《制冷原理与设备》课程设计

环境与市政工程学院热能与动力工程专业课程设计说明书（制冷原理与设备）学院：环境与市政工程学院专业：热能与动力工程班级：热动061姓名：学号：2009年6月25日前言本课程设计是对《制冷原理与设备》课程的进一步实际地了解和掌握，本次设计主要是通过对一给定的设计条件来设计合适的冷冻站。制冷压缩机型号与台数的选择，包括确定制冷系统的总制冷量，确定制冷剂种类和系统型式，确定制冷系统的设计工况。冷凝器的选择，计算出冷凝器的热负荷，根据所选用的制冷剂种类和压缩机运行工况、冷却介质的种类、负荷变化情况等确定冷凝器的型式，然后进行冷凝器的选择计算，确定其传热面积，从而选定冷凝器的型号及台数。蒸发器的选择，根据制冷量、制冷剂种类及载冷剂的种类、冷冻系统的型式等，确定蒸发器的型式，计算出蒸发器的传热系数、换热面积以及蒸发器的台数。其它辅助设备的选择，有油分离器，贮液器，集油器，紧急泄氨器，空气分离器，过滤器。冷冻站布置包括如下内容：制冷设备布置，制冷工艺管路布置，管路上各种阀件及自控部件的布置，绘出平面布置及必要的系统原理。制冷工艺管路及阀件的选择，根据平面布置及制冷系统图估算各段工艺管路的总长度（包括直线长度和当量长度）以及不同的制冷剂、不同工艺管路的允许流速或允许压力降、蒸发温度、冷凝温度、再冷温度、制冷剂流量等确定工艺管路管经。根据制冷量、制冷剂流量、流速或管径等选择截止阀手动膨胀阀、浮球阀、热力膨胀阀及电磁阀等。编写设计说明书，说明书应按设计程序编写，它应包括设计任务、原始资料、工况确定、负荷计算、设备选择、冷冻站布置方案的确定及说明、管路计算和有关设计草图等内容。课程设计画图2张，它包括：制冷工艺热力系统图1张（1号图纸）。如条件允许，最好画轴测透视图。图中设备应编号。管件和各种阀件应注明通径；并应附有图例和设备明细表。布置图1张(1号图纸)布置图为冷冻站平面布置图，在平面图中画出设备外形及主要管路的布置，标明各设备的大小尺寸、相互间的位置尺寸、距墙尺寸等。冷冻机房的建筑图绘制时可以简化，但应说明建筑外形和主要结构形式，此外还应标明门窗位置、门的开向等。通过此次的课程设计要求对空调用冷冻站有一个全面系统的了解。目录前言1目录2设计任务3原始资料3负荷计算3制冷设备选择6管路的选择计算10设计参考资料17冷冻站设备及管路的平面布置见CAD图制冷工艺热力系统图见CAD图一、空调用冷冻站的设计已知某厂空调系统所需总耗冷量为1163kw（1,000,000kcal/h），以喷淋室为末端装置，要求冷冻水温为6℃，空调回水温度为11℃，制冷系统以氨为制冷剂。二、原始资料水源：石家庄是我国南方大城市，水源较紧张，所以冷却水考虑选用冷却塔使用循环水。室外气象资料：不保证50小时室外空调干球温度31℃，湿球温度26.5℃。石家庄海拔81.8米，大气压力冬季763mmHg，夏季747mmHg。三、设计内容制冷压缩机的型号与台数的选择1、冷冻站的冷负荷的确定对于间接式制冷系统，A＝0.1～0.15。本课程设计属于此类，取A＝0.125=（1+0.125）1163kw=1308.375kw2、制冷工况的确定（1）蒸发温度当采用喷淋室处理空气，即冷冻水喷淋室使用时，宜采用水箱式蒸发器（包括直立管式蒸发器和螺旋管式蒸发器）。对于直立管式和螺旋管式蒸发器，蒸发温度宜比冷冻水出口干球温度低4～6℃。=6℃—（4～6℃）=1℃（2）冷凝温度采用水冷式冷凝器时，冷凝温度可用下式计算：℃式中——冷却水进冷凝器的温度，℃；——冷却水出冷凝器的温度，℃。对于使用冷却塔的循环水系统，冷却水进水温度可按下式计算：=26.5℃+（）℃=26.5℃+3.5℃=30℃式中——当地夏季室外平均每年不保证50小时的湿球温度，℃——安全值。石家庄，选用机械通风冷却塔，℃。=+(2～4)℃=33℃==37℃（3）压缩机的吸汽温度压缩机的吸汽温度一般与压缩机吸汽管的长短和保温情况有关，通常以氨为制冷剂时，吸汽温度与蒸发温度的差值不大于5～8℃。但本设计考虑仅理论循环，不考虑过热，即==1℃（4）再冷温度tr.c对于立式壳管式冷凝器，均不考虑再冷。以上工况确定以后，就可在lgP——h图上确定整个制冷的理论循环；并进行循环的理论计算。3、制冷压缩机的型号及台数的确定考虑到厂房的大小，设备初投资，维护及管理，压缩机台数不应取太多，现取3台。则每台压缩机在设计工况下的制冷量至少为=1308.375/3=436.125KW查《实用制冷工程设计手册》北京：中国建筑工业出版社，1994年。郭庆堂P166查压缩机性能曲线，可用压缩机型号为8AS12.5（开启式，单级，960r/min）。每台压缩机在设计工况下的满负荷制冷量=475kw。稍大于436.125kw每台压缩机在设计工况下的轴功率=94kw。