200kw空调用水冷冷水机组_设计说明书本科论文

1、郑州轻工业学院本科毕业设计（论文） 题 目 200kw空调用水冷冷水机组设计学生姓名 王 晓 宁 专业班级 建环07级1班 学 号 200702040142 院 （系） 机电工程学院 指导教师(职称) 李 春 艳(副教授) 完成时间 2011 年 5 月27日 目 录中文摘要I英文摘要II1 前言11.1 现状11.2 存在问题11.3 发展趋势21.4 设计方向22 冷水机组设计方案的论证32.1 制冷系统设计3 制冷方法32.2 冷水机组的设计3 冷水机组的分类3 各种冷水机组的优缺点4 冷水机组类型的确定62.3 制冷剂62.3.1 制冷剂的要求6 常用制冷剂6 制冷剂展望9 制冷剂种类

2、的确定132.4 压缩机132.4.1 制冷压缩机的分类142.4.2 各类压缩机的特点142.4.3 压缩机种类的确定162.5 冷凝器16 水冷式冷凝器的分类162.5.2 冷凝器类型选择182.6 蒸发器类型选择18 干式壳管蒸发器18 直接蒸发式空气冷却器193 冷水机组的设计计算193.1 系统的热力计算19原始资料及参数的确定193.1.2 热力计算21 压缩机的选择及制冷剂流量校核223.2.1 压缩机选择22 压缩机校核24冷凝器传热管的选择及参数计算25冷凝器热负荷及冷却水流量26 冷凝器结构的初步规划27 传热计算及所需传热面积确定29 冷却水侧阻力计算31 连接管管径计算

3、32 蒸发器设计计算32 初步结构设计32 管内R134a的表面传热系数33 水侧表面传热系数的计算353.4.4 传热系数的计算373.4.5 管内流动阻力和平均传热温差的计算37 面积热流量及传热面积的计算38 冷水侧流动阻力计算384 系统制冷剂充注量的估算及冷冻油的选择394.1 制冷剂充注量的计算394.2 冷冻油的选择405 节流机构的选择计算415.1 节流机构的工作原理及作用415.2 热力膨胀阀425.3 热力膨胀阀的设计选型436 管道和其它辅助设备的设计和选用456.1 管道的设计46 干燥过滤器的选择486.3 气液分离器的计算选型49 视液镜选择516.5 冷却塔选型

4、516.5.1 冷却塔选型的一般原则51 冷却塔水流量计算公式526.6 冷却水泵计算选型54 泵的流量计算54 冷却水泵泵的扬程确定55 泵的功率计算56 泵的选型566.7 冷冻水泵计算选型58 冷冻水泵泵的扬程确定58 泵的功率计算60 泵的选型607 自动控制与电器元件的选用607.1 温度控制器的选择617.2 高低压压力控制器617.3 电磁阀627.4 单向截止阀的选择64结 束 语66致 谢67参考文献68200kw空调用水冷冷水机组设计摘 要建筑能耗在发达国家国民经济的总能耗中所占比例达到20%30%，而空调系统能耗将占建筑能耗的45%50%，6作为空调系统的关键设备，冷水机

5、组性能的好坏直接影响着空调系统的能耗。为尽可能的降低能耗就对冷水机组的性能提出了相关要求。为降低能耗提高制冷系统的经济性，本文通过对不同制冷剂及制冷循环的对比，选定了适用于空调用水冷冷水机组的制冷循环。同时介绍了冷水机组重要组成部件：压缩机、冷凝器、蒸发器、节流阀及辅助设备的型式及其特点，并且综合其优缺点及限制条件，选定适合系统循环的各个部件，然后将选好的各部件组成水冷冷水机组，完成适用于200kw空调用水冷冷水机组设计。关键词 空调用/水冷/制冷循环/冷水机组/设计THE DESIGN OF 200KW COLD WATER CHILLERUNIT OF AIR CONDITION ABST

6、RACTNational building energy consumption in developed countries the proportion of the total energy consumption 30% to 20%, while the air conditioning energy consumption equipment, chillers, direct impact on the performance the energy consumption of air conditioning systems. To reduce the energy cons

7、umption as much as possible the performance of the proposed chiller has been required. Refrigeration system to reduce energy consumption to improve the economy, through the different refrigerants and refrigeration cycle contrast, selected water cold water for air conditioning refrigeration unit. Chi

8、llers also introduced important components: compressor, condenser, evaporator, throttle and auxiliary equipment of the type and characteristics, and the combination of its advantages and disadvantages and limitations, selected for the various parts of the system cycle, and then The composition of se

