《空气调节用制冷技术》课程设计说明书

1、前 言课程设计是专业课程实践教学的重要环节。课程设计是专业课 程实践教学的重要环节。随生产生活水平的日益提高，建立稳定舒 适的气候环境显得日益必要，降温除湿的空气调节方案中采取冷冻 喷淋是切实可行的，在天然水源水温尚不能足量保质地满足使用要 求条件下，通过人工制冷方案获取低温冷冻水是目前广为选用的空 调冷却用水方案。开设本课程设计可使学生在遵循有关设计规范规 定，广为利用天然资源基础上，参考有关设计资料，掌握并提高对 空调用制冷机房的设计定案、计算、绘图等方面的能力，以为 着手进行实际施工图设计奠定可靠基础。设计制冷系统，主要是选择制冷压缩机、冷凝器、蒸发器、节 流机构以及风机、电动机和自动控

2、制设备等。其步骤是根据给定的 冷冻水温度（或被冷却的空气温度）、流量和所采用的冷却水（或冷却 用空气）入口温度、流量，确定该制冷系统的设计工况，然后，按照 设计工况选择该制冷系统的各个组成设备，使之在运行过程各个设 备的能力能相互匹配，以充分发挥每个设备的工作能力。但是，一 个制冷机组成或制冷系统，在实际运行过程中，当外在参数在一定 范围内改变时，该机组成系统的性能如何变化、选定的各个组成设 备是否匹配恰当，也是设计者必须考虑的问题。关键字：制冷压缩机、冷凝器、蒸发器，节流机构、设计目录-2 -一、基本资料-3-二、制冷压缩机型号与数屋的选择-3 -2、确定制冷剂种类和系统形式-4 -3、确定

3、制冷系统设计工况-4 -4、制冷系统理论循环lgp-h图-6 -5、制冷系统热力计算-7 -6、选择制冷压缩机和电动机-8 -三、冷凝器的选择及冷却水系统计算-13 -1、冷凝器的选择原则-13-2、确定冷凝器的换热而积-13-3、选择产品型号-14-4、冷凝器校核-15-5、冷却水计算-15-6、动力设施-15-四、蒸发器的选择及冷冻水系统计算-16 -1、确定蒸发器的型式-16-2、蒸发器传热而积计算-17-3、冷冻水系统-17-五、英他辅助设备的选择-19-1、油分离器选择计算-19-2、髙压贮液器选择计算-19-3、气液分离器选择计算-20-4、空气分离器选择-21-5、集油器选择-2

4、1-六、机房布置_22-1、制冷机房的设计原则-22-2、制冷设备的布置原则-23-3、制冷剂管路的布置原则-23-参考文献-25 -1-/1一、基本资料1原始资料：某工厂空调制冷机房设计。该工厂空调所需要的冷冻水要求供水温度为7C,平均回水 温度为12C。采用集中冷源，空调用房较多且分散，因此，冷冻水 管网较长，总耗冷量200万kcal/h (2326kw)。该工厂附近有河流 通过，可用河水或自来水作为冷却水源；水源平均最高温度为 31Co采用直流供水或循环水。该机房规定采用氨活塞式制冷装 置。制冷机房可依工艺需要进行确定。2. 气象资料：湘潭夏季空调干球温度33.9C,湿球温度28. 0C

5、二、制冷压缩机型号与数量的选择冷源设备的选择计算主要是根据工艺的要求和系统的总制冷量 确定，是在制冷量的基础上进行的。冷源设备选择的恰当与否，将 会影响到整个制冷源装置的运行特性。1、确定机房的总制冷量制冷系统的总制冷量，应该包括用户实际所需要的制冷量，以及制 冷系统本身和供冷系统冷损失，应考虑备有15%20%的富裕量，可 按下式计算：Qo=(l+A)Q=(1+O. 10) X 2326=2558. 6KW式中Qo制冷系统的总制冷量（KW） , Q用户实际所需要的制冷量（KW） , A富裕量，本设计取10%一般对于间接供冷系统，当空调制冷量小于174KW时， A=0. 150. 20；当空调制

