100KW空气源热泵热水器设计.doc

100KW空气源热泵热水器设计【含CAD图纸+文档】

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本科毕业设计(论文) 题 目 100KW空气源热泵热水器 学生姓名 专业班级 学 号 院 (系) 指导教师(职称) 完成时间 100KW空气源热泵热水器摘 要 本文主要介绍了空气源热泵热水器的工作原理、特点、国内外发展状况及其存在的问题。首先是从空气源热泵的概述、起源、发展历程等进行了介绍。然后通过对制冷的热力学基础分析,运用热力学第一定律进行整个系统的能量转换,并且通过计算说明所选取工况的合理性。 本次的毕业设计,是在查询了大量的书籍资料的基础上进行的,每一个零部件的选择均进行了严格的计算,并参考有关行业标注和国家标准进行的选型确定,通过对实际物体的参考来进行的热泵热水器的设计。关键词 空气源/热泵/热水器/设计 100KW AIR-SOURCE HEAT PUMP WATER HEATERABSTRACTThis paper mainly introduces the working principle of the air source heat pump water heater, the air source heat pump water heater characteristics, development situation at home and abroad and the existing problems. What is introduced firstly is summary of the air source heat pump, the origin and development process. Refrigeration thermodynamic fundamental analysis to select a suitable cooling, and then the calculation of the thermodynamic cycle. By the first law law of thermodynamics, energy conversion of the entire system, and to select reasonable conditions adopted in the calculation of the coefficients of the refrigeration cycle.The graduation project, on the basis of checking on a large number of books and data, each selected component cost the rigorous calculation, and marked with reference to the relevant industry and national standards selection determine, through the actual object reference to the design of the air source heat pump water heater.KEY WORDS air-source,heat pump,water heater,design II100KW空气源热泵热水器目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 概述1 1.2 热泵热水器12空气源热泵热水器的组成122.1压缩机分类及特点122.2 冷凝器分类及特点142.3节流装置分类及特点192.4 蒸发器分类及特点222.5 制冷剂选择243 空气源热泵热水器压缩机的选型293.1热力计算293.2 压缩机校核314 空气源热泵热水器冷凝器设计计算344.1 肋相关参数344.2 冷凝器热负荷及冷却水流量354.3 冷凝器结构初步规划354.4 管内水侧表面传热系数374.5计算R134a蒸汽冷凝表面传热系数374.6 计算传热系数和面积热流量384.7 计算所需要的传热面积394.8 计算冷却水侧流动阻力394.9 管板414.10 分程隔板414.11 拉杆425 节流装置的选择436 蒸发器的设计计算456.1传热管选型及排布456.2 计算几何参数456.3 计算空气侧干表面传热系数466.4 计算空气侧传热系数486.5 计算制冷剂管内表面传热系数496.6 计算管内传热面积516.7 传热管的长度516.8 R134a的流动阻力及其对传热管温差的影响526.9 空气侧的阻力计算537 辅助设备的选择547.1 贮液器的选择547.2 集油器的选择557.3 过滤器选择567.4 风机选型567.5 视夜镜选型587.6 单向阀597.7 循环水泵选型607.8 油分离器617.9电磁阀637.10 温度控制器658 制冷系统管路设计678.1 制冷管路678.2 制冷管路设计原则678.3 制冷管径及流速的选择68结束语70致 谢71参考文献7231 绪论1.1 概述 当今世界,人类社会发展日益加速,无论是在工业,农业,还是第三产业服务业,高新技术产业,都是处于人类历史上空前发展最快的一个阶段。能源是每个国家可持续发展的最重要一环,据预测,到21世纪中叶,可再生能源在世界能源结构中将占到50%以上,而随着人类生活水准的不断提高,各方面的能源消耗也呈攀升趋势。2006年2月16日,旨在限制温室气体排放、遏制全球变暖的京都议定书生效, 大力鼓励、推广绿色环保新能源及其应用产品成为必然的选择。而能源紧张、拉闸限电、燃气涨价等问题的凸显唤起了人们对能源战略应用的重新思考,同时也将人们的目光引向了新型能源的开发与利用, 这促使传统的、高能耗的家电产品逐步退出市场。与此同时,为了减少能源消耗,利用空气能、太阳能、地热能、风能等绿色能源是解决这个问题的有效途径之一1 。在我国, 随着人类生活水准的不断提高,热水能耗越来越大,卫生热水节能已成为不容忽视的问题。这就催生了新一代热水器空气源热泵热水器。1.2 热泵热水器1.2.1 空气源热泵热水器发展概况 国内发展状况 空气源热泵技术在我国的研究已有很长的历史,但是真正得到快速发展、普遍应用则是最近十几年到20年的事情,主要是用在制冷空调系统上,如家用空调器、商用多联机组及工业工艺用的制冷制热设备等。而空气源热泵热水器在我国兴起没多少年,还有许多问题需要解决。 首先,空气源热泵热水器的设计:简单从原理上看,似乎只要把热泵空调器用于采暖的热变成热水就可以出产品了,其实不然。热水器产热水的温度要求在55,所以,它不仅有着与采暖热泵同样的,即在寒冷地区冬季如何产热的问题,还有必须能在炎热地区以供热的工况运行产热(此时空调是产冷)的问题。因此,它的运行使用工况诸如冷凝温度、最大压差、最高蒸发压力等都与热泵空调有着较大的差异,因而给压缩机和制冷工质带来了新问题。这些问题在热泵热水器的设计中必须予以解决,否则,其产品就有着较大的地域和使用时段的局限性,甚至超出使用条件而毁坏。目前,国内空气源热泵热水器的工质主要是R22,在冷凝温度55时,压缩机排气压力接近,而对于常规的空调用制冷压缩机来说,其排气压力是有限制的,最高值一般为26, 因此,冷凝压力和冷凝温度也相应的受到限制,加热最高水温受到限制。反过来说,过高的水温,会使机组的冷凝压力升高, 排气温度升高, 不但使机组的能效比下降, 甚至使机组不能正常工作, 严重时可能损坏压缩机。因此在文献2 中提出, 热泵热水器的自我保护设计必不可少。当热泵热水器在夏季运行时, 环境温度高, 作为蒸发器的空气换热器负荷增大很多,直接的后果就是蒸发温度、吸气过热度过高,因此吸气压力、吸气温度高。文献指出了吸气压力、温度高的危害并提出解决的办法。它还指出空气源热泵热水器在冬季运行容易出现的问题,比如结霜问题,由于蒸发温度低带来的制热效率低的问题等;冲灌量对热泵热水器性能的影响:热泵热水器与其他制冷装置一样,制冷剂的冲灌量与热水器性能有很大关系。制冷剂充注量过多或过少都将影响制冷装置的工作性能。空气源热泵热水器因其特殊的变工况运行条件,充注量的变化对系统的工作性能影响更大,同时系统对充注量多少的要求与常规的热泵空调不同。文献中做了大量试验来分析冲灌量对空气源热泵热水器的影响,讨论了包括对系统的运行功率、蒸发压力、冷凝压力、蒸发器的过热度、COP的影响,并得出结论:1) 充注量过少,蒸发、冷凝压力低,系统运行最大功率低,COP低, 系统加热时间变长; 如果充注量过多,蒸发、冷凝压力高,系统运行最大功率高,对系统损耗大,COP也不高,在最佳充注量附近系统运行性能对充注量的改变不敏感。2) 在实际的制冷剂充注中应尽可能保证蒸发器出口有一定的过热度裕量(12), 这样既可以保证系统稳定运行也可使得COP较高, 这一点可作为系统最佳充注量的一个判断依据2 。 国外发展状况空气源热泵技术1924年就已在国外发明。然而在很长的一段时间里并没有被人类充分地认识和运用。直到20世纪60年代,世界能源危机爆发以后才受到充分的重视,所以此后世界各国纷纷加大了研发力度,进一步推广了热泵技术,使得目前热泵技术已经比较广泛地使用。