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4制冷系统热力计算…………………55制冷压缩机型号及台数……………65.1压缩机形式的选择……………65.2压缩机台数的选择……………75.3压缩机级数的选择……………75.4电机的选择……………………76.13冷凝器的类型………………127蒸发器的选择计算…………………127.1蒸发器的预选…………………127.2蒸发温度与传热温差的确定…………………127.3换热面积的计算………………127.4蒸发器风量的确定……………127.5风机的选择……………………129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℃。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℃/30℃。南京市空调设计干球温度为35.2℃,湿球温度为28℃。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27/30℃。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:7℃/12℃,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℃/30℃。4南京市空调设计干球温度为35.2℃,湿球温度为28℃。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(℃Ct︒=28s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:tttsss∆+=1(3-1式中——冷却水进冷凝器温度(℃;3——当地夏季室外平均每年不保证50h的湿球温度(℃;——安全值,对于机械通风冷却塔,=2~4℃。则代入数据有冷却水进水温度:313281=+=ts℃冷却水出冷凝器的温度(℃按下式确定:选用卧式壳管式冷凝器=+(2~4(3-2代入上面算出的数据有:=31+3=34℃(注意:通常不超过35℃,系统以水为冷却介质,其传热温差取4~6℃。则冷凝温度为若系统以水为载冷剂,其传热温差为℃,42+=ttsc(3-3式中——冷凝温度(℃。代入数据有冷凝温度:则蒸发温度为ttte∆-='(3-4对于本设计系统,=2℃,因此不采用液体过冷,即=0℃。式中——载冷剂的温度(℃。一般对于冷却淡水和盐水的蒸发器,其传热温差取=5℃。的确定压缩机吸气口温度的确定通常=+(3-5式中对于一般氨压缩机,=℃。代入数据有过热温度:=℃。根据题意绘制的p-h图,并查表求得各状态参数:图3-1查有关资料:确定压力:Pe=436.34kPa,Pc=1472.4kPa比容:=ν10.27kgm3,=ν20.087m3焓值:=h11459kgKJ,=h21660kgKJ,=h3=h4380kgKJ。454制冷系统热力计算1单位质量制冷量的计算410hhq-=(4-1代入数据有:0q=(1459-380kgKJ=1079kgKJ2单位冷凝负荷qk的计算hhq32k-=(4-2代入数据有:1280380-1660k==qkgKJ3单位理论压缩功ωc的计算hhw12c-=(4-3代入数据有:2011459-1660c==wkgKJ4单位容积制冷量的计算vqq1v=(4-4代入数据有:==27.01079vq3996m35制冷剂质量流量Mr的计算QMr0=(4-5代入数据有:0923.01079100==Mrskg6压缩机吸入制冷剂蒸汽的体积流量Vr的计算vqQr0V=(4-66代入数据有:025.03996100V==r3m7冷凝器热负荷φk的计算qkr⨯=Mkφ(4-7=⨯=φ8压缩机所需的理论耗功率pth的计算cMrpω⨯=th(4-8代入数据有:kwp552.182010923.0th=⨯=9制冷系数εth的计算ththp0φε=(4-9代入数据有:39.5552.18100==thε10逆卡诺循环制冷系数εc的计算:kckcTTT-=ε(4-10代入数据有:64.7275-311275==cε11制冷系数ηR的计算ηcthR=(4-11代入数据有:71.064.739.5R==η5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。75.2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:gQQ00m=(5-1式中——压缩机台数(台;——每台压缩机设计工况下的制冷量(。代入数据有:73.0137100m==(台因此,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,当时,应采用单级压缩机;当时,则应采用两级压缩机。所以,对于本设计制冷系统中,37.334.4364.1472ecp==<8,因此,本设计制冷系统采用单级压缩。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。1.118k=φ(KW式中φk—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,fλ=58.2w/(m·k,肋管外径0d=15.43mm,内径id=13.15mm,肋片外径fd=17.8mm,肋片厚度tδ=0.232mm,0δ=0.354mm,平均肋厚fδ=0.3mm,肋片的节距e=1.029mm。6.4计算肋管特性参数(以1米长肋管计算肋管水平部分的面积:([]ededtf1000A00pδπδπ+-=(6-1依次代入数据有:pA=44×3-10㎡肋管垂直部分面积:eddf12(A202f-=π(6-2依次代入数据有:fA=119×3-10㎡肋管总外表面积:A=pA+fA(6-3依次代入数据有:A=163×3-10㎡肋化系数:15.3=AAi=τ肋片的当量高度:ffddd(4H202e-=π(6-4依次代入数据有:eH=3.5×3-10m基管平均表面积:A=(20idd+π(6-5依次代入数据有:A=44.9×3-10㎡所以:fA/A=0.73;pA/A=0.27:A/A=3.66.5计算平均传热温差tscscss2112mln---=∆(6-6代入数据有:=∆tm=-3438ln31-345.36℃6.6冷却水流量查水在5.36℃的物性参数:pC=4.2kkgkJ⋅=wM1000pk⨯∆⨯tcmφ(6-7代入数据有:=⨯⨯⨯=100036.52.410001.118wM5.25skg6.7概算所需传热面积假设热流密度ψ=5500w/㎡,则mk2c21/A==='ψφ6.8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