6、冷量为 1741744KW 时,A二0. 10、0. 15；当空 调制冷量大于1744KW时，A二0. 050.07；对于直接供冷系统， A二0.050.07。为保证候冷负荷在最不利情况下得到充分补充，这里 选取最大值15%o2、确定制冷剂种类和系统形式考虑到对卫生及安全的要求较高，本设计制冷剂选用R717,冷 凝器宜采用水冷立式冷凝器。载冷剂、冷却剂选用水，蒸发器宜采 用满液卧式壳管式蒸发器。3、确定制冷系统设计工况确定制冷系统的设计工况主要指确定蒸发温度冷凝温度、 压缩机吸气温度h和过冷温度.等工作参数。有关主要工作参数的 确定参考制冷工程设计手册进行计算。确定冷凝温度时，冷凝 器冷却水进

7、、出水温度应根据冷却水的使用情况来确定。 、冷凝温度（tk）的确定从实用供热空调设计手册中查到湘潭地区夏季室外平均每年不 保证50h的湿球温度（C） t =28.0 C,本制冷系统采用直流式冷 却水系统，冷却水进水温度按下式计算：tsi=ts+2=30 C冷却水岀冷凝器的温度t=2,与冷却水进冷凝器的温度及冷凝器 的形式有关。选用立式壳管式冷凝器，其冷却水进出口温差为 410C。考虑最不利情况，其进、出口水温差取6C,贝IJ：ts2= tsl+7. 0=28. 0+7. 0=36. 0C系统以水为冷却介质，冷凝温度S比冷却水进口温度3高约 714C,比出口温度5高约24C,综合考虑，取冷凝温度

8、tk =40 C。 、蒸发温度（to）的确定蒸发温度是制冷剂液体在蒸发器中汽化时的温度。蒸发温度的 高低取决于被冷却物体的温度，另外蒸发温度还与蒸发器的型式有 关。选用满液卧式蒸发器，蒸发温度t。比冷冻水出口温度低 23C,取 t。二5C。 、过冷温度（O的确定是否采用过冷应进行全而的经济技术分析。节流前液体的过冷 可在系统中设置再冷却器，或当系统中使用立式壳管式冷凝器时， 增大冷凝器的传热而积5%-10%来实现，一般会提高制冷循环的经济 性，但会增加设备的投资，所以要考虑具体条件，合理选择过冷 度。本系统不进行过冷处理。 、压缩机吸气口温度（t：）的确定压缩机的吸气温度一般与制冷剂种类、吸气

9、管的长短和保温情 况有关。以氨为制冷剂的制冷系统一般希望有一定的吸气过热度， 一则可以提高循环的经济性，同时避免液击事故的发生，保证系统 正常运行。氨过热度为旷15C,这里取10Co故：ti=to+10=150C4、制冷系统理论循环lgp-h图 lgp (MPa)根据绘制的p-h图查表求得各状态参数:蒸发压力 Po=o. 5165MPa,冷凝压力 pk=l. 5577MPa ；比容：Vx=O. 2410m3/kg , Vx =0. 25267 m/kg , v2= m3/kg ；焙 值 ： hi =1461.5kJ/kg ,h产1486.4kJ/kgh2=1680. lkj/kg , h3=h

10、4= 390. 9kJ/kgo5、制冷系统热力计算单位质量制冷量(q。)的计算q尸h】一h严 1486. 4390. 9二 1095. 5kJ/kg单位容积制冷量（q、.）的计算制冷剂质量流量（Mr）的计算u _Qo 2558.6kw Mr二久叽5严沁/s制冷剂的体积流量（VQ的计算VR =纟L二 2558.6S 二0.59 m7s qv 4335.SU/m3压缩机所需的理论功率(几)的计算Pf MR(h2hx)=2. 34 X (16801486. 4)=452. 9kw制冷系数（ ）的计算5二鱼1=九一他=1486.4-390.9=5 66 P!h 力2 一力11680-1486.4单位冷

