制冷技术课程设计说明书-45kW风冷冷水机组冷凝器设计.docx

学 号： 学院课 程 设 计题 目45kW风冷冷水机组冷凝器设计教 学 院专 业班 级姓 名指导教师2016年6月13日前言风冷式冷水机组广泛应用于宾馆、商场、办公楼等公共设施的舒适性中央空调系统，并能满足电子、制药等行业的工艺性的空调系统的不同使用要求，同时也将成为户式中央空调的主打产品。本文通过对风冷式冷水机组冷凝器部分设计计算，掌握风冷式冷凝器的基本工作原理与工作特点，掌握基本的设计过程与步骤。消化和巩固学习的本专业全部理论知识和实际知识，并将它应用到工程实践中去解决工程的实际问题，熟悉有关的技术法规内容，培养施工设计的思维能力和制图技巧及对工程技术的认真态度。风冷式冷水机是冷水机型号之一，将常温的水通过冷水机的压缩机制冷到一定的温度以强化冷却模具或机器，作为单机使用，散热装置为内置之风扇，主要有三个相互联系的系统：制冷剂循环系统、水循环系统、电器自控系统。风冷冷水机组采用空气冷却方式，省去了冷却水系统所必不可少的冷却塔、冷却水泵和管道系统，避免水质过差地区造成冷凝器结垢、水管堵塞，还节约了水资源，是冷水空调设备产品中，保养维修最经济、简单的机种。本文首先通过对风冷式冷水机组工作原理的分析，根据其组各部件运行特点，提出对冷凝器部分的设计方案。风冷式冷水机的冷凝器就是采用强迫对流式空气冷却式冷凝器。高压制冷剂蒸气从冷凝器上部的分配集管进入蛇形盘管，向下流动冷凝后经下部流出。空气在风机的作用下，以23m/s迎面风速吸收并带走制冷剂冷凝时释放的热量。空气冷凝器式冷凝器空气侧的总传热系数以外表面为基准。一般为2335W（m2.k），并且会随着风速的变化而变化，其平均传热温差通常取1015，以免需要的传热面积过大。本文通过对风冷式冷水机组的设计过程，主要对冷凝部分进行详细的设计计算，其余部分零部件的粗略计算，了解其的选型安装及构造，冷凝器翅片管的结构，形状，管的排列布置，风机的选型过程，加深对制冷设备及制冷原理的了解，初步认识冷水机组的构造，制冷供水原理。设计过程严格按照设计任务进行选型计算，查阅相关资料，遵从老师的指导安排，独立自主完成设计任务书，严格按照制图标准绘制相关图纸。目录前言21.设计依据41.1气象参数51.2设计工况52.制冷系统设计方案概述62.1设计原则62.2机组工作原理62.3机组特点73.压缩机、蒸发器部件概述83.1压缩机类型选择83.2压缩机型号选择83.3水泵选型83.4蒸发器的选型94.冷凝器的设计计算94.1冷凝器的热负荷94.2传热温差94.3翅片管簇结构参数选择与计算104 .4进行传热计算125.风机的选择计算156.总结15参考文献18附录18制冷技术课程设计任务书姓名：吴积涛 院（系）：机电工程学院专业：能源与动力工程 班号：能源132任务起止日期：2016年6月13日至2016年 6月24日课程设计题目：45 kW风冷冷水机组冷凝器设计 已知技术参数和设计要求：1、 冷负荷：按各自题目2、 制冷剂：R22，3、 冷凝温度：504、 冷水出水温度5,进水125、 环境温度35。工作量： 1、查找相关资料，确定冷凝器的形式2、风冷冷凝器的热力计算3、结构设计及计算4、冷凝器简图1张（热力计算以表格形式体现）1.设计依据1.1气象参数选定设定地点以获得计算参数，以下以广州为例。设选定地点为广东省广州市，查全国主要城市室外气象参数表数据如下表1-1 广州气象参数表地点夏室外计算日平均温度/供暖通风温度/广州30.67.11.2设计工况由广州气象参数表有：（1）蒸发温度：制冷剂在蒸发器中汽化时的温度，与被冷却对象（冷冻水、盐水、空气）、有关。