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第1章 制定方案，选择制冷剂设计按“空调工况”进行设计，热负荷为30Kw/h,采用循环水冷却型式，根据南京市气象参数，冷却水平均水温为32，取tk=40（t=8），冷媒水水温为进水18，出水8，取t0=0（t=8）.1、根据tk=40，t0=0，制冷量为40Kw进行初步热力计算 1-1 理论循环装1-2 LgPh图制冷剂状态点1的焓值（KJ/Kg）状态点2的焓值（KJ/Kg）状态点3的焓值（KJ/Kg）状态点4的焓值（KJ/Kg）冷凝压力Pk（MPa）质量流量G（Kg/s）压缩功W（Kw）制冷系数R12350.8371.8240.0240.00.960.2715.695.28R22405.1433.7249.7249.71.530.1935.525.43R7171462.21646.7390.6390.61.560.0285.175.81R134a398.6429.6256.4256.41.020.2116.544.59其中q0=h1-h4,w=h2-h1, qk =h2-h3，Q0=G* q0，W=w*G，Qk=G*qk2、各制冷剂的特点比较制冷剂特点R12R12是氟利昂簇制冷剂中最早得到广泛应用的一种传统制冷剂。特别是它的冷凝压力较低，等熵指数较小，因此在相同的高低温介质温度条件下，它的排气温度和压力较氨和R22低，在空调、小型冷库、冷柜、电冰箱制冷系统中，一直长期使用。但R12的单位容积制冷量较小，远低于氨和R22，因此在空调制冷系统中，逐渐被R22所替代。目前主要应用在中、小型低温制冷系统及车辆空调制冷系统中。R22R22的综合性能极佳，具有良好的热力性能。如：运行压力适中；单位容积制冷量大仅次于氨；等熵指数较小；而且无毒、无燃烧及无爆炸等优点。R22的出现并随其价格的逐渐降低，它在空调制冷系统中得到了广泛应用。R717R717除了毒性大以外，是一种很好的制冷剂。它的最大优点是单位容积制冷量大，蒸发压力和冷凝压力适中，制冷效率高；而且，破坏臭氧层潜能值ODP和温室效应潜能值WGP均为0。氨的最大缺点是有强烈的刺激性，对人体有害。氨中含有水分对铜和铜合金有腐蚀作用。R134aR134a的容量比R22小，压力比R22低，不发生漂移。由于这些特点，相同能力的R134a空调需要配置一台更大排气量的压缩机，更大的蒸发器、冷凝器和管路。最终所导致的是，制造和运行一个和R22相同冷量的系统，R134a系统会需要更高的成本。制冷剂冷凝压力Pk制冷系数ODPGWPR120.965.280.98500R221.535.470.0341900R7171.565.8000R134a1.024.5601300其中，ODP是破坏臭氧层潜能值。WGP是温室效应潜能值综上所述，从技术、环境、经济三方面考虑，R22单位容积制冷量大，等熵指数较小，冷凝压力较低，它对大气臭氧层稍有破坏作用，值为.，值为，：R22的综合性能极佳，具有良好的热力性能。R22是最优的制冷剂，所以此制冷机组选制冷机为R22.3、根据所选的制冷剂完成热力计算1-3 回热循环装置图1-4 LgPh图制冷剂为R22，tk=40，t0=0，回热器的过热度为t=10，热力膨胀阀的过热度为t=5，焓值状态点1状态点2状态点3状态点4状态点5状态点6状态点7蒸发压力P0冷凝压力Pkh（KJ/Kg）405.1409.2416.2446.1249.7242.7242.70.501.53q0=h2-h7=166.5,w=h4-h3=29.9, qk =h4-h5=196.3，qt= h3-h2=7，G=Q0/q0=0.18,制冷系数为q0/w=5.57, Qk=Gqk=0.18196.3=35.334kwPk/ P0=1.53/0.50=3.065%,不合格，（要求厂家更换一个可调电机）。第3章 冷凝器的设计1 冷凝器的选择冷凝器型式的选择取决于水源、水温、水质、水量及气象条件，同时与热负荷大小，机房的布置要求等情况有关，由上所述，故选择卧式冷凝器。