12kw同时制冷制热一拖六——空调系统设计

郑州轻工业学院本科毕业设计（论文）题 目 12kw同时制冷制热一拖六 题 目 空调系统设计 学生姓名 专业班级 学 号 院（系） 机电工程学院 指导教师（职称） 完成时间 郑州轻工业学院毕业设计（论文）任务书题目 12KW同时制冷制热一拖六空调系统设计 专业 热 能 学号 姓名 一、原始资料及技术条件1. 设计环境温度： 使用环境：温度-8-40；相对湿度80%RH(无凝露)2. 温度控制精度： 13. 电源电压：AC220V 15%；控制器功率： 15W；4. 制冷方式：蒸汽压缩制冷循环；5. 制冷量： 12KW；6. 执行标准： GB/T7725-1004及GB/T4706.32-1996二、主要内容1. 根据提供的相关资料，系统方案确定，进行制冷系统热力循环计算、节流机构、压缩机、风机选型计算；换热器设计、各零部件设计计算等。2. 将制冷系统设计计算与理论分析过程按学院统一规范化要求，撰写程设计说明书。3. 绘制图纸：冷凝器，蒸发器，各零部件图等，制冷系统图，各部件总装配图。三、基本要求1. 认真进行实习(调研)、完成实习(调研)报告。2. 阅读文献写出文献综述。3. 按统一格式完成开题报告。4. 阅读英文文献，并译成中文(不少于5000汉字)。5. 英中文对照摘要，中文不少于400字6. 按统一格式编制设计说明书，不少于 30000字。8. 有全部设计的纸介质文档和电子文档。四、主要参考资料1 时阳主编制冷技术M北京：中国轻工业出版社，20072 吴业正主编 制冷原理及设备(第2版) M西安：西安交通大学出版社，19973 张祉祐主编制冷原理与设备M北京：机械工业出版社，19874 吴业正主编小型制冷装置设计指导M北京：机械工业出版社，20045 尾花英朗等：徐中权译.热交换器设计手册M北京：石油工业出版社，19816 沈志光编.制冷工质热物理性质表河图M北京：机械工业出版社，19817 蒋能照等编，新制冷工质热力性质图和表M上海：上海交通大学出版社8 郑洽馀，鲁钟琪主编.流体力学.北京：机械工业出版社，19809 钟声玉，王克光主编.流体力学与热工理论基础.北京：机械工业出版社，1980 10 朱瑞琪主编.制冷装置自动化M.北京：机械工业出版社，200111 陈芝久主编.制冷装置自动化M.北京：机械工业出版社，200112 郭庆堂，吴进发主编.实用工程制冷设计手册M.北京：机械工业出版社，198013 陈沛霖，岳孝芳主编.空调与制冷手册M.上海：同济大学出版社199014 杨立平.电冰箱看空调器技术M.福建科学技术出版社 200315 .一种制冷制热一拖多空调器【专利】2010完 成 期 限： 指导教师签章： 专业负责人签章： 年 月 日目 录12KW同时制冷制热一拖六空调系统设计摘 要IABSTRACTII绪 论11.一拖多系统21.1一拖多系统概述22.本课题条件和系统热力计算42.1课题背景与相关条件42.2制冷系统热力计算52.2.1确定制冷系统参数52.2.2热力计算53.主要制冷设备选型83.1制冷压缩机83.1.1压缩机相关计算83.2冷凝器计算103.2.1 强制通风空气冷却式冷凝器113.2.2强制通风空气冷却式冷凝器参数123.2.3 冷凝器设计计算133.2.4 风侧阻力计算及风机选型183.3蒸发器的设计193.3.1蒸发器的分类193.3.2强制对流式蒸发器203.4蒸发器热力计算223.4.1蒸发器设计参数223.4.2初步选定蒸发器各部分233.4.3肋片管各部分传热面积计算234 节流机构的选择304.1 节流机构概述304.2 节流机构的分类314.3 电子膨胀阀的选择385.辅助元件选型395.1 轴流风机的选型395.2 贯流风机的选型405.3 四通换向阀的选型415.4 截止阀的选型435.5 电磁阀的选取445.6 干燥过滤器的选型455.7 气液分离器的计算与选型475.8 压力控制器选取495.9 压差控制器的选取50结束语51致 谢52参考文献5312kw同时制冷制热一拖六空调系统设计摘 要本文是一拖六同时制冷制热空调系统设计说明书，撰写本文的主要目的是为了让使用者或者潜在用户了解到这一空调系统的设计方法，基本构成，功能实现以及各个部分的零部件选用规格。在人们对舒适性生活学习环境要求日益提高的今天，一拖多空调系统的研究是非常必要的，同时把变频技术应用到一拖多空调系统中满足现在对于设备节能的要求。