300KW螺杆式水冷冷水机组设计

本科毕业设计(论文) 专业班级完成时间I组是目前应用最为广泛的制冷机组之一。本文设计的是制冷量为300KW的水冷机组。其中制冷剂为R22,系统制冷量为300KW,冷凝温度40℃,蒸发温度2℃,过冷度3℃,过热度9℃,冷却水进水温度30℃,出口温度35℃,冷冻水进水温度12℃,出水温度7℃。本设计主要部件选用的是汉钟半封闭螺杆双压缩机、卧式壳管式冷凝器(外形尺寸为2780mm×600mm×708mm,传热面积为57.546m²)、干式蒸发器(外形尺寸为2800mm×600mm×592mm,传热面积为17.64m²)和热力膨胀阀。除此以Itisoneofthewidelyusedchcondenserwiththeshapedimensionof2780mm×600mm×708mmandtheheattransferareaof57.546m²,dry-typeevaporatorwiththeshapedimensionof2800mm×600mm×592mmandtheheattransferareaof17.64m²andthethermalexpansionvalvearechosenasmaincocompressor,heatanalysis,thechoiceoftheselectKEYWORDSwaterchiller,shellandtubecondenser,dryevaporatorco中文摘要 I英文摘要 1 11.2国内外发展状况 11.3存在的问题及发展前景 32设计说明 2.1设计的要求与数据 52.2本设计的研究内容 62.3设计参数的确定 6 6 6 73制冷剂的选择 73.1螺杆式制冷机组常用的制冷剂 73.2制冷剂热力学性质的要求 3.3制冷剂物理化学性质的要求 4热力计算 5压缩机的分类与选择 5.1压缩机的分类 5.2压缩机的计算与选择 6壳管式冷凝器的设计计算 300KW螺杆型水冷冷水机组6.1传热管的选择及计算 6.2结构设计计算 6.2.1管板 6.2.2分程隔板 307.1蒸发器的概述 30 368.1节流阀的分类和选型 368.1.1节流阀的分类 8.1.2热力膨胀阀的选择 8.2油分离器的选型 388.3干燥过滤器的选型 39 408.5视液镜的选型 40 9.1制冷剂充注量的组成 9.1.1冷凝器充液量的计算 9.1.2蒸发器充液量的计算 429.1.3液管充液量的计算 43 43 45 46 471随着改革开放的逐步深入，工农业生产日益飞速发展以及人民群众生活水平的不断提高，越来越多的水冷冷水机组被广泛应用于工业与民用空调建筑空调工程，如宾馆、饭店、商店、餐馆、高级住宅、游乐场等场所的降温除湿空调技术要求；以及在工业领域中为工艺流程和设备冷却提供低温循环水等。其中螺杆式冷水机组以其对变工况运行有较好的适应性，对气体带液运行部敏感，转速高、体积小、重量轻，动力平衡型好，零部件少，尤其易损件少，运行寿命长，可靠性高，排气温度低，容积效率高，操作简便，易于实现自动化等特点，在中等冷量范围内得到广泛应用[1]。螺杆式冷水机组以其特有的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。资料显示，在空调领域，螺杆式冷水机组在中央空调系统主机中所占的份额逐年上升，而活塞式、溴化锂式等空调主机所占份额则逐年下降。一方面，螺杆式冷水机组牢固地占据着中小型中央空调系统主机的主导地位，另一方面。它逐步蚕食着大型中央空调系统中离心式压缩机的份额。空调用螺杆式压缩机的市场潜力巨大，是单台制冷量100—3000KW空调系统中的最佳机型2。螺杆式冷水机组的冷冻出水温度范围为3℃~20℃,可广泛应用于塑胶，电镀，电子，化工，制药，印刷，食品加工等各种工业冷冻过程需使用冷冻水的领域，或大型商场，酒店，工厂，医院等各种中央空调工程中需使用冷冻水集中供冷的领域。