制冷系统设计

课程设计设计题目：南京市某空调制冷机房姓名 院系 专业 年级 学号 指导教师 年月日目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"0设计任务 11前言 1\o"CurrentDocument"2课程设计题目及数据 2\o"CurrentDocument"3制冷机组的类型及条件 23.1初参数………………………2\o"CurrentDocument"3.2确定制冷剂种类和系统形式 2\o"CurrentDocument"3.3确定制冷系统设计工况 23.3.1冷凝温度的确定 23.3.2蒸发温度的确定 33.3.3过冷温度的确定 33.3.4过热温度的确定 33.3.5制冷系统理论循环p-h图 4\o"CurrentDocument"4制冷系统热力计算 5\o"CurrentDocument"5制冷压缩机型号及台数 65.1压缩机形式的选择 6\o"CurrentDocument"5.2压缩机台数的选择 7\o"CurrentDocument"5.3压缩机级数的选择 7\o"CurrentDocument"5.4电机的选择 7\o"CurrentDocument"6冷凝器的选择计算 7\o"CurrentDocument"6.1冷凝器的选择 7\o"CurrentDocument"6.2冷凝器热负荷计算 7\o"CurrentDocument"6.3冷凝器的已知参数 8\o"CurrentDocument"6.4计算肋管特性参数 8\o"CurrentDocument"6.5计算平均传热温差 8\o"CurrentDocument"6.6冷却水流量 9\o"CurrentDocument"6.7概算所需传热面积 9\o"CurrentDocument"6.8初步规划冷凝器结构 9\o"CurrentDocument"6.9计算水侧的换热系数 96.10计算制冷剂测得冷凝换热系数……………106.10.1求水平光管管外冷凝换热系数………106.10.2计算水平肋管外的冷凝换热系数……106.10.3计算水平肋管束外冷凝换热系………116.11实际的热流密度……………116.12计算实际传热面积…………116.13冷凝器的类型………………127蒸发器的选择计算 12TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"7.1蒸发器的预选 12\o"CurrentDocument"7.2蒸发温度与传热温差的确定 12\o"CurrentDocument"7.3换热面积的计算 12\o"CurrentDocument"7.4蒸发器风量的确定 127.5风机的选择 12\o"CurrentDocument"8冷却水系统的选择 13\o"CurrentDocument"8.1冷却塔 13\o"CurrentDocument"8.2水泵的选型 138.2.1水泵扬程 138.2.2阻力计算 13\o"CurrentDocument"9冷冻水系统的选择 1410管径的计算………………………1411其它辅助膨胀阀的选择计算……………………1511.1膨胀阀的选择………………1511.2贮液器的选择计算…………1511.3油氨分离器的选择计算……………………1511.4气液分离器的选择计算……………………1511.5集油器的选择计算…………1611.6不凝性气体分离器的选择计算……………1612制冷机组与管道的保温…………1613设备清单及附图…………………1614参考文献…………170设计任务设计一南京地区用制冷系统，采用空冷式直接制冷，制冷量定为100K,制冷剂为氨，冷却水进出口温度为27/30°C。1前言近50年来，随着现代科学技术的飞速发展，制冷技术以日新月异的速度发生变化。并且，正在现代国民经济、人民生活、国防科研、文化艺术等领域中发挥着日益重要的作用。我国是最早利用天然冷源的国家之一，随着社会进步，制冷技术已经广泛应用到各个行业，制冷技术的作用更是不可替代的。因此设计制冷系统已成为重要的环节。制冷系统的设计，无论是厂家装配成的整体机组，还是现场组装的系统，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（即选定蒸发温度和冷凝温度等系统的内在参数设计值），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，一个制冷机组或制冷系统，在实际运行过程中，当外在参数（既冷凝器和蒸发器所通过的水流量或空气流量，以及水或空气的入口温度等）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，都是在设计中要考虑的问题。此外，设计完成，制冷作业安全技术，正确操作制冷设备，是我们在具体操作时的必然选择。2课程设计题目及数据课程设计题目：南京市某空调制冷机房制冷系统采用空冷式直接制冷，空调制冷量定为100KW。数据：制冷剂为：氨（R717）。冷却水进出口温度为：27°C/30°C。南京市空调设计干球温度为35.2C，湿球温度为28°C。设计内容设计一南京地区用制冷系统，采用空冷式直接制冷，制冷量定为100K,制冷剂为氨，冷却水进出口温度为27/30C。3制冷机组的类型及条件3.1初参数1） 制冷系统主要提供空调用冷冻水，供水与回水温度为：7C/12C，空调制冷量定为100KW。2） 制冷剂为：氨（R717）。3） 冷却水进出口温度为：27°C/30°C。4） 南京市空调设计干球温度为35.2C，湿球温度为28°C。3.2确定制冷剂种类和系统形式根据设计的数据及要求，本制冷系统为100KW的氨制冷系统。因为制冷总负荷为100KW,所以可选双螺杆制冷压缩机来满足制冷量要求。3.3确定制冷系统设计工况3.3.1冷凝温度®的确定从《制冷工程设计手册》中查到南京地区夏季室外平均每年不保证50h的湿球温度（°C）t二28°Cs对于使用冷却水塔的循环水系统，冷却水进水温度按下式计算：t=t+At （3-1）sis s式中5――冷却水进冷凝器温度（°C）；J――当地夏季室外平均每年不保证50h的湿球温度(°C)；也――安全值，对于机械通风冷却塔，应」=2〜4C。则代入数据有冷却水进水温度：t=28+3=31Csi冷却水出冷凝器的温度心(C)按下式确定：选用卧式壳管式冷凝器D1+(2~4) (3-2)代入上面算出的数据有：心=31+3=34C(注意：山通常不超过35C),系统以水为冷却介质，其传热温差取4~6C。则冷凝温度为若系统以水为载冷剂，其传热温差为4〜&C, t=t+4 (3-3)cs2式中®――冷凝温度(C)。代入数据有冷凝温度：6=34+4=38C3.3.2、 蒸发温度〈的确定则蒸发温度为 t=t'-At (3-4)e对于本设计系统，〈=2C，因此不采用液体过冷，即J=OC。式中旷――载冷剂的温度(C)。一般对于冷却淡水和盐水的蒸发器，其传热温差取山=5C。本制冷机房用空冷式蒸发器，则制冷剂的蒸发温度t=7-5=2C.e3.3.3、 过冷温度的确定对于一般的空气调节用制冷装置，不采用液体过冷；对于大型的蒸发温度较低(°<—5C)的制冷装置，在条件许可时使用液体过冷。也就是不考虑过冷温度。3.3.4、 过热温度'r的确定压缩机吸气口温度右的确定通常 」—4丁 (3-5)式中对于一般氨压缩机，企亠&c。代入数据有过热温度：—2+6=3^o3.3.5、制冷系统理论循环p-h图根据题意绘制的p-h图，并查表求得各状态参数：Pt图3-1查有关资料：确定压力：Pe=436.34kPa,Pc=1472.4kPa比容：v广0.27m'；kg,v2=0.087mkg焓值：h广1459KJkg,h2=1660KJkg,h3=h4=380Kjkg。4制冷系统热力计算单位质量制冷量占的计算TOC\o"1-5"\h\zq=h一h (4-1)0 1 4代入数据有：q0=(1459-380)Kjkg=1079Kjkg单位冷凝负荷qk的计算q=h一hk2 3 (4-2)代入数据有：q=1660-380=1280KJkgk单位理论压缩功®c的计算w=h一h (4-3)c 2 1代入数据有：w=1660-1459=201KJkgc单位容积制冷量％的计算qq=-0 (4-4)v1代入数据有：q= =3996kJ；m3V0.27制冷剂质量流量Mr的计算QMr= (4-5)0代入数据有：Mr=上0=0.0923kgs1079压缩机吸入制冷剂蒸汽的体积流量Vr的计算Vr= (4-6)qv

