毕业论文范文——4kW小型工业用冷水机组

4kW小型工业用冷水机组郑州轻工业学院本科毕业设计（论文） 题 目 4kW小型工业用冷水机组 学生姓名 专业班级 热能 学 号 院 （系） 机电工程学院 指导教师(职称) 完成时间 目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 冷水机组概况11.2 风冷式冷水机组的特点21.3 原始资料及技术条件32 制冷工质的选择与系统热力计算32.1 制冷剂的选择32.1.1 制冷剂的分类32.1.2 制冷剂的性能要求62.1.3 制冷剂的选择72.2 载冷剂的选择72.2.1 载冷剂的分类72.2.2 载冷剂的选择原则82.3 系统热力计算82.3.1 几个状态温度点的确定82.3.2 热力计算93 压缩机的选型计算123.1 压缩机的分类与初选123.1.1 压缩机的分类123.1.2 压缩机的初选123.2 压缩机的选型计算133.2.1 理论输气量的计算133.2.2 轴功率的计算153.3 压缩机选型153.4 压缩机的校核153.4.1 压缩机名义工况下的热力计算153.4.2 压缩机的校核计算174 冷凝器设计计算194.1 冷凝器的选择194.2 冷凝器设计计算204.2.1 有关温度参数及冷凝热负荷确定204.2.3 进行传热计算224.3 风机的选择计算255 蒸发器选择计算265.1 蒸发器的选择265.2 蒸发器的计算275.2.1 水流量285.2.2 计算平均温差285.2.3 体积流量295.2.4 传热系数的计算295.2.5 换热面积校核326 节流装置的选择336.1 节流装置的介绍336.2 节流前后压差的计算336.3 节流装置的选型337 辅助设备的选型357.1 储液器的选型357.2 干燥过滤器367.3 视液镜的选型377.4 电磁阀的选择387.4.1 电磁阀的工作原理及作用387.4.2 电磁阀的安装和使用387.5 截止阀选择397.6 水泵的选择397.7 膨胀水箱的选型41结束语43致 谢44参考文献454kW小型工业用冷水机组摘 要 冷水机组是一个小型化的，有独立的制冷系统和载冷剂循环系统两部分组成制冷机。其中，制冷系统采用蒸气压缩式制冷，使制冷剂发生气液相变，吸收载冷剂水所放出的热量。载冷剂由于被冷却从而自身温度降低，利用其低温来制冷。根据设计要求的不同，温度能达到不同的要求。冷水机组是将制冷系统中的部分设备或全部设备，主要有压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀设备和一些其他的辅助设备，配套组装在一起而成的一个整体。本次设计主要着重于系统压缩机的选择计算，翅片式冷凝器的设计计算，板式蒸发器的选型计算以及节流阀的选择计算。本文通过对各个部件的介绍与计算，根据已知的设计条件，进行热力循环计算，选择适合本次设计的设备。与此同时，对于一个水冷式冷水机组而言，为保障制冷机组的高效运行，一些系统的附件也是不可缺少的，比如风机、储液器、电磁阀、干燥过滤器、视液镜，水泵，膨胀水箱，截止阀等。关键词 风冷式冷水机组/压缩机/翅片式冷凝器/板式蒸发器/风机4kW SMALL INDUSTRIAL CHILLERS ABSTRACT Chiller is miniaturized and independent,which contains of two part of refrigeration systems and containing refrigerant cycle system .Among this device,refrigeration system makes use of vapor compression refrigeration,the system makes the refrigeration change from gas to liquid,and the refrigerant