近年来，日本和中国的离心式冷水机组市场长很快，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。有两种方法解决无油的离心式冷机组：一种是开发磁悬浮轴承系统，另一种2是用体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。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。近年中国冷水机组市场的发展具有下列特点：(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”以促进和规定冰蓄冰技术的发展。(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3随着经济的发展，人类对能源的需求越来越大，对环境的破坏也越来越严重。我国是世界上人口最多的国家，为了使我国的经济实现持续、健康地发必须采取“可持续发展战略”,切实注意环境保护和节约能源。近年来人们的居住条件有了很大的改善，家用空调的使用日益普及，水冷式集中空调系统也包括室内和室外环境，提出了更高的要求，因此环保型空调的发展是空调发展水冷式制冷机在制冷效果和能耗上，比起风冷式制冷机具有绝对的优势，三是风冷式空调器冷凝器散发的热量，没能再利用，白白地被浪费掉，吹出的热气，还影响周围环境；另一方面，家庭用热水时(如洗澡，洗衣服)又需然而任何事物都有其两面性，要发展家用水冷式空调器必须考虑以下几个4随着安装、装修业的迅速发展，水管安装已不成什么问题，软硬管都可以使用，即使有碍美观的地方靠装修也能弥补。同时水冷式空调冷凝器不需对外散热，可将室外机(压缩机和冷凝器)改善在洗手间，这样空调器产生的热水方便地流入热水器的蓄水箱，蓄水箱满了之后，多余的水又可接入马水桶，或进入下水道，充分利用了水资源。由于水中带有各种杂质，空调器长久使用后，冷凝器外壁上会结上一层水垢，从而会影响交换效果，必须：(1)拆卸先回收制冷剂，后切断电源，卸下室外机组上的电源线和控制线后，按步骤拆卸室外机组和连接铜管。(2)重新安装调试确定室内外机组的安装位置，配备与空调器电源相符的电表、插座和闸刀，机组的安装固定。水冷式集中空调系统存在的不足和解决措施：1)运行费用高而且存在收费问题住宅小区中，各住户居民的生活和工作规律不尽相同，有的家庭白天没人，不开空调，有的家庭有老人、孩子，白天仍要使用空调，为了满足他们的需求，必须全天开机运行，这样造成空调系统冷水机组的部分负荷运行时间长，系统的运行费用较高。现在有不少的水冷式集中空调系统，用户的计费很多是将系统的总运行费平摊到用户身上，这种计费方法没有考虑用户在使用空调上的差异，使得在负担空调系统的费用上很不公平。如果公平计费，须安装计量装置。如果定流量系统还应该分时计费，因为定流量系统在低负荷阶段效率低、能耗高，冷冻机在低负荷阶段也是效率低，因此低负荷阶段的用户应交较高费用才公平。这样就造成系统投资的进一步加大。调查结果显示山东某地的一住宅，集中空调收费最低按20元/m²收取，这样60m²空调面积的住宅每年要花费1200元用于房间制冷。如果这个住宅使用家用空调器，每年的花费不超过500元。2)初投资大水冷式集中空调系统要求集中机房、设备和管道，而这些设备和配套设施的采购和施工费用较高，平摊到用户身上，使得购买住宅的费用增加，这也是水冷式集中空调难以走人家庭的一个重要因素。5由于水冷式集中空调系统规模庞大，设备复杂，因此日常维护十分重要，总之，家用水冷式空调器具有的明显优势，是发展环保型家庭制冷中心的计算工况：选用半封闭螺杆式压缩机1台，制冷剂R22,制冷量300KW,冷却水的进水温度30℃,冷却水出水温度35℃,冷水进水温度12℃,冷水出水6温度7℃。1、熟悉冷水机组的工作原理。