欧盟 2008年9月11日,欧盟议会工业研究及能源委员会(ITRE)通过一项提案,明确规定将所有类型的热泵应用视为使用可再生能源技术。随着所有类型的热泵(环境空气热源、环境水热源和地热源)均被纳入可再生能源技术范畴,加之提案要求所有欧盟成员国都遵守新规定的内容,即促进或强制要求在新建和现有建筑中使用可再生能源技术,这使得欧盟的热泵市场得到大幅提升。按有关规定,2020年,在欧盟地区住宅的热能需求中,以可再生能源满足的比例将不低于15。利用太阳能热水器或热泵与电热水器或燃气热水器混合配置,是目前实施可再生能源指令最常见的方案。目前,欧盟的热泵机组中约有一半为空气源热泵,剩下的是地源或水源热泵。而且,这些热泵装置多数用于采暖,只有少量整体式空气源热泵利用室内排风作为热源或在浴室进行空气除湿时制热,用于制取生活用热水。这种运行方式决定了空气侧的流量不能太大,否则会导致室内温度出现较大变化。日本 日本是最早普及热泵应用的国家,第一次石油危机后,从能源安全的基本目标出发,日本将节能作为基本国策。由于热泵技术具有显著的节能效益,家用热泵型空调技术取得较大发展,到20世纪80年代中期,日本已基本普及家用热泵型空调。而利用热泵技术制取生活用热水,则是在热泵型空调系统基础上,加装热能回收装置和热水储存装置演变而成,这类与家用空调装置组合的热泵热水器,直到今天仍然是日本市场的主流产品。据日本制冷空调工业协会(JRAIA)统计,2009年,日本热泵热水器的产销量约为110万台,其中约60万台是用于空调或采暖的多功能组合型产品,仅具有制取生活热水功能的产品为50万台左右。为提高空气源热泵的冬季运行性能,日本企业和相关研究机构多年来进行了不懈的努力。20世纪80年代投放市场的变频驱动产品,大幅提高了低温运行条件下的供热能力和运行效率;90年代投放市场的采用直流调速技术的产品,在低温运行条件下的供热能力和运行效率进一步提高;21世纪初,适应-20和-25低温环境的热泵产品和采用二氧化碳跨临界循环技术热泵热水器相继上市。在日本,空气源热泵可以全年全天候满足住宅用户的空调制冷、采暖制热和生活热水供应等需求,目前热泵的全年能耗水平已降至20世纪80年代初的1/3左右。总体而言,目前日本热泵热水器的产业规模和技术水平在全球处于领先地位,主要制造商有松下、三洋、日立、大金、三菱电机等。 在日本市场中,按使用的制冷剂不同进行划分,热泵热水器主要有R410A和两大类,使用R134a等制冷剂的产品很少。使用的热泵热水器商品名为 EcoCute,译作生态精灵,该产品自2001年进入市场后,市场规模持续大幅扩大,目前的年增长率为20左右。日本具备空调制冷功能的热泵热水器,基本都使用R410A,同时也销售仅具备制取生活热水单一功能的R410A机型。与EcoCute相比,使用R410A的同类产品的最显著优点是价格较低。采用小容量热泵系统和大容量储水箱的配置方案是日本热泵热水器的特点。日本电网普遍采用价差较大的分时计费政策,深夜电网低谷负荷时段的电价约为基本电价的1/5,配备大容量储水箱可以在电网低谷负荷时段储存充足的热量,以满足全天的热水需求,一般情况下在非电网低谷负荷时段,热泵系统无需运行。而较小容量的热泵系统需要长时间持续运行,才能为大容量储水箱提供足够的热量,通常蓄热运行时间长达48小时,这种运行方式对均衡电网用电负荷较为有利。此外,较小容量的热泵系统有利于降低热泵系统的制造成本。 2009年7月,日本政府发布了能源供应结构改进法,仿效欧盟可再生能源指令将热泵利用的环境热源作为可再生能源。由于日本热泵应用量大面广,若热泵利用的环境热源作为可再生能源纳入统计数据,原定需要付出巨大努力才能在2030年实现的日本可再生能源利用目标,几乎一夜之间就可实现。美国 早在第二次世界大战期间,美国已经开始将热泵用于采暖,以缓解战争造成的电力供应不足。但是,受技术水平的制约,热泵装置相对于燃油采暖器具而言,结构复杂且故障率高,当战后能源供应恢复正常时,充足而廉价的石油供应使热泵的市场空间迅速消失,以至于到20世纪60年代,美国军方甚至明文规定不允许将热泵列入采购清单。然而,两次石油危机以及日本热泵普及应用取得空前成功,促使美国政府重新评估热泵的节能潜力,热泵装置在家用空调领域的应用逐步扩大。20世纪80年代,美国曾掀起热泵热水器开发热潮,当时在美国本土生产热泵热水器的企业约有10家,产品结构形式主要有四大类: 附加型(Add-on)。在既有的储水式热水器基础上,加装热泵单元,既可以改装电热水器,也可以改装燃气储水式热水器。通常储水式热水器与热泵单元的制造商分别为两家企业,新增的热泵单元相对独立,两者通过简单的接口相联系,最大限度减少两者的相互影响。 整体型(Drop-in)。这是最为常见的结构形式,热泵单元与水箱构成一个整体,标准配置通常包含配套电热器件。 过热蒸汽冷却器型(Desuperheaters)。利用热泵系统压缩机排气的过热状态的制 冷剂加热生活热水,加热生活用水的换热器与热泵装置的冷凝器是串联关系,该换热器既可以作为热泵的可选配件随热泵一并交付用户,也可以在用户既有热泵或空调制冷机上加装。 多功能集成型(Integrated and Full Demand Systems)。集空调制冷、采暖、生活热水、余热回收等功能于一体的集成系统,由一套热泵系统实现全部功能。不过,这类系统一般划入空调,即使是制热运行,采暖负荷一般为生活热水负荷的数倍。 到20世纪80年代末,美国热泵热水器累计安装数量约为2万台。进入90年代,不少热泵生产企业相继停产。虽然美国能源部和有关机构着手促进热泵热水器的应用,并取得不少研究成果,但是市场多年来一直未能突破年销量4000台的规模。目前,美国本土的热泵热水器制造商或品牌主要有通用电气、A.O.史密斯、Air -Tap、E-Tech、Geyser、 Aqual、Trevor-Martin等,部分产品是在国外生产后运往美国销售的。澳大利亚和新西兰的情况与美国有不少相似之处,整体式热泵热水器是主要的品种,经历20世纪80年代的热泵热水器发展高峰后,也在较长时间内处于停滞状态。 通用电气公司从2009年起开始销售需求响应型复合热源热泵热水器,该热水器的空气源热泵单元以小功率、高效率的持续运行作为基本模式,辅助电热元件在需要较高温度的热水进行消毒处理,或者热泵供热未能满足需求时投入运行。按需求响应运行,要求电热元件只在电网负荷低谷时段或者有临时特殊需求时投入运行,为用户节省电费。通用电气公司预计,一台储水容量约200L的复合热源热泵热水器平均每年可以减少2500kWh的电力消耗。该产品是通用电气公司开发的智能电网家电系列产品之一,主要针对电热水器市场,通用电气公司期待采用新技术的热泵热水器能够开拓庞大的热泵热水器潜在市场。 需求响应(Demand Response)即电力需求响应的简称,是指当电网负荷较高时,电动器具接收到供电网络传送的相应信号后,改变常规运行模式,减少或者推移某时段用电负荷,响应供电方要求,从而改善电网运行质量,同时降低用户电费支出。供电频率是反映电网运行状态的一个特征量,通过供电频率的测量基本可以确定电力供求情况的变化,供电频率提高意味着供过于求,反之则意味着供不应求。具有 需求响应功能的家用电器可以根据频率的变化及时调整运行状态,在基本不影响用户正常使用的情况下,稳定电网运行状态。在美国,住宅电力消费约占全部电力生产的37,厨房电器、照明、采暖和空调的耗电量约占美国家庭电力消费的82。需求响应型家用电器是通用电气公司零净能耗住宅开发计划的主要内容,迄今该公司已成功开发出冰箱、洗衣机、热泵热水器等一系列具有需求响应功能的产品。目前,欧盟和美国一些家电制造企业也在积极开发类似的产品。1.2.2空气源热泵热水器的原理、特点 热水器就是指通过各种物理原理,在一定时间内使冷水温度升高变成热水的一种装置。目前我国市场上的热水器主要有:电热水器、燃气热水器、太阳能热水器及空气源热泵热水器。电热水器由电能通过电热丝、陶瓷管、或电热膜式加热管等方式加热水,加热管直接接触水,电能理论百分百转换为热能,是热效率较高的一种。电热水器有两种形式:一种即热式电热水器一般功率较大,普通居民家庭的电线线路难以承受,并且由于加热时水电不分离,存在较大安全隐患;另一种热水器是贮水式,需要长时间预热,并且受容积限制,出水量小,同时还要考虑到水箱保温、密闭性能的影响,存在着一定安全隐患。燃气热水器以燃烧天然气或管道煤气作为热源,即开即用,使用方便、不受时间限制,但能耗较高,热效率差,而且有时出水不稳定,使用罐装液化气的用户,存在着“换气”等不便问题,在大部分农村地区就不适合使用;由于燃气在通风不当、不充分燃烧时容易产生一氧化碳中毒,故存在着较大的安全隐患;燃烧后的产物排放也会对环境造成一定污染。太阳能热水器以洁净太阳能作为能源,基本不消耗其他能源,能源效益高,但初投资大成本高,体积庞大,安装位置受到限制,并且对外界气候环境条件要求苛刻,阴雨天时不可用,特别是冬季水温经常达不到正常要求,往往还需要附加其它电加热设备4 。“空气能”热水器是一种采用空气热能生产热水的热水器。通过电能驱动空气压缩机搬运空气中的热量,通过冷媒的膨胀和压缩实现与水的热交换。它是继燃气热水器、电热水器和太阳能热水器之后的第4代热水器,综合电热水器和太阳能热水器的优点安全、节能、环保型热水器,可一年365天全天候运转,制造相同的热水量,使用成本只有电热水器的1/4,燃气热水器的1/3,太阳热水器的1/2。