30kw制冷机组设计计算说明VIP

130kw 制冷机组设计计算书院（系） 城市建设与安全环境学院专业 建筑环境与设备工程班级姓名学号指导教师22007-06-17第 1 章 制定方案，选择制冷剂设计按“空调工况”进行设计，热负荷为 30Kw/h,采用循环水冷却型式，根据南京市气象参数，冷却水平均水温为 32，取 tk=40（t=8） ，冷媒水水温为进水 18，出水 8，取 t0=0（t=8）.1、根据 tk=40，t 0=0，制冷量为 40Kw 进行初步热力计算器发蒸冷 凝 器 压缩机节流阀1-1 理论循环装置图LgPh341-2 LgPh 图制冷剂状态点 1的焓值（KJ/Kg）状态点 2的焓值（KJ/Kg）状态点 3的焓值（KJ/Kg）状态点 4的焓值（KJ/Kg）冷凝压力Pk（MPa）质量流量G（Kg/s）压缩功W（Kw）制冷系数R12 350.8 371.8 240.0 240.0 0.96 0.271 5.69 5.238R22 405.1 433.7 249.7 249.7 1.53 0.193 5.52 5.43R717 1462.2 1646.7 390.6 390.6 1.56 0.028 5.17 5.81R134a398.6 429.6 256.4 256.4 1.02 0.211 6.54 4.59其中 q0=h1-h4,w=h2-h1, qk =h2-h3，Q 0=G* q0，W=w*G，Q k=G*qk2、各制冷剂的特点比较制冷剂特点R12 R12 是氟利昂簇制冷剂中最早得到广泛应用的一种传统制冷剂。特别是它的冷凝压力较低，等熵指数较小，因此在相同的高低温介质温度条件下，它的排气温度和压力较氨和 R22 低，在空调、小型冷库、冷柜、电冰箱制冷系统中，一直长期使用。但 R12 的单位容积制冷量较小，远低于氨和 R22，因此在空调制冷系统中，逐渐被 R22 所替代。目前主要应用在中、小型低温制冷系统及车辆空调制冷系统中。R22 R22 的综合性能极佳，具有良好的热力性能。如：运行压力适中；单位容积制冷量大仅次于氨；等熵指数较小；而且无毒、无燃烧及无爆炸等优点。R22 的出现并随其价格的逐渐降低，它在空调制冷系统中得到了广泛应用。R717 R717 除了毒性大以外，是一种很好的制冷剂。它的最大优点是单位容积制冷量大，蒸发压力和冷凝压力适中，制冷效率高；而且，破坏臭氧层潜能值 ODP 和温室效应潜能值 WGP 均为 0。氨的最大缺点是有强烈的刺激性，对人体有害。氨中含有水分对铜和铜合金有腐蚀作用。R134a R134a 的容量比 R22 小，压力比 R22 低，不发生漂移。由于这些特点，相同能力的 R134a 空调需要配置一台更大排气量的压缩机，更大的蒸发器、冷凝器和管路。最终所导致的是，制造和运行一个和 R22 相同冷量的系统，R134a 系统会需要更高的成本。4制冷剂 冷凝压力 Pk 制冷系数 ODP GWPR12 0.96 5.28 0.9 8500R22 1.53 5.47 0.034 1900R717 1.56 5.80 0 0R134a 1.02 4.56 0 1300其中，ODP 是破坏臭氧层潜能值。WGP 是温室效应潜能值综上所述，从技术、环境、经济三方面考虑，R22 单位容积制冷量大，等熵指数较小，冷凝压力较低，它对大气臭氧层稍有破坏作用，值为.，值为，：R22 的综合性能极佳，具有良好的热力性能。R22 是最优的制冷剂，所以此制冷机组选制冷机为 R22.3、根据所选的制冷剂完成热力计算 冷 凝 器蒸 发 器回 热 器热 力 膨 胀 阀 压 缩 机1234561-3 回热循环装置图5lgph34567211-4 LgPh 图制冷剂为 R22，t k=40，t 0=0，回热器的过热度为t=10，热力膨胀阀的过热度为t=5，焓值 状态点 1状态点 2状态点 3状态点 4状态点 5状态点 6状态点 7蒸发压力P0冷凝压力Pkh（KJ/Kg）405.1 409.2 416.2 446.1 249.7 242.7 242.7 0.50 1.53q0=h2-h7=166.5,w=h4-h3=29.9, qk =h4-h5=196.3，q t= h3-h2=7，G=Q 0/q0=0.18,制冷系数为 q0/w=5.57, Qk=Gqk=0.18196.3=35.334kwPk/ P0=1.53/0.50=3.065%,不合格， （要求厂家更换一个可调电机） 。第 3 章 冷凝器的设计1 冷凝器的选择冷凝器型式的选择取决于水源、水温、水质、水量及气象条件，同时与热负荷大小，机房的布置要求等情况有关，由上所述，故选择卧式冷凝器。选择水冷卧式壳管式冷凝器，因为a 结构紧凑，体积比立式壳管式小；b 传热系数比立式壳管式大；c 冷却水进出口温差大，耗水量小；d 室内布置，操作较方便；e 适用于大中小型氨和氟利昂制冷装置。2.