9、lected water-cooled chiller components to complete the cold water for 200kw Air conditioning water chiller design. KER WORDS air conditioning，water cooling，refrigeration cycle，chiller design 1 前言1.1 现状随着科学技术的不断发展和工业自动化水平的快速提高，制冷空调设备在国民经济各部门和人民生活中应用日益广泛。在所有能耗中，建筑能耗占有很大的比例，而在建筑能耗中，空调制冷用电的上升势头尤为迅猛，有资料表

10、明，我国现阶段住宅每平米的能耗是相同气候条件下发达国家的3倍左右，因此建筑节能也就成为了节能工作中最有潜力的领域之一。大型公共建筑节能的最主要任务是空调系统节能,冷水机组是空调系统的最主要用能部分，冷水机组的性能的好坏直接影响冷水机组的能耗，有必要对冷水机组的运行性能进行科学的评价，使冷水机组处于高效的运行，降低能耗。冷水机组的运行性能通常用COP作为评价指标,COP是指单位耗电量能提供的制冷量，其值越高,机组的效率越高，因此，COP很直观地反映了冷水机组的整体运行性能。在实际运行中,中央空调冷水机组大部分时间都处于部分负荷运行状态，传统的用COP描述冷水机组性能常采用的方法是将COP拟合成负

11、荷率的函数。这种方法有其不足，它认为冷水机组的COP只与负荷率有关，而与机组的实际运行工况无关，比如冷却水温度、冷冻水温度等。实际上，冷水机组的性能不仅与所处的环境有关，还与它的实际运行工况有关。因此，有必要考虑其他因素的影响，更科学的研究冷水机组的运行性能。1.2 存在问题中国正处于工业化过程中，社会经济发展对能源的依赖要比发达国家大得多，社会发展受到资源约束的矛盾日益突出。近几年来，我国电力生产增长迅猛，据统计，全国有21个省市区采取了拉闸限电的措施来保证基本的电力供应，而随着空调的进一步普及，冷水机组已日渐成为能耗大户。同时由于冷水机组的使用时间比较集中，造成巨大电力供应的峰谷差别，造成

12、高峰时的供不应求，低谷时的电力闲置浪费。在我国许多城市，在夏季用电高峰时期，都出现了由于用电紧张而导致拉闸限电；近几年来供电部门被迫实施强制性错峰用电措施，影响了居民的正常生活和企业的生产经营。中国是世界上的能耗大国，每年消耗约14亿吨的标煤，电能75%来源于煤，SO2、NOX、CO2等污染物的排放量已到必须治理的程度。我国东部的大部分地区都受到酸雨的威胁。我国的酸雨和其他环境污染，一年损失大约是国民生产总值的1.6%，节能是减少污染的有效措施之一。现在全球变暖，臭氧空洞，自然灾害不断都已严重威胁到人类的生存。1.3 发展趋势由于冷水机组耗能较大，制冷剂造成温室效应和全球变暖，其市场市场占有率

13、已略有下降，针对此现象变频等其他节能技术和寻找新的环保型的制冷剂是冷水机组发展的主要趋势。1.4 设计方向针对运行中冷水机组存在的问题，在接下来的设计中，应着重在以下方面做出该进：冷水机组设计严格按照国家标准进行规范设计；在冷水机组设计时应着重节能技术的应用，通过不同制冷系统循环对比确定能效比高的制冷循环；在制冷机组设计时应选用自动化程度较好的零部件，使系统的自动化程度较高，满足家用水冷冷水机组运行的需要；制冷剂的选用应充分考虑制冷剂性质对环境及商品的影响，保证商品的经济性。2 冷水机组设计方案的论证2.1 制冷系统设计制冷系统是利用逆向循环的能量转换系统，通过能量补偿，使制冷剂在循环中不断地

14、从温度较低的被冷却对象中吸收热量，并向温度较高的冷却介质排放热量。 制冷方法8现在市场大部分冷水机组采用蒸汽压缩式制冷。蒸汽压缩式制冷中液体蒸发制冷以流体为制冷剂，通过一定的机械设备构成制冷循环，可以对被冷却对象进行连续制冷，是制冷技术中应用最主要的方法。本系统采用单级蒸汽压缩式制冷系统。单级蒸汽压缩式制冷系统是由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器组成，用管道将它们连接成一个密封的系统。在蒸发器内处于低温低压的制冷剂液体与被冷却对象发生热交换，吸收被冷却对象的热量而汽化。产生的低压蒸气被压缩机吸入，经压缩后以高压排出。压缩机排出的高压气态的制冷剂进冷凝器，被常温的冷却水或空气冷却，凝结成高压液体。