11、凝负荷（qj的计算qk=h:h3=1680-390. 9=1289. 1 kj/kg冷凝器热负荷（QJ的计算Qk=MRqIt=2. 34X1289. 1=3016. 5kw逆卡诺循环制冷系数的计算e /二几 _ 273.15 + 5 二了 95C Tk-T. 40-5（10）热力完善度（H）的计算=0. 7sc 7.956、选择制冷压缩机和电动机压缩机的选择计算，主要是根据制冷系统的总制冷量及系统的设计工况，确定压缩机种类、型号和台数，最后要校核压缩机所配置电机的功率。 、压缩机类型的选择参考相关设计规范：制冷量大于1758kw时宜选用离心式；制冷 量在10541758kw时宜选用螺杆式或离心

12、式；制冷量在7001054kw 时宜选用螺杆式；制冷量在116700kw时宜选用螺杆式或往复式； 制冷量小于116kw时宜选用活塞式或涡旋式。考虑到压缩机的运行 管理方便，尤其是起动和维修间的影响关系，压缩机选择的数量应 是同型号且数量不少于两台，但不设备用机器。综合考虑经济、制 冷要求、选用的制冷工质、运行管理及对制冷量调节等方面的因 素，本制冷系统选用活塞式制冷压缩机。 、压缩机级数的选择压缩机级数应根据设计工况的冷凝压力与蒸发压力之比来确 定。一般若以氨为制冷剂，当pypos时，应采用单级制冷压缩 机；否则应采用两级压缩机。对于本设计制冷系统中，Pk/Po=1.5577MP0.5165M

13、Pa=3. 02W8因此，本设计制冷系统采用单级压缩。 、压缩机台数和型号的选择选择压缩时，台数不宜过多，全年连续使用的除外，一般不考虑备用。对于大中型制冷系统，压缩机台数不应少于两台，而且宜选用相同系列的制冷压缩机，这样不仅便于调节制冷量外，而且压缩机的备用零件可以通用，也便于维护管理。压缩机台数应根据总制冷量来确定：式中：m压缩机台数（台）；Qob每台压缩机设计工况下的制 冷量（kw） o 、压缩机的选择计算压缩机的容积效率：p 11兄=0.94-0085（丄）“ -1 =0.94 - 0.085（3.02）128 -1 = 0.81式中：Po压缩机的吸气压力，MPa ； Pk 压缩机的排

14、气压力，MPa ； n 制冷剂的压缩指数，制冷剂为R717时，n = 1.28,制冷机为R12时，n = 1. 13,制冷剂为R22时,n为1.18。系统所需理论输气量计算：v Vr Mr.v! a v! 2558x0.25267 点心 c 3“Vh= = K L = - 0 丄=x 3600 = 2622.2F / h22h-h4 21095.5x0.81根据制冷所需理论输气量，初步选定枣庄市霸公司170系列压缩机，型号为8AS17,其主要技术参数如下表：冷制剂理论排气量m7h调况冷 o/-cw 空工制量G C15)k空调工况电机功率kw电机转速r/min电 源V量节围 能调范进气 管直 径

15、mm出气 管直 径mm进出水管直径mmh冷却水量m3/气缸直径r/min主轴转速mm311116HHH/4IXO15DxODN125IDN251350Os由其技术参数表可知该型号压缩机的排气量为1116m3/h , 2622. 2/1116二2. 34,故确定压缩机的台数为三台。在确定压缩机型号的情况下，校核压缩机在设计工况下的制冷 量，若压缩机在设计工况下的制冷量不满足要求，则重新选定压缩 机的型号，再进行校核，直到选定的压缩机的制冷量满足设计要求 后，再进行压缩机轴功率、压缩机配用电机功率的计算。压缩机在设计工况下的实际排气量：=V；rx2 = 1116 x 0.81 =904 m3/h