本文的主要内容是根据真实的生产课题，设计的一款以一台室内机拖动六台室内机的制冷系统，其中包括了该制冷系统的热力计算，压缩机、制冷剂管路以及制冷系统辅助设备的选择，和室内机、室外机的装配布局。本文是整个一拖六系统的设计过程，在设计思路和设计方法上都做出了详细的说明。首先，对一拖多系统做了说明，什么样的系统是一拖多系统，之后在该制冷系统的热力计算工程中，根据制冷量等相关条件计算出冷凝器的设计方案，包括冷凝器所使用的铜管的长度和直径，以及冷凝器整体的长度、宽度以及高度。该系统使用的是R22制冷剂，利用现有的相关资料，计算出连接管路要求，选择相符合的管路，同时也要选择出翅片的规格。在之后的压缩机选型中，根据设计条件选择涡旋式压缩机，在设计条件下可以验算得到该压缩机符合要求，是合适的。在蒸发器和其他辅助设备的选型中，都是经过相关的计算或者标准选型，得出的符合条件的规格的部件。关键词 制冷系统 多联机 热力计算12kw while dragging six cooling and heating air conditioning system designABSTRACTThis article is a drag six while heating and cooling air conditioning system design specification, writing the main purpose of this paper is to allow users or potential users aware of the air conditioning system design methodology, the basic structure, functions and components to achieve the various parts of the selection specifications . People living in comfortable learning environment for the increasing demand of today, more than a trailer air conditioning systems research is necessary, while the inverter technology is applied to more than a trailer air conditioning systems to meet current requirements for energy-saving equipment. The main contents of this paper is based on real production issues, the design of a drag to a six indoor indoor refrigeration system, including the calculation of the thermodynamic refrigeration system, compressor, refrigerant piping and refrigeration systems Choose auxiliary equipment, and assembly layouts indoor and outdoor unit. This is the entire design process delayed six systems in the design ideas and methods to make a detailed explanation. First, do a drag system is described, what kind of system is more than a trailer systems, thermal calculation after the refrigeration system engineering, refrigeration and other related conditions based on the calculated condenser design, including