2、根据冷水机组的要求，选择合适的压缩机型式。3、选用适合的蒸发器、冷凝器型式，进行冷凝器和蒸发器的热力计算以及管道阻力计算。4、选用合适的辅助设备。制冷量300kW,冷水进水温度12℃,冷水出水温度7℃;冷却水进水温度(1)螺杆式压缩机1台螺杆式压缩机因其较高的可靠性和效率使之在中等制冷量范围内的制冷空调中得到普遍应用，本文设计的水冷机组的制冷量为300KW,属于中等制冷量范围，所以螺杆式压缩机不失为较好的选择，本设计选用1台。(2)干式蒸发器系统制冷量为300KW,制冷量相对较大，选用干式蒸发器较为合适。(3)壳管式冷凝器系统制冷量为300KW,制冷量相对较大，选用管壳式冷凝器较为合适。7对于干式蒸发器，冷水出口温度与蒸发温度之差，一般取2～5℃,现取5℃,在卧式壳管式冷凝器中，冷却水出水温度与冷凝温度之差，一般取3~5℃,本设计取5℃,则：冷凝温度：3制冷剂的选择螺杆式制冷压缩机是容积式压缩机，又是回转式压缩机。在高温、中温领域都常用，可采用的制冷剂也有多种，如R12、R22、R134a、R404A、R407、R7178氨是一种ODP和GWP均为0的天然制冷剂，沸点-33.4℃,凝固点-77.7℃。氨是应用较广泛的中温制冷剂，有较好的热力性质和热物理性质。在常温和普通低温的范围内压力适中，单位容积制冷量大、粘度小、流动阻力小、传热性氨的吸水性强，能以任意比例与水溶解，形成弱碱性的氨水溶液，水一般不会从溶液中析出而冻结成冰，所以氨系统中不必设立干燥器。但水的存在会导致制冷系统的蒸发温度的提高、制冷能力的下降和对金属材料的腐蚀。因此氨制冷剂的汗水质量分数要求不超过0.12%。氨几乎不溶于矿物油。因此，氨制冷系统的管道和换热器的传热面上会积油膜影响传热。氨液的密度比油小，在储液器和蒸发器的下部会沉积油，应定期放氨的缺点是毒性很大，对人的器官有强烈的刺激作用。当氨蒸气在空气中体积分数达到0.5~0.6%时，人在其中停留约半小时就会中毒；当氨蒸汽在空气中的体积分数达到11~14%时即可点燃(黄色火焰),若达到16~15%时引起爆炸。近年来，扩大氨制冷机的使用范围的呼声很高。为了在冷冻和空调领域使用简化了系统的油分离器和集油器，可采用干式蒸发器，以减少充灌量。在欧洲，氨已经用在某些空调系统中，也有氨制冷剂用在商品陈列柜的制冷系统中。另外，氨制冷剂还可使用于直接蒸发的室内滑冰场。检查氨泄漏的方法有两种：一种是根据氨的刺激性臭味来判断泄漏；另一种是用试纸，若有泄漏，会使酚酞试纸变成玫瑰红色，或使石蕊试纸变成蓝色。R22是一种中温制冷剂，它的沸点是-40.8℃,常温下冷凝能力和氨相近，单位容积制冷量也差不多，在中温和低温饱和压力较高，因此在较低温度下R22水在R22中溶解度很小，而且随着温度的降低，水的溶解度越小。当R229R12相似。其毒性类似R12,对臭氧层没有破坏作用，温室效应比R22小，是为制冷剂的制冷机改用R134a后，其制冷量和能效合R134a的润滑油、干燥过滤器等。国际上对R134a进行研究，认为R134a是值得指出的是：R134a的GWP是1600,仍比较大，制冷界也有人认为R134a不R404A是有R125、R134a和R143a三种工质按44%、52%、和4%的质量分R407C是由R32、R125和R134a三种工质按23%、25%、和52%的质量成分混合而成的。标准压力下泡点温度为-43.8℃,相变温度滑移为7.1℃。该制冷剂的ODP为0,GWP为1980。美国杜邦公司和英国ICI公司该产品的商品名分别为SUVAAC9000和KLEA66。R407C的热力性质与R22最为相似。它们的工作压力范围、制冷量都十分相似。原有R22机器设备改用R407C后，需要更R410A是由R32和R125两种工质按50%和50%的质量分数混合而成，属于HFCs制冷剂。联合信后公司的商品名为AZ20。R410A在标准压力下，泡点温度为-51.6℃,相变温度滑移小于0.2℃,属于共沸混合物，热力学性能十分接近单工质。