制冷系统综合试验台设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 制冷系统综合试验台 设计 （ 量热器 及总体 设计 ） 摘 要 该试验台的设计是为了研究在不同工况下各输入参数的变化对压缩机或制冷系统综合性能的影响大小；或在不同制冷剂工质下，检验制冷系统的性能，并提出针对性的改善措施，最终使系统的性能得到优化。 该试验台采用“第二制冷剂电量热器法”，其原理是制冷系统产生的冷量与电加热器产生的热量相交换，达到平衡时，通过测量电加热量而得出制冷量的一种间接实验方法。校核实验方法采用水冷冷凝器量热法。该试验台设置有数据自动采集系统，通过控制系统调节节流阀的开起度和冷凝器冷却水阀的开启度， 达到在设定工况下采集记录各工况参数的目的。 本次设计的主要任务是对试验台的一个主要部件 量热器进行设计计算，并对该试验台进行总体布置。 通过 热力计算，得出制冷 量等 性能指标。再 根据传热学和换热器设计等有关文献，计算出蒸发盘管的传热系数，从而得 出所需蒸发盘管面积，并对其进行结构设计。同时还根据量热器设计压力，计算出量热器的壁厚，并对其进行强度校核。接下来 ， 进行了制冷系统节流机构和附属设备的选型。 关键词 ： 量热器 ，试验台 ， 第二制冷剂 ， 制冷系统 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 F F he of up to on of or of on or to of to of to is of to of by by of is up By of to of we of of is to is of we to of we of So we of of to I of I 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 录 第 一章 前言 . 1 第 二章 制冷系统的热力计算 . 3 环特征点的状态参数 . 3 算循环的各性能指标 . 4 第 三章 量热器的结构设计与计算 . 5 于量热器 . 5 发盘管的计算与结构选取 . 5 外换热系数的计算 . 5 内换热系数的计算 . 6 传热系数的计算 . 6 热面积的计算 . 7 发盘管的面积校核 . 7 发盘管结构设计 . 8 热器壳体及封 头设计计算 . 9 座的选择 . 12 温材料的选择 . 12 热系数的计算 . 13 第 四章 节流机构和辅助设备的选择 . 16 流机构 . 16 助设备 . 17 分离器 . 17 液分离器 . 18 燥过滤器 . 18 磁阀 . 18 泵 . 19 液器 . 19 第 五章 实验台操作规程 . 20 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 V 动前的准备工作 . 20 验台启动程序 . 20 验台运转中检测项目 . 21 机操作程序 . 21 第 六章 试验中相关计算及规定 . 22 的 . 22 验规定 . 22 验方法 . 24 二制冷剂量热器法 . 24 冷式冷凝器量热器法 . 25 入功率计算 . 27 动机输入功率 . 27 缩机输入功率计算 . 27 缩机单位功率制冷量 . 27 核试验和主要试验之间的偏差 . 28 第 七章 结 论 . 29 参考文献 . 30 致 谢 . 32 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 第一章 前 言 从二十世纪后半叶开始，随着制冷行业的发展，有关制冷系统的试验台作为各制冷系统部件的标准之一的检验与实现更是得到前所未有的 高速发展，从手动到半自动，再到高精度全自动测试阶段，主要表现有模糊控制在制冷系统中的应用，计算机仿真技术在制冷系统研究与优化设计中的运用以及建模方法与仿真研究在复杂制冷系统中的运用。随着电子计算机以及控制的发展，特别是模糊控制在制冷系统中的应用，制冷系统试验台实现了全自动控制，即借助与人们对量热器试验台长期受的手动控制的经验，也就是手动控制吸气温度，吸排气压力来调到规定工况下的参数值的经验，引入模糊控制理论，以语言形式定性描述这些参数的被控过程，来实现试验台的全自动控制。 另外计算机仿真技术以及建模方法与仿 真研究在复杂制冷系统 试验 中的运用，使得对系统和过程的仿真模拟方法 结合或 取代传统实验方法， 大大 提高 产品 开发效率，缩短开发时间， 节省大量人力、物力。 同时采用动态分析法取代传统的静态分析法，使建立的数学模型更加接近实际的系统或过程，提高了准确性。 另外计算机仿真技术能方便的变以往典型工况设计为全过程工况设计，提高了系统的可靠性和运行效率。 