空气：水或盐水：取蒸发温度(2) 冷凝温度tk：制冷剂在冷凝器中液化时的温度，与冷凝器结构型式和所采用的冷却介质（水或空气）有关.空气：tkt进口15水：tkt进口（57）取冷凝温度冷凝温度，取蒸发温度,设计制冷量45 kW。压缩机采用全封闭涡旋式压缩机，蒸发器采用板式换热器，冷凝器采用U型翅片套片式换热器，节流装置采用热力膨胀阀。设制冷剂采用R22。2.制冷系统设计方案概述2.1设计原则（1）满足舒适性空调工艺要求；（2）系统要运行可靠，操作管理方便，有安全保障；（3）系统应优先采用新设备、新工艺及新技术；（4）要考虑经济性。2.2机组工作原理风冷机是直接由空气被机械地传热，机器的冷凝盘管，直接驱逐热量大气空气冷却，是利用壳管蒸发器使水与冷媒进行热交换，冷媒系统在吸收水中的热负荷，使水降温产生冷水后通过压缩机的作用使热量带到翅片式冷凝器，再由散热风扇散失到外界的空气中(风冷却)。图2-1 风冷式冷水机组系统图1.涡旋式压缩机2.高压压力表3翅片式冷凝器.4.风机5干燥过滤器6.热力膨胀阀7.板式蒸发器8.水泵9.低压压力表。注：详细见附录附图1风冷式冷水机组是由压缩机吸入蒸发制冷后的低温低压制冷剂气体，然后压缩成高温高压气体送冷凝器；高压高温气体经冷凝器冷却后使气体冷凝变为常温高压液体；当常温高压液体流入热力膨胀阀，经节流成低温低压的湿蒸气，流入壳管蒸发器，吸收蒸发器内的冷冻水的热量使水温度下降；蒸发后的制冷剂再吸回到压缩机中，又重复下一个制冷循环，从而实现制冷目的。2.3机组特点风冷冷水机组都可以用在小系统上，大机组绝大部分都是水冷的。水冷初投资就主机而言,是比风冷的少一点.但加上冷却塔和机房电子水处理仪等,也少不到什么地方去!再说就长年运行来说,水冷机组的制冷效率相对会下降，风冷不会。在制冷行业中分为风冷式冷水机组和水冷式冷水机组两种，根据压缩机又分为螺杆式冷水机组和涡旋式冷水机组，在温度控制上分为低温工业冷水机和常温冷水机，常温机组温度一般控制在0度-35度范围内。低温机组温度控制一般在0度至-100度左右。冷水机组又称为：冷冻机、制冷机组、冰水机组、冷却设备等，因各行各业的使用比较广泛，所以对冷水机组的要求也不一样。其工作原理是一个多功能的机器，除去了液体蒸气通过压缩或热吸收式制冷循环。风冷冷水机组采用空气冷却方式，省去了冷却水系统所必不可少的冷却塔、冷却水泵和管道系统，避免水质过差地区造成冷凝器结垢、水管堵塞，还节约了水资源，是冷水空调设备产品中，保养维修最经济、简单的机种。风冷冷水机组比水冷冷水机组一次性投资要稍高，但是全年运转费用要低于水冷式冷水机组，机房建筑费用在各种空调冷热源系统中为最少，维修保养费用约为水冷式或锅炉的一半费用。风冷冷水机组的噪音和体积较水冷的大，只能安装在室外。水冷机组大多安装在地下室内。风冷式冷水机的产品特点：1、机组压缩机选用涡旋式全密闭压缩机及电控元件，配备换热高效优质铜管制作的冷凝器及蒸发器；2、配备各类安全保护装置，性能稳定、噪音低、使用寿命长、操作简单；采用液晶显示人机界面，操作简单便捷，运行状况一目了然；3、机型有采用单压缩机或多压缩机组合制冷系统。压缩机可依负载变化，自动交替运转，平衡各压缩机的运行时数，达到节省能耗及延长了冷水机组的使用期限的效果。便于能量调节，在部分负荷时更加节能；4、整机外壳箱体式结构，外型美观，结构紧凑，可随时检查机组运行情况；机组可按冷量自带水箱及循环水泵，无需冷却塔及冷却水泵，安装及维护简单方便；3.压缩机、蒸发器部件概述压缩机被看成是制冷系统的心脏，最能表现压缩机特征的专用名词称为“蒸气泵”。压缩机实际所承担的职责是提升压力，将吸气压力状态提高到排气压力状态。