120KW模块式风冷冷水机组设计【含CAD图纸+文档】
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本科毕业设计（论文） 题 目 120kw模块式风冷冷水机组设计 学生姓名 专业班级 学 号 院 （系） 指导教师(职称) 完成时间 120kw模块式风冷冷水机组120kw模块式风冷冷水机组设计摘 要风冷模块式冷水机组以空气源作为冷源，不受水源限制，省去了水冷机制所需要的冷却塔和冷却系统，特别适用于缺水地区。机组安装方便，无水冷系统，可置于屋顶，省去了中央空调常用的冷源所需的机房。本次设计首先从系统思想出发，通过对风冷冷水机组的的结构等方面进行研究分析，为风冷冷水机组的研究提供方法论的指导。该机组主要有压缩机，冷凝器，蒸发器，膨胀设备和一些其他的辅助设备，配套组装在一起而成的一个整体，模块化设计可以使机组满足不同制冷量得需求。通过对制冷方案的研究和对压缩制冷的介绍，主要包括对制冷循环的四大部件和主要辅助设备的介绍，选择计算出适合本次设计的设备。根据已知设计条件，通过热力循环计算，换热器的设计计算，设计出合适的换热器。最后对一些主要辅助设备进行设计计算并选择出经济合适安全可靠的辅助设备。关键词 制冷机组；换热器；制冷剂；压缩机120kw modular air-cooled chillerABSTRACTAir-cooled modular chiller air source as a cold source, without water restrictions, eliminating the need for water cooling mechanism cooling tower and cooling systems, especially suitable for dry areas.Unit easy to install, no cooling system, can be placed in the roof, eliminating the common room central air conditioning cold source required.The design of the first departure from systems thinking, in terms of air-cooled chiller by the structure of research and analysis, to provide guidance for research methodology air-cooled chiller.themainequipmentincludecompressor,condenser,evaporator,expansiondeviceandsomeotherauxiliaryequipment.Bytheresearchoftherefrigerationschemeandintroductionofcompressionrefrigeration,mainlyincludesthefourpartsofrefrigerationcycleandthemainauxiliaryequipment,soitcalculateandchoosethesuitableequipmentforthedesign.Accordingtothegivendesignconditions,throughthecalculationofthethermodynamiccycle,thedesigncalculationofheatexchanger.Finallyitselecttheeconomicandsecureauxiliaryequipmentbythedesignandculculationofsomemainauxiliaryequipment.KEY WORDS chiller ；heat exchanger；refrigerant；compressorII目录摘 要IABSTRACTII前 言11.方案论证11.1 流程选择11.2 冷凝器介绍与类型选择21.2.1水冷冷凝器21.2.2 空气冷却式冷凝器41.3 蒸发器的选择51.3.1 冷却液体载冷剂蒸发器51.4 制冷剂81.4.1 制冷剂的选择原则81.4.2 制冷剂介绍与选择91.5 节流装置的选择111.5.1 手动膨胀阀111.5.2 热力膨胀阀121.5.3 热电膨胀阀121.5.4 毛细管131.6 压缩机的选择131.6.1 压缩机的分类131.6.2 活塞式、螺杆式和涡旋式制冷压缩机的特点142 制冷量计算163 制冷循环热计算174 冷凝器设计计算184.1 确定温度参数184.2 翅片管簇结构参数选择及计算184.3 传热计算204.4 风机的选择计算235. 蒸发器设计计算245.1 蒸发器的分类255.2 初步选定蒸发器275.3 选用载冷剂275.4壳管式蒸发器的设计285.4.1 初步结构设计285.4.2 管内R134a的表面传热系数计算295.4.3 水侧表面传热系数的计算305.4.4 传热系数的计算325.4.5 管内流动阻力和平均传热温差的计算325.4.6 面积热流量及传热面积的计算335.4.7 冷水侧流动阻力的计算336. 压缩机的选型与校核346.1 压缩机的分类与初选346.2 压缩机的选型计算356.2.1 理论排气量的计算356.2.2 轴功率的计算376.3 压缩机选型376.4 压缩机的校核386.4.1 压缩机名义工况下的热力计算386.4.2 压缩机的校核计算397 节流装置介绍与类型选择417.1 热力膨胀阀的选型427.1.1 热力膨胀阀名义工况下的热力学计算437.2 热力膨胀阀的使用458. 辅助设备的选择458.1 油分离器458.2 干燥过滤器选型478.3 气液分离器488.4 视液镜498.5 电磁阀508.6 截止阀528.7 水泵539 自动控制系统549.1 蒸发器的自动控制549.2 冷凝器的自动控制559.3制冷装置的自动控制559.3.1 排气与吸气压力自动保护559.3.2 断水自动保护56结 论57致 谢58参考文献59120kw模块式风冷冷水机组前 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2。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.方案论证1.1 流程选择从热力学角度考虑，尽管各种制冷装置存在这样或那样的不同，但它们的基本原理是一样的，即利用某种物质状态变化，从较低的热源吸取一定的热量，通过一个消耗功的补偿过程，向较高温度的热源放出热量。为了实现上述能量转换，首先并须有使制冷机能达到比低温热源更低温度的过程，并连续不断的从被冷却物体吸收热量。实现这一过程制冷的主要方式主要有压缩式制冷，热电制冷及吸收式制冷。压缩式制冷系统中制冷剂在蒸发器中吸收外界的热量，蒸发成气体后进入压缩机。气体被压缩机压缩，温度升高。从压缩机排除的气体进入冷凝器，被冷却介质冷却，成为液体。离开冷凝器的制冷剂液体流经节流元件时，降低压力和温度，成为由气体和液体组成的两相混合物，再进入蒸发器，吸收蒸发器周围物体的热量，使他的温度降低；热电制冷是利用了电子能量与热量之间的相互转换，电子流经两种不同材料构成的结点时，因这两种材料中电子有不同能级，使电子的能量发生了变化。能量增加时从外界吸热，能量减少时向外界放热；扩散-吸收式制冷利用液体蒸发连续不断地制冷时，需不断输出制冷剂气化时产生的蒸汽。压缩式制冷机用压缩机吸取此蒸汽，吸收式制冷机用吸收剂吸收制冷剂的蒸汽。通过比较，本次设计适合选用单级压缩式蒸汽制冷循环。1.2 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。它的主要任务是通过环境介质（水或者空气）将压缩机排出的高压过热制冷剂蒸汽冷却、冷凝成饱和液体，甚至是过冷液体。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，以增大制冷剂的制冷量，提高其经济性。冷凝器是制冷装置向制冷系统外放出热量的换热设备。从制冷压缩机出来的高压过热蒸汽进入冷凝器后，将热量传给周围空气或将热量传给水，再由水传给周围空气中去。制冷剂在冷凝器中放出热量的同时自身因受冷却凝结为液体，在冷凝器中放出的热量包括两部分:一是在蒸发器中吸收的被冷却物体的热量；二是制冷剂在制冷压缩机中被压缩时，由压缩机消耗的机械功等转化为热量。制冷剂过热蒸汽在冷凝器中首先被冷凝为饱和蒸汽，然后被冷凝为饱和液体，再后制冷剂若继续冷却则被冷却成过冷液体。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。1.2.1水冷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。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。水冷冷凝器是利用水来吸收制冷剂放出的热量。其特点是传热效率高，结构紧凑，多应用于大中型制冷装置。水冷冷凝器主要有壳管式、套管式、板式、螺旋板式等。1.2.1.1 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。 立式壳管式冷凝器 立式壳管式冷凝器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液体，然后从壳体下部引出。