the condenser The length and diameter of the copper used in the condenser and the overall length, width and height. The system uses refrigerant R22, the use of existing relevant data required to calculate the connecting pipe, select consistent pipeline, but also choose the fin specifications. After the selection of the compressor, the design conditions are selected in accordance with scroll compressors, checking under design conditions can be obtained to meet the IIIrequirements of the compressor, is appropriate. Specifications in the selection of the evaporator, and other auxiliary equipment, and all related calculations or through the standard selection, come meet the conditions of the Department.Keywords multi-line cooling system thermodynamic calculation2绪 论在人类历史上，制冷技术和设备出现的并不算太早。从一开始人们借助自然的力量储存冰来达到降温的目的，到相关技术出现后，人们利用掌握的技术和生产设备制造人工低温环境应用于工业生产和人们日常生活中。从出现到发展，再到形成一个制冷行业，现在制冷与低温技术已经应用于人们生活的方方面面，如食品保鲜，医药制冷，日常用空调等，而且在人们现在的生活中占据了重要的地位，可以说制冷技术已经于日常生活工作紧密联系在一起。制冷过程包括四个最基本的过程，首先压缩机把制冷剂气体压缩成为高温高压的气体，然后高温高压的气体进入冷凝器进行冷却，从冷凝器出来的制冷剂气体进入节流机构进行节流，节流后温度降低，温度降低的制冷剂液体进入蒸发器吸取热量转变为制冷剂气体再次进入压缩机开始下一个过程。在这一过程中，制冷剂作为热量的载体把热量进行转移，从而达到对某一部分的降低温度的目的。这是在任何一个制冷系统中都存在的过程。空调系统中，也包括四个基本过程，通过制冷剂的流动把房间中的热量带到外部环境中，转移到空气或者水中，从而可以使得房间中的温度降低到人体感觉舒适的温度范围内，以达到更好的完成学习工作和生活的目的。随着技术的发展，相关专家发明了多联机制冷系统，使用一台室外机，同时匹配多台室内机，室内机可以同时工作，也可以单独工作，提高了制冷系统的空间利用率，更加适合于现代化的商务楼房和医院的集中式的空调需求。近年来，空调变频技术也走进人们的生活，这是节省能源的一个创举，也引起了空调行业的一次变革，变频压缩机也越来越多的应用于各种制冷系统中。变频技术已经应用与一拖多空调系统中，使用变频压缩机改变制冷量，使得压缩机的制冷量与用户所需要的制冷量相匹配，既可以满足人们的生活需要，也避免了能源的浪费，在一拖多系统中使得单机工作和多机一起工作更加协调。 现在的制冷系统中不仅仅包括基本的四个部件，还增加了电子阀，储液器，干燥管等辅助设备，这些设备的加入使制冷系统工作更加可靠和平稳，可以防止一些事故的发生，在本文的设计是一拖六空调系统，使用变频涡旋式压缩机可以满足房间日常制冷的需要。1.一拖多系统1.1一拖多系统概述空调一拖多系统是分体型空调众多分支中的一个比较大的分支。该空调系统可以设计有台个室内机，可分布于多个不同的房间，但所有的室内机所使用的室外机是同一台，就价格而言，购买时价格比一次性购买多套分体式空调会便宜的多，就舒适性而言，由于是使用同一台是室外机，再由各个分路管道与各个室内机联通，而空调系统的噪声来源主要是室外机运行时压缩机转动和风机工作时候的噪声，所以该空调系统比多套分体式空调系统工作时产生的噪声要小得多，可以说是环境友好型的空调系统，同时还可以省去安装多台室外机的费用和麻烦。