该试验台的设计 主要目的 为了研究在不同工况下各输入参数的变化（如蒸发温度、冷凝温度、过冷温度、吸排气温度等）对压缩机或制冷系统综合性能的影响大小； 同时也可以 在不同制冷剂工质 、不同制 冷剂流量、充注量等条件 下，检验 、研究 制冷系统的性能，并提出针对性的改善措施 ，进一步研究影响制冷系统性能的各种因素 ，最终使系统的性能得到优化。 该试验台采用“第二制冷剂电量热器法”作为主测，其原理是利用量热器内充注的与被测压缩机制冷系统相隔离的第二制冷剂作为热交换介质，将制冷系统产生的冷量与电加热器产生的热量相互交换，达到平衡时，通过测量加热电量而得出制冷量的一种间接试验方法；同时采用液体质量流量计法作为辅测，计算出它在规定工况条件下转换成气态所必须吸收的热量，即制冷量。换热器设计所遵循或参照的相应规定和标准 ：制冷装置用压力容器买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 （ 6917、单元式空气调节机组用冷凝器型式与基本参数（ 5444、钢制壳管式换热器（ 制冷设备通用技术规范（ 。 对于该制冷系统综合性试验台，我们通过第二制冷剂量热器法以及数据自动采集系统，通过控制系统调节节流阀的开启度和冷凝器冷却水阀的开启度达到设定工况，同时采集记录各工况参数 。 如 通过测得 吸排气压力、过冷温度、量热器出口温度等 参数 ，进而得出制冷量、输入功率、 。对比分析各工况的这些量值，从而得出与压缩机相匹配 的最佳工况。 本次设计的主要任务是对试验台的一个主要部件 量热器进行设计计算，并对该试验台进行总体布置。由于量热器内部充有第二制冷剂的气液混合物，其内部压力较高，属于压力容器。因此有关量热器的设计与制造必须符合相关的压力容器设计规范，在设计计算过程中应参考有关的工程压力容器的设计与计算等标准。在第一章中进行了制冷系统的热力计算，得出了制冷循环的各性能指标。在第二章中，根据传热学和换热器设计等有关文献，计算出蒸发盘管的传热系数，并根据第一章计算所得制冷量等参数，从而计算出所需蒸发盘管面积，并对其进行 结构设计。同时还根据量热器设计压力，计算出量热器的壁厚，并对其进行强度校核。在接下来的第三章中，主要进行了制冷系统节流机构和附属设备的选型。在第四、第五章中介绍了有关试验台的操作规程和相关标准。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 第 二 章 制冷系统的热力计算 在进行制冷系统设计过程中，首先要进行系统的热力计算，热力计算采用查压焓图确定各循环点的状态参数并计算各个过程的焓差，最后可得到系统的冷热负荷等重要参数。 该设计用于测量 5下蒸汽压缩式制冷机在不同工况下的制冷量、消耗功率、能效比以及制冷系统各关键参数的综合性试验台。该性能试验台 主要技术参数如下： 1 系统工质： 2 第二制冷剂： 3 容量范围： 1750 15000W； 4 试验工况范围：蒸发温度 15；5 试验压缩机功率： 56 试验压缩机电源： 380V； 7 整机功率： 30 环特征点的状态参数 该设计所涉及的 的制冷循环为单机压缩机单级压缩循环，其 试验工况范围：蒸发温度 15 ，按标准工况计算。标准工况制冷系统温度参数如下： 蒸发温度 150 t 冷凝温度 30 吸气温度 15 过冷温度 25 系统采用的制冷剂为 冷循环的压焓图如图 2示 。 根据 压焓图和热力性质表 ，得循环特征点的状态参数，如表 2 表 2环特征点的状态参数 图 2冷循环压 1 2 2s 3 4 h p 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 参数 点号 P( t（ ） h（ kJ/ )/3 1 1 2 3 15 15 25 10 算循环的各性能指标 根据表 2环特征点的状态参数计算循环的各性能指标，计算结果列于 表 2。 表 2环的各性能 参数计算 参数 公式 计算结果 单位质量制冷量041 kJ/理论比功 0w 120 kW/ kW/2s 点的焓值)( 1212 kJ/单位冷凝热量kJ/单位制冷剂流量kg/制冷量0m 冷凝负 荷 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 第 三 章 量热器的结构设计与计算 于量热器 量热器为该试验台中主要部件之一，内部包括被试验制冷系统的蒸发器、第二制冷剂、量热器底部的电加热器三部分。在试验台工作过程中， 制冷剂在蒸发盘管内蒸发，对外输出冷量以冷却 盘管外 介质 ，即第二制冷剂。 第二制冷剂 充当热量由电加热器到蒸发器传递的媒介。