15、高压液体流经膨胀阀时节流，变成低压低温的气、液两项混合物，进入蒸发器，其中的液态制冷剂在蒸发器中蒸发制冷，产生的低压气体再次被压缩机吸入。如此周而复始，不断循环。62.2 冷水机组的设计 冷水机组的分类6冷水机组是生产冷水的制冷装置，广泛应用于空调工程和生产工艺中。根据冷水机组所用的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汽压缩制冷原理的冷水机组，又称为蒸汽压缩式冷水机组；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。压缩式冷水机组根据所用的压缩机的种类不同可分为活塞式、螺杆式、离心式和涡旋式冷水机组等。根据其冷凝器的冷却方式的

16、不同又可分为水冷式、风冷式和蒸发冷却式冷水机组。根据使用的制冷剂种类不同又可分为氟利昂冷水机组和氨冷水机组。模块化冷水机组通常采用活塞式制冷压缩机，所以也属于活塞式冷水机组，但具有结构设计独特，系统构成方便的特点。吸收式冷水机组根据热源方式不同可分为蒸汽型、热水型和直燃型冷水机组。根据所用工质不同可分为氨吸收式和溴化锂吸收式冷水机组。根据热能利用程度不同又可分为单效和双效吸收式冷水机组。根据各换热器的布置情况分为单筒型、双筒型和三筒型吸收式冷水机组。根据应用范围又分为单冷型和冷热水型吸收式冷水机组。 各种冷水机组的优缺点.1 活塞式冷水机组优点：1) 用材简单，可用一般金属材料，加工容易，造价

17、低 2) 系统装置简单，润滑容易，不需要排气装置3) 采用多机头，高速多缸，性能可得到改善缺点：1) 零部件多，易损件多，维修复杂，维护费用高 2) 压缩比低，单机制冷量小 3) 单机头部分负荷下调节性能差，卸缸调节不能无极调节 4) 属上下往复运动，振动较大5) 单位制冷量重量指标较大.2 螺杆式冷水机组优点：1) 结构简单，运动部件少，易损件少，仅是活塞式的十分之一，故障率低 2) 圆周运动平稳，低负荷运转时无“喘振”现象，噪音低，振动小3） 压缩比可高达20，EER值高4） 调节方便，可在10%到100%范围内无极调节，部分负荷效率高。5） 体积小，重量轻，可做成立式全封闭大容量机组6）

18、 对湿冲程不敏感7） 属正压运行，不存在外气侵腐蚀问题缺点：1） 价格比活塞式高 2） 单机容量比离心式小，转速比离心式低3） 润滑油系统较复杂，耗油量大4） 大容量机组噪声比离心式高5） 要求加工精度和装配精度高.3 离心式冷水机组优点：1） 叶轮转速高，输气量大，单机容量大 2） 易损件少，工作可靠，结构紧凑，运转平稳，振动小，噪声低3） 单位制冷量重量指标小4） 制冷剂中不混有润滑油，蒸发器和冷凝器的传热性能好5）6） 调节方便，可在10%到100%范围内无极调节缺点：1） 单机压缩机在低负荷时会出现“喘振”现象，在满负荷运转平稳 2） 对材料强度，加工精度和制造质量要求严格3） 当运行

19、工况偏离设计工况时效率下降较快，制冷量随蒸发温度降低而减少幅度比活塞式快4） 离心负压系统，外气易侵入，有产生化学变化腐蚀管路的危险.4 涡旋式冷水机组优点：1） 效率高，振动小，噪声低2） 结构简单，体积小。重量轻，易损件少，可靠性高缺点：1） 由于需要高精度的加工设备和精确的调心装置和技术，制造成本和价格比活塞式高 2） 冷量范围较小，适用于小型中央空调工程.5 模块化冷水机组优点：1） 系活塞式和螺杆式的改良型，它是由多个冷水单元组合而成 2） 机组体积小，重量轻，高度低，占地小 3） 安装简单，无需预留安装孔洞缺点：1） 价格较贵 2） 模块片数一般不宜超过8片，否则冷凝器和蒸发器水侧

20、流动阻力过大 冷水机组类型的确定综合以上冷水机组的特点、现在市场的发展方向以及自己课题的相关要求，本课题选用螺杆式冷水机组。2.3 制冷剂 制冷剂的要求8制冷剂根据其不同的使用场合有着不同的要求，通常需要满足下列要求：1) 制冷剂的热力性质好。要求工质在相同的工作条件（即相同的环境温度和制冷空间温度）下，用同样的输入功率，产生较大的制冷量。2) 制冷剂具有适宜的饱和压力和压力比。在工作温度范围内，其蒸发压力不要低于大气压力，否则容易使空气进入制冷系统，致使制冷机的制冷能力下降，功耗增加。此外，其冷凝压力不宜过高，否则会导致设备笨重。冷凝压力和蒸发压力比也不宜过大，否则会导致压缩机排气温度过高和

