螺杆式冷水会机组设计.docx

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除摘 要 随着我国国民经济的发展，大中型制冷空调装置的需求日益增多。螺杆冷水机组广泛应用于大型中央空调系统中。企业在购买中央空调时，由于市场上中央空调的类型繁多，如何选择制冷机组的配套设备并使其高效运行成为关键。本文以制冷量为1000kW的螺杆冷水机组选型为基础，冷却水进水温度为，目的是制出的冷冻水。本文首先论述了大功率冷水机组的发展概况，说明了大功率螺杆式冷水机组具有广阔的市场、巨大的发展潜力。接着围绕提高产品的能源利用效率，实现机组的高效运转，对各个部件进行分析设计。重点进行了冷凝器和蒸发器的热力计算，同时进行了压缩机、膨胀阀及其辅助设备的选型设计及管道的设计计算。制冷剂选择适合大型空调机组的氟利昂R22；压缩机选择高效可靠的半封闭式螺杆压缩机；冷凝器为卧式壳管式冷凝器，传热管为滚轧低肋管；蒸发器采用干式结构，采用内微肋管；节流阀采用ETS系列电子膨胀阀，同时进行了油分离器、视液镜、冷却塔、贮液器等相关辅助设备的选型；最后，采用公式法进行了管道的设计计算，并估算了制冷剂的充贮量。关键词：螺杆冷水机组，壳管式冷凝器，干式蒸发器，半封闭式螺杆压缩机，ETS系列电子膨胀阀ABSTRACTWith the development of our national economy, the demand for large and medium sized refrigeration and air conditioning devices is increasing. Screw chiller are widely used in large central air conditioning systems. Due toa wide variety of central air-conditioning in the market, how to choose the ancillary equipment refrigeration units and make them run efficiently becomes the keywhen enterprises in the time of purchasing central air conditioning devices.This paperis on the basis of screw chiller with the cooling capacity of 1000kW and the cooling water inlet temperature is 32 . The purpose is to make out of 7 frozen water. The paper first discusses the development of high powercapacity water chillers, illustrating the high power capacity screw chiller has a broad market and huge potentialdevelopment. Then focusing on improving the energy efficiency to achieve efficientlyoperates to analyze the respective components. Conducting emphasis onthermodynamic calculation of condenser and evaporator, a compressor, at the same time, doingexpansion valve and auxiliary equipments design and pipeline calculations.The refrigerant select Freon R22 which is suitable for large air conditioning units;compressoris the highly efficient and reliable semi-hermetic screw compressor; the condenser is a horizontal shell and tube condenser with heat transfer tubes is low rolling ribbed pipes; evaporator adopts dry structure, using the