3.1压缩机类型选择对H VAC设备中所使用的往复式、涡旋式以及螺杆式压缩机的性能进行了综合比较，结果表明，在名义运行工况条件下，与螺杆式和涡旋式压缩机相比，往复式压缩机对“液击”敏感的吸气排气性能使其在H VAC中的应用处于劣势。涡旋式压缩机相对于螺杆式压缩机的优势在于，涡旋式压缩机没有吸气排气阀，并且涡旋式压缩机适用于中小型制冷系统。由于压缩机组的价格随着排量增加而增高，市场更倾向于半封闭设计。因此，研究人员认为，在中小冷量系统中，采用涡旋式压缩机更有利于提高系统效率。3.2压缩机型号选择 由设计工况:制冷量Qo =45kW，冷凝温度tk =50,蒸发温度t0=2 ,查压缩机技术参数表，选择压缩机型号JT 335D-YE,制冷量45kw，耗功率。，符合设计要求。3.3水泵选型 按照常规，冷冻水的进水温度是12从出水温度是7,则进出水温差由公式;计算冷冻水的流量，据此查泵的技术参数表进行泵的选择。3.4蒸发器的选型由传热方程，K为传热系数，为传热温差 由此计算传热面积F，根据F查蒸发器技术参数表进行选型。4. 冷凝器的设计计算风冷凝器系列是一种专与半封闭式和全封闭式等压缩机配套的散热器。不仅仅是风冷式冷水机，还有螺杆式冷水机、水冷式冷水机以及低温冷水机等工业制冷设备，冷凝器都是其中不可缺少的一个部件。只是根据冷水机类型不同，所采用的冷凝器型式不一样。但它们的目的都一致，那就是：在冷水机制冷系统中，使制冷剂向外放热，从而达到换热的效果。4.1冷凝器的热负荷由公式的计算结果如下表表4-1冷凝器热负荷计算表Q/kwPi/kwQc/kw4513.258.24.2传热温差绘出换热过程温度变化图 图2-2 换热过程温度变化图根据工程经验取进风温度为35，出口风温为45，又冷凝温度为50，由传热温差计算公式 计得结果如下表表4-2传热温差计算表冷凝温度tk/进风温度t1/出风温度t2/5035451559.10244.3翅片管簇结构参数选择与计算选择9.52mm0.35mm的紫铜管为传热管,选用的翅片厚度=0.15mm的波纹形整张铝制套片。取翅片节距=2mm，迎风面上管中心距=25mm，管簇排列采用正三角形叉排。1.单位肋片表面积：，取计算结果列于下表：表4-3肋片表面积计算表0.0250.0216506350.7853981630.01020.0020.467916529式中，为管排间的距离;为翅片根部外沿直径。2.单位铜管外表面积：管外总面积: 铜管内表面积: 取当地大气压100.4 kPa由空气(干空气)热物理性质表，在空气平均温度35条件下，4-4干空气热物理性质表10050.027117.348X10-61.1502则冷凝器所需空气体积流量：选取迎面风速，则迎风面积为 根据我们结构的设计要求(压缩机和冷凝风扇的高度)，定冷凝器的迎面高度H=1.0m,则迎风面上管排数为： 注:迎风面上管排数一般取偶数。冷凝器迎风面宽度即有效单管长为： 4-5计算结果汇总表0.46790.02965.03482.517402.54 .4进行传热计算确定所需传热面积Aof。翅片管总长L及空气流通方向上的管排数(采用整 张波纹翅片及密翅距的叉排管簇结构)预计冷凝器在空气流通方向上的管排数n =4,则翅片宽度： 微元最窄界面的当量直径：最窄截面风速：因为 查制冷原理及设备得，则空气侧表面传热系数由制冷原理及设备式（3-10)乘以1.1再乘以1.2计算： 查参考文献3表3-11，R22在tk=50的物性集合系数B=1325.4，氟利昂在管内凝结的表面传热系数由参考文献3式（3-17）计算得：翅片相当高度由参考文献3式3-15计算得：式中为铜管外径;c为修正系数,取c=1.063。