代入数据有：Vr=上匕=0.025m3：s3996 '冷凝器热负荷0的计算k4-7)0 =Mrxq4-7)kk代入数据有：0=0.0923x1280=118.1kwk8)压缩机所需的理论耗功率8)压缩机所需的理论耗功率pth的计算PP=Mrxwthc代入数据有：P=0.0923x201=18.552kwth4-8)9)制冷系数9)制冷系数eth的计算8丄th8丄thpth4-9)代入数据有：81厂恶=彳3910)逆卡诺循环制冷系数10)逆卡诺循环制冷系数8为勺计算:T8T8二 k cT-Tck4-10)11)代入数据有：8=c11)代入数据有：8=c制冷系数"R的计算-27^=7.64311-2754-11)代入数据有：“代入数据有：“5.39= =0.71R7.645制冷压缩机型号及台数的确定5.1压缩机形式的选择根据已知参数，预选螺杆式压缩机。5.2压缩机台数的选择查《实用制冷工程设计手册》根据制冷机组冷负荷100KW选择压缩机，选用KA12.5—12型压缩机（其标准工况下的制冷量为137KW大于100KW，符合要求）。压缩机台数，应根据总制冷量来确定：式中喘――压缩机台数（台）；%――每台压缩机设计工况下的制冷量（知）。代入数据有：m=100=0.73（台）137因此，选择1台KA12.5-12型压缩机.5.3压缩机级数的选择选择依据：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，如时，应采用单级压缩机；沖也沁时，则应采用两级压缩机。P14724所以，对于本设计制冷系统中，-亍=14724=3.37<8,因此，本设计制冷P436.34e系统米用单级压缩。5.4电机的选择由于使用KA12.5-12双螺杆压缩机，其配用电机型号为YW200L-2,标准工况功率55KW,电压380V。6冷凝器的选择计算6.1冷凝器的选择在本系统中选用氨立式壳管冷凝器。6.2冷凝器热负荷计算冷凝器热负荷在前面热力计算中已求出。0=118.1（KW）k

