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120KW模块式水冷冷水机组郑州轻工业学院本科毕业设计（论文）全套图纸加扣 3012250582题 目 120KW模块式水冷冷水机组 学生姓名 专业班级 热能102班 学 号 院 （系） 机电工程学院 指导教师(职称) 完成时间 2014年 5 月 25日 1目 录摘要IABSTRACTII1 绪论11.1冷水机组11.2 冷水机组研究的意义11.3 节能和环保政策对市场的影响11.4 存在问题及发展前景21.4.1 水冷式集中空调系统存在的不足和解决措施31.5 模块式冷水机组41.5.1 初期模块式冷水机组41.5.2 模块化技术的特点51.5.3 中国早期模块式冷水机组的研究61.5.4 磁悬浮模块化冷水机组72 方案选择与论证82.1 制冷剂82.1.1 制冷剂的分类92.1.2 制冷剂的选择原则92.1.3 制冷剂的确定102.2 压缩机102.2.1 压缩机的分类112.2.2 压缩机的比较122.3 冷凝器132.3.1 冷凝器的分类132.4 蒸发器162.4.1 蒸发器分类及选择163 冷凝器的设计计算173.1 设计工况的循环热力计算173.2 冷凝器设计计算193.2.1 冷凝器的传热管参数的计算193.2.2 冷凝器热负荷及冷却水流量计算203.2.3 冷凝器结构的初步规划203.2.4 管内水侧表面传热系数213.2.5 计算管外制冷剂蒸汽冷凝便面传热系数223.2.6 计算传热系数和面积热流量223.2.7 计算所需的传热面积243.2.8 计算冷却水侧流动阻力243.2.9冷却水侧阻力243.3 卧式壳管式冷凝器的零部件设计243.3.1 传热管及传热管与管板的固定方式243.3.2壳体与管板及其联接方式253.3.3 其余部件选择274 干式壳管式蒸发器的设计计算314.1传热管的选择314.2 管内表面传热系数334.3 水侧表面传热系数的计算354.4 传热系数的计算364.5 计算管内流动阻力和平均传热温差364.6 面积热流量及传热面积的计算374.7 冷水侧流动阻力的计算384.8 蒸发器结构设计计算394.8.1 筒体的设计计算394.8.2 管板394.8.3 蒸发器进出水连接管管径计算404.8.4 蒸发器出气管得管径计算404.8.5蒸发器的进液管的管径计算404.8.6 其余部件选择405 压缩机的选择计算435.1 涡旋式压缩机的发展435.2 涡旋式压缩机概述445.3 涡旋式压缩机的特点445.4 压缩机的选型计算455.4.1 设计工况下的计算455.4.2 压缩机校核466 冷却塔的选择476.1 冷却塔的结构486.2冷凝热负荷的确定486.3 所需冷却水循环量和相关参数486.4 冷却塔的选择及校正496.4.1冷却塔的处理水量496.4.2 冷却水的冷却度496.4.3 冷却塔的出水温度与空气湿球温度的温差497 节流装置和辅助设备选型497.1 节流装置的简介507.2 热力膨胀阀的工作原理507.3 热力膨胀阀的选型517.3.1 热力膨胀阀的选择计算517.3.2 热力膨胀阀的校正527.4 贮液器的选择537.5 手动截止阀的选择547.6 过滤干燥器的选择557.7 电磁阀的选择557.8 视液镜的选择567.9 水泵的选择577.9.1 冷却水循环水泵的选择577.9.2 载冷剂循环水泵的选择577.10 油分离器的选择597.11 压力继电器的选择597.12 压差继电器的选择607.13 压缩机避震管的选择617.14 流量继电器的选择617.15 气液分离器的选择61结束语63致 谢65参考文献671120KW模块式水冷冷水机组摘 要模块式水冷冷水机组主要主要目的在于制冷，本文设计的是120KW模块式水冷冷水机组，在文中分别介绍了制冷剂的类型，最终确定了使用R134a作为本次设计的制冷剂。介绍了压缩机的选型及校核计算，壳管式冷凝器与壳管式蒸发器的选择以及设计计算。对节流机构进行简单的选型介绍以及校核，在文中也对贮液器、视液镜、过滤干燥器、电磁阀等辅助设备进行选择。本文设计的机组基本工况为冷却水进水温度为，冷却水出水温度为，冷媒水进水温度为12，出水温度为。根据所选择的壳管式蒸发器与壳管式冷凝器的温度变化的范围，确定了本次设计的蒸发温度为，冷凝温度为41，进行热力了计算，最终进行蒸发器与冷凝器的设计计算。