课题的上端口设有配水槽，管簇的每一根管口装有一个分配器，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，再用泵送到冷却塔降温后，可循环使用。 从传热理论分析，立管的传热性能较水平管差的多。其原因在于立式管上冷凝液的液膜的流动路线较短，而且管内的水较难保证完全为膜层流动，因此在传热系数方面，立式冷凝器低于卧式冷凝器。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1-1.7/（h），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。卧式壳管式冷凝器 卧式壳管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成需要的隔腔，保证冷水在在管程中往返流动，使冷却水从一侧端的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。卧式壳管式冷凝器最为广泛的应用在大、中、小型氨和氟利昂制冷装置。卧式壳管式冷凝器主要由钢板卷制的筒体、换热管、两个焊接在一起的在筒体两端用于固定换热管的管板以及两个端盖组成，换热管的两端采用涨接或焊接固定在管板的管孔内，冷却水从一个端头向另一个端头流一次称为一个流程，通常冷凝器的流程数为双数。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。1.2.1.2 套管式冷凝器套管式冷凝器是由两种或两种以上的不同直径的管子套在一起组成的，并弯制成螺旋管或蛇型管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：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20/。金属消耗较大；水垢清洗不方便，对水质要求比较高。1.2.1.3 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7，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。1.2.1.4 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8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2000-3000W/()。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。1.2.2 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，吸收管内制冷剂蒸汽放出的热量。由于空气的传热系数较小，管外常常要设置肋片，以强化管外换热。空气冷却式冷凝器又称为风冷冷凝器，制冷剂蒸汽冷却和冷凝所放出的热量是由空气来冷却的。冷却方式又分为自然对流空气冷却式冷凝器和强迫对流空气冷却式冷凝器。空气冷却式冷凝器的换热管一般按蛇形管排列，制冷剂蒸汽在换热管内冷凝，空气在管外流过。自然对流空气冷却式冷凝器是依靠空气在冷凝器被加热后自动上升的过程将冷凝器释放的热量带走，不需要风机，节省了风机耗电，减少了风机噪声，但传热系数也比较低。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。强迫对流空气冷凝器它由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形管，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。强迫对流空气冷却式冷凝器一般用直径为10mm16mm的铜管弯制成蛇形盘管，蛇形盘管错排。由于这种冷凝器的冷却介质是空气，所以换热管外的换热系数很小一般为35-81 W/()，而换热管内制冷剂冷凝时的换热系数为1163-2326 W/()，为了强化管外换热，在换热管外套有翅片，翅片是用0.2-0.6mm的铜片或铝片制成，翅片间距为1.8-4mm。强迫对流冷凝器迎风面风速为2-3m/s时，按全部表面积计算的传热系数为23-50 W/()。冷凝温度和空气进出冷凝器的温差，对冷凝器的性能具有不可小觑的影响。一般冷凝温度越高，传热温差越大，传热面积将随传热温差增大而减小。由此会引起压缩机功耗增大，排气温度上升。在结构方面，沿空气流动方向的管排数越多，则后面排管的传热量越小，使换热面积得不到充分的利用。为提高换热面积的利用率，管排数取26排为好。空气冷却式冷凝器不需要冷却水，特别适用于缺水或供水困难地区。 经比较本次设计应选用翅片管式冷凝器。1.3 蒸发器的选择 蒸发器按其冷却的介质不同分为冷却液体载冷剂的蒸发器和冷却空气的蒸发器。根据工业方式的不同，有满液式、干式、循环式和喷淋式。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。1.3.1 冷却液体载冷剂蒸发器冷却液体载冷剂蒸发器主要有管壳式蒸发器，直立管式蒸发器，螺旋管式蒸发器和蛇形管式蒸发器。1.3.1.1 满液式蒸发器 满液式蒸发器按其结构分为壳管式、直管式、螺旋管式等几种结构形式、他们的共同点是在蒸发器内充满了液态的制冷剂，运行中吸热蒸发产生的制冷剂蒸汽不断地从液体中分离出来。由于制冷剂与传热面充分接触，具有较大的传热系数。但不足之处是制冷剂充注量大，液柱静压会给蒸发温度岛城不良影响。 （1） 卧式管壳式蒸发器 管壳式满夜蒸发器一般是卧式结构。制冷剂液体在蒸发器换热管外蒸发，载冷剂在换热管内流动。其外壳是用钢板做成的筒体，两端有管板，并胀接或焊接许多换热管管束，换热管通常用无缝钢管或铜管，两端的端盖具有分水隔板。载冷剂在换热管和端盖中要往返多次，其流程一般为4-8次进出口设置在同一个端盖上，并从端盖的下方进入，从端盖的上方流出，流速为1-2.5m/s。在运行时制冷剂在换热管外流动，载冷剂的液面应稳定在壳体直径的70%-80%，液面上只露出1-3排换热管，是制冷剂过热。卧式管壳式蒸发器采用氨制冷时，一般选用直径25或32mm的无缝钢管。换热器的平均传热温差为4-8，传热系数为582-756 W/()，一般来说蒸发器的传热系数比冷凝器的要小。 （2）立式蒸发器 立式蒸发器可由平行直管或螺旋管组成。它们平均沉浸在液体载冷剂中工作，由于搅拌器的作用，液体载冷剂在容器内循环流动，以增强传热效果。制冷剂液体在管内蒸发吸热，使管外载冷剂降温。 直管式蒸发器制造过程中，直管与上下集管连接的焊接工作量大，为此其泄露的机会也增多。为了降低成本，制造厂商将直管改为螺旋管，使同样的传热面积的蒸发器焊接量大为减少，而且其传热系数还有所提高。直管式和螺旋管式蒸发器的特点是在蒸发温度降低时也不会发生传热管冻裂。由于蒸发管数多，载冷剂系统一般为开式循环系统。从传热性能和经济性分析，螺旋管式优于直管式蒸发器。1.3.1.2 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气化的蒸发器。其传热管外侧的被冷却的介质式载冷剂（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，其进出口出的压差随流动阻力增大而增大，以至使制冷系数降低。干式蒸发器按其被冷却介质的不同分为冷却液体介质型和冷却空气型两类。（1） 冷却液体介质的干式蒸发器 直管式壳管式干式蒸发器它采用光管或内肋管作为传热管。由于载冷剂测表面传热系数较高，所以管外不设肋片。内肋管的采用其目的是为了提高管内载冷剂的表面传热学系数。节流后的制冷剂液体从一侧端盖的下部进入，经几个流程后，变成蒸汽从同侧的端盖的上部管流出。整个蒸发过程中制冷剂蒸汽逐渐增多，形成各流程管数不等，以满足蒸汽逐渐增大的需要。 U形管壳管式干式蒸发器，U形管作为传热管，一个管口为进液端，另一个为出气端，由此构成了制冷剂为二流程的壳管结构。它只需要一个将制冷剂进出口分隔开的端盖，这有利于消除材料因温度变化而引起的内应力，延长其使用寿命，而且传热效果较好，但不宜使用内肋管。干式壳管蒸发器的特点：能保证进入制冷剂系统的润滑油顺利返回压缩机；所需要的制冷剂充注量较小；用于冷却水时，即使蒸发温度达到0度，也不会发生冻结事故；可采用热力膨胀阀供液，这比满液式蒸发器的浮球阀供液更可靠。（2）冷却空气的干式蒸发器这类蒸发器按空气运动状态分有冷却自由运动的空气的蒸发器和冷却强制对流空气的蒸发器两种形式。冷却自由运动的空气冷却器，由于被冷却的空气呈自由运动状态，其传热系数较低，所以这种蒸发器被制成蛇形管形管管组，通常称为冷却排管。一般用于冷藏库和低温试验装置中。在食品冷藏装置中使用该设备，将有利于降低食品消耗，提高冷藏食品的品质。冷却排管结构简单，但形式多样。按排管在冷库中的安装位置可分为墙排管、顶排管和管架式排管。一般排管靠墙壁安装，顶排管安装在库房天花板下方，管架式安装在库房内可作为存放被冷冻食品的搁架。冷却强制流动空气的蒸发器。由于光管式空气冷却器传热系数很低为加强空气侧的换热，往往需要在管外设置肋片以提高传热系数值。但是在一般情况下，设置肋管后因片距较小会引起较大的流动阻力，必须采用措施强制空气以一定的流速通过肋片管簇，以便获得较好的换热效果。1.3.1.3 沉浸式蒸发器沉浸式蒸发器又有直立管式，螺旋管式和蛇管式。 (1)直立管式 这种蒸发器通常只用在氨制冷装置中，其换热管是一排一排直立管排组成，材料是无缝钢管，热管管排装在一个铁箱子里，箱内充满载冷剂，制冷剂在换热管内吸收热量后蒸发，向上走被压缩机吸收。水箱中的载冷剂在搅拌器的作用下在箱内流动，流速一般为0.5-0.7m/s，传热系数一般在520-580W/()。优点是传热性能好，由于大所以冻结的危险小。缺点是体积庞大，金属消耗大，由于载冷剂直接暴露于空气中，所以对金属的腐蚀性大14。(2)螺旋管式蒸发器 这种蒸发器的换热管采用单头螺旋盘管或双头螺旋盘管代替直立管管束，高度比直立管管束腰小一些，同时将卧室搅拌器改为立式搅拌器，在相同的传热面积下，它比直立管式蒸发器的体积小25%-40%。(3)蛇管式蒸发器蛇管式蒸发器主要用于小型氟利昂制冷装置中，其热管有一组或几组弯成的蛇形盘管组成，蒸发器沉浸在载冷剂中，氟利昂液体从蛇形管的上部进入换热管，经蒸发后变为蒸汽，然后从换热管的下部导出。载冷剂在搅拌器的作用下在水箱中流动。由于载冷剂的流速比较小及蛇形管下部的传热面积没有充分的利用15，所以蛇形管蒸发器的传热系数比较小。1.3.1.4 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。1.3.1.5 循环式蒸发器 这种蒸发器中，制冷剂在其管内反复循环吸热直至完全气化，故称作循环式蒸发器。循环式蒸发器多应用于大型的液泵供液冷库系统或低温环境试验装置。循环式蒸发器的优点在于蒸发器管道内比表面能始终完全湿润，便面传热系数很高。但体积较大，制冷剂充注量较多。 经比较，本次设计适合选用卧式壳管干式蒸发器。1.4 制冷剂 1.4.1 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，单位制冷量大可以减少制冷剂的循环量。单位容积制冷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。1.4.2 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。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。氨具有较好的热力学性质和热物理性质，在常温和普通低温范围内压力比较适中。单位容积制冷量大，粘性小，流动阻力小，传热性能好。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。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”现象氨能以任意比与水互溶，组成氨水溶液，在低温时水也不会从溶液中析出而冻结成冰。所以氨系统中不用设置干燥过滤器。但氨系统中有水时，会加剧对金属的腐蚀，同时使制冷量减少。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，被广泛应用的中温制冷剂，沸点-26.26度，凝固点为-96.6度，应用于中等蒸发温度和地蒸发温度的制冷系统中。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。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。R410a在温度打到370度以上时，与明火接触会分解出氟化氢等有毒气体。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。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的标准蒸发温度为29.8，冷凝压力一般为0.780.98MPa，凝固温度为-155，单位容积标准制冷量约为288kcal/m3。R12是一种无色、透明、没有气味，几乎无毒性、不燃烧、不爆炸，很安全的制冷剂。只有在空气中容积浓度超过80时才会使人窒息。但与明火接触或温度达400以上时，则分解出对人体有害的气体。4)R22也是较常用的中文制冷剂，在相同的蒸发温度和冷凝温度下，R12比R134a的压力要高65%左右。它在常温下的冷凝压力和单位容积制冷量与氨差不多，比R134a要打，压缩终温介于氨和R134a之间，能治去的最低蒸发温度约为-80度。R22无色，无味，不燃烧，不爆炸，毒性小，但仍然是安全的制冷剂，安全分类AI。它的传热性能与流动性能较好；它属于不溶于水的物质，制冷系统水的含量限制在0.001%以内。同时系统应设干燥器。R22的许多性质与R12相似，但化学稳定性不如R12，毒性也比R12稍强。但是，R22的单位容积制冷量却比R12大的多，接近于氨。R22对金属基本不发生化学反应作用，其泄露特性与R134a相似。当要求4070的低温时，利用R22比R12适宜，故目前R22被广泛应用于4060的双级压缩或空调制冷系统中。5）R404A是一种不含氯的非共沸混合制冷剂，常温常压下为无色气体，贮存在钢瓶内是被压缩的液化气体。其ODP为0，因此R404A是不破坏大气臭氧层的环保制冷剂20。主要用途：R404A主要用于替代R22和R502，具有清洁、低毒、不燃、制冷效果好等特点，大量用于中低温冷冻系统。 它是一种混合制冷剂，它是由R32（二氟甲烷）和R125（五氟乙烷）组成的混合物，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。R410A外观无色，不浑浊，易挥发，沸点-51.6，凝固点-155；其主要特点有：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。全球变暖系数值（GWP）小于0.2；毒性极低。容许浓度和R22同样，都是1000ppm；不可燃。空气中的可燃极性为0；化学和热稳定性高；水分溶解性与R22几乎相同；是混合制冷剂，由两种制冷剂组成；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）； 本次设计选取R134a作制冷剂。1.5 节流装置的选择节流装置是制冷系统中的膨胀机构，又称为膨胀阀，位于冷凝器之后。制冷装置的节流结构在实现制冷剂液体膨胀过程的同时，还具有一下两方面的作用：一是将制冷机得高压部分和低压部分分隔开，防止高压气体串流到蒸发器中；二是对蒸发器的供液量进行控制，使其中保持适量的液体，使蒸发器换热面积全面发挥作用。因其节流结构无外功输出，即无效率的概念可言。从冷凝器出来的高压液体制冷剂经膨胀机构后，压力降低，同时小部分液体闪发为蒸汽，成为低温低压制冷剂液体，经气液分离器后，进入蒸发器制取冷量。节流阀除起降压的作用外，还能调节进入蒸发器的制冷剂的流量。通过这样的调节作用，使制冷剂离开蒸发器时有一定的过热度，保证制冷剂液体不会进入压缩机，避免“液击”事故。节流阀是制冷系统的四个主要组成部分之一，它和压缩机共同维持系统内的高低压侧的压力差，达到制冷目的。节流阀的种类有很多，根据制冷剂不同，可以分为氨用节流阀和氟利昂节流阀；根据结构形式，可以分为手动膨胀阀、热力膨胀阀、电子膨胀阀、毛细管和浮球调节阀五种。1.5.1 手动膨胀阀以手动的方式调整阀孔的流通面积来改变蒸发器的供液量，其结构与一般的手动阀门相似，多用于氨制冷装置。手动膨胀阀采用针状阀芯，强迫制冷剂在瞬间通过窄小的通道，因此局部阻力大，能量消耗大，压力下降，紧接着通道面积突然扩大，使制冷剂膨胀，有少量液体汽化，吸收本身的汽化潜热，温度下降，所以节流后成为低压低温的汽液混合流体。1.5.2 热力膨胀阀热力膨胀阀属于一种自动膨胀阀，又称热力调节阀或感温调节阀，热力膨胀阀是目前制冷系统中向蒸发器自动供液应用最为广泛的调节机构，特别使用于氟利昂系统，它是根据蒸发器的热负荷大小向蒸发器增减供液量，使蒸发器出口保持一定的蒸汽过热度。它是利用蒸发器出口制冷剂蒸汽的过热度调节阀口开度以调节供液量的，故使用于没有自由液面的蒸发器，如干式蒸发器、蛇形管蒸发器和蛇管式中间冷却器等。在制冷系统中，热力膨胀阀可以在相当大的范围内调节制冷剂的流量，所以他能保证蒸发器的内表面积有绝大部分得到有效利用。热力膨胀阀对蒸发器出口处的温度控制，有内平衡式和外平衡式两种类型。外平衡式膨胀阀结构比内平衡式复杂，安装也比较麻烦。当制冷剂在蒸发器中压力降很小时，对过热度控制不大，采用内平衡式就可以实现满意的调节。但当制冷剂在蒸发器中压力降较大时，就必须采用外平衡式。当制冷系统蒸发温度低时，很小的压力变化就会引起饱和温度的明显变化，因此，低温装置也应采用外平衡式。此外，在使用分液器对并联多路的蒸发器供液时，由于分液器上压力降较大，也应使用外平衡式热力膨胀阀。1.5.3 热电膨胀阀热电膨胀阀为制冷系统的智能化提供了条件。它利用被调参数产生的电信号，控制施加于膨胀阀上的电压或电流，进而控制阀针的运动，达到调节的目的。按热电膨胀阀的执行器的驱动方式，目前应用的热电膨胀阀有热动式、电磁式和电动式三类。与热力膨胀阀相比，电子膨胀阀有许多优点：1）流量调节不受冷凝压力变化的影响；2）对膨胀阀前制冷剂液体过冷度的变化具有补偿作用；3）电信号比热信号传递快，使执行元件动作迅速准确；4）能够将蒸发器出口过热度控制到最小，最大限度的提高蒸发器传热面积的利用率；5)在制冷装置整个运行温度范围，可以有相同的过热度设定值；6）可以根据制冷装置实际运行特性决定调节器算法，便于通过控制器编辑，引入先进的控制方法。1.5.4 毛细管毛细管又叫节流管，其内径通常为0.55mm,长度不等，材料为铜或不锈钢。