16、=0. 2511 m3/s压缩机在设计工况下的制冷量：Qx =VKx qv = 0.2511 x 4335.8 =1088. 7 kw则三台压缩机的制冷量Qo=3XQo=3348kw2558. 6 kw,可以满 足要求压缩机设计工况下的理论功率：几=gx = 11（人 _/? ）=（），251（1680 1486.4 ） = 192.4 kwv ,h v；10.25267式中：压缩机内单位质量制冷剂所消耗的理论功，kj/kg压缩机设计工况下的指示功率：当压缩比为Pk/P0=3. 02,查压缩式制冷压缩机指示功率关系图 可知7=0. 9o则：Pf仏二竺i=160. 2 kw70.90压缩机设计工

17、况下的轴功率：兀=讥 0.90x0.9Pi :生二 1924 二237. 5 kw式中：叽蒸汽式制冷压缩机的机械效率，通常在0.7509之间。这里取几=0. 9o压缩机设计工况下的配用电动机功率:1.0(105 1.10比05 x 2375_2494 kw式中：久一传动效率，直联时，n. = 1.0,皮带传动时,0.970. 99o木设计系统采用直联。8AS17压缩机标准工况下配用型号为JS138-8电动机3台，每台功率250kwo 250 kw249. 4kw符合要求。三、冷凝器的选择及冷却水系统计算1、冷凝器的选择原则冷凝器的选择取决于当地的水温、水质、水源、气候条件，以 及压缩机房布置要

18、求等因素。一般在冷却水水质较好、水温较低、 水量比较充足的地方，宜采用卧式冷凝器。湘潭地区满足上述条件, 所以选用卧式壳管式冷凝器。2、确定冷凝器的换热面积冷凝器热负荷计算：Qk = 0xQ)= 1.16x2558 .6 = 2968 kw式中：cp-冷凝器热负荷系数，它与蒸发温度、冷凝温度、气缸冷却方式以及制冷剂种类有关，其值随蒸发温度的降低和冷凝温度的升高而增加。这里取0=1.16冷凝器传热温差也的计算:_ 36-3040-30In40-36= 6.55C式中：心冷却水岀冷凝器的温度，0心一冷却水进冷凝器的温度，C；S 冷凝温度，Co冷凝器传热而积的计算:式中：K -冷凝器的传热系数，w/

19、 (”k),由于采用氨立式壳管式冷凝器，其传热系数700800W/ (时K),在这里K取800 W/(m2 K) o由于前面己经确定需要三台压缩机，故初步选定三台冷凝器,其实际所需理论而积为：A；/3=566. 44-3=189m：3、选择产品型号计算出所需冷凝器的理论传热而积后，考虑到冷凝器使用一段 时间后，由于污垢的影响传热系数会降低，因此在选择冷凝器型号 前，应将上面计算值放大5%10%。综合各方面考虑，因污垢影响 需放大百分比取5%。则冷凝器的实际传热面积：Ak=Ak X (1+0. 05)二 189 X 1. 05=198m2由此可选择冷凝器型号为：TO200卧式冷凝器；具体参数见下

20、表:型号冷凝 面积IJ筒体直 径主要尺寸质量mEMDN (mm)(L)BHkgWN200-1200二84066104. 冷凝器校核冷却水量w确定：w二空二=0. U8m7spxCg -rvl) 1000 x 4.186x(36 - 30)式中：C 冷却剂的定压比热，水为4. 186 KJ/Kg. C ； P水的 p密度，为 1000kg/m3o5、冷却水计算 、冷凝器需要的冷却水量：W二0. 118 m7s=425. 4m3/h 、压缩机需要的冷却水量：W=0. 86Pe /At=0. 86X237.5X0. 154-5=6. 13 m3/h式中：Pe 压缩机轴功率；冷却水带走热量占全部压缩机