21、往复式压缩机输气系数降低。3) 对容积式压缩机，希望有较大的单位体积制冷量 ，这有利于减小压缩机的尺寸；对离心式压缩机，因过小的尺寸反而会造成制造上的困难，故需要单位体积制冷量较小的制冷机。 常用制冷剂21.1 氨, R-717 氨(NH3)被认为是一种效率最高的天然制冷剂。它是一种今天仍在使用的“原始”制冷剂。多用于正位移压缩机的蒸气压缩过程。 ASHRAE标准34将其分类为B2 制冷剂 (毒性高低可燃). ASHRAE标准15要求对氨制冷站有特殊的安全考虑。尽管在商业空调也使用很多，但氨在工业制冷上的应用更广泛些。.2 二氧化碳, R-744 二氧化碳(CO2)是一种天然制冷剂. 它在19

22、世纪末20世纪初停止使用，现在正在研究重新对它的使用。用于蒸气压缩循环正位移压缩机。在32 时CO2的冷凝压力超过6MPa，这是一个挑战。而且，CO2的临界点很低，能效差。尽管如此，仍可能有一些应用，如复叠制冷，CO2将是有用的。 .3 烃类物质 丙烷(R-290)和异丁烷(R-600a),以及其他氢碳物质,能够在蒸气压缩过程中作为制冷剂使用。在北欧，大约有35%的制冷机使用氢碳物质。它们毒性低且能效高，但容易燃烧。后者严重限制了它们在北美的使用，因受现今安全规范的制约。.4氯氟碳族 (CFC族) 氯氟碳族(CFC族)有许多物质，但在空调中最常用的是R-11、R12、R-113和R-114.

23、CFC族到20世纪中叶时已经普遍使用。发达国家在1995应蒙特利尔议定书的要求停止了CFC族的生产。在发展中国家它们仍被生产和使用（按时间表将很快淘汰）。它们用于蒸气压缩过程的所有型式的压缩机中。常用CFC族物质都稳定、安全（从制冷剂标准的角度看）、不可燃且能效高。不幸的是，它们破坏臭氧层。.5 氢氯氟碳族 (HCFC族) 氢氯氟碳族(HCFC族)几乎和CFC族同时出现。 HCFC-22是世界上使用最广泛的制冷剂。HCFC-123是CFC-11的过渡替代制冷剂。它们用于蒸气压缩过程的所有型式的压缩机中。 HCFC-22能效高，被分类成A1 (低毒不燃). HCFC123能效高，被分类成B1 (

24、高毒不燃).和CFC族一样, 这些制冷剂按蒙特利尔议定书的要求将逐步淘汰。在发达国家已被限量生产且很快将减产。发展中国家也有一个淘汰时间表，但淘汰时限延长。.6 氢氟碳族(HFC族) 氢氟碳族(HFC族)是相对较新的制冷剂，因CFC族的淘汰将日益受到关注。HFC族制冷剂无臭氧消耗潜值(ODP=0). HFC-134a是CFC-12和R-500的替代制冷剂. 它们用于蒸气压缩过程的所有型式的压缩机中。 常用HFC族制冷剂能效高被分类成A1 (低毒不燃).但对全球变暖有影响。 表 21 制冷剂常用性质制冷剂化学名称化学式分子量安全分组大气寿命(年)ODPGWP11三氯一氟甲烷CCl3FA15013

25、80012二氯二氟甲烷CCl2F2A11021810022一氯二氟甲烷CHClF2A1.055150032二氟甲烷CH2F252A20650123二氯三氟乙烷CHCl2CF3153B1.0290125五氟乙烷CHF2CF3120A102800134a1,1,1,2-四氟乙烷CF3CH2F102A101300245a1,1,2,2,3-五氟丙烷CHF2CH2CF3B10820290丙烷CH3CH2CH344A3<100404aR-125/143a/134a (44/52/4)A13260407CR-32/125/134a(23/25/52)A101530410AR-32/125 (50/5

26、0)A101730500R-12/152a (73.8/26.2)A1.746010507aR-125/143a (50/50)A1600丁烷CH3CH2CH2CH3A3<100717氨NH317B2N/A00718水H2O18A1N/A0<1744二氧化碳CO244A1N/A01表2-2具体物理性质制冷剂标准沸点(F )临界点泡点(°F) psi露点(°F) psi温度滑差(°F)粘度Lbm/ft*h 40 °F液体比热 atBtu/ib.°R 40°F 液体导热系数Btu/h*ft*°F 40°F液

27、体温度( )压力(MPA)R11198.2059.0548R12.574.2253.0429R22.503.2825.0537R32.361.3106.0872R123.2379.0476R125.457.3044.0397R134a.620.2194.0521R245fa.3121.0506R290.291.6077.0600R404a38.8 10039.8 100.405.3349.0438R407C37.0 9047.8 90.479.3403.0582R410A42.9 14043.2 140.380.3652.0652R500.557.2579.0480R507a.401.3331

