毕业设计（论文）-4kgh柜式除湿机设计.doc

摘要 2014 届毕业设计（论文）题 目：4kg/h柜式除湿机的设计专 业：热能与动力工程班 级：热能1002 姓 名：指导老师：起讫日期：2014年 6 月4kg/h柜式除湿机设计摘要在生产生活中，空气湿度具有重要的影响，在我国南方地区，夏季的空气湿度很大，这就会引起衣物潮湿，机器设备和钢铁产品腐蚀、食品腐烂、人们感觉闷热难受，而且容易引起风湿、呼吸系统等疾病，影响了人民的正常生活。而在一些要求比较高的场合，比如精密仪器室，湿度的增加会影响仪器仪表的使用寿命和正常的工作。因此，随着世界经济的不断发展和人民生活水平的不断提高，人们的消费观念也在不断的更新，对舒适性的要求越来越高，除湿机也逐渐地走入家庭，成为许多家庭中不可或缺的一员。随着工艺水平及要求的提高，空气除湿等环境控制技术的发展显得尤为重要，而除湿机也应运而生并以其独特的优势而拥有非常广阔的市场前景。全套图纸加扣 3012250582除湿机一般可分为家用除湿机和工业除湿机两大类，广泛地应用于机械制造、光学仪器、电子、食品、化学、医药等生产领域.目前，空气除湿主要有四种方法，即升温通风除湿、冷却除湿、液体吸湿剂除湿和固体吸附剂除湿，而在空调除湿工程中，冷却除湿和固体吸附除湿是主要手段，其中冷却除湿是最早且被广泛使用的一种除湿方式， 它是利用制冷系统中的蒸发器蒸发吸热的特点,吸收湿空气中的热量,使湿空气中水气结露而析出水分,从而达到除湿的目的.整个系统的除湿能力取决于蒸发器的传热效果、传热面积和制冷压缩机的功率.因除湿的方法不同，除湿机又可分为不同的种类，其中冷冻除湿机能耗小，除湿效果好、房间相对湿度下降快、运行费用低、不要求热源、也可不需要冷却水、操作方便、使用灵活、易于控制等优点，所以应用十分广泛。除湿机与空调器的结构大致相同，包括压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀、通风机等几个部分主要，不同之处是，空调器室内外要使用两台风机，分别进行热交换，而除湿机是在一个风机的作用下，湿空气与蒸发器、冷凝器进行热交换。 除湿机由制冷系统和送风系统组成。在制冷系统中，压缩机压缩出来的高温高压制冷剂气体进入冷凝器，将热量传给空气后，冷凝成常温高压液体，经毛细管（膨胀阀）节流后进入蒸发器，吸收通过蒸发器的空气中的热量，变成低温低压气体，被吸入压缩机进行压缩，如此往复循环。送风系统：湿空气被吸入后，在蒸发器被冷却到露点温度以下，析出凝结水，绝对含湿量下降，再进入再热器，吸收制冷剂的热量而升温，相对湿度降低，由送风机送入房间。关键词：除湿机 蒸发器 冷凝器 压缩机 I AbstractThe Design of 4kg/h Cabinet Type DehumidifierAbstract In the production life , the air humidity have an important impact .In the southern of China , the summer air is very humid , it getting clothing wet , machinery and steel products corrosion , food perishable , people feeling hot and uncomfortable , and easily leading to some diseases like rheumatology and respiratory diseases , affecting the normal life of the people . And , in some high demand situations , such as precision instrument rooms, the increasing of humidity will properly affect the instruments life and work . Thus, with the continuous improvement of the world economy and peoples living standards , peoples consumption concept and demand for comfort are constantly updated , and dehumidifiers also gradually into the home, as many families indispensable one . With the development of technology standards and the increasing of requirements , air dehumidification and other environmental