在我国,空气源热泵热水器目前按销售领域来说,热泵热水器厂家主要是生产商用机(工程机),还有部分家用机型。对于此类产品,按热源来源来分主要分为:空气源热泵热水器;水源热泵热水器。按加热方式来分主要分为:一次加热式热泵热水器;循环加热式热泵热水器;静态加热式热泵热水器。按结构方式来分主要分为:整体式热式热泵热水器;分体式热式热泵热水器。目前市场上较多的空气源热泵热水器,主要有分体机和一体机两种类型,但多为容积式换热器,热泵机组的冷凝器直接置于承压水箱中达到制取热水的目的,其主要特点是系统简单、换热效率高、工作成本低、制造价格相应较低、分体机安装方便、对环境影响小,但安装人员需要一定的安装技术,主机相当于分体空调室外机,水箱相当于分体空调的室内机,小容量可以壁挂,大容量落地安装,一体机体积较大,占用地方较大、噪声也大,只能落地安装,主要优点是不需要太多的安装技术,只要通电通水就可以工作。自然界中,水总是往低处流,热量总是从高温自发的传向低温,这些自然现象很容易发生。那么,水如何流向高处呢?这就需要借助于水泵的力量。类似的,我们也可以利用热泵将热量由低温传递到高温。故热泵实际上是一种热量的提升装置,它主要是利用逆卡诺循环的原理,从周围环境中吸取热量,然后将它传递给需要加热的对象(一般是温度较高的物体)。一台压缩式热泵装置,主要由蒸发器、压缩机、冷凝器和 膨胀阀四部分组成,通过让工质不断完成蒸发(吸取环境中的热量)压缩(压缩为高温高压气体)冷凝(放出热量到需要加热的对象中)节流(降压)再蒸发的热力循环过程,将环境里的热量转移到水中(如图1所示)。热泵在工作时,把环境介质中储存的能量在蒸发器中吸收;压缩机消耗部分电能QB;通过工质循环系统最后在冷凝器中放热,。由此看出,热能输出的能量为压缩机之功与热泵从环境中吸收的热量之和。故热泵技术可以节约大量的电能,从而降低能源消耗,实现绿色发展。 图1-1 空气源热泵热水器工作原理图 同其他型式的热水器相比,热泵热水器的主要特点如下【3-11】 :1)超大水量:水箱容量根据具体要求量身订做,水量充足,可满足不同客户不同时段需求。2)经济节省,高效节能:从空气中获取大量的能源,能效比高达300%400%。根据使用规律设定热水器自动运行时间,费用自然节省。3)适用范围广:不受阴雨天等气候影响,在环境温度为-1043下均能正常工作,可广泛应用于家庭、宾馆、酒店、学校、医院、集体宿舍、住宅小区、桑拿等集中供热。4)持久恒温:使用非常简单,整个热水器采用自动化智能控制系统,用户只需在初次使用时开一下电源,在以后的使用过程中完全实现自动化运行,到达用户指定水温时自动停机,低于用户指定水温时系统自行开机运行,完全实现一天24小时随时有热水而不用等候。5)安全环保:结构上水电完全分离,且无任何有害有毒气体排放或燃烧,不受台风等自然灾害的影响;克服了太阳能热水器只能安装顶楼、破坏屋顶的防水层和承重能力、影响市容的缺点。6)防冻功能:具有智能化霜功能,确保热水器在低气温环境下稳定运行,它可根据室外环境温度、蒸发器翅片温度和机组运行时间等多个参数综合、智能判断自动进入和退出化箱。7)安装方便:体积小巧 可以安装在任何地方,安装在室内不占用空间,也可以安装在室外,如屋顶、地面等露天放置,可以实现远程监控,占地面积小、安装简单,无需另设机房。8)蓄热运行:“移峰填谷”,充分利用晚间低谷电价运行。但热泵热水器也有其明显的缺点,尤其是空气源热泵热水器:1)热泵在冬季寒冷季节时的能效比是很低的,季节运行性能波动很大。2)成本较高。1.2.3 需要解决的问题及发展方向 问题目前,空气源热泵热水器主要应用在长江以南的地区,这主要是因为在低温条件下,普通空气源热泵系统的运行性能会受到很大影响,主要表现在以下几个方面12 :1) 随着环境温度的降低,普通空气源热泵系统蒸发温度降低,在冷凝温度(或冷凝压力)不变的情况下,压缩机压缩比增大,超出了普通单级压缩系统正常运行的临界值(根据资料,容积式压缩机压缩比临界值一般为810), 压缩效率降低。2) 普通空气源热泵在低温环境下工作时,系统蒸发温度降低,压缩机压比增大, 输气系数减小,制热量减少,系统制热性能系数下降,经济性降低。3) 当环境温度降至0以下,蒸发温度过低时,压缩机压缩比增大引起排气温度过高,超过压缩机允许的工作范围,致使压缩机频繁启停,系统无法正常工作, 严重时会导致压缩机烧毁。针对以上情况,提出双级压缩热泵热水器系统,通过双级压缩中间冷却方式来解决压缩机压缩比过大排气温度过高的问题,提高热泵热水器系统性能。文章在系统的热力学分析基础上,给出了系统性能评价系数和各部件损失的计算式,通过对设定运行工况的计算,得出:系统在冷凝温度60和蒸发温度-30工况下,性能系数大于2,系统有用能损失主要集中在冷凝器端, 高、低压两压缩机 损失之和不到系统总损失的1/3。发展方向我们知道,氟里昂破坏大气臭氧层,且有些氟里昂GWP(温室效应指数)值比较高,这就迫使人们寻找新的绿色制冷剂,欧洲人很推崇天然制冷剂,由此,天然制冷剂重新获得重视。它无毒、不可燃、不破坏臭氧层、GWP为1,除此之外,的单位容积制冷量是R22的5倍,流动性和传热性都很好。近年来,无论是国内还是国外都在研究在制冷空调的应用,这其中有很大一部分是应用在空气源热泵热水器上。美国、欧洲和日本等国家和地区研制出了热泵系统样机,并且与之相配套的压缩机已经批量生产,因此,我们有理由相信制冷系统将成为发展趋势。国内很多高校和研究部门对系统做了一些开创性的研究。通过实验研究,在蒸发温度0的条件下,把水从9加热至60,热泵热水系统的COP值可达4.3。以周围空气为热源时,全年的运行平均供热COP值可以达到4.0,与传统的电加热或者燃煤系统相比,可以节省75%的能量.文献14 对热泵热水系统及其压缩机、换热器、膨胀阀等各重要部件的研究状况做出介绍。由于跨临界循环中,冷凝压力相当高,这就给压缩机的设计带来了困难,各国都加大投资进行研发,这方面的介绍见文献。2空气源热泵热水器的组成2.1压缩机分类及特点制冷压缩机在制冷系统中的作用是将吸入的来自蒸发器的制冷剂蒸气,在经过压缩后使制冷剂蒸气变成高温高压的制冷剂气体,然后排到冷凝器,经过冷凝器的降温后气体冷凝,在节流装置下变成低温低压的气体流向蒸发器,制冷剂在蒸发器下进行蒸发吸热沸腾,变为制冷剂蒸气后又被压缩机的吸气管吸入,这样就使系统中的制冷剂在压缩机的动力作用不断循环流动。 制冷压缩机根据其对制冷剂蒸气的压缩热力学原理可以分为容积型和速度型两大类。 1 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并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。 2 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。按密封结构形式分类 制冷系统中的制冷剂应是不容许泄露的,这意味着系统中凡与制冷剂接触的每个部件都应是对外界是密封的。根据制冷压缩机所采取的防泄露方式和结构,可有三种不同的基本压缩机形式。1 开启式压缩机 以往复式为例,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。2 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。图1-3是半封闭式压缩机(以往复式为例)的结构例子。从中可见,电动机室11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。3 全封闭式压缩机 全封闭式压缩机也象半封闭式一样,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。图1-4表示了全封闭式压缩机(以往复式为例)的结构剖面图。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。这种全封闭结构形式一般用于大批量生产的小冷量制冷压缩机中。全封闭式制冷压缩机 全封闭式制冷压缩机的电动机和压缩机装在一起后,放入机壳中,上、下机壳接合处焊封。全封闭式制冷压缩机密封性好,但维修时需剖开机壳,维修后又要重新焊接,为此要求它有10-15年的使用期间,在此期间内不必拆修。绝大多数的全封闭式制冷压缩机采用立轴式布置,这样就可以用简单的离心式供油在立轴压缩机中,有的电动机位于上部,有的电动机位于下部。GL系列压缩机的电动机位于上部。从吸气管吸入的制冷剂穿过电动机外壳,再经过转子和定子之间的间隙进入气缸。蒸气在气缸内压缩后,经排气消声器流出机壳。由于吸气充分冷却。电动机上部的空间起第一吸气消声室的作用,电动机下部与机体之间的空间起第二吸气消声室的作用。电动机位于上部有利于压缩机的润滑14 。由实践可知:1 就性能来讲,涡旋式最好,滚动转子式次之,往复式最差。2 就成本价格而言,相同制冷能力的压缩机,涡旋式滚动转子式往复式。据目前的条件,往复式使用技术最成熟,设计中选用往复式压缩机。2.2 冷凝器分类及特点冷凝器是制冷装置的主要热交换设备之一。它的主要任务是通过环境介质(空气或水)将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。