毕业设计（论文）-60kw模块式水冷冷水机组设计.doc

郑州轻工业学院本科毕业设计（论文）全套图纸加扣3012250582 题 目 60kw模块式水冷冷水机组 学生姓名 专业班级 热能与动力工程10-02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20日 郑州轻工业学院毕业设计（论文）任务书题目 60KW模块式水冷冷水机组设计 专业 热能 学号 10-2-52 姓名 一、原始资料及技术条件1. 制冷量： 60kw2. 制冷量输出方式： 输出冷媒水冷媒水出口温度： 7 冷媒水进口温度： 123 冷凝器冷却方式： 水冷冷却水进口温度： 30冷却水出口温度： 354. 控温精度： 25. 气候环境类型： 空气干球温度32、空气湿球温度27.86. 使用环境温度： 0387. 使用环境相对湿度： 858. 电源： 380V 50Hz9. 制冷剂： 自选二、主要内容1. 设计计算：几何参数计算、隔热计算、冷负荷计算、循环热力计算、压缩机选择计算及说明、冷凝器设计计算、蒸发器设计计算、辅助设备选择计算、节流机构选择计算及说明。2. 零部件选择：温度控制仪选择、压力控制器选择、其他零部件选择。3. 设计图样：总装图、主要零部件图、系统流程图、电控原理图。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. 设计计算至少有两部分为上机计算。6. 规范绘制图样，上机绘图不少于二张装配图、一张零件图。7. 英中文对照摘要，中文不少于500 字。8. 按统一格式编制设计说明书，不少于 32000字。9. 有全部设计的纸介质文档和电子文档。四、主要参考资料1 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，20042 时阳主编.制冷技术M北京：中国轻工业出版社，2007.93 张祉祐，石秉三主编制冷及低温技术M北京：机械工业出版社，19824 张祉祐主编制冷原理与设备M北京：机械工业出版社，19875 吴业正，韩宝琦制冷原理及设备(第2版) M西安：西安交通大学出版社，19976 郑贤德主编制冷原理与装置M北京：机械工业出版社，20017 陈光明主编制冷与低温原理M北京：机械工业出版社，20008 王如竹等编制冷原理与技术M北京：科学出版社，20039 齐铭主编. 制冷附件M北京：航空工业出版社，199210 陈芝久主编. 制冷装置自动化M北京：机械工业出版社，200311 徐德胜主编. 制冷与空调M上海：上海交通大学出版社，199112 时 阳主编小型制冷与空调作业M北京：气象出版社，200213 缪道平主编制冷压缩机M北京：机械工业出版社，200114 李连生主编. 涡旋压缩机M北京:机械工业出版社，199815 史美中 王中铮主编. 热交换器原理与设计 第二版M南京：东南大学出版社，199616 吴业正，李红旗，张华主编. 制冷压缩机M.北京：机械工业出版社，2010-11.17 冯开平，左宗义主编. 画法几何与机械制图 第二版M.广州：华南理工大学出版社，2007-0718 曹德胜主编.制冷剂手册M.北京：治金工业出版社，2003-0519 邬志敏主编. 制冷机工艺M上海：上海科学技术出版社，1989-09.20 张小松,王铁军,金苏敏主编.制冷装备与装置设计M.重庆：重庆大学出版社，2008-421 胡桂香，模块式水冷冷水机组的特点分析及其应用J.暖通空调, 2006,第B11期22 中国制冷学会.J慧聪暖通空调制冷网简报202期2011-12-19 全球冷水机组和空调市场23 张秀平，田旭东，钟根仔，姚宏雷.水冷冷水机组能效特性变化规律的研究J制冷空调,2008,第10期24 施敏琪，李元旦,张彦.水冷冷水机组冷却温度优化控制的探讨J建筑科学,2004,第s1期25 孙方田，马一太，安青松，姜云涛，王洪利.水冷式冷水机组的能效现状J暖通空调,2007,第4期26 律宝莹，石富金，耿凤彦，程保才. 不同因素对于风冷和水冷冷水机组经济性能的影响 J河北建筑工程学院学报,2003,第4期27 黄进青. 模块式冷水机组,国外技术介绍28 捷丰冷冻器材有限公司.