control technology are particularly important, and dehumidifiers have emerged and have a very broad market prospects for its unique advantages. Dehumidifiers generally can be divided into household and industrial dehumidifier two categories, widely used in machinery, optical instruments, electronics, food , chemical , pharmaceutical production areas .Currently , there are four air dehumidification methods, namely heating ventilation dehumidification, cooling and dehumidification, liquid and solid adsorbent dehumidification , and in the air conditioning engineering , cooling and solid adsorbent dehumidification are the primary means, by which , the cooling and dehumidifying is the earliest and widely used dehumidification method , and it uses the endothermic evaporation characteristics of the the refrigeration system evaporator .absorbing the heat of the wet air, making water vapor condensated and precipitation of water ,achieving the purpose of dehumidification .Dehumidification capacity of the entire system depends on the evaporator heat transfer effect, heat transfer area and the refrigerant of the compressor power . Due to different methods dehumidification , dehumidifiers can be divided into different categories , in which , refrigeration dehumidifier has low energy consumption, better dehumidification effect, the room relative humidity decreasing fast, low operating costs, and it does not require heat, cooling water, operating easily, flexible, controlling easily, etc. , so it is widely used , defense engineering , civil air defense projects , various warehouses, libraries, archives, underground engineering , electronics, precision machining , medicine, food , agriculture seed storage , the mining industry workshops and other places can use dehumidifiers . Dehumidifier and air conditioner have substantially the same structure , comprising several parts of the compressor , evaporator , condenser , expansion valve, etc. , except that the air conditioner should use both indoor and outdoor fans, exchange the heat respectively, but the heat exchange occurs in dehumidifier