MLSC44水冷活塞冷水机组制冷系统设计毕业设计.doc

华中科技大学文华学院毕业设计（论文）毕业设计（论文）mlsc44水冷活塞冷水机组制冷系统设计华中科技大学文华学院毕业设计（论文）毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日目录摘要.1关键词.1abstract.2key words.2前言31.方案论证41.1 流程的选择41.2 换热器的选择51.2.1 冷凝器的选择51.2.2 蒸发器的选择51.3 制冷剂的选择61.4 节流装置的选择71.5 压缩机的选择92.过程论述112.1 已知参数112.1.1 制冷循环的lgp-h 图112.1.2 单供冷工况112.2 制冷循环热力计算122.2.1 单位质量制冷量122.2.2 单位容量制冷量122.2.3 单位绝热功122.2.4 制冷系数122.2.5 制冷剂质量流量122.2.6 实际输气量122.2.7 压缩机的理论功率122.2.8 单位冷凝热132.3 冷凝器的设计计算132.3.1 冷凝器传热管的选择及参数计算132.3.2 冷凝负荷与流量计算142.3.3 冷凝机构的初步规划142.3.4 管内水侧表面传热系数152.3.5 计算管外r22蒸气冷凝表面传热系数152.3.6 计算传热系数k和单位面积热流量162.3.7 计算所需的传热面积172.3.8 计算冷却水侧流动阻力172.3.9 冷凝器的结构设计182.4 蒸发器的设计计算182.4.1 制冷剂流量的确定192.4.2 初步结构设计192.4.3 管内r22的表面传热系数202.4.4 水侧表面传热系数的计算232.4.5 传热系数的计算242.4.6 管内流动阻力和平均传热温差的计算252.4.7单位热流量及传热面积的计算252.4.8水侧的流动阻力的计算262.5 节流装置的选型282.5.1 确定膨胀阀两端压力差282.5.2 选择膨胀阀型式，型号及冷量规格282.6 压缩机的选型292.6.1 理论输气量的计算292.6.2 电功率的计算29 2.7 结果分析.30 2.8 结论.30结束语.32参考文献33致 谢34附 录35程序.36mlsc44水冷活塞冷水机组制冷系统设计摘要 随着人们生活水平的提高，人们对室内空气环境的要求越来越高，大中型的空调制冷设备也逐渐体现出它的优良特性，冷水机组作为中央空调的核心部件，越发的体现出它的重要性，因此研究冷水机组是非常有必要的。冷水机组由压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器以及管道、弯头等组成。在进行冷水机组的设计时，主要进行蒸发器、冷凝器、压缩机、节流阀的热力计算，在进行计算的过程中，首先要搞清楚冷水机组工作的循环图，查清所需热力参数，为后面的计算做准备。 在此次设计冷水机组的过程中，首先是根据已查的数据，对冷凝器，蒸发器，节流阀以及压缩机进行热力计算，冷凝器和蒸发器都属于换热器，需根据制冷量等参数进行传热面的计算，然后选择传热管，计算所需管数，然后进行传热管的排列，对冷凝器以及蒸发器进行设计。在做好了冷凝器和蒸发器的设计之后，进行节流阀、压缩机的选型计算，最后做总的设计。关键词：压缩机;冷凝器;蒸发器;节流阀;换热器mlsc44 water-cooled piston chillers system designabstractwith the improvement of peoples living standard, people on indoor air environment have become increasingly demanding, large and medium sized air conditioning