关键词 冷水机组/压缩机/壳管式冷凝器/卧式蒸发器II120KW MOAUDLAR WATER-COOLED CHILLERABSTRACTThe main water-cooled modular chiller main purpose is cooling, this article is designed to 120KW modular water-cooled chillers, were introduced in the text type of refrigerant, and ultimately determine the use of R134a as refrigerant in this design. Describes the selection and design calculations Selection checking calculations, shell and tube condenser and compressor and shell and tube evaporator for. Throttle bodies for simple selection of presentations and checking, also in the text of the reservoir, sight glass, filter drier, solenoid valves and other auxiliary equipment selection.This design of the unit is the basic condition of cooling water inlet temperature is 30 , the cooling water temperature is 35 , coolant water inlet temperature is 12 , the water temperature is 7 . According to the selected range of shell and tube shell and tube evaporator and condenser temperature changes, determine the evaporation temperature of this design is 4 , condensing temperature is 41 , conducted thermodynamic calculation, eventual evaporator and condensing the design calculations.Keywords Chiller,Compressor,Shell and tube condenser,Horizontal evaporatorIVIV1 绪论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，然后冷冻水重新回集到蒸发器冷却；在工业生产中，冷水机组广泛运用于食品、制药、医疗、玻璃、塑胶、焊接、电镀等各个领域。1.1 冷水机组冷水机组的作用是提供不同温度的环境，有多种多样的分类方式。按照压缩机形式分类可以分为活塞式、螺杆式、离心式压缩机；按冷凝器冷却方式可以分为水冷式和风冷式冷水机组；按能量利用形式可以分为单冷型、热泵型、热回收型、冰蓄冷双功能型冷水机组；按密封方式分为半封闭式、全封闭式或者全开等多种形式的冷水机组。1.2 冷水机组研究的意义制冷行业中的制冷机除去最开始的那二十多年的市场暴利，现在基本上已经进入到了一个价格透明、市场饱和的阶段。各种制冷机的市场利润都已经与八十年代不可同日而语。但在这样的市场竞争中，工业冷水机组还保持着相当快的上升势头。相比与其它制冷机，工业冷水机组的应用范围广泛。除了制冷行业外，工业冷水机组还被大量的应用于暖通空调、电镀、冶金冶炼、电子、制塑、化工等其它行业。由于其跨行业使用，所以工业冷水机组具有较大发展空间。1.3 节能和环保政策对市场的影响 节能、环保和室内空气品质 (IAQ)是冷水机组市场的三个重要主题。在许多国家里，电和燃气消耗的迅速增加，促使各生产厂开发节能产品。欧盟 (EU)已推出Roils(The Restriction of the Use of Certain Hazardous Substances in Electrical and Electronic Equipment)，欧洲市场正渐渐转到使用R410A，由于 Roils的进入，必然会引起冷水机组价格上涨。 日本和韩国推出了能源多样化政策，推动燃气制冷，因此，吸收式制冷得到很好的扩展。日本厂商开始研发大冷量的 DC变频系统，中国一些城市也颁布相关法规鼓励使用吸收式系统。 在美国高性能绿色建筑设计、结构和运转中，能量和环境设计 (LEED)绿色建筑等级系统是指导基准。近年来，R134a在美国的使用有所增加，R123市场份额将减小，因为蒙特利尔提案的淘汰日期将临近。 中国政府也重视环境保护，对实现 2008年“绿色奥运”已采取了许多措施。