under action of a fan is between moist air and the evaporator, a condenser .Dehumidification capacity of the entire system depends on the evaporator heat transfer effect, heat transfer area and the refrigerant of the compressor power . Due to different methods dehumidification , dehumidifiers can be divided into different categories , in which , refrigeration dehumidifier has low energy consumption, better dehumidification effect, the room relative humidity decreasing fast, low operating costs, and it does not require heat, cooling water, operating easily, flexible, controlling easily, etc. , so it is widely used .Dehumidifier and air conditioner have substantially the same structure , comprising several parts of the compressor , evaporator , condenser , expansion valve, etc. , except that the air conditioner should use both indoor and outdoor fans, exchange the heat respectively, but the heat exchange occurs in dehumidifier under action of a fan is between moist air and the evaporator, a condenser . Dehumidifiers is made of air supply system and refrigeration system . In the refrigeration system , the high temperature high pressure gas out of the the compressor comes into the condenser ,and the heat transmits to the air, which condensing into high pressure liquid at room temperature, through a capillary (expansion valve) throttling into the evaporator, absorbing heat , becoming low temperature low pressure gas and it is sucked into the compressor for compression, and so forth cycle.In the air supply system, wet air is cooled to the dew point temperature after it being sucked in the evaporator, precipitating condensate, making the absolute moisture content decreasing, coming into the reheater, absorbing the heat of the refrigerant and the temperature increasing,and the relative humidity decreases, then the air is delivered into the room.Key words: dehumidifier evaporator condenser compressor目录摘要.IAbstractIII目录.VI第一章 绪论.1第二章 原理及结构特点.1 2.1除湿机的原理.1 2.2除湿机的结构特点.1第三章 参数分析及除霜问题.2 3.1除湿机设计参数的分析.2 3.2除湿机的技术发展前景.2第四章 本课题研究的相关内容.3第五章 计算说明书.5 5.1原始数据参数. .5 5.2制冷循环计算.5 5.2.1湿空气计算.5 