广州510060 ,模块化中央空调冷水机组29 胜利2007麦克维尔2007年度新产品推广会拉开序幕J 暖通空调,2007,第B05期30 无缝钢管尺寸、外形、重量GB/T17395-2008.31 平面和突面板式平焊钢制管法兰GB/T9119.32 HE Yijian, HONG Ronghua & CHEN Guangming.Heat driven refrigeration cycle at low temperaturesJ .Chinese Science Bulletin,2005,50(5):485-489.33 Air-conditioning and Refrigeration Institute.REFRIGERATION AND AIR- CONDITIONING(Second Edition) M.Printed in the United States of America,1987完 成 期 限： 2014年5月25日指导教师签章： 专业负责人签章： 60kW模块式水冷冷水机组目 录中文摘要 I英文摘要II1 绪论11.1 引言11.2 模块式水冷冷水机组的概况11.3 模块式水冷冷水机组的前景21.4 模块式水冷冷水机组国内外研究的状况21.5 模块式水冷冷水机组的工作原理31.6 模块式水冷冷水机组的特点31.7 模块式水冷冷水机组的发展的方向41.8 模块式水冷冷水机组存在问题52 方案论证62.1 流程选择62.2 冷凝器介绍与类型选择62.2.1 水冷冷凝器72.3 蒸发器的选择92.3.1 满液式蒸发器92.3.2 干式蒸发器102.3.3 板式蒸发器112.4 制冷剂112.4.1 制冷剂的选择原则112.4.2 制冷剂介绍与选择122.5 节流装置的选择142.5.1 节流机构概述142.5.2节流装置的分类152.6 压缩机的选择182.6.1 压缩机的概述182.6.2 压缩机的分类192.6.3 制冷压缩机选性原则193 制冷剂的热力计算203.1 原始资料及技术条件203.2 蒸发器温度的确定203.3 冷凝温度的确定213.4 制冷剂流量的确定213.5 制冷循环热力计算224 压缩机234.1 压缩机的选择234.1.1 制冷压缩机选性原则234.1.2 初选压缩机234.2 制冷压缩机性能换算244.2.1 制冷工况下理论循环的性能指标计算244.3 压缩机的选型计算264.4 压缩机的校核275 壳管式水冷冷凝器的设计计算295.1 冷凝热负荷的确定295.2 结构的初步规划305.2.1 结构型式305.2.2 污垢系数的选择305.2.3 冷却水的流速305.2.5 冷冻水流量315.2.6 估算传热管总长315.2.7 确定每流程管数Z，有效单管长l及流程数N325.2.8 传热管的布置排列33 5.3 热力计算345.3.1 水侧表面传热系数345.3.2 氟利昂侧冷凝表面传热系数345.3.3 实际所需热流密度计算34 5.3.4 实际所需换热面积35 5.4 阻力计算36 5.4.1 冷冻水流动阻力计算365.5 结构设计计算365.5.1 筒体365.5.2 管板375.5.3 法兰375.5.4 端盖385.5.5分程隔板385.5.6支撑板与拉杆385.5.7封头和支座395.5.8垫片的选取395.5.9螺栓的选取395.6 连接管的确定395.6.1 冷却水进出口连接管395.6.2 制冷剂连接管406 干式蒸发器的设计计算406.1 制冷剂流量的确定406.2 初步结构设计416.2.1传热管的选择416.2.2 管内R134a的表面传热系数426.2.3 水侧表面传热系数的计算436.2.4传热系数的计算456.2.5管内流动阻力和平均传热温差的计算466.2.6 面积热流量qf0及传热面积A0的计算466.2.7 冷水侧流动阻力计算476.3 连接管的确定486.3.1 冷冻水进出口连接管486.3.2 制冷剂连接管487 节流装置的选择497.1热力膨胀阀的选型497.2 热力膨胀阀的性能换算497.3 热力膨胀阀的选型计算507.3.1 热力膨胀阀名义工况下的热力学计算507.3.2 热力膨胀阀节流前后的压力计算517.3.3 热力膨胀阀选型计算537.4 热力膨胀阀的使用558 辅助部件的选择558.1 油分离器558.2 干燥过滤器选型568.3 气液分离器578.4 视液镜588.5 电磁阀598.7 压力控制器618.8 水泵629 自动控制系统629.1 蒸发器的自动控制629.2 冷凝器的自动控制639.3 制冷装置的自动控制649.3.1 排气与吸气压力自动保护649.3.2 断水自动保护649.3.3 冷冻水防冻自动保护65结束语66致谢67参考文献68 60kW模块式水冷冷水机组 摘 要本论文设计的是制冷量为60kW的模块式水冷冷水机组。制冷系统四大部件分别选用了全封闭式柔性涡旋压缩机、卧式壳管式水冷冷凝器、干式蒸发器、以及热力膨胀阀。其中制冷剂为R134a，系统制冷量为60kW，冷凝温度40，冷却水进口温度30，出口温度35，过冷度5，蒸发温度2，过热度5，冷冻水进口温度12，出口温度7。本文首先介绍了模块式水冷式冷水机组的发展状况、存在问题和解决方法。接着介绍了如何确定主要设计参数。本论文的重要部分是卧式壳管式水冷冷凝器和干式蒸发器的设计计算，它阐述如何确定制冷剂流量和载冷剂流量、传热管数、传热系数。另外，完成了冷却水流动阻力计算、总体结构的设计计算。