0式中 k—冷凝器的热负荷(KW)。6.3冷凝器的已知参数氨制冷系统传热管采用无缝钢管，九=58.2w/(m•k),肋管外径fd=15・43mm，内径d=13・15mm,肋片外径d=17・8mm，肋片厚度6=0.232mm，0ift6=0.354mm，平均肋厚6=0.3mm，肋片的节距e=1.029mm。0f计算肋管特性参数(以1米长肋管计算)TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"肋管水平部分的面积：A=trd(e-6)+Kd6P000 (6-1)p00fte依次代入数据有：A=44X10-3p肋管垂直部分面积：AJ("f-"0)1 (6-2)f 2e依次代入数据有：A=119X10-3f肋管总外表面积：A=A+A (6-3)pf依次代入数据有：A=163X10-3A肋化系数：p二一=3.15Ai6-4)6-5)肋片的当量高度：H='("；-"0)e4df6-4)6-5)依次代入数据有：H=3.5X10-3me基管平均表面积：A=兀k+di)2依次代入数据有：A=44.9X10-3所以：A/A=0.73；A/A=0.27 : A/A=3.6fp计算平均传热温差t-1At-1At=—st——ti-

mt-t

lncs26-6)代入数据有：At34-31m—JE—"Cln 38-34冷却水流量查水在5.36°C的物性参数:CP=4.2J(kg-k)0M— k-wcxAt查水在5.36°C的物性参数:CP=4.2J(kg-k)0M— k-wcxAtX1000Pm代入数据有：M--6-7)118-1X1000 =5.25kg-sw4.2X5.36X10006.7概算所需传热面积假设热流密度屮=5500w/m?，则A'―片/屮—1181005500—21m26.8初步规划冷凝器结构取管内的流速v=2.7m/s，则每流程管数m为m— _4d2pv代入数据有：m=14.46-8)取m=15,这样管束总长等于nl—A6-9)代入数据有：nl=8.6如流程数n=2,则冷凝器传热管有效长度为4.3m；传热总根数N=40根。6.9计算水侧的换热系数V0.8 t+1 V0.8 / 、a=B —(1430+22x-s1 s2) (6-10)wd0.2 2d0.2ii代入数据有a—1.129X104w/m?・kw6.10计算制冷剂测得冷凝换热系数求水平光管管外冷凝换热系数由于t=38C，查物性表可得：c导热系数：九=0.44w/(m・k),密度：p=582.7kg/m3,定压比热容：C=4.89kj/(kg・k),p粘度：卩=1.282X10-4N・s/m?,密度：丫=1094.8kj/kg所以(B(B\13二0.65xjWd0丿6-11)(6-12)代入数据有：B3代入数据有：B3=1.34X104代入数据有：a=1980w/m?・kc计算水平肋管外的冷凝换热系数m'2a(d1m'2a(d1+0.805lg-f(d06-12)6-13)代入数据有：m'代入数据有：m'=474m-1代入数据有：l=0.00124m代入数据有肋片效率：耳二凹=0.8981f mi肋片的修正系数(m'l=0.59,计算出th(m'l)=0.5298)A1.3n0-75A1.3n0-75匚fA+—p代入数据有：8f=1.5所以， a=8xa (6-15)c・f fc代入数据有：a1.5X1980=2970w/(m?・k)c・f6.10.3计算水平肋管束外冷凝换热系数a=8xa (6-16)c・f・z z c・f代入数据有：a =C.6Nos)0」67xa =2406.6w/(m?・k)c・f・z c・f6.11实际的热流密度(屮’)取污垢热阻R=0.8x10-4(m?・k)/w,按公式fourrrriA(1)AK=1+R+R=+rrR+—c[a'c・f・zoil丿pA、foua丿wAi6-17)其中：油膜热阻R取0.4Xio-3m2^k/woil管壁热阻R=2.86X10-5m?・k/wp代入数据有：K=689.9w/(m・k)c所以，实际热流密度屮'二KxAt=3698w/mc mx100%=4.87%<5%,计算传热面积有效。6.12计算实际传热面积布置管束 Ac二0/(KxAt) (6-18)kcm代入数据有：Ac=31.9m保持上面确定的m=15,n=2，冷凝器的有效管长为：l=A/(Amn)c解得有效管长：l=6.52m