5.2.2压缩机选型.6 5.2.3制冷循环系统.9 5.3蒸发器计算.11 5.3.1确定蒸发器进出口空气状态参数.11 5.3.2确定蒸发器结构参数.12 5.3.3蒸发器的设计计算.13VII 目录 5.4水冷冷凝器的设计计算.21 5.5风冷冷凝器的设计计算.23 5.5.1风冷冷凝器结构的设计.23 5.5.2风冷冷凝器的设计计算.23 5.6风机的选择.29结语.31参考文献.32致谢.34 第一章 绪论 随着世界的不断发展，人类不断的去探索自然社会的秘密，不断去发明创造，我们享受着现代社会带来的方便、快捷、舒适，以及其他种种好处，但是，与此同时，自然仍具有保持它原有面貌的巨大力量，比如，在南方的夏季，空气闷热潮湿。空气湿度过大，不仅会对生产生活产生很大的影响，而且也会影响人类的身体健康，因此，在这种不舒适的自然条件下，如何舒适的生活成为人们所关心的一个大问题。空气除湿机是利用一定的方法使空气的湿度下降，当下降到符合人体舒适度需求或工作环境要求的时候，就送到房间里或工作厂房里来，以满足正常的人体活动或生产活动，可广泛应用于旅馆、医院、家庭以及贵重物品保藏、珍贵文物的保管。1.1除湿机的原理除湿机由制冷系统和送风系统组成： 制冷系统：由压缩机1 压缩出来的高温高压制冷剂气体进入再热器（作冷凝器用），将热量传给空气后，冷凝成常温高压液体，经毛细管（膨胀阀）节流后进入蒸发器，吸收通过蒸发器的空气中的热量，变成低温低压气体，被吸入压缩机进行压缩，如此往复循环。 送风系统：湿空气被吸入后，在蒸发器被冷却到露点温度以下，析出凝结水，绝对含湿量下降，再进入再热器，吸收制冷剂的热量而升温，相对湿度降低，变为状态，由送风机送入房间。1.2除湿机的结构特点除湿机与空调器其结构大体相同, 包括压缩机、冷凝器、蒸发器, 毛细管、风机等几个主要部件。不同之处在于空调器室内、室外共使用台风机、分别进行热交换。而除湿机由一个风道在风机的作用下湿空气与蒸发器、冷凝器进行热交换。除湿机按结构与功能可以分为三个部分：制冷循环部分，空气循环部分，以及电气控制部分。1.2.1制冷循环部分 制冷剂从蒸发器中出来，变成低温低压的气体，然后进入压缩机，压缩成高31 第二章 除湿机问题及本课题内容温高压的制冷剂气体，在风机的作用下进行热交换、被冷却的高温、高压液体、经干燥过滤器、毛细管节流变成低温、低压液体进人蒸发器、蒸发吸热后成为低温、低压气体回到压缩机、如此循环往复将潮湿的水分凝聚出来。1.2.2空气循环部分空气去湿循环部分由进风口、出风口、离心风机、风道组成。湿空气在风机的吸引下与蒸发器表面接触进行热交换。由于蒸发器表面温度较低, 经过滤的湿空气被冷却、去湿、水分就冷凝聚下来、冷却去湿后的空气、经冷凝器加热后、再由离心风机送出机外、室内空气这样不断地循环而达到去湿的目的。1.2.3电气控制部分将电源开关闭合、压缩机和风机同时得电开始工作。第二章 除湿机问题及本课题内容2.1除湿机设计参数的分析 2.1.1脱水能耗比脱水能耗比是评价除湿机在不同工况条件下所需要能耗的一个参数，它可以表示为在某一工况条件下，单位时间的能耗与相同时间内木材的脱水量之比。一般来说, 在除湿干燥机运行工况和湿空气温度、湿度和流量等参数相同的条件下，脱水能耗比越小，除湿机的能耗越低。当湿空气温度一定时, 相对湿度越高, 脱水比能耗越小, 因为当除湿工况稳定时, 制冷量一定, 压缩机功率也一定,那么空气的相对湿度越高, 则空气中的绝对含湿量越高, 于是, 单位时间内除湿燕发器的脱水量就越多, 因此脱水比能耗SPC值就越小。 当空气相对湿度基本保持稳定时, 随着温度的增加, 脱水比能耗SPC值有所减小,但当相对湿度较大时, 温度的影响不明显。这是由于温度较低、相对湿度较大时,木材干燥正处于初期, 自由水蒸发很快, 除湿机的除湿量很大,同时,由于此阶段供风温度较低, 除湿机能耗较小, 故温度变化时SPC值变化不大。2.1.2风量 一般用单位能耗除湿量来综合评价冷冻除湿机的性能，风量过大或者过少对除湿机的单位能耗除湿量都有影响，其中有一个最佳情况，即在某一风量（或者一焓差）下，除湿机的单位能耗除湿量最大，因此，一定型号的除湿机都配有一定风量的风机，这一风量叫做额定风量。因此除湿机的风量必定有一个最佳风量使除湿量最大。所以有两个极限情况:当风量为最小值零时, 除湿量为零；当风量大到某一定值时,这时除湿量也为零。2.2除湿机的除霜问题 当除湿机在较低温度下运行时,蒸发器表面将会结霜,结霜堵塞空气流通通道、减少传热面积,使换热器换热恶化,制冷量下降,导致除湿效果变差,严重时还会引起除湿机低温保护停机。在这种环境下工作的除湿机必须带融霜装置。除霜的方法有：定时除霜和智能化除霜定时除霜是指当除湿环境在一定范围内时，将控制盘的旋钮转到间歇运行模式，机器运行一段时间后，停压缩机数分钟，但是风机仍然运转，此时，就可以利用环境温度的空气加热蒸发器来进行除霜。如果在进风口处设置温度控制器，就可以使机器自动进入间歇运行的除霜模式。