首先第二制冷剂 被装在量热器底部的电加热器加热蒸发成为气体， 上升到 在蒸发盘管 处被 蒸发器 冷凝成为液体。调整电加热器的输入功率，将会找到 一个动态平衡点 ，此时冷凝下来的第二制冷剂液体量与第二制冷剂液体 在电加热器处 的蒸发量相同，即第二制冷剂液体的液面保持 不变。由 能量守恒知 ， 此时电加热器的输入电功率与制冷循环的制冷量相同 。 由以上分析可知，有了量热器，通过调整电加热器的输入电功率，可以很方便的测量出制冷循环的制冷量。 故量热器是 制冷系统综合性能试验得到顺利进行 保证 。 发盘管的 计算与结构选取 外换热系数的计算 初选量热器的蒸发盘管为 外径0厚 紫铜管，弯曲成螺旋状。 选取制冷系统的第二制冷剂为 1、 管外换热为第二制冷剂在 管 外冷凝换热，因此，应该从冷凝换热来考管外换热系数。计算公式为 1 4100230 )( （ 3 1） 2、 确定 状态参数 蒸发温度为 管内外 温差取 3，则第二制冷剂温度为 管外壁温度近似取为 定性温度为 第二制冷剂温度和管外壁温度的算术平均值，即为 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 对应于该定性温度时 和液体的物性参数 ： 密度 3k g / 3 5 ， 导热系数 K)w /(7 ， 汽化潜热 ， 粘度 s)k g/( 0 3 。 将以上数值代入式（ 3算得 管外换热系数 K)w /( 7 1 20 内换热系数 的计算 管内换热过程是通过制冷剂在管内的相变来实现的。因此，应通过管内沸腾换热的计算公式来计算管内换热系数 ，如式 （ 3所示 1。 （ 3 2） 式中 ： 管子材质系数，对铜管取 C； F 管子表面状态系数，对普通管表面 F= 液体的质量流速， )sk g /( 对定性温度为 得在定性温度下的制冷剂的相关参数如下： 饱和液体的比热容 K)J/( 液体 粘度 l ， 沸腾绝对压力 K P M P 液体表面张力 2N/ ， 液体导热系数 K)W /(l ， 饱和液体密度 3kg/l 。 将上面数值代入式（ 3计算得 管内沸腾换热系数 K)W /( 5 6 2 i 。 传热系数 的计算 管的 总 传 热系数 由管内沸腾换热系数、管外冷凝换热系数和管体导热系数三部分组成，其 计算公式 为 3 000 1113 3） 式中 ： d。 紫铜管外径 ， d ； 紫铜管内径 ， 管内热阻，)W/(m 2 ； 紫铜的导热系数 ， K)W /( 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 代入式（ 3算得总传热系数 k=m 2 。 热面积 的计算 由以上的计算结果知当压缩机功率为 5Q ， 则当压缩机的功率为 5所需传热面积为 0(3 4) 计算中的传热温差取为 6 ， 将制冷 量 0Q 、传热系数 K 和传热温差 t 的数值代人式 (3传 热面 积 F=m 圆整为 3 2m ，则所需管长 L 为 0 （ 3 5） 将参数值代入式（ 3算得管长 L= 发盘管 的 面积 校核 该试验台所能满足的试验工况的蒸发温度 5， 为满足在整个试验工况 范围下所需的传热面积，须对其进行校核， 校核时，选取极限蒸发温度 行校核，即 校核工况 ：250 t 、 45 1540查 力性质表和压焓图，得循环特征点的状态参数如表 3示。 图 3冷循环压 1 2 2s 3 4 h p 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 表 3循环特征点的状态参数 参数 点号 P(（ ） （ kJ/ )/3 1 1 2 3 25 40 计算循环的各性能指标如表 3 3环的各性能指标 参数 公式 计算结果 单位质量制冷量041 kJ/理论比功 0w 120 kW/2 W/的焓值)( 1212 kJ/单位冷凝热量kJ/单位制冷剂流量kg/制冷量0m 冷凝负荷 蒸发盘管各相关 参数 如下 表 3发盘管各相关参数 管外传热系数 k)W/(m 2 管内传热系数 k)W/(m 2 总传热系数k)W/(m 2 传热面积 2m 管长 m 605 上面计算结果可知，在该工况下，所需蒸发盘管面积小于标准工况下所需面积，所以按标准工况下计算所得面积设计既能满足要求。 发盘管 结构 设计 考虑到 5以下压缩机兼容问题，采用两组大小不等的蒸发盘管，使买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 用功率为 5大压缩机工作时，两组盘管同时使用，使用功率为 11下的压缩机工作时，只采用其中的一组盘管即可。 