冷凝器的设计计算（1）管型选择选取表 3-4 所列 3 号滚轧低翅片管为传热管，有关结构参数为di=10.4mm,dt=15.1mm,t=0.4mm,db=12.4mm,sf=1.2mm 7单位管长的各换热面积计算如下：每米管长翅顶面积 ad=dtt/ sf=0.01510.0004/0.0012m2/m=0.0158 m2/m每米管长翅侧面积 af=(dt2- db2)/(2 sf)=(0.01512-0.01242)/(20.0012)m2/m=0.0972 m2/m每米管长翅间管面面积 ab=db(sf-t)/ sf=0.024(0.0012-0.0004)/0.0012 m2/m=0.026 m2/mai=di=0.0104 m2/m每米管长管外总面积 aof= ad+ ab +af=(0.0158+0.0972+0.026) m2/m=0.139 m2/m(2)估算传热管总长 假定按管外面积计算的热流密度 q=4500w/m2,则应布置传热面积Qk=Gqk=0.18196.3=35.334kwAof=Qk/q=35334/4500=7.852 m2应布置的有效总管长L= Aof/ aof=7.852/0.139=56.489m(3)确定每流程管数 Z，有效单管长 l 及流程数 N 取冷却水进口温度 tw1=32,出口温度 tw2=37,由水物性表知，在平均温度 34.5时水的密度=994.13kg/m3,比定压热容 Cp=4174j/(kgk),则所需水量8qv=Qk/Cp(tw2 -tw1)=35334/994.134174（37-32）=0.0017 m3/s取冷却水流速 =2.5m/s（按年运行小时数选择的冷却水流速）在水冷冷凝器中，由于水在管内的流动状态与水速、管径及水温有关，在一定管径和水温条件下，所选取的水速应保证水的流动状态处于湍流状态，即雷诺数 Re=di/104, 、d i和分别为水速、管内径和水的运动粘度；若Re104,所以流速取 2.5 m/s.则每流程管数Z= qv/(di2/4)=40.0017/(0.010422.5)=8.0 根取整数 8 根对流程数 N、总根数 NZ、有效单管长 l、壳体内径 Di、及长径比 l/Di 进行组合计算，组合计算结果如表所示。对流程数 N 总根数 NZ 有效单管长l/m壳体内径Di/m长径比 l/Di2 16 3.54 0.1 35.44 32 1.77 0.14 12.66 48 1.18 0.17 6.948 64 0.88 0.2 4.4在组合计算中，当传热管总根数较多时，壳体内径 Di 可按下式估算。Di=（1.151.25）s(NZ) 0.5式中 s相邻管中心间距，s=（1.251.30）d 0,单位为米，d 0 为管外径，单位9为米，d 0=0.016m。s=1.25 d0, Di=1.251.250.016(NZ)0.5=0.025(NZ)0.5设计要求说明长径比 l/Di 一般在 6-8 较为适宜。分析组合计算结果，为便于端盖的加工制造，宜选取 6 流程方案。 （4）传热管的布置排列及主体结构传热管排列有序及主体结构为使传热管排列有序及左右对称，共布置 48 根管，则每流程平均管数 Z=8 根，管内平均水速 =2.5m/s，取传热管有效单管长 l=1.18m，则实际布置管外冷凝传热面积 Aof=7.852m2传热管按正三角形排列，管板上相邻管孔中心距为s=20mm，管数最多的一排管不在壳体中心线上。考虑最靠近壳体的传热管与壳体的距离不小于5mm，则所需最小壳体内径为166mm，根据无缝钢管规格，选用 190mm7mm 的无缝钢管作为壳体材料。冷凝器采用管板外径与壳体外径相同的主体结构型式，管排布置及管板尺寸能够保证在管板周边上均匀布置 6 个螺钉孔以装配端盖，且能避免端盖内侧装配孔周边的密封面不至遮盖管孔，同时，壳体内部留有一定空间起贮液作用。从整体上看，冷凝器的整体结构尺寸能满足压缩冷凝机组的装配要求和限制。布置如图所示（5）传热计算及所需传热面积确定 水侧表面传热系数计算：从水物性表及表 3-12知，水在平均温度tm=34.5时，运动粘度=0.73 910-6m2/s，物性集合系数 B=218910因为雷诺数 Re=3.5104104， 亦即水在管内的流动状态为湍流，则由式（3-5） ，水侧表面传热系数hwi=B0.8/di0.2=21892.50.8/0.01040.2=11355W/（m 2k）氟利昂侧冷凝表面传热系数计算：根据管排布置。管排修正系数由式(3-4)计算 n=（n 10.833+ n20.833+ n30.833+ nz0.833）/( n 1+ n2+ n3+ nz)= （2*1 0.833+2*20.833+ 2*30.833+7*40.833）/(2*1+2*2+2*3+7*4)=0.815根据所选管型，低翅片管传热增强系数由式（3-2）计算。其中环翅当量高度h=(dt2- db2)/(4 dt)= (15.12- 12.42)/(4* 15.1)=3.86mm增强系数=ab /aof+1.1（a d +af） （d b/h） 0.25/ aof= 0.026 /0.139+1.1*（0.0158+0.0972）（12.4/3.86） 0.25/ 0.139=1.384查表 3-11，R22 在冷凝温度 tk=40时，B=1447.1，由式（3-1）计算氟利昂侧冷凝表面传热系数，hko=0.725B db-0.