毛细节流管式根据流体在一定的几何尺寸的管道内流动产生摩阻压降改变其流量的原理，当管径一定时，流体通过的管道短，则压降小，流量大；反之，压降大且流量小。毛细管在制冷系统中取代膨胀阀作为节流结构。毛细管节流阀通常用于工况稳定，能量小的制冷装置，如冰箱、空调器和小型制冷机组。它是一种便宜、有效、没有可动部件因而没有磨损的节流机构。由于直径小，其管道容易被阻塞，为此通常在毛细管的前面按住安装良好的过滤器。当蒸发温度低于零度时，需将干燥剂填入过冷器，组成干燥过滤器，防止毛细管内发生脏堵和冰堵现象。进入毛细管的制冷剂流量应适当，流量太小，不能保持进口处的液封；流量太大，则流动阻力增加，导致压缩机排气压力过高，系统效率下降。毛细管的功能取决于五个因素：管长、管内径、热交换作用、毛细管的等圆程度及毛细管的安装位置。本次设计采用热力膨胀阀。1.6 压缩机的选择1.6.1 压缩机的分类1） 、按使用工质分类 按制冷剂种类的不同，制冷压缩机可分为有机制冷剂压缩机和无机制冷剂压缩机两大类。前者包括的制冷剂有氟利昂制冷剂和碳氢化合物，后者包含的制冷剂有R717、R744等。不同制冷剂对压缩机的材料和结构的要求不同。氨对铜有腐蚀性，按压缩机中不允许使用铜制零件；氟利昂制冷剂渗透力强，对有机物有溶胀作用；二氧化碳压缩机用于跨临界的制冷循环，因此排气压力高达11MPa,是传统的制冷压缩机的510倍，故对压缩机的可靠性和密封性等提出了高要求，由于碳氢化合物易燃、易爆，因此对谈碳氢化合物制冷压缩机的安全性提出了严格的要求。2） 、按密封方式分类 按密封方式的不同，制冷压缩机可分为开启式、半封闭式和全封闭式三类。开启式制冷压缩机是一种靠原动机驱动其伸出壳外的轴或其他运转零件的压缩机。它的特点是容易拆卸、维修。由于原动机与制冷剂和润滑油不完全接触，原动机不必具备耐制冷剂和耐油的要求，因而可用于氨制冷系统。开启式制冷压缩机密封性较差，制冷剂易通过支承曲轴的轴端向外泄流，因此必须有轴封装置。半封闭压缩机是一种壳外可在现场拆卸修理内部机件的无轴封的制冷压缩机。全封闭式制冷压缩机是一种压缩机和电动机装在一个熔焊或钎焊焊死的外壳内的制冷压缩机。焊接的外壳保证制冷剂不会外泄，但也因此使机壳不易打开、修理。 3） 、按提高气体压力的原理分类 制冷压缩机分为容积型压缩机和速度型压缩机。在容积可变的封闭容积中直接压缩制冷剂蒸汽，使气体体积缩小，从而达到提高压力的目的。属于容积型的制冷压缩机主要有往复式、螺杆式、涡旋式和滚动转子式等形式。速度型制冷压缩机提高制冷剂蒸发压力的途径是先提高气体动能，再将动能转化为位能，提高压力。 图1-1 压缩机分类1.6.2 活塞式、螺杆式和涡旋式制冷压缩机的特点（1） 、活塞式制冷压缩机的优点：1）高速，多缸，逆流式，体积小、重量轻，结构简单，占地面积小，质量好，使用方便。2）具有系列化，互换性强，通用性强，维修方便。3）运转平衡性好，震动小。4）机器装有加油，放油用三通阀，可以再正常运转时加油。5)机器装有能量调节机构，使制冷压缩机可以实现空载启动。可以调节投入运转工作的气缸数，以适应不同的制冷量需要，具有正常运转性和使用经济性。6)曲轴箱内设有冷却水管，可以降低油温。缺点：1）压缩机吸气呈逆流式，排气温度较高。2）压缩机摩擦部件多，转速高，虽然设有冷却水管，但油温仍然较高。3）运行中出现湿行程时易引起冷却器的水管冻裂。4）压缩机不能反向工作。如果要去反向工作时，需要在管路系统中另设置通道和阀门。5）压缩机的耗油量相对较大，制冷系统需要经常放油。（2）、螺杆式制冷压缩机的优点：1）管理方便 没有活塞式压缩机所具有的吸、排气阀，活塞，活塞环，缸套等易损零件，维护检修方便。运行平稳可靠，易于实现远距离操作与自动化。2）转速高，经济性能好 螺杆式压缩机是回转机械，由于没有吸排气，因而转速可以提高，通常转速在1500-3000 r/min范围内，一般都比活塞式压缩机转速高，因而提高了经济性指标。3）体积小，质量轻 由于转速高，当排气量相同时，机器的体积小，结构紧凑，质量轻，消耗金属量少，占地面积小。4）基础小 由于螺杆式压缩机没有活塞式制冷压缩机的质量惯性力，动力平衡性能好，故基础可以做的很小。5）单机制冷容量大 目前，国产螺杆式制冷压缩机系列的制冷量自9-2300KW/h不等，能适应生产上的不同需要。6）运转适应性强 可以适用于多种制冷剂，容积效率高。即在地蒸发温度和高压缩比时仍有良好的性能。由于没有余隙容积，因此容积效率较活塞式高的多。7）排气温度低 采用喷油冷却，排气温度比往复式低，因而在较高压缩比时仍可采用单机压缩。当蒸发温度为-40时，排出温度小于或等于90，这对机件运行有利。8）结构简单 结构较为简单，零件数量少，运行周期长，维修次数少，节省了加工时间。9）连续无极调节 由于目前应用最广泛的是利用滑阀进行能量调节，所以制冷量可以在10-100能量范围内无极调节，实现连续无极调节。10）运行寿命长 由于机器易损件少，使用性可靠，所以运行周期长。一般机器运行30000-50000h才检修一次。11）无液击危险 由于结构上的特点，螺杆式压缩机对湿行程不敏感，它可以容许湿蒸汽或少量液态制冷剂进入机体，无液击危险。缺点：1）转子加工困难 转子的加工精度要求高，加工比较困难，需要专用设备。2）辅助设备庞大 对于喷油的螺杆式压缩机23，为了分离排气中的润滑油，需要有体积大、结构复杂、效率高的油分离器和回油器。3）噪声大由于转子齿槽周期性的高速通过吸排气孔口，以及通过缝隙的泄漏等原因，噪声较大。 （3）、涡旋式压缩机概述：1）涡旋式压缩机是由一个固定的渐开线涡旋盘和一个呈偏心回旋平动的渐开线运动涡旋盘组成可压缩容积的压缩机。2）涡旋压缩机的独特设计，使其成为当今世界节能压缩机。涡旋压缩机主要运行件涡盘只有龊合没有磨损，因而寿命更长，被誉为免维修压缩机。3）涡旋压缩机运行平稳、振动小、工作环境宁静，又被誉为超静压缩机。4）涡旋式压缩机结构新颖、精密，具有体积小、噪音低、重量轻、振动小、能耗小、寿命长、输气连续平稳、运行可靠、气源清洁等优点。涡旋式压缩机的特点：1）相邻两室的压差小，气体的泄漏量少。2）由吸气、压缩、排气过程是连续地进行，压力上升速度慢，因此转矩变化幅度小，振动小。3）没有余隙容积，故不存在引起输气系数下降的膨胀过程。4）无吸、排气阀，效率高，可靠性高，噪声低。5）由于采用气体支撑机构，故允许带液压缩，一旦压缩腔内压力过高，可使动盘和静盘端面脱离，压力立即得到释放。6）机壳内腔为排气室，减少了吸气预热，提高了压缩机的输气系数。7）涡线体型线加工精度非常高，必须采用专用的精密加工设备。 8.密封要求高，密封机构复杂。涡旋压缩机的独特设计，使其成为当今世界节能压缩机。涡旋压缩机主要运行件涡盘只有龊合没有磨损，因而寿命更长，被誉为免维修压缩机。涡旋压缩机运行平稳、振动小、工作环境宁静，又被誉为超静压缩机。 涡旋式压缩机结构新颖、精密，具有体积小、噪音低、重量轻、振动小、能耗小、寿命长、输气连续平稳、运行可靠、气源清洁等优点。被誉为新革命压缩机和无需维修压缩机是风动机械理想动力源，广泛运用于工业、农业、交通运输、医疗器械、食品装潢和纺织等行业和其它需要压缩空气的场合。根据前文的介绍，通过对几种常见的压缩机类型的比较，考虑到本次设计的制冷量相对来说，再综合考虑设计要求和掌握的资料，本次设计采用活塞式制冷压缩机。2 制冷量计算根据已知条件，本次设计的制冷量是已知的，为=120KW3 制冷循环热计算 制冷循环的热力计算是根据所确定的蒸发温度、冷凝温度、液体制冷剂的过冷度和蒸汽制冷剂的过热度等已知条件，求出各状态点的状态参数。 图3-1 制冷循环的lg p-h图状态点t / P / kPah / kJ/kgv/ L/kg02 100399.6564.64172.01404.1066.30261.6620.33440.1819.402s54.2720.33431.9918.5344011.60256.430.87表3-1 单位质量制冷量 （3-1） 单位容积制冷量 （3-2） 单位绝热功 （3-3） 制冷系数 （3-4） 制冷剂质量流量 （3-5） 理论输气量 （3-6） 单位冷凝热 （3-7） 可得冷凝器热负荷为 (3-8)4 冷凝器设计计算 冷凝器是制冷系统中主要的热交换设备之一。根据设计任务的要求，该冷凝器的冷却方式采用强制对流风冷，它的主要 优点是不需要冷却水，安装和使用都很方便。风冷冷凝器的设计主要是根据制冷系统的额定工况确定冷凝器的结构和换热面积，并选择合适的风机类型24。4.1 确定温度参数冷凝热负荷Qk=74.6576kw。冷凝器设计中的各项温度参数如下：冷凝温度tk=45 进口空气干球温度ta1=32为保证进出口风温差在810左右，这里取出口风温度为ta2=40进出口空气温差ta2ta1=8 则对数平均温差：=8.73 （4-1）4.2 翅片管簇结构参数选择及计算空冷式冷凝器的翅片管一般有紫铜管套铝片构成。由于空气侧的对流传热系数较小，需要对其强化，故需在管外加肋片。现采用的紫铜管作为传热管，选用翅片厚度的波纹型整张铝制套片。取翅片节距，迎风面上管中心距，管簇排列采用正三角形叉排，具体布置方式如下图所示：图4-2 传热管布置示意图 其中：该冷凝器采用正三角形叉排，因为翅片一般有一次翻边，且利用翻边保证均匀的翅片节距，则翅片根部外沿直径，又因为波纹片侧面积与平片侧面积误差很小，所以在此，按平片计算，即有：= (4-2)则每米管长翅片侧面面积af为：=m2/m (4-3)每米管长翅片间管面面积ab为：m2/m (4-4)每米管长翅片侧总面积aof为：m2/m (4-5)每米管长管内面积ai为m2/m (4-6)取当地大气压为一个大气压，则Pa。