refrigeration equipment has gradually demonstrated its excellent characteristics, central air conditioning chiller as the core omponent, increasingly shows its importance, so the study of chiller is very necessary. in the design of water chiller,condenser,evaporator, the main throttle valve compressor, thermodynamic calculation, the calculation of the process, we must first make clear water chillers working cycle diagram, ascertain the required thermal parameters back calcuculation, to prepare.in the design of water chiller process, first is based on the investigatigation data, the condenser, evaporator, throttle valve and compressor,thermodynamic calculation, the condenser and the evaporator are heat exchangers refrigeration capacity, according to the parameters such as heat transfer surfaces are calculated, and then the selection of heat transfer tube, calculation of the required number, and then the heat transfer tube the arrangement, the condenser and the evaporator design.key words: compressor ;condenser ; evaporator ; throttle valve ;heat exchanger前言改革开放30多年来，我国人民的生活质量日益提高，居住条件明显改善。随着节能，环保，美化的要求，原有房间空调器（分体式空调器），由于其送风温差大，室内空气品质差，室外气温低时，供热大大下降，室外机多时，影响美观等不足，已难以满足人民生活水平的要求。人们向往“星级住宅”，用户中央空调这一集大型中央空调与房间空调器优点于一体的小型独立空调系统，代表了21世纪人民居住环境空调的发展趋势。中央空调业慢慢在人们的生活中得到了普及，而空调冷水机组作为中央空调系统的核心技术，综合了制冷原理，流体力学，传热学等各种工艺。冷水机组也一直在行业中占据着主流的地位，尤其是在市场规模方面，占据了不小的份额，对国民经济各部门的发展有着重要的作用。空调冷水机组对人民物质文化生活水平的提高有着重要的作用。这不仅意味着受控的空气环境对各种工业生产过程的稳定运行和保正产品的质量有重要作用，而且对提高劳动生产率，保护人体健康，创造舒适的工作和生活环境有重要意义。1.方案论证1.1 流程的选择选择单级压缩式蒸气制冷流程。我们常用的制冷流程有：压缩式蒸气制冷流程、复叠式制冷和吸收式制冷流程 就目前而言，压缩式蒸气制冷机是应用最广泛的一种制冷剂。这类制冷机的设备比较紧凑，可以制成大、中、小型，以适用不同场合的需要，能达到的制冷温度范围比较宽广，且在普通制冷范围内具有较高的循环效率。 