micro-fin tubes; expansion valve uses ETS series electronic expansion valves,at the same timeselect oil separators , sight glass, cooling towers, liquid reservoir and other related auxiliary equipments; Finally, using the formula method to design pipeline and estimates the charge storage of refrigerant.Keywords: screw chiller, shell and tube condenser, dry evaporator, semi-hermetic screw compressors, ETS series electronic expansion valves目录1绪论31.1 研究的目的与意义31.2 国内外发展状况31.2.1 离心式冷水机组的发展31.2.2 螺杆冷水机组的发展31.2.3 其它冷水机组的发展特点31.3 本文的研究内容32 制冷剂的选取和循环热力计算32.1 初始数据与设计要求32.2 制冷剂的选取32.2.1 螺杆式冷水机组适用的制冷剂32.2.2 各种制冷剂的性能32.2.3 制冷剂选择的因素32.2.4 确定制冷剂类型32.3 循环热力计算32.3.1 理论制冷循环32.3.2 循环热力计算33 压缩机的选型33.1 压缩机的类型33.1.1 机组的驱动方式33.1.2 确定螺杆压缩机33.1.3 螺杆式压缩机结构33.2 压缩机的选型34 冷凝器的选型设计34.1 水冷式冷凝器型式34.1.1 水冷式冷凝器类型及特点34.1.2 选用卧式壳管式冷凝器34.2 冷凝器结构的初步设计34.2.1 冷凝器传热管的选择34.2.2 冷凝器结构的初步规划34.3 冷凝器的校核34.3.1 管内水侧表面传热系数34.3.2 计算管外R22蒸汽冷凝表面传热系数34.3.3 计算传热系数K0和面积热流量34.3.4 对初步结构设计的校核34.4 冷却水泵的选型35 蒸发器的选型设计35.1 蒸发器的类型35.2 干式蒸发器初步结构设计35.3 蒸发器的校核35.3.1 管内R22的表面传热系数35.3.2 水侧表面传热系数的计算35.3.3 传热系数的计算35.3.4 对初步结构设计的校核36 节流装置和其它辅助装置的选型36.1 节流装置选型设计36.1.1 各种节流装置的性能36.1.2 节流装置的选型36.2 油分离器型式设计36.2.1 油分离器主要型式36.2.2 油分离器选型36.3 贮液器的选型36.3.1 贮液器概述36.3.2 贮液器的选型36.4 视液镜的选型36.4.1 视液镜概述36.4.2 视液镜选型36.5 冷却塔的选型36.5.1 冷却塔概述36.5.2 冷却塔选型36.6 冷冻机油的选用36.6.1 冷冻机油的基本作用36.6.2 制冷机对冷冻油的性能要求36.6.3 冷冻油的选用37 制冷剂侧管道设计和制冷剂充贮量37.1 制冷系统的管道设计37.1.1 管道设计概述37.1.2 管道设计要求37.1.3 管道的计算37.1.4 管道的布置37.2 制冷剂充贮量37.2.1 制冷剂的充注量概述37.2.2 冷凝器充注量的计算37.2.3 蒸发器充注量的计算37.2.4 液管充注量的计算37.2.5 吸气、排气充注量的计算37.2.6 制冷剂充注总量的计算38 总结与展望38.1 本文工作总结38.2 工作展望3参考文献3精品文档1 绪论1.1研究的目的与意义随着社会和科技不断发展，人们对生活和工作环境的舒适性要求日益提高，越来越多的建筑安装空调设备来调节室内空气环境。空气调节对国民经济各部门的发展和对人民物质文化生活水平的提高有着重要作用。这不仅意味着受控的空气环境对各种工业生产过程的稳定运行和保证产品的质量有重要作用，而且对提高劳动生产率、保证人体健康、创建舒适的工作和生活环境有重要意义。在我们国家，城市化进程中不断建造的大型公共建筑，使得大型中央空调系统的市场需求越来越大。冷水机组作为中央空调系统的核心部件，其日益增长的市场规模吸引了众多空调设备制造商的参与。按照主机的类型可以把空调分为压缩式和吸收式两大类。其中压缩式包括活塞式，螺杆式（分单螺杆和双螺杆两种），离心式和涡旋式。在中央空调系统中，使用各种形式的冷水机组。螺杆式冷水机组以其对变工况运行有较好适应性，对气体带液运行不敏感，转速高，体积小，重量轻，动力平衡性好，零部件少，尤其易损件少等特点优势广泛应用于商业和工业中央空调系统中，十几年来，国内企业不断从欧美等发达国家引进、消化、吸收冷水机组设计技术和制造工艺，使螺杆式冷水机组水平得到显著提高。