由空气的热物理性质表可查知，在空气平均温度tm=36条件下，导热系数，在进风温度ta1=32的条件下，。则冷凝器所需空气体积流量： (4-7)选取迎面风速m/s,则迎风面积： (4-8)取冷凝器迎风面宽度即有效单管长=1.5m，则冷凝器迎风面的高度 m (4-9)则迎风面上的管排数为： 排 (4-10)取76排。4.3 传热计算 确定所需传热面积，翅片管总长L及空气流通方向上的管排数，采用整张波纹翅片及密翅距的叉排管簇的空气传热系数。由式乘1.1再乘1.2。现假定冷凝器在空气流通方向上的管排数，则翅片宽度： m (4-11)微元最窄截面当量直径： (4-12)最窄截面风速： (4-13)又因为 (4-14)查阅参考文献知，用插值法求得： 则空气侧表面传热系数： （4-15) 在此物性集合系数可按R134a查得： 时，=1298，R134a在管内凝结的表面传热系数为： =2339 (4-16)翅片相当高度由下式计算：=0.01m (4-17)取铝片热导率=203W/(m.k),计算翅片参数即： m-1 (4-18)由此计算翅片效率为： (4-19)表面翅片效率为： (4-20) 取管长：m,则空气流通方向高迎风面上的管排数 取N=76空气流通方向上的管排数取n=5忽略各有关污垢热阻及接触热阻的影响，则： (4-21)代入数据可知： 整理得： (4-22)用试凑法可解得：，则制冷剂管内凝结的表面传热系数：W/(m2.K) (4-23)取管壁与翅片间接触热阻m2.k/W，则空气侧尘埃垢层热阻m2.K/W,紫铜管热导率W/(m.K)则总传热系数为： =29.32W/(m2.K) (4-24)则冷凝器所需的总传热面积为：m2 (4-25)所需有效翅片管总长：m (4-26)空气流通方向上的管排数：排 9 (4-27)取圆整后=5排。4.4 风机的选择计算由于冷凝器的迎风面宽度,高度H=1.782m，故从尺寸上考虑，该冷凝器安装一两台型轴流风机即可满足要求。（1）根据输送气体性质、系统的风量和阻力确定风机的类型。例如输送清洁空气，选用一般的风机；输送有爆炸危险的气体或粉尘，选用防爆风机。（2）考虑到风管、设备的漏风及阻力计算的不精确，应按下式的风量、风压选择风机：PfKpP Pa Lf=KLL m3/h 式中 Pf风机的风压，Pa； Lf风机的风量，m3/h； Kp风压附加系数，一般的送排风系统Kp=1.11.15；除尘系统 Kp=1.151.20； KL风量附加系数，一般的送排风系统KL=1.1；除尘系统KL=1.11.15； P系统的总阻力，Pa； L系统的总风量，m3/h.故该冷凝器所采用的风机要求是：风机进风量，电机输入功率P=7.5KW，风压为123Pa根据以上所述的风机要求，现选用两台贝斯特的轴流风机、。选用的型号是：YF90L-6,其主要性能参数如下：额定输入功率8.922，转速960r/min,进风量14498m3/h重量：84.5kg。外形图如下：图4-3轴流风机外形示意图5. 蒸发器设计计算制冷装置中，蒸发器的机构形式、应用场合对其技术性能有重要的影响，直接关系到装置的工作效率、设备投资和运行经济性。它是制冷装置研究与开发的重要内容之一。制冷装置的用途不同，蒸发器的结构形式也不同，设计计算方法也不同。尽管如此，它们在传热过程中所遵循的热平衡原理是不变的。蒸发器的作用是使蒸发的制冷剂与被冷却对象进行热交换，以使被冷却物体或空间降温。在制冷器件中，它是吸收热量的设备。5.1 蒸发器的分类根据被冷却介质的种类不同，蒸发器可分为两大类： 冷却液体载冷剂的蒸发器。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；冷却空气的蒸发器。这类蒸发器有冷却排管和冷风机。 以下主要介绍空调系统中常用的冷却液体载冷剂的蒸发器。5.1.1卧式蒸发器 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。 1、卧式壳管式蒸发器 卧式壳管式蒸发器是满液式蒸发器。即载冷剂以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露出液面而不起换热作用，从而降低蒸发器的传热能力。因此，对于氨蒸发器其充满高度一般为筒体直径的7080，对于氟利昂蒸发器充满高度一般为筒体直径的5565。卧式壳管式蒸发器广泛使用于闭式盐水循环系统。其主要特点是：结构紧凑，液体与传热表面接触好，传热系数高。但是它需要充入大量制冷剂，液柱对蒸发温度将会有一定的影响。且当盐水浓度降低或盐水泵因故停机时，盐水在管内有被冻结的可能。若制冷剂为氟利昂，则氟利昂内溶解的润滑油很难返回压缩机。此外清洗时需停止工作。2、干式氟利昂蒸发器 这种蒸发器的外形和结构与卧式壳管式蒸发器基本一样，它们之间的主要区别在于：制冷剂在管内流动，而载冷剂在管外流动。节流后的氟利昂液体从一侧端盖的下部进入蒸发器，经过几个流程后从端盖的上部引出，制冷剂在管内随着流动而不断蒸发，所以壁面有一部分为蒸气所占有，因此，它的传热效果不如满液式。但是它无液柱对蒸发温度的影响，且由于氟利昂流速较高(4m/s)，则回油较好。此外，由于管外充入的是大量的载冷剂，从而减缓了冻结的危险。这种蒸发器内制冷剂的充注量只需满液式的1/2l/3或更少，故称之为“干式蒸发器”。为了提高载冷剂的流速并使其横向冲刷管束，在壳体内装有多块折流板，以提高传热效果。干式氟利昂蒸发器常用于冷却淡水，水的流速一般为0.51.5m/s，铜管时一般取1.0m/s。立管式和螺旋管式蒸发器 立管式和螺旋管式蒸发器的共同点是制冷剂在管内蒸发，整个蒸发器管组沉浸在盛满载冷剂的箱体内(或池、槽内)，为了保证载冷剂在箱内以一定速度循环，箱内焊有纵向隔板和装有螺旋搅拌器。载冷剂流速一般为0.30.7m/s，以增强传热。 这两种蒸发器只能用于开式循环系统，故载冷剂必须是非挥发性物质，常用的是盐水和水等。如用盐水，蒸发器管子易被氧化，且盐水易吸潮而使浓度降低。这两种蒸发器可以直接观察载冷剂的流动情况，广泛用于以氨为制冷剂的盐水制冷系统。1、立管式蒸发器 立管式蒸发器全部由无缝钢管焊制而成。蒸发器的列管以组为单位，按照不同的容量要求，蒸发器可由若干组列管组合而成。每一组列管由两个直径较大的水平集管，上面的称为蒸气集管，下面称为液体集管。和在集管上焊接两头弯曲的细立管及粗立管组成。 上、下水平集管的管径一般为D1084或D1214，细立管的直径一般为D573.5或D383，粗立管的直径一般为D764。上集管的一端接汽液分离器，分离回汽中夹带的液滴。下集管的一端与集油器相连。来自贮液器的高压、常温液体制冷剂经节流后从上集管中部的进液管进入蒸发器，进液管位于粗立管中并往下伸至下集管。这样就保证液体能较均匀地分配到各根立管中。由于细立管的相对换热面积较粗立管大，所以在细立管内液体先蒸发产生大量的蒸气并引带液体上升。汽液混合物进入上集管后，其中大部分液体又经粗立管返回下集管，形成了内部循环。而夹带的部分液滴的蒸汽进入汽液分离器，分离出来的液体再次返回下集管，蒸汽被压缩机吸走。蒸发器的润滑油沉积在集油器中，以便定期放出。 2、螺旋管式蒸发器 螺旋管式蒸发器是对立管式蒸发器改进后的一种变型。其总结构与立管式相似。二者的不同是螺旋管式蒸发器在上、下集管之间焊接的是用两排螺旋管取代了立管。在集管距离相等时，使传热面积增大，因此结构尺寸紧凑，且焊接头较少，加工制造容易。 在此基础上，国内又开发生产了双头螺旋管式蒸发器，它的螺旋管是由螺径不同的内外两圈组合而成。这样使得蒸发器的结构更为紧凑。5.2 初步选定蒸发器由设计要求可知，该低温冷却液循环泵采用载冷剂间接冷却的方式，要求载冷剂的出水温度7，回水温度12。因而，此蒸发器应为冷却液体的类型。从上面所述的蒸发器的分类中，我选用壳管式蒸发器。5.3 选用载冷剂在制冷装置中使用载冷剂的优点是：可以使制冷系统集中于一处，从而简化制冷系统，便于生产和安装，使制冷系统的密封和检修易进行，便于运行管理，减少了制冷剂的充注量，可有效的防止制冷剂的泄漏，便于控制和分配制冷量。载冷剂的种类很多，凡是凝固温度低于蒸发温度，沸腾温度高于常温的物质均可作载冷剂，常用的有：水，盐水（如氯化钙水溶液，氯化镁水溶液）和有机化合物（如甲醇，乙二醇）等。载冷剂在选用时应考虑到以下因素：（1）不污染环境，应是环境可接受的物质，最好是天然物质。（2）凝固温度低于蒸发温度，沸腾温度高于可能达到的最高温度，即在使用温度范围内应保持液态。（3）比热容大。比热容大的物质流量就小，可减少循环泵的功率及管路的材料消耗，提高系统的运行经济性。（4）密度和黏度小，可以减少循环泵的功率及流动阻力。（5）化学稳定性要好。载冷剂在使用温度内不分解，不发生物理和化学性质的变化。（6）不燃烧，不爆炸，无毒，对人体无害。（7）不腐蚀设备和管道。（8）价格低廉，易于获得。 从设计要求上可知，本设计采用水作为蒸发温度高于0度得制冷装置中的载冷剂。5.4壳管式蒸发器的设计5.4.1 初步结构设计本系统采用干式壳管蒸发器传热管取钢管，管束按正三角排列，管距取，流程数，直管结构，管长，折流板数目，设管的面积热流量=，则其所需的传热面积=，减去块折流板厚度，管的实际传热长度，故所需管数根，取根.。管中心距。每一流程的平均管数。则干式蒸发器的具体结构尺寸：壳体外径及壁厚： 管侧流程数： 管子总数： 管板厚度： 折流板厚度： 折流板数目： 折流板间距： 折流板上下缺口高： 冷媒水横向流过的管排数： 靠近壳体中心的一排管数： 缺口内管子数： 初步规划结构所得到的有效传热面积为： （5-1）5.4.2 管内R134a的表面传热系数计算管内R134a的表面传热系数，取制冷剂进出蒸发器的干度为0.22、1.0。