2000kW水冷型冷水机组设计

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 2000kW水冷型冷水机组设计材料与能源学院2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 、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 industrial 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 water 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 about 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 standard 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 compressors 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, 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 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 .922.5.5 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 N .163.3.3 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 .2033.5.7 支座尺寸设计 .203.6 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 .2946.1 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 .346.3.3 制冷剂温度的自动控制 .35结论 .36参考文献 .37致谢 .3811 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 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