同R22相比，R410A的冷凝压力增大近50%,是一种高压制冷剂，需要提高系统耐压强度。由于R410A的高压、高密度，使得允许制冷剂管径减使其具有明显高于R22的传输特性。该制冷剂的ODP为0,GWP为2340。(1)在工作温度范围内有合适的压力和压力比，即希望蒸发压力不低于大的性质或加剧对设备材料的腐蚀或引起其他一些不良后果(如燃烧、爆炸等);(2)通常希望单位制冷量q。和单位容积制冷量q比较大。因为对于总制冷尺寸过小会带来制造上的困难，因此必须采用q。和q,稍小的制冷剂。(3)比功w和单位容积压缩功w,小，循环效率高。(4)等熵压缩的终了温度t₂不太高，以避免润滑条件恶化(润滑油粘性下降、结焦)或制冷剂自身在高温下分解[5]。(1)无毒、不燃烧、不爆炸、使用安全。(2)化学稳定性和热稳定性好，制冷剂要经得起蒸发和冷凝的循环变化，使用中不变质，不与润滑油反应，不腐蚀制冷机构件，在压缩终了的高温下不分(3)对大气环境无破坏作用，即不破坏大气臭氧层，没有温室效应。综上所诉，本设计选用R22制冷剂进行热力计算。4热力计算制冷剂：R22,制冷量Qo=300kW;蒸发温度t=40℃,蒸发温度to=2℃;蒸发器过热度9℃,冷凝器过热度3℃。热力计算如下6:1)循环为实际循环，应用简化的实际循环进行分析；2)作出循环在lgP-h图上的表示；h图4.1制冷循环压焓图3)查R22的饱和液体与饱和蒸气表、过热蒸气表，找出各点的参数，如表4-1所示：状态点温度比体积12123452表4-1各状态点参数表4)特性参数：单位制冷量qo=h₁-h₅=405.64-245单位容积制冷量单位理论功wo=h-h₁=439.95-412.34=2单位指示功w;=h₂-h₁=446.86-412.34=3单位冷凝负荷qk=h₂-h₄=446.86-245制冷剂循环流量冷凝器热负荷压缩机理论功率Po=qm×w₀=1.876×27.6压缩机指示功率压缩机轴功率压缩机输入电功率理论制冷系数卡诺循环制冷系数实际制冷系数热力完善度能效比5压缩机的分类与选择压缩机可以分为两大类：速度型和容积型。速度型的又包括往复式和回转式，其中回转式的有滚动转子式制冷压缩机、涡旋式制冷压缩机、螺杆式制冷压缩机和滑片式制冷压缩机，而速度型的只有离心式制冷压缩机。对于螺杆式压缩机又螺杆压缩机在制冷系统中起着将蒸发器出来的低温低压的制冷剂气体，变成高温高压气体的作用，是制冷系统的心脏部件。和活塞压缩机一样，螺杆压缩机属于容积式压缩机，主要由机壳、螺杆转子、轴承能、量调节装置等组成。螺杆压缩机具有结构简单、工作可靠、效率高和调节方便等优点，70年代以来，在制冷空调领域取得越来越广泛的运用。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)开启式螺杆式压缩机开启式螺杆式压缩机的优点17:1.螺杆转子压缩气体的运动为旋转运动，转子转速可以得到提高，因此当运动中无往复惯性力，对地面基础要求不高。2.机器结构简单，其零件数仅为往复式压缩机十分之一，而且易损件少，尤其是它无吸排气阀，无膨胀过程，单级压力比大，对液击不明感。3.能适应广阔的工况运转范围，尤其是用于热泵机组上，其容积效率并不像往复式压缩机那样有明显的下降。4.输气量能无级调节，并且在82%以上的容量范围内，功率与输气量成正比下降。开启式螺杆式压缩机的缺点：噪声大、制冷剂较易泄露、油路系统复杂(2)半封闭式螺杆式压缩机由于螺杆式压缩机在小容量机型中也能获得高的热力性能，并且又能适应苛刻的工况变化，在冷凝压力和排气温度很高的工况下也能可靠的运行，因此，很快向往复式所占据的半封闭式领域发展。半封闭式螺杆式压缩机的额定功率一般在10-100kW之间。同全封闭式一样阳转子与电动机共用一根轴，可保持阴阳转子轴心稳定，从而能减少转子啮合间隙，减少泄露，同时使用润滑油量也减少，对于易溶解于油的氟利昂机器能提高容积效率。