制冷系统综合试验台设计（量热器及总体设计）（有全套图纸） .pdf

本科毕业设计 论文 通过答辩 1 制冷系统综合试验台设计 量热器及总体设计 制冷系统综合试验台设计 量热器及总体设计 摘要 该试验台的设计是为了研究在不同工况下各输入参数的变化对压缩机 或制冷系统综合性能的影响大小 或在不同制冷剂工质下 检验制冷系统的 性能 并提出针对性的改善措施 最终使系统的性能得到优化 该试验台采用 第二制冷剂电量热器法 其原理是制冷系统产生的冷量 与电加热器产生的热量相交换 达到平衡时 通过测量电加热量而得出制冷 量的一种间接实验方法 校核实验方法采用水冷冷凝器量热法 该试验台设 置有数据自动采集系统 通过控制系统调节节流阀的开起度和冷凝器冷却水 阀的开启度 达到在设定工况下采集记录各工况参数的目的 本次设计的主要任务是对试验台的一个主要部件 量热器进行设计 计算 并对该试验台进行总体布置 通过热力计算 得出制冷量等性能指标 再根据传热学和换热器设计等有关文献 计算出蒸发盘管的传热系数 从而 得出所需蒸发盘管面积 并对其进行结构设计 同时还根据量热器设计压力 计算出量热器的壁厚 并对其进行强度校核 接下来 进行了制冷系统节流 机构和附属设备的选型 关键词 量热器 试验台 第二制冷剂 制冷系统 本科毕业设计 论文 通过答辩 ii design of test bench for refrigeration system design and aplacation of calormeter and whole bench abstract the comprehensive experimental bench of refrigeration system was set up to investigate the impact on performance of compressor or refrigeration system with the change of input parameter on different operating mode or to check the performance of refrigeration system and introduce the improved method to optimize the performance of the system the experimental bench was designed following to the second refrigerant electro calorimeter the principle is that measuring the quantity of the electricity to get the refrigerating output when the exchange of the refrigerating output produced by the refrigeration system equaled with the heat quantity produced by the electric heater the method of checking test is water cooled condenser calorimeter method this experimentalbenchwassetupautomatic date acquisition system by means of control system to set the open level of the throttle and the condenser cooling water valve we can collect every parameter of different work condition the primary mission of this design is to calculate the calorimeter which is one important part of the experimental first through heat calculation we can get refrigerating output then according to heat transfer and design of heat exchanger we can get the coefficient of heat transmission so we get the area of coil pipe and make design of it also according to the design pressure i calculate the wall thickness of the calorimeter and make strength checking followed it i select the model number throttle flap and appurtenance 本科毕业设计 论文 通过答辩 iii key words calorimeter experimental bench the second refrigerant