absorbs energy that heat released by water.Since the secondary refrigerant is cooled ,it has a lower temperature ,which can be used for cooling. Depending on design requirements,it can achieve different temperature. Chiller cooling system is assembled of part of the equipment or all equipment together to a whole package ,they are a compressor, a condenser, an evaporator, an expansion device, and other auxiliary equipment.The design is mainly focused on the choice of the system compressor calculations, design calculations fin condenser, evaporator plate selection calculator and the choice calculations of the throttle. According to the description of the calculation of the various components, and the known design conditions,the paper does the thermodynamic cycle calculation, and choose the appropriate equipment.At the same time, for a water-cooled chiller, some system of accessories is also indispensable for the protection of the efficient operation of the refrigeration unit, such as fans, reservoir, solenoid valve, filter drier, sight glass, water pumps, expansion tank, shut-off valves, etc.KEY WORDS air-cooled chillers，compressor，fin condenser，plate evaporator，fansII1 绪论1.1 冷水机组概况 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。冷水机组是将压缩机、冷凝器、蒸发器、节流机构、控制器件、仪器仪表组装在一个整体的钢架上，外部只需接上冷水管、冷却水管路系统和电源即可使用。冷水机组一般使用在空调机组和工业冷却中，在空调系统中将冷冻水分配给各末端设备换热器以冷却或加热在其各自的空间以给人创造一个冬夏舒适的工作、生活环境，然后冷冻水重新回到蒸发器冷却；在工业生产中，冷水机广泛运用于食品、制药、医疗、玻璃、塑胶、焊接、电镀等各个领域1。