工作后达到的效果而言，一拖多空调系统可以实现多台室内机同时工作和某一台或某几台室内机单独工作，各个室内机既是独立的也是相关联的，达到多套分体式空调同时运转的制冷制热效果，而且还节省了相当大的空间，这使得一拖多空调系统在竞争中占据了不小的优势1。就目前市场上出现的一拖多空调系统来说，可以主要分成两大类，首先第一种就拥有一台室外机组，在该室外机内部可以同时装有几台压缩机，而且每台压缩机进出口分别连接到与之相对应的室内机的进出口，也可以换个说法就是，在该系统中室内机台数是等于室外机压缩机台数的，在每一台压缩机和室内机构成的小系统中，每一台室内机分别单独控制，当启动一台室内机时，就会启动与之相应的一台压缩机。这种一拖多空调系统与之前所说传统意义上的一拖多空调系统相比是有一些不相同的地方的，其中变化最大的应该说是控制系统，在这样的空调系统中，控制系统远比之前的空调系统中控制系统复杂，这样才可以做到分别控制不同的压缩机和室内机，同时还有使它们可以一一对应起来，工作的时候不能相互影响。第二类空调系统可以称为VRV空调系统，也有不少的生产商家把这一空调系统称为变容一拖多系统，变频一拖多系统，或者MRV等等，虽然这些名字有很大的差异，但是这些名字下面的实质性原理是相类似的，这一空调系统的原理都是这样的，在每一台装配完成的室外机内部都有根据它们自身容量大小设计的不同室外机里面有2-4台压缩机，数量可以根据实际需要作出调整，由该室外机拖动的室内机数量可以在1-15台之间自由选择，也可以不止用一台室外机串连使用，室内机的数量最高可以达到128台，室内机室外机之间只使用一套管路，每一台室内机使用分歧管连接（类似与三通），使用两芯信号线将所有室内机串连之后连到室外机，这样一个完整的一拖多系统就组装完成了，这个原理就是现在市场上各个生产商家大力宣传推广的家用中央空调，多用于写字楼，医院等需要集中制冷制热的场所，在这个样的使用密集型建筑里，一拖多空调系统的优势可以得到淋漓尽致的发挥，所表现出来的优势也是普通空调系统所不能比拟的2。除去上述两种类型的一拖多空调系统，还有一种类型的家用空调也是拥有一个主机多台内机，但是这种空调系统使用的不是很多，在该系统中室内机和室外机之间相连接的管路中流通的并不是制冷剂，而是流通水，水作为载冷剂在不断循环过程中将室内机或者室外机处的热量吸收然后带到另一端，把热量释放，达到能量转移的目的，实现制冷或者制热的目的，这一系统多用于大型中央空调系统中，使用廉价的水，代替制冷剂循环，可以使成本节约很多，而且，维护成本会相应的减少很多，将此系统缩小后，完全可以应用与家用中央空调系统中，可以达到相同的效果3。2.本课题条件和系统热力计算2.1课题背景与相关条件本设计课题类型是根据实际生产中所需要的条件定制的，根据任务书中的要求可以知道一下资料和条件：设计环境温度： 35；最高环境温度： 40；最低环境温度： -8；冷凝温度比高温热源高 10蒸发温度 7.2控温精度： 2；制冷量： 12kW；制冷剂： R22电源： AC220 50Hz冷凝器冷却方式采用强制对流风冷图1-1 系统循环示意图2.2制冷系统热力计算2.2.1确定制冷系统参数根据任务书所给条件以及查阅参考文献可以确定相关计算参数系统冷凝温度： 50蒸发温度; 7.2过冷温度： 72.2.2热力计算根据任务书所给课题，该空调系统适合采用单机压缩循环，有吸气过热和液体过冷，制冷剂采用常用的R22，在之前提到的相关条件下，热力计算第一步绘制压焓图如下图图2-1 系统压焓图根据压焓图中各个点的相对位置，使用相关软件计算出各个点对应的制冷剂状态参数如下表表1 压焓图中各个点的值状态点T()P(Bar)h（kJ/kg）v(m3/kg)17.26.25407.47227.26.25413.510.0212836818.5044045018.50386.055018.50263 64318.50254由上可知：单位制冷量： (01)单位容积制冷量： (02)单位理论功： (03)表2-1 K与R的值由上图中的数值，取等熵指数k=1.15；可得到单位压缩功： (04)3点焓值： (05)单位冷凝负荷： (06)压缩比： (07)制冷系数 (08)额定制冷量为12kW，则制冷剂质量流量： (09)冷凝负荷： (10)系统实际输气量： (11)3.