refrigeration system 本科毕业设计 论文 通过答辩 iv 目目录录 第一章第一章前言前言 1 第二章第二章制冷系统的热力计算制冷系统的热力计算 3 2 1 循环特征点的状态参数 3 2 2 计算循环的各性能指标 4 第三章第三章量热器的结构设计与计算量热器的结构设计与计算 5 3 1 关于量热器 5 3 2 蒸发盘管的计算与结构选取 5 3 2 1 管外换热系数的计算 5 3 2 2 管内换热系数的计算 6 3 2 3 总传热系数的计算 6 3 2 4 传热面积的计算 7 3 3 蒸发盘管的面积校核 7 3 4 蒸发盘管结构设计 8 3 5 量热器壳体及封头设计计算 9 3 6 支座的选择 12 3 7 保温材料的选择 12 3 8 漏热系数的计算 13 第四章第四章节流机构和辅助设备的选择节流机构和辅助设备的选择 16 4 1 节流机构 16 4 2 辅助设备 17 4 2 1 油分离器 17 4 2 2 气液分离器 18 4 2 3 干燥过滤器 18 4 2 4 电磁阀 18 4 2 5 水泵 19 4 2 6 贮液器 19 第五章第五章实验台操作规程实验台操作规程 20 本科毕业设计 论文 通过答辩 v 5 1 启动前的准备工作 20 5 2 实验台启动程序 20 5 3 实验台运转中检测项目 21 5 4 停机操作程序 21 第六章第六章试验中相关计算及规定试验中相关计算及规定 22 6 1 目的 22 6 2 试验规定 22 6 3 试验方法 24 6 3 1 第二制冷剂量热器法 24 6 3 2 水冷式冷凝器量热器法 25 6 4 输入功率计算 27 6 4 1 电动机输入功率 27 6 4 2 压缩机输入功率计算 27 6 5 压缩机单位功率制冷量 ke值 27 6 6 校核试验和主要试验之间的偏差 28 第七章第七章结论结论 29 参考文献参考文献 30 致致 谢谢 32 本科毕业设计 论文 通过答辩 1 第一章前言 从二十世纪后半叶开始 随着制冷行业的发展 有关制冷系统的试验台 作为各制冷系统部件的标准之一的检验与实现更是得到前所未有的高速发 展 从手动到半自动 再到高精度全自动测试阶段 主要表现有模糊控制在 制冷系统中的应用 计算机仿真技术在制冷系统研究与优化设计中的运用以 及建模方法与仿真研究在复杂制冷系统中的运用 随着电子计算机以及控制 的发展 特别是模糊控制在制冷系统中的应用 制冷系统试验台实现了全自 动控制 即借助与人们对量热器试验台长期受的手动控制的经验 也就是手 动控制吸气温度 吸排气压力来调到规定工况下的参数值的经验 引入模糊 控制理论 以语言形式定性描述这些参数的被控过程 来实现试验台的全自 动控制 另外计算机仿真技术以及建模方法与仿真研究在复杂制冷系统试验中 的运用 使得对系统和过程的仿真模拟方法结合或取代传统实验方法 大大 提高产品开发效率 缩短开发时间 节省大量人力 物力 同时采用动态分 析法取代传统的静态分析法 使建立的数学模型更加接近实际的系统或过程 提高了准确性 另外计算机仿真技术能方便的变以往典型工况设计为全过程 工况设计 提高了系统的可靠性和运行效率 该试验台的设计主要目的为了研究在不同工况下各输入参数的变化 如 蒸发温度 冷凝温度 过冷温度 吸排气温度等 对压缩机或制冷系统综合 性能的影响大小 同时也可以在不同制冷剂工质 不同制冷剂流量 充注量 等条件下 检验 研究制冷系统的性能 并提出针对性的改善措施 进一步 研究影响制冷系统性能的各种因素 最终使系统的性能得到优化 该试验台采用 第二制冷剂电量热器法 作为主测 其原理是利用量热 器内充注的与被测压缩机制冷系统相隔离的第二制冷剂作为热交换介质 将 制冷系统产生的冷量与电加热器产生的热量相互交换 达到平衡时 通过测 量加热电量而得出制冷量的一种间接试验方法 同时采用液体质量流量计法 作为辅测 计算出它在规定工况条件下转换成气态所必须吸收的热量 即制 冷量 换热器设计所遵循或参照的相应规定和标准 制冷装置用压力容器 本科毕业设计 论文 通过答辩 2 jb t6917 93 单 元 式 空 气 调 节 机 组 用 冷 凝 器 型 式 与 基 本 参 数 jb t5444 91 钢制壳管式换热器 gb151 制冷设备通用技术规范 gb9237 等 对于该制冷系统综合性试验台 我们通过第二制冷剂量热器法以及数据 自动采集系统 通过控制系统调节节流阀的开启度和冷凝器冷却水阀的开启 度达到设定工况 同时采集记录各工况参数 如通过测得吸排气压力 过冷 温度 量热器出口温度等参数 进而得出制冷量 输入功率 eer 值 对比 分析各工况的这些量值 从而得出与压缩机相匹配的最佳工况 本次设计的主要任务是对试验台的一个主要部件 量热器进行设计 计算 并对该试验台进行总体布置 由于量热器内部充有第二制冷剂的气液 混合物 其内部压力较高 属于压力容器 因此有关量热器的设计与制造必 须符合相关的 压力容器设计规范 在设计计算过程中应参考有关的 工程 压力容器的设计与计算 等标准 在第一章中进行了制冷系统的热力计算 得出了制冷循环的各性能指标 在第二章中 根据传热学和换热器设计等有 关文献 计算出蒸发盘管的传热系数 并根据第一章计算所得制冷量等参数 从而计算出所需蒸发盘管面积 并对其进行结构设计 同时还根据量热器设 计压力 