除此以外，还完成了压缩机的选型、热力分析、热力膨胀阀的选型以及热力分析和辅助设备的选型。最后，利用计算机完成换热器图纸的绘制。关键词 冷水机组/卧式壳管式水冷冷凝器/干式蒸发器/辅助设备 60KW MODULE TYPE WATER-COOLED WATER CHILLER ABSTRACT This paper is designed cooling capacity of 60kw modular water-cooled chillers. Four components were selected to the refrigeration system fully enclosed flexible scroll , horizontal shell and tube water-cooled condenser, dry evaporator and thermostatic expansion valve. Which refrigerant R134a, the system cooling capacity of 60KW, condensing temperature 40 , cooling water inlet temperature 30 , outlet temperature of 35 , the degree of supercooling 5 , evaporation temperature 2 , the superheat 5 . This paper describes the development of a modular water-cooled chillers, problems and solutions exist. Then describes how to determine the main design parameters.Important part of this paper is horizontal shell and tube water-cooled condenser and evaporator design calculations dry, it describes how to determine the flow of refrigerant and refrigerant flow carrier, the number of heat transfer tubes, the heat transfer coefficient. In addition, the completion of the cooling water flow resistance calculations, the overall structure of the design calculations. In addition, also completed the selection of the compressor, thermal analysis, thermal expansion valve selection and selection of thermal analysis and auxiliary equipment. Finally, the use of a computer to complete the drawing heat exchanger drawings.KEYWORDS chillers, horizontal shell and tube water-cooled condenser, dry-type evaporator, auxiliary equipment.III1 绪论1.1 引言随着社会的不断发展，我国经济将继续保持平稳较快的增长态势，然而能源的相对短缺已越来越成为制约我国经济持续健康发展的瓶颈，这一矛盾在今后相当长的时期内将长期存在，并且有愈加明显的趋势，同时，经济的高速发展也是以牺牲环境为代价的，如今人们赖以生存的环境已不堪重负。为此，国家确立了“节约与开发并重，节约优先”的能源方针，并提出“科学发展观”，“构建社会主义和谐社会”的全新发展理念。在生活水平不断提高和生产条件日益改善的今天，人们对生产生活环境也提出了更加严格的要求，为了满足工作的需要以及生活的享受，近年来，冷水机组发展迅速，产品越来越多，型号越来越复杂，能效比越来越高，机组的技术含量也不断提高。但伴随的却是巨大的能源消耗。因此，节能降耗理应成为全社会共同的责任，更是摆在每一家空调制造企业面前重大的课题。1.2 模块式水冷冷水机组的概况模块化水冷冷水机组( 以下简称模块化机组) 由若干台模块化冷水机组单元并联组合而成， 每个模块内包含有两个完全独立的制冷系统，各模块单 元相互独立，互为备用，由电脑监控系统统一控制 各模块的运行，按负荷大小、工作状况自动启停各个单元，各个模块共用一套水系统。