100KW冷水热泵机组毕业论文

合肥工业大学本科毕业设计（论文）题 目 100kw 冷水热泵机组学生姓名 靳 小 明 专业班级 热能与动力 2班 学 号 2012216696 院 （系） 机械工程系 指导教师(职称) 江斌（副主任）完成时间 2016 年 05月 30日 100KW 冷水热泵机组目录摘 要： .1ABSTRACT.21 绪论 .31.1 课题研究的意义 .31.3 冷水热泵机组国内外现状 .42 系统制冷剂及其工况的确定 .52.1 系统制冷剂的选择 .52.2 系统工况的确定 .63 系统循环热力计算及压缩机选择 .73.1 设计系统的运行条件 .7（1）夏季制冷工况 .7（1）夏季工况热力计算 .8（2） 冬季工况热力计算 .93.3 压缩机选型及制冷量校核 .103.1.1 压缩机选择 .103.2 压缩机制冷量的校正 .124 冷凝器的选型设计计算 .134.1 冷凝器热负荷的计算 .135 膨胀阀的选择计算 .195.1 节流机构的工作原理及作用 8 .195.2 热力膨胀阀流量的计算 .206 蒸发器的设计计算 .216.1 初步结构设计 .216.2 管内 R134a 的表面传热系数 .226.3 水侧表面传热系数的计算 .246.4 传热系数的计算 .266.5 管内流动阻力和平均传热温差的计算 .266.6 面积热流量及传热面积的计算 .276.7 冷水侧流动阻力计算 .286.8 冬季热泵产热量校核 .297 系统其它附件的选择 .297.1 贮液器的选择 .297.2 四通换向阀的选择 .307.3 单向阀的选择 .317.4 过滤干燥器的选择 .327.5 视液镜的选择 .337.6 电磁阀的选择 .347.7 冷凝器风扇的选择 .367.8 温度控制器的选择 .377.9 压力控制器的选择 .377.10 压缩机避震管的选择 .38结束语 .40100KW 冷水热泵机组致 谢 .41参考文献 .42100KW 冷水热泵机组0100KW冷水热泵机组摘 要：建筑能耗在发达国家国民经济的总能耗中所占比例达到 20%30%，而空调系统能耗将占建筑能耗的 45%50%1，作为空调系统的关键设备，冷水机组性能的好坏直接影响着空调系统的能耗。冷水热泵机组的结构主要是一套制冷制热设备,常见的制冷机有往复活塞式、螺杆式、蜗旋式、离心式等。随着现代工业的不断发展进步，和人们生活质量的不断提高，冷水热泵机组在工业和集中空调中的应用也越来越多。在工业中，冷水热泵机组主要应用于产品的生产工业过程；在生活中，主要应用于各种类型建筑的集中空调系统，给人们创造一个舒适的生活工作环境 2。冷水热泵机组主要是由压缩机、冷凝器、蒸发器、节流机构这四大部件组合而成。所以本次设计主要着重于压缩机的选择计算，风冷冷凝器的设计计算，管壳式蒸发器的设计计算以及节流阀的选择计算。与此同时，对于一个风冷式冷水热泵机组而言，为保障机组的高效运行一些系统的附件也是不可缺少的，如风机、贮液器、电磁阀、干燥过滤器，视液镜等。关键词 冷水热泵机组/压缩机/风冷式冷凝器/管壳式蒸发器100KW 冷水热泵机组1100KW cold water heat pump unitABSTRACTThe structure of water is mainly a set of refrigeration and heating equipment, refrigerating machine are common reciprocating, screw type, spiral type, centrifugal type and so on. With the development of modern industry, and constantly improve the quality of life, the application of chilled water pump in industry and set in and more. In the industry, water is mainly used in the production of industrial