计算出量热器的壁厚 并对其进行强度校核 在接下来的第三章中 主要进行了制冷系统节流机构和附属设备的选型 在第四 第五章中介绍了 有关试验台的操作规程和相关标准 本科毕业设计 论文 通过答辩 3 第二章制冷系统的热力计算 在进行制冷系统设计过程中 首先要进行系统的热力计算 热力计算采 用查压 焓图确定各循环点的状态参数并计算各个过程的焓差 最后可得到 系统的冷热负荷等重要参数 该设计用于测量 5hp 以下蒸汽压缩式制冷机在 不同工况下的制冷量 消耗功率 能效比以及制冷系统各关键参数的综合性 试验台 该性能试验台主要技术参数如下 1 系统工质 r22 2 第二制冷 剂 r12 3 容量范围 1750 15000w 4 试验工况范围 蒸发温度 25 15 5 试验压缩机功率 5kw 6 试验压缩机电源 380v 7 整机功率 30kw 2 1 循环特征点的状态参数 该设计所涉及的的制冷循环为单机压缩机单级压缩循环 其试验工况范 围 蒸发温度 25 15 按标准工况计算 标准工况制冷系统温度参数如下 蒸发温度15 0 t 冷凝温度30 k t 吸气温度15 a t 过冷温度25 s t 系统采用的制冷剂为 r22 制冷循环的压 焓图如图 2 1 所示 根据 r22 的压焓图和热力性质表 得循环特征点的状态参数 如表 2 1 所示 图 2 1 制冷循环压 焓图 1 22s3 4 h p 本科毕业设计 论文 通过答辩 4 表 2 1 循环特征点的状态参数 参数 点号 p mpa t h kj kg kgm 3 1 1 2 3 0 295 0 295 1 19 1 19 15 15 25 399 61 419 90 459 65 230 25 0 07774 0 08957 0 02599 0 83765 3 10 2 2 计算循环的各性能指标 根据表 2 1 循环特征点的状态参数计算循环的各性能指标 计算结果列 于表 2 2 中 表 2 2 循环的各性能参数计算 参数公式计算结果 单位质量制冷量 0 q 0 q 4 1 hh kj kg65 189 理论比功 0 w 120 hhw kw kg75 39 实际比功 i w ii ww 0 kw kg69 49 2s 点的焓值 s h2 is hhhh 12 12 kj kg59 469 单位冷凝热量 k q 32 hhq sk kj kg34 239 单位制冷剂流量 m q im wwq kg s074 0 制冷量 0 q 00 qqq m kw034 14 冷凝负荷 k q kmk qqq kw711 17 本科毕业设计 论文 通过答辩 5 第三章量热器的结构设计与计算 3 1 关于量热器 量热器为该试验台中主要部件之一 内部包括被试验制冷系统的蒸发 器 第二制冷剂 量热器底部的电加热器三部分 在试验台工作过程中 制 冷剂在蒸发盘管内蒸发 对外输出冷量以冷却盘管外介质 即第二制冷剂 第二制冷剂充当热量由电加热器到蒸发器传递的媒介 首先第二制冷剂被装 在量热器底部的电加热器加热蒸发成为气体 上升到在蒸发盘管处被蒸发器 冷凝成为液体 调整电加热器的输入功率 将会找到一个动态平衡点 此时 冷凝下来的第二制冷剂液体量与第二制冷剂液体在电加热器处的蒸发量相 同 即第二制冷剂液体的液面保持不变 由能量守恒知 此时电加热器的输 入电功率与制冷循环的制冷量相同 由以上分析可知 有了量热器 通过调整电加热器的输入电功率 可以 很方便的测量出制冷循环的制冷量 故量热器是制冷系统综合性能试验得到 顺利进行保证 3 2 蒸发盘管的计算与结构选取 3 2 1 管外换热系数的计算 初选量热器的蒸发盘管为外径 0 d12mm 壁厚 1 0mm 的紫铜管 弯曲成 螺旋状 选取制冷系统的第二制冷剂为 r12 1 管外换热为第二制冷剂在管外冷凝换热 因此 应该从冷凝换热来考 管外换热系数 计算公式为 1 4 1 00 23 0 725 0 w ll ttd g 3 1 2 确定 r12 的状态参数 蒸发温度为 15 管内外温差取 3 则第二制冷剂温度为 12 管 外壁温度近似取为 14 定性温度为第二制冷剂温度和管外壁温度的算术平 均值 即为 13 本科毕业设计 论文 通过答辩 6 对应于该定性温度时 r12 饱和液体的物性参数 密 度 3 kg m807 1435 导 热 系 数k w m0875 0 汽 化 潜 热 kj kg716 158 粘度s kg m000317 0 将以上数值代入式 3 1 计算得管外换热系数 k w m 9 2971 2 0 3 2 2 管内换热系数的计算 管内换热过程是通过制冷剂在管内的相变来实现的 因此 应通过管内 沸腾换热的计算公式来计算管内换热系数 如式 3 2 所示 1 f gd p gc gcc l lsl l lpl lsplsi 3 0 0 2 6 0 425 0 535 3 2 式中 s c 管子材质系数 对铜管取001 0 s c f 管子表面状态系数 对普通管表面 f 1 7 ls g 液体的质量流速 skg m72 2 2 ls g 对定性温度为 15 的 r22 查得在定性温度下的制冷剂的相关参数如下 饱和液体的比热容k j kg1116 pl c 液体粘度spa002824 0 l 沸腾绝 对压力kpa295295 0 mpap 液体表面张力 2 n m01408 