vdMiwρ24m=(6-8代入数据有:m=14.4取m=15,这样管束总长等于AmnlAc'=(6-9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2.08.02s1s2.08.02t221430(iiwdvtdv+⨯+==βα(6-10代入数据有=wα1.129×410w/㎡·k6.10计算制冷剂测得冷凝换热系数6.10,1求水平光管管外冷凝换热系数由于ct=38C,查物性表可得:导热系数:λ=0.44w/(m·k,密度:ρ=582.7kg/3m,定压比热容:pC=4.89kj/(kg·k,粘度:μ=1.282×4-10N·s/㎡,密度:γ=1094.8kj/kg所以312331g⎥⎦⎤⎢⎣⎡=μγρλβ(6-110c65.0⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯=dψβα(6-12代入数据有:=32m⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡='ffcδλα(6-12⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-=00lg805.012ddddlff(6-13代入数据有:m'=474-1m代入数据有:l=0.00124m代入数据有肋片效率:(lmlmth''=fη=0.8981(lm'=0.59,计算出(lm'th=0.5298肋片的修正系数fε=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+⎪⎪⎭⎫⎝⎛AAHdAAefp25.0075.0f3.1η(6-14代入数据有:fε=1.5fczfc∙∙∙⨯=αεαz(6-16代入数据有:(=⨯=∙-∙∙fcfcNαα167.05.0z6.02406.6w/(㎡·k6.11实际的热流密度(ψ'取污垢热阻⨯=8.0Rfou4-10(㎡·k/w,按公式111K-∙∙⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫⎝⎛+++⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=iwfoupoilzfccAARAARRαα(6-17其中:油膜热阻oilR取0.4×3-10㎡·k/w管壁热阻pR=2.86×5-10㎡·k/w代入数据有:cK=689.9w/(㎡·k所以,实际热流密度mctK∆⨯='ψ=3698w/㎡%,5%87.4%100-<=⨯''ψψ计算传热面积有效。6.12计算实际传热面积布置管束Ac=(mctK∆⨯/kφ(6-18代入数据有:Ac=31.9㎡保持上面确定的m=15,n=2,冷凝器的有效管长为:(mnAAlc=解得有效管长:l=6.52m6.13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7.1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。7.2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te比冷却空气的出口温度低6~8℃,就是说,平均传热温差'tm∆约为11~13℃,取12℃.以外肋表面为基准的热流密度约450~550mw.蒸发温度已知为te=2℃,有5℃过热度,热流密度K取35(KW∙m2.7.3换热面积的计算传热面积:'tQAmCK∆=(7-1代入数据有:22381235100000mAC=⨯=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=2502m7.4蒸发器风量的确定ρφ∆⋅=mPctcV0(7-2代入数据有:sVcm2102.1100==7.5风机的选择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36000h3m。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sg25.5KMw=。根据型号估计选用HL6-30型。8.2水泵的选型:水流量为82.18g25.53mKMGw===即:泵的流量为18.82m3/h。冷却水泵所需扬程Hp=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;管径长约300,比摩阻选200Pa/m则hf=300×200Pa=6mH2O局部阻力取0.5则hd=0.5×6=3mH2O冷凝器阻力约为hm=4mH2O冷却塔在机房房顶,房顶距地面3m则hs=3mH2O冷却塔喷嘴喷雾压力,约等于5mH2O。ho=5mH2O安全系数0ϕ取1.2总扬程plHH0ϕ=(8-2代入数据有:(OmHHl22.25534362.1=++++⨯=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:30mH2O,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kg/s0923.0r=M,1v=0.27kgm/3,2v=0.087kgm/3,排气管内制冷剂流速smp/11=ω,吸气管内流速sm/13x=ω,冷凝器内水流速sl/m3.1=ω,流量为skgMw/25.5=,蒸发器风smz/8.0=ω速,风量为skgMc/10=。由公式:nd=(10-1吸气水平管:xrnxvMdπω14=(10-2代入数据有:mdnx05.01314.327.00923.04=⨯⨯⨯=选用50DN吸气立管:查R717上升吸气立管最小负荷图得..0.138nxldm=选用150DN排气管:prnpvMdπω24=(10-3代入数据有:mdnp030.01114.3087.00923.04=⨯⨯⨯=选用50DN在分管中的流量skgMr/0462.00923.021=⨯='排气分管:prnpvMdπω24='(10-4代入数据有:mdnp0216.01114.3087.00462.04=⨯⨯⨯='选用50DN吸气分管:xrnxvMdπω14='(10-5代入数据有:mdnx035.01314.327.00462.04=⨯⨯⨯='选用50DN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%。贮液器的容积按下列公式代入数值计算:(11-1m33.0360075.0001.07.10923.04.0=⨯⨯⨯⨯=V选用配套的ZA—0.5B可知其容积为:0.5>0.3满足要求。11.3、油氨分离器的选择计算油分离器筒体直径:ωπλν124vD≥(11-2代