自年世界上第一台模块化冷水机组在捷丰集团的澳大利亚工厂发明问世以来， 由于其对传统制冷机组的革 新和提高， 给制冷空调的技术发展带来了深刻影 响， 模块化空调机组在世界各地得到了迅速普及，模块化冷水机组近年来也得到了较广泛的应用，许多工程将其作为集中冷源， 采用了多个模块组合，制冷量可高达近。模块化机组的出现解 决了不少传统冷水机组无法避免的问题， 但也存在一些认识误区，本文以捷丰牌模块化机组 为例，通过与其他类型机组比较， 提出了其在工程中的使用场合。121.3 模块式水冷冷水机组的前景根据保护臭氧层的蒙特利尔公约和哥本哈根会议决议，传统电力空调制冷冷媒CFC11和CFC12已从1996年起禁用，HCFC22将在2020年，HCFC123将在2030年被淘汰。所以多种冷却源机组都将有一定的市场空间。电动压缩式制冷机组根据其冷却介质又可分为风冷式和水冷式。水冷式中根据冷却水不同分为城市给水、地下水、地表水(如河水、海水等)。目前应用得最为广泛的是水冷式制冷机组，水冷式制冷机组有冷却塔、冷却水泵等辅助设备如果没有变频装置，在部分负荷下，冷却塔风机和冷却水泵的耗能是基本不变的，使得冷水机组在部分负荷下的综合能效比较低。2近年也有许多地源冷却的工程投入应用，同时，随着区域供冷公司的增加，这些公司可能临河或湖而建，充分利用这些地表水进行冷却。因此，我国地域辽阔，各地淡水资源条件不同，不同的冷却源类型机组都将有一定的市场空间。尤其是模块式水冷冷水机组。目前，模块式水冷冷水机组被广泛应用于空调、冷冻、化工、水利等各个工业领域，是制冷领域的最佳机型。1.4 模块式水冷冷水机组国内外研究的状况在国内，合肥通用机械研究院的张秀平、田旭东、钟根仔和上海富田空调冷冻设备有限公司姚宏雷等人，从实验的角度,分析了水冷冷水机组的能效比在不同工作条件下的变化规律,为降低空调系统的运行能耗和探讨改善水冷冷水机组产品性能的方法提供依据和方向3 特灵中国的施敏琪，李元旦和上海核工程设计研究院张彦对水冷冷水机组冷却温度优化控制的探讨，分析了冷却水温度对于冷水机组和冷却塔的综合能耗的影响，探讨了冷却水温度优化控制对于制冷机组节能的意义。并对如何实施冷却水温度控制、以及冷却塔风扇的顺序控制等控制实施方法进行了介绍4。天津大学的孙方田、马一太、安青松、姜云涛、王洪利等人；研究了能效比与制冷量的关系,指出能效标准中两者应为线性函数关系。分析了水冷式冷水机组的能效现状,认为现行能效标准有不合理之处 5。天津商学院的律宝莹石富金耿凤彦和中建三局一公司程保才一起对风冷与水冷冷水机组的技术经济分析与比较，研究了不同因素对于风冷和水冷冷水机组经济性能的影响,并希望以此作为选择合适冷水机组的考虑因素 6。黄进青介绍了模块式冷水机组,并从制冷系统负荷曲线的变化等角度，讨论了运行过程的节能可题。本文认为对于大冷量且负荷大幅度波动的。制冷系统,由常规大型机组与模块式机组联合运行具有最佳的经济性,可以充分发挥前者满负荷运行时效率高与后者对负荷变化适应能力强的长处,不仅能使制冷系统具有最高的效率,而且将使常规大型机组的结构简化7 1.5 模块式水冷冷水机组的工作原理制冷系统的基本原理;液体制冷剂在蒸发器中吸收被冷却的物体热量之后，气化成低温低压的蒸汽、被压缩机吸入、压缩成高压高温的蒸汽后排入冷凝器、在冷凝器中向冷却介质放热，冷凝成高压液体、经节流阀节流为低压低温的制冷剂、再次进入蒸发器吸热汽化，达到循环制冷的目的。这样，制冷剂在系统中经过蒸发、压缩、冷凝、节流四个基本的过程完成一次制冷循环。1.6 模块式水冷冷水机组的特点1. 无可比拟的可靠性在模块化机组中,模块单元以步进方式达到空调所需的容量,这本身就使机组具有备用能力。使用模块化机组可大大减少设备发生重大故障的可能性。如果一台大型离心式压缩机发生故障,整个系统就失效。而使用模块化机组时,是用多台独立的制冷系统来满足与单台离心机组相同容量的制冷负荷的。假如其中一个系统发生故障,仍有很多个制冷系统可作备用。模块化机组提供了最大的备用能力,使制冷系统可靠地运。2. 以最高效率经济运行按建筑冷负荷不同,电脑自动地调整运行的压缩机台数,使输出的冷量与需求冷量作最佳匹配。这样不论负荷为多大(即使是在低负荷下),每个模块单元总是以其设计的最高效率运行,则整个模块机组也就总是以最节能的效率来运行。据有关资料显示)模块化机组与常规机组相比年运行费用可节约22一26%。3. 节约建筑空间由于采用紧凑和组合单元的设计,安装模块化机组需要机房的空间大约是常规冷水机组的40%,而且不需要管道及蒸发器、冷凝器的拆卸空间。也可安装在任何无其他用途的狭小空间而不设专机房。模块化机组与常规机组相比可节约占地面积50%。4. 重量轻、尺寸小模块机组的重量约为其他同容最冷水机组的1/3,其尺寸之小可以用小车推着穿过门和走廊,也可用窄的电梯运送至高层,不定用吊车, 这样就节省了起吊机械设备和运输机械。5. 