0 液体导热系 数k w m101 0 l 饱和液体密度 3 kg m47 1327 l 将上面数值代入式 3 2 并计算得管内沸腾换热系数 k w m 1 1256 2 i 3 2 3 总传热系数的计算 管的总传热系数由管内沸腾换热系数 管外冷凝换热系数和管体导热系 数三部分组成 其计算公式为 3 0 00 11 1 mi i i d d d d r k 3 3 式中 d 紫铜管外径 mm12 0 d i d 紫铜管内径 mm10 i d i r 管内热阻 i r 0 0001k w m2 紫铜的导热系数 k w m393 2 本科毕业设计 论文 通过答辩 7 代入式 3 3 计算得总传热系数 k 809 5 kw m2 3 2 4 传热面积的计算 由以上的计算结果知当压缩机功率为 5hp 时制冷循环的制冷量为 kw034 14 0 q 则当压缩机的功率为 5hp 时所需传热面积为 tk q f 0 3 4 计算中的传热温差取为 6 将制冷量 0 q 传热系数 k 和传热温差t 的 数值代人式 3 4 得传热面积 f 2 89 2 m 圆整为 3 2 m 则所需管长 l 为 0 d f l 3 5 将参数值代入式 3 5 计算得管长 l 79 6m 3 3 蒸发盘管的面积校核 该试验台所能满足的试验工况的蒸 发温度 25 15 为满足在整个试验工 况范围下所需的传热面积 须对其进行 校核 校核时 选取极限蒸发温度 25 进行校核 即校核工况 25 0 t 45 k t 15 a t 40 s t 查 r22 热力性质表和压焓图 得循 环特征点的状态参数如表 3 1 所示 表 3 1 各循环特征点的状态参数 图 3 1 制冷循环压 焓图 1 22s3 4 h p 本科毕业设计 论文 通过答辩 8 参数 点号 p a mp kj kg kgm 3 1 1 2 3 0 20111 0 20111 1 729 1 729 25 15 40 395 329 413 0 462 0 230 25 0 130 计算循环的各性能指标如表 3 2 表 3 2 循环的各性能指标 参数公式计算结果 单位质量制冷量 0 q 0 q 4 1 hh kj kg163 理论比功 0 w 120 hhw kw kg49 实际比功 i w 12 hhwi w kg25 61k 2s 点的焓值 s h2 is hhhh 12 12 kj kg23 474 单位冷凝热量 k q 32 hhq sk kj kg25 224 单位制冷剂流量 m q im wwq kg s060 0 制冷量 0 q 00 qqq m kw034 14 冷凝负荷 k q kmk qqq kw711 17 蒸发盘管各相关参数如下 表 3 3 蒸发盘管各相关参数 管外传热系 数k w m2 管内传热系 数k w m2 总传热系数 k w m2 传热面积 2 m 管长 m 6051573 5838 3253 1 由上面计算结果可知 在该工况下 所需蒸发盘管面积小于标准工况下 所需面积 所以按标准工况下计算所得面积设计既能满足要求 3 4 蒸发盘管结构设计 考虑到 5hp 及以下压缩机兼容问题 采用两组大小不等的蒸发盘管 使 用功率为 5hp 的大压缩机工作时 两组盘管同时使用 使用功率为 1hp 或 本科毕业设计 论文 通过答辩 9 1hp 以下的压缩机工作时 只采用其中的一组盘管即可 大盘管直径取 300mm 小盘管直径取 200mm 两层盘管间的间隔取为 4mm 设该大小盘管均饶制 n 圈 则有 21 dndnl 3 6 将l 1 d 2 d 的数值代入式 3 6 得 n 50 6 取 n 51 圈 则所需的盘 管的高度为 012 0 004 0 1 nnh 3 7 将 n 值代入得 h 0 812m 812mm 3 5 量热器壳体及封头设计计算 量热器内充注第二制冷剂 r12 在冷凝压力为 1 19mpa 作用下 可能发 生制冷剂泄露 属于 类压力容器 设计时要对其进行强度计算与校核 压 力容器的失效准则有强度失效准则和刚度失效准则两种 压力容器的破坏方 式有延性断裂 脆性断裂和疲劳断裂三种 1 计算依据 参考文献 7 2 材料选择 根据国标gb6654 86 选取强度较大 耐低温的材料16mnr 并进行热轧处理 常温强度指标 mpa510 b mpa345 s 许用应力 170mpa 3 桶体结构尺寸如图所示 图 3 2 量热器壳体尺寸图 4 设计参数 设计压力 一般为最大工作压力的 1 05 1 5 倍 在该设计中取设计压 本科毕业设计 论文 通过答辩 10 力 p 2 5mpa 设计温度 对于不加热或者冷却的壳体壁 取介质的最高温度或最低温 度为设计温度 即 t ti 介质温度 最高温度 t t2 400 5 壳体壁厚计算及液压试验 应力校核 1 桶体壁厚计算及液压试验 应力校核 当满足 0 4 p 时 壁厚计算可采用下面公式 7 p pdi 2 3 8 式中 焊缝系数 桶体纵焊缝系数采用双面焊 100 无损探伤 故 0 1 i d 桶体内径 mm400 i d p 设计压力 p 2 5mpa 钢板许用应力 由表 1 7 12 查得 mpa170 0 4 mpa5 2mpa680 11704 0 p 将上面各参数值代入式 3 8 计算得mm94 2 由于 r22 r12 