主要制冷设备选型3.1制冷压缩机制冷压缩机是蒸汽压缩制冷装置的一个重要要的设备，制冷压缩机的形式很多，根据工作原理的不同，可分为两大类：容积式制冷压缩机和离心式制冷压缩机。容积式制冷压缩机是靠改变工作改变工作腔的容积，将周期性吸入的定量气体压缩。长用的容积是制冷压缩机和回转式制冷压缩机。3.1.1压缩机相关计算由热力计算阶段结果可知，系统所需实际输气量Vh=73m3/h。选用涡旋压缩机，涡旋压缩机的容积效率在0.95以上，选取容积效率V=0.95。则理论输气量为： (12)选用谷轮ZR系列涡旋压缩机，型号为ZR54KC-TFD-522表2-2 谷轮压缩机ZR系列表压缩机型号马力（HP）制冷量（w）输入功率（kw）输入电流（A）底角尺寸（）重量(kg)高度（）接口尺寸（寸）单相ZR24K3-PFJ-522259201.8711.419026.3383吸19排12ZR28K3-PFJ-5222.569102.1512.919027.2383吸19排12ZR34K3-PFJ-5222.882002.5213.619029406吸19排12ZR36K3-PFJ-522389002.716.419029406吸19排12ZR42K3-PFJ-5223.5101003.1217.119029.9419吸19排12ZR47K3-PFJ-5224115003.5319.319030.4436吸22排12三相ZR24K3-TFD-522259201.874.319025.9383吸19排12ZR28K3-TFD-5222.569102.15519026.3383吸19排12ZR34K3-TFD-5222.882002.525.719028406吸19排12ZR36K3-TFD-522389002.75.719028406吸19排12ZR42K3-TFD-5223.5101003.127.119028.6419吸19排12ZR47KC-TFD-5224115003.537.219028.6436吸22排12ZR54KC-TFD-5224.5129004.038.719035.4457吸22排12ZR57KC-TFD-5224.8137004.168.719035.4457吸22排12ZR61KC-TFD-5225146004.431019035.8457吸22排12ZR68KC-TFD-5225.8164004.9712.119038.1457吸22排12ZR72KC-TFD-5226174005.2512.119038.1457吸22排12ZR81KC-TFD-5226.8196905.831519040.9462吸22排22ZR84KC-TFD-5227203306.141519056.7497吸22排22ZR94KC-TFD-522822940716.419058497吸28排22ZR108KC-TFD-5229262507.8317.319063552吸28排22ZR125KC-TFD-52210304709.0619.219063552吸35排22ZR144KC-TFD-522123473019.619063552吸35排22ZR90M3-TWD-5517.5215406.6214.622091553吸1 1/3寸排1寸ZR11M3-TWD-5519258407.817.822091553吸1 1/3寸排1寸ZR12M3-TWD-55110298908.9517.922092553吸1 1/3寸排1寸ZR16M3-TWD-551133733011.172522098553吸1 1/3寸排1寸ZR19M3-TWD-522154517013.427.2220112598吸42排28ZR250KC-TWD-522206000017.734142736吸排ZR310KC-TWD-52225740002241.4160734吸排ZR380KC-TWD-522309200026.962.5176734吸排查上表可知，该型号压缩机满足条件，可以用于该空调系统3.2冷凝器计算冷凝器的作用是将制冷压缩机排出的高温高压气态制冷剂予以冷却，使之液化，以便制冷剂在系统中循环使用。水冷式冷凝器是用水冷却高压气态制冷剂而使之冷凝的设备。由于水的温度比较低，因此水冷式冷凝器的冷凝温度较低，这对压缩机的制冷能力和运行经济性都比较有利。