(3)全封闭式螺杆式压缩机寿命长等优点。润滑系统改用排气压差供油，省去了液压泵。压缩机内置电动机由排气冷却，不设置专门的油分离器。(4)单螺杆式制冷压缩机组单螺杆式制冷压缩机又称蜗杆式压缩机，由于结构简单、零部件减少、重量轻、效率高、振动小和噪声低等优点，开始用于空压机。目前单螺杆式制冷压缩机有开启式和半封闭式两种，电动机匹配功率为20-1000kW.单螺杆式制冷压缩机及机组的特点：1.螺杆转子齿数与相匹配的星轮齿片数之比一般为6:11,这样减少了排气脉动，从而使排气平稳，加上左右两个星轮，造成交替啮合，有效的排除了正弦波，与双螺杆式制冷压缩机相比，降低了噪声和气体通过管道系统传递的振动。2.单螺杆式制冷压缩机具有一个转子和左右对称布置的两个星轮，这样几3.星轮齿片与转子齿槽相互啮合，不受压力引起的传递动力作用，因此齿片可用密封性和润滑性好的树脂材料。4.螺杆转子旋转一周可完成两次压缩过程，压缩速度快，泄漏时间短，有利于提高容积效率。5.机组结构简单，省去了油分离器、液压泵和油冷却器，装置结构紧凑简6.经济器系统，单螺杆式制冷压缩机具有双螺杆式制冷压缩机结构特点，在压缩过程中能进行中间补气，所以也能设置经济器系统，增大制冷量，提高性压缩比压缩机实际输气量V=qm×v₁=1.876×0.04634=0.087压缩机理论输气量针对本设计课题，准备采用汉钟半封闭式螺杆型压缩机机，具体参数如下：压缩机的选择：半封闭式螺杆压缩机压缩机的型号：R370W-CR理论排气量：403m³/hr制冷量：363KW压缩机外形图如图6-1所示：6壳管式冷凝器的设计计算钢板卷制焊接(或直接采用无缝钢管)而成。卧式壳管式冷凝器，采用铜管和铜/mm×mmφ412345径d,=12.4mm,翅节距s,=1.2mm,a,=πd,=3.14×0.0104=0.0ar=a+af+a=0.0158+0.097(2)估算传热管总长(3)确定每流程管数Z、有效单管长1、及流程数N度32.5℃时水的密度p=994.93kg/m³,比定压热容Cp=4179J/(kg·k),取冷却水流速w=2.5m/s,则每流程管数取整数Z=86根。根对流程数N、总根数NZ、有效单管长1、壳体内径Di及长径比1/D;进行组合计算，组合计算结果如表6-2所示。d₀一管外径，单位m。系数1.15~1.25的取法：当壳体内管子基本布满不留空间时取下限，当壳体总根数NZ长径比l/D246查看文献表，由d₀=16mm查得：换热管中心距s=22mm,分程隔板槽两参看文献，长径比l/D,一般在6～8范围内较为适宜，长径比大则流程数少，便于端盖的加工制造。当冷凝器与半封闭式活塞式制冷压缩机组成机组时应适当考虑压缩机的尺寸而选取更为合适的冷凝器的长径比。据此，本设计选取2流程方案作为结构设计依据。(4)传热管的布置排列及主体结构通过AutoCAD布管排列，如图6-1,通过比较，2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℃,故正三角形排管为使传热管排列有序及左右对称，共布置NZ=184根管，则每流程平均管数Z=92根，管内平均水速：取传热管有效单管长l=2.25m,则实际布置管外冷凝传热面积：传热管按正三角形排列，管板上相邻管孔中心距为21.5mm,管数最多的一排管不在壳体中心线上。考虑最靠近壳体的传热管与壳体的距离不小于5mm,则所需最小壳体内径为371mm,根据无缝钢管规格，选用φ402×12mm的无缝钢管作为壳体材料。冷凝器采用管板外径与壳体外径相同的主体结构型式，管排布置及管板尺寸能够保证在管板周边上均匀布置6个螺钉孔(M10)以装配端盖，且能避免端盖内侧装配孔周边的密封面不至掩盖管孔，同时，壳体内部留有一定空间起贮液作用。从整体看，冷凝器的整体结构尺寸能够满足压缩冷凝机组的装配要求和限制。