属轻微腐蚀 量热器桶体耐腐蚀等级 4 5 级 腐蚀速率 不大于 0 1mm 每年 一般使用寿命 8 10 年 根据 jisb 8243 81 腐蚀速率 0 05 0 13mm 每年时 5 取钢板腐蚀裕度mm1 2 c 结合试验条件 本设计 取mm0 1 2 c 钢板负偏差可取8 0 1 cmm 下文中的参数 1 c 2 c 取值相同 故桶体设计厚度 74mm48 194 2 c d 其中mm8 1 21 ccc 先取名义厚度mm8 n 则有效厚度mm2 68 18 c ne 应力计算公式为 e ei dp 2 3 9 代入参数计算得mpa 9 81 所以满足强度要求 液压试验时 圆筒的薄膜应力按公式 e eit t dp 2 3 10 其中 mpa134 3 009 0 5 225 1 25 1 静 pppt 将有关参数代入式 3 10 计算得mpa 7 102 t 本科毕业设计 论文 通过答辩 11 由文献 7 查得345 s mpa t 0 96 s 310 5mpa 所以满足液压试 验时强度要求 2 封头壁厚计算及液压试验时应力校核 采用标准椭圆形封头 其几何尺寸如图 3 3 所示 封头壁厚计算公式 p kpd t i 5 02 3 11 式中 k 标准椭圆形封头 k 1 焊缝系数 对整体封头1 将参数值代入式 3 11 计算得 mm01 3 根据 gb150 89 有关规定 封头各厚度如下 设计厚度mm81 4 8 101 3 c d 其中mm8 1 21 ccc 名义厚度mm8 n 有效厚度mm2 68 18 c ne 封头许用应力计算采用如下公式 ei e kd p 5 0 2 3 12 将参数值代入式 3 12 计算得 mpa23 5 p 液压实验时压力 mpa134 3 25 1 ppppt 静 所以满足实验时 强度要求 h1 100 h2 25 dn 400 n 8 图 3 3 标准椭圆形封头几何尺寸 本科毕业设计 论文 通过答辩 12 3 6 支座的选择 对立式量热器 可以选用 a 型腿式支座 腿式支座的具体尺寸可按标准 jb t4713 1992 选用 其结构和尺寸如下图所示 3 7 保温材料的选择 电量热器法是间接测定制冷量的一种装置 电量热器为密封的受压绝热 容器 它利用安置于量热器内的电加热器放出的热量消耗蒸发盘管所产生的 制冷量 因此要求量热器与外界有良好的隔热措施 这样实验结果才能准确 因此需要选择隔热性能良好的保温材料 参考各种保温材料的性能 选择密 度小 导热系数低的聚氨酯 其导热系数为 范围为 0 02 0 03 wm k 设计中选取保温材料厚度 100mm 应用时采取发泡处理 650 6 260 100 200 图 3 4 支座结构尺寸图 本科毕业设计 论文 通过答辩 13 根据以上量热器各部件的设计计算 画出量热器总体结构图 如图 3 5 所示 3 8 漏热系数的计算 一 计算量热器外换热系数 量热器外为大空间自然对流换热 取外界环境温度为 30 量热器平均 壁温为 18 则平均温度 24 2 1 wm ttt 大自然空间对流试验关联式为 ncprgrnu 3 13 查 30 时空气的物性参数k w m0267 0 sm1016 26 pr 0 701 将各参数值代入 3 14 得 gr 1 147 10 10 2 3 gr tlg 3 14 9 23456 78 1 10 图 3 5 量热器总体结构图 1 封头 2 蒸发盘管 3 筒体 4 制冷剂充注口 5 电加热器 6 排液口 7 支座 8 视液镜 两个 9 测压孔 10 隔热层 本科毕业设计 论文 通过答辩 14 表 3 4 式 3 13 中的常数 c 和 n 3 加热表面形状 与位置 流态 系数 c 及指数 n gr 数实用范围 cn 竖平板 及竖圆柱 层流 过渡流 湍流 0 59 0 0292 0 11 1 4 0 39 1 3 104 3 109 3 109 2 1010 2 1010 横圆柱 层流 过渡流 湍流 0 48 0 0445 0 10 1 4 0 37 1 3 104 5 76 108 5 76 108 4 65 109 4 65 109 由表 3 4 知为过渡流 c 0 0292 n 0 39 代入式 3 13 得 nu 213 03 所以量热器外换热系数 l h nu 0 3 15 将数值代入 3 15 得 k w m917 2 2 0 h 二 计算量热器内换热系数 量热器内为管内冷凝换热 应从冷凝换热来考求管内换热系数 管内冷 凝换热计算公式如下 4 123 943 0 tl g h l ll i 3 16 式中 l 管长 m95 1 l l 膜温下凝液的导热系数 k w m0875 0 l l 膜温下凝液密度 3 kg m807 1435 l l 黏度 s kg m000222 0 l t 饱和蒸汽温度与壁内温度 w t 差值 10 w t 冷凝潜热 kj kg716 159 代入式 3 16 计算得k w m1754 3 h 本科毕业设计 论文 通过答辩 15 hi t r o ho 图 3 6通过双层圆管的传热 l i r3 r2 r1 管的总传热系数计算公式为 2 02 3 1 20 1 ln 2 ln 1 1 hd dd d d l d d d h k l l i i ii 3 17 将各参数值代入 