在压缩式蒸气制冷剂中，有单级压缩式蒸气制冷机，两级压缩式蒸气制冷机，以及多级压缩式蒸气制冷机，其中单级压缩式蒸气制冷机是指将制冷剂经过一级压缩从蒸发压力压缩到冷凝压力的制冷机。空调器和电冰箱以及中央空调的冷水机组大都采用单机压缩蒸气制冷机。单级压缩蒸气制冷机一般可用来制取-40c以上的低温。两级压缩式蒸气制冷机：由于蒸气压缩式制冷循环的冷凝温度受到环境条件的限制，在常温冷却条件下，采用单级压缩式制冷循环能够获得的低温程度有限，一般就采用两级压缩制冷循环，两级压缩制冷循环，就是制冷剂气体从蒸发压力提高到冷凝压力的过程分两个阶段（先经低压级压缩到中间压力，中间压力下的气体经过中间冷却后再到高压级进一步压缩到冷凝压力）的制冷循环。复叠式制冷循环：要获得-60c以下的低温，采用单一制冷剂的多级压缩已经难以实现，此时应该采用复叠式制冷循环。所谓复叠式制冷循环，就是将所要求达到低温的总温差分割成两段或若干段，每段选用性质相宜的制冷剂循环，即：用中温制冷剂循环承担高温段的制冷，采用低温制冷剂循环承担低温区段的制冷。将它们复叠起来，用中温制冷剂循环的制冷来抵消低温制冷剂循环的冷凝负荷，从而达到最终要求的制冷温度的制冷循环。吸收式制冷循环：吸收式制冷机是利用工质的特性完成工作循环，从而获得冷量的制冷装置。空调冷水机组是用于空调，调节室内的空气温度，不需要很低的温度，所以选择单级压缩式蒸气制冷流程1.2 换热器的选择 1.2.1 冷凝器的选择冷凝器选择卧式壳管式冷凝器 冷凝器制冷装置的主要热交换设备之一。它的任务是通过环境介质将压缩机排出的高压过热制冷剂蒸气冷却、冷凝成饱和液体，甚至过冷液体。 冷凝器按冷却方式可分为三类：水冷式冷凝器，空气冷却式冷凝器，蒸发式冷凝器。 水冷式冷凝器又有：壳管式冷凝器、套管式冷凝器 壳管式冷凝器中有分为：立式壳管式冷凝器和卧式壳管式冷凝器。采用哪一种类型与制冷机使用哪种制冷剂有关。一般立式壳管式冷凝器适用于大型氨制冷装置，而卧式壳管式冷凝器则普遍适用于大中型氨或氟利昂制冷装置中。 套管式冷凝器：它是由不同直径的管子套在一起，并弯制成螺旋形或蛇形的一种水冷式冷凝器。在套管的长度较大时，下部管间易被液体充斥，使传热面积不能得到充分利用，而且金属耗量大，一般只在小型氟利昂制冷装置中使用。 空气冷却式冷凝器，这种冷凝器以空气为冷凝介质，制冷剂在管内冷凝，空气在管外流动，吸收管内制冷剂蒸气放出的热量。由于空气的传热系数小，管外常常要设置肋片，以强化管外换热。 蒸发式冷凝器：这种冷凝器的热流量有进口空气的湿球温度关系很大，湿球温度越高，则空气相对湿度越大，若要保持一定的蒸发量，就必须提高冷凝温度，会对装置的正常运行造成不利的影响。这种冷凝器一般用于大中型氨制冷装置。 经过各自的特点以及综合分析，选择卧式壳管式冷凝器作为空调冷水机组的冷凝器。1.2.2 蒸发器的选择 蒸发器选择壳管式干式蒸发器。 蒸发器根据供液方式的不同，有满液式、干式、循环式和喷淋式等。满液式蒸发器按其结构分为壳管式，直管式、螺旋管式等几种结构形式 满液式蒸发器的共同发特点在于蒸发器内充满了液态制冷剂，运行中吸热蒸发产生的制冷剂蒸气不断的从液体中分离出来。由于制冷剂与传热面充分接触，具有较大的传热系数。但不足之处是制冷剂充注量大，液柱静压会给蒸发温度造成不良影响。 干式蒸发器是一种制冷剂液体在传热管内能够完全汽化的蒸发器。其传热管外侧的被冷却介质是载冷剂（水）或空气，制冷剂则在管内吸热蒸发，其填充量约为传热管内容积的20%-30%。增加制冷剂的质量流量，可增加制冷剂液体在管内的湿润面积。同时，其进出口处的压差随流动阻力增大而增加，以致使制冷系数降低。 