.15,直接连接时系统冷损失小,A可取小值1.05;间接连接时系统冷失大,A应取大值1.15。该系统为间接连接,因此A=1.15,则0=53.5*1.15=61.525KW拟定制冷剂种类和系统形式 制冷剂种类选取 惯用制冷剂有氟利昂和氨两种,两种制冷剂重要优缺陷有: 氟利昂: 大多数氟利昂自身无毒、无臭、否则,与空气混合遇火也不爆炸;如果系统中完全不含水分,氟利昂对金属没有腐蚀性;只要不处在缺氧状态,氟利昂对人体没有危害。因而,合用于公共建筑或实
5、验室空调制冷装置。但是,氟利昂放热系数低,价格较高,极易渗入又不容易被发现;氟利昂与水几乎不互溶,易浮现“冰堵”现象,因此系统中必要设立干燥过滤装置;氟利昂液体和润滑油可以较好互溶,气体不溶于润滑油,必要设立回油问题。 氨:氨传热性能强,价格便宜。但是氨有强烈刺激性,对人体有危害且氨为可燃物,当空气中氨体积比例达到16%25%时,遇明火有爆炸危险;氨排气温度比较高,不适合高压缩比运转,也不适合吸气过热度太大运转;氨会腐蚀铜及其合金、锌等金属材料,因此氨制冷设备中不能有铜及其合金制造管道和阀件等。 本制冷系统重要为供应实验室教学和科研用提供冷冻水,人员密集且仪器精贵,宜采用氟利昂制冷剂。又由于采
6、用空调机组制冷,蒸发温度比较低,故选用氟利昂R134a制冷剂。 系统形式 蒸汽压缩式制冷理论循环有节流损失和过热损失,为了使膨胀阀前液态制冷剂有较大再冷读,同步又能保证压缩机吸入具备一定过热度蒸汽,常采用蒸汽回热循环。但采用蒸汽回热循环,虽然单位质量制冷能力有所增长,但是压缩机耗功量C也增长。因而,该种循环理论制冷系数与否提高,则与制冷剂上热物理性质关于。普通来说,对于节流损失大制冷剂如氟利昂R12、R134a等是有利,而对氨则不利。由于本设计中选用了氟利昂R134a制冷剂,因此选用回热循环系统形式是适当。 综上所述,制冷剂选用氟利昂R134a,系统形式选用回热循环。1. 制冷剂循环系统:回热
7、循环系统重要由制冷系统四大件和辅助设备构成,并用管道将其连接起来。(1)压缩机:本设计采用活塞式制冷压缩机,其构造可以概括为机体、活塞及曲轴连杆机构、气缸套及进排气阀组、卸载装置、以及润滑系统。压缩机吸入是过热蒸汽,进行干压缩。当压缩机吸入湿蒸汽时会产生闪发气体占据汽缸有效空间,使制冷量减少。(2)冷凝器:冷凝器作用是将制冷压缩机排出高温高压气态制冷剂予以冷却、使之液化,以便制冷剂在系统中循环使用。该设计系统中采用水冷式冷凝器。(3)蒸发器:蒸发器作用是通过制冷剂压缩(沸腾),吸取载冷剂热量,从而达到制冷目。本设计采用非满液式蒸发器液态制冷剂经膨胀阀进入蒸发器管内,随着在管内流动,不断吸取管外
8、载冷剂热量,逐渐汽化,故蒸发器内处在汽液共存状态;这种蒸发器虽然克服了满液式蒸发器缺陷,同步非满液式蒸发器能使润滑油较好返回压缩机。(4)节流阀:节流阀是构成制冷系统重要部件,其作用为:一方面对高压液态制冷剂液体进行节流,起降温降压作用;另一方面调节供入蒸发器制冷剂流量,适应蒸发器热负荷变化。(5)油分离器:由于在压缩过程,制冷剂处在高温高压过热状态,润滑油也会发生雾化,将与制冷剂一起进入冷凝器或蒸发器内就会在管壁上凝结一层油膜,影响冷凝及蒸发器换热效果,故应在压缩机出口设油分离器。(6)干燥器:由于本设计选用氟利昂系统,在膨胀阀吸入口前设干燥器可以系统中水分在节流出口处发生“冰堵”现象,影响