定时除霜法装置简单，成本低，但是它的除霜效率较低。智能化除霜是在蒸发器接近制冷剂入口处的换热管上设置温度感应器，用管温近似反映蒸发温度，根据管温和霜层堆积的时间，结合微电脑控制技术，确定除霜开始点及终止点。智能化除湿能减少误除霜几率，提高除霜效率。2.3本课题研究内容本课题为4kg/h柜式除湿机的设计。本课题设计的除湿机采用冷冻除湿法，就是利用制冷设备将空气冷却到露点温度以下，析出大于饱和含湿量的水汽，降低空气的绝对含湿量，达到除湿目的。冷冻除湿机的设计主要是压缩制冷循环中蒸发器和冷凝器的设计。首先通过所给的环境工况和要达到的湿度，分析湿空气的处理，确定所需制冷量。在设计制冷循环时，通过对制冷循环的热力平衡计算，从而确定了蒸发器、冷凝器的负荷，压缩机的功率与排量，传热系数。根据压缩机的功率与排量选择合适的压缩机。再根据实际压缩机的运行特性曲线重新计算制冷量循环，确定蒸发器和冷凝器的热负荷和进出口温度。最后，对蒸发器进行、冷凝器进行的结构设计，确定其外形结构和尺寸，最终绘制出工程图纸。通过本课题的设计可以综合大学4年所学知识的运用能力，特别是工程热力学、传热学、流体力学、制冷、热泵技术及相关专业课程的知识应用，同时有要有一定创新能力。本毕业设计资料比较欠缺，所设计要求学生进行设计计算、总装图和零部件图纸的设计，通过本毕业课题的设计有利于学生工作尽快适应工作岗位的要求设计。 第三章 计算说明书第三章 计算说明书3.1.原始数据参数 已知环境条件： 干球温度：27 额定风量：假定为G=1200m/h 湿球温度：21.2 除湿量： D=4kg/h 制冷剂：R223.2设计计算3.2.1湿空气的计算查焓湿图的空气状态（1点）参数：干球温度：27 含湿量：d=13.6 g/kg 湿球温度：21.2 比热容：v=0.868m/kg露点温度：18.8 焓值：h=61.8kJ/kg 相对湿度：60%处理后空气的含湿量： g/kgd2与在标准大气压下湿空气焓湿图的交点为2点，查焓湿图可以得到2点的焓值为44.7 kJ/kg，t2为16.5 。蒸发器冷负荷为：Q=G(h-h)=1.2*(61.8-44.7)=6.84kW 计算说明书 图3.1 空气处理图3.2.2压缩机的选型根据制冷量选择压缩机： 型号：ZF09K4E-TFD 制冷量：8.08kW蒸发温度：5 冷凝温度：45输入功率：2.57 kW 能效比：3.14压缩机参数如下表（表1）表3.1 压缩机参数型号ZF09K4E-TFD输入电流4.92A排气量8.03长度/宽度，mm243/244高度，mm391螺纹连接式吸气管，英寸11/4角阀排气管，英寸1油充注量（L）1.5净重量，kg27根据选定压缩机的制冷量来确定2点空气实际状态：计算2点的实际焓值： 61.8-=41.6kJ/kg 图3.2 实际空气处理图与在标准大气压下湿空气焓湿图的交点为20点，查焓湿图可以得到20点实际干球温度为15.4 ，含湿量为10.20 g/kg。故，实际除湿量为：hkgddGD/896.4).10.206.13( 100012002.1)(0210=-=-=r选取最佳风量的试算：（1）、取风量为1300m/h 计算2点的实际焓值： 61.8-=43.15kJ/kg 与在标准大气压下湿空气焓湿图的交点为20点，查焓湿图可以得到20点实际干球温度为16 ，含湿量为10.7 g/kg。故，实际除湿量为：hkgddGD/524.4)7.106.13( 100013002.1)(0210=-=-=r （2）、取风量为1400m/h 计算2点的实际焓值： 61.8-=44.49kJ/kg 与在标准大气压下湿空气焓湿图的交点为20点，查焓湿图可以得到20点实际干球温度为16.7 ，含湿量为11g/kg。故，实际除湿量为：hkgddGD/368.4)00.116.13( 100014002.1)(0210=-=-=r（3）、取风量为1100m/h 计算2点的实际焓值： 61.8-=39.76kJ/kg 与在标准大气压下湿空气焓湿图的交点为20点，查焓湿图可以得到20点实际干球温度为14.8 ，含湿量为9.80 g/kg。故，实际除湿量为：hkgddGD/016.5)80.96.13( 100011002.1)(0210=-=-=r（4）、取风量为1000m/h 计算2点的实际焓值： 61.8-=37.56kJ/kg 与在标准大气压下湿空气焓湿图的交点为20点，查焓湿图可以得到20点实际干球温度为13.9，含湿量为9.5 g/kg。故，实际除湿量为：由以上五组数据可知：当风量为1200m3/h时，除湿量最大，因此，此风量就是最佳风量。3.2.3制冷循环系统 除湿机的制冷系统主要由压缩机、两个冷凝器（一个在室内、一个在室外）、蒸发器、风机以等部件组成。其工作的主要流程如图2.1所示。611109875431.风冷冷凝器 2.蒸发器 3.膨胀阀 4.电磁阀 5.电磁阀（升温） 6. 干燥过滤器7. 压缩机 8. 单向阀 9. 