灵活组合因为模块机组为单元化设计,可以通过不同单元数的组合而组成多种单机组或多机组的系统。若要增加容量,可以再多加几个模块或选择适当个模块单元组成机组,接人已有的控制系统和冷水管道系统即可投入使用。另外,模块机组与常规机组还可相结合运行。模块机用部分负荷时运行,常规机组在满负荷下运行,常规机组运行时间可减少50%或更多。这样,模块化机组不仅可延长常规型机组的工作寿命,还可在低负荷下高效率运行,使得总能量费用降低。常规机组也可以并入模块机电脑统一控制。6. 适宜于改建由于安装方便,在建筑改建或增建的情况下,模块化冷水机组是十分理想的机组。如原有建筑物无空调需增设空调时,使用模块机组最简单、最经济。只要找一个空地安装模块机即可实现。可大大减少投资费用,包括节省的土建费、运行费和维修费。7. 安装要求低安装模块机不一定必须有专用机房,一组组的模块可以安装在走廊上或放于露天,例如安装在屋顶上或走廊端头等。8. 震动小、噪音低模块化机组设计精良,并采取大幅度衰减噪声的措施和使用隔震装置,使机组震动很小。保养和维修费用低电脑自动轮换启停每台压缩机,保证了每个单元的使用时间大致相同,延长了机组的使用寿命,降低了费用,比一般常规机组可减少保养和大修费用达60%以上。由于模块化设计使本身就具有备用能力,所以可在不停机不影响整个制冷系统的正常工作情况下进行维修8。1.7 模块式水冷冷水机组的发展的方向1. 智能化控制技术机组监控更智能 业内首家推出132台的模块机组集中控制系统，智能实现压缩机平均寿命，提高机组的整体寿命，动态监控机组的运行，确保机组的每一部件安全运转，当机器出现故障时，控制器迅速准确显示故障所在地，协助快速排除故障；机组自带冷冻水泵、冷却水泵及冷却水塔智能控制信号输出，并可设为自动运行模式，更可以一个星期为周期，每天自动运行中央空调系统，实现无人监管功能。92. 新型的热交换装置大冷量冷水模块机组换热器大冷量冷水模块机组换热器包括外管 内管 内管由若干束多头螺旋管束组成，若干束多头螺旋管一端汇集在一起与冷媒出口相接，外管两端开设有进出口。103. 可直接并联安装的模块式水冷冷水机组可以简化多模块式机组并联连接时简化外部水路安装，对机组的使用不产生任何影响。114. 种新型的模块式水冷冷水机组该模块式水冷冷水机组包括底盘，以及设置在底盘上的箱体，涡旋式压缩机 干式蒸发器 壳管式冷凝器 压力表 制冷附件以及连接管路：所述压力表集中设置在一压力表箱上，所述壳管式冷凝器上设置有橡胶软接头，所述连接管路包括排气管和进气管呈对称的双S型设置。121.8 模块式水冷冷水机组存在问题（1）由于冷却塔由于蒸发、风吹和排污损失，需要进行补水水量约为流量的。一台冷量的离心机组冷却水量约为，则补水量即为。我国淡水资源总量居世界各大国的中游，但由于人口众多，人均水资源量居大国的末位。我国的特大城市(也是中央空调应用最多的城市)北京、天津和上海，人均水资源均低于世界资源研究所(WRI)规定的每人每年拥有可重复使用淡水总量的临界标准。其中天津为，居全国倒数第二位，上海为，居全国倒数第3位，北京为，居全国倒数第7位。因此，水冷制冷机除消耗能源之外，也是耗水大户。加之我国水污染严重，城市供水的水处理成本逐年提高。从节水的角度，反倒是应提倡用风冷机。我国香港特别行政区由于水资源严重匮乏，完全依靠内地水库供应淡水，因而当地禁止使用淡水水冷机组，个别大型建筑由于空调冷量特别大而采用初投资很大的海水冷却。（2）模块式水冷冷水机组价格比较昂贵（3）模块式水冷冷水机组的模块片数一般不宜超过8片（4）现在存在的主要问题是国家的重视程度不够，所以导致企业对这项产品的投资兴趣不大。这也会带来一系列问题，例如：企业研发不积极等（5）资料偏少，对其研究的专家不多。成果较少，在中国期刊网上查阅相关资料，平均一年不到10篇的文献，而且质量不是很高。2 方案论证2.1 流程选择压缩式蒸气制冷循环是目前应用最广泛的一种制冷方式。这类制冷机设备比较紧凑，可以制成大、中、小型，以适应不同场合的需要，能达到的制冷温度范围比较宽广，而在普通制冷温度范围内具有较高的循环效率。吸收式制冷循环的制冷机的工质通常是采用两种不同沸点的物质组成的二元溶液，通常的工质对有溴化锂水溶液和氨水溶液；而气体涡流制冷是要借助涡流管得作用使高速气流产生旋涡分离出冷、热两股气流，从而利用冷气流获得制冷量的方法；热电制冷器是一种不用制冷剂、没有运动件的电器。所以，空调冷水机组的流程应选用压缩式蒸气制冷循环。流流程设计 2.2 冷凝器介绍与类型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）将制冷压缩机排出的高压过热制冷剂蒸汽冷却、冷凝成为饱和液体，甚至过冷液体。在大型制冷机中，有的设置专用过冷器与冷凝器配合使用，使制冷剂液体过冷，以增大制冷机的制冷量，提高其经济性。冷凝器是用于为制冷系统排出显热和潜热。