28、.0432R600.469.5588.0665R717.392.3155R718.3293R744-109f.222.6460.0607 制冷剂展望2190年代中期，空调和制冷工业因蒙特利尔议定书要求淘汰CFC族物质而发生了巨大改变。许多那时未听说过的制冷剂(R-134a和R-123)进入了老制冷剂如R-12和R-11的替代前沿。即将发生的另一个改变是HCFC族将被禁用 (R-22 到2010年将在美国被禁用)。人们也开始感觉到京都议定书生效后给HVAC行业带来的新的挑战。尽管可获得许多种制冷剂，但只有几种被认真考虑。氨(R-717)氨的性能优良，ODP值为零且GWP值很小。但因为着氨的健康和

29、易燃问题，限制了其在工业上的应用，有一些在商业上使用。预测：氨将继续在工业和商业中有一些应用。二氧化碳(R-744)二氧化碳无毒、不可燃，且ODP等于零，GWP较低。但是其低临界点特性，使得它在典型的商用工况下的性能也很差。而且，工作压力也相当高（6MPa）。目前正在进行超临界工况使用的研究。另外，二氧化碳被成功地应用于复叠式制冷系统中。 预测：将来可能应用于汽车空调和复叠式制冷系统中。丙烷 (R-290) 和异丁烷 (R-600a)丙烷和异丁烷毒性低、性能好、无ODP值且GWP值低。但它们易燃。北欧已经将它们用于冰箱中。可口可乐公司宣布将放弃HFC而考虑使用可燃制冷剂。但在美国，更加关注可燃

30、性引起的安全问题。 有一些研究评价了可燃制冷剂冷却盐水再将盐水泵送到用冷点（类似于干式冷却）的效率。研究报告显示丙烷和异丁烷比传统的R22干式系统效率要低些，但应想到这是在冷却盐水。目前在世界上只有不到十处安装了大型可燃制冷剂制冷设备。预测：可燃制冷剂最有可能继续用于家用和小型系统上。 R-134aR-134a是A1类 (低毒性不可燃) 制冷剂，ODP值为零但GWP为1300。它的换热性能很好，是螺杆和离心压缩机的一种好的备选制冷剂。它在汽车空调上已被广泛接受。R-134a在蒙特利尔议定书和京都议定书中都提及了。蒙特利尔议定书正在全面地排除ODP值大于0的常用制冷剂，议定书正在将ODP=0 如

31、R-134a制冷剂推向市场。R-134a是一种最好的解决方案。它的ODP值为0，因此在蒙特利尔议定书中没有规定其要淘汰。尽管HFC族是京都议定书的目标气体，但只有排放控制而没有淘汰日期。虽然 CFC族和HCFC族物质是臭氧消耗的主要贡献者 (占人为臭氧消耗的28%), HFC族、CFC族和HCFC族对气候改变的影响非常小 (占人为全球变暖的4%)。所有新一代离心和螺杆制冷机都已经围绕R-134a 展开设计。预测：在可预见的未来，R-134a将继续是大型空调工业的主要制冷剂。R-22的替代R-22是A1类 (低毒性不可燃) 制冷剂。它是世界上最受欢迎的制冷剂。 R-22也是一种HCFC物质而将被

32、淘汰。在美国，R-22 已被限产并将在2010年完全淘汰，除了少量用于维修。R-22非常通用，它被用于超市冷冻、溜冰场、各种形式的压缩制冷机、单元屋顶机组和大部分家用空调中 。R-22没有直接的替代物。不同制冷剂将替代R-22的不同应用需要。表2-3列出了R-22 的几种替代物及它们的相对性能。图2-1显示了替代制冷剂在54 冷凝温度下的COP值。 图 2-1 R-22替代物的COP表2-3 R-22替代物的相对性能R-290R-134aR-404AR-407CR-410AR507制冷量85%67%106%95%141%109%效率99%100%93%98%100%94%吸气压力（绝压）94%

33、59%121%91%159%125%冷凝压力（绝压）90%68%120%115%157%122%温度滑差000.54.40.50离心机中使用的R-22已经大部分转移成R-134a。现在螺杆机也正向R-134a转移，所有新一代螺杆压缩机都将用R-134a为工质。R404A和R-507正用于替代冷冻装置中的R-22。R-407CR-407C是一种由HFC-32、HFC-125和 HFC-134a组成的非共沸混合物。其性质已被调配到很接近R-22但有4.4 的温度滑差。 R-407C能方便地置换原有制冷系统的R22，虽然性能有些损失。很多时候只要将制冷系统的部件作一些细微的改变（如将冷凝器面积加大些