2.2.1 冷凝器的结构冷凝器按冷却方式分为三类:水冷式冷凝器,空气冷却式冷凝器,蒸发式冷凝器。1 水冷式冷凝器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。循环使用时必须配有冷却塔或者冷水池,保证水不断得到冷却。水冷式冷凝器主要有壳管式冷凝器与套管式冷凝器。(1) 壳管式冷凝器 分为立式和卧式冷凝器。采用哪一种形式制冷机与使用哪一种制冷剂有关。一般立式壳管式冷凝器用于大型氨制冷系统,而卧式壳管式冷凝器则普遍使用大、中型氨或氟利昂制冷系统中。 图2-1 左为立式冷凝器,右为卧式冷凝器其壳内管外为制冷剂,管内为冷却水。壳体的两端管板上穿有传热管。壳体一般用钢板卷制(或直接采用无缝钢管)焊接而成。管板与传热管的连接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 除上述壳管式冷凝器器的一般特点外,卧式壳管式冷凝器在管板外侧设有左右端盖,端盖内侧设有满足水流程需要的隔腔,保证冷却水在管程中往返流动,使冷却水从一侧端盖的下部进入冷凝器,经过若干个流程后由同侧端盖的上部流出。国产卧式壳管式冷凝器一般为410个流程。在端盖的上部和下部设有排气和放水阀,以便装置启动运行时排出水侧空气,或在停止运行时排出管内存水,防止冬季时冻裂传热管。表2-1 面积热流量与质量流速热流密度12002300580011600R12质量流速R12质量流速 2)立式壳管式冷凝器 立式壳管式冷凝器以适合立式安装而得名。与卧式壳管式冷凝器不同之处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,再用水泵送到冷却塔降温后,可循环使用。 (2)套管式冷凝器 它是由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。如图所示图2-2 套管式冷凝器制冷剂蒸汽在套管间冷凝,冷凝液从下面引出,冷却水在直径较小的管道内自下而上流动,与制冷剂成逆流式,因此传热效果较好。当水速为12m/s时,传热系数K在930W/M2K左右.该冷凝器结构简单、制作方便。但是在套管长度较大时,下部管间易被液体充斥,使传热面积不能得到充分利用,而且金属耗量较大,一般只在小型氟利昂制冷装置中使用。2 空气冷却式冷凝器这种冷凝器以空气为冷却介质,制冷剂在管内冷凝,空气在管外流动,吸收管内制冷剂放出的热量。由于空气的传热系数较小,管外(空气侧)常常要设置肋片,以强化管外换热。按空气流动的方式不同此类冷凝器分为空气自由运动和空气强制运动两种形式。(1) 空气自由运动的空冷冷凝器 该冷凝器利用空气在管外流动式吸收制冷剂排放的热量后,密度发生变化引起空气的自由流动而不断地带走制冷剂蒸汽的凝结热。它不需要风机,没有噪声,多用于小型制冷装置。目前应用非常普遍的是丝管式结构的空气自由运动式冷凝器。(2) 空气强制流动的空冷冷凝器 如图所示,图2-3 强制空冷冷凝器它有一组或几组带有肋片的蛇形管组成。制冷剂蒸汽从上部集管进入蛇管,其管外肋片用以强化空气侧换热,补偿空气表面传热系数过低的缺陷。肋片一般采的铝片制成,套在的铜管外,由弯头连接成蛇形管管组。肋片根部用二次翻边与管外壁接触,静机械过液压胀管后,两者紧密接触以减少其传热热阻。一般肋片距离在范围。由低噪声轴流风机迫使空气流过肋片间隙,通过肋片接管外壁与管内制冷剂蒸气进行热交换,将其冷凝成为液体。适用于中、小型氟利昂制冷装置。它具有结构紧凑、换热效果好、制造简单等优点。纯铜管铝肋片空气强制流动热交换器的典型结构参数:一般60KW以下的装置多采用纯铜管,管间距25mm;或纯铜管,管间距35mm,管壁厚度为;其肋管排列方式可顺排,也可叉排;肋片间距在范围。风速一般控制在范围内。空气进出冷凝器的温差一般取。为提高换热面积的利用率,管排数以取排15 。3 蒸发式冷凝器图2-4 蒸发式冷凝器 蒸发式冷凝器(Evaporative condenser)又叫蒸发冷、冷却器,是由制冷利用盘管外的喷淋水部分蒸发时吸收盘管内高温气态制冷剂的热量而使管内的制冷剂逐渐由气态被冷却为液态的一种设备。 制冷蒸发式冷凝器是由专用轴流风机、喷淋嘴、电子水除垢仪、集气囊、PVC换热片、高效脱水器、冷却管组、填料集水槽、水泵、收水器、箱体等部件组成。 换热管采用多种形式,常用的有碳钢热浸锌管(又分圆管和椭圆管)、铝合金管、不锈钢管(又分314/316圆管、波接管 );其中碳钢热浸锌型蒸发式冷凝器为最早开始使用的产品且占有国内大部分的用户主要用于高压气体冷凝、冷却,适用压力范围在030MPa;铝合金型蒸发式冷凝器为新型节能型新一代产品适用于冰机制冷剂冷凝,适用压力范围在05MPa;不锈钢管蒸发式冷凝器主要用在一些化工厂的腐蚀性气体冷却及冷凝工艺中。 制冷蒸发式冷凝器的外壳一般用镀锌板喷塑,后因不耐腐蚀,逐渐采用了镀铝锌板喷塑,市场上最新使用的是镀铝镁锌板,这种板材有不锈钢的特点,不生锈,外观好看,易加工。轴流风机强迫空气从顶部和侧壁下部被吸入流经盘管,填料、饱和热湿空气则被排到周围大气中,热湿空气中夹带的部分水滴通过收水器截留,有效地控制水滴飘散损失,散失致大气中的水蒸气在系统中由浮球阀控制补充冷却水。综上所述,卧式壳管式冷凝器使用范围广泛、传热性能好、造价适中,故选卧式壳管式冷凝器。2.3节流装置分类及特点节流阀是最常用的节流机构,也是种类最多的节流机构,其主要种类和用途为:手动节流阀 它是所有膨胀阀的原型和基础,通常用于试验用制冷装置、作为其他节流机构的备用件、制冷装置定型试验等。有直角式和直通式两种,与管路的连接方法有管接头、焊接、法兰连接三种。卤代烃制冷剂用的手动节流阀一般为铜制,流道公称直径为,氨用手动节流阀一般用铸铁和钢制成,少数为不锈钢制成,目前,手动节流阀全部为定型产品。浮球阀,他利用液位控制通断和流量的节流机构,适用于具有自由液面容器的系统,如设有满液式蒸发器、中间冷却器、高压贮液器等容器的系统,目前,多用于氨制冷系统。工作原理:浮漂始终都要漂在水上,当水面上涨时,浮漂也跟着上升。漂上升就带动连杆也上升。连杆与另一端的阀门相连,当上升到一定位置时,连杆支起橡胶活塞垫,封闭水源。当水位下降时,浮漂也下降,连杆又带动活塞垫开启。浮球阀是通过控制液位来调节供液量的。满液式蒸发器要求液面保持一定高度,一般适合采用浮球膨胀阀。浮球阀工作原理是依靠浮球室中的浮球受液面作用的降低和升高,去控制一个阀门的开启或关闭。浮球室置于满液式蒸发器一侧,上下用平衡管与蒸发器相通,所以两者的液面高度一致。当蒸发器中液面下降时,浮球室液面也下降,于是浮球下降,依靠杠杆作用使阀门开启度增大,加大供液量。反之亦然。塑料浮球阀具有自动开启、关闭管路,以控制水位的功能。采用优质铜材精制而成,其体积小安装简便,启用灵敏度高,水头损失小、无水锤现象,能大大提高水塔(池)利率。图2-5 浮球阀小孔式浮球阀具有自动开启、关闭管路,以控制水位的功能。对于新建水塔(池),由于浮球体积的大大缩小,而使水塔(池),上部应留给浮球自由浮动所需的高度也相应减小,降低了水塔(池)的造价,它克服了老式杆浮球阀体积大,易损坏,工作不可靠而大量滋水弊病。它是您理想的水塔(池)自动控制水位的最新型阀门,对于现有的水塔(池)需更换老式的浮球阀更是合适更新换代产品。不锈钢浮球阀与塑料浮球阀的功能几乎一样,但不锈钢浮球阀的价格却比塑料浮球阀的价格高出许多热力膨胀阀,它是利用蒸发器出口处制冷剂过热度来控制通断和流量的节流机构,能够适用于各种系统。功能:热力膨胀阀实现冷凝压力至蒸发压力的节流,同时控制制冷剂的流量;它的体积虽小,但作用巨大,它的工作好坏,直接决定整个系统的工作质量,以最佳的方式给蒸发器供液,保证蒸发器出口制冷剂蒸汽的过热度稳定,感温包必须与压缩机的吸气管良好的接触从而准确的感应压缩机的吸气温度,通常充注着与制冷系统内部相同的制冷剂,从而实现通过感温包反馈回来的压力即是压缩机吸气温度对应的该种类型制冷剂的饱和压力,通过膨胀阀确保了在运行环境发生变化时(比如热负荷变化),实现蒸发器最优及最佳的供液方式,感温包的充注量只根据在某一特定的温度下完全感温包内液态制冷剂完全蒸发来进行修正的,这就等于给作用在膨胀阀膜片上方感温包反馈回来的压力规定了一个上限,因为如果管壁表面温度继续增高,只会增加感温包内部气态制冷剂的温度(处于过热状态),而压力基本上不再改变。按照平衡方式不同,膨胀阀分为外平衡式和内平衡式。在专用空调中,由于蒸发器有分路并采用莲蓬头分液器,压降比较大,造成蒸发器进出口温度各不相同。在这种情况下,使用内平衡式膨胀阀会因蒸发器出口温度过低而造成热力膨胀阀过度关闭,以至膨胀阀丧失对蒸发器的供液调节功能。所以专用空调均采用外平衡式膨胀阀,采用外平衡式可以避免膨胀阀过度关闭的情况,保证有压降的蒸发器也得到正常的供液。热电膨胀阀:它是利用蒸发器出口处制冷剂过热度来控制通断和流量,能够适用于各种系统。电子膨胀阀:有电磁式和电动式两类,利用蒸发器出口处制冷剂过热度来控制通断和流量,需要与单片机控制系统配套,适用于各种系统。电子膨胀阀是一种新型的节流装置,它由微处理器进行控制,它的出现实现了微机直接控制和调节制冷循环.电子膨胀阀有步进电机型和电磁线圈型两种结构形式。电磁线圈型严格地说是一种电磁膨胀阀。