常用的水冷式冷凝器有管壳式、立式管壳式及套管式等型式。空气冷却式冷凝器又称为风冷式冷凝器，制冷剂冷却放出的热量被空气带走。 空冷式冷凝器多为蛇管式，制冷剂蒸气在管内冷凝，空气在管外流过。根据空气运动的方式，又分为自然对流式和强迫对流式两种形式。自然对流式：依靠空气受热后产生的自然对流将热量带走，用于300L以下家用电冰箱和微型制冷装置的冷凝器；强迫对流式：借助于轴流或离心式风机使空气以23m/s的速度横向流过翅片。用于60 kW中小氟里昂机组4。制冷剂在风冷式冷凝器中的传热过程与水冷式冷凝器相似，分降低过热、冷凝和再冷三个阶段。如下图所示。从图中可以看出，约90的传热负荷用于使制冷剂冷凝，在冷凝段内制冷剂的温度基本不变。当然，由于流动过程中的阻力影响，制冷剂温度稍有降低。在冷却水充足的地方，水冷式设备的初投资和运行费均低于风冷式设备；采用风冷式冷凝器由于夏季室外空气温度较高，冷凝温度一般可达50，为了获得同样的制冷量，制冷压缩机的容量约需增大15%。但是，采用风冷式冷凝器的制冷系统组成简单，可缓解水源紧张，并易于构成空气源热泵，所以目前中小型氟利昂制冷机组多采用风冷式冷凝器5。3.2.1 强制通风空气冷却式冷凝器下图所示为强制通风空气冷却式冷凝器(简称空冷式冷凝器)的整体结构示意图。图3-1 冷凝器结构示意图3.2.2强制通风空气冷却式冷凝器参数结构型式空气冷却冷凝器选用带肋片管的蛇管式冷凝器。氟利昂在管内凝结，空气在管外横向流过。整台冷凝器由几排(一般36排)蛇形管并联组成，氟利昂蒸气从上部的分配集管进入每条蛇形管内，凝结成的液体沿蛇形管流下，经液体集管流入储液器中6。由于空气侧的换热系数小，故采用肋片管，增强换热能力。肋片管一般都采用等边三角形排列。肋片的片距约为1.53mm，肋高712mm，肋化系数13，空气进口温度和温升的选择 空气进口温度应根据当地高温季节的日平均气温计算。空气在冷凝器内的温升一般取810左右7。管子列数的选择 在空气冷却冷凝器中，进口处空气与制冷剂的温差约为1315，出口处的沮差约为35，考虑到空气流经管束时温度不断升高，对于后面几排管子而言，出口处的温差将更小、因此管于排数不宜过多，一般选用26排8。迎面风速的选择 冷凝器的传热效果与风速有很大的关系。迎面风速愈高，冷凝器的传热效果愈好，但风机消耗的功率也相应地增加，通常选择的迎面风速在13m/s之间。3.2.3 冷凝器设计计算冷凝器选用强制通风空气冷却式冷凝器，由第二部分热力计算结果结合压缩机名义输入功率可知系统冷凝负荷可取： (14)穿热管选用10mm x0.5mm的紫铜管，肋片选用平直翅片（铝片），片厚f=0.15m m，管排方向采用正三角排列，管间距s1=0.025m，排间距为s2=0.0216m。每米管长有关传热面积分别为肋片面积 (15)式中肋间基管面积： (16)肋管外总表面积： (17)肋管内表面积： (18)肋化系数： (19)空气侧传热系数的确定： 取当地大气压，由空气热物理性质表，在空气平均温度条件下，查的空气的物性参数有、，在进风温度条件下。冷凝器所需空气体积流量 (20)冷凝器的空气最窄处流通面积与迎风面积只比 (21)则最窄截面风速 (22)翅片宽度m (23)微元最窄面的当量直径 (24)因为 (25)因为 (26)根据表D-1中（二，3）流体流过整张平直套片管簇时的换热公式其中 (27)对于翅片的管外表面传热系数为 (28)对于叉排管有，其中 (29)所以翅片当量高度 (30)取铝翅片热导率翅片参数m (31)则肋片效率 (32)冷凝器外表面效率 (33)当量表面传热系数 (34)管内表面传热系数计算首先设管壁的温度则平均温度 (35)其中rs为气化潜热，Bm为冷凝液膜组合物性参数定性温度为tm，查得rs=148.4227kj/kg由热平衡可得管壁温度平衡方程 (36)由试凑法得时等式成立。故考虑到传热管为纯铜管，取传热管导热热阻，接触热阻和污垢热阻之和ro=0.0048m2k/w.以管外面积为基准的传热系数为 (37)则所需管外面积及结构参数：管外面积 (38)肋片管总长度 (40)取冷凝器迎风面宽度即有效单管长迎风面积 (41)则冷凝器的迎风面高度 (42)取H=0.53m迎风面上管排数 (43)故取偶整数N为18排。空气流通方向上的管排数 (44)取整为6排。这样冷凝器的实际有效总管长为 (45)实际传热面积为167.55m2 。