(5)传热计算及所需传热面积确定水侧表面传热系数计算：从水物性表及表3-12知，水在平均温度tm=32.5℃时，运动粘度v=0.7685×10⁶m2/s,物性集合系数B=2147因为雷诺数,亦即水在管中的流动状态为湍流，则水侧表面传热系数R22侧冷凝器表面传热系数计算：根据管排布置，管排修正系数其中环翅当量高度增强系数300KW螺杆型水冷冷水机组查表得，R22在冷凝温度tk=40℃时，B=1447.1,R22侧冷凝表面传热系数为=0.725×1447.1×0.124°²⁵×1.384×0.7267×(t对数平均温差计算取冷却水侧污垢系数r=0.044m²℃/kW=0.000044m²℃/W,将有关各值代入计算热流密度q。(单位为W/m²)选取不同的θ。(单位为℃)进行试凑计算，计算结果列于表6-3中。第一式qo(W/m²)第二式qo(W/m²)当θ₀=2.94℃时，两式q。误差已很小计算实际所需传热面积初步结构设计中实际布置冷凝传热面积为57.546m²,较传热计算所需传热面积大8.27%,可作为冷凝传热面积的富裕量，初步结构设计所布置的冷凝传热面积能满足负荷传热要求。(6)冷却水侧阻力计算[11]计算冷却水侧阻力，其中，阻力系数冷却水侧阻力式中I,——左右两管板外侧端面间的距离，取每块管板厚度为35mm,(7)连接管管径计算冷却水进出口连接管取冷却水在进出水接管中的流速w=2.8m/s,则进出水接管管内径根据无缝钢管规格，选取φ100mm×6mm无缝钢管为进出水接管。制冷剂连接管由原始数据查R22的1gp-h图得，冷凝器进口处凝器出口v₄=0.89×10³m³/kg,制冷剂的质量流量已求qm=1.876kg/s。qw=qmv₄=1.876×0.89×10³=蒸气的体积流量：qv₂=qmV₂=1.876×18.55×10-³=3出液接管的内径(选液体流速为w=2.5m/s)冷液体的圆整后，取无缝钢管φ42mm×6mm。进气接管内径(选蒸气流速为a₂=10m/s)圆整后，取无缝钢管Φ68mm×6mm。管板是管壳式换热器的一个重要元件，它除了与管子和壳体等连接外，还是换热器中的一个主要受压元件。对于管板的设计，除满足强度要求外，同时应合(1)管板结构下图为固定式管板式换热器兼作法兰的管板，管板与法兰连接的密封面为凸图6-2为碳钢、低合金钢和不锈钢制整体管板，碳钢、低合金钢管板的隔板槽宽度为12mm,不锈钢管板为11mm,槽深一般不小于4mm。图6-3为堆焊不锈钢管板，堆焊管板应先堆焊，然后钻管孔。堆焊不锈钢，推荐采用带级堆焊。(2)管板最小厚度管板选用直接焊于外壳上并延伸到壳体周围之外兼作法兰，管板与传热管的连接方式采用胀接法。根据文献[1]表3-8,换热管外径为16mm时，管板最小厚度不小于13mm,根据文献[5]表6-6,查得与管子连接方式有关的系数f=1.15,与管板兼做法兰有关的系数f₂=1.30,计算得t=f·f₂·(17+0.0083D)=1.15×1.30×(17+0.0083×402)实际可取t=35mm.管孔直径dp,根据文献[1]表3-5得：换热管外径do:16mm管板管孔径dp:16.2mm允许偏差°1允许偏差-0.1分程隔板的最小厚度应不小于表6-4的规定。表6-4分程隔板最小厚度碳素钢及低合金钢8高合金钢68本设计取分程隔板厚度10mm。图6-4分程隔板示意图6.2.3拉杆与定距管(1)拉杆孔拉杆与管板焊接连接的拉杆孔结构见图6-7(a),拉杆孔深度l,等于拉杆孔d₁——拉杆孔直径，mm。(a)焊接连接的拉杆孔(b(2)栏杆的结构型式拉杆常用的结构型式有两种：见图6-8。b)拉杆与折流板点焊结构，适用于换热管外径小于或等于14mm的管束，(a)拉杆定距管结构(b)点焊结构(3)拉杆的直径和数量拉杆的直径和数量按表6-5和表6-6选用。拉杆直径d,拉杆直径46448446由于换热管外径为16mm,壳体公称直径400mm,所以选取直径为12mm的拉杆，其数量为4根。