热泵系统提供了有效降低温室气体排放的术，许多公司开发热泵冷水机组，降低能量消耗这也有助于环保。1.4 存在问题及发展前景 随着经济的发展, 人类对能源的需求越来越大, 对环境的破坏也越来越严重。我国是世界上人口最多的国家, 为了使我国的经济实现持续、健康地发展, 必须采取“ 可持续发展战略” , 切实注意环境保护和节约能源。近年来人们的居住条件有了很大的改善, 家用空调的使用日益普及, 水冷式集中空调系统也已出现在住宅建筑中。由于空调能耗在整个建筑能耗中所占比例越来越大, 因此尽可能降低空调系统的能耗已成为空调发展的重要内容。同时, 人们对生活环境, 包括室内和室外环境, 提出了更高的要求, 因此环保型空调的发展是空调发展的重要方向。为了与我国住宅建筑的发展相适应, 我们必须发展适合于我国国情的具有良好环保和节能特性的空调系统。水冷式制冷机在制冷效果和能耗上, 比起风冷式制冷机具有绝对的优势, 这已是不争的事实。但是水冷式空调器还没有进人家庭, 原因是普通家庭所需冷量都较小，单个房间风冷式空调器就能胜任, 省去了水管安装及对水流的控制设备。但随着居民住房条件的不断改善, 小康住宅的出现, 风冷式空调器难以再胜任, 它主要有以下不足：一是风冷式空调器制冷能力不强, 冷凝器体积大,多厅室制冷需安装多个空调, 不但增加了支出, 并且安装麻烦, 还影响建筑物的美观；二是风冷式空调器制冷速度慢, 耗电多, 噪音大。因为空气的热容量很小, 换热系数只有水的八分之一,并且空气快速流动, 热交换也不够充分, 冷凝风机还产生噪音。因此, 靠风冷式空调来组建家庭制冷系统是不太理想的；三是风冷式空调器冷凝器散发的热量, 没能再利用, 白白地被浪费掉, 吹出的热气, 还影响周围环境；另一方面, 家庭用热水时（如洗澡, 洗衣服）又需用能源来烧, 既费事又耗能。这些不足, 风冷式空调器自身不能克服, 而水冷式空调器以其制冷能力强, 降温速度快, 用电省, 噪音低,体积小等优点, 顺应当今世界环保与节能的绿色新家电潮流, 有着诱人的发展前景。然而任何事物都有其两面性, 要发展家用水冷式空调器必须考虑以下几个问题。一是需增设水管，且不能有碍厅室美观；二是要有水流量自动控制调节系统；三是冷凝器外壁结水垢后的清理问题。对于这些问题，设想中的解决方法是随着安装、装修业的迅速发展，水管安装已不成什么问题，软硬管都可以使用，即使有碍美观的地方靠装修也能弥补。同时水冷式空调冷凝器不需对外散热，可将室外机（压缩机和冷凝器）改善在洗手间，这样空调器产生的热水方便地流入热水器的蓄水箱，蓄水箱满了之后，多余的水又可接入马水桶，或进入下水道，充分利用了水资源。由于水中带有各种杂质，空调器长久使用后，冷凝器外壁上会结上一层水垢，从而会影响交换效果，必须拆卸 先回收制冷剂，后切断电源，卸下室外机组上的电源线和控制线后，按步骤拆卸室外机组和连接铜管，然后重新安装调试，确定室内外机组的安装位置，配备与空调器电源相符的电表、插座和闸刀，机组的安装固定。1.4.1 水冷式集中空调系统存在的不足和解决措施1.4.1.1 运行费用高而且存在收费问题住宅小区中, 各住户居民的生活和工作规律不尽相同, 有的家庭白天没人, 不开空调，有的家庭有老人、孩子, 白天仍要使用空调, 为了满足他们的需求, 必须全天开机运行, 这样造成空调系统冷水机组的部分负荷运行时间长, 系统的运行费用较高。现在有不少的水冷式集中空调系统, 用户的计费很多是将系统的总运行费平摊到用户身上, 这种计费方法没有考虑用户在使用空调上的差异, 使得在负担空调系统的费用上很不公平。如果公平计费, 须安装计量装置。如果定流量系统还应该分时计费, 因为定流量系统在低负荷阶段效率低、能耗高, 冷冻机在低负荷阶段也是效率低, 因此低负荷阶段的用户应交较高费用才公平。这样就造成系统投资的进一步加大。调查结果显示山东某地的一栋住宅,集中空调收费最低按20元m2收取, 这样60 m2空调面积的住宅每年要花费1200元用于房间制冷。如果这个住宅使用家用空调器, 每年的花费不超过500元。1.4.1.2 初期投资大水冷式集中空调系统要求集中机房、设备和管道, 而这些设备和配套设施的采购和施工费用较高, 平摊到用户身上, 使得购买住宅的费用增加, 这也是水冷式集中空调难以走人家庭的一个重要因素。1.4.1.3 维护费用较高由于水冷式集中空调系统规模庞大, 设备复杂, 因此日常维护十分重要, 需要专门的技术人员来管理空调系统, 系统使用一段时间还需要更换某些设备, 这些都使得水冷式集中空调系统的维护费用较高。总之, 家用水冷式空调器具有的明显优势, 是发展环保型家庭制冷中心的首选方案, 发展的时机已经成熟。尽管家用水冷式空调目前还没有进人家庭, 随着消费市场的多样化, 环保节能型水冷式空调器必将得到迅速发展。