根据已设布局，计算肋管的流通面积为：= （5-2）=0.0376 （5-3） = （5-4） （5-5）管内R134a的质量流速为 （5-6）有蒸发温度，查得R134a的热物性参数如下：，有已知条件可以在R134a压焓图中查出节流后的干度，则R134a的平均干度为： （5-7）根据R134a在内微肋管中沸腾的表面传热计算公式，有管内表面传热系数为 （5-8）其中 （5-9） （5-10） （5-11） （5-12） （5-13）对于液膜厚度与翅高的比值，研究表明，对于低翅片高度可视为1，于是将上述数据代入内微肋管中的沸腾的表面传热系数计算公式可得: (5-14)5.4.3 水侧表面传热系数的计算当蒸发器的进水温度为，出水温度时，则水的定性温度，查水的物性参数有，。冷水的流量： (5-15)折流板的横向流通面积为： (5-16)折流板端的横向流通面积为： (5-17)水横向流过管簇的平均面积为： (5-18)由 (5-19)表5-1 折流板缺口面积比值0.150.200.250.300.350.400.450.07390.1120.1540.1980.2450.2930.343得：有结构规划得折流板缺口管数则缺口内水流通面积为： （5-20）则水横向流过管簇的流速为： （5-21）水流过缺口的流速为： （5-22）水侧平均流速为： （5-23）故水侧的雷诺数为： （5-24）根据流体交错流过光管管簇的传热计算公式，水侧表面传热系数为： （5-25）考虑折流板周边密封不严，取 （5-26）5.4.4 传热系数的计算 取水侧污垢热阻，R134a测污垢热阻。查金属材料性质得纯铜管热导率，则以管外表面为基准的传热系数为： （5-27）5.4.5 管内流动阻力和平均传热温差的计算 R134a在四流程的管中流过的管程长 （5-28）所以肋片关的阻力系数为： （5-29）忽略端盖内的转向塞的阻力，则在肋片管内蒸发时的阻力位： （5-30）为克服制冷剂在管内蒸发时的流动阻力，则制冷剂进蒸发器的压力为： （5-31）对应的蒸发温度为2.95。平均传热温差： （5-32）5.4.6 面积热流量及传热面积的计算 （5-33）或 （5-34）联立连个式子有 （5-35）用试凑法解得 （5-36）得 （5-37）则需要的传热面积 （5-38）裕度为: （5-39）5.4.7 冷水侧流动阻力的计算 冷水流过折流板的缺口的局部阻力为： （5-40） 冷水流过光管的阻力，由于Re=4270大于100， 又 （5-41） 所以水横略管簇的阻力位： （5-42） 冷水在折流板缺口间平行流动时的阻力 因 （5-43） 式中u为湿周长 同时Rew= （5-44） （5-45） 则阻力为 （5-46） 所以冷冻水测总流动阻力为 （5-47）6. 压缩机的选型与校核 压缩机可谓是一台制冷设备的心脏部件，它压缩制冷剂，使其压力升高，产生高温高压的制冷剂蒸汽。在蒸汽压缩式制冷系统中，各种类型的制冷压缩机是决定系统能力大小的关键部件，对输气量起着决定性作用，对系统的运行性能、噪声、振动、维护和使用寿命等均有着直接的影响28。6.1 压缩机的分类与初选压缩机可以分为两大类：速度型和容积型。速度型的又包括往复式和回转式，其中回转式的有滚动转子式制冷压缩机、涡旋式制冷压缩机、螺杆式制冷压缩机和滑片式制冷压缩机，而速度型的只有离心式制冷压缩机。压缩机按密封方式可分为三种：全封闭制冷压缩机，半封闭制冷压缩机和开启式制冷压缩机。针对本设计课题，现拟采用半封闭活塞式制冷压缩机，原因有以下几个：1、能适应较广阔的压力范围和制冷量要求；2、热效率较高，单位耗电量较少，特别是气阀的存在使偏离设计工况运行时更为明显；3、对材料要求低，多用普通钢铁材料，加工比较容易，造价比较低廉；4、技术上较为成熟，生产使用上积累了丰富的经验；5、装置系统比较简单。半封闭活塞式压缩机适用范围：各种制冷空调装置，特别在中、小冷量范围内，成为制冷机中应用最广、生产批量最大的一种机型。半封闭活塞式压缩机既保持了开启式压缩机易于拆卸、修理的优点，同时又取消了轴封装置，改善了密封情况，机组更加结构紧凑，噪声低，当用吸入的低温工质冷却电动机时，有利于机器的小型轻量化。综合以上五点，故选定采用半封闭活塞式制冷压缩机。6.2 压缩机的选型计算采用全封闭活塞式制冷压缩机，现拟定根据以下两点来选取压缩机：理论排气量和轴功率。6.2.1 理论排气量的计算从公式可知采用R134a时压缩机的实际输气量=96.98m3/h理论排气量： (6-1)输气系数： (6-2)压缩机的容积系数 压缩机的压力系数压缩机的温度系数 压缩机的泄露系数以上数据现分别计算于下：容积系数 (6-3) 相对余隙容积，取值范围是2.5%6%，现取为=4%等端点膨胀多变指数，取=1 压缩比，排气压力相对损失，取为0.12将以上数据代入公式(4-3)可知： (6-4)压力系数 (6-5)其中吸气压力相对损失，取为0.07代入公式(4-5)可知压力系数为 (6-6)泄露系数，由于采用全封闭式压缩机，可取为=0.97温度系数 (6-7)代入公式(4-2)可得压缩机的输气系数： (6-8)代入公式(4-1)可得压缩机的理论输气量： (6-9) 6.2.2 轴功率的计算在计算压缩机功率时要用到以下几个数据：电机效率 机械效率采用R134a时，压缩机实际功率，此功率即为压缩机在运行时的指示功率故压缩机轴功率： (6-10)电机输入功率： (6-11)6.3 压缩机选型故在此选用比泽尔6H30.2Y40P半封闭活塞式压缩机，主要性能参数如下：名义工况：=-5 ，=45 ，过热度5，过冷度5额定制冷量=63.4kw，名义工况下的理论排气量 （3600转）气缸x缸径x行程：6x70x55mm, 压缩机净重 235 kg，最大压力（LP/LH）:19/28bar6.4 压缩机的校核压缩机一般有三个工况：名义工况，运行工况和试验工况。名义工况即压缩机的铭牌上所给出的工况，运行工况是用户在使用时的工况。一般说来，压缩机的名义工况和运行工况并不相同。这时，为了保障所选压缩机能够正常使用，故需要对压缩机进行校核。6.4.1 压缩机名义工况下的热力计算 仍采用单级压缩制冷循环，无回热系统，其压焓图如下所示：图6-1 压缩机名义工况下的压焓图表2 名义工况下各点的状态 状态点p/barh/kJ/kgs/kJ/kg.k12.43084.63399.871.7456213.1868.7117.22445.101.772413.18 60.75 16.37436.051.7456313.185015.10432.381.7071413.18450.89263.901.21325 2.43-523.39263.901.2388 单位制冷量： =399.87263.90= 135.97kJ/kg (6-12)单位理论功：=436.05 399.87= 36.18kJ/kg (6-13)循环质流量： = (6-14) 实际输气量： = =0.4662 0.08463 3600= 142.06m3/h (6-15)输气系数: (6-16)单位容积制冷量： = (6-17)6.4.2 压缩机的校核计算 压缩机的校核，所要达到的目的是：计算出运行工况下的制冷量及轴功率，让它们分别和设计所得的制冷量及轴功率相比较，如果前者比后者大，压缩机即可满足要求，视为合格。为了获得运行工况下的压缩机性能参数，可以有两条途径进行。分别如下：（1）查压缩机生产厂商提供的全性能曲线图，可以很方便的查出实验范围内任意工况的性能，如制冷量，输入功率或轴功率等。但是此种方法的误差过大。（2）利用换算公式。换算的依据是当转速不变时，给定的压缩机理论输气量不变14。现采用第二种方法，利用换算公式计算如下：运行工况下的制冷量Qoa (6-18)名义工况下的压缩机制冷量，=67.2KW名义工况下的单位容积制冷量，=1376.4kJ/m3名义工况下的输气系数，=1.2856运行工况下的单位容积制冷量，=2227.3kJ/m3运行工况下的输气系数，=0.81772代入(5-18)可知，运行工况下的制冷量： (6-19) 故运行工况下的制冷量满足要求。运行工况下的轴功率 (6-20)式中和分别是名义工况和运行工况下的轴效率，两者变化不大，可视为相等。名义工况下的轴功率，=19.61kw名义工况下的单位理论功，=36.18/kg 名义工况下的比体积，=0.08463 m3/kg运行工况下的单位理论功，=27.89kJ/kg运行工况下的比体积，=0.0663 m3/kg以上数据代入公式(4-20)可得运行工况下的轴功率 (6-21)故运行工况下的轴功率也满足要求。综上所述，该压缩机选型正确。7 节流装置介绍与类型选择节流装置是制冷系统中的膨胀机构，又称为膨胀阀，位于冷凝器之后。从冷凝器出来的高压液体制冷剂经膨胀机构后，压力降低，同时小部分液体闪发为蒸汽，成为低温低压制冷剂液体，经气液分离器后，进入蒸发器制取冷量。节流阀除起降压的作用外，还能调节进入蒸发器的制冷剂的流量。通过这样的调节作用，使制冷剂离开蒸发器时有一定的过热度，保证制冷剂液体不会进入压缩机，避免“液击”事故。节流阀是制冷系统的四个主要组成部分之一，它和压缩机共同维持系统内的高低压侧的压力差，达到制冷目的。节流阀的种类有很多，根据制冷剂不同，可以分为氨用节流阀和氟利昂节流阀；根据结构形式，可以分为手动膨胀阀、热力膨胀阀、电子膨胀阀、毛细管和浮球调节阀五种。