KW水冷工業(yè)冷卻機(jī)組畢業(yè)論文

1、鄭州輕工業(yè)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 20KW冷水工業(yè)冷卻機(jī)組學(xué)生姓名 黃 貴 端 專業(yè)班級(jí) 熱能06-2班 學(xué) 號(hào) 200602020214 院 （系） 機(jī)電工程學(xué)院 指導(dǎo)教師(職稱) 林陳建(工程師) 完成時(shí)間 2010年05月29日 目錄中文摘要I英文摘要II1緒論11.2冷水機(jī)組國內(nèi)外現(xiàn)狀12系統(tǒng)制冷劑及其工況的確定22.1系統(tǒng)制冷劑的選擇22.2系統(tǒng)工況的確定33系統(tǒng)壓縮機(jī)的選擇及循環(huán)熱力計(jì)算33.1設(shè)計(jì)系統(tǒng)的運(yùn)行條件33.2谷輪壓縮機(jī)的運(yùn)行工況53.3壓縮機(jī)制冷量的校正63.4循環(huán)熱力計(jì)算84冷凝器的設(shè)計(jì)計(jì)算94.1冷凝器熱負(fù)荷的計(jì)算104.2冷凝器傳熱管的選擇及參數(shù)計(jì)算104

2、.3冷凝器的冷卻水流量104.4計(jì)算管外R404A蒸汽冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)104.5管內(nèi)流體傳熱系數(shù)114.6計(jì)算所需的傳熱面積134.7計(jì)算冷卻水側(cè)流動(dòng)阻力135冷卻塔的選擇計(jì)算145.1選型計(jì)算145.1.1冷凝塔熱負(fù)荷的確定145.1.2所需冷卻水循環(huán)量及相關(guān)參數(shù)的確定145.2冷卻塔的選擇及校正155.2.2冷卻水的冷卻度155.2.3冷卻塔的出水溫度與空氣濕球溫度的溫差155.3冷卻水損耗量的計(jì)算156熱力膨脹閥的選擇計(jì)算176.1熱力膨脹閥流量的計(jì)算176.2熱力膨脹閥的校正197蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)計(jì)算197.1制冷劑物性的確定197.2換熱板片的選定207.3制冷劑側(cè)的傳熱系數(shù)的計(jì)算207

3、.4載冷劑側(cè)的傳熱系數(shù)的計(jì)算227.4.1載冷劑的選擇227.4.2乙二醇溶液物性的確定227.4.3載冷劑流量的計(jì)算237.4.4傳熱系數(shù)的計(jì)算237.5板片壁導(dǎo)熱熱阻的確定237.6蒸發(fā)器總傳熱系數(shù)與板片數(shù)的確定247.7壁溫的校正257.8蒸發(fā)器壓降的計(jì)算257.8.1制冷劑側(cè)的壓降計(jì)算257.8.2載冷劑側(cè)的壓降計(jì)算267.9蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)的規(guī)劃268系統(tǒng)其它附件的選擇278.1貯液器的選擇278.2手動(dòng)截止閥的選擇288.3過濾干燥器的選擇298.4視液鏡的選擇308.5電磁閥的選擇318.6水泵的選擇338.6.1冷卻水循環(huán)水泵的選擇338.6.2載冷劑循環(huán)水泵的選擇348.7壓縮機(jī)

4、冷卻風(fēng)扇的選擇358.8壓力繼電器的選擇368.9壓差繼電器的選擇388.10壓縮機(jī)避震管的選擇398.11流量繼電器的選擇40結(jié)束語42致謝43參考文獻(xiàn)44（附錄）4620KW水冷工業(yè)冷卻機(jī)組摘要冷水機(jī)組的結(jié)構(gòu)主要是一套制冷設(shè)備,常見的制冷機(jī)有往復(fù)活塞式、螺桿式、蝸旋式、離心式及溴化鋰吸收式。隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展進(jìn)步，和人們生活質(zhì)量的不斷提高，冷水機(jī)組在工業(yè)和集中空調(diào)中的應(yīng)用也越來越多。在工業(yè)中，冷水機(jī)組主要應(yīng)用于產(chǎn)品的生產(chǎn)工業(yè)過程；在生活中，主要應(yīng)用于各種類型建筑的集中空調(diào)系統(tǒng)，給人們創(chuàng)造一個(gè)舒適的生活工作環(huán)境。冷水機(jī)組主要是由壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流機(jī)構(gòu)這四大部件組合而成，所以本次