配用电机功率P=（1.05~1.10）=（1.05~1.10）×100kw=105kw（二）冷凝器的选择1、冷凝器型式的选择应根据制冷剂和冷却介质（水或空气）的种类及冷却介质的品质优劣而定。在冷却水质较差、水温较高和水量充足的地区，宜采用立式壳管式冷凝器，因为冷却水使用循环水，故采用立式壳管式冷凝器。冷凝器的台数参考压缩机的台数，暂取三台。查查《实用制冷工程设计手册》Ｐ160取ηm=0.882则Ｐi=ηm=0.88292=81.1总共的冷凝负荷为Qk=（+Ｐi）3=(479.156+81.1)=560.256×3=1680.768kw2、传热温差===5.36℃式中：t1、t2----冷却剂进、出口温度；tk----冷凝温度。。冷凝水的流量为：M===133.84kg/s3.冷凝器型号的确定及其传热系数的计算（1）选择冷凝器型号查常用冷凝器的传热系数表，由于采用立式冷凝器假定=3700kcal/m=4.303kw/m则对每台冷凝器==390.604m每台=130.201m查《制冷与空调设备手册》P441（上--冷）立式冷凝器规格示例表，取冷凝器型号为LN-150（其传热面积F=150m,通筒体直径D=1080mm，高度H=4800mm，管道211根），则=1680.768/（1503）=3.735kw/m；(2)计算冷凝器制冷剂侧放热系数喷淋密度Γ===5383.202Kg/m.h冷凝器的水侧放热系数=513Γ1/3=8990.785w/m2.k(3)计算冷凝器器制冷剂侧侧放热系数数；由《制冷原理及及设备》主主编：吴正正业西安交通通大学出版版社19997出版版P2222：对垂直面呈波形形流动时==1.188，物性系数β===2.77793冷凝器制冷剂侧侧放热系数数===63338.992W/mm2.k（4）计算冷凝器传传热系数由冷凝器型号知知：管外径径d=51mmm。水垢垢的热阻RR查《传热热学》P4492得R=5.228m2.k/ww。取金属管管壁的导热热系数λ=43..2w/mm2.k，油膜膜热阻=0.00006mm2.k/ww=722.6554此时热流密度==722..654×5.336=3..873kkw/mm；（为冷凝凝器对数传传热平均温温差）（5）比较相对误差差相对误差===3.6％％＜5％，说明明假定合理理，即所选选择的冷凝凝器型号合合适。（三）蒸发器的的选择在前确定蒸发温温度时，已已确定使用用直立管式式或螺旋管管式蒸发器器。则每台蒸发器的的制冷量即即为一台压压缩机的制制冷量=4479.1156kww===7.21℃假设=520(kcaal/m··h·℃)==5207.221=37749.22kcall/m·h=4..36033KW蒸发面积=/==479..156//4.36603=1109.889m查《制冷与空调调设备手册册》P4999（上上冷）SRR-90（蒸蒸发面积为为=90m）。此时单位热负荷荷=/=4799.1566×3/4×120==3.59937kww/m..=30990kccal/m属于直螺旋管式式单位热负负荷（25500~33500kcall/m）范围围之内，符符合要求。（四）其它辅助助设备的选选择油分离器的选择择计算根据压缩机台数数取油分离离器台数为为三，一台台压缩机配配一台油分分离器。并选用离心式油油分离器。压缩机理论输汽汽量Vh===0.1157/ss=5655.4877/h查《实用制冷工工程设计手手册》编写写组.制冷工程程设计手册册.北京：中中国建筑工工业出版社社，19778年。P1556得压缩缩机输汽系系数λa=0..782，取取筒体内汽汽体流速ww=0.99m/ss则D≥==0.22413mm查《制冷与空调调设备手册册》P6007采用离离心式有分分离器，SSYF-550（北北冷）,DD=2455mm贮液器的选择计计算液体制冷剂循环环量MR==4799.1466/(14458.2284-3376.1127)××36000×3=0..15944kg/hh×3=4..782kg/hh；液体制冷剂比容容v=1..717007L/KKg=0..0017717077m/kgg；取液体充满度ββ=0.88.贮液器的容积：：=×3=1.3341611~5.11243m查《制冷与空调调设备手册册》P5336(上冷冷)选择ZA--4.5一一个。集油器的选择通常几套压缩机机可共用一一个集油器器。集油器器一般不进进行计算，而而是根据经经验来选用用。冷冻站标准工况况下的制冷冷量=/=13308.3375/22.0=6654.11875kkw，大于于600KKW，采用用直径为3300mmm的集油器器一台。查《制冷与空调调设备手册册》P6224(洛冷冷)JY--300,,其直径为为325mmm。空气分离器的选选择空气分离器的选选择一般不不进行计算算，而是根根据经验选选用。