选择水冷卧式壳管式冷凝器，因为a 结构紧凑，体积比立式壳管式小；b 传热系数比立式壳管式大；c 冷却水进出口温差大，耗水量小；d 室内布置，操作较方便；e 适用于大中小型氨和氟利昂制冷装置。2.冷凝器的设计计算（1）管型选择选取表3-4所列3号滚轧低翅片管为传热管，有关结构参数为di=10.4mm,dt=15.1mm,t=0.4mm,db=12.4mm,sf=1.2mm 单位管长的各换热面积计算如下：每米管长翅顶面积 ad=dtt/ sf=0.01510.0004/0.0012m2/m=0.0158 m2/m每米管长翅侧面积 af=(dt2- db2)/(2 sf)=(0.01512-0.01242)/(20.0012)m2/m=0.0972 m2/m每米管长翅间管面面积 ab=db(sf-t)/ sf=0.024(0.0012-0.0004)/0.0012 m2/m=0.026 m2/mai=di=0.0104 m2/m每米管长管外总面积 aof= ad+ ab +af=(0.0158+0.0972+0.026) m2/m=0.139 m2/m(2)估算传热管总长 假定按管外面积计算的热流密度q=4500w/m2,则应布置传热面积Qk=Gqk=0.18196.3=35.334kwAof=Qk/q=35334/4500=7.852 m2应布置的有效总管长L= Aof/ aof=7.852/0.139=56.489m(3)确定每流程管数Z，有效单管长l及流程数N 取冷却水进口温度tw1=32,出口温度tw2=37,由水物性表知，在平均温度34.5时水的密度=994.13kg/m3,比定压热容Cp=4174j/(kgk),则所需水量qv=Qk/Cp(tw2 -tw1)=35334/994.134174（37-32）=0.0017 m3/s取冷却水流速=2.5m/s（按年运行小时数选择的冷却水流速）在水冷冷凝器中，由于水在管内的流动状态与水速、管径及水温有关，在一定管径和水温条件下，所选取的水速应保证水的流动状态处于湍流状态，即雷诺数Re=di/n104, 、di和n分别为水速、管内径和水的运动粘度；若Re104,所以流速取2.5 m/s.则每流程管数Z= qv/(di2/4)=40.0017/(0.010422.5)=8.0根取整数8根 对流程数N、总根数NZ、有效单管长l、壳体内径Di、及长径比l/Di进行组合计算，组合计算结果如表所示。对流程数N总根数NZ有效单管长l/m壳体内径Di/m长径比l/Di2163.540.135.44321.770.1412.66481.180.176.948640.880.24.4在组合计算中，当传热管总根数较多时，壳体内径Di可按下式估算。Di=（1.151.25）s(NZ)0.5式中 s相邻管中心间距，s=（1.251.30）d0,单位为米，d0为管外径，单位为米，d0=0.016m。s=1.25 d0, Di=1.251.250.016(NZ)0.5=0.025(NZ)0.5设计要求说明长径比l/Di一般在6-8较为适宜。分析组合计算结果，为便于端盖的加工制造，宜选取6流程方案。（4）传热管的布置排列及主体结构传热管排列有序及主体结构为使传热管排列有序及左右对称，共布置48根管，则每流程平均管数Z=8根，管内平均水速=2.5m/s，取传热管有效单管长l=1.18m，则实际布置管外冷凝传热面积Aof=7.852m2传热管按正三角形排列，管板上相邻管孔中心距为s=20mm，管数最多的一排管不在壳体中心线上。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166mm，根据无缝钢管规格，选用190mm7mm的无缝钢管作为壳体材料。冷凝器采用管板外径与壳体外径相同的主体结构型式，管排布置及管板尺寸能够保证在管板周边上均匀布置6个螺钉孔以装配端盖，且能避免端盖内侧装配孔周边的密封面不至遮盖管孔，同时，壳体内部留有一定空间起贮液作用。