螺杆式冷水机组的使用范围十分广泛，涉及到人们的衣食住行。制冷行业中的制冷机除去最开始的那二十多年的市场暴利，现在基本上已经进入到了一个价格透明、市场饱和的时代了。各种制冷机的市场利润都已经与八十年代不可同日而语。而在这样的发展环境中，螺杆式冷水机组的发展将会继续保持很快的发展速度，因为冷水机组不仅仅是工业发展的催化剂，更是一种促进工业快速发展的必备品。中央空调在各大商场和厂房等地得到广泛地应用，而中央空调的冷水机组系统是否能适用市场的需求，却是厂家和商家所时刻关注的问题。目前我国螺杆冷水机组年产量在1万台以上。而且由于螺杆压缩机可以由专业压缩机制造商提供，所以很多具有一定规模和实力的空调设备厂家纷纷加入螺杆冷水机组的设计制造行列，使得产品的市场竞争日趋激烈。因此，如何高效合理地进行机组的设计，使其更好地适应市场需求和发展方向，成为众多厂家研究的问题。1.2国内外发展状况1.2.1离心式冷水机组的发展近年来，日本和中国的离心式冷水机组市场增长很快，中国已成为重要制造基地。离心式冷水机组需要有复杂的润滑油系统，然而，制冷剂含油会降低传热性能。有两种方法解决含油的离心式冷机组：一种是开发磁悬浮轴承系统，另一种是用制冷剂代替油去润滑和冷却轴承。热泵和冰蓄冷离心式系统已开发出来，扩大了离心式冷水机组的应用范围。三菱重工已推R410A的离心式热泵系统，并推出了50冷吨的微型透平系列。1.2.2螺杆冷水机组的发展螺杆冷水机组在很多应用中取代了往复式水冷机组。麦克维尔、日立等正在发展R410A螺杆压缩机，许多公司也注重开发大冷量的螺杆压缩机。(1) 空调专用的开启式螺杆压缩机在空调系统中，可按以下两个思路开发空调专用压缩机：1)由于空调系统的工况固定，所以螺杆压缩机的内容积比无需调节，固定在2.5即可，因此，可以省去内容积比调节滑阀及其相应的控制机构、油路系统等；2)制冷用螺杆式压缩机为了兼顾空调至低温之间的各个工况，一般是按内容积比2.5设计径向排气口，按内容积比5.0设计轴向排气口，而空调专用压缩机则可统一按内容积比2.5设计径向排气口和轴向排气口以减少螺杆式压缩机的过压缩情况，提高压缩机的效率。因此，空调专用螺杆式压缩机的效率在理论上应高于制冷用压缩机。(2) 空调专用开启式螺杆冷水机组空调专用螺杆式冷水机组完全可以采用喷液冷却方式，因为在空调工况下，压比小，排气温度低，油冷却的负荷小，只需喷人少量制冷剂即可达到降低排温的目的；改变传统的液体冷却机组布置方式，将压缩机、电机置于蒸发器上，缩短吸气管长度及减少弯头数量以减小有害吸气过热，提高制冷量；与半封闭螺杆冷水机组类似，减小油分直径及体积，并将油分置于换热器上，使机组的体积进一步缩小。采用引射技术使进入换热器中的油回到压缩机中。尽快开发空调专用的螺杆式冷水机组是制冷行业的一个发展方向。(3)螺杆式冷水机组制冷剂的置换目前，螺杆式冷水机组中主要采用R22为工质，由于2030年期限的临近，未来5年内，采用其它工质的冷水机组将会越来越多。1) 采用R717的螺杆式冷水机组。武冷开发了一系列采用R717为工质的螺杆式氨冷水机组，该系列机组采用了国际先进的BPHE不锈钢激光焊接的板式换热器作为蒸发器和冷凝器，相较普通壳管式换热器其体积缩小了80%。2) 采用R134a的螺杆式冷水机组。R134a的单位容积制冷量较小，对速度型的离心机其影响相对较小，而对螺杆机，不宜以增大压缩机的物理尺寸为代价来换取冷量的提高，只宜采用增速的方法。上海联合开利生产的IXY/30HXC半封闭螺杆式冷水机组就采用了R134a，该机组的压缩机采用航空齿轮AGMAl2增速，阳转子转速可达60009000r/min，一方面弥补了R134a单位容积制冷量较小的不足，另一方面缩短了压缩机的长度，利于组成多机头机组。该机组还采用了满液式蒸发器，用电子膨胀阀控制供液。(4)螺杆式冷水机组的变频控制变频控制主要有以下几个优点：1) 螺杆式压缩机的滑阀式或柱塞式能量控制方法，其实质是吸气旁通方式，变频控制可以得到相对更高的效率；2) 当热负荷变化时，螺杆式冷水机组将增减负载或反复地启停压缩机，对电网造成冲击的同时还增加了耗电量并减少了压缩机的使用寿命，而变频控制则可以避免这种情况，压缩机运行更平稳、更经济，使用寿命更长；3) 压缩机启动时可降频启动，避免较大的峰值冲击电流，同时还减少了耗电量；4) 当压缩机物理尺寸固定时，可以用超频的方式在一定范围内增加压缩机的制冷量。随着变频器价格的不断降低，变频控制将首先应用到单机头或多机头半封闭螺杆冷水机组中，最终成为其最佳控制方式并为广大用户所接受。