目前现在我们说的电子膨胀阀通常指的是步进电机型。它由阀体、阀芯、波纹管、传动机构和脉冲步进电机等组成。脉冲步进电机是驱动机构,波纹管是将制冷剂通道与运动部件隔开,以防制冷剂泄露。传动机构的作用是将电机的旋转运动转变为阀芯的往复运动。传动机构有两种,减速式传动机构包括齿轮副、罗纹副、传动杆等。直动式传动机构没有齿轮副。电子膨胀阀的特点是调节范围大、动作迅速灵敏、调节精密、稳定可靠。制冷剂在电子膨胀阀中可以正、逆两个方向流动,避免了热力膨胀阀只有一个方向的缺点。用于热泵时可使制冷系统大为简化。制冷系统停机时,电子膨胀阀可以完全关闭,使制冷剂进口处无需安装电磁阀16 。综上所述,根据此系统的压差,选外平衡式热力膨胀阀。2.4 蒸发器分类及特点蒸发器也是一种间壁式热交换设备。低温低压的液态制冷剂在传热壁的一侧气化吸热,从而使传热壁另一侧的介质被冷却。被冷却的介质通常是水或空气,为此蒸发器可分为两大类,即:1 冷却液体(水或盐水)的蒸发器,这种蒸发器又可分为卧式壳管式蒸发器(制冷剂在管外蒸发的为满液式,制冷剂在管内蒸发的称干式),和立管式冷水箱。2 冷却空气的蒸发器,这种蒸发器有可分为两大类,一类是空气做自然对流的蒸发排管,如广泛使用于冷库的墙排管、顶排管,一般是做成立管式、单排蛇管、双排蛇管、双排U形管或四排U形管式等型式;另一类是空气被强制流动的冷风机,冷库中使用的冷风机系做成箱体型式,空调中使用的通常系做成带肋片的管簇,在这种的冷却器中,制冷剂靠压差、液体的重力或液泵产生的压头在管内流动,因为被冷却的介质是空气,空气侧的放热系数很低,所以蒸发器的传热系数也很低。为了提高传热性能,往往是采取增大传热温差、传热管加肋片或增大空气流速等措施来达到目的。此外,还有冷却固体物料的接触式蒸发器.表2-2 表面蒸发器的典型结构参数制冷剂卤代烃氨蒸发温度管材料20管外径/mm管壁厚/mm管距/mm管排数翅片形式套片绕片翅片材料20片节距/mm片厚/mm 空气状态变化 湿空气流经表面式蒸发器的换热表面时,由于换热表面的冷却作用,状态发生变化。如忽略空气流经表面式蒸发器的流动阻力,状态变化过程为一等压过程。这样,空气各状态参数的变化取决于换热表面的温度,空气在换热表面上不同的状态变化过程见图图2-6 焓湿图在对空气冷却过程进行分析时,可以人为地将气流分成两部分,认为当湿空气流过表面试蒸发器的换热表面时,有一部分空气与翅片以及管外壁面接触,进行充分换热,其温度是换热表面温度,这一部分气流称为接触气流。另一部分气流从翅片和管形成的流道中间流过,未与换热表面接触,温度仍为初始温度,称为旁通气流,流出表面试蒸发时,接触气流与旁通气流进行充分混合。当换热表面的温度高于或等于空气的露点温度时,接触气流与换热表面只有显热交换,在冷却过程中,空气温度降低、含湿量不变、焓减少、相对湿度提高,这样的过程是等含湿量过程,称为等湿冷却。当换热表面的温度低于空气的露点温度时,接触气流的温度也将低于露点温度,空气中所含水蒸气凝结在换热表面上,接触气流与换热表面不仅有显热交换,还有潜热交换,接触气流冷却后的状态为等温线与饱和线的交点W。旁通气流不参与换热,状态不变。接触气流与旁通气流进行混合的过程线是点1与点W的连线,混合过程的终点为点2,未与混合过程线上。在此过程中,空气温度降低、含湿量下降、焓减少、相对湿度升高,这样的过程成为减湿冷却。减湿冷却时,所处的工作条件可简称为湿工况。减湿冷却时,如换热表面的温度高于,空气中的水蒸气在换热表面凝结为液体,称为凝露,这样的工作条件称为凝露工况。如换热其表面温度低于,空气中的水蒸气在换热表面凝华为固体,称为结霜,这样的工作调降称为结霜工况17 。综上所述,由于装置所特有的低温、结构简单、紧凑、传热系数较小等特点,并且套片管式强制对流空气冷却式冷凝器具有结构简单,制作方便,传热特性好等优点。故可选用铝翅片管簇式蒸发器。2.5 制冷剂选择制冷剂是制冷装置中的工作介质,又称制冷工质。制冷装置进行制热制冷就是利用制冷剂的循环流动去进行热量交换,所以制冷剂是制冷装置必不可少的部分。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13。表2-3制冷剂发展历程第1代第2代第3代第4代年代1830-19301931-19901991-20102010-原则能用即可安全与耐久性臭氧层保护防止全球变暖,低ODP,低GWP,高效制冷剂醚类,CO2,空气,甲酸甲酯CFCs, HCFCs NH3 ,H2O( HCFCs ) , HFCs , NH3 ,H2O ,HCs ,CO2( HCFCs ) , NH3 , H2O , HCs , CO2 ,空气从19世纪30年代,Perkins 发明了蒸气压缩式制冷循环后,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。表2-1所表示的是J . M. Calm所描述的制冷剂的发展的4个阶段14。为发展制冷工业,人类发明了各种各样的制冷剂。但是,目前已经发现或者潜藏着对环境的危害作用。这时第1代制冷剂中的“天然制冷剂”重新燃起了人们的希望。氨具有优良的热力性能、ODP = 0和GWP 1,但有毒,在化学工业和食品工业中以及中央空调(欧洲) 都重新得到了应用;二氧化碳ODP = 0以及GWP = 1,用跨临界循环热泵提供热水,作为复叠循环低压级和低温载冷剂时具有优良性能。碳氢化合物ODP =0和GWP 1,用于冰箱制冷剂和发泡剂,也可用于冷水机组,但易燃易爆,这非常不利。水ODP = 0和GWP 1,用于冷凝温度较低的水冷冷水机组以及冰蓄冷机组。在不同的目标下,采用有优良性能的“天然制冷剂”可能是大势所趋。制冷剂选择要求:1)应是环境可接受物质2)临界温度要高3)有合适的饱和蒸汽压4)化学稳定性和热稳定性好5)凝固温度要低6)粘度和密度要小7)导热系数要高8)绝热指数要小9)液体比热容要小10)气体潜热要大11)价廉易得 表2-4 制冷剂参数比较工质冷凝压力(KPa)蒸发压力(KPa)压缩机功率(KW)冷凝热量(KW)制热系数压比压差(KPa)压缩机排气温度()R222431.00906.330.2541.285.042.6821524.7100.68R134a1699.27569.750.2501.285.122.9821129.582.08R407C2494.30864.460.2651.304.892.8851629.891.26R410A:是一种新型环保制冷剂,工作压力为普通R22空调的1.6倍左右,制冷(暖)效率更高,提高空调性能.R410A新冷媒由两种准共沸的混合物而成,主要有氢,氟和碳元素组成(表示为HFC),外观无色,不浑浊,具有易挥发,凝固点-155,稳定,无毒,性能优越等特点。同时由于不含氯元素,故不会与臭氧发生反应,不会破坏臭氧层。另外,采用新冷媒的空调在性能方面也会又一定的提高。R410A是目前为止国际公认的用来替代R22最合适的的冷媒,并在欧美,日本等国家得到普及,其优点在于可以根据具体的使用要求,对各种性质,如易燃性、容量、排气温度和效能加以考虑,量身合成一种制冷剂。其主要特点有:(1) 不破坏臭氧层。其分子式中不含氯元素,故其臭氧层破坏潜能值(ODP)为0,全球变暖潜能值(GWP)小于0.2。(2) 毒性极低。容许浓度和R22同样,都是1000ppm。(3) 不可燃。空气中的可燃极性为0。(4)化学和热稳定性高。(5)水分溶解性与R22几乎相同。(6) 是混合制冷剂,由两种制冷剂组成(7) 不与矿物油或烷基苯油相溶。(与POE酯润滑油、PVE醚润滑油相溶)。 R410A与R22的COP很接近,制冷量比R22提高3040,传热性能好,热交换能力提高2030,即达到同样的制冷量,压缩机可减小约30左右,换热器的尺寸更小,压力损失小,但R410A压力很高,比R22高50左右,适合制冷装置向小型、高效化发展。另外,其温度滑移不超过0.2,这给制冷剂充灌,设备更换提供了方便。但是R410A制热工况下的COP比R22约小9%,其蒸发压力,冷凝压力以及容积制冷量都比R22大的多,同温度下它的压力值比R22约高60%,传热性能及流动性较好。不能直接用于R22系统。必须重新设计压缩机,换热器,管路和系统。R407C是由R32制冷剂和 R125制冷剂再加上R134a制冷剂按一定的比例混合而成,是一种不破坏臭氧层的环保制冷剂,R407C 由于和R22有着极为相近的特性和性能,所以成为R22的长期替代物,使用于各种空调系统和非离心式制冷系统。 R407C可用于原R22的系统,不用重新设计系统,只需更换原系统的少量部件,以及将原系统内的矿物冷冻油更换成能与R407C互溶的润滑油(POE油),就可直接充R407C,实现原设备的环保更换。R407C的ODP值为零,GWP值较高,与R22的沸点比较接近,但易发生温度滑移,蒸发过程和冷凝过程的开始和终了温度存在着差异,大约有6的温度滑移。蒸发压力和制冷压力与R22非常接近,但在制热工况下单位容积制冷量和COP都小于R22。在相同设计运行能力的热泵热水系统中,采用R407c热水加热系统耗功明显高于R22系统。使得在高水温时COP低于R22系统。在空调工况下,其单位体积制冷量和制冷系数比R22低5%,而在低温工况下,其制冷系数虽变化不大,但单位体积制冷量却低了20%。