3 17 得总传热系数 即漏热系数 k w m0041 0 2 k 本科毕业设计 论文 通过答辩 16 第四章节流机构和辅助设备的选择 4 1 节流机构 节流机构是制冷装置中的重要部件 是制冷系统的四大部件之一 它的 作用有两个 一是对高压制冷剂液体进行节流降压 保证冷凝器与蒸发器之 间的压力差 以使蒸发器中的制冷剂液体在低压下蒸发吸热 达到制冷目的 二是调节进入蒸发器的制冷剂流量 以适应蒸发器负荷的变化 使制冷装置 更加有效地运行 节流机构的形式有很多种 常用的节流机构有手动膨胀阀 浮球膨胀阀 热力膨胀阀及毛细管等 根据压缩机测试系统的特点 选热力膨胀阀为节流 机构 热力膨胀阀可根据蒸发器出口处制冷剂蒸汽过热度的大小 自动调节阀 门的开启度 达到调节制冷剂流量的目的 使制冷剂流量与蒸发器负荷相匹 配 有效防止压缩机产生 液击 现象 根据系统的特点 热力膨胀阀的选 配主要是根据制冷量 制冷剂种类 膨胀阀节流前后压力差 蒸发器内制冷 剂的流动阻力等因素来确定膨胀阀的形式和阀的孔径 选配时应使阀的容量 与蒸发器的产冷量相匹配 外平衡式热力膨胀阀选择步骤如下 3 1 确定热力膨胀阀两端压力关系 1 由ctk 30 查 r22 热力性质表得pa10 9 11 5 k p 2 根据制冷量 0 q 14 034kw 供液管内径 i d 10mm 供液管长度 l 79 6m 查阅参考文献 3 表 7 28 得 1 p 0 12 5 10 pa 3 假定安装在液管上的弯头 阀门 干燥过滤器等总的阻力损失 5 2 102 0 ppa 4 液管进口与出口高度差引起的阻力损失 pa1022 0 pa81 9 3 11082 5 3 ghp 5 分液器及分液管的阻力损失各取 0 5 10 5pa 即5 4 101 ppa 6 有 0 t 15 查 r22 热力性质表得 5 0 1095 2 ppa 本科毕业设计 论文 通过答辩 17 膨胀阀两端压力差计算公式 kk ppppppp 4321 4 1 将以上各参数代入式 4 1 得 5 1041 7 ppa 2 选择膨胀阀形式 型号及冷量规格 由 k t 0 t p 0 q 的具体数值查参考文献 3 表 7 13 可选用国产 rf22w 4 5 型热力膨胀阀 4 2 辅助设备 在整个制冷系统中 除了必不可少的压缩机 冷凝器 膨胀阀和蒸发器 等四大设备外 还包括一些辅助设备 如润滑油的分离与收集设备 制冷工 质的储存及分离设备 制冷工质的净化及安全设备等 这些辅助设备的用途 是保证制冷剂的运转 提高运行的经济性和安全性 4 2 1 油分离器 为了防止压缩机排出的润滑油大量进入制冷系统 一般在压缩机与冷凝 器之间设置油分离器 在氟利昂制冷系统中 由于润滑油在氟利昂中溶解度 大 因此润滑油易随着压缩机排出的制冷剂气体而进入冷凝器和蒸发器 并 在其表面形成油污 影响其传热效果 因此需要设置油分离器 油分离器应 具有自动返回润滑油的能力 油分离器的选型计算公式为 15 h v d0188 0 4 2 式中 d 油分离器直径 m h v 氟压缩机的理论输气量 hm924 6 360002599 0 074 0 3 vqv mh 压缩机的输气系数 取 0 8 所推荐的气气流速度 m s 取 0 3m s 将各参数值代入 4 2 得 d 0 081m 因此选用通体直径为 100mm 的 油分离器 型号为 srw 5203 本科毕业设计 论文 通过答辩 18 4 2 2 气液分离器 为防止压缩机发生 液击 现象 在压缩机入口处都装有气液分离器 选择气液分离器的桶体横截面上的气流速度不超过 0 5m s 气液分离器是根 据计算出来的织锦选择其型号的 气液分离器的选择计算公式 15 d0 3600 4 v 4 3 式中 d0 气液分离器筒体直径 m v 氟压缩机的理论吸气量 vqv m m 3 压缩机的输气系数 取 0 8 所推荐的气气流速度 m s 取 0 5m s 15 将各参数值代入 4 3 得 d0 0 130m 根据计算所得的筒体直径和接管 直径 28 1 5mm 选择使用 4 2 3 干燥过滤器 干燥过滤器只用于氟利昂制冷系统中 装在节流机构前的液体管路上 它是用来过滤氟利昂液体中的污物 油污 铁屑等 和水分 以避免固体杂 物堵塞电磁阀 热力膨胀阀的阀件 同时可以减少对钢制设备和管道的腐蚀 防止在低温时可能产生的 冰堵 现象 根据接管直径 16mm 选用 ek 165 4 2 4 电磁阀 电磁阀是一种开关式自动阀门 一般安装在贮液器 或冷凝器 与膨胀 阀之间 当压缩机启动运行 电磁阀随即开启 压缩机停止工作时 电磁阀 马上关闭 以免大量制冷剂液体在停机时进入蒸发器 防止压缩机再次启动 时发生液击冲缸现象 电磁阀的选用应根据制冷装置所需用的制冷量大小来选 另外电磁阀的 工作电压与电源电压相符 在安装时必须安装在水平管道上 并注意介质流 动的方向与阀门所指箭头方向是否一致 切勿装反 阀门前必须安装过滤器 以防止因阀门节流孔的堵塞而造成阀门工作失灵 根据参考文献 4 中图 6 58 表 6 10 选择型号 fdf10 电磁阀 本科毕业设计 论文 通过答辩 19 4 2 5 水泵 在制冷装置中 冷凝器 压缩机水套 再冷却器的冷却水供应 都是用 离心水泵来输送的 水泵的选用是由水的流量和输送的扬程来决定的 扬程如果用h来表示 