大盘管 直径取 300盘管直径取 200层盘管间的间隔取为4该大小盘 管均饶制 n 圈，则有 21 （ 3 6） 将 L、 1D 、 2D 的数值代入式（ 3 n= n=51 圈 ， 则所需的盘管的高度为 01 ( （ 3 7） 将 n 值 代入得 H=12 热器壳体及封头 设计计算 量热器内充注第二制冷剂 在 冷凝压力为 用下，可能发生制冷剂泄露，属于 类 压力容器，设计时要对其进行强度计算与校核。 压力容器的失效准则有强度失效准则和刚度失效准则两种，压力容器的破坏方式有延性断裂，脆性断裂和疲劳断裂三种。 1、 计算依据： 参考文献 7 2、 材料选择： 根据国标 取 强度较大，耐低温的 材料 16进行 热轧处理 。 常温强度指标： b， s， 许用应力170 3、 桶体结构尺寸如图所示 图 3热器壳体 尺寸图 4、 设计参数 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 设计压力：一般为最大工作压力的 ，在该设计中 取设计压力 P= 设计温度：对于不加热或者冷却的壳体壁，取介质的最高温度或最低温度为设计温度 ， 即 T=质温度） ， 最高温度 T=00 。 5、 壳体壁厚计算及液压试验、应力校核。 （ 1） 桶体壁厚计算及液压试验、应力校核。 当满足 P 时，壁厚计算可采用下面公式 7 i 2(3 8) 式中： 焊缝系数 ， 桶体纵焊缝 系数采用双面焊， 100%无损探伤， ； 桶体内径， P 设计压力， P= 钢板许用应力， 由表 1得 。 M P P 将上面各参数值代入式（ 3算得 。 由于 轻微腐蚀，量热器桶体 耐腐蚀等级 4 5 级，腐蚀速率不大于 年，一般使用寿命 8 10 年。根据 年 时 5， 取 钢板腐蚀裕度 C ，结合试验条件，本设计取 C ，钢板负偏差可取 C 文中的参数1C， 2C 取 值相同） 。故 桶体 设计厚度 . 7 4 m ，其中 先取 名义厚度 n，则 有效厚度 应力计算公式为 2 （ 3 9） 代入参数计算得 ， 所以满足强度要求。 液压试验时，圆筒的薄膜 应力按公式 P 2 )( （ 3 10） 其中 M P 静 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 将 有关参数 代入式（ 3算得 。 由 文献 7， 查得 345sT 所以满足液压试验时强度要求。 （ 2） 封头壁厚计算及液压试验时应力校核 采用标准椭圆形封头，其几何尺寸 如 图 3示 。 封头壁厚 计算 公式 t i （ 3 11） 式 中 ： K 标准椭圆形封头， K=1； 焊缝系数，对 整体封头 1 。 将参数值代入式（ 3算得 根据 89 有关规定，封头各厚度如下： 设计厚度 ； 其中 名义厚度 n； 有效厚度 。 封头许用应力计算采用如下公式 （ 3 12） 将参数值代入式（ 3， 计算得 。 液压实验时压力 MP 静， 所以满足实验时h 1=100 h 2=2500 n=8 图 3准椭圆形封头几何尺寸 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 强度要求 。 座的选择 对立式量热器，可以选 用 A 型腿式支座，腿式支座的具体尺寸可按标准4713 1992 选用，其结构 和尺寸 如下图所示。 温材料的选择 电量热器法是间接测定制冷量的一种装置，电量热器为密封的受压绝热容器，它利用安置于量热器内的电加热器放出的热量消耗蒸发盘管所产生的制冷量。因此要求量热器与外界 有良好的隔热措施 ，这样实验结果才能准确，因此需要选择隔热性能良好的保温材料。参考各种保温材料的性能，选择密度小，导热系数低的 聚氨酯 ，其导热系数为 范围为 W m K ，设计中选取保温材料厚度， 100应用时采取发泡处理 。 6506 260 100 200 图 3座结构尺寸图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 根据以上量热器各部件的设计计算，画出量热器总体结构图，如图 3 热系数的计算 一、 计算量热器外换热系数 量热器外为大空间自然对流换热，取外界环境温度为 30 ，量热器平均壁温为 18 ，则平均温度 2421 wm 。 大自然空间对流试验关联式为 （ 3 13） 查 30 时空气的物性参数 K)W /( ； /6 ；各参数值代入（ 3 010 。 