1.5 模块式冷水机组常规的制冷剂的结构比较复杂，可靠性很低，并且运输与装卸都十分困难，麻烦，耗资较大，因为系统是一个整体，如果其中的某个部件发生故障，就会是使用效率降低，甚至是整个系统失去作用。澳大利亚的工程师Mr.RON CONRY利用模块化的设计方法，在1986年开发研制出了一种新型的冷水机组，这就是模块式冷水机组。1.5.1 初期模块式冷水机组 在模块式水冷机组发明的初期，主要用到的设备是压缩机、热交换器和水过滤器。1.5.1.1 压缩机初期模块式冷水机组使用的压缩机有涡旋压缩机和螺杆式压缩机，其中涡旋压缩机为全封闭压缩机。全封闭涡旋式制冷压缩机马达密封与机体内部，吸入的冷媒均匀的流过马达，对马达进行充分的冷却，确保马达在最佳的环境和温度下工作。涡旋式压缩机内的动涡旋盘与静涡旋盘做圆周啮合运动，纯旋转运动使压缩机的工作平稳、安静。涡旋式压缩机通过集合结构控制压缩机的吸气和排气过程，没有吸气阀片和排气阀片，避免了阀片的损失，因此比传统的活塞式压缩机具有更高的工作效率。螺杆式压缩机使用的是40000小时长寿命的高强度轴承，通过电脑控制的压缩机均衡运行，机组使用寿命期内完全不需要更换轴承。并且与压缩机一体的高效油分离器，将98%以上的润滑油从排除的冷媒中分离出来，避免过多的润滑油进入系统，保持压缩机的润滑和机组的效率。1.5.1.2 热交换器 热交换器使用的是板式热交换器，盘管式热交换器。板式换热器对于水冷型的冷凝器和蒸发器为高效、紧凑、耐腐蚀的MTB钎焊板式热交换器。其板片由不锈钢制成，在真空炉内焊接而成，板式换热器的制造过程绝对满足制冷系统对洁净、干燥和无泄漏的要求。由人字形板片以各种相反的方向叠加组合而成的办式热交换器，其内部通道使水流形成旺盛的紊流状态，不仅提高了换热效率，而且延缓了污垢的形成，从而保持传热效率。盘管式热交换器对于风冷型机组，空气-冷媒热交换器为翅片套管式热交换器，铝箔制成的翅片，经过机械涨管，紧紧地贴合在铜管的表面，扩大了空气侧传热面积。翅片表面形状经过三维强化，提高了气流的扰动度，增强了空气的换热系数。翅片表面的亲水膜不仅保护了翅片，而且强烈的亲水性使机组热泵运行时，减小凝结水的倾角，加速凝结水的排泄，延缓水桥的形成，减小空气流动阻力。1.5.1.3 内部水过滤器在每个模块单元内部，无论是冷冻水或是冷却水的进水管上，都安装了MULTISTACK专利的可拆式内置不锈钢过滤器，可以避免外部的固体颗粒性杂质随水循环被带入热交换器，造成堵塞，保证机组安全可靠地运行。1.5.2 模块化技术的特点 模块化解决了部分负荷下效率降低的难题，模块化冷水机组根据系统需求调节投入相应水量的运行的模块单元，每个运行中的模块单元都以峰值效率运行。不仅轻松解决了在部分符合运行时制冷效率降低的问题，而且还大大提高了运行的效率。使每个模块化冷水机组都能高效运行。模块化赋予了每个模块单元无可比拟的独立性，模块化冷水机组中的每个模块单元都是独立完整的制冷系统。在电脑控制器的控制下，有序运行，当其中的一个或几个模块单元发生故障时，不会影响其他模块单元的运行。这样也方便、简化了维修。模块化冷水机组中的标准模块单元在现场完成组合，整个运输及搬运过程不需要大型的起重机器和专门的楼内通道，简化了在设计时要专门留下通道，运输后又要填埋的不便，可以轻松运送。模块化冷水机组不仅有以上的优点，它还能应用于出水温度四摄氏度至二十摄氏度或以上的低温制冷，也适用于冰蓄冷的制冰运行，或者工业生产的工艺过程控制。当模块式冷水机组用在低温制冷时，根据使用温度的不同，应当使用乙二醇或者其他凝固点较低的溶液作为载冷剂，但不能够使用盐水等对铜或不锈钢有腐蚀性的溶液，以避免损坏板式热交换器。在模块化技术的基础上，结合变水量控制技术Multistack公司发明了变水量型的模块化冷水机组专利产品，其工作原理是在每个模块单元内安装了冷水和冷却水流量控制阀，这个控制阀和模块单元的压缩机同步工作，当模块单元压缩机投入运行时，模块单元上的流量控制阀同步开启，繁殖，压缩机关闭时，流量控制阀同步关闭。因此，使冷水机组的工作流量和压缩机的制冷输出同步调节，在低负荷运行时，不仅能够节省冷水机组的运行耗电，还能够大幅度节省水泵的运行耗电。更为重要的是传统的变流量应用必须采用二次泵系统，即冷水机组侧的一次泵是定流量的，负荷侧的二次泵才是变流量的。二次泵系统由于冷水机组侧定流量运行，因此，不是一个纯粹的变水量系统，不能完全起到节省水泵电力的目的。而变水量型模块化冷水机组由于机组本身可以适应变水量运行，因此，通过一次泵就可以实现全系统的变水量工作，不仅使系统变得简单，而且能够最大幅度地节省水泵的耗电量。整个运输及搬运过程不需要大型的起重机器和专门的楼内通道，简化了在设计时要专门留下通道，运输后又要填埋的不便，可以轻松运送。