取铝片热导率=203W/(mK)由参考文献3式3-14计算翅片参数m即：由参考文献3式3-13计算翅片效率： 表面效率由参考文献3式3-12计算： 忽略个有关污垢热阻及接触热阻的影响，则,将计算所得的有关各值代入参考文献33-20即： 即化简解上式得,则R22在管内的凝结表面传热系数根据小型制冷装置设计指导取管壁与翅片间接触热阻、空气侧尘埃垢层热阻。紫铜管热导率，由参考文献3式3-21计算冷凝器的总传热系数：式中，伪铜管壁厚度;入为铜管的热导率。冷凝器所需的传热面积: 所需有效翅片管总长： 空气流通方向的管排数: 取整数n=4排，为了满足实际的换热面积，只能加长冷凝器迎风面宽度，即有效长度： 表4-6传热计算结果汇总表0.0870.00334.6865.571.615130.8631.7201.2404.55.风机的选择计算查风机性能参数表，由采用两台风机平行安装，每台风机风量为11682m3/h、输入功率为501W、风压为186Pa。现选用T35-11轴流风机中的YSF90S-4，其相关参数如下： 表5YSF90S-4轴流风机基本参数表转速(rpm风量（m3/h)）风压(pa)需用功率(kw)重量1450116821860.50142则迎面风速为： 符合设计要求。6.总结本文通过对风冷式冷水机组冷凝器部分设计计算，掌握风冷式冷凝器的基本工作原理与工作特点，掌握基本的设计过程与步骤。消化和巩固学习的本专业全部理论知识和实际知识，并将它应用到工程实践中去解决工程的实际问题，熟悉有关的技术法规内容，培养施工设计的思维能力和制图技巧及对工程技术的认真态度。机组使用过程需注意定时清洗，因冷却水大多数含有钙、镁离子和酸式碳酸盐。当冷却水流经金属表面时，有碳酸盐的生成。另外，溶解在冷却水中的氧还会造成金属腐蚀，形成铁锈。由于锈垢的产生，水冷机换热效果下降。严重时不得不在壳体外喷淋冷却水，结垢严重时会堵塞管子，使换热效果失去作用。研究的数据显示水垢沉积物对热传输的损失影响巨大，随着沉积物的增加会造成能源费用的加大。即使很薄的一层水垢就要增加设备中结垢部分40%以上的运行费用。保持冷却通道中不含矿物沉积物可以很好的提高功效、节约能源、延长设备的使用寿命，同时节约生产时间和费用。长期以来传统的清洗方式如机械方法（刮、刷）、高压水、化学清洗(酸洗)等在对设备清洗时出现很多问题：不能彻底清除水垢等沉积物，酸液对设备造成腐蚀形成漏洞，残留的酸对材质产生二次腐蚀或垢下腐蚀，最终导致更换设备，此外，清洗废液有毒，需要大量资金进行废水处理。针对上述情况，国内外努力研制对金属腐蚀性小的清洗剂，而研发成功的有福世泰克清洗剂。其具有高效、环保、安全、无腐蚀的特点，不但清洗效果良好而且对设备没有腐蚀，能够保证冷凝器的长期使用。福世泰克清洗剂（特有的添加湿润剂和穿透剂，可以有效清除用水设备中所产生的最顽固的水垢（碳酸钙）、锈垢、油垢、粘泥等沉淀物，同时不会对人体造成伤害，不会对钢铁、紫铜、镍、钛、橡胶、塑料、纤维、玻璃、陶瓷等材质产生侵蚀、点蚀、氧化等其他有害的反应，可大大延长设备的使用寿命。目前制冷空调机组的冷凝器多采用水冷式和风冷式。水冷式冷凝器是用水冷却高压气态制冷剂，使之冷凝。由于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。而风冷式空调机组是利用空气使气态制冷剂冷凝，在全负荷时，风冷冷凝器的冷凝温度要高于水冷式冷凝器，故风冷式空调机组的性能系数相对较低。因此，同样制冷量的风冷冷凝器对应的制冷压缩机需要更大的功率来运行。但是在只有部分负荷的情况下，风冷机组和水冷机组的性能系数却相差不大。空冷和水冷冷却器的比较:水冷和空冷是