常用冷水机组的分类方式及种类如下表所示：表1-1 常用冷水机组分类分类方式种类按压缩机形式分活塞式（往复式）、螺杆式、离心式按冷凝器冷却方式分水冷式、风冷式按能量利用方式分单冷型、热泵型、热回收型、单冷冰蓄冷双功能型按密封方式分开式、半封闭式、全封闭式按能量补偿不同分电力补偿（压缩式）、热能补偿（吸收式）按热源不同分（吸收式）热水型、蒸汽型、直燃型按燃料种类分燃油型：柴油、重油燃气型：煤气、天然气按冷水出水温度分空调型：7、10、13、15低温型：-5-30按载冷剂分水、盐水、乙二醇按制冷剂分R22、R123、R134a 若按制冷机组的压缩机形式分，可以分为活塞式、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，通常多机并联，适应于变工况条件，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，并且有向活塞式冷水机组应用的小冷量范围和离心式冷水机组应用的大冷量范围扩展的趋势；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2。冷水机组若按冷水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。因此，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，风冷式冷水机组的应用在我国有增加的趋势3。本设计选用风冷式冷水机组。1.2 风冷式冷水机组的特点 风冷式冷水机组是以空气源为冷热源，采用电驱动制冷和制热，可实现全年性气候运行的一种机型。它是一种能够提供冷热源的独立完整机组，又可充分利用空气这个自然能源，因此较之传统的冷水机组更具有优势和特点： （1）可在制冷季节向机组系统提供冷水。在采暖季节向机组系统提供热水，是理想的空调冷热源； （2）由于采用风冷模式，可省去传统系统中一般都需要的冷却水系统，即不需要设计安装冷却塔、冷却水泵及相关管道，系统设计简单那，施工方便，安装快捷； （3）机组可放置在屋顶及其他适合的露天位置，不必专门建造冷冻机房，可为投资者节约宝贵的建筑空间； （4）机组可灵活组合，形成不同的机组容量，满足用户不同的需要； （5）因为机组制冷制热均使用电力这一清洁的能源，避免了由于燃煤、燃油与燃气所带来的排放污染或消防问题，也无冷却塔的噪音和废水污染，是典型的“环境友好”产品。1.3 原始资料及技术条件本设计的原始资料及技术条件：（1）制冷温度：7；（2）制冷量：4kW；（3）控制温度：1；（4）使用环境温度：035；（5）使用环境相对湿度：85%；（6）电源：3-380V 50Hz；（7）名义工况：室外空气干球温度 32，出水温度12、回水温度7；（8）冷却方式：强制对流风冷；（9）制冷剂：HFC类；（10）安全保护：高压、低压、断水、冻结。2 制冷工质的选择与系统热力计算2.1 制冷剂的选择2.1.1 制冷剂的分类 制冷剂是制冷机中的工作介质，它在制冷机系统中循环流动，通过自身热力状态的变化与外界发生能量交换，从而达到制冷的目的。目前用得较多的制冷剂，按其化学组成主要有三类：无机物、卤代烃、碳氢化合物。2.1.1.1 无机物（1） 氨 氨是应用较广的中温制冷剂。沸点-33,3，凝固点-77.9。氨具有较好的热力学性质和热物理性质，在常温和普通低温范围内压力比较适中。单位容积制冷量大，粘性小，流动阻力小，传热性能好。 目前氨用于蒸发温度在-65以上的大型或中型单级、双级往复活塞式及螺杆式制冷机中，也有于大容量离心式制冷机中。（2） 二氧化碳 二氧化碳是一种古老的制冷工质，又是一种新兴的自然工质。干冰是固体二氧化碳的习惯叫法。干冰的三相点参数为：三相点温度-56.6，三相点压力520kPa。因此，在大气压力下，二氧化碳为固态或气态，不存在液态。干冰在大气压力下的升华热为573,6kJ/kg，升华温度为-78.5。 二氧化碳作为制冷工质可以应用在制冷空调系统的大部分领域，就目前发展状况而言，在汽车空调、热泵和复叠式循环等领域应用前景良好。二氧化碳跨临界循环由于排热温度高、气体冷却器的换热性能好，因此比较适合汽车空调这种恶劣的工作环境。2.1.1.2 卤代烃（1） R134a R134a（四氟乙烷，CH2FCF3）是被广泛应用的中温制冷剂，沸点为-26.26，凝固点为-96.6；应用于中等蒸发温度和低蒸发温度的制冷系统中。 R134a无色，毒性很小，不燃烧，不爆炸，是一种很安全的制冷剂。只有在空气中含量（体积分数）过大（超过80%）时才会使人窒息。