排出的热量包括蒸发器吸收的热量，压缩机压缩过程中排出的压缩热或机械摩擦的热量以及进入压缩机前吸气管上因过热所吸收的热量。制冷剂在冷凝器中会有三个重要的传热过程：1来自压缩机的高温蒸汽，其温度从排气温度逐渐降低至冷凝温度。这是一个显热传热过程。2制冷剂从蒸汽冷凝成液态制冷剂是一个潜热传热过程。3液态制冷剂温度还可以低于冷凝我温度，即过冷。通常这种情况是一个显热传热过。冷凝器按冷却介质和冷却方式可分为水冷式冷凝器，空冷式冷凝器和蒸发式冷凝器。2.2.1 水冷冷凝器 1. 水冷冷凝器冷却性能由环境湿球温度来决定，环境湿球温度越高，那么冷凝温度也越高。一般地，采用水冷冷凝器，冷凝温度比环境湿球温度高57左右。温度极限不高于55，不低于20。通常情况下，环境湿球温度超过42的地区都不建议采用水冷冷凝器。所以是否可选择水冷冷凝器，首先要确认环境湿球温度。一般设计水冷制冰机时，必须要求知道当地全年最高的环境湿球温度。同时当环境温度超过50 时，也不能用水冷冷凝器，冷却塔容易会被高温晒坏。冷却塔必须在有遮阳保护的情况下使用。工作原理：高温高压的制冷剂气体由冷凝器上方的进气口进入冷凝器的壳程内，冷却水泵将冷却水由冷却塔的蓄水槽内抽出，经冷凝器右侧下方的进水口进入冷凝器的管程内，与冷凝器铜管外的制冷剂进行热交换，温度升高，从冷凝器右侧上方的出水口出来，经过出水管后，进入冷却塔的进水管处，再由洒水管的出水口，均匀的洒在填料上，通过风扇吸风与填料中的水热交换，使水温降低，被冷却的水储存在蓄水槽内，待重复利用。高温高压的制冷剂气体在冷凝器壳程内，与管程内流动的冷却水热交换，温度降低，冷凝成液体。制冷机组的排热先与水进行热交换（冷凝内发生的热交换），水再与空气进行热交换（冷却塔内发生的热交换）。这种形式的冷凝器是用水作为冷却介质带走制冷剂冷凝时放出的热量。冷却水可以一次性使用，也可以循环使用。用循环水时，必须配有冷却塔或冷水池，保证水不断得到冷却。水冷式冷凝器主要有壳管式和套管式两种结构。(1) 壳管式冷凝器 壳管式又可以分为立式壳管式和卧式壳管式两种。采用哪一种类型与制冷机使用的制冷剂有关。一般立式壳管式冷凝器适用于大型氨制冷装置，而卧式壳管式冷凝器则普遍使用大、中型氨或氟利昂制冷装置中。其壳内管外为制冷剂，管内为冷却水。壳体的两端上穿有传热管。壳体一般由钢板卷制焊接而成。管板与传热管的国定方式可采用胀接法和焊接法，一般胀接法更便于修理和更换传热管。1）卧式壳管式冷凝器 除了上述壳管式冷凝器的一般结构特点外，卧式壳管式冷凝器在管板外侧设有左右端盖，端盖的内侧具有满足水流程需要的隔腔，保证冷却水在管程中往还流动，经过若干流程后由同侧端盖的上部流出，冷却水从一个端头向另一个端头流一次称为一个流程。采用多流程设计的主要是为了减小水的流速面积，提高冷却水流速，增强水侧换热效果。国产一般是4-10流程。流程过多，会增大水侧流动阻力，加大水泵功耗。优点：结构紧凑，占地面积小，换热管内的水流速较高，所以传热系数大；冷却水的温升较大，所以冷却水的消耗量较小。缺点：冷却水的阻力较大；清洗污垢不方便，设备要停止工作才能进行清理；冷却水水质要求较高。2） 立式壳管式冷凝器 立式壳管式冷凝器是以适合立式安装而得名。与卧式壳管式冷凝器的不同点在于它的壳体两端无端盖，制冷剂过热蒸汽由竖直壳体的上部进入壳内，在竖直管簇外冷凝成为液体，然后从壳体下部引出。壳体的上端口设有配水槽，管簇的每一根管口装有一个水分配器，冷却水通过该分配器上的斜分水槽进入管内，并沿内表面形成的液膜向下流动，以提高表面传热系数，节约冷却水循环量。冷却水由下端流出并集中到水池内，在用泵送到冷却塔降温后，可循环使用。气态制冷剂从冷凝器外壳的中上部进入冷凝器壳体和换热管之间的空间，制冷剂在换热管外冷凝后沿换热管外壁流下，冷凝液积存在冷凝器的底部，从出液管流出。换热管一般选用较小直径的无缝钢管，传热系数在。优点：可以露天安装，节省机房面积，也可以，安装在冷却塔下面，以简化冷却水系统，换热管是直管，清洗水垢比较方便，可以 在运行中清洗，对水质要求不高。缺点:冷却用水量大，单位面积冷却水量为，设备体积大，金属消耗量大，搬运安装不方便，制冷剂泄漏不易被发现。 （2）套管式冷凝器套管式冷凝器是由是不同直径的管子套在一起，并弯制成螺旋形或蛇形的一种水冷式冷凝器，目前，套管式主要用于小型的氟利昂系统中。制冷蒸汽从套管式冷凝器的上端进入，在内管的外表面冷凝成液体，液体在外管的底部沿管子的径向向下流动，从下端进入储液器。冷凝器的冷却水从套管换热器的下端进入依次向上流动，与制冷剂的流动方向相反，这样能够实现比较理想的逆流换热。优点：结构紧凑，制造简单，传热特性好。缺点：在套管长度较大时，下部管间易被液体充斥，使传热面积不能得到充分的利用，冷却水和制冷剂两侧的阻力较大；单位体积换热面积小，仅为。金属消耗较大；水垢清洗不方便，对水质要求比较高。 （3）螺旋板式冷凝器螺杆式换热器是一种效率较高的换热器。