h 21 hh m 4 4 式中 h1 自水泵起的扬水高度 m h 2 水泵以下的吸程 m 据 v q h查样本 选用 ktb150 125 315a 型水泵 该型号水泵流量为 hm30 3 v q 扬程为omhh 2 6 转速为 n1480min r 4 2 6 贮液器 冷凝器把制冷剂气体冷凝为液体 应立即将液体排出 否则制冷剂液体 将在冷凝器内占据一定的容积 相应的减少了冷凝器的传热面积 而使冷凝 压力上升 降低了制冷量 贮液器按用途和所承受的工作压力的不同 可分为高压贮液器 低压循 环贮液器和排液桶 按其外形可分为立式和卧式贮液器 根据系统特点选用高压贮液器 高压贮液器除起贮存液体制冷剂作用 外 还起稳定制冷循环量的作用 高压贮液器的容量在设计选择时应满足下列条件 1 其容量可以容纳系统中的全部冲液量 2 贮液器贮存的制冷剂最大量按每小时制冷剂循环量的 1 3 1 2 计算 3 贮液器的贮液量不应超过贮液器本身容量的 80 贮液器的容量可按下式计算 3 1 v 10008 0 2 1 vmr 4 5 式中 r m 压缩机 1h 制冷剂循环量的总和 kg kg 4 2663600074 0 3600 mr qm v 冷凝温度下液体的比体积 l kg 83765 0 vl kg 0 8 贮液器的最大允许充满度 将参数代入 4 5 计算得 v 92 9 139 4l 考虑到冷凝器可存储部分 制冷剂液体 选取 v 100l 的贮液器 本科毕业设计 论文 通过答辩 20 第五章实验台操作规程 5 1 启动前的准备工作 1 检查制冷压缩机 油面线应在视液镜中间位置或偏上 检查油质是否 清洁 2 检查储液器的制冷液位是否正常 一般液位不超过 80 3 启动前应把压缩机吸气阀和储液器出液阀关闭 打开系统中其他阀门 使之处于正常工作状态 目的是启动压缩机时能够控制制冷剂的流量 以防 止 液击 的产生 4 检查水泵运转部位有无障碍物 5 检查压力表阀是否处于开启位置 6 接通电源并检查电源电压 7 检查制冷系统管路和水系统管路是否有泄露现象 8 开启冷凝器的冷却水泵 是冷却水系统提前工作 5 2 实验台启动程序 1 准备工作完毕后点动压缩机 观察压缩机 注意防止 液击 的产生 再反复点动 2 3 次 确认正常后 则正式启动压缩机 2 正式启动后 缓慢打开压缩机吸气阀 如出现 液击 应立即关小甚 至关吸气阀 待 液击 清除后 再缓慢开启气阀 3 开启出液阀 向系统供液 4 在开启过程中应注意观察 机器运转 震动情况 系统高低压及油压 是否正常 检查电磁阀 膨胀阀的工作是否正常等 待这些检查项目都正常 后 启动工作结束 5 制冷装置启动正常后 根据蒸发器的负荷逐步缓慢地开启膨胀阀的开 启度 本科毕业设计 论文 通过答辩 21 5 3 实验台运转中检测项目 1 电动机的工作电流不高于额定电流 工作电压应在额定电压 10 范 围内 2 检查电磁阀是否打开 可用手摸电磁阀线圈外壳 若感到发热和轻 微震动 则表明电磁阀已被打开 3 检查油温 在任何情况下氟利昂制冷机不超过 70 油温最低温度 不低于 10 油温过高或过低 都将影响润滑效果 4 检查油分离器 用手摸自动回油管 若感到有周期性的发热 则说 明油分离器的自动回油正常 否则表示浮球阀或管道发生故障 5 检查压缩机的排气压力 正常情况下 排气压力与冷凝压力 贮液 器的压力相近 6 检查压缩机的排气温度 不超过 145 7 干燥过滤器前后不应有明显的温差 更不能出现结霜结露 否则就 是干燥过滤器内部出现了 脏堵 故障 8 在制冷装置中 膨胀阀应呈 45o结霜 若阀体结露水或进口严重结霜 则属于不正常现象 9 检查压缩机及制冷系统各连接处有无油渍 压缩机任何部位都不应 出现渗油现象 10 检查量热器的液面是否在液位计高度的 50 左右 量热器压力不应 超过 0 4mpa 超过时应采取降压或排液措施 11 水循环系统的水泵运转正常 无异常声响 水管及各连接处无严重 漏水现象 5 4 停机操作程序 试验完毕 调整温控器至高温档以关闭节流阀 吸气阀 切断电加热 电源 开大水量调节阀 至吸气压力趋向于 0 29mpa 关闭排气阀 切断电 源 压缩机停止运转 最后关闭水量调节阀 本科毕业设计 论文 通过答辩 22 第六章试验中相关计算及规定 gb5773 86 容积式制冷压缩机性能试验方法 本标准适用于名义功率不 小于 0 75kw 的容积式制冷压缩机的综合性能试验 名义功率小于 0 75kw 的压缩机和家用冰箱可参照本标准执行 本标准等效采用国际标准 iso917 1974 制冷压缩机的试验 6 1 试验目的 由本试验可以确定 1 压缩机的制冷量 由试验直接测得的流经压缩机的制冷剂流量乘以压 缩机吸气口的制冷剂气体比焓与排气口压力对应的膨胀阀前制冷剂液体比焓 的差之值 2 输入功率 开启式压缩机为输入压缩机的轴功率 封闭式 半风式和 全封式 压缩机为电动机输入功率 3 单位功率制冷量 ke 值 制冷量与输入功率的比值 6 2 试验规定 1 一般规定 1 排出试验系统内的不佞凝性气体 确认没有制冷剂的泄漏 2 系统内应有足够的符合有关标准规定的制冷剂 压缩机内保持正常 运转用润滑油量 3 循环的制冷剂液体内含油量应不超过 2 以质量计 测量方法 见附录 a 补充件 4 压缩机吸 排气口的压力与温度在同一部位测量 