34、），就可增强性能。较大的温度滑差将R-407C限制在只能用于干式系统如屋顶机组和温度滑差不成问题的场合。R-407C常被看作是，将原有系统升级为HFC系统的一种顺便拿来的替代物。有限的几种新产品是基于R-407C开发的。 预测：R-407C将是原有R-22 系统的一种随便替代物，是新产品开发出来之前原有产品升级的一种过渡方案。R-410AR-410A是一种由HFC-32和HFC-125组成的非共沸混合物，温度滑差小 (小于0.5 )，且容积制冷量大，工作压力比R-22高（为3MPa）。它不能随便置换原有R-22系统而必须进行全新设计。在小系统中替代R-22而设计新产品时R-410A引起了人们的

35、广泛兴趣。压缩机供应商已开始提供R410A的小压缩机(0.5 5冷吨)，这种压缩机已开始用于家用市场（开利推出了称为Pureon的R410A家用系统）。如果开发出大压缩机的话， R-410A 将扩展到商用产品。因为R-410A的工作压力高，所有二级部件（阀、视镜、过滤干燥器等）都需要重新设计，这将减缓R-410A 进入商用市场的步伐。R-410A的一个问题是临界点低。如风冷设备用于高温环境时，性能将下降很多。R-410A用于水冷机组一般不会受影响，因为其冷凝温度低。预测：由于更多的二级部件可以买到，新得家用和小型商用产品将使用R-410A。关于低临界点问题也将获得技术突破。R-123的替代AS

36、HRAE标准34将R-123归入B1 类制冷剂 (毒性较高不可燃)。它是CFC-11的 HCFC替代物，即将被淘汰。在美国， R-123 已经被限产，并将在2020年产量减少到0.5%，在2020年到2030年之间只准用于维修。 R-123特别适合于负压离心式制冷机。R-123没有清楚的替代物。本来R-601 (N-戊烷)或 R-601a (异戊烷)可能用于代替，但这两种物质非常易燃，在离心机中的充注量很大而极可能发生爆炸，而且，运行时的负压将漏入空气，极易在机组中聚集爆炸混和物，要替代R-123似乎不可能。两种最接近的HFC物质是R245ca和 R-245fa (两者互为同分异构体-原子种数

37、一样但排列不同)。起先人们集中于R-245ca的研究，但后来发现它易燃。而R-245fa 是一种B1类 制冷剂(毒性较高不可燃)，其工作压力比R-123要高些。R-123不需作为压力容器设计（常压容器），但R-245fa的冷凝器将是压力容器 (见图2-2)。R-245fa不能置换原有R-123制冷机，除非原制冷机符合压力容器规范。图 2-2 低压制冷剂的蒸发压力对制冷剂制造商而言，用于负压离心机的R-123是一个小市场。幸运的是，R-123可从制造其他更常用制冷剂的副产品中得到。而R-245a是一种更加昂贵的制冷剂，从现实的角度讲，R-245a需要扩展其应用范围（如发泡），来提高产量降低成本。

38、预测：R-123将用于副压离心制冷机，直到被蒙特利尔议定书淘汰。由于R-123的效率高，ODP和GWP值很低，大气存活时间短，一些人们如特灵公司正在积极争取将R-123从淘汰清单中拿掉。但由于可以有替代技术，又需要大部分蒙特利尔议定书成员投票同意，看起来比较困难。 制冷剂种类的确定由于R-134a是A1类 (低毒性不可燃) 制冷剂，ODP值为零但GWP为1300。它的换热性能很好，是螺杆和离心压缩机的一种好的备选制冷剂。现在螺杆机也正向R-134a转移，所有新一代螺杆压缩机都将用R-134a为工质。所以本课题选用R134a制冷剂。2.4 压缩机2压缩机是制冷系统的心脏，无论是空调、冷库、化工制

39、冷工艺等工况都要有压缩机这个重要的环节来做保障。压缩机在系统中的作用在于：抽吸来自蒸发器的制冷剂蒸汽，并提高其温度和压力后，将它排向冷凝器。在冷凝器中，高压制冷剂过热蒸汽在冷凝温度下放热冷凝。而后通过节流元件，降压后的气液混合物流向蒸发器，在那里制冷剂液体在蒸发温度下吸热沸腾，变为蒸汽后进入压缩机，从而实现了制冷系统中制冷剂的不断循环流动。 制冷压缩机的分类制冷压缩机种类和形式很多，按工作中的蒸发温度范围分可分为高温、中温、低温压缩机。某些著名压缩机产品沿用的大致工作蒸发温度的分类范围如下：高温制冷压缩机（-100）中温制冷压缩机（-150） 低温制冷压缩机（-40-15） 按密封结构形式分类