流道始于螺旋板式换热器的中心，而终于螺旋板式换热器的外缘，螺旋板的上下两端用封条旱死。冷却水从螺旋板式换热器的外缘端进入，从中央的上部流出。制冷剂蒸汽从螺旋板式冷凝器的中央隔板的另一侧上部进入，制冷剂的冷凝液集于底部流出。优点：体积小，重量轻，传热系数高，在工作条件相同的情况下，螺旋板式冷凝器的传热系数可管壳式冷凝器提高50%左右。缺点：承受压力有限，制造较复杂，冷却水的阻力较大而且内部不易清洗，对冷却水的水质要求较高。 （4）板式冷凝器板式冷凝器的传热元件是冲压成型的薄金属板片，板片上冲有波纹以强化传热，很多换热薄片叠放在一起旱死，换热板与换热板之间的周边放入一定形状的密封圈，使换热板之间保持一定距离，构成制冷剂和冷却水的流道。流体在换热板之间的流程可以按具体情况进行并联、串联和混联，在制冷装置中多用并联形式。板式冷凝器的传热系数为2000-3000。具有结构紧凑、体积小、耗材少等优点。但是承受压力受一定的限制，冷却水的阻力较大，清洗不方便，对冷却水水质要求较高。2.3 蒸发器的选择蒸发器是制冷装置产生和输出冷量的重要部件，位于制冷系统节流阀和压缩机的吸气管之间。制冷剂液体在蒸发器的换热管内流动，并在低温下变为蒸汽，制冷剂在蒸发的过程中吸收被冷却物体或介质的热量。按被冷却的介质蒸发器可分为冷却液体载冷剂蒸发器和冷却空气的蒸发器。根据供液方式的不同，有满液式、干式、循环式和喷淋式等。2.3.1 满液式蒸发器 满液式蒸发器 满液式蒸发器大多为壳管式，载冷剂在管内流动，制冷剂在管外蒸发，制冷剂液体基本浸满管束，上部留有一定的气空间。其筒体是钢板卷板后焊接成形，两端焊有管板，多根25mm2.5mm或19mm2mm的换热钢管穿过管板后，通过胀接或焊接的方式与管板连接。筒体两端的管板外为装有分程隔板的封头，制冷剂走壳程，载冷剂（冷冻水）在管程内多程流动。封头上有载冷剂（冷冻水）进口管、载冷剂（冷冻水）出口管和泄水管、放气旋塞。在筒体上部设有制冷剂回气包和安全阀、压力表、气体均压管等，回气包上有回气管。筒体中下部侧面有氨液供液管、液体均压管等。筒体下部设集油包，包上有放油管。在回气包与筒体间还设有钢制液面指示器。满液式卧式壳管式蒸发器的工作过程是：制冷剂液体节流后进入筒体内与数根换热管外的壳程空间，与在换热管内作多程流动的载冷剂（冷冻水）通过管壁交换热量。制冷剂液体吸热后气化上升回到回气包中作气液分离。气液分离后的饱和蒸气通过回气管被制冷压缩机吸走，而制冷剂液体流出回气包进入蒸发器筒体继续吸热气化。润滑油沉积在集油包里，由放油管通往集油器放出。满液式卧式壳管式蒸发器内充满了液态制冷剂，可使传热面与液态制冷剂充分接触，总传热系数高，在大型制冷系统中若增设制冷剂泵强制循环流动，还可以提高蒸发器的换热效率。满液式卧式壳管式蒸发器在工作时要保持一定的液面高度，液面过低会使蒸发器内产生过多的过热蒸气而降低蒸发器的传热效果；液面过高易使湿蒸气进入制冷压缩机而引起液击。所以用浮球阀或液面控制器来控制满液式卧式壳管式蒸发器的液面。满液式卧式壳管式蒸发器壳体周围要设置保温层，以减少冷量损失。满液式卧式壳管式蒸发器的优点是：（1）结构紧凑，占地面积小；（2）传热性能好；（3）制造和安装较方便；（4）用盐水作载冷剂，不易腐蚀和避免盐水浓度被空气中水分稀释等。满液式卧式壳管式广泛地应用于船舶制冷、制冰、食品冷冻和空气调节中。2.3.2 干式蒸发器干式蒸发器是一种制冷剂液体在传热管内能够完全汽化的蒸发器。其传热管外侧的被冷却介质是载冷剂（水)或空气，制冷剂则在管内吸热蒸发，其填充量约为传热管内容积的20%-30%。增加制冷剂的质量流量，可增加制冷剂液体在管内的湿润面积，同时，其进出口处的压差随流动阻力增大而增大，以至使制冷系数降低。干式管壳式蒸发器属于冷却液体载冷剂大类的蒸发器，主要用于氟利昂制冷系统中。这种蒸发器的制冷剂液体走管程，因而制冷剂的充注量较少。其结构与满液式蒸发器相似，不同的是换热管为外径1216mm的紫铜管，管内有纵向翅片，以增加管内制冷剂的流速，制冷剂液体经节流后从蒸发器一端端盖的下方进口进入管程内，经24个流程吸热后由同侧端盖上方出口引出。制冷剂在壳管式干式蒸发器内的流动有单进单出、双进单出、双进双出等不同形式。载冷剂（冷冻水）走壳程，为保证载冷剂（冷冻水）横向流过换热管束时的速度为0.51.5m/s，壳程内换热管束上装有多块缺口上下错开布置的弓形折流板。在干式壳管式蒸发器内，随着液态制冷剂在管内流动，沿程吸收管外载冷剂的热量逐渐汽化，制冷剂处于液汽共存的状态，蒸发器部分传热面与气态制冷剂接触，导致总传热系数较满液式低，但其制冷剂充注量少，回油方便，适用于氟利昂作制冷剂。干式壳管式蒸发器的优点是：（1）充液量少，为管内容积的40%左右；（2）受制冷剂液体静压力的影响较少；（3）排油方便；（4）载冷剂结冰不会胀裂管子；（5）制冷剂液面容易控制；（6）结构紧凑。