(5)风冷螺杆式冷水(热泵)机组从制冷原理上说，风冷螺杆式冷水(热泵)机组的冷凝温度大大高于水冷机组的冷凝温度，故其轴功率提升较多，同时其制冷量下降，是一种不节能的机型。计算表明，对R22工质，风冷机组的轴功率较水冷机组提高了约25，同时制冷量下降约10。之所以说风冷螺杆式冷水(热泵)机组是一个发展方向，是基于以下两点理由：未来20年内，中国将有80的城市缺水，如何有效地减少水的消耗量将是中国经济发展的当务之急；西部将成为中国新的经济增长点，而西部大多数地区都缺水。所以风冷螺杆式冷水(热泵)机组是一种非常适应中国国情的机型，具有广阔的应用前景，近几年的中国国际制冷展充分体现了这一点。(6)大温差螺杆式冷水机组根据JBT43291997容积式冷水(热泵)机组可知，冷水机组蒸发器进出水温差为5，大于5则称为大温差冷水机组。空调系统应用经验表明，增大供液温差，将减少循环水流量，在保证水阻力相同的前提下缩小管道直径及减少保温材料消耗，减小水泵流量，但对系统的末端设备。如风机盘管等，其换热面积需要逐渐增加。因此，对整个空调系统，需全面考虑以分析其经济性，选择合适的温差。近年来，江森控制器公司开发了建筑能源管理系统 (BEMS)，成功地推出了Metasys建筑自动化系统，能有效强化产品的节能性能。1.2.3其它冷水机组的发展特点（1）制冷剂的置换根据蒙特利尔议定书关于淘汰CFC制冷剂的伦敦补充修正案的实施, 中国政府也将批准在哥本哈根和北京修正案中所规定的时间表以逐渐淘汰HCFC制冷剂。在2002年9月, 中国政府官方宣布批准了京都议定书并实行温室气体的控制。在市场上已经可以获得大量的HFC-134a冷水机组, 并还出现了一些HFC-407C和氨冷水机组的新产品。此外, 为了减少温室气体的间接散发, 中国政府正积极地制订冷水机组和空调器的相关能效标准以相对地减少电力和燃料的消耗并减少CO2的排放。（2）家用中央空调系统的快速发展除了具有多台室内机组可变制冷剂流量系统的空调系统和有风管的空调器外, 家用风冷式冷水机组、热泵以及燃气型吸收式冷水机组也飞速发展并具有稳定的质量, 它们在高级住宅的应用将进一步扩大。（3）冰蓄冷技术由于夏季用电的急剧增加和在每一城市中先后实行了顶峰的低谷负荷的电价和峰值与低谷之间电价差别增大等原因, 这为冰蓄冷技术提供了良好的市场环境, 在2002年完成了总数为52个冰蓄冷项目。中国国家制冷设备标准化技术委员会已经制订了“蓄热空调系统的试验和评定方法”以促进和规定冰蓄冷技术的发展。（4）地下水源热泵机组用地下水源在夏季作为冷却水而在冬季作为热源水可以获得节能效应, 在近年这种型式的机组有了快速发展, 到2000年底美国就有超过40万台地下水源热泵在家庭、学校和商业建筑中使用。对于这种型式机组的发展应给予谨慎的考虑。1.3本文的研究内容本文将通过对螺杆式冷水机组的选型设计，围绕提高冷水机组效率和系统安全运行的目标，进行以下研究工作。1. 对冷水机组原理的简单介绍及相关的热力计算；2. 根据热力计算结果选取合适的压缩机、冷凝器、蒸发器、节流阀及其它辅助设备；2 制冷剂的选取和循环热力计算2.1初始数据与设计要求1、设计目标：拟为北方地区设计一台制冷量为1000kW舒适性螺杆式水冷机组。2、计算工况：冷凝水的进水温度，出水温度，冷冻水进水温度为，出水温度为。3冷凝温度：，取，则tk=34+6=40；蒸发温度：，取，则t0=7-4=3。2.2制冷剂的选取2.2.1 螺杆式冷水机组适用的制冷剂目前螺杆式冷水机组使用的制冷剂主要为R22和R134a，而R134a是因为R22作为过渡性制冷剂将被逐步淘汰而采用的。在蒙特利尔议定书中R22被限定2020年淘汰，R123被限定2030年，发展中国家可以推迟10年。目前由于禁用R22的期限还很遥远，所以R22和R134a两种制冷剂都被广泛应用。2.2.2各种制冷剂的性能（1） R22的性能R22是一种中温制冷剂，它的沸点为-40.8，常温下冷凝压力和氨相近，单位容积制冷量也差不多，在中温和低温下饱和压力较高，因此在较低温度下R22比氨好。水在R22中的溶解度很小，而且随着温度的降低，水的溶解度越小。当R22中溶解有水时，会引起冰堵现象和对金属的腐蚀作用。R22能部分地与矿物油互相溶解，其溶解度与润滑油的种类和温度有关。在较高温度时，润滑油在R22液体中的溶解度很大，形成均匀的溶液；温度逐渐降低时溶解度不断减小；当温度降至某一临界温度以下时，便开始分层，含量各不相同，上层主要是油，下层主要是R22。R22不燃烧，不爆炸，毒性很小。R22渗透能力很强，并且泄露难以发现。R22的检漏方法常用卤素喷灯，当喷灯的火焰呈蓝绿色时，则表明有泄露。当要求较高时，可用电子检漏仪。R22的ODP和GWP比R12小得多，属于HCFC类物质，对臭氧层仍有破坏作用。