该测电影在吸 排气截止阀外 不带阀的封闭式压缩机微距机壳体 0 3m 的直管段处 5 排气管道上应设置有效的油分离器 6 试验系统装置的周围不应有异常的空气流动 本科毕业设计 论文 通过答辩 23 7 试验装置环境温度为 30 5 8 提供测量含油量而提取制冷剂 有混合物样品的设备 2 试验规定 1 制冷总和性能试验包括主要试验和校核试验 二者应同时进行测 量 2 校核试验和主要试验的试验结果之间见偏差在 4 以内 并以主 要试验的测量结果为计算依据 3 试验时系统应建立热平衡状态 试验时间一般不少于 1 5 小时 测 量数据的记录应在试验工况稳定半小时后 每隔 20 分钟测量一次 直至连续 四次的测量数据符合表 5 1 和 2 2 2 中的规定为止 第一次测量到第四次测量 记录的时间称为试验周期 在该周期内允许对压力 温度 流量和液面作微 小的调节 4 主要试验方法为第二制冷剂量热器法 5 校核试验方法为水冷冷凝器量热器法 3 试验参数规定 试验时允许试验参数偏差的范围按下表的规定 表 6 1 试验时允许试验参数偏差的范围 试验参数 每一个测量值与规定值间 的最大允许偏差 测量值的任一个读数相对 于平均值的最大允许偏差 吸气压力 排气压力 吸气温度 轴转速 电压 频率 1 0 0 5 1 0 0 5 3 0 1 0 3 0 1 0 3 0 1 0 1 0 0 5 本科毕业设计 论文 通过答辩 24 6 3 试验方法介绍 6 3 1 第二制冷剂量热器法 1 构造 第二制冷剂量热器有一组直接蒸发盘管作蒸发器 该蒸发器置 在一个隔热压力容器的上部 电加热器安装在容器底部并被容器中的第二制 冷剂 r12 浸没 制冷剂流量由靠近量热器安装的膨胀阀调节 为了减少外界热量的影 响 膨胀阀与量热器之间的管道应隔热 量热器的漏热量应不超过压缩及制冷量的 5 应以 0 05kgf cm 2 分度的压力流量仪表测量第二制冷剂压力 并应使第二 制冷剂压力不超过量热器的安全限度 2 漏热量的标定 关闭量热器制冷机进 出口截至阀后进行漏热量的标 定 调节输入第二制冷剂的电加热量 使第二制冷剂压力所对应的饱和温度 比环境温度高 15 左右 并保持其压力不变 环境温度应在 40 以下 保持 其温度波动不超过1 电加热器的输入功率的波动应不超过1 每隔 1 小时测量一次第二制 冷剂压力 直至连续四次相应的饱和温度值的波动不超过 0 5 时 漏热系 数用下式计算 ap tt q k 0 1 6 1 注 公式中符号见附录 b 补充件 下同 3 试验程序 压缩机 图 6 1 第二制冷剂量热法原理图 condensor f1 g1g2 f2 calorimeter compressor 本科毕业设计 论文 通过答辩 25 1 压缩机制冷机吸气压力通过膨胀阀调节 吸气温度有输入给第二制 冷剂的电加热量调节 2 压缩机制冷剂排除压力通过改变冷凝器冷却水量 换热面或冷却水 温度进行调节 也可由排气管道中压力控制阀调节 3 在试验周期内 输入电加热量的波动引起压缩机制冷量的变化应不 超过 1 4 附加数据 a 量热器出口制冷剂气体压力 温度 b 膨胀阀前的制冷剂液体压力 温度 c 量热器环境温度 d 第二制冷剂压力 e 输入量热器的电加热量 5 制冷量计算 由试验测得的制冷剂流量为 22 1 fr sati hh ttkq m 6 2 规定工况制冷量 1 1 110 g fgi v v hhmq 6 3 6 3 2 水冷式冷凝器量热器法 1 构造 水冷式冷凝器是组成被试验压缩机实验系统设备之一 按照 2 4 的规定 应设置测量温度 压力 和冷却水流量的仪表而作为量热器 作为量热器的冷凝器的漏热量应不超过压缩机制冷量的 5 2 漏热量的标定 用截至阀将冷凝器与实验系统隔绝或用统一型式和尺 寸的冷凝器进行 1 冷凝器中充入一定量的制冷剂液体 在冷却水回路中输入加热水并 维持制冷剂温度比环境温度高 15 以上 且接近于试验时的制冷剂饱和温 度 环境温度应在 40 以上并保持温度波动不超过1 建立热平衡后 每小时测量一次 直至连续四次制冷剂温度波动不超过1 2 漏热系数用下式计算 本科毕业设计 论文 通过答辩 26 ap tt q k 0 1 6 4 3 试验程序 1 冷凝器压力通过改变冷却水量或温度进行调节 2 附加数据 a 冷凝器进口制冷剂气体压力 温度 b 冷凝器出口制冷剂气体压力 温度 c 冷却水进口 出口温度 d 冷却水流量 e 冷凝器环境温度 4 制冷量计算 由试验测得的制冷剂流量为 33 112 fg src f hh ttkmttc m 6 5 规定工况制冷量 1 1 110 g fgf v v hhmq 6 6 图 6 2水冷冷凝器量热器法原理 compressor condenservaporator 本科毕业设计 论文 通过答辩 27 6 4 输入功率计算 6 4 1 电动机输入功率 1 电动机输入功率测量 电动机输入功率应在电动机入线端测量 测量 方法按 2 4 6 3 的规定 测量仪表精度按 2 4 5 2 和 2 4 5 3 的规定 2 电动机输入功率计算 n p w 6 4 2 压缩机输入功率计算 1 转矩转速仪 直接测定压缩机轴的输入扭矩和转速 2 天平测功计 轴功率有下式计算 974 ln1g nz w 6 7 3 标准电动机 根据测