它对大气臭氧层没有破坏作用，但全球变暖潜能值为1430。（2） R22 R22（二氟一氯甲烷，CHF2Cl）也是教常用的中温制冷剂，在相同的蒸发温度和冷凝温度下，R22比R134a的压力要高65%左右。R22的沸点为-40.8，凝固点为-160。它在常温下的冷凝压力和单位容积制冷量与氨差不多，比R134a要大，压缩终温介于氨和R134a之间，能制取的最低蒸发温度约为-80。 R22无色，无味，不燃烧，不爆炸，毒性小，但仍然是安全的制冷剂，安全分类为A1。它的传热性能与流动性能较好；它属于不溶于水的物质，制冷系统水的含量限制在0.001%以内。同时系统内应装设干燥器。2.1.1.3 碳氢化合物（1） R600a 常用的碳氢化合物制冷剂为R600a。R600a（异丁烷，i-C4H10）的沸点为-11.73，凝固点为-160，曾在19201930年作为小型制冷装置的制冷剂，后由于可燃性等原因，被氟利昂制冷剂取代了。在CHCs制冷剂会破坏大气臭氧层的问题出来后，作为自然制冷剂的R600a又重新得到重视。尽管R134a在许多方面表现出作为R12替代制冷剂的优越性，但它仍有较高的GWP值，因此，许多人提倡在制冷温度较低场合（如电冰箱）用R600a作为R12的永久替代物。（2） R290 R290的标准沸点和临界温度与R22非常接近，临界压力比R22低，凝固点比R22低，其基本物理性质与R22相当，具备替代R22的基本条件。R290的最大缺点是具有可燃性和爆炸性。另外R290的蒸气比体积比R22的大，单位容积制冷量比R22小，这意味着压缩机的排气量相同时，R290的制冷量有所减少。2.1.1.4 混合制冷剂 混合制冷剂是由两种或两种以上的纯制冷剂以一定的比例混合而成的。按照混合后的溶液是否具有共沸的性质，分为共沸制冷剂和非共沸制冷剂两类。（1） 共沸制冷剂R502 R502的沸点为-45.4，是性能良好的中温制冷剂，可代替R22用于获得低温。当下相同的吸气温度和压力比下，使用R502时压缩机的排气温度比使用R22时低1025。由于R502构成组分中含有大量的R115，因此，它的ODP值较高，在发达国家也已经禁止使用。（2） 共沸制冷剂R507 R507是一种新的制冷剂，是作为R502的替代物提出来的，其ODP值为零。它的沸点为-46.7，与R502的沸点非常接近。相同的工况下，它的制冷系数比R502略低，容积制冷量比R502略高，压缩机排气温度比R502略低，冷凝压力比R502略高，压比略高于R502。它不溶于矿物油，但能溶于聚酯类润滑油。凡事能用R502的场合，都可以用R507来替代。（3） 非共沸混合制冷剂R407C R407C是一种三元非共沸混合制冷剂，它是作为R22的替代物而提出的。在压力为标准大气压时，其泡点温度为-43.4，露点温度为-36.1，与R22的沸点较接近。由于R407C的泡点与露点温差较大，在使用时最好将换热器做成逆流形式，以充分发挥非共沸混合制冷剂的优势。（4） 非共沸混合制冷剂R410A R410A 是一种两元混合制冷剂，它的泡露点温差仅0.2，可称之为进共沸混合制冷剂。它也是作为R22的替代物提出来的。虽然在一定的温度下它的饱和蒸汽压力比R22和R407C的均要高一些，但它的其他性能比R407C的要优越。与R407C相比较，尤其是在低温工况使用R410A 的制冷系统具有更小的体积（容积制冷量大），更高的能量利用率。但在R22的制冷系统里，R410A 不能直接用来替换R22，在使用R410A 时要使用专门的制冷压缩机，而不能用R22的制冷压缩机。2.1.2 制冷剂的性能要求2.1.2.1 热力学性能方面的要求 （1）在工作温度范围内有合适的压力和压力比，即希望蒸发压力不低于大气压力，避免制冷系统的低压部分出现负压，使外界空气渗入系统，影响制冷剂的性质或加剧对设备材料的腐蚀或引起其他一些不良后果（如燃烧、爆炸等）；冷凝压力不要过高，以免设备过分笨重；冷凝压力与蒸发压力之比也不宜过大，以免压缩终了的温度过高或使往复活塞式压缩机的输气系数过低。 （2）通常希望单位制冷量q0和单位容积制冷量qv比较大。因为对于总制冷量一定的装置，q0大，可减少制冷剂的循环量；qv大，可以减少压缩机的输气量，故可缩小压缩机的尺寸。这对大型制冷装置是有意义的。但对于离心式压缩机，尺寸过小会带来制造上的困难，因此必须采用q0和qv稍小的制冷剂。 （3）比功w和单位容积压缩功wv小，循环效率高。 （4）等熵压缩的终了温度t2不太高，以免润滑条件恶化（润滑油粘性下降、结焦）或制冷剂自身在高温下分解。2.1.2.2 迁移性质的要求 （1）粘度、密度尽量小，这样可减少制冷剂在系统中的流动阻力以及制冷剂的充注量。 （2）热导率大，这样可以提高热交换设备（如蒸发器、冷凝器、回热器等）的传热系数，减少传热面积，使系统结构紧凑。2.1.2.3 物理化学性质方面的要求 （1）无毒、不燃烧、不爆炸、使用安全。 （2）化学稳定性和热稳定性好，制冷剂要经得起蒸发和冷凝的循环变化，使用中不变质，不与润滑油反应，不腐蚀制冷机构件，在压缩终了的高温下不分解。 （3）对大气环境无破坏作用，即不破坏大气臭氧层，没有温室效应。2.1.2.4 其他方面的要求原料来源充足，制造工艺简单，价格便宜4。2.1.3 制冷剂的选择综上所述，本设计用R134a作为制冷剂。R134a作为中温制冷剂，具有无色，毒性小，不燃烧，不爆炸，水溶性小，不与金属发生化学反应等优点，其基本的热力性质如下表所示5：表2-1 R134a热力性能 分子式 CH2FCF3分子量102.03沸点，-26.26凝固点， -96.6临界温度， 101.1临界压力，MPa4.01饱和液体密度25，（g/cm3）1.207液体比热25，kJ/(Kg) 1.51溶解度（水中，25）%0.15破坏臭氧潜能值（ODP）0全球变暖系数值（GWP）1430临界密度，g/cm3 0.512费点下蒸发潜能，KJ/Kg215.0 数据来源：2003年李惠黎 任建纲编著环保型制冷剂氢氟烃的生产、性质及应用 2.2 载冷剂的选择在制冷装置中，蒸发器向载冷剂输出冷量，载冷剂向末端设备输出冷量。采用载冷剂的优点是可以使制冷系统集中在较小的场所，因而可以减小制冷机系统的容积及制冷剂的充注量；且因载冷剂的热容量大，被却冷却对象的温度易于保持恒定。其缺点是系统比不用载冷剂时复杂，且增大了被冷却物和制冷剂间的温差，需要较低的制冷机蒸发温度。2.2.1 载冷剂的分类(1)水水可以用来作为蒸发温度高于0的制冷装置中的载冷剂。由于水价格低廉，容易获得，传热性能较好，因此在空调装置及某些0以上的冷却过程中广泛地用作载冷剂。它的缺点是不能用于0以下的系统。(2) 盐水盐类，如氯化钠，氯化钙等的水溶液，称为盐水。盐水的冰点比纯水低，因此在蒸发温度低于0的制冷装置中可用作载冷剂。它的主要缺点是对一些金属材料要产生腐蚀。(3) 有机化合物及水溶液某些有机化合物，如乙二醇水溶液，二氯甲烷，三氯乙烯，具有较低的凝固温度，可用作低温载冷剂。他们的主要缺点是相对与水而言比热容较小，某些化合物还有一定的毒性。2.2.2 载冷剂的选择原则 载冷剂的选择原则如下所示：(1)不污染环境，应是环境可接受物质，最好是天然物质；(2)载冷剂在工作温度下应处于液体状态，其凝固温度应低于工作温度，沸点应高于工作温度；(3)比热容要大，在传递一定的冷量时，可使流量减小，因而可以提高循环的经济性，或减小输送载冷剂的泵功率消耗和管道的材料消耗；(4)密度小，载冷剂的密度小可使循环泵的功率减小；(5)粘度小，采用粘度小的载冷剂可使流动阻力减少，循环泵功率减小；(6)化学稳定性好，载冷剂在工作温度下不分解，不与空气中的氧气起化学变化，不发生物理化学性质的变化；(7)不腐蚀设备和管道；(8)载冷剂应不燃烧、不爆炸、无毒、对人体无害；(9)价格低廉，便于获得6。 由于本设计进水温度为12，出水温度为7，所以选用最常用的水作为载冷剂。