R22作为某些CFC制冷剂的过渡替代物在使用。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。（2） R134a的性能：R134a是一种新型制冷剂，其标准蒸发温度为-26.5。R134a对金属的腐蚀作用比较小稳定性好也不溶于水。R134a属于HFC类制冷剂，按当前的国际协议可长期使用。值得指出的是：R134a的GWP为1600，仍比较大，制冷界也有人认为R134a不是最适宜的制冷剂，最好使用天然制冷剂。R134a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。2.2.3制冷剂选择的因素以往选择制冷剂主要考虑热力学性能以及制冷剂对特定制冷系统的适用性。考虑因素如下：(1)热力学性质方面：工作温度范围内有合适的压力和压力比。对蒸汽压缩式制冷系统而言，还要求在工作温度范围内能够汽化和凝结。此外要求单位容积制冷量及单位质量制冷量大，等熵压缩的比功小，制冷性能系数(COP)大。等熵压缩终了的排气温度不能过高，以免润滑条件恶化或制冷剂自身在高温下分解。(2)迁移性质方面，制冷剂的粘度、密度尽量小，导热系数大，可提高传热系数，减少传热面积。(3)制冷系统运行安全可靠。制冷剂的化学稳定性(高温高压时)和热稳定性好，对钢或其它金属无腐蚀作用，与润滑油相容，无毒、无刺激性气味、不燃、不爆或燃爆性很小，使用安全。对大气环境无破坏作用。(4)原料来源充足，制造工艺简单，价格便宜。由于近年来科学家们发现制冷剂对大气环境具有不良影响，特别是臭氧层破坏及温室效应，已引起世界各国的重视。蒙特利尔议定书与京都议定书的签署，对制冷剂的应用提出了淘汰、限制和替代的时间表。因此制冷剂对大气环境的潜在影响成为选择制冷剂时必须考虑的重要因素。2.2.4 确定制冷剂类型综合以上对两种制冷剂特性的描述，考虑到是为工矿企业设计的，而企业对机组经济性及技术性的要求高，故确定以R22为制冷剂。2.3 循环热力计算2.3.1理论制冷循环单级蒸汽压缩制冷循环的理论循环是建立在以下假设基础上：(1)压缩过程为等熵过程，即在压缩过程中不存在任何不可逆损失；(2)在冷凝器和蒸发器中，制冷剂的冷凝温度等于冷却介质的温度，蒸发温度等于被冷却介质的温度，且冷凝温度和蒸发温度都是定值；(3)离开蒸发器和进入压缩机的制冷剂蒸汽为蒸发压力下的饱和蒸汽，离开冷凝器和进入膨胀阀的液体为冷凝压力下的饱和液体；(4)制冷剂在管道内流动时，没有流动阻力损失，忽略动能变化，除了蒸发器和冷凝器内的换热管外，制冷剂与换热器外介质之间没有热量交换；(5)制冷剂在流过节流装置时，流速变化很小，可以忽略不计，且与外界环境没有热交换。图2-1：理论循环在T-s图和lgp-h图上的表示图中1点为制冷剂蒸发后的饱和蒸汽被吸入压缩机，1-2表示制冷剂在压缩机中的等熵压缩过程。2-3-4表示制冷剂在冷凝器中由过热状态被冷却至饱和状态和并冷凝为液态的过程，在冷却过程2-3中制冷剂与环境介质有温差，在冷凝过程3-4中制冷剂与环境介质无温差，在冷却和冷凝过程中制冷剂压力保持不变，且等于冷凝温度tk，对应的饱和蒸汽压力pk。4-5表示节流过程。制冷剂在节流过程中压力和温度都降低，但焓值保持不变，且进入两相区。5-1表示制冷剂在蒸发器中的蒸发过程，制冷剂在温度t0、饱和压力p0保持不变的情况下蒸发，而被冷却介质的热量被制冷剂吸收。2.3.2循环热力计算根据以上假设内容，查制冷剂R22的热力性质图或表，得各点的热力性质如下表2-1。表2-1：各点的热力性质状态点参数单位数值注1h1p0v1kJ/kgkPam3/kg406.594530.90.04295由图查得2h2pkkJ/kgkPa432.611497.91-2等熵4h4kJ/kg249.852-4等压5h5kJ/kg249.854-5等焓（1）单位质量制冷量（2-1）（2）单位容积制冷量：（2-2）（3）制冷剂质量流量：（2-3）（4）理论比功：（2-4）（5）理论功率：（2-5）（6）体积流量：（2-6）（7）制冷系数（2-7）（8） 冷凝器单位热负荷：（2-8）（9） 冷凝器热负荷（2-9）（10） 热力完善度（2-10）（2-11）（11）压缩机的理论输气量压缩机的容积效率，取（2-12）（12）压缩机排气量（2-13）（13）压缩机指示功率（2-14）（14）轴功率（取机械效率）： （2-15）（15）电动机功率（取电动机效率）：（2-16）（16）系统压力比：（2-17）3压缩机的选型3.1压缩机的类型3.1.1机组的驱动方式冷水机组是生产冷水的制冷装置，广泛应用于空调工程和工业生产工艺中。根据冷水机组所用动力种类不同分为电力驱动冷水机组和热力驱动冷水机组。