干式壳管式蒸发器的特点：（1）能够保证进入制冷系统的润滑油顺利返回压缩机；（2）所需要的制冷剂充注量少，仅为同能力满液式蒸发器的1/3；（3）用于冷却水时，即使蒸发温度达到0c，也不会发生冻结事故；（4）可采用热力膨胀阀供液比满液式蒸发器的浮球阀供液更加可靠。 循环式蒸发器：循环式蒸发器多用于大型的液泵供液和重力供液冷库系统或低温环境试验装置。循环式蒸发器的优点在于蒸发器管道内表面能始终完全湿润，表面传热系数高。但体积大，制冷剂充注量大。经过综合分析，选择壳管式干式蒸发器作为空调冷水机组的蒸发器。1.3 制冷剂的选择 制冷剂选择r22.。选择一种物质作为制冷剂，应该具备价廉, 易得，安全, 可靠等特点，具体来说应满足以下的基本要求：（1） 在使用条件下，化学稳定性和热稳定性要好，与润滑油，制冷设备材料有良好的适用性；（2） 使用安全，不可燃、不可爆或者燃爆性很小，且无毒性；（3） 价格便宜，来源广泛；（4） 具有优良的热力性质，在指定的温度范围内的制冷循环特性优良，如具有高的制冷系数，大的制冷量，适中的排气温度；（5） 对大气环境无公害，不破坏臭氧层，具有尽可能低的温室效应；（6） 气化潜热大，液体比热容小，气体比热容大；（7） 传热性能和流动性好，具有高的导热系数和低的粘度。 当然完全满足上述要求的制冷剂难以寻找，实际中根据具体情况，设备情况，使用条件等对制冷剂的性质进行侧重考虑。常用的制冷剂有r12，r22，r717和r502等r12无毒、无色、无味、不可燃，广泛应用于大、中、小型设备中。r12的标准沸点为-29.8c，单位容积制冷量少，流动阻力大，对金属无腐蚀性。与矿物油油良好的互溶性。使用r12的制冷系统必须密封严密。因为其对环境有危害，正在被限制使用。r22无色、无味、不可燃、毒性很小，也广泛应用于大、中、小型设备中。r22的标准沸点为-40.8c，单位容积制冷量比r12大，与氨差不多，其传热性能和流动性能不如氨，流动性能比r12好。对金属无腐蚀作用，制冷系统需密封严密。r22与润滑油有限溶解，在设计系统时应注意回油。r22对环境的危害较小，根据国际协议可以使用到2040年。r717氨具有较好的热物理性质，其标准沸点为-33.4c，是目前广泛应用的中温制冷剂之一。氨的气化潜热大，单位容积制冷量大，密度小，节流损失小，传热性能好，流动阻力小。在低温下也能以任意比例与水互溶。另外，氨的来源广泛，价格低廉，主要用在大中型设备中。但氨有较明显的缺点：有毒，有强烈的刺激性气味，含有水分时，对锌，铜及其合金有腐蚀作用。氨几乎不溶于润滑油，这对传热和润滑油的回油有影响，目前在干式蒸发器中已使用可溶解的润滑油。氨还易燃，易爆，在实际使用时存在一定的安全隐患。r502它是由r22和r115按比例配置而成的共沸混合物。它无毒、不可燃，主要用于食品冷冻陈列柜等制冷装置中。r502的气化潜热大，气体密度大，制冷循环量大，有较大的制冷量，压缩机排温低。其对金属物腐蚀性。r502不溶于水，与烷基苯有良好的互溶性。r502的odp（臭氧消耗潜能值）虽然为零，但其gwp（温室效应潜能值）很高，有较强的温室效应作用，是近期将被替代的工质。侧重考虑到全球比较关心的温室效应，以及其他环境问题，由于我所选用的冷剂用作空调冷水机组的制冷剂，这就要考虑到安全因素，综合考虑各种制冷剂的优缺点，我选用r22作为空调冷水机组的制冷剂。1.4 节流装置的选择节流装置选择热力膨胀阀。在制冷系统中的四大部件中，节流装置是其一，功能使它有自己的作用。 首先，对高压液体制冷剂进行节流降压，保证冷凝器和蒸发器之间的压力差，以便使蒸发器中液体制冷剂在要求的低压下蒸发吸热，从而达到制冷降压的目的；同时，使冷凝器中的气态制冷剂在给定的高压下放热，冷凝。其次，调整供入蒸发器的制冷剂的流量，以适应蒸发器热负荷的变化，使制冷装置更加有效的运转。针对节流机构有控制进入蒸发器的液态制冷剂质量流量的功能，所以有时也叫流量控制机构。