1）、手动膨胀阀手动膨胀阀采用针状阀芯，强迫制冷剂在瞬间通过窄小的通道，因此局部阻力大，能量消耗大，压力下降，紧接着通道面积突然扩大，使制冷剂膨胀，有少量液体汽化，吸收本身的汽化潜热，温度下降，所以节流后成为低压低温的汽液混合流体。在过去应用很广，现在大部分被自动控制阀替代，只有氨制冷系统还在使用，它通常与自控元件配合使用，或者用于旁通管道上，作为辅助调节阀，当自动供液管路发生故障时，临时启用。2）、热力膨胀阀热力膨胀阀是目前制冷系统中向蒸发器自动供液应用最为广泛的调节机构，特别使用于氟利昂系统，它是根据蒸发器的热负荷大小向蒸发器增减供液量，使蒸发器出口保持一定的蒸汽过热度。在制冷系统中，热力膨胀阀可以在相当大的范围内调节制冷剂的流量，所以他能保证蒸发器的内表面积有绝大部分得到有效利用。热力膨胀阀对蒸发器出口处的温度控制，有内平衡式和外平衡式两种类型。外平衡式膨胀阀结构比内平衡式复杂，安装也比较麻烦。当制冷剂在蒸发器中压力降很小时，对过热度控制不大，采用内平衡式就可以实现满意的调节。但当制冷剂在蒸发器中压力降较大时，就必须采用外平衡式。当制冷系统蒸发温度低时，很小的压力变化就会引起饱和温度的明显变化，因此，低温装置也应采用外平衡式。此外，在使用分液器对并联多路的蒸发器供液时，由于分液器上压力降较大，也应使用外平衡式热力膨胀阀。3）、热电膨胀阀热电膨胀阀为制冷系统的智能化提供了条件。它利用被调参数产生的电信号，控制施加于膨胀阀上的电压或电流，进而控制阀针的运动，达到调节的目的。按热电膨胀阀的执行器的驱动方式，目前应用的热电膨胀阀有热动式、电磁式和电动式三类。与热力膨胀阀相比，电子膨胀阀有许多优点：1）流量调节不受冷凝压力变化的影响；2）对膨胀阀前制冷剂液体过冷度的变化具有补偿作用；3）电信号比热信号传递快，使执行元件动作迅速准确；4）能够将蒸发器出口过热度控制到最小，最大限度的提高蒸发器传热面积的利用率；5)在制冷装置整个运行温度范围，可以有相同的过热度设定值；6）可以根据制冷装置实际运行特性决定调节器算法，便于通过控制器编辑，引入先进的控制方法。4）、毛细管毛细管节流阀通常用于工况稳定，能量小的制冷装置，如冰箱、空调器和小型制冷机组。它是一种便宜、有效、没有可动部件因而没有磨损的节流机构。由于直径小，其管道容易被阻塞，为此通常在毛细管的前面按住安装良好的过滤器。当蒸发温度低于零度时，需将干燥剂填入过冷器，组成干燥过滤器，防止毛细管内发生脏堵和冰堵现象。进入毛细管的制冷剂流量应适当，流量太小，不能保持进口处的液封；流量太大，则流动阻力增加，导致压缩机排气压力过高，系统效率下降。毛细管的功能取决于五个因素：管长、管内径、热交换作用、毛细管的等圆程度及毛细管的安装位置。7.1 热力膨胀阀的选型 正常情况下，热力膨胀阀的的制冷量应与压缩机的制冷量相匹配。它应能控制进入蒸发器中的液态制冷剂量刚好等于在蒸发器中吸热蒸发的制冷量。使之在工作温度下蒸发器的出口过热度适中，蒸发器的传热面积能得到充分的利用。但是由于热力膨胀阀感温系统存在一定的热惰性，形成信号的传递滞后，往往使蒸发器产生供液量过大或过小的超调现象。为削弱此现象，稳定蒸发器的工作，在确定热力膨胀阀的容量时，一般应取蒸发器负荷的1.051.25倍。热力膨胀阀在生产时也有自己的名义工况，因此在选用热力膨胀阀 时应考虑到运行工况和名义工况下制冷量的不同。故在此先对热力膨胀阀在名义工况下的数据参数进行计算。7.1.1 热力膨胀阀名义工况下的热力学计算在此选用艾默生THR10的热力膨胀阀，其名义工况如下：蒸发温度=+4 冷凝温度=+38 过热度5 过冷度1 名义工况下的压焓图如下：图7-1 热力膨胀阀名义工况下的压焓图表7-1 图7-1中各点状态参数表状态点t / P /barh / kJ/kgv/L/kg043.38400.860.36193.38405.2961.932s46.499.63427.6622.354379.63252.010.86单位制冷量： 405.29 252.01 = 167.4kJ/kg (7-1)节流前4点密度： (7-2)7.1.2 选定热力膨胀阀 由于热力膨胀阀运行工况和名义工况的不同，可以依据下式来选取适当的类型。只要在式中确定热力膨胀阀在名义工况下的制冷量，就可以选取合适的热力膨胀阀，其计算式具体如下： (7-3)运行工况下，压缩机的制冷量，为保证有一定的富裕度，现取=62.8kw 名义工况下压缩机的制冷量。运行工况下的单位制冷量， =141.7 kJ/kg名义工况下的单位制冷量，=153.28kJ/kg运行工况下，制冷剂节流前（即4点）的液体密度，有表1可查得4点的密度 名义工况下节流阀前后的压力差，即=0.93MP 运行工况下节流阀前后的压力差。理想情况下，应是冷凝压力与蒸发压力之差，但是考虑到阀前，后管路的流动阻力的因素，现取=以上数据代入公式(7-3)可求得名义工况下压缩机的制冷量： (7-4)即=63.39 kw故在运行工况下满足要求。7.2 热力膨胀阀的使用热力膨胀阀只有正确安装才能正常工作，在安装时需要注意以下几点：（1）阀体垂直安装，膜盒向上。（2）注意正确的流向。（3）外平衡管在蒸发器出口管的接口应靠近感温包且处在制冷剂下游，接口应在出口管顶部。（4）感温包应水平放置或头部向下，当管径为25mm以上时，敷贴在蒸发器出口管侧面；当管径为1822mm时，呈45角敷贴在蒸发器出口管的斜上方；当管径为1016mm时，呈60角敷贴在蒸发器出口管的斜上方；且应使用隔热材料包扎。（5） 焊接接口时，阀体应使用湿棉纱缠包，阀体温度不得高于150。8. 辅助设备的选择蒸汽压缩式制冷装置中，除压缩机及各种用途的换热器和节流机构外，还需要一些辅助设备来完成其技术性能，并保证其可靠运行。他们基本上可以分为两大类：1）维持制冷循环正常工作的设备，如两级压缩的中间冷却器；2）改善运行指标及运行条件的设备，如干燥器，过滤器，油分离器，油冷却器，空气分离器等。此外，在制冷系统中还配有用以调节、控制与保障安全运行所需的器件、仪表和连接管道的附件等。8.1 油分离器油分离器安装在压缩机出口和冷凝器进口之间。通过分离，改善了冷凝器和蒸发器中的传热效果。对于润滑油与工质互溶性较差的系统而言，油分离器显得更为重要。油分离器的简单工作原理：压缩机出来的高压气体（气态工质和润滑油），进入油分离器后，进入油分离器的导向叶，沿导向叶呈螺旋状流动，靠离心力和重力，将润滑油从工质气体中分离出来，沿着筒体的内壁流下。工质气体经多空挡板由中心的管子引出油分离器。分离出的润滑油，集中于油分离器的下部，可定期排出，或者利用浮球阀，使润滑油自动回到压缩机的曲轴箱中。油分离器的作用：在蒸汽压缩式制冷系统中，经压缩后的氨蒸汽(或氟利昂蒸汽)，是处于高压高温的过热状态。由于它排出时的流速快、温度高。汽缸壁上的部份润滑油，由于受高温的作用难免成油蒸汽及油滴微粒与制冷剂蒸汽一同排出。且排汽温度越高、流速越快，则排出的润滑油越多。过滤式油分离器 过滤式油分离器用于氟利昂制冷系统，常称为氟利昂油分离器。油分离器主要有过滤式油分离器和离心式油分离器。过滤式油分离器：当压缩机排出的高压制冷剂气体进入分离器后，由于过流截面较大，气体流速突然降低并改变方向，加上进气时几层金属丝网的过滤作用，即将混入气体制冷剂中的润滑油分离出来，并下滴落聚集在容器底部。当聚集的润滑油量达一定高度后，则通过自动回油阀，回到压缩机曲轴箱。在正常运行时，由于浮球阀的断续工作，使得回油管时冷时热，回油时管子热，不回油时管子就冷。如果回油管一直冷或一直热，这说明浮球阀已经失灵，必须进行检修，检修时可使用手动回油阀进行回油。这种油分离器结构简单，制造方便，应用普遍，但分油效果不及填料式。 离心式油分离器：离心式油分离器的油分离效果较好，适用于大型制冷系统，压缩机的排气经油分离器进气管沿切线方向进入筒内，随即沿螺旋导向叶片高速旋转并自上而下流动。借离心力的作用将排气中密度较大的油滴抛在筒壁上分离出来，沿壁流下，沉积在筒底部。蒸气经筒体中心的出气管内多孔板引出。筒侧装有浮球阀，当油面上升到上限位时，润滑油通过浮球阀打开阀芯，自动向压缩机曲轴箱或集油器排油。有的在油分离器外部还设有冷却水套，使混合汽体在其中又受到冷却水的冷却并通过降低流速和改变流向的作用，进一步得到分离。 选用YF-65型油分离器图8-1 油分离器实物图8.2 干燥过滤器选型干燥过滤器Drier Filter主要是起到杂质过滤的作用。一般来说，这要根据冰箱、空调的制冷系统来确定干燥器的规格，如直径，内径，外径的规格，和内部件，如过滤碗，网布，和分子筛。如果，制冷系统配置很好的话，产生的杂质很少，不会造成冰堵等问题，干燥器的寿命在7-10年。 干燥过滤器其外壳是用紫铜管收口成型,两端进出接口有同径和异径两种,进端为粗金属网,出端为细金属网,可以有效地过滤杂质.内装吸湿特性优良的分子筛作为干燥剂,以吸收制冷剂中的水分,以确保毛细管畅通和制冷系统正常工作.当干燥剂因吸收水过多而失效时,应该及时进行更换.图8-2 干燥过滤器结构 图8-3 PKES型干燥过滤器根据本次设计选用PKES-166型号的干燥过滤器。8.3 气液分离器气液分离器是安装在压缩机和蒸发器之间的使气体与液体分离的设备，其作用式分离来自蒸发器的低压蒸气中的液滴，以保证压缩机吸入干饱和蒸气而氨用气液分离器除上述作用外，还可令经节流阀供给的气液混合物分离，只让氨进入蒸发器中。从蒸发器出来的制冷剂理论上是气态的，但是根据在实际工作中，由于制冷工况不是一定值，所以从蒸发器出来的制冷剂不一定都是气态的，如果不把其中的液体制冷剂分离出来，被压缩机吸收压缩是对压缩机很不利的，并且不够经济。所以为使制冷系统正常安全经济的运行，气液分离器是必不可少的设备之一。