从整体上看，冷凝器的整体结构尺寸能满足压缩冷凝机组的装配要求和限制。布置如图所示（5）传热计算及所需传热面积确定 水侧表面传热系数计算：从水物性表及表3-12知，水在平均温度tm=34.5时，运动粘度n=0.73910-6m2/s，物性集合系数B=2189 因为雷诺数Re=3.5104104，亦即水在管内的流动状态为湍流，则由式（3-5），水侧表面传热系数hwi=B0.8/di0.2=21892.50.8/0.01040.2=11355W/（m2k）氟利昂侧冷凝表面传热系数计算：根据管排布置。管排修正系数由式(3-4)计算n=（n10.833+ n20.833+ n30.833+ nz0.833）/( n1+ n2+ n3+ nz)= （2*10.833+2*20.833+ 2*30.833+7*40.833）/(2*1+2*2+2*3+7*4)=0.815根据所选管型，低翅片管传热增强系数由式（3-2）计算。其中环翅当量高度h=(dt2- db2)/(4 dt)= (15.12- 12.42)/(4* 15.1)=3.86mm增强系数=ab /aof+1.1（ad +af）（db/h）0.25/ aof= 0.026 /0.139+1.1*（0.0158+0.0972）（12.4/3.86）0.25/ 0.139=1.384查表3-11，R22在冷凝温度tk=40时，B=1447.1，由式（3-1）计算氟利昂侧冷凝表面传热系数，hko=0.725B db-0.25n(tk-two) -0.25=0.725*1447.1* 0.0124-0.251.384*0.826(tk-two) -0.25=3546.290-0.25w/（m2k）对数平均温差计算 ：m=（tw1-tw2）/（tk-tw1）/（tk-tw2）= （37-32）/（40-32）/（40-37）=5.10取水侧污垢系数ri=0.000086（m2k）/W,将有关值代入式（3-6）和式（3-7）计算热流密度q0（W/m2）q0=3546.2900.75q0=(5.10-0)/(11355-1+0.000086)*(0.139/0.327)+(0.001/393)*(0.139/0.0358)=1334*(5.10-0)选取不同的0（单位为）进行计算，计算结果列于下表中。0/第一式q0（Wm-2）第二式q0（Wm-2）.1.44564.264935.81.494782.604815.74.1.498864803.91214803.9276当0=1.49886时，两式q0误差已很小，取q0=4803.9W/m2计算实际所需的传热面积 Aof= Qk/q0=35334/4803.9=7.36 m2初步结构设计中实际布置冷凝传热面积为7.852 m2，较传热面积大6.3%，可作为富裕量，初步结构设计布置的冷凝传热面积能满足负荷传热要求。(6) 冷却水侧阻力计算 按式（3-8）计算冷却水侧阻力， 其中阻力系数 =0.3164/350000.25=0.0231冷却水侧阻力P=1/2*994.13*2.520.0231*6*（1.18+0.06）/0.0104+1.5（6+1）= 90675Pa式中lt左、右两管板外侧断面间距离，取每块管板厚度为30mm，则lt=1.18+0.06=1.24m（7）链接管管径计算 取冷却水在进出水接管中的流速为1m/s，则进出水接管管内径di=（4qv）/（）0.5=（4*0.0017）/（1）0.5=0.047m根据无缝钢管规格，选57mm5mm无缝钢管为进出水接管现将所设计的卧室壳管式冷凝器的主体结构及有关参数综述如下：低翅片管总极数为48根，每根传热管的有效长度为1180mm，管板的厚度取30mm，考虑传热管与管板之间胀管加工时两端各伸出3mm，传热管的实际下料为1246mm。壳体长度为1180mm（等于传热有效单管长），壳体规格为190mm7mm的无缝钢管。