9、制冷系统循环。(7)过滤器: 分别安装在节流阀处干燥器前和压缩机吸入口前防止杂质堵塞节流装置和保护压缩机汽缸精度。(8)回热器:运用回热器能使膨胀阀前液态制冷剂有较大再冷度减少节流损失,同步又能保证压缩机吸入具备较大过热度制冷剂蒸汽。(9)储液器:本系统储液器安装在冷凝器下边为高压储液器,在系统中起稳定制冷剂流量,并可用来储存液态制冷剂。2冷冻水系统:按照顾客需要状况不同,冷冻水系统可分为闭式系统和开式系统,开式系统需设立冷冻水箱和回水箱,系统水容量大,运营稳定,控制简朴。闭式系统与外界空气接触少,可以减缓腐蚀现象,再者闭式系统必要采用壳管式蒸发器,顾客侧应采用表面式换热设备,而开式系统则不受
10、这些限制,当采用水箱式蒸发器时可以用它代替冷冻水箱和回水箱。因该冷冻水系统采用水冷式空气冷却器与外界空气直接接触故选用开式系统。3.冷却水系统:合理地选用冷却水源和冷却水系统对制冷系统运营费用和初投资具备重要意义。冷却水系统形式可分为直流式、混合式、循环式三种。前两种形式均有冷却水排放,从环保角度考虑,应尽量减少制冷系统水消耗量,故可采用循环式冷却水系统,此种系统就是将来自冷凝器冷却回水先通入蒸发式冷却装置,使之冷却降温。然后再用水泵送回冷凝器循环使用。这样,只需少量补水即可。考虑到机械通风冷却塔具备冷却效率高,构造紧凑,使用范畴广,并具备定型产品可选用长处,故蒸发式冷却装置选机械通风冷却塔。
11、机械通风冷却循环系统采用机械通风冷却塔,冷凝器冷却回水由上部北喷淋在冷却塔内填充层上,以增大水与空气接触面积,被冷却后水从填充层流至下部水池内,通过水泵再送回冷却水机组冷凝器中循环使用。冷却塔顶部装有通风机,使室外空气以一定流速紫霞通过填充层,以增长冷却效果。 4. 润滑油系统润滑油是活塞式压缩机必不可少润滑剂,而在压缩机高速运转时时高温气缸壁会使一某些润滑油在高温下雾化,并随高速制冷剂气流离开压缩机进入制冷循环系统,如果进入泠凝器和蒸发器等换热设备,就会传热面上形成油膜,使得传热性能恶化,并且压缩机内绝对不能缺少润滑油,为此系统中必要设立独立油循环途径使润滑油较好返回到压缩机曲轴箱。拟定制冷
12、系统设计工况 制冷循环参数 1.拟定蒸发温度t0 由于已知冷冻水出口温度为t2=5,空调回水温度即冷冻水进口温度为t1=11。蒸发温度t0比被冷却液体出口温度低46,此处取5。 则蒸发温度t0=5-5=02.拟定冷凝温度tk 由原始资料查得该地区夏季空气湿球温度为ts=26.5,又冷却水进口温度比其高35,此处取3.5,则冷却水进口温度为tw1=26.5+3.5=30。而冷凝温度与冷却水进口温度又有714温差,此处取10 则冷凝温度tk=30+10=403.拟定过热度 总过热度是又由热力膨胀阀过热度和回热器过热度构成,即tsh=tsh+tsh,取1218。 其中热力膨胀阀过热度tsh=t1-t
13、1=35,若取4,则t1=t1+4=0+4=4,若取总过热度为16,则回热器过热度为12,则t1=t1+16=164、回热循环系统压焓图各状态点如下所示:(二)制冷循环过程11 为过热过程:其中11为热力膨胀阀过热过程,发生在蒸发器内,11为回热器过热过程;1点表达出蒸发器出口时饱和状态;1点为进入回热器过热蒸汽状态;点为压缩机进口处过热蒸气状态。12表达制冷剂在压缩机中档熵压缩过程;2点为压缩机出口制冷剂蒸汽状态点。23为制冷剂放热过程:其中23 过程为制冷剂在冷凝器中降温冷凝过程;33为制冷剂在回热器中过冷过程;在整个放热过程中制冷剂压力保持不变且等于冷凝温度下饱和压力。3点为热力膨胀阀前