缺点是制冷剂在换热管束内供液不易均匀，弓形折流板制造与装配比较麻烦，由于装配间隙的存在，载冷剂在折流板孔和换热管间、折流板外周与筒体间容易产生泄漏旁流，从而降低传热效果。2.3.3 板式蒸发器板式蒸发器是近几年开始应用在制冷装置中的，其换热板是焊死不可拆的。板式蒸发器的换热板与换热板之间的周边放入一定形状的密封圈，使换热板之间保持一定距离，构成制冷剂与载冷剂的流道。但是，它的制冷剂的进出口和板式冷凝器不同。具有传热系数高、结构紧凑的优点。但是承受压力受一定限制，载冷剂流动阻力较大，清洗不方便。满液式蒸发器和干式蒸发器二者的比较：1、换热性方面:满液式蒸发器的蒸发管表面为液体润湿，表面传热系数大；干式蒸发器的蒸发管表面为部分液体润湿，表面传热系数略低;2、制冷剂侧阻力方面：满液式蒸发器的制冷剂侧阻力较大；3、回油性能方面：对于润滑油与制冷剂互溶情况下，满液式蒸发器的回油较难且不稳定，而回油状况直接影响机组的工作工况和工况油移。干式蒸发器的回油稳定、方便；4、充液量方面：满液式蒸发器的壳体内充满制冷剂，充液量大。多用于制冷剂易泄露的开启式压缩机。干式蒸发器的制冷剂充液量只有满液式蒸发器的1/2到1/3。而且从价格、维护和稳定性等方面考虑，建议选择干式蒸发器。冷水机组的蒸发器和冷凝器大多都是管壳式换热器，制冷剂在壳内流动，而冷水或冷却水在管内流动。所以蒸发器应该选择壳管式干式蒸发器。132.4 制冷剂2.4.1 制冷剂的选择原则1. 热力性质方面(1) 在工作温度范围内有合适的压力和压力比，即蒸发压力不要过低，避免制冷系统的抵压部分出现负压，是外界空气渗入系统引起不良后果。冷凝压力不要过高，以免设备过分笨重。冷凝压力和蒸发压力之比不宜过大，以免压缩终了的温度过高或是压缩机的输气系数过低，同时压力比过大将造成级数增加。(2) 通常希望单位质量制冷量和单位容积制冷量比较大。因为对于制冷量一定的装置，大可以减少制冷剂的循环量。大可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。(3) 比功和单位容积压缩功小，循环效率高。(4) 等熵压缩的终了温度不太高，以免润滑条件恶化或制冷剂自身在高温下分解。2. 环境友好对大气环境无破坏作用，无温室效应。3. 传输性质方面(1) 黏度、密度尽量小，这样可以减少制冷剂在系统中的流动阻力。(2) 导热率大，可以提高热交换设备的传热系数，减少传热面积，是系统结构紧凑。4. 物理化学方面(1) 无毒、不易燃烧，不爆炸，使用安全。(2) 化学稳定性和热稳定性好，制冷剂在循环中不变质，不与润滑油反应，不腐蚀制冷机构件。在压缩高温下不分解。5. 来源充足、制造工艺简单、价格便宜来源充足、制造工艺简单、价格便宜是其能够商业化的首要条件。2.4.2 制冷剂介绍与选择目前使用的制冷剂已多达近百种，并正在不断发展增多。但用于食品工业和空调制冷的仅十多种。其中被广泛采用的只有以下几种：(1) R717（氨，NH3）氨是目前使用最为广泛的一种中压中温制冷剂。氨的凝固温度为-77.7，标准蒸发温度为33.3，在常温下冷凝压力一般为1.11.3MPa，即使当夏季冷却水温高达30时也不超过1.5MPa。氨的单位标准容积制冷量大约为。氨有很好的吸水性，即使在低温下水也不会从氨液中析出而冻结，故系统内不会发生“冰塞”现象17。氨对钢铁不起腐蚀作用，但氨液中含有水分后，对铜及铜合金有腐蚀作用。氨作为制冷剂的优点是：易于获得、价格低廉、压力适中、单位制冷量大、放热系数高、几乎不溶解于油、流动阻力小，泄漏时易发现。其缺点是：有刺激性臭味、有毒、可以燃烧和爆炸，对铜及铜合金有腐蚀作用。(2) R134a（四氟乙烷，）是目前广泛使用的R12的替代制冷剂。它的许多特性与R12很接近。其臭氧破坏指数（ODP）值为0，温室效应指数（GWP）值为0.240.29。标准蒸发温度为-26.2，凝固点为-101.0。其制冷循环特性与R12接近，但不如R12。R134a相对分子量大，流动阻力损失比R12d大，传热性比R12好。R134a与R12在溶油种类和溶油行为上有很大差异。R134a的分子极性大，在非极性油中的溶解度极小，在为R134a专门开发的诸多合成油中，主要是聚烯醇类油PAGs、酯基油和氨基油。PAGs作用R134a系统润滑油对金属有轻微腐蚀作用。PAGs的吸湿性强，吸湿后会加速金属腐蚀。R134a分子不含Cl，自身不具备润滑性。机器中的运动件供油不足时，会加速磨损，为此，在合成油中需要添加添加剂以提高润滑性。R134a对钢铁铜铝等金属均未发现有相互反应现象，仅对锌有轻微作用。和塑料相比，合成橡胶受R134a的影响略大，特别是氟橡胶。因为R134a分子中不含Cl，不能用传统电子捡漏仪器捡漏，应用专门的捡漏仪器捡漏。(3) R12（二氟二氯甲烷，CF2Cl2）为烷烃的卤代物，学名二氟二氯甲烷19。它是我国中小型制冷装置中使用较为广泛的中压中温制冷剂。R12的标准