取端盖水腔深度5060mm，端盖铸造厚度为10mm，则冷凝器外形总长度为13601380mm。冷却水流动的流程数为6，由于总的传热管根数为48根，则每流程管数可分别为每回程8根管。3、冷凝器简易设备图1-泄水管 2-放空气管 3-进气管 4-均压管 5-传热管 6-安全阀接头 7-压力表接头 8-放气管 9-冷却水出口 10-冷却水入口 11-出液管第四章 蒸发器1、 蒸发器的选型蒸发器按被冷却介质不同，分为冷却液体载冷剂，冷却空气或其他气体的两大类型。蒸发器种类、特点及使用范围类型形式优点缺点使用范围冷却液体载冷剂的蒸发器水箱型（沉浸式）立管式1）载冷剂冻结危险性小2）有一定蓄冷能力3）操作管理方便1）体积大，占地面积大2)容易发生腐蚀3）金属耗量大4）易积油氨制冷系统螺旋管式1）3）同立管式4）结构简单、制造方便5）体积、占地面积比立管式小维修比立管式麻烦氨制冷系统蛇管式（盘管式）1）3）同立管式4) 结构简单、制造方便管内制冷剂流速低，传热效果差小型氟利昂制冷系统卧式壳管式满液式1）结构紧凑、重量轻、占地面积小2）可采用闭式循环，腐蚀可能小1）加工复杂2）载冷剂易发生冻结易胀裂管子3）无蓄冷能力氨、氟利昂制冷系统干式1）载冷剂不易冻结2）回油方便3)制冷剂充罐量小1）制造工艺复杂2）不易清洗氟利昂制冷系统板式蒸发器1）传热系数高2) 结构紧凑、组合灵活1）制造工艺复杂2）造价较高氨、氟利昂制冷系统螺旋板式蒸发器1）体积小2）传热系数高1)制造复杂、维修困难2）使用淡水有冻结危险氨、氟利昂制冷系统套管式蒸发器1）结构简单、体积小2）传热系数高1）水质要求高、不易清洗2）维修困难小型氟利昂系统设计要求采用冷却液体式蒸发器，而冷却液体式蒸发器通常采用管壳式换热器的结构形式，干式蒸发器的外形和结构，与满液式卧式蒸发器基本相同。主要不同点在于干式蒸发器中，制冷剂在管内蒸发，制冷剂液体的充罐量很少，大约为管组内容积的35%40%，约为满液式卧式壳管式蒸发器的1/21/3或更少，而且制冷剂在蒸发气化过程中，不存在自由液面，所以称为“干式蒸发器”。制冷剂在管侧蒸发，载冷剂在壳侧被冷却 。2、蒸发器的设计计算初始条件tk=40，t0=0，回热器过热度为t=10，热力膨胀阀的过热度为t=5 进水温度 ；出水温度制冷量Q0=40Kw，q0= 166.2KJ/h对数平均温差 tm =（ts1-ts2）/（t0-ts1）/（t0-ts2） =12.33 假设热流密度 则总换热面积 算出所需管子总长 管子按正六边形排列假设管子数g 从50根取起，排列圈数n从5圈起。则管子总数 G=3n2+3n+1 已知条件：热流密度初始值= 7000W/m2，管子外径=0.012m，管子内径=0.01m，管子中心距= 0.020m，折板间距=0.085m，回程数= 4，制冷量=30kw，对数平均温差=12.33具体循环步骤参见流程图及附录一计算第一遍得出g、n 每根管长；蒸发器管径校核 。有效流通面积 则 冷媒水的流速式中： 为冷媒水的比热，； 为冷媒水的温降，。雷诺数 Re=vd/(10-6) 式中：为冷媒水的运动粘度。得出 冷媒水外侧的换热系数hw=0.22/d0Re0.6Pr0.33式中：为冷媒水导热系数 为冷媒水普朗特数。管子的平均质量流速qmd=Qr/(q) 式中：为回程数，个。制冷剂的质量流速 管内侧制冷剂的换热系数则传热系数 式中：为管子厚度，m； 为管材导热系数； 为污垢热阻。实际热流密度 3、蒸发器简易设备图及具体计算流程图蒸发器简易设备图如图4-1所示图4-1干式壳管蒸发器蒸发器具体计算流程如图4-2所示图4-2蒸发器计算流程图4、 蒸发器编程界面第五章 节流机构和辅助设备1. 节流机构热力膨胀阀1)、热力膨胀阀在制冷系统中的主要作用有三个方面。a) 节流降压使高压常温制冷剂液体变成低压、低温的制冷剂湿蒸气，并进入蒸发器迅速蒸发，实现向外界吸热的目的。b) 控制流量通过阀的感温包，感受蒸发器出口处制冷剂过热度的变化，来控制阀的开度，调节进入蒸发器的制冷剂的流量，以适