1.5.3 中国早期模块式冷水机组的研究模块化冷水机组在发明初期，就在中国有了很好的发展，但由于资金等方面原因，一直没有很广泛的应用，MULTISTACK公司一直努力的开拓中国市场。在现在，在中国已经应用在了许多的工程中，虽然在初投资上会比传统的冷水机组高，但是在之后的运行中，每年的运行费用的要低很多。在北京某医院的设计中，对于传统冷水机组和模块化冷水机组的投资做了比较，虽然模块化冷水机组的初投资比传统的多了30万元（需要模块化冷水机组3台），但是每年的运行费用（如电费、管理费、维修费、设备零部件更换费用等等）少了10万元，这样三年后的投资就相同了，在之后的几十年使用中可以将少上百万元的运行费用。模块化冷水机组不仅能峰值运行，节省了电量，起到了节能的目的，而且还节省了大量的资金。1.5.4 磁悬浮模块化冷水机组1985年，MULTISTACK在澳大利亚墨尔本首创了模块化冷水机组，这一与20世纪工业设计潮流相一致的重要发明，以其所标识的节能性、可靠性和灵活性，将制冷空调技术的发展带入了一个新的方向。今天，世界许多国家和地区的用户，都能够正视感受到模块化空调技术所带来的好处，并且在中国，使用模块化冷水机组的建筑越来越多。在2004年MULTISTACK发明了磁悬浮模块化冷水机组，使制冷空调技术的发展又进入了一个新的时代。磁悬浮模块化冷水机组是超高效率型的机组。它使用的是磁悬浮无油离心式压缩机，是一个两级压缩机械循环的压缩机，在第一级压缩机腔和第二级压缩机内腔之间，具有一个中间吸气接口，它可以吸入一股中间压力的制冷剂，实现经济器循环。它以此为基础，采用了经济器制冷循环，在蒸发器和冷凝器之间安装了一个经济器，从冷凝器冷凝出来的液体冷媒分成两个回路，一个回路的冷媒通过一个膨胀阀膨胀节流后，在经济器中对另外一个回路的液体冷媒进行再冷却，提高将要进入蒸发器的这部分冷媒的过冷度，而膨胀节流的冷媒在经济器内完全蒸发后，由压缩机中间吸气口回到压缩机。经济器循环可以在几乎不增加压缩机功率的情况下，提高机组的制冷量，是机组达到更高的效率。磁悬浮冷水机组的COP能达到7.18，而传统的COP只能达到56。在最新的改造中，磁悬浮冷水机组的COP值已经达到8，这与逆卡诺循环的极限值又接近了很多，在以后的改进过程中也会有更好的发展。但是这一技术在中国发展还不是很好，由于初期投资的提高，很多公司不愿意使用模块化的冷水机组。在很长一段时间中，模块化机组的效率没有了很大的提高，这也是模块化冷水机组在中国至今没有很好的发展的一个重要原因。MULTISTACK公司在2004年发明磁悬浮压缩机并将其应用到模块化冷水机组中形成磁悬浮模块化冷水机组后，中国对于模块化冷水机组的应用还是停滞不前的，其中一个很大的原因，就是很多冷水机组的生产厂家(如：海尔)，只引进磁悬浮压缩机，而不是将模块化磁悬浮冷水机组一起使用，这样将磁悬浮压缩机与自己生产的冷水机组合并使用，不仅使冷水机组的体积并没有减小，而且根本不能很大程度的提高COP。MULTISTACK公司北京办事处的工程师说，他们现在的目标就是尽可能的做更多的项目，用实际又省钱又节能的实例来推动磁悬浮模块化冷水机组在中国的应用2 方案选择与论证2.1 制冷剂 制冷剂又称制冷工质，是制冷循环中的工作介质，制冷剂在制冷机中循环流动，通过自身热力状态的变化与外界发生能量交换，从而实现制冷的目的。简而言之，制冷剂就是制冷系统中传递能量、实现循环的工作介质。习惯上又称制冷剂为制冷工作介质或简称工质。乙醚是最早使用的制冷剂，当前，能用作制冷剂的物质有80多种，最常用的是氨、氟里昂类、水和少数碳氢化合物等。本世纪30年代氟里昂制冷剂的出现，对制冷技术产生了推动作用。由于其无毒、无味、不燃和无爆炸等优点，且腐蚀性小，热稳定性和化学稳定性好，逐步成为一种较理想的制冷剂，得到了广泛的应用。早期使用的制冷剂有乙醚、二氧化硫、氯化钾、二氧化碳等。由于其本身的缺点,现除二氧化碳还用于生产干冰等制冷系统外,其余均被淘汰。现被采用的制冷剂约有二三十种,主要有氨、氟利昂、水等。从19世纪30年代,Perkins发明了蒸汽压缩式制冷循环后,人类迎来了制冷技术的发展期,而制冷剂的发明、更新和替换始终贯穿整个过程。目前根据新时期的发展要求,制冷剂又将面临新的挑战。2.1.1 制冷剂的分类 制冷剂的分类方法有很多种，常用的方法有以下几种：按组成区分，有单一制冷剂和混合型制冷剂。单一制冷剂是指用作制冷剂的物质在化学上是单一的、纯净的物质，不包括溶液或其他混合物。包括无机化合物、卤代烃、碳氢化合物和乙醚及其氟代物等。而混合型制冷剂又可分为共沸混合制冷剂和非共沸混合制冷剂两类。按化学成分，主要有三类，无机物、氟利昂和碳氢化合物。其中本世纪30年代氟里昂制冷剂的出现，对制冷技术产生了推动作用。由于其无毒、无味、不燃和无爆炸等优点，且腐蚀性小，热稳定性和化学稳定性好，逐步成为一种较理想的制冷剂，得到了广泛的应用。