较传热计算所需传热面积大 (46)即裕度为5.09%。能满足冷凝负荷的传热要求。3.2.4 风侧阻力计算及风机选型本设计中冷凝器每列管数40根，总管数160，单管有效长度则冷凝器正对风扇迎风面长度为 、高度动压 (47)静压 (48)风机采用电动机直接传动，则传动效率，取风机全压效，则电动机输入功率 (49)由小型制冷装置设计指导表7-37选用轴流风机，并在网上查询有关数据。选取两台400F2L-02型风机。相关尺寸及数据 风量： 全压：静压150pa 风叶直径：510mm 转速：1440r/min，满足要求。3.3蒸发器的设计蒸发器实际上是一种个伴随有蒸发（沸腾）相变的热交换器，制冷剂液体通过蒸发器吸收被冷去介质（通常是谁活着空气）的热量蒸发为蒸汽。它在制冷系统中的作用是对外输出冷量，冷却被冷却介质9。蒸发器的设计计算可以有两条途径，意识总体分析法，另一种是局部分析法。总体分析法时将蒸发器视为一个整体，根据制冷剂和被冷却介质在蒸发器的质量流量及进出口温度进行技术，局部分析法则是将蒸发器分成许多小段，对每一小段进行计算，并将上一段的出口条件作为相邻下一段的进口条件，通过积分各个小段的据不知获得整个蒸发器的热交换率。总体分析法简单，计算快捷，可以获得适当的精读，目前工程设计主要采用的是这种方法。局部分析法常用于蒸发器的计算机模拟，具有计算精度高，获得信息量大，既可以确定蒸发器的静态特征，又可以确定动态特性等优点，随着计算机辅助设计的发展，局部分析法竟越来越广泛地被研究者采用10。3.3.1蒸发器的分类蒸发器的种类很多，适用场合也不尽相同。蒸发器的设计，就是根据不同的使用目的，进行型式的选择和传热与结构计算，已达到最佳的使用效果。蒸发器按被冷却对象的不同，可分为冷却固体，冷却液体和冷却气体三类。按结构型式的不同，又可以分为：壳管式，套管式，立管式，螺旋管式，翅片管式，排管式，板管式和板片式等类型。壳管式，套管式，板片式均是冷却液体用的蒸发器，其配套液体载冷剂系统通常是闭式系统。排管式，板管式主要用于冷却气体，与被冷却气体间一般是自由对流。目前，壳管式，套管式，板片式及排管式，板管式的设计方法基本成熟，有定型的产品生产，可以根据用户的不同需要进行设计11。制冷剂蒸气在蒸发器的换热管内流动，并在低温下变为蒸气。制冷剂在蒸发的过程中吸收被冷却物体或介质的热量。所以，蒸发器是制冷装置产生和输出冷量的重要部件，为于制冷系统的节流器件和吸气管之间。制冷装置的蒸发器的结构按被冷却介质可分为冷却液体载冷剂的蒸发器和冷却空气的蒸发器两大类。冷却液体载冷剂的蒸发器有管壳式蒸发器、直立管式蒸发器、螺旋管式蒸发器、蛇形管式蒸发器、板式蒸发器和套管式蒸发器。管壳式蒸发器是主要用于冷却如水和盐水等液体载冷剂的蒸发器。直立管式蒸发器通常只用于氨制冷装置。板式蒸发器是近几年开始应用在制冷装置上的，其换热板是焊死且不可拆的，具有传热系数高、结构紧凑等优点。其缺点是承受压力受一定的限制，载冷剂的流动阻力大，清洗不方便12。套管式换热器是用两种尺寸不同的标准管连接而成同心圆套管，外面的叫壳程，内部的叫管程。两种不同介质可在壳程和管程内逆向流动(或同向)以达到换热的效果。其优点是：结构简单，传热效能高，工作适应范围大，特别适用于小容量流体的传热。另外，只要做成内管可以抽出的套管，就可清除污垢，所以它也使用于易生污垢的流体13。3.3.2强制对流式蒸发器本设计采用小型制冷装置中经常使用的强制对流空气冷却式蒸发器，一般做成蛇管状，并在管外装有各种类型的翅片，以强化空气侧的换热。此类蒸发器需要配置风机，实现空气的强制对流。蒸发管外面的翅片最常见的是缠绕元翅片和平直大套片。此类蒸发器广泛用于间冷式冰箱的冷冻室，家用空调器，库房速冻室的冷风机及除湿机等。空冷器无论是自然对流式还是强制对流式，均有干式和湿式之分。所谓干式空冷器是指空气被冷却后其温度仍高于相应条件下的露点温度，空气中的水蒸气不析出。湿式空冷器是指空气被冷却过程中，其温度降低到相应条件下的露点温度，空气中的水蒸气便在蒸发器外表面上凝结，水分被析出。这种现象通常称为凝露，当蒸发器表面温度低于凝固温度时，析出的水分还会冻结成霜。