(4)拉杆的尺寸拉杆的连接尺寸按图6-9和表6-7确定。拉杆的长度L按需要确定。B(5)拉杆的布置7干式蒸发器的设计及计算蒸发器按其冷却的介质的不同分为冷却液体载冷剂的蒸发器和冷却空气的蒸发器。根据供液方式的不同，有满液式、干式、循环式和喷淋等5]。(1)壳管式满液式蒸发器满液式蒸发器按其结构分为壳管式、直管式、螺旋管式等几种形式。他们的共同特点是在蒸发器内充满了液态制冷剂，运行中吸热蒸发产生的制冷剂蒸气不断从液体中分离出来。由于制冷剂与传热面充分接触，具有较大的传热系数。但不足之处是制冷剂充注量大，液柱静压会给蒸发温度造成不良影响。壳管式满液式蒸发器一般为卧式。制冷剂在壳内管外蒸发；载冷剂在管内流动，一般为多流程式。载冷剂的进出口设置在端盖上，取下进上出走向。制冷剂液体从壳体底部或下侧面进入壳内，蒸气由上部引出后返回到压缩机。壳内制冷剂始终保持约为壳径70%～80%的液面高度。为防止液滴被抽回压缩机而产生“液击”,一般在壳体上方留出一定的空间，或壳体上焊制一个气包，以便对蒸发器中出来的制冷剂蒸气进行气液分离。对于氨用壳管式蒸发器，还在壳体下部专门设置集污包，便于由此排出油及沉积物。采用壳管式蒸发器应注意以下问题：1)以水为载冷剂，其蒸发温度降低到0℃以下时，管内可能会结冰，严重时会导致传热管胀裂。2)低蒸发压力时，液体在壳体内的精液柱会使底部温度升高，传热温差减3)与润滑油互溶的制冷剂，使用满液式蒸发器存在着回油困难。4)制冷剂充注量较大。同时不适于机器在运动条件下工作，液面摇晃会导致压缩机冲缸事故。(2)干式蒸发器干式蒸发器是一种制冷剂液体在传热管内能够完全汽化的蒸发器。其传热管外侧的被冷却介质是载冷剂(水)或空气，制冷剂则在管内吸热蒸发，其填充量约为传热管内容积的20%～30%。增加制冷剂的质量流量，可增加制冷剂液干式蒸发器按其被冷却介质的不同分为冷却液体介质型和冷却空气介质型1)能保证进入制冷系统的润滑油顺利返回压缩机。2)所需要的制冷剂充注量较小，仅为同能力满液式蒸发器的1/3。3)用于冷却水时，即使蒸发温度达到0℃,也不会发生冻结事故。4)可采用热力膨胀阀供液，这比满液式蒸发器的浮球阀供液更加可靠。(1)初步规划本系统采用干式壳管式蒸发器，部分参数如表7-1所示。名称符号管距壳体内径N2总管数Z根根管长L块管板厚折流板厚5根下缺口处含管数根根根管外热流密度A₁=πd₀NZm(L-2δB)=3.14×0.016×2×84×(2.26-2有效传热面积=3.14×0.016×2×84×(2.26-2×0.035-20×0(2)计算管外水的换热系数折流板平均间距S为：横向流通面积A=S(d-n.d₀)=0.117×(0.39-14×0.016)横向流速折流板上下缺口面积A₁=K₁D²-0.25n,d2π=0.11956×0.39²-0.25×24×0.016²A,₂=K₂D²-0.25n₆₂d?π=0.11956×0.39²-0.25×24×0.016上下缺口面积的平均值纵向流速几何平均值u,=√uu=√0.75×1.07=0.90(m冷冻水平均温度根据平均水温度查出该温度下水的物性参数：雷诺数管外冷冻水侧传热系数(3)管内沸腾表面传热系数计算假设按管内侧传热表面A;计算的热流密度q>4000W/m²(该假设将在后面检验),则管内沸腾传热系数：其中，a是与制冷剂性质及蒸发温度有关的系数，查表得a取2.332×10~²。因则(4)计算阻力及传热温差制冷剂饱和蒸气流速为：饱和蒸气的雷诺数为：摩擦阻力系数为：可按表7-2选取。选取ε=0.92,则：试验表明，沿程阻力为总阻力的20%-50%,总阻力可写为：△p;=(2-5)△p,在本(5)计算热流密度及传热系数(6)面积热流量及传热面积A,的计算：或用试凑法进行方程的求解，得q:=4356W/qro=3.98=4356W.9n8=/WIm3368.1.1节流阀的分类(1)手动节流阀手动节流阀是所有膨胀阀的原型和基础，通常用于试验用制冷装置、作为其他节流机构的备用件、制冷装置定型实验等。