电力驱动冷水机组又多是采用蒸气压缩制冷原理的冷水机组，又称为蒸气压缩式冷水机组；热力驱动冷水机组多是采用吸收式制冷原理的冷水机组，又称为吸收式冷水机组。本次设计拟为电力资源丰富且水量充足、水质较好的地区设计，因此选用电力驱动，采用蒸气压缩制冷原理的冷水机组。3.1.2确定螺杆压缩机（1）按照螺杆转子数量的不同，螺杆压缩机有双螺杆与单螺杆两种。1）双螺杆压缩机靠汽缸中一对螺旋转子相互啮合旋转，造成由齿型空间组成的基元容积的变化，实现了对制冷剂气体的压缩。由于螺杆压缩机结构上的特点，没有活塞压缩机中的进排气阀和余隙容积。泄漏大大减少。螺杆压缩机的喷油提高了密封效果、减少了泄漏量，并改善了冷却作用。2）单螺杆压缩机的一个螺杆可以与两个或两个以上的星轮啮合。单螺杆压缩机的一个特点是螺杆、星轮啮合副的几何形状复杂，泄漏通道众多，基元容积依靠间隙节流获得密封。因此，这种压缩机的效率，在很大程度上取决于工质从高压部分到低压部分的泄漏。泄漏量和螺杆外径、压差和间隙有关。单螺杆压缩机存在的泄漏和摩擦功耗之间的矛盾甚为突出。目前广泛应用的是双螺杆压缩机。基于双螺杆压缩机的以上优点，能大为改善机组的效率，因此选用双螺杆压缩机。（2）根据电机联接方式的不同，螺杆压缩机分为开启式、半封闭式和全封闭式。1）开启式的压缩机和电机是独立的，通过联轴器传动。制冷系统的密封至关重要，因此在开启式压缩机的转子外伸轴处，通常采用复杂的面接触式机械密封。a) 开启式压缩机的优点：b) 压缩机与电机相分离，使压缩机的适用范围更广；c) 同一台压缩机可以适应不同制冷剂；d) 可根据不同的制冷剂和使用工况条件配用不同的电动机。开启式螺杆压缩机广泛应用于石油化工制药轻纺科研方面的低温试验；应用于食品水产商业的低温加工贮藏和运输；应用于工厂医院及公共场所等大型建筑的空气调节等。2）半封闭压缩机的电机与压缩机整体封闭在机壳内，电机转子通过键安装在主动转子轴上，定子镶嵌在机体中，所以转子轴不伸出机体，不需要设置轴封，减少了泄漏点。同时由于半封闭压缩机的电机可以采用专门的冷却方式，保持较高的电机效率，并且电机热量不会排放到机房。为了方便安装，压缩机厂家将油分离器也集成到机体上，机组制造厂只需将压缩机固定在机架上，简化了装配工序。所以，空调行业普遍采用半封闭压缩机。3）全封闭压缩机与半封闭的结构相同，区别在于全封闭压缩机壳体是焊接密封的，无法拆卸。限于可靠性和维修方面的原因，全封闭压缩机的规格一般比较小，主要应用在中小冷量场合。3.1.3螺杆式压缩机结构半封闭螺杆式制冷压缩机由电机、机体、转子、轴承及能量调节装置等部件组成，具有结构简单、零部件少、工作可靠、效率高及调节方便等优点。部分喷油螺杆压缩机将油分离器与压缩机合成一体。图3-1是典型的一体式半封闭螺杆式制冷压缩机结构图。机体内装有一对转子，阳转子(通常为主动转子)有4或5个齿，阴转子有6或7个齿，在电机的驱动下，主动转子带动从动转子相互啮合转动，转子齿槽与机体构成的封闭容积产生周期性变化，实现对气体的压缩。图3-1：典型半封闭螺杆式制冷压缩机结构图3.2压缩机的选型选用冷水机组时，优先考虑性能系数值较高的机组。根据资料统计，一般冷水机组全年在100% 负荷下运行时间约占总运行时间的1/4以下。总运行时间内100%、75%、50%、25% 负荷的运行时间比例大致为2.3%、41.5%、46.1%、10.1%。因此，在选用冷水机组时应优先考虑效率曲线比较平坦的机型。同时，在设计选用时应考虑冷水机组负荷的调节范围。多机头螺杆式冷水机组部分负荷性能优良，可根据实际情况选用。本设计按照压缩机100%负荷时性能最优为前提。武汉深创亿制冷科技有限公司是深圳深创亿制冷集团的全资子公司，专业生产和销售制冷、冷冻设备与中央空调设备的实力企业。该公司主要产品有：开放式工业冷水机，水冷式工业冷水机组，风冷式冷水机组，螺杆式冷水机组，水冷柜式空调机组，低温冷水机组，冷热双用控温机组，防爆冷水机组，冷冻机组及水冷机和有关的机电设备等。其生产的螺杆压缩机性能稳定，制冷效率高。选择SCY型水冷螺杆式压缩机。表3-1SCY型螺杆式压缩机型号参数螺杆式压缩机型号使用电源冷量（kW）耗电力(kW)SCY-240D3-50Hz-380V818158SCY-300D960186SCY-360D1145222SCY-400D1276243SCY-440D1430274.2根据上表，选用1台SCY-400D。适用制冷剂R22，蒸发温度为3，冷凝温度为40时，制冷量为1276KW，输入功率为243KW，理论输气量为1273m3/hVh=1160.47m3/h，频率为50HZ，功率为243KW，均符合要求，并且留有一定裕量，所以选择合理。