气液分离器的原理：1） 重力沉降的原理 由于气体与液体的密度不同，液体在与气体一起流动时，液体会受到重力的作用，产生一个向下的速度，而气体仍然朝着原来的方向流动，也就是说液体与气体在重力场中有分离的倾向，向下的液体附着着在壁面上汇聚在一起通过排放管排出。2） 折流分离原理 由于气体与液体的密度不同，液体与气体混合一起流动时，如果遇到阻挡，气体会折流而走，而液体由于惯性，继续有一个向前的速度，向前的液体附着在独挡壁面上由于重力的作用向下汇集到一起，通过排放管排出。3） 心分离原理 由于气体与液体的密度不同，液体与气体混合一起流动时，液体收到的离心力大于气体，所以液体有离心分离的倾向，液体附着在分离壁面上由于重力的作用向下汇集到一起，通过排放管排出。4） 填充分离原理 由于气体与液体的密度不同，液体与气体混合一起流动时，如果遇到阻挡，气体会折流而走，而液体由于惯性，继续游一个向前的速度，向前的液体附着在独挡填料表面上由于重力的作用向下汇集到一起，通过排放管排出。由于填料相对普通折流分类来说具有大得多的阻挡手机壁面积，而且多次反复折流，液体很容易着壁，所以其分离效率有提高。图8-4 气液分离器实物图及结构图8.4 视液镜液体水份指示器的设计提供使用者一种准确的方法来确定系统内制冷剂的品质和含水量。通过广角的视镜可以目视系统的制冷剂，因此很容易看到系统内的气泡或闪蒸气体，表示冷媒剂量是否适当需要填充。在目视镜内中心位置的指示器元件对水份高度灵敏，并随着系统内的水份含量的变化逐渐改变颜色。视液镜主体由黄铜铸造而成，两端是用焊接铜管和管路连接，或是用螺纹和管路连接，也有直接装在管路上或干燥过滤器上。视液镜功能：1、制冷装置中液体管路的制冷剂的状况；2、制冷剂中的含水量；3、回油管路中来自油分离器的润滑油的流动状况。图8-5 视液镜外形根据本次设计采用ZZC1-1/2SW视液镜。8.5 电磁阀 电磁阀是用电磁控制的工业设备，是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器，并不限于液压、气动。用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制，而控制的精度和灵活性都能够保证。电磁阀有很多种，不同的电磁阀在控制系统的不同位置发挥作用，最常用的是单向阀、安全阀、方向控制阀、速度调节阀等。 电磁阀选型首先应该依次遵循安全性，可靠性，适用性，经济性四大原 则，其次是根据六个方面的现场工况（即管道参数、流体参数、压力参数、电气参数、动作方式、特殊要求进行选择）。选型依据：1、根据管道参数选择电磁阀的：通径规格（即DN）、接口方式1）按照现场管道内径尺寸或流量要求来确定通径（DN）尺寸；2）接口方式，一般DN50要选择法兰接口，DN50则可根据用户需要自由选择。2、根据流体参数选择电磁阀的：材质、温度组1）腐蚀性流体：宜选用耐腐蚀电磁阀和全不锈钢；食用超净流体：宜选用食品级不锈钢材质电磁阀；2）高温流体：要选择采用耐高温的电工材料和密封材料制造的电磁阀，而且要选择活塞式结构类型的；3）流体状态：大至有气态，液态或混合状态，特别是口径大于DN25时一定要区分开来；4）流体粘度：通常在50cSt以下可任意选择，若超过此值，则要选用高粘度电磁阀。3、根据压力参数选择电磁阀的：原理和结构品种1）公称压力：这个参数与其它通用阀门的含义是一样的，是根据管道公称压力来定；2）工作压力：如果工作压力低则必须选用直动或分步直动式原理；最低工作压差在0.04Mpa以上时直动式、分步直动式、先导式均可选用。4、电气选择：电压规格应尽量优先选用AC220V、DC24较为方便。5、根据持续工作时间长短来选择：常闭、常开、或可持续通电1）当电磁阀需要长时间开启，并且持续的时间多于关闭的时间应选 用常开型；2）要是开启的时间短或开和关的时间不多时，则选常闭型；3）但是有些用于安全保护的工况，如炉、窑火焰监测，则不能选常开的，应选可长期通电型。6、根据环境要求选择辅助功能：防爆、止回、手动、防水雾、水淋、潜水。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。电磁阀按原理不同可分为三类：直动式电磁阀、分布直动式电磁阀和先导式电磁阀。在此，选用美国ASCO系列的NF8327B001型。8.6 截止阀 截止阀的启闭件是塞形的阀瓣，密封面呈平面或锥面，阀瓣沿流体的中心线作直线运动。阀杆的运动形式，有升降杆式（阀杆升降，手轮不升降），也有升降旋转杆式（手轮与阀杆一起旋转升降，螺母设在阀体上）。截止阀只适用于全开和全关，不允许作调节和节流。截止阀属于强制密封式阀门，所以在阀门关闭时，必须向阀瓣施加压力，以强制密封面不泄漏。当介质由阀瓣下方进入阀六时，操作力所需要克服的阻力，是阀杆和填料的磨擦力与由介质的压力所产生的推力，关阀门的力比开阀门的力大，所以阀杆的直径要大，否则会发生阀杆顶弯的故障。截止阀开启时，阀瓣的开启高度，为公称直径的25%30%时，流量已达到最大，表示阀门已达全开位置。所以截止阀的全开位置，应由阀瓣的行程来决定。截止阀阀体的结构形式有直通式、直流式和直角式。特点(1)截止阀结构比闸阀简单，制造与维修都较方便。(2)密封面不易磨损及擦伤，密封性好，启闭时阀瓣与阀体密封面之间无相对滑动，因而磨损与擦伤均不严重，密封性能好，使用寿命长。(3)启闭时，阀瓣行程小，因而截止阀高度比闸阀小，但结构长度比闸阀长。(4)启闭力矩大、启闭较费力，启闭时间校长。(5)流体阻力大，因阀体内介质通道较曲折，流体阻力大，动力消耗大。(6)介质流动方向公称压力PN16MPa时，一般采用顺流，介质从阀瓣下方向上流；公称压力PN20MPa时，一般采用逆流，介质从阀瓣上方向下流以增加密封件能。使用时，截止阀介质只能单方向流动，不能改变流动方向。(7)全开时阀瓣经常受冲蚀。截止阀的阀杆轴线与阀座密封面垂直。阀杆开启或关闭行程相对较短，并具有非常可靠的切断动作，使得这种阀门适合作为介质的切断或调节及节流使用。缺点：1、流动阻力大，开启和关闭需要较大的力。2、不适用于带颗粒、粘度较大、易结焦的介质。3、调节性能较差。优点1、双重的密封设计(波纹管+填料)若波纹管失效，阀杆填料也会避免；2、外泄漏，并符合国际密封标准；3、没有流体损失，降低能源损失，提高工厂设备安全；4、使用寿命长，减少维修次数，降低经营成本；5、坚固耐用的波纹管密封设计，保证阀杆的零泄漏，提供无需维护的条件。6、波纹管密封截止阀采用波纹管密封的设计，完全消除了普通阀门阀杆填料密封老化快易泄露的缺点，不但提高了使用能源效率，增加生产设备安全性，减少了维修费用及频繁的维修保养，还提供了清洁安全的工作环境。 在此，选用上海东阀门公司的J41W-16T 黄铜截止阀。 图8-6 截止阀8.7 水泵 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。9 自动控制系统空调用制冷装置的自动化系统主要包括蒸发器温度的自动控制、冷凝器温度的自动控制、压缩机的能量自动控制和制冷装置的自动保护等四部分。9.1 蒸发器的自动控制空调用制冷装置系统的蒸发器和冷凝器温度的自动控制。空调负荷是经常变化的，因此，要求制冷装置的制冷量也要相应地变化。而制冷量的变化，就是循环的制冷剂流量的变化，所以，需要对蒸发器的供液量进行调节，实现对载冷剂即被冷却介质的温度控制。空调用制冷装置中常用的供液量自动控制的设备是热力膨胀阀。制冷装置一般都是用热力膨胀阀来控制制冷剂流量。它既是控制蒸发器供液量的调节阀，也是制冷装置的节流阀，所以热力膨胀阀也称热力调节阀。热力膨胀阀是一种直接作用式的调节阀，安装在蒸发器入口（进气）管上，感温包安装在蒸发器出口管上，在感温包中，充注有感温的气体或液体。它是利用蒸发器出口处的制冷剂蒸汽过热度的变化来调节供液量实现温度控制的。当进入蒸发器的供液量小于蒸发器热负荷的需要时，则蒸发器出口处的蒸汽的过热度T1和T2增大，蒸发器进口处的膨胀阀内膜片上方的压力大于下方的压力，这样就迫使膜片向下鼓出，通过顶杆压缩弹簧，并把阀针顶开，使 TV 的阀孔开大，则供液量增大，制冷量加大，载冷剂温度下降。反之，当供液量大于蒸发器热负荷的需要时，则出口处的蒸汽的过热度T1和T2减小，感温系统中的压力降低，膜片上方的压力就小于下方的压力，而使膜片向上鼓出，则弹簧伸长，顶杆上移并使TV的阀孔关小，对蒸发器的供液量也就随之减少，使载冷剂温度上升。在制冷装置的热力膨胀阀前面还串联有电磁阀DV，当压缩机停转时，电磁阀DV立即关闭，切断冷凝器至蒸发器的供液，以免使大量制冷剂液体大量进入蒸发器，从而延长蒸发器的保温时间，同时也避免压缩机再次启动时发生液击。电磁阀的电路与磁力启动器连在一起，两者同时受温度控制器的控制。当被控制温度升高到设定值时，电动机启动，电磁阀也同时开启，而当温度降低到设定下限值时，两者又同时停止工作。9.2 冷凝器的自动控制为了保证制冷装置的正常工作，冷凝温度应比较稳定，也就是使冷凝压力基本上保持在一定的范围内。因为冷凝温度过高，冷凝压力也就会过高，这不仅使压缩机的耗功增加，而且还容易引起设备的损坏；但是如果冷凝压力过低，也回影响制冷装置的正常工作，例如制冷装置失调，制冷量降低等。所以有必要对冷凝温度进行控制，使其稳定在一定数值上。在制冷装置上通常用冷却水量调节阀来调节冷凝温度。冷却水量调节阀是一种直接作用式调节阀。冷却水量调节阀安装在冷凝器的冷却水进水管上，它的压力测量温包安装在压缩机的排气端，或
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