21、耗功 量的百分比，取g二0.130.18；冷却剂出口温差，取5Co所以需要的总冷却水量为：425. 4+6. 13=431. 5m3/h6、动力设施、冷却塔的选择：冷却塔的选择主要由所需要的冷却水的水量和室外的温度决定 的。冷却水流量V=431.5X(1+0.1)=475m7h ,式子中己加了附加系 数0.1,湘潭的室外湿球温度为28.0C,所以选用华强方形逆流式 玻璃钢冷却塔4台，型号为DFT200o具体参数见下表：型号外形尺寸(mm)风扇马达湿球温度 为28 C时 的冷却水 量(m3/h)自重 量(kg)运转重 量(kg)WLHDFT215021305.5、冷却水泵的选择：同样根据冷却水的

22、流量确定水泵的型号V=431.5X (1+0. I)=475m7h水泵的选择可根据所需的流量和扬程，确定水泵的型号及数 量。水泵的扬程由输水高度和管道的总压力损失确定，制冷系统的 供水系统常用离心水泵。由于水泵的损失较大所以其流量应还要大 一点，同时考虑运行故障等问题的出现，每类水泵必须多选一台作 为备用。本设计选择三台上海奥库泵业有限公司的ISWD型管道离心 泵，两用一备其性能参数如下表：型号流量Q(m3/h)扬程(m)效率 (%)转速(r/min)电机功率 (kw)允许汽蚀 余量(m)ISWD200-200(l)A25010. 768145018.54.0四、蒸发器的选择及冷冻水系统计算1

23、、确定蒸发器的型式蒸发器形式的选择，应根据制冷剂和载冷剂的种类，以及空调 系统处理室的结构形式而确定。若空气处理室使用水冷式表面冷却 器，以R717为制冷剂时，宜采用卧式壳管式蒸发器。所以，本设计 制冷系统中采用满液式卧式壳管式蒸发器。2、蒸发器传热面积计算蒸发器传热温差：/ -如_ 127 _代/n 如一心! 12-5In _- InG -m7_5传热面积:A。二型-二屮。二941. In?kN 小600x4传热系数K:查空气调节用制冷技术PU3表4-11知：K为550650这里取K二600。考虑到10%15%的富裕量A= 941 X(l+ 0. 12) = 1054 m2 ,选用三台卧式蒸

24、发器，型号为WZ- 360,其传热面积为360X3 m2 1054 m2，满足要求。其参 数如下表：型换热外型尺寸mm壳体尺寸mm接管通径mm重量号面积 (m:)LBHL1Dddld2d3KgWZ-36532203、冷冻水系统循环水量w ：W =二=0. 122m3/s 二440 品hpxCp(tsl-t,2) 1000 x4.186x(12-7)总需冷冻水量为：W = W + W X2%二448. 8卅/力；其中2%为系 统补水量。冷冻水管径的确定：1 4x448.8 325 6mmV vn 3600xx1.5式中：u载冷剂的流速，参照空气调节用制冷技术PU3表4-11,得水速 v=l2 m

25、/s,这里取 1. 5 m/so查水管路比摩阻图可得冷冻水管的阻力为：60. 5Pa/mo冷冻水 管选用ABS塑钢管。故选用0355x6管径冷冻水泵的选择:同样根据冷冻水的流量确定水泵的型号 扫448. 8屛，考虑流 量的附加率为20%,所以V二WX(l+20%)二540屛7。考虑前面己采用 三台蒸发器和运行故障等问题的出现，冷冻水泵又必须多选一台作 为备用。所以选择三台上海奥库泵业有限公司的ISWD型管道离心泵 两用一备其性能参数如下表：型号流量Q (m3/h)扬程(m)效率(%)转速(r/min )电机功率(kw)允许汽蚀余 量(m)ISWD200-200(1)28013.47014502