但是氟里昂有其缺点，它是一种温室效应气体，而且它会一定程度的破坏大气层中的臭氧（氟氯碳化合物扩散至同温层时），被太阳的紫外线照射而分解，放出氯原子，与同温层中臭氧进行连锁反应，使臭氧层遭到破坏，危及人类健康及生态平衡。按标准沸点分，可分为高温制冷剂，中温制冷剂和低温制冷剂三类。标准沸点在以上的称为高温制冷剂，冷凝压力Pk23Kg/cm2（绝对），T0 0 如11（CFCl3），其T023.7，适用于空调系统的离心式制冷压缩机中，通常30时，Pk3.06Kg/cm2 。；标准沸点在-46以上的称为中温制冷剂，冷凝压力为Pk 20Kg/cm2（绝对），-60 T0 0。如717、12、22等， 一般用于普通单级压缩和双级压缩的活塞式制冷压缩机中；而标准沸点在-46以下的称为低温制冷剂，冷凝压力Pk20Kg/cm2（绝对），T070，如13（CF3Cl）、14（CF4）、二氧化碳、乙烷、乙烯等，这类制冷剂适用于复迭式制冷装置的低温部分或70以下的低温装置中。2.1.2 制冷剂的选择原则 选择制冷剂时主要应考虑以下几个方面2.1.2.1 热力学性质方面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它一些不良后果（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式压缩机的输气系数过低。单位制冷量q0和单位容积制冷量qv比较大。比功和单位容积压缩功小，循环效率高。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）或制冷剂在高温下分解2.1.2.2 迁移性质方面粘度、密度尽量小，这样可以减少制冷剂在系统中的流动阻力以及制冷剂的充注量。热导率大，这样可以提高热交换设备的传热系数，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 在物理性质方面的性能有无毒、不燃烧、不爆炸、使用安全。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，使用中不会变质，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。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。2.1.3 制冷剂的确定 R134a制冷剂是一种新型无公害制冷剂，属于氢氟化碳化合物。它具有与R12相似的热物理性质，标准沸点为-26.1。但臭氧消耗潜能为零，温室效应潜能在0.240.29之间。常温常压下R134a无色，有轻微醚类气体味，不容易燃，没有可测量的闪点，对皮肤眼睛无刺激，不会引起皮肤过敏，但暴露是会产生轻微毒气，工作场所应通风良好，R134a是不溶于矿物油的制冷剂，他采用脂类油、合成油或烷基苯油来满足压缩机的润滑要求。相对于R12制冷剂，R134a制冷剂无毒、不可燃，R134a制冷剂化学性质稳定、热力性非常接近R12，但材料兼容性差，与矿物油不相容、易吸水。因此本次设计选择R134a作为本次设计的制冷剂。2.2 压缩机2.2.1 压缩机的分类容积型压缩机 在容积型压缩机中，一定容积的气体先被吸入到气缸里，继而在气缸中其容积被强制缩小，压力升高，当达到一定压力时气体被强制地从气缸排出。可见，容积型压缩机的吸排气过程是间歇进行，其流动并非连续稳定的。容积型压缩机按其压缩部件的运动特点可分为两种形式：往复活塞式（简称往复式）和回转式。而后者又可根据其压缩机的结构特点分为滚动转子式（简称转子式）、滑片式、螺杆式（又称双螺杆式）、单螺杆式、涡旋式等。速度型压缩机 在速度型压缩机中，气体压力的增长是由气体的速度转化而来的，即先使吸入的气流获得一定的高度，然后再使之缓慢下来，让其动量转化为气体的压力升高，而后排出。可见，速度型压缩机中的压缩流程可以连续地进行，其流动是稳定的。在制冷和热泵系统中应用的速度型压缩机几乎都是离心式压缩机。开启式压缩机 压缩机的曲轴的功率输入端伸出压缩机机体之外，再通过传动装置与原动机相连接。在伸出部分要用轴封装置防止轴段和机体间的泄露。利用这种轴封装置的隔离作用使原动机独立于制冷剂系统之外的压缩机形式称为开启式压缩机（通常，这种压缩机的制冷量较大）。若原动机是电动机，因它与制冷剂和润滑油不接触而无需具备耐制冷剂和耐油的要求。因此，开启式压缩机可用于以氨为工质的制冷系统中。半封闭式压缩机 采用封闭式的结构，把电动机和压缩机连成一整体，装在同一机体内共用一根主轴，因而可以取消开启式压缩机中的轴封装置，避免了由此产生或多或少泄露的可能性。从中可见，电动机室内充有制冷剂和润滑油，这种与制冷剂和润滑油相接触的电动机被称为内置电动机。