40、可分为开启式压缩机、半封闭式压缩机、全封闭式压缩机。开启式压缩机的制冷量一般比较大，其最明显的特征是利用轴封装置的隔离作用使原动机独立于制冷剂系统之外，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。半封闭式压缩机的特点是电动机室内充有制冷剂和润滑油，内置电动机的所用材料必须与制冷剂和润滑油相容共处。另一特点是机体上的各种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。而全封闭式压缩机是将电动机和压缩机连成一起安装在一个密闭的薄壁机壳中，这样既取消了轴封装置有大大减轻和缩小了整个压缩机的尺寸和

41、重量不过缺点是不易打开进行内部修理。 按原理可分容积型和速度型两类。容积型压缩机是靠工作腔容积的改变来实现吸气、压缩、排气等过程。属于这类压缩机的有往复活塞式压缩机和回转式压缩机。其中往复活塞式是通过活塞在气缸内做往复运动改变气体工作容积；活塞式压缩机历史悠久，生产技术成熟；主要包括滚动转子式压缩机、涡旋式压缩机、螺杆式压缩机，目前国内生产的空调器多数采用涡旋式压缩机；螺杆式压缩机主要用于大型制冷设备,现在一些大型商场办公楼内也有很多采用螺杆式压缩机。 各类压缩机的特点 .1 往复活塞式压缩机活塞式压缩机应用最为广泛，但是由于活塞和连杆的惯性力 较大，限制了活塞运动速度和气缸容积的增加，故排气

42、量不会太大。适用于制冷量比较小的场合。其中半封闭活塞式制冷压缩机用途广泛，单机制冷量从3kw-100kw,同时可以多机头并联使用，因此可提供制冷量范围从3kw-1000kw,多工况使用，既可用于制冷工况，又可以适用于空调工况。开启活塞式制冷压缩机只常用于冷库，极少数空调工况的冷水机组。.2 滚动转子式压缩机内。滚动转子式内部不需要吸气阀从而降低了吸排气过程中的流动阻力损失，故指示效率比较高。此外还具有零部件少，结构简单，体积小重量轻，运转平稳，成本低，可靠性较高等优点。近年来，小型全封闭滚动转子式压缩机发展迅速，主要用于批量大的房间空调器、冰箱和商用制冷设备5。 .3 涡旋式压缩机 涡旋式压缩

43、机与往复式和滚动转子式压缩机相比主要具有以下优点：效率较高，摩擦损失小，振动小噪声更低，结构更简单可靠性更高。这些优点很适合在小型热泵系统中使用，目前还是以小容量为主，其制冷量在1-15kw范围内。 .4 螺杆式制冷压缩机螺杆式制冷压缩机的优点是体积小，易损件少，容积效率高，对湿压缩不敏感，同时双螺杆式压缩机还可以通过能量调节机构实现无极能量调节。单螺杆式压缩机振动小噪声低轴承寿命长。螺杆式压缩机单机制冷量在30kw-1500kw，可用于冷库、人造冰场、冷水机组中。 .5 离心式压缩机它应用比较广泛，制造技术成熟，结构简单，而且对加工材料和加工lT艺要求较低，造价比较低，适应性强，能适应广阔的

44、压力范围和制冷量要求，可维修性强。其主要用于空调工况的冷水机组。但是离心式压缩机的转数很高，对于材料强度加工精度和制造质量均要求严格，否则易于损坏其不安全，此外小型离心式压缩机的总效率低于活塞式压缩机，故更适用于大型或特殊用途的场合。表2-4 GB18430.1-2001中名义工况性能市场准入值 压缩机类型往复活塞式涡旋式机组制冷量 kW>50116>116>50116>116水冷式压缩机类型螺杆式离心式机组制冷量 kW116116230>2301163>1163水冷式 压缩机种类的确定结合以上压缩机种类的优缺点,本课题200KW的制冷量要求及市场上已经广泛

45、应用的R134a制冷剂的压缩机种类,确定本冷水机组选用单螺杆式压缩机。且与选用的螺杆式冷水机组相吻合。2.5 冷凝器冷凝器的功能是把由压缩机排出的高温高压制冷剂蒸汽冷凝成液体制冷剂，把制冷剂在蒸发器中吸收的热量以及与压缩机功率相当的热量之和排入周围环境（水或空气等）中。冷凝器是制冷装置中的热交换设备，即放热设备，是制冷系统中的四大主要设备之一。 水冷式冷凝器的分类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。由于水的温度比较低，所以采用水冷式冷凝器可以得到较低的冷凝温度。水冷式冷凝器按其结构形式又可分为壳管式冷凝器、套管式冷凝器和焊接