还有，它使高压液态制冷剂节流降压，使制冷剂一出阀孔就沸腾膨胀成湿蒸气，因此也叫节流阀或膨胀阀。常用的节流机构有以下几种：手动式膨胀阀、浮球式膨胀阀、热力式膨胀阀以及毛细管等一、手动式膨胀阀手动式膨胀阀的结构和普通截止阀相似，只是它的阀芯为针形锥体或具有形缺口的锥体。阀杆采用细牙螺纹，在旋转手轮时，可使阀门的开启度缓慢地增大或碱小，保证良好的调节性能。它的显著特点是不易坏。管理人员可根据蒸发器的热负荷的变化和其它因素的影响，要手动调整膨胀阀的开度，因此，管理麻烦，且需要较高的经验，在最近多采用自动膨胀阀，而手动膨胀阀只用在旁通管上，作为辅助作用。二、浮球式膨胀阀浮球式膨胀阀多用于满液式蒸发器，这种蒸发器要求液面保持一定的高度，正符合浮球式膨胀阀的特点。根据液态式制冷剂流动情况不同，它可以分为直通式和非直通式两种，它们各有优缺点。直通式膨胀阀供给蒸发器的液体，首先全部经过浮球室，然后通过液体平衡管进入蒸发器，所以它有结构简单的特点，但是浮球室的液面波动较大，对阀芯的冲击力也较大，阀芯容易 损坏；处次之外，还需要较大口径的平衡管。非直通式浮球膨胀阀，阀门机构在浮球室外，节流后的制冷剂不经过浮球室，而是沿管道直接进入蒸发器，所以，浮球室液面平稳三、热力式膨胀阀与浮球式膨胀阀不同，它不是通过控制液位，而是控制蒸发器出口气态制冷剂的过热度来控制供入蒸发器的制冷剂流量。因为有一部分蒸发器的面积必须用来使气态制冷剂过热，所以它广泛的用于空调或低温系统内(尤其是氟利昂制冷系统)的所有非满液式蒸发器。热力式膨胀阀因平衡方式不同，或是说蒸发压力引向模片下内腔内的方式不同，可有内平衡式和外平衡式两种。 容量是热力膨胀阀的重要特性参数，所以我们必须了解影响容量的主要囚素：1。膨胀阀前后的压力差 2。蒸发温度 3。制冷剂过冷度。热力膨胀阀的安装位必须在靠近蒸发器的地方，阀体应垂直放置，不能倾斜，更不能颠倒安装。主要是感温包的安装，通常将其缠在吸气管上，紧贴管壁，包扎紧密，接触处应把氧化皮清除干净，露出金属管道本色，必要时可涂一层铝漆作为保护层，以防生锈。四、毛细管 毛细管是根据“液体比气体非常容易通过”这原理工作的。它的供液能力主要取决于毛细管入口处制冷剂的状态以及毛细管的几何尺寸。随着入口压力的提高毛细管的供液能力增加，毛细管的长度增加，内径缩小，相应地使供液能力减小。毛细管有它的优点，结构简单、无运动部件，价格低廉，使用它时系统可不装设储液器；充入的制冷剂也少；而且在压缩机停止运转后，冷凝器与蒸发器内的压力可以较快地自动达到平衡，减轻启动时电动机的荷载。它存在的缺点是它的调节性能很差，它的供液能力不能随工况的波动而调节。使用毛细管应注意以下几点：1在制冷循环的高压侧管路上不能存有制泠剂容易聚集的地方。2采用毛细管的制冷系统制冷剂的充注量一定要正确。3毛细管入口部分应装设200300目英寸的过滤器(网)，防止污垢堵塞起内孔。4当几根毛细管并联使用时，为使流量均匀，其后采用分液器。5应在毛细管外包扎异丁橡胶等材料，用以隔声防震。根据各自的特点，选择热力膨胀阀作为冷水机组的节流装置1.5 压缩机的选择压缩机选择活塞式压缩机。在制冷压缩机中，我们经常使用的有活塞式、螺杆式、离心式压缩机，根据所用压缩机的不同，水冷机机组可以分为：活塞式、螺杆式、离心式和旋式冷水机组。各自有各自的优缺点。活塞式冷水机组属于中小型制冷范围的冷水机组，它有如下的优点：（1）机组装置简单；（2）在空调制冷范围内有较高的容积效率；（3）使用普通金属材料，加工容易，造价低；（4）采用多机头，高速多缸、短行程、大缸径后、容量有所增大，性能可得到改善；（5）模块式冷水机组是活塞式的改良型，采用了高效板式换热器，机组体积小，重量轻，噪音低，占地少，采用标准化生产的模块单元，可组合成多种容量，调节性能好，部分负荷性能系数不变，电脑控制，自动化程度高，安装简便。