processes; in life, central air conditioning system is mainly used in various types of construction, to create a comfortable living and working environment for people. The cold water pump is mainly composed of compressor, condenser, evaporator, throttle mechanism these four parts so. This design mainly focuses on the selection of compressor calculation, design and calculation of air cooled condenser, calculation of shell and tube evaporator design calculation and throttle valve selection. At the same time, for a Air cooled heat pump units, in order to ensure the efficient operation of some of the units are also indispensable accessories, such as wind turbine, reservoir, solenoid valve, dry filter, such as liquid glass.KEY WORDS cold water heat pump unit,Compressor,Air cooled condenser,Shell and tube evaporator100KW 冷水热泵机组21 绪论1.1 课题研究的意义冷水热泵机组主要由压缩机、风冷式冷凝器、干燥过滤器、热力膨胀阀、壳管式蒸发器、以及电器控制部分等组成。在塑胶，电镀，电子，化工，制药，食品等各种工业需求冷冻水领域 3，或者大型商场，酒店，工厂，医院等各种中央空调中需用集中供冷供暖的领域，冷水热泵机组可广泛应用与此。机组制冷时，压缩机将蒸发器内低温低压制冷剂吸入气缸，经过压缩机做功，制冷剂蒸气被压缩成为高温高压气体，经排气管道进入冷凝器内。高温高压的制冷剂气体在冷凝器内与冷却水进行热交换，把热量传递给冷却水带走，而制冷剂气体则凝结为高压液体。从冷凝器出来的高压液体经热力膨胀阀节流降压后进入蒸发器。在蒸发器内，低压液体制冷剂吸收冷冻水的热量而汽化，使冷冻水降温冷却，成为所需要的低温用水。汽化后的制冷剂气体重新被压缩机吸入进行压缩，排入冷凝器，这样周而复始，不断循环，从而实现对冷冻水的冷却。从机组出来的冷冻水，进入室内的风机盘管、变风量空气调节机等末端装置，在室内与对流空气发生热交换，在此过程中，水由于吸收室内空气的热量（向室内空气散热）而温度上升，而室内空气经过室内换热器后温度下降，在风机的带动下，送入室内，从而降低室内的空气温度，而温度上升后的冷冻水在水泵的作用下重新进入机组，如此循环，从而达到连续制冷的目的。机组制热时，冷媒在压缩机的作用下在系统内循环流动。它在压缩机内完成气态的升压升温过程，它进入管壳式换热器后与水进行热量交换，被冷却并转化为流液态，当它运行到吸热器后，液态迅速吸热蒸发再次转化为气态，同时温度下降至零下 2030，这时吸热器周边的空气就会源源不断地将低温热量传递给冷媒。冷媒不断地循环就实现了从空气中的低温热量转变为高温热量并加热冷水过程。本次设计主要设计适用于 1000 平方米宾馆中央空调的风冷冷水热泵机组，制冷量为 100kw。100KW 冷水热泵机组31.2 冷水热泵机组概况冷水热泵机组若按制冷机组冷凝器的冷却方式来分，一般分为水冷式和风冷式两种。水冷式冷水热泵机组是用水冷却高压气态制冷剂，使之冷凝。采用水冷式冷凝器可以得到比较低的冷凝温度, 这对于制冷系统的制冷能力和运行经济性均较为有利，目前多采用此种制冷方式。