其端盖都是用垫片和螺栓拧牢压紧来防止泄露，因而压缩机内零部件易于拆卸修理更换。半封闭式压缩机的制冷量一般居于中等水平。全封闭式压缩机 全封闭式压缩机也像半封闭式一样，把电动机和压缩机连成一整体，共用一根主轴，它与半封闭式的差异在于，连接在一起的压缩机和电动机组安装在一个密闭的薄壁机壳中，机壳由两部分焊接而成，这样既取消了轴封装置，又大大减轻和缩小了整个压缩机的尺寸和重量，露在机壳外表的只焊有一些吸排气管、工艺管以及其它（如喷液管）必要的管道、输入电源接线柱和压缩机支架等。由于整个压缩机电动机组是装在一个不能拆开的密封机壳中，不易打开进行内部修理，因而要求这类压缩机的使用可靠性高，寿命长，对整个制冷系统的安装要求也高。2.2.2 压缩机的比较2.2.2.1 离心式压缩机离心式制冷机工作原理是靠电机运转时带动类似离心水泵的叶轮高速旋转，使低压气态制冷剂从侧面吸入口吸人，高速旋转产生的离心力作用其获得较大的动能和压能，并将吸人的低压气体靠压能作用成为高压气体，因压缩机电机转速很高，使得排气量增大。适用于大型的制冷装置。离心式压缩机在大冷量范围内（大于1500kw）仍保持优势，这主要是受益于在这个冷量范围内，它具有无可比拟的系统总效率。离心式压缩机的运动零件少而简单，且其制造精度要比螺杆式压缩机低的多，这些都带来制造费用相对低且可靠的特点。此外，大型离心式压缩机 如应用在工作压力变化范围狭小的场合中，可以避开由喘振所带来的问题，在不久的将来，总体和部分负荷将愈来愈被重视，从而要求离心式压缩机要在较宽广的应用工况中工作效率高。但是，相对来讲，离心式压缩机的发展近来有所缓慢，因为受到螺杆式压缩机和吸收式制冷机的挑战，离心式压缩机自1993年就开始根据CFCS替代的需要进行着重新的设计，以使其热力和气动力性能得到更好的改善。因而已有很多离心式压缩机的工质替代转向从HCFC22置换为HFC134方面，其制冷量范围为90至1250kw。2.2.2.2 螺杆式压缩机螺杆式压缩机制冷量一般在1001200KW，可用于大中型空调制冷设备中。为半封闭式，结构紧凑，工作性能高，制冷能力大并可进行无级调节，但润滑油系统较复杂，噪声较高。分为单，双螺杆型。随着近年来螺杆式压缩机工作可靠性的不断改进，使之在中等制冷量范围内的制冷空调应用中，尽管其价格偏高，还是得到较普遍的应用。并可望取得更广泛的推广，它已经开始取代一些较大的往复式压缩机（小至50kw，甚至更小），同时也取代了一些中等冷量的离心式压缩机(大至1500kw)它之所以能挤入原来一直由离心式压缩机主宰的领域（350至1500kw）是由于其部分负荷的良好性能， 其效率一般可高出8%至10%，并且没有离心式压缩机所特有的“喘振”问题，跟往复式相比，其装配零件少，还有尺寸小，重量轻和易于维修保养等优点。2.2.2.3 涡旋式压缩机涡旋式制冷压缩机是20世纪80年代才发展起来的一种新型容积式压缩机，它以其效率高、体积小、质量轻、噪音低、结构简单且运转平稳等特点，被广泛应用于空调和制冷机组中，涡旋式制冷压缩机的制冷量一般在8150KW，可用于各种空调制冷设备中。2.2.2.4 滚动转子式压缩机这类压缩机如今广泛应用于家用电冰箱和空调器中，它从结构上看主要是不需要用吸气阀而显得可靠性更高。同样的原因亦使它用于变速运行，在家用空调中其变速比可达10/1（从10至15HZ到100至150JZ），机器的零部件少，尺寸紧凑、重量轻也是它的明显优点单缸的转子式压缩机在很低的转速不均匀的度会增大，因而开发了双缸机来克服这个缺点。转子式压缩机的研究集中在降低能耗，采用替代工质（如HFC134a）采用新的润滑油，电动机变速控制和降低噪音等方面，其性能系数可达2.9w/w（制冷）和3.4w/w（制热）。本次设计的制冷机组的制冷量为120KW，分为两个模块，制冷量相对来说不大。从上面的分析中可以知道，涡旋压缩机的性能最好，其次是滚动转子式，再次是往复式，虽然涡旋压缩机的成本价格相比另外几个相对较高，但是随着压缩机技术的发展，涡旋式压缩机有成为首选的趋势。本次设计选择涡旋式压缩机作为本次设计的压缩机。2.3 冷凝器2.3.1 冷凝器的分类2.3.1.1 水冷式冷凝器水冷式冷凝器是靠水的温升带走冷凝热量。冷却水一般循环使用，但系统中需设有冷却塔或凉水池。水冷却式冷凝器按其不同的结构型式又可分为立式壳管式、卧式壳管式和套管式等多种。冷却水可用天然水、自来水或者用经冷却水塔冷却后的循环水。使用天然水冷却水时容易使冷凝器结垢，影响传热效果，因此必须经常清洗。耗水量不大的小型装置可以用自来水冷却。大、中型水冷式冷凝器循环水冷却，以减少水耗。在现代城市中，由于生产发展、人口集中，水的消耗量很大，节约用水的问题应特别重视。（1）壳管式冷凝器壳管式冷凝器分为立式和卧式两大类。卧式壳管式冷凝器的基本结构形式与壳管式蒸发器十分相似，也是由筒形外壳、管板、管束和端盖组成。