贮液器 10.电磁阀（降温） 11.水冷冷凝器图3.3 恒温除湿机的制冷系统流程图 单级压缩制冷循环的设计计算图3.4 R22压焓图初步确定制冷剂的蒸发温度为5，冷凝温度为45。查R22压-焓图（图2.2）,得制冷剂各点的温度、压力，焓值，详细见表3.2。表3.2状态点参数单位R22备注1t15等温线t1与饱和气体线的交点就是吸气状态1点p1kPa584h1kJ/kg406.71v1m3/kg0.0403s1kJ/(kg)1.742t269.04根据等熵线与等温线t的交点就是压缩过程终点2p2kPa1729h2kJ/kg440.043t345在3点，制冷剂蒸汽开始凝结p3kPa1729h3kJ/kg417.014t445t4为饱和液体温度p4kPa1729h4kJ/kg256.265t55t5为蒸发器入口温度p5kPa584h5kJ/kg256.26根据以上数据，我们可以进一步计算出单级压缩制冷循环的热力性能的其他各项指标，详细列于表3.3中. 表3.3 制冷循环热力性能指标序号项目符号单位计算过程结果1单位制冷量kwh1-h5=406.71-256.26150.452单位容积制冷量kJ/m3=3733.253制冷剂流量0.05374压缩机单位耗功kJ/kg=440.04-406.7133.335压缩机理论功耗Nkw=0.053733.331.796冷凝器单位散热量kJ/kg=440.04-256.26183.787冷凝器总散热量kw=0.0537183.789.878制冷系数=4.515.3蒸发器的设计计算5.3.1确定蒸发器进口与出口空气状态参数蒸发器入口空气状态参数：干球温度：27 ；含湿量：d=13.6 g/kg ；焓值：h=61.8 kJ/kg。蒸发器出口空气状态参数：干球温度：15.6 ；含湿量：d=10.38 g/kg ；焓值：h=42.25 kJ/kg。5.3.2确定蒸发的结构参数：采用连续整体式铝套片，紫铜管为10x0.7 mm 正三角形排列，管间距S1=25mm，铝箔片厚=0.2mm，片距Sf=2.2mm，翅片高度为9mm,铝片导热=204W/(mK)。取空气流动方向排数为4排，取迎面风速2.5m/s。具体结构参见下图（图2.3）s=scos30=21.651mmS1S1S2Sfd0 图3.5 蒸发器结构参数示意图其设计计算的具体内容及结果如下表（表 3.4）：表3.4 蒸发器设计计算序号项目符号单位计算过程结果备注几何参数计算1套片后管外径dbmmdb =D0+210.42管内径dimmdi =Do- 20.78.63当量直径defmm3.524沿气流方向的套片长度LmmL=486.605每米管长翅片的外表面积0.4216每米管长基管外表面积0.028567每米管长总外表面积=0.421+0.028560.449568每米管长内表面积0.02709肋化系数16.6510肋通系数17.9811净面比0.54512最窄面空气流速m/s4.587管外空气侧参数计算1平均温度21.32密度kg/查表1.1973比热kJ/kgK查表1.0054普朗特数查表0.7035动力粘度/s查表15.17106传热系数W/ms查表0.0267雷诺数3023.7840.00429空气侧干表面传热系数W/（K）58.767蒸发器内空气相关计算1空气进口焓h1kJ/kg已知61.82空气进口湿度d1g/kg已知13.63空气出口焓h2kJ/kg已知42.254空气出口湿度d2g/kg已知10.385析湿系数1.7066循环空气的质量流量kg/h1487.887进口状态干空气比体积v1/kg0.8688循环空气的体积流量/h1487.88x0.8681291.489翅片参数m70.1010翅片参数=2.8811翅片参数2.5812翅片参数m513肋片折合高度m12.914肋效率0.79415翅片效率0.80716当量表面传热系数fW/(m2k)80.91管内制冷剂计算1饱和液体密度kg/查表格12642饱和蒸气密度kg/查表格24.83液体热导率W/mK查表格0.0934R22气化热rkJ/kg在t0=5时的查得2015R22液体黏度1Pas在t0=5时的查得6质量流量kg/s已求得0.05377R22液体普朗特数Pr1在t0=5时的查得2.628入口干度=0.18139热流密度W/取1300013000参考制冷技术与装置设计10质量流速kg/s取310310同上11总流通面积A12每根管子有效截面积5.8113蒸发器分路数Z根2.98取Z为814每一分路中制冷剂质量流量kg/s0.017915每一分路实际流速kg/s308.0916制冷剂侧换热系数W/K3902.82制冷原理及设备17沸腾特征数B02.1018对流特征数C00.0971x=119液相弗劳德数Fr10.70520液相雷诺数Re1=5068.2421液相传热系数1w/(k)336.4522两相表面传热系数iw/(k)C1=1.136,C2=-0.9.C3=667.2C4=0.7,C