缺点：（1）往复运动的惯性大，转速不能太高，震动较大；（2）单机容量不易过大；（3）单位制冷量重量指标大；（4）当单机头组转速不变时，只能通过改变工作气缸数来实现能量调节，部分负荷下的调节特性较差；（5）模块式冷水机组当组合超过八个模块单元时，蒸发器和冷凝器水侧流阻较大。螺杆式冷水机组属中型冷量范围冷水机组，它有如下主要优点：（1）与活塞式相比，结构简单，运动部件少，无往复运动的惯性力，转速高，运动平稳，振动小；（2）机组重量轻，单机制冷量大；（3）由于缸内无余隙容积和吸排气阀片，因此具有较高的容积效率；（4）螺杆式易损件少，零部件仅为活塞式的十分之一，运行可靠，易于维修；（5）对湿冲程不敏感，允许少量带液，无液击危险；（6）调节方便，制冷量可通过滑阀进行无极调节。缺点：（1）要求加工精度和装配精度高；（2）单机容量比离心式小；（3）部分负荷下的调节性能较差。离心式冷水机组属于大冷量的冷水机组，它有以下的主要优点：（1）压缩机输气量大，单机制冷量大，结构紧凑，重量轻，单位制冷量重量小，相同制冷量下比活塞式机组轻80%以上，占地面积小；（2）性能系数高；（3）叶轮做旋转运动，运动平稳，振动小，噪音较低；（4）调节方便，在较大的冷量范围内能较经济的实现无极调节；（5）无气阀，填料，活塞环等易损件，工作比较可靠。缺点：（1）由于转速高，对材料强度，加工精度和制造质量要求较为严格；（2）单机压缩机在低负荷时易发生喘振；（3）当运行工况偏离设计工况时，效率下降较快；制冷量随蒸发温度降低而减少的幅度比活塞式快，制冷量随转速降低而急剧下降。综合各自的优缺点以及设计的相关要求，我选择活塞式压缩机2.过程论述2.1 已知参数2.1.1 制冷循环的lgp-h 图图2-1 理论循环图2.1.2 单供冷工况状态点参数单位数值 kpakj/kg530.832406.092kpakj/kg1533.52429.323kpakj/kg1533.5240416.574kpakj/kg1533.5240249.675kpakj/kg530.832249.67表2-12.2 制冷循环热力计算2.2.1 单位质量制冷量 单位制冷量为 2.2.2 单位容量制冷量设单位容量制冷量为，则2.2.3 单位绝热功单位绝热功2.2.4 制冷系数设制冷系数，有2.2.5 制冷剂质量流量 制冷剂质量流量2.2.6 实际输气量 实际输气量2.2.7 压缩机的理论功率设压缩机的理论功率为，有 2.2.8 单位冷凝热设单位冷凝热为，则有2.3 冷凝器的设计计算2.3.1 冷凝器传热管的选择及参数计算 根据生产工艺条件，拟采用每寸19片的滚轧低肋管，其基本参数为：=18.75mm , =15.85mm , =0.25mm , =1.34mm , =14mm , =,则每1m肋管长的肋片数为： 1） 每1m管长肋顶面积为：2） 每1m管长肋片面积：3） 每1m管长肋间基管面积为：4） 每1m肋片管外表面积为：5） 每1m管长内表面积为：6） 肋片的当量高度为：2.3.2 冷凝负荷与流量计算冷却水的定性温度为：查水的热物性参数表有：，密度：运动粘度 ，所以冷却水流量：2.3.3 冷凝机构的初步规划1） 根据一般经验，由于低肋螺纹管的传热效率高，故初取管外表面面积热负荷，则初步规划所需冷凝器外面积为：2） 所需上述规格地肋管的管长为：3） 设管内水速为，则每流程的管数为：（取75根）4） 若设流程数为，冷凝管有效长度为，必有：或则 图2-2 冷凝器传热管的排列图传热管按正三角形排列，冷凝器采用管板外径与壳体外径相同的主体结构形式，管排布置及管板尺寸能够保证在管板周边的均匀布置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致遮盖管孔。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器机组的装备要求和限制。