14、液体制冷剂状态点。34 表达制冷剂在节流过程中压力和温度减少,但焓值保持不变,且进入两相区;4点为蒸发器入口制冷剂状态。41表达制冷剂在蒸发器中沸腾吸热过程。 (三)依照压焓图查得图中各状态点参数如下表所示状态点温度()绝对压(MPa)比焓(KJ/Kg)比熵(KJ/KgK)比容(m3/Kg)100.2933991.730.06931140.2934041.740.071421160.2934121.780.0704072581.01664381.780.021743401.01662561.150.0006673361.01662481.140.000656400.2932481.120.01
15、63 (四)依照各状态点参数值进行制冷理论循环热力计算:1、依照回热器热力平衡:h1-h1=h3-h3,h3=h3-(h1-h1),得h3=248KJ/Kg,由节流先后焓值不变得:h4=h3=248KJ/Kg2、单位质量制冷能力:q0=h1-h4=404-248=156KJ/Kg 3、总制冷量:=1.15Q0=1.1553.5=61.525KW4、制冷剂质量流量:Mr= =0.39kg/s5、冷凝器热负荷:k=Mr(h2-h3)=0.39*(438-256)=70.98KW 6、压缩机理论耗功率:Pth=Mr(h2-h1)=0.39*(438-412)=10.14KW 7、理论制冷系数:th=
16、4.8 选取压缩机和电机功率压缩机选取计算,重要是依照制冷系统总制冷量及系统设计工况,拟定压缩机种类、型号和台数,最后要校核压缩机所配备电机功率。压缩机类型选取当前,用于大中型制冷系统压缩机重要有三种,分别为活塞式制冷压缩机、螺杆式制冷压缩机、离心式制冷压缩机。三种制冷压缩机特点和合用条件见下表。压缩机种类活塞式螺杆式离心式单级最大压缩比10204.5单机制冷量(kw)305806027307034222最大排气压力(bar)15.518.510.0最高排气温度()1201509010575单级最大进、出口压差(bar)141812.6参照有关设计规范:制冷量不不大于1758kw时宜选用离心式
17、;制冷量在10541758kw时宜选用螺杆式或离心式;制冷量在7001054kw时宜选用螺杆式;制冷量在116700kw时宜选用螺杆式或往复式;制冷量不大于116kw时宜选用活塞式或涡旋式。启动式、封闭式、半封闭式活塞压缩机比较项目启动式封闭式半封闭式备注功率0.41200.75450.115可维修性以便维修不以便维修,如需维修则需破坏压缩机外壳。维修之前不以便维修打价以便维修系统泄漏由于电机与压缩机用轴传动,故机组内冷冻机油和冷媒不可避免产生泄漏问题,需经常添加冷媒和冷冻机油。因电机和压缩机在一种壳体内,不存在泄露问题因电机和压缩机在一种壳体内,不存在泄露问题与否需要轴封需要不需要不需要与否
18、存在轴对中问题启动式压缩机由于电机轴与压缩机轴温度不同导致不同膨胀量而引起轴不对中、破坏轴封问题不存在不存在主机房降温解决办法由于启动式压缩机电机冷却是靠空气冷却,电机散发热量所有散入到主机房,考虑到机组运营和操作人员因素,故主机房必要做降温和通风解决。只需要做普通通风解决,以供应新风只需要做普通通风解决,以供应新风电机冷却方式空气冷却,效率不稳定,不稳定且电机容易污损封闭型电机采用独立制冷剂回路冷却电机,效率高并且电机工作温度低而稳定,更好地保证了机组稳定性,延长了电机寿命,同步主线解决了困扰启动式电机漏油、漏氟和轴不对中档一系列问题封闭型电机采用独立制冷剂回路冷却电机,效率高并且电机工作温
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