5、設(shè)計(jì)主要著重于系統(tǒng)壓縮機(jī)的選擇計(jì)算，殼管式冷凝器的設(shè)計(jì)計(jì)算，板式蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)計(jì)算以及節(jié)流閥的選擇計(jì)算。與此同時(shí)，對(duì)于一個(gè)水冷式冷水機(jī)組而言，為保障制冷機(jī)組的高效運(yùn)行一些系統(tǒng)的附件也是不可缺少的，如冷卻塔、貯液器、電磁閥、干燥過濾器，視液鏡等。關(guān)鍵詞冷水機(jī)組/壓縮機(jī)/殼管式冷凝器/板式蒸發(fā)器/冷卻塔20KW WATER-COOLED INDUSTRIAL CHILLERABSTRACTThe main structure of the chiller is a refrigeration equipment,reciprocating piston, screw, vortex, centrif

6、ugal and lithium bromide absorption is the Common refrigerator . Water-cooled chiller application in industry and central air conditioning is more popular then before with developing industry in modern and improving the life quality of people. Water-cooled is mainly used in the production unit of in

7、dustrial processes in industry,and mainly used in all types of building air conditioning system, to the people to create a comfortable living and working environment in life.Water-cooled chiller primarily composition by the four parts: compressor, condenser, evaporator, throttle body, therefore, the

8、 main focus of this design are the choice of the system compressor, design calculation of shell and tube condenser , design calculation, design calculation of plate evaporator and the choice of throttle. For the purposes of a water-cooled chiller to protect the efficient operation of refrigeration u

9、nits annex some of the system is also indispensable, such as cooling towers, liquid receiver, electromagnetic valve, dry filter, liquid mirror and so on.KEY WORDSWater-cooled chiller,Compressor,Shell and tube condenser,Plate evaporator,Cooling tower1緒論1.1冷水機(jī)組概況冷水機(jī)組是將壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流機(jī)構(gòu)、控制器件、儀器儀表組裝在一個(gè)整體

10、的鋼架上，外部只需接上冷水管、冷卻水管路系統(tǒng)和電源即可使用。冷水機(jī)組一般使用在空調(diào)機(jī)組和工業(yè)冷卻中，在空調(diào)系統(tǒng)中將冷凍水分配給各末端設(shè)備換熱器以冷卻或加熱在其各自的空間以給人創(chuàng)造一個(gè)冬夏舒適的工作、生活環(huán)境，然后冷凍水重新回集到蒸發(fā)器冷卻1；在工業(yè)生產(chǎn)中，冷水機(jī)廣泛運(yùn)用于食品、制藥、醫(yī)療、玻璃、塑膠、焊接、電鍍等各個(gè)領(lǐng)域。冷水機(jī)組若按制冷機(jī)組冷凝器的冷卻方式來分，一般分為水冷式和風(fēng)冷式兩種。水冷式冷水機(jī)組是用水冷卻高壓氣態(tài)制冷劑，使之冷凝。采用水冷式冷凝器可以得到比較低的冷凝溫度, 這對(duì)于制冷系統(tǒng)的制冷能力和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性均較為有利。因此，目前多采用此種制冷方式。而風(fēng)冷式冷水機(jī)組是利用空氣使氣態(tài)制

11、冷劑冷凝，無需冷卻塔、冷卻水循環(huán)管路，因此系統(tǒng)簡(jiǎn)單，特別適用于水源缺乏,用水有限制的地方。因此，近幾年來，風(fēng)冷式冷水機(jī)組機(jī)組的選用在我國有增加的趨勢(shì)2。若按制冷機(jī)組的壓縮機(jī)形式分，大至可分為活塞式、螺桿式、離心式等，其中活塞式冷水機(jī)組體積小、效率高、維修方便，價(jià)格低，加工容易，技術(shù)成熟，通常多機(jī)并聯(lián)，適應(yīng)于變工況條件，因此在中、小冷量范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用；螺桿式冷水機(jī)組以其對(duì)變工況運(yùn)行有較好適應(yīng)性，對(duì)氣體帶液運(yùn)行不敏感，轉(zhuǎn)速高、體積小重量輕，動(dòng)力平衡性好，零部件少，尤其易損件少，運(yùn)行壽命長，可靠性高，排溫低，容積效率高，操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等特點(diǎn)，在大、中冷量范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，并且有向活塞

12、式冷水機(jī)組應(yīng)用的小冷量范圍和離心式冷水機(jī)組應(yīng)用的大冷量范圍擴(kuò)展的趨勢(shì)；而離心式冷水機(jī)組具有動(dòng)平衡特性好，運(yùn)行平穩(wěn)，振動(dòng)小，噪聲低；易損件少，故障少，工作可靠，壽命長，維護(hù)費(fèi)用低；制冷量大，性能系數(shù)高，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕， 占地少；自動(dòng)化程度高，制冷量調(diào)節(jié)方便和范圍寬等特點(diǎn)，廣泛使用在各種大型空調(diào)系統(tǒng)中3。1.2冷水機(jī)組國內(nèi)外現(xiàn)狀我國冷水機(jī)組的制造是20世紀(jì)50年代末期才發(fā)展起來的，從20世紀(jì)50年代的仿制開始到60年代的自行設(shè)計(jì)制造，并制定了比較系統(tǒng)的冷水機(jī)組產(chǎn)品系列和標(biāo)準(zhǔn)，以后又開發(fā)了各種形式的冷水機(jī)組產(chǎn)品。隨著中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，冷水機(jī)組以其大制冷量、高效率而快速發(fā)展4。目前，制冷機(jī)組行