4 冷凝器的选型设计4.1水冷式冷凝器型式4.1.1水冷式冷凝器类型及特点水冷式冷凝器是以水作为冷却介质，靠水的温升带走冷凝热量。冷却水一般循环使用，但系统中需设有冷却塔或凉水池。水冷式冷凝器按其结构形式又可分为壳管式冷凝器和套管式冷凝器两种，壳管式冷凝器又可分为立式壳管式冷凝器和卧式壳管式冷凝器。（1）立式冷凝器的主要特点是：1) 由于冷却流量大流速高，故传热系数较高，一般。 2) 垂直安装占地面积小，且可以安装在室外。3) 冷却水直通流动且流速大，故对水质要求不高，一般水源都可以作为冷却水。4) 管内水垢易清除，且不必停止制冷系统工作。但因立式冷凝器中的冷却水温升一般只有24，对数平均温差一般在56左右，故耗水量较大。且由于设备置于空气中，管子易被腐蚀，泄漏时易被发现。（2）卧式壳管式冷凝器它与立式冷凝器有相类似的壳体结构，主要区别在于壳体的水平安放和水的多路流动。卧式冷凝器不仅广泛地用于氨制冷系统，也可以用于氟利昂制冷系统，但其结构略有不同。氨卧式冷凝器的冷却管采用光滑无缝钢管，而氟利昂卧式冷凝器的冷却管一般采用低肋铜管。这是由于氟利昂放热系数较低的缘故。值得注意的是，有的氟利昂制冷机组一般不设贮液筒，只采用冷凝器底部少设几排管子，兼作贮液筒用。（3）套管式冷凝器套管式壳管冷凝器的特点：1) 制冷剂的蒸气从上方进入内外管之间的空腔，在内管外表面上冷凝，液体在外管底部依次下流，从下端流入贮液器中。2) 冷却水从冷凝器的下方进入，依次经过各排内管从上部流出，与制冷剂呈逆流方式。这种冷凝器的优点是结构简单，便于制造，且因系单管冷凝，介质流动方向相反，故传热效果好，当水流速为12m/s时传热系数可达。其缺点是金属消耗量大，而且当纵向管数较多时，下部的管子充有较多的液体，使传热面积不能充分利用。另外紧凑性差，清洗困难，并需大量连接弯头。因此，这种冷凝器在氨制冷装置中已很少应用。4.1.2选用卧式壳管式冷凝器综合以上特点，螺杆式制冷机组中所使用的水冷式冷凝器，主要是卧式壳管式冷凝器。它是由筒体管板冷凝管和两侧端盖组成。制冷剂蒸汽由筒体上部进入筒内，并在冷凝管的外表面上冷凝。冷凝后的液体制冷剂从筒体下部流出。冷却水经一侧端盖进入冷凝管内，在另一侧端盖内换向，再度流入冷凝管。凡水在冷凝管内流动一次就称为一个流程。冷凝器的水流程一般做成偶数，这样冷却水的进出管可设在同一端面上。冷却水由下部进入，上部流出。这种冷凝器的主要优点是结构紧凑传热系数高冷却水耗量少操作管理方便，所以在离心式和螺杆式制冷机组中几乎都采用这种型式的冷凝器，本设计亦选用此类冷凝器。4.2冷凝器结构的初步设计4.2.1冷凝器传热管的选择根据生产工艺条件，拟采用每英寸19片的滚轧低肋管作为传热管，其基本参数为：，。4.2.2冷凝器结构的初步规划（1）预设需要的冷凝面积根据一般经验，由于低肋螺纹管传热效率高，故初取管外表面面积热负荷。则初步规划的所需冷凝器外表面积为（4-1）（2）所选传热管的外表面积每肋管长的肋片数为（4-2）每管长肋顶面积为（4-3）每管长肋片面积为（4-4）每管长肋间基管面积为（4-5）每肋片管外表面积为（4-6）每管长内表面积为（4-7）（3）管子根数及管长的设计所需上述规格低肋管管长为（4-8）设管内水速为，则每流程管数为（取228根）（4-9）若设流程数为，冷凝管有效长度为，必有或（4-10）表4-1组合计算结果ILe/m壳内径Di/m长径比Le/Di23.04560.6674.541.59120.9441.59613681.1580.86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：（4-11）式中 s相邻管中心距，单位为（m）；管外径，单位为（m）。系数的取法：当壳体内管子基本布满不留空间时取下限，当壳体内留有一定空间时取上限。（本设计取下限计算）查看文献5，由查得：换热管中心距s = 25mm，分程隔板槽两侧相邻管中心距= 38mm，由此估算得。不同流程数和有效管长的组合情况见表。当长径比为410时，换热器有较好的换热性能和经济性，因此这里选择如下参数：流程数，则（4-12）（3） 传热管的布置图4-1冷凝器内换热管排列图管程中管板的分置以正三角形排管为佳，其结构比平行布置更为紧凑，从而节省材料。另外，冷冻水进出口水温相差才5，则相邻的管程间平均壁温之差远小于28，故正三角形排管适宜。4.3冷凝器的校核4.3.1管内水侧表面传热系数冷却水的定性温度为（4-13）查水的物性比定压热容，密度，运动粘度，所以冷却水流量为（4-14）实际每流程的平均管数根，则管内冷却水平均流速为（4-15）所以 （4-16）即水在管内做湍流流动。