2.3.4 管内水侧表面传热系数1）每流程的平均管数根，则管内冷却水平均流速为即水在管内做湍流运动。2） 流体在管内受迫运动放热的湍流区换热计算式为在定性温度下所以有 2.3.5 计算管外r22蒸气冷凝表面传热系数1） 由表面传热系数的计算公式：其中根据经验取2） 根据传热管的排列以及的计算公式有3） 查小型制冷装置设计指导得所以有 4） 由以上数据得2.3.6 计算传热系数k和单位面积热流量1） 根据管内外热平衡关系，管外面积热流量为2） 取水侧垢层的热阻为，查金属材料性质得纯铜管热导率，低螺纹管壁厚为，则管外表面面积热 流量为：3) 为蒸气与冷却水之间的传热温差。4) 为管内外平均直径处单位面积，有所以有5） 将和两计算式联立得用试凑法解方程，得因此管外表面温度为，与假设情况基本符。6） 将代入计算式中，得 以管外表面积为基准的传热系数k为2.3.7 计算所需的传热面积 由计算公式，我们知道：在总管数根，则有效冷凝管长为：2.3.8 计算冷却水侧流动阻力 管内摩擦阻力系数为： 取冷凝器两侧管板厚，其实际冷凝管长度为：冷却水在管内的质量流量为 故冷却水在冷凝器内总的压力损失为：2.3.9 冷凝器的结构设计图2-3 氟利昂卧式壳管式冷凝器1.安全阀接口 2.进气管接口 3.出液管接口卧式壳管式冷凝器的外壳为圆筒形，在壳体两端各焊接一块管板。小型制冷装置用卧式壳管式冷凝器的管板直径一般与筒体外径相同，因此，在管板的周边上均匀分布6个或8个螺纹孔（不通孔），用螺钉将端盖固定在管板上。密封橡胶的作用是防止冷却水从端盖与管板之间的结合处外漏，并与端盖的分隔筋贴合，避免不同流程之间冷却水“串流”。在卧式壳管式冷凝器中，制冷剂蒸汽从上部进入壳体内，冷凝液体从壳体下部出液管流出。2.4 蒸发器的设计计算2.4.1 制冷剂流量的确定 2.4.2 初步结构设计采用內微肋管，外径，内径，翅高，翅数。设内微肋管的面积热流量，则其所需的外表面传热面积。拟采用四流程的直管结构，每根蒸发管只管段全长为减去n块折流板厚，內微肋管的实际传热长度。故所需的管数为取（608根）设管子中心距，则干式蒸发器的具体结构尺寸如下： 壳体外径及壁厚 管侧的流程数 管子总数 管板厚度 折流板厚度 折流板数目 折流板间距 折流板上下缺口高 缺口内管子数 冷媒水横向流过管排数 靠近壳体中心一排的管数 初步规划结构所得到的有效传热面积为： 图2-4 蒸发器结构设计图 2.4.3 管内r22的表面传热系数 图2-5 蒸发器传热管的排列图传热管的排列遵循与冷凝器传热管排列同样的原则1） 内肋片管的流道面积为： 2） 管内r22的质量流量为：3）由蒸发温度，查得r22的热物性参数如下： 由条件节流后的低压蒸汽干度为，蒸发器出口干度为。由以上条件可得蒸发器内r22蒸气的平均干度4） 根据内微肋管中沸腾的表面传热系数的计算公式，有管内表面传热系数为：其中对于液膜厚度与翅高的比值，研究表明对于低肋翅片管高度可视为1.于是将上述数据代入内微肋管中沸腾的表面传热系数计算公式可得： 2.4.4 水侧表面传热系数的计算蒸发器的进水温度为，出水温度为。冷水的定性温度，查水的物性参数表有1） 冷水的流量为：2） 折流板间横向流通面积为：3） 管板端横向流通面积为：4） 水横向流过管族的平均面积为：5） 由，查制冷装置与原理表6-7得。由结构规划得折流板缺口内管数为，则缺口内水流通面积为：6） 则水横向流过管族的流速为：7） 水流过缺口时的速度为：8） 水侧平均流速为故水侧的雷诺数为9） 根据流体交错流过光管管族的传热系数的计算公式，水侧表面传热系数为：10） 考虑到折流板周围密封不严，取2.4.5 传热系数的计算取水侧污垢热阻为，r22侧污垢热阻为。