20图3-2 强制对流式蒸发器图3-3 平直大套片3.4蒸发器热力计算由任务书和相关资料文献确定本系统采用的蒸发器为强制风冷式蒸发器3.4.1蒸发器设计参数进口空气干球温度t1=27湿球温度ts1=19.5制冷剂采用R22蒸发温度7.2蒸发器制冷量Q0=2000W蒸发器进口干度x1=0.248出口干度x2=1.03.4.2初步选定蒸发器各部分传热管选用10mm x0.35mm纯铜管缝隙式f=0.12mm铝肋片肋片节距sf=1.6mm条缝宽度sh=1.32mm条缝高度ss=1mm采用正三角形排列管间距s1=25mm沿气流方向管排数N=2肋片宽度L=44mm3.4.3肋片管各部分传热面积计算管外肋片面积肋间管外表面积肋管外总表面积肋管内表面积肋化系数蒸发器所需空气体积流量 当量直径空气最窄处流通面积与迎风面积只比确定空气在流经蒸发器时的状态变化过程图3-4 蒸发器中空气的焓湿图由给定的进风参数查焓湿图得,根据风量选择原则进入湿空气的比体积v1=Rat1(1+0.0016d1)pb=0.866m3/kg空气的质量流量qma=qvav1=496.5kg/h进出口空气比焓值h=q0qm=14.5KJ/Kg出口空气的比焓：设取传热管壁面温度，查得。(取)得空气处理过程的饱和状态点w，连接1-w与相交于2点，得到蒸发器出空气状态干球温度，。蒸发器中空气的平均比焓则线与1-w线相交于m点，同时查得空气的平均状态参数为：， 计算空气侧换热系数取蒸发器迎面风速为，单管有效长度为，则蒸发器高度为：由此可得蒸发器的列数为取整得则蒸发器的实际高度为m最窄面风速为雷诺数为管外空气表面传热系数计算。按制冷原理与装置附录D-1的计算公式，由于700，则其中于是=0.0257W/(m2)析湿系数为肋片效率为其中，其中，又，则=2.55则=故=空气侧当量表面传热系数为：W/(m2K)=85.56W/(m2K)计算管内表面传热系数其循环量为，由氟利昂沸腾表面传热系数计算式，则其中为管内单位面积热流量 计算管内的传热面积取管内污垢热阻，管外污垢热阻(m2K)/W，则以管外面积为基准的传热系数为：= 平均传热温差为=13.82由热平衡关系和可得解之得=13329.8W/m2 从而求得的换热面积求所需传热管的长度计算有效管长所需的管外传热面积实际规划的传热面积校核壁温可得，比设计壁温略小，设计合理。风侧阻力计算干工况与析湿工况阻力的关系为：顺排时：，为阻力增强系数，干工况下的阻力系数系数A=0.0113，则故湿工况下叉排阻力增加20%即风机采用电动机直接传动，则传动效率为；取风机全压效率，则电机输入功率 4 节流机构的选择4.1 节流机构概述作为制冷循环的四大部件之一，节流装置在系统中起着非常关键的作用，通过选择应用合适的节流机构与制冷系统匹配是整个制冷设备降低能耗的重要一环。节流的工作原理是制冷工质流过阀门时流动截面突然收缩，流体流速加快， 压力下降，压力下降的大小取决于流动截面收缩的比例。节流机构的作用如下：（1）节流降压：当常温高压的制冷剂饱和液体流过节流阀，变成低温低压的制冷剂液体并产生少许闪发气体，进而实现向外界吸热的目的。（2）调节流量：节流阀通过感温包感受蒸发器出口处制冷剂过热度的变化来控制阀的开度，调节进入蒸发器的制冷剂流量，使其流量与蒸发器的热负荷相匹配。当蒸发器热负荷增加时阀开度也增大，制冷剂流量随之增加，反之，制冷剂流量减少。（3）控制过热度：节流机构具有控制蒸发器出口制冷剂过热度的功能，既保持蒸发器传热面积的充分利用，又防止吸气带液损坏压缩机的事故发生。（4）控制蒸发液位：带液位控制的节流机构具有控制蒸发器液位的功能，既保持蒸发器传热面积的充分利用，又防止吸气带液降低吸气过热度21。若节流机构向蒸发器的供液量与蒸发负荷相比过大，部分液态制冷剂一起进入压缩机，易引起湿压缩或冲缸事故。相反若供液量与蒸发器负荷相比太少，则蒸发器部分传热面积未能充分发挥其效能，甚至会造成蒸发压力降低，而且使制冷系统的制冷量降低，制冷系数减小，制冷装置能耗增大。因而说节流机构流量的调节对制冷装置节能降耗起着非常重要的作用。4.2 节流机构的分类常用的节流机构有手动膨胀阀、浮球式膨胀阀、热力膨胀阀以及阻流式膨胀阀(毛细管)等。它们的基本原理都是使高压液态制冷剂受迫流过一个小过流截面，产生合适的局部阻力损失(或沿程损失)，使制冷剂压力骤降，与此同时一部分液态制冷剂汽化，吸收潜热，使节流后的制冷剂成为低压低温状态22。（1）手动节流阀：手动节流阀是最老式的节流阀，其外形与普通截止阀相似。它由阀体、阀芯、阀杆、填料压盖、上盖、手轮和螺栓等零件组成手动膨胀阀和普通的截止阀在结构上的不同之处主要是阀芯的结