流体在管内受迫运动放热的湍流区换热计算式为（4-17）在定性温度下（4-18）所以有（4-19）4.3.2计算管外R22蒸汽冷凝表面传热系数由传热管排列方式，有管簇修正系数，其中平均管排数为（4-20）其中为管排垂直方向上各列的管字数。故 （4-21）低肋螺纹管的增强系数（取）为（4-22）设壁面温度，则冷凝液膜平均温度为（4-23）查制冷剂冷凝时R22的和值，时，有1) 汽化热 2) 液相密度 3) 液态运动粘度 4) 热导率 则有 （4-24）（4-25）因此 （4-26）4.3.3计算传热系数K0和面积热流量根据管内外热平衡关系，管外面积热流量为（4-27）取水侧垢层热阻，查金属材料性质得纯铜管热导率。低螺纹管壁厚为，则管外表面面积热流量为（4-28）式中，为蒸气与冷却水之间的传热温差。（4-29）为管内外平均直径处单位面积，有（4-30）所以有 （4-31）将计算和的两式联立得（4-32）用试凑法解方程。得，因此管外表面温度为（4-33）与假设值相符。将代入的计算式中，得（4-34）以管外表面积为基准的传热系数为（4-35）4.3.4对初步结构设计的校核（4-36）表明结构设计面积能满足传热要求，设计合理。图中，总管数根，则有效冷凝管长为，取4.4 冷却水泵的选型(1) 冷却水在冷凝器内的压力损失管内摩擦阻力系数为（4-37）取冷凝器两侧管板厚，其实际冷凝管长度为（4-38）冷却水在管内的质量流速为（4-39）故冷却水在冷凝器内总的压力损失为（4-40）（2）水泵扬程计算（4-41）式中、：冷却水管路系统总的沿程阻力和局部阻力，冷水管路比摩阻为150200Pa/m。管长取5m，则总压降为1000Pa，约为1m水柱；:冷凝器阻力，（4-42）：冷却塔中水的提升高度，约等于3m水；:冷却塔喷嘴喷雾压力，约等于5m水。因此，水泵的扬程为Hp=1+2.9+3+8=14.9m（4-43）冷却水流量为qmw=251112.7kg/h=251t/h。取离心水泵效率。则水泵所需功率Pe为（4-44）则选取的离心水泵的功率应不小于17.1kW。5 蒸发器的选型设计5.1蒸发器的类型表5-1满液式蒸发器与干式蒸发器的比较项目满液式蒸发器干式蒸发器换热系数由于换热管表面浸泡在制冷剂液体中，接触充分，换热系数高。制冷剂出口状态为过热，占用部分换热面积，换热系数较低。制冷剂充注量充注量较大。 而且由于壳程容积随筒径增大而急剧增大，大冷量机组充注量更大。充注量较小。 一旦发生泄漏，相对于满液式蒸发器对环境影响小。回油回油较难，通常需要特定回油装置。特别是对氟利昂制冷剂，密度比油大，油集中在液面上方的情况，回油更加困难。靠制冷剂气体的流速带油，回油简单，特别是在制冷剂与油互溶的情况下效果较好。冰冻危险性由于冷冻水在管内侧，且与制冷剂温差较小，当蒸发温度接近O时，冷冻水容易结冰，管子冻裂的危险性较大。由于壳程冷冻水容量较大，温差也较大，不易结冰，换热管破坏危险性较小。吸气带液如果蒸发器上部的分离空间设计不当，会使压缩机吸入制冷剂的气液混合物，影响压缩机的运行。通常压缩机吸入的气体为过热状态，不会带液。加工装配较简单。由于折流板数量较多，装配较复杂。螺杆式冷水机组中，蒸发器的型式主要是满液式蒸发器和干式蒸发器两种。满液式蒸发器中，液体制冷剂经过节流装置进入蒸发器，蒸发器内的液位保持一定。蒸发器内的传热管浸没在制冷剂液体中。吸热蒸发后的气液混合物中仍含有大量液体，故从蒸发器内溢出的湿蒸气经气液分离后再回入压缩机。从上表的对比可知，满液式蒸发器存在回油困难，容易回液和冰冻等问题，虽然换热效率高于干式蒸发器，但由于干式蒸发器技术已经过多年发展，已经十分成熟。为了使机组安全运行，需要采用干式蒸发器，利用其较高的换热效率，降低传热温差，提高机组的性能。5.2干式蒸发器初步结构设计(1)传热管规格采用内微肋管，外径，内径，翅高，翅数。设内微肋管的面积热流量，则其所需的外表面传热面积。拟采用四流程的直管结构，每根蒸发管直管段全长为，减去N块折流板厚，内微肋管的实际传热长度。故所需的管数为 取692根（5-1）设管子中心距，（2）干式蒸发器的具体结构尺寸如下：1) 壳体外径及壁厚2) 管侧流程数3) 管子总数4) 管板厚度5) 折流板厚度6) 折流板数目7) 折流板间距8) 折流板上下缺口高9) 缺口内管字数10) 冷媒水横向流过管排数11) 靠近壳体中心一排的管数12) 初步规划结构所得到的有效传热面积为 （5-2）5.3蒸发器的校核5.3.1 管内R22的表面传热系数计算内肋片管的流道面积为（5-3）（5-4）（5-5）（5-6）管内R22的质量流速为（5-7）由蒸发温度，查得R22的热物性参数如下：，由已知条件可以在R22的压焓图中查出节流后的低压蒸汽干度x1=0.231。若设定蒸发器出口处蒸汽的干度x2=1.0，则蒸发器内R22的平均干度为（5-8）根据R22在内微肋管中沸腾的表面传