46、板式冷凝器，常见的是壳管式冷凝器和套管式冷凝器。.1 立式壳管式冷凝器立式冷凝器的冷却水自上通入管内，吸热后排入下部水池，而高压气态制冷剂从冷凝器外壳的中部进入管束外部空间，冷凝后的液体沿管外壁流下，积于冷凝器的底部，从出液管流出。.2 卧式壳管式冷凝器12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多采用光滑无缝钢管，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

47、几排管子，兼作贮液筒用。 卧式壳管冷凝器的优点是传热系数较高，冷却水用量较少，操作管理方便，但是，对冷却水的水质要求较高。目前大、中型氟利昂和氨制冷装置普遍采用这种冷凝器。.3 套管式冷凝器套管式冷凝器是有不同直的管子直接套在一起，并弯成螺旋形或蛇形的一种水冷换热器。该换热器外套一般为无缝钢管。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。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紧凑，便于制造，价格便宜且因系单管冷凝，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

48、达800kcal/(m2·h·)。其缺点是金属消耗量大，而且当纵向管数较多时，不仅传热管内流体的流动阻力较大。更由于下部的管子会充有较多的液体，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，多用于制冷量小于40kw的小型氟利昂制冷机组中。.4 焊接板式冷凝器板式换热器是由一组不锈钢波纹金属板叠装焊接而成，板上的四孔分别为冷热两种流体的进出口，在板四周的焊接线内，形成传热板两侧的冷热流体通道，在流动过程中通过版壁进行热交换。两种流体在流道内形成逆流流动，而板片表面制成的各种形状形成了旺盛湍流强化了传热。由于板式换热

49、器具有体积小、重量轻、传热效率高、可靠性好、加工过程简单等优点，近年来得到广泛应用。但是也存在内容积小、难以清洗、内部渗漏不易修复等缺点，在使用时要加以注意。 冷凝器类型选择对于水冷冷水机组，常用的水冷冷凝器有套管式和卧式壳管式冷凝器，其中卧式壳管式冷凝器结传热系数较高，冷却水用量较少，操作管理方便，但是，对冷却水的水质要求较高。目前大、中型氟利昂和氨制冷装置普遍采用这种冷凝器。一般来说，卧式壳管式冷凝器的水耗量比套管式冷凝器的水耗量要大，但清洗相对方便。在冷水机组中，制冷量相对较大，应优先选用卧式壳管式冷凝器。在此选用卧式壳管式冷凝器较为合适，故选择卧式壳管式冷凝器。2.6 蒸发器类型选择蒸

50、发器的形式很多，按照载冷剂的不同可分为冷却空气和冷却各种液体的蒸发器。根据供液方式的不同，蒸发器可分为以下四种：满液式蒸发器、非满液式蒸发器、循环式蒸发器和淋激式蒸发器。这里主要介绍满液式蒸发器。非满液式蒸发器根据冷却介质的不同可分为冷却液体干式蒸发器和冷却空气干式蒸发器（直接蒸发式空气冷却器）。冷却液体干式蒸发器主要有干式壳管蒸发器和焊接板式蒸发器，而焊接板式蒸发器的结构和焊接板式冷凝器相似这里不再详细介绍。 干式壳管蒸发器8干式壳管蒸发器的构造和满液式壳管蒸发器相似，主要区别在于：制冷剂在管内流动，被冷却液体在管束外部空间流动，筒体内横跨管束装有若干隔板，以加液体横掠管束的流速。干式蒸发器

51、按照管组的排列方式不同可分为直管式和U形管两种。直管式蒸发器由于载冷剂侧的对流换热系数较高，一般不用外肋管，多采用光管或具有螺旋形微内肋的高效蒸发器作为传热管。U形管干式壳管蒸发器采用U形管作为传热管，一个管口为进液端，另一管口为出气端，由此构成了载冷剂为二流程的壳管式结构。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，延长其寿命，而且传热效果较好，但不宜采用内肋管。 直接蒸发式空气冷却器直接蒸发式空气冷却器按照空气的运动状态分为自然对流和强制对流两种形式。自然对流形式常用于冰箱、冷藏柜、冷藏车、冷藏库等处。采用氨制冷系统，多为满液式或循环式；采用氟利昂系统多为非满液式或循环式。由于空气侧为自然对流，故这种冷排管的传热系数很低。为了增强传热，在简冷式冰箱的冷冻室、空调机组、冷藏库及除湿机等处多采用强制对流式的直接蒸发式空气冷却器。强制对流式蒸发器与自然对流蒸发器相比，具有传热效果好，结构紧凑等优点，在冷冻、空调设备中得到广泛应用。在此选用强制对流空气冷却式蒸发器，简称为表面式蒸发器。3 冷水机组的设计计算3.1 系统的热力计算原始资料及参数的确定.1 原始资料（1） 制冷量： 200