2.3 系统热力计算2.3.1 几个状态温度点的确定 （1）设定冷凝温度：制冷剂冷凝温度等于外界环境温度加上冷凝传热温差，风冷冷凝器传热温差一般为15，取 tk = 50。 (2)设定蒸发温度：蒸发温度一般比载冷剂出口温度低46，取5，故t0 = 2。 (3)设定过热温度：压缩机的吸气温度根据管道中的传热情况，或根据标准规定的过热度确定。tsh取2。 （4）设定过冷度：在冷凝压力下，制冷剂液体的过冷温度与冷凝温度的差值，称为过冷度。tsc取5。2.3.2 热力计算根据所确定的工作参数，设计工况如下表：表2-2 设计工况表蒸发温度2冷凝温度50过热度2过冷度5制冷系统理论循环p-h图如下图所示：图2-1制冷系统理论循环p-h图各点的状态参数如下表所示：表2-3 各状态点的参数值状态点03152399.65131540.06531401.431.73212s116056.87431.551.73212116063.40439.083116050271.524116045263.9053152263.90 数据来源：制冷剂查询软件热力循环计算如下：（1）单位制冷量q0 （2-1）（2）单位容积制冷量qv （2-2）（3）理论比功w0 （2-3）（4）单位指示功wi （2-4）（5）压比 （2-5）（6）单位冷凝热qk （2-6）（7）制冷剂的质量流量qm （2-7）（8）制冷系数 （2-8）（9） 压缩机的实际输气量Va （2-9） (10)压缩机理论功率P0 （2-10）（11）压缩机的指示功率Pi（取压缩机指示效率为） （2-11）（12）压缩机的轴功率Pe（取机械效率） （2-12）（13）压缩机的电功率Pel（电动机效率） （2-13）（14）冷凝器的热负荷Qk （2-14）（15）性能系数COP （2-15）3 压缩机的选型计算 压缩机可谓是一台制冷设备的心脏部件，它压缩制冷剂，使其压力升高，产生高温高压的制冷剂蒸汽。在蒸汽压缩式制冷系统中，各种类型的制冷压缩机是决定系统制冷能力大小的关键部件，对输气量起着决定性作用，对系统的运行性能、噪声、振动、维护和使用寿命等均有直接的影响。3.1 压缩机的分类与初选3.1.1 压缩机的分类 按提高气体压力的原理不同，制冷压缩机分为容积型制冷压缩机和速度型制冷压缩机。属于容积型的制冷压缩机主要有往复式（又称活塞式）、螺杆式、涡旋式、滚动转子式、滑片式和回转式等形式。速度型压缩机有离心式和轴流式两种。 压缩机按密封方式可分为三种：全封闭制冷压缩机，半封闭制冷压缩机和开启式制冷压缩机。 按工作蒸发温度范围可分为：高温制冷压缩机（100），中温制冷压缩机（150），低温制冷压缩机（4015）7。3.1.2 压缩机的初选 在大中制冷量范围内，长期以来主要使用的是活塞式、螺杆式和离心式三种机型。这三种机型各有特点和适用范围。离心式压缩机：制冷量350kW以上选用；螺杆式压缩机：制冷量在150kW1500kW之间选用；活塞式压缩机：制冷量小于200kW时候选用。针对本设计课题，选用全封闭活塞式制冷压缩机，原因有以下几个：(1)往复式压缩机能适应较广的压力范围和制冷量的要求。(2)热效率高，单位耗电量较少，特别在偏离设计工况时更明显。(3)对材料要求低，多用普通钢铁材料，加工比较容易，造价较低廉。(4)技术上较为成熟，生产使用上积累了丰富的经验。(5)采用全封闭式，可以有效的防止制冷剂的泄露。综上所述，选用全封闭活塞式制冷压缩机。3.2 压缩机的选型计算 采用全封闭活塞式制冷压缩机，根据压缩机的理论排气量和轴功率来选取。3.2.1 理论输气量的计算由热力计算可知压缩机的实际输气量： （3-1）压缩机的理论输气量： （3-2）输气系数： （3-3）压缩机的容积系数；压缩机的压力系数；压缩机的温度系数；压缩机的泄露系数；以上数据现分别计算如下：压缩机的容积系数： （3-4）相对余隙容积，取值范围是2.5%6%，取；等端点膨胀多变过程指数，取值范围是0.951.05，取；压力比，由热力计算可知，；排气终了相对压力损失，取值范围是0.100.15，取；将以上数据代入公式可知： （3-5）压缩机的压力系数： （3-6）吸气终了的相对压力损失，取值范围是0.060.08，取；将以上数据代入公式可知： （3-7）压缩机的泄露系数：由于采用全封闭式压缩机，故可取为。