R407c的传热性能较差,直接影响制冷剂的改变。R407C不能与矿物性润滑油互溶,但能溶解于聚酯类合成润滑油,对干燥有较高要求。由于 R407C 是混合非共沸工质,为了保证其混合成分不发生改变,所以 R407C 必须液态充注。如果 R407C 的系统发生制冷剂泄漏,且系统的性能发生明显的改变,其系统内剩余的 R407C 不能回收循环使用,必须放空系统内的剩余 R407C 制冷剂,重新充注新的 R407C 制冷剂。R-134a作为使用最广泛的中低温环保制冷剂,由于HFC-134a良好的综合性能,使其成为一种非常有效和安全的CFC-12的替代品,主要应用于在使用R12制冷剂的多数领域,R134a是目前国际公认的CFC-12最佳的环保替代品。HFC-134a不含氯原子,对臭氧层不起破坏作用,具有良好的安全性能(不易燃、不爆炸、无毒、无刺激性、无腐蚀性);其制冷量与效率与CFC-12非常接近,所以视为优秀的长期替代制冷剂。HFC-134a可广泛用做汽车空调,冰箱、中央空调、商业制冷等行业的制冷剂,并可用于医药、农药、化妆品、清洗行业。综上,被称为环保制冷剂的 HFCs类的其他制冷剂如R410A、R407C,虽然在效率方面优于R134a,但同样存在工作压力太高、对管道部件最适化和耐压要求高、须改进换热器和机组设计、投资运行维护成本高等缺点。从系统的复杂程度、制冷剂对环境污染程度、制冷剂制热能力、成本等角度考虑,选择R134a。3 空气源热泵热水器压缩机的选型3.1热力计算环境干球温度20,初始水温15,终止水温55,制冷剂R134a,蒸发温度10,每次水温升5。图3-1 压焓图表3-1 各状态点参数 T()H()VP120413.4552.06415273.74444.1216.82355279.32410279.32单位理论功 (3-1)单位理论制热量 (3-2)单位理论制冷量 (3-3)单位容积制冷量 (3-4)质量流量 (3-5)总制冷量 (3-6)实际输气量 (3-7) 容积系数 取 ,压力损失系数 ,温度系数 ,泄露系数 ,输气系数 压缩机理论输气量 (3-8)理论功率 (3-9)机械效率 ,电动机效率 ,指示效率 ,电效率指示功 (3-10)轴功率 (3-11)输入功率 (3-12) (3-13) (3-14)3.2 压缩机校核有上面的制冷量与输入功率,选定比泽尔定排量压缩机6G-30.2Y-30P,其参数如下:排量,缸径75mm,电压,制冷量86KW,输入功率31.7KW,电流43.5A,质量流量2421Kg/h.名义工况冷凝温度54.4,蒸发温度7.2,过冷度5。图3-2 压焓图表3-2 各状态点参数点压力bar比容L/Kg焓KJ/Kg温度13.7755.64407.1912.2214.7444.770.81314.7278.3754.443.77278.377.2单位理论功 (3-15)单位理论制热量 (3-16)单位理论制冷量 (3-17)单位容积制冷量 (3-18)质量流量 (3-19)总制冷量 (3-20)实际输气量 (3-21)容积系数 取 ,压力损失系数 ,温度系数 ,泄露系数 ,输气系数 压缩机理论输气量 (3-22)理论功率 (3-23)有上面的制冷量与输入功率,选定比泽尔定排量压缩机6G-30.2Y-30P,其参数如下:排量,缸径75mm,电压,制冷量86KW,输入功率31KW则,此压缩机符合要求。4 空气源热泵热水器冷凝器设计计算4.1 肋相关参数 壳管式冷凝器:进口水温50,出口水温55,即水的温升5,冷凝温度60。根据生产工艺,拟采用低肋管作为传热管,其基本参数如下:直径mm,m,角度则每1m肋管长的肋片数为: (4-1)每1m肋管长肋顶面积 (4-2)每1m管长肋片面积为 (4-3)每1m管长肋间基面积为 (4-4)每1m肋片管外表面积为 (4-5)每1m管长内表面积为 (4-6)肋片当量高度为 (4-7)4.2 冷凝器热负荷及冷却水流量冷却水的定性温度为 (4-8)物性参数为 故冷却水流量为 (4-9)4.3 冷凝器结构初步规划 根据一般经验,由于低肋螺纹管传热效率高,故初次取管外表面面积热负,则初步规划的所需冷凝器外表面积为 (4-10)上述规格低肋管管长为 (4-11)设管内水速为2m/s,则每流程管数为 (4-12) 对于壳管式换热器,当长径比为410时,换热器有较好的换热性和经济性,此时选择如下参数:流程数i=4,则 表4-1 不同流程数i和有效管长Le的组合情况如下iin壳内径长径比2320.14921.34640.2286.966960.2933.61图4-1 传热管排布 如图为传热管布置示意图,为使传热管布置左右对称,故布置65根传热管,每流程16.25根,管内水速为,求得水速为1.94m/s。传热管按正三角形排列,管板上相邻管孔中心距为S=(1.251.3)=25mm,管数最多的一排管不在管体中心线上。考虑最靠近壳体的传热管与壳体的距离不小于5mm,则所需最小壳体内径为228mm,根据无缝钢管规格,选用。冷凝器采用管板外径与壳体外径相同的主体结构形式,管排布置及管板尺寸能够保证在管板周围边上不均匀布置6个端盖螺钉孔以装配端盖,且能避免端盖内侧装配孔周边的密封面不致遮盖管孔,同时客体内部留有一定空间起贮液作用。4.4 管内水侧表面传热系数雷诺数 (4-13)即水在关内作湍流运动。流体在管内受迫运动放热的湍流区换热计算公式为 (4-14)在定性温度下 (4-15)故 (4-16)4.5计算R134a蒸汽冷凝表面传热系数 如上图所示传热管排列方式,有管簇修正系数 (4-17)低肋螺纹管的增强系数为(取) (4-18)设壁面温度,则冷凝液膜平均温度为 (4-19)查制冷剂蒸汽冷凝时R134a的值当时,有 汽化热 液相密度 液态运动粘度 热导率则有 (4-20)因此 (4-21)4.6 计算传热系数和面积热流量 由管内外热平衡原理,管外面积热流量 为 (4-22)取水侧垢层热阻纯铜管热导率为低肋螺纹管壁厚为,则管外表面积热流量为 (4-23)为蒸汽与冷却水之间的传热温差,即 (4-24)为管内外平均直径处单位面积,有 (4-25)故 与联立,即 (4-26)由试凑法解出因此管壁外表面温度为与假设的壁面温度基本相符将代入计算式中得以管外表面积为基准的传热系数 (4-27)4.7 计算所需要的传热面积 (4-28)说明设计合理4.8 计算冷却水侧流动阻力 管内摩擦阻力系数为 (4-29)取冷凝器两侧管板厚,其实际冷凝管长度为 (4-30)冷却水在管内的质量流速为 (4-31)故冷却水在冷凝器内的压力损失为 (4-32) 连接管经计算:取冷却水在进行水接管中的流速则进出水接管管内径为 (4-33)根据无缝钢管规格,选取无缝钢管进出口接管即可18-19 。 设计综述如下,低翅片管总数65根,每根传热管有效长度为1.59m。管板厚度取50mm,考虑传热与管板之间胀管加工时两端各伸出3mm,传热管的实际下料长度为,壳体长度为1.59m,壳体规格为的无缝钢管。取端盖水腔深度为5060mm,端盖铸造厚度约10mm,则冷凝器外形总长度约1900mm,冷却水流动的流程数为4.4.9 管板 管板是管壳式换热器的一个重要元件,常用的为圆形平板。它的合理设计,对于节省材料和加工制造都有重要意义。管板和壳体的连接有可拆和不可拆两种。固定管板式热交换器常用不可拆连接,两端的管板直接焊于外壳上并延伸到壳体周围之外兼做法兰。对于U型管式、浮头管式等设备,为使壳程便于清洗,常采用可拆连接的形式,即将管板加在壳体法兰和管箱法兰之间构成可拆连接。管板选用直接焊于外壳上并延伸到壳体周围之外兼作法兰,管板与传热管的连接方式采用焊接法。 表4-2 管板最小厚度 (mm) 换热管外径d管板最小厚度 管板与管子胀接连接时,管板厚度最小应按上表规定;当用焊接法连接时,最小厚度要满足结构设计和制造的要求且不小于12mm。此次设计管板厚度为12mm。4.10 分程隔板 在管箱内安装分程隔板是为了将热交换器的管程分为若干流程。流程的组织应注意每一程的管数大致相等。分程隔板的形状应力求简单,并使密封长度尽可能短。表4-3 分程隔板最小厚度公称直径DN隔板最小厚度碳素钢及低合金钢高合金钢8610814101410 本设计取分程隔板厚度8mm。4.11 拉杆 拉杆直径的选用与换热管外径有关,如下表表4-4 拉杆直径选用表换热管外径d10d1414d2525d57拉杆直径101216 拉杆数量见表4-5。在保证大于或等于表中所示拉杆总结面积的情况下,拉杆的直径和数量可以变动,但其直径不得小于10mm,数量不得小于4根。拉杆应尽量布置在管束的边缘。对于管子外径小于或等于14mm的管束可把折流板焊在拉杆上,此时不需要定距管。表4-5 拉杆数量选用表拉杆直径,mm公称直径DN,mm10461012161824124481012141816446681012由于换热管外径为19mm,壳体公称直径273mm,所以选取直径为12mm的拉杆,其数量为4根。5 节流装置的选择热力膨胀阀的选配主要是根据制冷量、制冷剂的种类、膨胀阀节流前后压力差、蒸发器管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,应使阀得得容量与蒸发器的产冷量相匹配,如果容量选的过小,将使蒸发器的传热面积的不到充分利用,以致制冷系统冷量不足;若选的过大,则使膨胀阀额的调节不稳定,蒸发器出口处温度产生较大波动,严重时甚至发生压缩机的“液击”现象。