26、23.0备注：膨胀阀由蒸发器自带，0=150 mm五、其他辅助设备的选择1、油分离器选择计算油分离器筒体直径:砂)4x0.81x3348 =0979 = 979讪V 3600x3.14x1.0式中：V一压缩机的理论排气量，一台为1116；/ 3台为h3348；/?； 2压缩机的容积效率，为0.81； wo油分离器内蒸汽的流速，为0. 8l.Om/s,这里取1. Om/so则选择一台型号为YFX200的洗涤式油分离器，其筒体直径为1000mm，其规格参数如下表：型号简体尺寸DN接管公称通径DN (mm)容积m3重量kgd进气dl出气d2进 液d3放 油YFX2032152. 3746002、高压

27、贮液器选择计算贮液器的容积按制冷剂循环量进行计算，其贮存量可容纳系统最 大的小时制冷量对应循环工质的1/31/2。同时，考虑当环境温度 变化时，贮液器内的液体制冷剂因受热膨胀造成的危险，其贮液量 一般不超过整个容积的70%飞0%。贮液器的容积按下列公式计算：Mvy0.7 0.88.11x3600x0.00172408=20. 97m3式中：M系统制冷剂小时循环量kg/h ；必一温度下的液态工质 比容，查表得知必=0.001724 m3/kgo所以选用3台ZA-8型高压贮液器，其规格为8m3,两台24m320. 97m3，满足要求。参数见下表：内径筒体长度容量阳十温度设计压力最高工作压 力安全阀

28、开启圧 力 1400mm5760mm8m350 C2. OMPd1. 65MPa1. SNIPa3、气液分离器选择计算气液分离器是用来分离蒸发器出口的低压蒸气中的液滴，防止制冷压缩机发生湿压缩其至液击现象。选择气液分离器时，应保证筒体横截面积的气流速度不超过0. 5m/s,故由气液分离器的筒体直径按下列公式计算:推出叭響=船护。伽“価4综合以上，选择3台氨液分离器，型号为AF1000-lo型号简体尺 寸DN接管公称通径DN (mm)容积m3重量kgDD1D2D3D4AF1.0511424、空气分离器选择一般的，一个系统只选配一台空气分离器，当制冷系统在标准工 况下的制冷量小于lieokw时，宜

29、采用一台小号(桶体直径为 108mm)空气分离器。制冷量在1160kw以上时选用大号不凝性气体 分离器一台。该系统的制冷量大于U60kw,所以选择烟台冰冻设备 总厂生产的KFA-50,其0=50x3 mm。5、集油器选择查资料可知，当制冷量为2558kw时，可选用JY300型，其型号参数为型号简体尺 寸DN接管公称通径DN (mm)容积m3重量kgHHlH2H3H4JY328560. 07582六、机房布置1、制冷机房的设计原则1制冷机房应位于冷负荷的中心，靠近冷却水水源和电源，同 时应避免日晒。机房的设计应符合采暖通风与空气调节设计规 范、建筑设计防火规范等的有关规定。2. 机房严禁设在人员

30、密集的场所和重要部门的上面、下面及主 要通道的两旁。3. 制冷机房应以非易燃材料建筑，就地取材，符合国家的有关 规定。4. 制冷机房的屋架下弦标高取3. 64. 8m.。5. 机房必须有良好的天然采光，其窗孔投光面积和机房地而的 比例不应小于1： 6o6. 冬季设备停止运行时，机房内值班室的温度不宜低于5C, 采暖地区冬季工作的机房，其采暖温度不宜低于16Co7. 制冷机房内的机器间和设备间应保持良好的自然通风状况。8. 制冷机房的机器间和设备间内，应设有冲洗地面的给水排水设施。9. 各用水设备停止运行后，必须将水排干净，以防止腐蚀或冻 裂。2、制冷设备的布置原则1符合制冷工艺流程，流向通畅、连接管路要短、便于设备的 安装、操作管理，且应留有适当的空间，以便设备部件拆卸检修。2. 尽可能的使设备安装紧凑，并充分利用机房空间，以节约建 筑面积，降低投资。3. 制冷压缩机一般布置在室内，并有减振基础；冷凝器、油分 离器、集油器布置在室外；蒸发器、贮液器等布置在室