压缩机的温度系数： （3-8）蒸发温度，；反应压缩机吸气终了时的温度受冷凝温度影响的系数，取值范围是11.15，取；吸气过热度，；冷凝温度，；反应压缩机向周围空气散热对压缩机吸气终了时温度影响的系数，查图（吴业正主编，制冷压缩机第2版）可得，；将以上数据代入公式可知： （3-9）故，压缩机的输气系数为： （3-10）故，压缩机的理论输气量为： （3-11）3.2.2 轴功率的计算由热力计算可知，压缩机的轴功率为： （3-12）电机输入功率： （3-13）3.3 压缩机选型 综合以上计算数据可知：压缩机的轴功率，理论排气量，制冷量为。故选用丹弗斯的全封闭活塞式压缩机，其型号是MTZ364，主要性能参数如下：名义工况：，过热度5，过冷度0，额定制冷量，名义工况下的理论排气量，名义工况下的轴功率，气缸数为1个。3.4 压缩机的校核压缩机一般有三个工况：名义工况，运行工况和试验工况。名义工况即压缩机铭牌上所给出的工况，运行工况时用户在使用时的工况。一般说来，压缩机的名义工况和运行工况并不相同。这时，为了保障所选用压缩机能够正常使用，故需要对压缩你进行校核。3.4.1 压缩机名义工况下的热力计算仍采用单级压缩制冷循环，无回热系统，其图如下图所示：图3-1 图各状态点参数值如下表所示：表3-1 各状态点参数值状态点00620386.22110620397.380.038872s66.162311429.20271.472311437.163502311282.0340620282.03 数据来源：制冷剂查询软件单位质量制冷量： （3-14）单位理论功： （3-15）质量流量： （3-16）实际输气量： （3-17）输气系数： （3-18）单位容积制冷量： （3-19）3.4.2 压缩机的校核计算 压缩机的校核，所要达到的目的是：计算出运行工况下的制冷量及轴功率，让它们分别和设计所得的制冷量及轴功率相比较，如果前者比后者大，压缩机即可满足要求，视为合格。 为了获得运行工况下的压缩机性能参数，可以有两条途径进行。分别如下：（1） 查压缩机生产厂商提供的全性能曲线图，可以很方便的查出实验范围内任意工况的性能，如制冷量，输入功率或轴功率等。但是此种方法的误差过大。（2） 利用换算公式。换算的依据是当转速不变时，给定的压缩机理论输气量不变。现采用第二种方法，利用换算公式计算如下：运行工况下的制冷量 （3-20）名义工况下的压缩机制冷量，；运行工况下的单位容积制冷量，；运行工况下的输气系数，；名义工况下的单位容积制冷量，；名义工况下的输气系数，；代入公式，可得运行工况下的制冷量： （3-21）故运行工况下的制冷量满足要求。运行工况下的轴功率 （3-22）式中和分别是名义工况和运行工况下的轴效率，两者变化不大，可视为相等。名义工况下的轴功率，；运行工况下的单位理论功，；运行工况下的比体积，；名义工况下的单位理论功，；名义工况下的比体积，；将以上数据代入公式，可得运行工况下的轴功率（3-23） 故运行工况下的轴功率也满足要求。 综上所述，该压缩机选型正确。压缩机的外形图如下所示：图3-2 压缩机外形图4 冷凝器设计计算4.1 冷凝器的选择 冷凝器是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（水或空气）将压缩机排出的高压过热蒸汽冷却、冷凝成为饱和液体，甚至过冷液体8。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。本设计使用空气冷却式冷凝器。这种冷凝器以空气为冷却介质，制冷剂在管内冷凝，空气在管外流动，吸收管内制冷剂蒸汽放出的热量。由于空气的传热系数较小，管外（空气侧）常常需要设置肋片，以强化管外换热。按空气流动的方式不同，此类冷凝器分为空气自由运动和空气强制运动两种形式。