23 （ 3 14） 9 2 3 4 5 6 7 8 1 10 图 3热器总体结构图 1 封头 2 蒸发盘管 3 筒体 4 制冷剂充注口 5 电加热器 6 排液口 7 支座 8 视液镜（两个） 9 测压孔 10 隔热层 1 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 表 3（ 3的常数 C 和 n3 加热表面形状与位置 流态 系数 C 及指数 n 实用范围 C n 竖平板 及竖圆柱 层流 过渡流 湍流 3109 3109 21010 21010 横圆柱 层流 过渡流 湍流 08 08 09 09 由 表 3为过渡流， C=n= 代入式（ 3 以量热器外换热系数 （ 3 15） 将数值代入（ 3 K)W /( 0 h 二、 计算量热器内换热系数 量热器内为管内冷凝换热，应从冷凝换热来考求管内换热系数，管内冷凝换热计算公式如下： 4123 )( （ 3 16） 式中 ： L 管长， ； L 膜温下凝液的导热系数， K)W /(L ； L 膜温下凝液密度， 3 ； L 黏度， s)k g/ (L ； t 饱和蒸汽温度与壁内温度10 冷凝潜热， ； 代入式（ 3计算得 k)W/ ( h 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 管的总传热系数 计算公式为 2 023120 1（ 3 将各参数值代入 （ 3得总传热系数 ， 即漏热系数 K)W /( K hi t r O 3通过 双层 圆管的传热 L i r3 r2 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 第 四 章 节流机构和辅助设备的选择 流机构 节流机构是制冷装置中的重要部件， 是 制冷系统的四大部件之一。它的作用 有两个，一是 对高压制冷剂液 体进行节流降压，保证冷凝器与蒸发器之间的压力差，以使蒸发器中的制冷剂液体在低压下蒸发吸热，达到制冷目的 ；二是 调节进入蒸发器的制冷剂流量，以适应蒸发器负荷的变化，使制冷装置更加有效地运行。 节流机构的形式 有很多种 ， 常用的节流机构有手动膨胀阀、浮球膨胀阀、热力膨胀阀及毛细管等。根据压缩机测试系统的特点，选热力膨胀阀为节流机构。 热力膨胀阀可根据蒸发器出口处制冷剂蒸汽过热度的大小，自动调节阀门的开启度，达到调节制冷剂流量的目的， 使 制冷剂流量与蒸发器负荷相匹配， 有效 防止压缩机产生“液击”现象。根据系统的特点，热力膨 胀阀的选配主要是根据制冷量、制冷剂种类、膨胀阀节流前后压力差、蒸发器内制冷剂的流动阻力等因素来确定膨胀阀的形式和阀的孔径。选配时应使阀的容量与蒸发器的产冷量相匹配。 外平衡式热力膨胀阀选择步骤如下 3： 1、 确定热力膨胀阀两端压力关系 （ 1） 由 30查 力性质表得 （ 2） 根据制冷量0Q=液管内径0供液管长度l = 阅 参考文献 3表 7 1p =10 （ 3） 假定安装在液管上的弯头，阀门，干燥过滤器等总的阻力损失52 p （ 4） 液管进口与出口高度差引起的阻力损失 0 82 53 ； （ 5） 分液器及分液管的阻力损失各取 105 54 101p （ 6） 有0t=,查 力性质表得 50 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 膨胀阀两端压力差计算公式 kk 4321（ 4 1） 将以上各参数代入式（ 4 p 、 选择膨胀阀形式、型号及冷量规格 由t、 p 、03表 7热力膨胀阀。 助设备 在整个制冷系统中，除了必不可少的压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器等四大设备外，还包括一些辅助设备：如润滑油的分离与收集设备、制冷工质的储存及分离设备、制冷工质的净化及安全设备等。这些辅助设备的用途是保证制冷剂的运转，提高运行的经济性和安全性。 分离器 为 了防止压缩机排出的润滑油大量进入制冷系统，一般在压缩机与冷凝器之间设置油分离器。在氟利昂制冷系统中，由于润滑油在氟利昂中溶解度大，因此润滑油易随着压缩机排出的制冷剂气体而进入冷凝器和蒸发器，并在其表面形成油污，影响其传热效果。因此需要设置油分离器。油分离器应具有自动返回润滑油的能力。 油分离器的选型计算公式为 15 （ 4 2） 式中： D 油分离器直径： m； 氟压缩机的 理论输气量， / 5 9 压缩机的输气系数，取 = 所推荐的气气流速度， m/s，取 =s。 将各参数值代入（ 4 D=因此选用通体直径为 100油分离器，型号为 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 液分离器 为防止压缩机发生“液击”现象，在压缩机入口 处都装有气液分离器。选择气液分离器的桶体横截面上的气流速度不超过 s。气液分离器是根据计算出来的织锦选择其型号的。 气液分离器的选择计算公式 15 36004 V （ 4 3） 式中： 气液分离器筒体直径 ， m； V 氟压缩机的理论吸