查金属材料性质得纯铜管热导率，则以管外面积为基准的传热系数为2.4.6 管内流动阻力和平均传热温差的计算1） r22在四流程的管长中流过的管程长为，所以内肋管的阻力系数为：2） 忽略端盖内转向室的阻力，则r22在内肋片管内蒸发时的阻力为：为克服r22在内肋片管内蒸发时的流动阻力，则制冷剂进蒸发器的压力为：对应的蒸发温度为3） 平均传热温差为：2.4.7单位热流量及传热面积的计算1）或 联立两式，有用试凑法进行方程的求解得，代入上式，有2） 需要的传热面积：裕度为2.4.8 水侧的流动阻力的计算1） 冷水流过折流板缺口的局部阻力为：2） 冷水横向流过光管管族时的阻力，由于，又所以水横掠管族时的阻力为：3） 冷水在折流板缺口间平行流动时的阻力：在式中，u为湿润周长。同时则阻力为 4） 所以冷冻水侧总流动阻力为：2.5 节流装置的选型2.5.1 确定膨胀阀两端压力差1） 由，查r22热力性质表得；2） 根据,查小型制冷装置设计指导得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4） 液管出口与进口高度差引起的阻力损失5） 分液器及分液管的阻力损失各取pa，即pa;6) 由，查r22的热力性质表得 由以上数据得2.5.2 选择膨胀阀型式，型号及冷量规格1） 由于分液头压降较大，故选用外平衡式热力膨胀阀；2） 我所设计的压缩机的制冷量为511.7kw，而艾默生thr-100h的冷量为85冷吨，且我的冷凝器有两个，所以我选两个艾默生thr-100h的热力膨胀阀。2.6 压缩机的选型2.6.1 理论输气量的计算1） 容积系数 其中相对余隙容积c取0.025，膨胀系数m取1，冷凝压力取1533.52kpa,蒸发压力取530.83kpa，排气压力损失为。2） 压力系数 其中进气阀的压力损失3） 温度系数4） 泄露系数取0.99输气系数5） 理论输气量2.6.2 电功率的计算 电功率，其中取0.82根据以上求取的压缩机理论输气量，电功率以及给定的压缩机制冷量511.7kw等参数，参照r22制冷工质设计的压缩机有关规格参数表，选择4台4ws300 谷轮压缩机。（其中每台4ws300压缩机的制冷量为128kw，能够达到制冷的要求）2.7结果分析 任务书给定的参数的制冷量为511.7kw,制冷剂选用r22。按照给定的冷凝温度40和蒸发温度2，查看对应的压焓图和制冷剂r22的饱和热力性质表，查取各状态点的对应的压强焓值，然后根据查询的参数，分别算出单位制冷量，制冷系数，总制冷量等相关数据。在冷凝器的设计计算中，经筛选选用每英寸19片的滚轧低肋管作为传热管，管排方式采用正六边形排列，其基本参数如下： ，由于低肋螺纹管传热效率高，故初取管外表面面积热负荷，设管内水速为，最终算得管内冷却水平均流速为，与初取值接近，设计合理。在蒸发器的设计计算中，传热管采用内微肋管，其基本参数为外径，内径，翅高f=0.17mm,翅数，设内微肋管的面积热流量，拟采用四流程直管结构，每根管长l=1796mm，减去n块折流板厚，实际传热长，管排方式采用正六边形排列，管子中心间距，最终算得，与初取值接近，设计合理。2.8 结论1） 冷水机组大多采用往复式（又称活塞式）压缩机，选择合理；壳管式水冷冷凝器以水作为冷却介质，制冷剂在壳内流动，而冷水或冷却水在管内流动，吸收管内制冷剂蒸汽放出的热量。其中，往复式（又称活塞式）压缩机和壳管式水冷冷凝器一般在大、中型制冷装置，尤其是冷水机组中得到广泛运用。选择合理；壳管式干式蒸发器是一种制冷剂液体在传热管内能够完全汽化的蒸发器，其回油稳定、方便，所需制冷剂充注量较小，冷却水达到零度时也不会发生冻结事故，冷水机组的蒸发器大多都是管壳式换热器。选择合理；r22型制冷剂无色无味，不燃烧也不爆炸，且毒性小，化学性质稳定。选择合理；热力式膨胀阀是控制蒸发器出口气态制冷剂的过热度来控制供入蒸发器的制冷剂流量，因为有一部