热力膨胀阀选配原则如下:1 根据蒸发器中压力降大小及有无分液头来确定热力膨胀阀的型式;2 确定膨胀阀两端的压力差对于具有左右过冷度的制冷剂液体,通过各节流阀阀门门通道的流量,可用下式计算20 (5-1)式中:G流经节流阀的制冷剂流量, A通道截面积, 节流阀前液体的密度, 节流阀前后的压力差,Pa 流量系数,无因次按美国Detroit公司D.D.Wile推荐的公式 (5-2)为阀口制冷剂比容();同上式;节流阀在工作期间,是通过调节其通道截面积A来调节制冷剂流量的,当通道截面调到最大时,通过节流阀的制冷剂流量达到最大,此时: (5-3)即 (5-4)如果所选择的的节流阀其内径满足 (5-5)式中:为节流阀所能接受的最大制冷剂流量(kg/s),为每公斤工质在蒸发温度条件下的制冷量(kJ/kg),为节流阀所对应的蒸发温度回路的总制冷量,即所选型号满足要求。但是如果所选的太大,却会使调节带来困难。因此,选择时,一般考虑在的范围内。计算:取,求得 阀出口处制冷剂比容为0.0157,节流阀前制冷剂液体密度为1261,压力差为1.267MPa,则=0.7219,代入式子得G=3855.87kg/s.由于压差大于15KPa,故选用外平衡式热力膨胀阀,综上所述,选择ETV-25N,其参数如下:名义制冷量88KW,材质:黄铜,连接形式:螺纹、焊接,压力环境:常压,工作温度:高中低温,标准:国际,类型(通道位置):二通式,品牌:FENSHEN 名义工况:冷凝温度38,蒸发温度4,阀进口液体温度过冷1,通过阀的压降为0.41MPa。6 蒸发器的设计计算6.1传热管选型及排布 表6-1传热管参数紫铜管规格翅片厚度翅片节距0.32.23 传热管选用的铜管,肋片选用,管簇为正三角形排列(叉排排列),沿气流方向的管排数N=4,迎风面风速6.2 计算几何参数 翅片为平直套片。考虑套片后的管外径 (6-1)管间距为,沿气流方向套片的长度,每米管长翅片的外表面积 (6-2)每米管长翅片间的管子表面积 (6-3)每米管长的总外表面积 (6-4)每米管长的外表面积 (6-5)每米管长的内表面积 (6-6)肋化系数为 (6-7)6.3 计算空气侧干表面传热系数 图6-1 湿空气变化过程由给定的进风参数查h-d图,得,依照风量选择原设计风量。由可知 (6-8)进入湿空气的比体积 (6-9)湿空气的质量流量 (6-10)进出口空气的比焓差 (6-11)出口的比焓 假设传热管壁面温度,,查得,(取)得空气处理饱和过程的饱和状态点w,连接1-w与线交与点2,得出蒸发器出口空气状态干球温度,含湿量空气的平均温度,空气在此温度下的物性参数为,蒸发器中空气的平均比焓 (6-12)则线与1-w线相交于m点,同时查得空气的平均状态参数6.4 计算空气侧传热系数 蒸发器迎风风速,单位有效长度B=1.92m,蒸发器的高度为 (6-13)最窄通风面风速为 (6-14) (6-15)雷诺数为 (6-16)则 (6-17)表面传热系数 (6-18)析湿系数 (6-19)肋片效率 (6-20) (6-21) 对于正三角形叉排排列的平直套片管束,叉排时翅片可视为正六边形,且此时翅片的长对边距离和短对边距离之比,且 (6-22)故 (6-23)肋片折合高度为 (6-24)空气侧当量表面传热系数为 (6-25)6.5 计算制冷剂管内表面传热系数 R134a在时的物性参数,查表得饱和液体密度,饱和蒸汽的密度汽化热,液体的动力粘度,液体的热导率,液体的普朗特常数平均干度,查软件得制冷剂质量流量 (6-26)每根管子的有效流通横截面积 (6-27)取,考虑到R134a的阻力比相同条件下R12要大,故取R134a在管内的质量流速,则总流通截面为 (6-28)蒸发器分路数为,取Z=40,则每一分路中R134a的质量流量为 (6-29)每一分路中R134a在管内的实际质量流速 (6-30)于是 (6-31) (6-32) (6-33) (6-34) (6-35)6.6 计算管内传热面积 管外污垢热阻、接触热阻及导热热阻之和则以管外面积为基准的传热系数为 (6-36)平均传热温差 (6-37)校核假设的值管内热流密度与假设的 偏差3.5%。故 (6-38)6.7 传热管的长度 所需传热管长度为 (6-39)迎风面积 (6-40)取蒸发器宽、高分别为实际迎风面积已选定垂直于气流方向的管间距为,故垂直于气流方向每排管子间数 (6-41)深度方向为4排,共布置160根传热管传热管的实际总长度为 (6-42)传热管的实际内表面传热面积为 (6-43)又 计算说明约有9.8%的欲度19 ,设计合理。6.8 R134a的流动阻力及其对传热管温差的影响 乌帮和等的试验表明,在其他条件的相等的情况下,R134a在管内的流动阻力比R12要高出10% (6-44) (6-45) 由于蒸发温度时R134a是饱和压力为414.55kPa,故流动阻力损失仅占饱和压力的1.6%。因此由它引起的蒸发温度的变化可忽略不计,设计合理。6.9 空气侧的阻力计算 有 (6-46)由图确定, (6-47) (6-48) (6-49)由及查得,则 (6-50)又 (6-51) (6-52) (6-53)故7 辅助设备的选择7.1 贮液器的选择储液器按外形可以分为立式和卧式,按照用途可以分为高压储液器、低压循环储液器和排液桶。 高压储液器的作用主要有:1 接收冷凝器出来的高压液体,避免液体制冷剂淹没冷凝器换热面,造成冷凝器压力过高。2 为了适应工况变动的需要,对系统中流量的不平衡性进行调节,使系统运行更加平稳。3 起液封作用,防止高压制冷剂蒸汽窜动到低压侧。4 储液器在小型系统中起储存系统制冷剂的作用,尤其在设备维修时将全部制冷剂排入储液器。本次设计选用一个立式高压储液器,储液器的选型计算: (7-1)-冷凝温度下的液态制冷剂比容,单位-制冷系统制冷剂总循环量,单位0.7-贮液器的允许液体充满度-贮液器的容量系数,取=1.2 选择椰树牌LCRB-2L型号的储液器,其性能与特点为:1) 出口安装有可旋转360度截止阀。2) 进口为紫铜管接口。3) 安装方法:垂直安装。其图片及技术参数如下: 图7-1 表7-17.2 集油器的选择 用筒身直径为159mm的集油器,压缩机在标准工况下的总制冷在230KW下选择用筒身直径为159mm的集油器。7.3 过滤器选择制冷系统中设置过滤器的作用:制冷系统设置过滤器可以滤除混入制冷剂中的金属屑、氧化皮、尘埃、污物等杂质,防止压缩机、阀件的磨损和破坏气密性。在制冷系统中安装位置:安装在压缩机的回气管上,防止污物进入压缩机。另外,在电磁阀和热力膨胀阀之前也装过滤器,防止自控元件发生堵塞,影响系统的整体运行。过滤器的结构:氟利昂制冷系统采用的过滤网采用网孔为的钢丝网。在热气脱冰支管中蒸气进入蒸发器之前,应该在热电磁阀之前安装过滤器。防止热蒸气电磁阀发生堵塞。7.4 风机选型风机根据作用原理可分为离心式、轴流式和贯流式三种。 轴流式风机由圆筒形外壳和旋转的叶轮所组成,叶轮片可直接装在电动机轴上。通常叶轮片有:二片、三片、四片等三种。空洞器上的轴流风机一般由三片或四片叶片组成叶轮,叶片很宽。 轴流风机运行时,空气由轴流进入叶片,然后继续保持轴流运动而排出机外。轴流风机的工作原理是,由于叶轮具有斜面形状,所以当叶轮在机壳中转动时,空气一方面随着叶轮转动,一方而沿着轴向推进,因空气在机完中的流动始终沿着轴流,故称为的流式通风机。轴流式通风机的优点是效率高(可达8590),产生的风量较大,因而在相同风量风压下,它的尺寸较小,耗电量较少。但它的压头较低,多数在4knm水柱以下,噪声较高,使用范围比离心式风机较窄,多用于噪声要求不高的大风量系统,或者是低风压体积小的场合,但要求风量要大。 由于轴流式风机的叶片与机轴中心线有一定的螺旋角,当电机带动叶片转动时,空气一边随叶轮转动,一边沿轴向推进;当空气被推进后,原来占有的位置形成局部低压,促使外面的空气由吸入口进入。从出口排出。由于气体的流动始终沿轴向,所以称为轴流式风机。 轴流风机广泛应用与空调器的室外机组中。对于小型空调器用轴流风机,为简化其结构,仅由电动机和叶轮组成。 轴流式通风机产生的风压较低,一般不大于500Pa,但风量比离心式风机大,因而运行时噪音较大。 由于蒸发器的迎风面宽度,高度,可安装2台风机。 风压(7-2)式中:翅片管的通风阻力 蒸发器前过滤网阻力,取40Pa 出风栅栏阻力,取10Pa 机外余压,取40Pa风机输入功率为(7-3)式中:风量 风机的全压效率,小型轴流风机= 风机的传动效率,风机与电动机直连时=1,V带传动式=0.95 综上所述,选用余姚市九洲电器有限公司制的风机,其参数如下:扇叶直径560mm,厚度139mm,轴径12mm,材质:塑料,风量22000,配以三相异步电动机,型号Y80-355,电机功率900W,转速2590rpm., 图7-27.5 视夜镜选型示液镜是通过玻璃来观察管内或容器内液体状态的器件。 示液镜常安装于冷冻设备的管路中,用以显示系统中制冷剂潮气含量及管内制冷剂或润滑油的流动情况,还可以用来指示压缩机曲轴箱的油位,以便随时观测,判断系统的运行状况,及时采取措施,确保设备的安全正常运行。还有一种示液镜还可以作为氟利昂制冷剂的含水量指示器使用而更新型的电子视镜也已开始使用。