制冷剂蒸汽在管外凝结，凝液从筒底流出，冷却水在管内多次往返流动。在正常情况下，筒下部只有少量液体，但也有一些小型冷凝器的筒体下部不装管束，筒底部用以储存凝结的液体，使设备简化。有时筒下部设有集液包，制冷剂液体由此排出，并用以集存润滑油及机械杂质。立式壳管式冷凝器用于大、中型氨制冷装置，筒体直立地安装在储水池上。冷却水从顶部的分水箱进入管道后，沿壁面呈膜状向下流动，流下的水集中下面的水池中。制冷剂蒸汽从筒体上部进入，放出热量后在管外凝结成液体，由底部排出。立式壳管式冷凝器可以露天安装，节省机房面积；也可以装在冷却塔下面，简化冷却水系统。与卧式壳管式冷凝器相比，立式壳管式冷凝器可以使用水质较差的水，因为它可以在运转时进行清洗。但由于冷却水不能始终沿管壁流动，且上部管壁的凝结液覆盖下部管壁，因此传热系数低于卧式壳管式。（2）套管式冷凝器套管式冷凝器由两根或几根大小不同的管子组成。大管子内套小管子，小管子可以是一根，也可以有数根，套管可以绕成螺旋型或弯成蛇管型，制冷剂蒸汽从上部进入，凝结液从下部流出。冷却水从下部进入内管，吸热后从上部流出，制冷剂与冷却水之间为逆流换热。在套管式冷凝器中，制冷剂同时受到冷水及管外空气的冷却，因而它的传热效果好，但金属的消耗较大。套管式冷凝器用于氟利昂机组时，内管常用滚压肋片管，这种结构常在水冷却式空调柜中应用。氨制冷机中套管式热交换器主要用作过冷器。（3）壳-盘管式冷凝器它由一根或几根盘管装在一个壳体内构成。冷凝器管内通水，管外是制冷剂。制冷剂蒸汽从顶部进入壳体后在管外冷却并冷凝，冷凝液汇集在壳体底部后引出。用壳-盘管式冷凝器时，不可以在系统中充灌过多的制冷剂，否则太多的制冷剂会减少有效传热面积。壳盘管式冷凝器结构简单，适用于小型制冷装置，主要用在氟里昂制冷系统中，因为氟里昂系统中盘管的材料为铜，容易加工。但壳-盘管式冷凝器无法机械清洗，应当使用符合水质要求的水，并定期进行化学清洗。（4）螺旋板式冷凝器螺旋板式冷凝器由两个螺旋体加上顶盖和接管构成。两个螺旋体形成螺旋形通道。两种介质在螺旋形通道内逆向流动，一种介质由螺旋中心流入，从周边流出；另一种介质由周边流入，从中心流出。螺旋板式冷凝器周边处的管接头应切向连接。为了增强螺旋板的刚度，在通道内每隔一定的距离便设有支撑。当冷凝器承受的压力较高时，应在其外围焊加强筋。与壳管式冷凝器比较，螺旋板式冷凝器不但体积小、重量轻，而且传热系数也高。根据试验，当工作条件及介质流速相同时，新的氨螺旋板式冷凝器的传热系数比壳管式冷凝器高50%左右。使用几年后还可稳定在。这种冷凝器的主要缺点是不适用于高压。此外，它的内部不易清洗和检修，只能用软水或低硬度的水。2.3.1.2 蒸发式冷凝器蒸发式以水和空气作为冷却介质，利用水蒸发时吸收热量使管内制冷剂蒸汽凝结。蒸发式冷凝器的换热主要是靠冷却水在空气中蒸发吸收气化潜热而进行的。按空气流动方式可分为吸入式和压送式。蒸发式冷凝器由冷却管组、给水设备、通风机、挡水板和箱体等部分组成。冷却管组为无缝钢管弯制成的蛇形盘管组，装在薄钢板制成的长方形箱体内。箱体的两侧或顶部设有通风机，箱体底部兼作冷却水循环水池。本次设计的热泵空调器的冷凝器应选用空气强制流动的空冷冷凝器。2.3.1.3 空气冷却式冷凝器空冷式用空气作为介质吸收制冷剂蒸汽放出的热量，分为空气自由流动和空气强制流动两种，而空气强制流动适用于小、中型氟利昂制冷装置，具有结构紧凑、换热效果好、制造简单等优点。在国外，由于城市缺水，空气冷却式冷凝器也有用于制冷量达360KW的固定式制冷机的。迄今空气冷却式冷凝器仅用于氟里昂制冷机。空气冷却式冷凝器多为蛇管式结构。制冷剂在管内冷凝，空气在管外流动。制冷剂放出的热量被空气带走。根据空气的流动情况还可分为自然对流冷却和强制对流冷却两种。 本次设计的是水冷冷水机组，比较几种水冷式冷凝器，卧式壳管式冷凝器对水质要求不高，设备简化，因此选用卧式壳管式冷凝器。2.4 蒸发器2.4.1 蒸发器分类及选择根据被冷却介质的种类不同，蒸发器可分为冷却液体载冷剂的蒸发器与冷却空气的蒸发器两大类。第一种用于冷却液体载冷剂水、盐水或乙二醇水溶液等。这类蒸发器常用的有卧式蒸发器、立管式蒸发器和螺旋管式蒸发器等。第二种蒸发器有冷却排管和冷风机。本次设计水冷冷水机组，重点介绍冷却液体载冷剂的蒸发器，卧式蒸发器又称为卧式壳管式蒸发器。其与卧式壳管式冷凝器的结构基本相似。按供液方式可分为壳管式蒸发器和干式蒸发器两种。卧式壳管式蒸发器载冷剂以12m/s的速度在管内流动，管外的管束间大部分充满制冷剂体，二者通过管壁进行充分的热交换。吸热蒸发的制冷剂蒸汽，经蒸发器上部的液体分离器，进入压缩机。为了保证制冷系统正常运行，这种蒸发器中制冷剂的充满高度应适中。液面过高可能使回气中夹带液体而造成压缩机发生液击；反之，液面过低会使得部分蒸发管