而风冷式冷水机组是利用空气使气态制冷剂冷凝，无需冷却塔、冷却水循环管路，因此系统简单，特别适用于水源缺乏,用水有限制的地方。因此，近几年来，风冷式冷水机组机组的选用在我国有增加的趋势 4。本系统用于 1000 平方米宾馆使用，制冷量为 100kw，故选用风冷式冷水热泵机组。冷水热泵机组若按制冷机组的压缩机形式分，大至可分为活塞式、螺杆式、离心式等，其中活塞式冷水机组体积小、效率高、维修方便，价格低，加工容易，技术成熟，因此在中、小冷量范围内得到广泛应用；螺杆式冷水机组以其对变工况运行有较好适应性，对气体带液运行不敏感，转速高、体积小重量轻，动力平衡性好，零部件少，尤其易损件少，运行寿命长，可靠性高，排温低，容积效率高，操作简单，易于实现自动化等特点，在大、中冷量范围内得到广泛应用；而离心式冷水机组具有动平衡特性好，运行平稳，振动小，噪声低；易损件少，故障少，工作可靠，寿命长，维护费用低；制冷量大，性能系数高，结构紧凑，体积小，重量轻， 占地少；自动化程度高，制冷量调节方便和范围宽等特点，广泛使用在各种大型空调系统中 5。涡旋式和螺杆式压缩机较活塞式压缩机具有传动件少，从而使压缩机的磨擦损耗相应减少，整机的效率相应提高。由于热泵机组的压缩比较大，因此对于活塞式压缩机在相同的余隙容积下其容积效率下降，从而造成整机效率的下降。而涡旋式和螺杆式压缩机不存在这方面的问题。用于风冷热泵的压缩机其工作环境较其它在普通空调工况下工作的压缩机要恶劣，每的运行时间也较长，工况变化范围也较大，因此对压缩机的可靠性要求就较高。涡旋式和螺杆式压缩机具有零部件少，结构紧凑的特点，所以尤其适用于热泵机组。本次设计选用半封闭式汉钟螺杆压缩机。1.3 冷水热泵机组国内外现状我国冷水热泵机组的制造是 20 世纪 50 年代末期才发展起来的，从 20 世纪50 年代的仿制开始到 60 年代的自行设计制造，并制定了比较系统的冷水热泵100KW 冷水热泵机组4机组产品系列和标准，以后又开发了各种形式的冷水热泵机组产品。随着中国经济的发展，冷水热泵机组以其大制冷制热量、高效率而快速发展 6。目前，制冷热泵机组行业已具有品种比较齐全的大、中、小型冷水机组产品系列及相关技术标准，并已经形成有一定基础的科研、教学、设计、生产制造和营销管理体系，正在缩小与国外先进水平的差距。在国外一些发达国家，冷水热泵机组的生产研发技术已经成熟。美国是商业用冷水热泵机组的最大市场，由于因较冷的气候故美国总的冷水热泵机组的发展趋势是风冷式冷水热泵机组而非水冷式冷水热泵机组，发展涡旋式和螺杆式冷水热泵机组而非传统的活塞式冷水热泵机组，发展钎焊的板式换热器，而非壳管式换热器。世界著名的顶级 4 家美国制冷机组制造商-开利、特灵、约特、麦克维尔，现正向着大制冷量、高效能的离心式冷水热泵机组发展 7。2 系统制冷剂及其工况的确定2.1 系统制冷剂的选择 8R134a 作为使用最广泛的中低温环保制冷剂，由于 R134a 良好的综合性能，使其成为一种非常有效和安全的 R12 的替代品，主要应用于在使用 R12 制冷剂的多数领域。完全不破坏臭氧层，是当前世界绝大多数国家认可并推荐使用的环保制冷剂，也是目前主流的环保制冷剂，广泛用于新制冷空调设备上的初装和维修过程中的再添加。主要应用于在使用 R12 制冷剂的多数领域，包括：冰箱、冷柜、饮水机、汽车空调、中央空调、除湿机、冷库、商业制冷、冰水机、冰淇淋机、冷冻冷凝机组等制冷设备中。R134a 是目前国际公认的 R12 最佳的环保替代品。R134a 不含氯原子，对臭氧层不起破坏作用，具有良好的安全性能（不易燃、不爆炸、无毒、无刺激性、无腐蚀性）；其制冷量与效率与 R12非常接近，所以视为优秀的长期替代制冷剂。其基本的热力性质如下表：表 2-1 制冷剂热力性质冷媒名称 R-134A分子量 97.6沸点 （ 1atm） / -26.1临界温度/ 101.1临界压力/ kPa 4066.6饱和蒸气压（25）/ kPa 661.9100KW 冷水热泵机组5汽化热/蒸发潜热（沸点下， 1atm）/ kJ/kg 216破坏臭氧潜能值（ODP） 0全球变暖潜能值(GWP ， 100 yr) 1300ASHRAE 安全级别