液体流动指示器多装在制冷供液管或分油器回油管路上,以示制冷剂和回油的流动情况。在安装时,潮气指示变色圈可能呈现粉红色,那时由于吸收了外界空气水份的缘故,当安装在制冷空调系统中,假如制冷剂中的潮气在允许的范围中,那么变色纸圈就会变成蓝色,但需大约10小时左右的平衡时间,如果超过10小时还不变成蓝色就需要寻找原因或更换干燥过滤器。示液镜安装在经清洗、干燥处理的制冷系统中,以防过量的水分、冷冻油和污物污染潮气指标变色圈,使之失效。焊接时应卸下视镜玻璃,以防过热,影响密封件和潮气指标变色圈。 选择焊接式示液镜-SGWW12(12mm),外形图如下:图7-37.6 单向阀单向阀是指依靠介质本身流动而自动开、闭阀瓣,用来防止介质倒流的阀门,又称逆止阀、单向阀、逆流阀、和背压阀。单向阀属于一种自动阀门,其主要作用是防止介质倒流、防止泵及驱动电动机反转,以及容器介质的泄放。单向阀还可用于给其中的压力可能升至超过系统压的辅助系统提供补给的管路上。单向阀主要可分为旋启式单向阀(依重心旋转)与升降式单向阀(沿轴线移动)。 单向阀的作用是只允许介质向一个方向流动,而且阻止反方向流动。通常这种阀门是自动工作的,在一个方向流动的流体压力作用下,阀瓣打开;流体反方向流动时,由流体压力和阀瓣的自重合阀瓣作用于阀座,从而切断流动。安装单向阀时,要注意阀上箭头方向要与管路中流体方向一致。直接作用式单向阀可以水平安装也可以垂直安装,导阀控制式单向阀必须水平安装。单向阀选型:在此选用“浙江新三荣制冷公司” SR-3140/7型单向阀。其主要参数如下:接口尺寸:22.4mm 总长:100mm 总高:84.5mm其外形图如下: 图7-4 单向阀及其剖视图表7-2单向阀技术参数型号接口尺寸HH1LQinchmminchmminchMminchmminchmmSR-3120/77/822.43.33.91002.460SR-3120/91-1/828.83.33.91002.460SR-3120/111-3/835.04.0101.51.3344.61182.868SR-3120/131-5/842.04.9125.51.5375.61413.588SR-3120/172-1/854.05.61421.742.56.81734.11047.7 循环水泵选型水泵有很多种。从原理上可以分为气压泵,离心泵,轴流泵,混流泵,螺旋泵等,使用最多的是离心泵。离心泵的工作原理是:依靠高速旋转的叶轮,液体在惯性离心力作用下获得了能量以提高了压强。水泵在工作前,泵体和进水管必须罐满水,防止气蚀现象发生。当叶轮快速转动时,叶片促使水很快旋转,旋转着的水在离心力的作用下从叶轮中飞去,泵内的水被抛出后,叶轮的中心部分形成真空区域。水原的水在大气压力(或水压)的作用下通过管网压到了进水管内。这样循环不已,就可以实现连续抽水。在此选用最常见的离心水泵。泵的工作特性可由以下特性参数表示。(1)流量,单位时间内输送水的体积,根据制热量可求出: (7-4) (2)扬程,水泵供给单位重量水的能量。根据设计尺寸大小可将扬程定为。选择离心泵,其详细资料如下:型号ISW50-125: 流量 扬程21.5m 效率60% 电机功率3KW 转速2900r/min 必须汽蚀余量2.5r7.8 油分离器系统在运行过程中润滑油往往随压缩机排气进入冷凝器甚至蒸发器,使让它们的换热效果降低,影响整个制冷装置技术性能的发挥。油分离器将压缩机排出的高压蒸气中的润滑油进行分离,以保证装置安全高效地运行。它是根据降低气流速度和改变气流方向的分离原理,高压蒸气中的油粒在重力作用下分离。通常使用的油分离器有洗涤式、离心式、填料式和过滤式四种。1)洗涤式油分离器适用于氨制冷系统。在其下部有来自冷凝器的并保持有一定液面高度的氨液,高压氨蒸气引至液面以下经液氨洗涤,将所含的润滑油分离后,从侧上方氨气出口进入冷凝器。2)离心式油分离器,该油分离器适用于较大型的制冷装置。它是利用气流在油分离器内呈螺旋形流动产生离心力来达到分油的目的。3)填料式油分离器,该油分离器在壳内设置多组填料,材质一般为金属丝网、毛毡、陶瓷环或金属屑等,在壳内形成过滤式分油,填料的组数越多其分油效果越好。该油分离器结构简单,工作可靠,广泛应用大、中型螺杆式制冷机组中。4)气流和大幅度降低流速,加上过滤网的过滤作用,将混在高压气体中的油滴分离出来。该油分离器虽分油效果不如前三种好,但因其结构简单,制造方便,回油及时,在小型制冷装置中应用相当广泛。因此,根据设计要求选用过滤式分离器。油分离器筒径可以用下式确定: (7-5) 式中:吸气系数; 压缩机的理论排气量; 压缩机的排气比体积; 压缩机的吸气比体积; 制冷剂通过分离器横截面的速度,速度取();此处取;将数据代入得: (7-6)选用油分离器型号:图7-5 油分离器外形表7-3 油分离器技术参数型号(TYPE)ABCDEFG(英寸)(英寸)(mm)(mm)(mm)(mm)(mm)S-5201S1/2”1/4”30214101.64830S-52011/2”1/4”30244101.64830S-52025/8”1/4”35339101.64830S-52037/8”1/4”40415101.64830S-52041-1/8”1/4”45445101.64830S-52051-3/8”1/4”50474101.64830S-62031-3/8”1/4”50430152.47635S-62041-5/8”1/4”50430152.47635S-62052-1/8”1/4”61490152.47635选择椰树品牌的油分离器,其型号为S-5201S,具体参数如上表7-3所示。7.9电磁阀电磁阀是一种双位电动执行器,在制冷系统中用于自动控制开启或截断的阀门。电磁阀装在制冷装置管道中,通常它和压缩机同步工作,配合压缩机的开、停而自动接通或断开管路系统。当压缩机运行时,电磁阀打开供液。当压缩机停车时,电磁阀马上关闭停止供液,以防止液体制冷剂大量进入蒸发器,在压缩机再次启动时产生液击。在一机多库的场合,电磁阀受双位温控器控制。当库温低于温度下限时,电磁阀关闭,停止供液,库温上升,当库温上升到上限时,电磁阀又开始供液,使库温降低,这样库温就在上下限之间不停地波动。电磁阀的工作原理是:电磁阀里有密闭的腔,在不同位置开有通孔,每个孔都通向不同的油管,腔中间是阀,两面是两块电磁铁,哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边,通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排油的孔,而进油孔是常开的,液压油就会进入不同的排油管,然后通过油的压力来推动油刚的活塞,活塞又带动活塞杆,活塞竿带动机械装置动。这样通过控制电磁铁的电流就控制了机械运动23。电磁阀可分为直接作用式和间接作用式,但它们的基本原理是一致的。一般间接式电磁阀由于启闭平稳,冲击力小,声音低,在大口径和高压管路中广泛使用。电磁阀在安装时必须垂直安装在水平管路上,并注意介质流动的方向应与电磁阀门所指的方向一致。特别是间接启动式电磁阀对零件加工精度要求高,装配要求高。选用FDF6A型电磁阀,适用于环境温度-30- +60,相对湿度小于95%;适用介质R22、R134A、R407C、R410A等,制冷工质允许温度-30- +140,具有以下优点:1、常闭式、硬密封、全封闭、直动型流体通断控制阀。2、结构紧凑,工作寿命长,功耗低,噪音小,性能稳定可靠。3、采用先导式结构,流量大。 图7-6 电磁阀示意图以下电磁阀的基本参数:阀口径:5.8mm;阀消耗功率:57W;最大工作压力:4.2MPa;开阀压力差:04.2Mpa;7.10 温度控制器温控器(Thermostat),根据工作环境的温度变化,在开关内部发生物理形变,从而产生某些特殊效应,产生导通或者断开动作的一系列自动控制元件,或者电子原件在不同温度下,工作状态的不同原理来给电路提供温度数据,以供电路采集温度数据。以温控器制造原理来分,温控器分为:1 突跳式温控器:各种突跳式温控器的型号统称KSD,常见的如KSD301,KSD302等,该温控器是双金属片温控器的新型产品,主要作为各种电热产品具过热保护时,通常与热熔断器串接使用,突跳式温控器作为一级保护。热熔断器则在突跳式温控器失娄或失效导致电热元件超温时,作为二级保护自,有效地防止烧坏电热元件以及由此而引起的火灾事故。2 液涨式温控器:是当被控制对象的温度发生变化时使温控器感温部内的物质(一般是液体)产生相应的热胀冷缩的物理现象(体积变化),与感温部连通一起的膜盒产生膨胀或收缩。以杠杆原理,带动开关通断动作,达到恒温目的液胀式温控器具有控温准确,稳定可靠,开停温差小,控制温控调节范围大,过载电流大等性能特点。液涨式温控器主要用于家电行业,电热设备,制冷行业等温度控制场合用。3 压力式温控器,改温控器通过密闭的内充感温工质的温包和毛细管,把被控温度的变化转变为空间压力或容积的变化,达到温度设定值时,通过弹性元件和快速瞬动机构,自动关闭触头,以达到自动控制温度的目的。它由感温部、温度设定主体部、执行开闭的微动开关或自动风门等三部分组成。压力式温控器适用于制冷器具(如电冰箱冰柜等)和制热器等场合。4 电子式
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