(2)浮球阀浮球阀是利用液位控制通断和流量的节流机构，适用于设置具有自由液面容器的系统，如设有满液式蒸发器、中间冷却器、高压储液器等容器的系统。(3)热力膨胀阀热力膨胀阀是利用蒸发器出口处制冷剂的过热度来控制通断和流量的节流机构，适用于各种系统。(4)热电膨胀阀热电膨胀阀是利用蒸发器出口处制冷剂过热度来控制通断和流量，适用于各种系统。(5)电子膨胀阀电子膨胀阀有电磁式和电动式两类，利用蒸发器出口处制冷剂过热度来控制通断和流量，需与单片机控制系统配套，适用于各种系统。因为该低温液体冷却器为小型制冷设备，综合考虑产品体积，生产成本和设计要求等要素，本设计中选用热力膨胀阀。并且由于该装置的蒸发器管组长度较长，从进口到出口存在着较大的压降，故选用外平衡式的热力膨胀阀。热力膨胀阀的制冷量应与压缩机的制冷量相匹配。如热力膨胀阀的制冷量较压缩机的制冷量小的多，会造成工作时热力膨胀阀始终全开，但制冷剂流量仍小于系统设计流量，系统的自平衡特性会使冷凝压力上升，蒸发压力下降，在新的条件下达到新的平衡，其结果是制冷量与性能系数均下降。如热力膨胀阀的制冷量较压缩机的制冷量大的多，会造成工作后制冷剂流量过大，蒸发器出口处制冷剂过热度过小或没有过热度，导致阀门关闭且存在液击的可能。一般来说，在实际工作工况下，热力膨胀阀制冷量应是压缩机制冷量的1.05～1.25倍。故本设计选用丹弗斯TEX55-85型号外平衡式热力膨胀阀，其外形尺寸和主要的性能参数如下所示：进口尺寸：28mm出口尺寸：35mm接管形式：喇叭口螺纹连接。其外形图如图8-1所示：螺杆式制冷压缩机由于喷入比较多的润滑油，从压缩机排气口排出的制冷剂蒸气中会混有油。油分离器安装在压缩机排气侧冷凝器之前，分离制冷剂中所携带的润滑油。压缩机的排气带有较多的润滑油，如果不把它从制冷剂气体中分离出来，润滑油将会被带到各个换热器中，并在换热器的壁面上形成一层油膜，这样就大大降低了传热效果和制冷效率。通常使用的油分离器有洗涤式，离心式，填料式和过滤式四种。其中填料式油分离器结构简单，工作可靠，广泛应用于大中型螺杆式制冷机组中。本设计采用的油分离器选用的是比泽尔OA1954,有关数据如图8-2所示。XXCR0487CR048171工8露露LLLHLL1气液分离器的作用是将气体和液滴分离，它安装在蒸发器和压缩机回气管之间，使部分不完全蒸发的液体制冷剂分离出来，阻止它进入压缩机，防止压缩机产生湿冲程。气液分离器有两种，一种用于分配氨液，同时用于分离由蒸发器来的低压蒸汽中的液滴。这种气液分离器一般用于大、中型氨制冷装置。另外一种气液分离器只用于分离蒸发器所排出的低压蒸汽中的液滴。该设计选用艾默生AS-62513型号的气液分离器。视液镜是制冷系统中的一个辅助的设备，虽然视液镜不会直接作用于制冷系统中，但是通过它却可以清楚的知道制冷剂在系统中的状况，从而可以提前知道制冷剂和制冷系统是否有问题。本设计选用丹弗斯公司生产的型号为SGN22的视液镜。9制冷剂充注量的计算查看文献，可以得到制冷剂的充注量：按照表9-1中的要求和式(9-1)计算。设备充注量(kg)壳管式冷凝器回热器300KW螺杆型水冷冷水机组液体管道吸气管道9.1.1冷凝器充液量的计算其中：N₁——冷凝器换热管根数，N₁=184根N₂——冷凝器拉杆根数，N₂=4根9.1.2蒸发器充液量的计算筒体内换热管容积为：其中：N₁——蒸发器的换热管根数，N₁=168根所以蒸发器充液量为：已取液管长度为4m,液管的内径为d=42mm。液管的总容积：即，液管的充灌量为：已取吸气管长度为6m,吸气管的内径d=112mm。吸气管的总容积：即，吸气管的充灌量为：已取排气长度管为4m,排气管的内径d=102mm。排气管的总容积：即，排气管的充灌量为：度下的比容来计算。比容为v=0