6.13冷凝器的选型由冷凝器的计算知，估计选LN-25型立式冷凝器即可符合要求。7蒸发器的选择计算蒸发器的预选由于此制冷系统用于小型冷库，用强制对流式冷却空气干式蒸发器。蒸发温度与传热温差的确定对于直接蒸发式空气冷却器，由于空气侧换热系数低，为了不是结构尺寸偏大，所以取较大的传热温差。通常蒸发温度t比冷却空气的出口温度低6~8°C,e就是说，平均传热温差At'约为11~13C,取12C•以外肋表面为基准的热流密m度约450~550wm.蒸发温度已知为t=2C，有5C过热度，热流密度K取35W/C2.k）换热面积的计算Q传热面积： A=匸 （7T）CKAt'm100000代入数据有：A= =238m2c35x12由换热面积查手册选一台DL-250直接蒸发式空气冷却器，其传热面积F=250m2蒸发器风量的确定7-2)©7-2)-c•At—P m-p代入数据有：Vc=].005xi2100 代入数据有：Vc=].005xi2=10m2's1.2选用与蒸发器配套的送风机，估计可选用QF36-380选用与蒸发器配套的送风机，估计可选用QF36-380型。其送风量为36000m3h。8冷却水系统的选择8.1冷却塔冷却塔冷却水量在冷凝器计算中已知M二5.25Kgs。根据型号估计选用wHL6-30型。8.2水泵的选型:水流量为G二M=5.25Kg.'s二18.82m\：hw即：泵的流量为18.82m3/h。8.2.1水泵扬程冷却水泵所需扬程Hp二hf+hd+hm+hs+ho （8-1）式中hf，hd――冷却水管路系统总的沿程阻力和局部阻力，mH2O；hm 冷凝器阻力，mH2O；hs——冷却塔中水的提升高度（从冷却盛水池到喷嘴的高差），mH2O；ho——冷却塔喷嘴喷雾压力，mH2O，约等于5mH20。阻力计算管径长约300，比摩阻选200Pa/m则 hf=300X200Pa=6mH02局部阻力取0.5则 hd=0.5X6=3mHO2冷凝器阻力约为hm=4mHO2冷却塔在机房房顶，房顶距地面3m则 hs=3mHO2冷却塔喷嘴喷雾压力，约等于5mHO。2ho=5mHO2安全系数申°取1.2总扬程H=pH （8-2）l0p代入数据有：H=1.2x（6+3+4+3+5）=252mHOl2根据流量和扬程，选用立式管道离心泵80-250B型水泵，（额定流量：20m3/h,

额定扬程：3OmH2O,额定功率为15kw，转速：2900r/min,泵进、出口公称直径DN80）。9、冷冻水系统的选择因为本制冷系统选用直接蒸发式冷风机作蒸发器，所以不需冷却水系统。10、管径的计算由上面计算得，制冷剂在总管内流量气二0.0923kg/s，V]=0.27m3/kg,v=0.087m3/kg，排气管内制冷剂流速o二11m/s，吸气管内流速o=13m/s，2px冷凝器内水流速o广1.3m/s，流量为M=5.25kg/s，蒸发器风o=0.8m/s速,风量为M二10kg/s计算各个管径如下：）由公式：=0.05m吸气立管：查R717上升吸气立管最小负荷图得dn.x.l排气管：, i'4M vd=np 兀op10-2)计算各个管径如下：）由公式：=0.05m吸气立管：查R717上升吸气立管最小负荷图得dn.x.l排气管：, i'4M vd=np 兀op10-2)选用DN50=0.138m选用DN15010-3)代入数据有：d=」440.0923x0.087二0.030mnp3.14x11选用DN50f在分管中的流量M=2x0.0923=0.0462kg/sr=0.0216m10-4)选用DN50代入数据有：d'二:4%0.0462x0.27二o.o35m 选用DN50处\1 3.14x13由于采用直接空冷式蒸发器，所以不用计算管径。肋片间距由蒸发器型号决定。11、其它辅助设备的选择计算11.1、膨胀阀的选择由于该制冷系统属于小型氨制冷系统，毛细管做节流阀。根据经验选毛细管选用1.2mm内径，长为0.6m无缝钢管，电磁阀选用DC80型。11.2、贮液器的选择计算贮液器的容积按制冷剂循环量进行计算，但最大贮存量应不超过每小时制冷剂总循环量的1/3~1/2。同时，应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，鼓其贮存量一般不超过整个容积的70%~80%。圧=（1〜£竺兰史兀00贮液器的容积按下列公式代入数值计算： （11-1）V=0.4V=0.4x0.0923x1.7x0.001075x3600=0.3m选用配套的ZA—0.5B可知其容积为：0.5胸''>0.3喘21满足要求。11.3、油氨分离器的选择计算油分离器筒体直径：(11—2)'4qXV(11—2)D>'v2兀V①V1兀x0.27x3600代入数值计算有：D-4x3996x0.3x0.087二370mm兀x0.27x3