(1)空气自由运动的空冷冷凝器 该冷凝器利用空气在管外流动时吸收制冷剂排放的热量后，密度发生变化引起空气的自由流动而不断地带走制冷剂蒸汽的凝结热。它不需要风机，没有噪音，多用于小型制冷装置。目前应用非常普遍的是丝管式结构的空气自由运动式冷凝器。(2)空气强制流动的空冷冷凝器 它是由一组或几组带有肋片的蛇管组成。制冷剂蒸汽全从上部集管进入蛇管，其管外肋片用以强化空气侧换热，补偿空气表面传热系数过低的缺陷。肋片一般采用=0.20.4mm的铝片制成，套在10 mm16mm的铜管外，由弯头连接成蛇管管组。肋片根部用二次翻边与管外壁接触，经机械或液压胀管后，两者紧密接触以减少其传热热阻。一般肋片距离在24 mm范围。由低噪声轴流式通风机迫使空气流过肋片间隙，通过肋片及管外壁与管内制冷剂蒸汽进行热交换，将其冷凝成为液体。这种冷凝器的传热系数较空气自由流动型冷凝器的高，约为2550W/(m2K)。适用于中、小型氟利昂制冷装置。它具有结构紧凑、换热效果好、制造简单等优点。纯铜管铝肋片空气强制流动热交换器的典型结构参数：一般60 kW以下的装置多采用10 mm纯铜管，管间距25mm；或12mm纯铜管，管间距35mm，管壁厚度为错误！未找到引用源。t = 0.51.0 mm；其肋管排列方式可顺排，也可叉排；肋片间距在2.02.5 mm范围。其空气强制流动速度，从经济实用考虑一般将其迎面风速控制在2.53.5 m/s 范围内。冷凝温度tk和空气进出冷凝器的温度，对冷凝器的性能具有不可小视的影响。一般tk越高，传热温差越大，传热面积将随传热温差增大而减小。由此会引起压缩机耗功增大，排气温度上升。所以综合各方面影响因素考虑，tk与进风口温度之差应控制在15错误！未找到引用源。左右；空气进出冷凝器的温差一般取810。在结构方面，沿空气流动方向的管排数越多，则后面排管的传热量越小，使换热能力不能得到充分利用。为提高换热面积的利用率，管排数以取26排为好9。 本设计的是4的小型工业用冷水机组，根据设计要求，故选择翅片管式强制对流风冷冷凝器。图4-1 空冷式冷凝器主体参数示意图4.2 冷凝器设计计算4.2.1 有关温度参数及冷凝热负荷确定各有关温度参数取值如下表所示：表4-1 温度参数值项目参数值/项目参数值/冷凝温度tk50进出口空气温差ta2-ta110进口空气干球温度ta132出口空气干球温度ta242对数平均温差 （4-1）由热力计算可知 （4-2）4.2.2 翅片管簇结构参数及计算 选择的紫铜管为传热管，选用的翅片厚度的波纹形整张铝制套片。取翅片节距，迎风面上管中心距，管簇采用正三角形叉排。表4-2 铝片厚度及翅片节距范围（单位为mm）子铜管规格翅片厚度翅片节距0.150.21.82.20.150.21.82.20.20.32.23 数据来源：1998年吴业正主编，小型制冷装置设计指导图4-2 翅片管簇结构参数示意图每米管长各有关传热面积分别为单位管长翅片面积 （4-3）单位管长基管面积 （4-4）单位管长管外表面积 （4-5）单位管长管内面积 （4-6）出风温度 （4-7）空气平均温度 （4-8） 取当地大气压，在空气平均温度条件下，由(干空气)物理性质表（传热学陶文铨第四版P559），利用插值法可得： 冷凝器所需空气体积流量 （4-9）选取迎面风速，则迎风面积 （4-10）取冷凝器迎风面宽度即有效单管长，则冷凝器的迎风面高度 （4-11）迎风面上管排数 排 （4-12）4.2.3 进行传热计算确定所需传热面积、翅片管总长及空气流通方向上的管排数。预计冷凝器在空气流通方向上的管排数，则翅片宽度 （4-13）微元最窄截面的当量直径 （4-14）最窄截面风速 （4-15）因为 （4-16）查表3-18和表 3-19（小型制冷装置知道（吴业正）用插入法求得，则空气侧表面传热系数 （4-17） 查表3-11，（小型制冷装置指导（吴业正）。R134a在物性集合系数，氟利昂在管内凝结的表面传热系数 （4-18）翅片相当高度 （4-19）其中，等边三角