系统总制冷量为为13088.3755>11663kww，故采用用Dg500体直径2119的空气气分离器。查《制冷与空调调设备手册册》P6331（重冷冷）选择KKF-500,直径为为219mmm.急泄氨器的选择择在大、中型制冷冷系统中，系系统中的充充氨量是较较多的。当当发生严重重事故时，必必须将系统统中的氨迅迅速放掉，以以保护设备备和人身安安全，故系系统应设置置紧急泄氨氨阀。目前前国内生产产的紧急泄泄氨阀为SSA－25型，各各系统均可可选用。此此处采用SSA－25型。查《制冷与空调调设备手册册》P6337采用SA－25型（北北冷）（六）氨液分离离器机房用：==418mm查《制冷与空调调设备手册册》P6000采用AF—100六、制冷管道设设计制冷剂管道直径径，应按其其压力损失失相当于制制冷剂饱和和温度的变变化值确定定。制冷剂剂饱和温度度的变化值值，应符合合下列要求求：氨吸汽汽管、排汽汽管和液体体管，不宜宜大于0..5℃吸气管段1、初选管径，吸吸气管道流流速为122~20，取取16—管子内径，m—流体的质量流量量，—流体在工作压力力和工作温温度下的比比容，—流体速度，查《实用制冷工程设设计手册》取管径mmm，=1000mm2、确定管路的当当量总长管道长度L=11115++12111+6022+54335+15518+1120+2200+3350+11261++11511=102201m查《实用制冷工程设设计手册》直通截止阀当量量直径3440，焊接弯头当量直直径60，mm蒸发器出口d==100mmm管道直直径不变的的连接，当当量直径00,=0mmm压缩机进口d==100mmm管道为为缩小连接接=1，当量量直径0,,=0mmm管道当量总长==102001+688000++60000+0+00=115561mmm3、每米当量管长长的允许压压力降蒸发温度1时的的饱和压力力压缩机吸气温度度0.5时的的饱和压力力每米当量管长的的压力降查《实用制冷与空调调工程手册册》，所所选管段合合适此段管的母管管管段质量流流量为所选选管段的三三倍故管段段取值为mmm排气管段1、初选管径，吸吸气管道流流速为155~25，取取20查《实用制冷工程设设计手册》取管径mmm，=822mm2、确定管路的当当量总长管道长度L=545++15888+14552+1660+4000+30058+44096++623++12900=132212mmm查《实用制冷工程设设计手册》直通截止阀当量量直径3440，焊接弯头当量直直径60，止回阀当量直径径80，压缩机排气口dd=1000mm管道道为扩大连连接，当量量直径122.24,,=1003.668mm油分离器进口dd=50mmm管道为为缩小连接接，当量直直径9.224,=7577.68mmm油分离器出口dd=50mmm管道为为扩大连接接，当量直直径18..68,=1531.776mm冷凝器进口d==100mmm管道为为扩大连接接，当量直直径12..24,=1003.668mm管道当量总长=132122+1111520++344440+65560+11003..68+7757.668+15531.776+10003.668=17751688.8mmm3、每米当量管长长的允许压压力降压缩机排气温度度37.55时的饱和和压力冷凝温度温度337.0时时的饱和压压力每米当量管长的的压力降查《实用制冷与空调调工程手册册》，所选管管段合适此段管子的母管管管段质量量流量为所所选管段的的三倍故管管段为mmm（三）冷凝器到到贮液器管管段1、初选管径，吸吸气管道流流速为小于0.55，取0.33查《实用制冷工程设设计手册》取管径mmm，=622mm2、确定管路的当当量总长及及压力降根据《供供热工程》—计算管段的压力力损失，—计算管段的沿程程损失，—计算管段的局部部损失，—热媒的密度，—水头差，mR—每米管长的沿程程损失，—管段长度，m—管段的摩擦阻力力系数d—管子的内径，mmv—热媒在管道内的的流速，—雷诺数—热媒的运动粘滞滞系数，查《传热学》，时，流动为紊流流状态，44000~~1000000范围围内时管道长度L=5535+88800++46100+4000+4755=148820mmm由—管段中的总局部部阻力系数数由《实用制冷与空调调工程手册册》冷凝器出液口dd=80mmm，管道道为渐缩连连接=0..01贮液器进液口dd=80mmm，管道道为渐扩连连接=0..00255截止阀焊接弯头冷凝器出液口和和贮液器进进液口液位位差4755mm查《实用制冷工程设设计手册》直通截止阀当量量直径3440，m焊接弯头当量直直径60，管道当量总长==148220+422160++74400=644420mmm每米当量管长的的压力降查《实用制冷与空调调工程手册册》