13、業(yè)已具有品種比較齊全的大、中、小型冷水機(jī)組產(chǎn)品系列及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并已經(jīng)形成有一定基礎(chǔ)的科研、教學(xué)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造和營銷管理體系，正在縮小與國外先進(jìn)水平的差距。在國外一些發(fā)達(dá)國家，冷水機(jī)組的生產(chǎn)研發(fā)技術(shù)已經(jīng)成熟。美國是商業(yè)用冷水機(jī)組的最大市場(chǎng)，由于因較冷的氣候故美國總的冷水機(jī)組的發(fā)展趨勢(shì)是風(fēng)冷式冷水機(jī)組而非水冷式冷水機(jī)組，發(fā)展渦旋式和螺桿式冷水機(jī)組而非傳統(tǒng)的活塞式冷水機(jī)組，發(fā)展釬焊的板式換熱器，而非殼管式換熱器。世界著名的頂級(jí)4家美國制冷機(jī)組制造商-開利、特靈、約特、麥克維爾，現(xiàn)正向著大制冷量、高效能的離心式冷水機(jī)組發(fā)展5。1.3課題研究的意義在制冷行業(yè)中的制冷機(jī)除去最開始的那二十多年的市場(chǎng)暴

14、利，現(xiàn)在基本上已經(jīng)進(jìn)入到了一個(gè)價(jià)格透明、市場(chǎng)飽和的階段。各種制冷機(jī)的市場(chǎng)利潤都已經(jīng)與八十年代不可同日而語。但在這樣的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，工業(yè)冷水機(jī)組還保持著相當(dāng)快的上升勢(shì)頭。相比與其它制冷機(jī)，工業(yè)冷水機(jī)組的應(yīng)用范圍廣泛。除了制冷行業(yè)外，工業(yè)冷水機(jī)組還被大量的應(yīng)用于暖通空調(diào)、電鍍、冶金冶煉、電子、制塑、化工等其它行業(yè)。由于其跨行業(yè)使用，所以工業(yè)冷水機(jī)組具有較大發(fā)展空間。2系統(tǒng)制冷劑及其工況的確定2.1系統(tǒng)制冷劑的選擇根據(jù)任務(wù)書的要求可以選擇制冷劑R22、R134a、R404A，由于R22將在近幾年內(nèi)被限制和禁用，而R134a為中溫制冷劑其單位制冷量小于R404A，故本次設(shè)計(jì)選用的制冷劑為R404A6。其

15、基本的熱力性質(zhì)如下表：表2-1制冷劑熱力性質(zhì)冷媒名稱R-404A分子量97.6沸點(diǎn)（1atm）/ -46.8臨界溫度/ 72.1臨界壓力/ kPa 3732續(xù)表2-1飽和蒸氣壓（25）/ kPa1255汽化熱/蒸發(fā)潛熱（沸點(diǎn)下，1atm）/ kJ/kg207破壞臭氧潛能值（ODP） 0全球變暖潛能值(GWP，100 yr) 3800ASHRAE安全級(jí)別 A1（無毒不可燃）2.2系統(tǒng)工況的確定我國標(biāo)準(zhǔn)JB/T7666-1995 制冷和空調(diào)設(shè)備名義工況一般規(guī)定規(guī)定了容積式制冷壓縮機(jī)及機(jī)組和壓縮冷凝機(jī)組、容積式和離心式冷水機(jī)組、單元式空調(diào)機(jī)、房間空調(diào)器等的名義工況。根據(jù)任務(wù)書的要求及參考容積式制冷壓

16、縮機(jī)及機(jī)組的名義工況，此次設(shè)計(jì)的運(yùn)行工況如表2-2所示：表2-2設(shè)計(jì)系統(tǒng)運(yùn)行工況蒸發(fā)溫度/ -25冷凝溫度/ 49吸氣溫度/ 5液體溫度/ 413系統(tǒng)壓縮機(jī)的選擇及循環(huán)熱力計(jì)算3.1設(shè)計(jì)系統(tǒng)的運(yùn)行條件 制冷劑：R404A 蒸發(fā)溫度：t0 = -25 吸氣溫度：t1=5 冷凝溫度：tk=49 過冷液體溫度：t5=41根據(jù)任務(wù)書要求液體載冷劑出口溫度為-20，故將循環(huán)過熱度定為有效過熱3無效過熱27。系統(tǒng)循環(huán)如圖3-1所示。圖3-1系統(tǒng)P-H循環(huán)圖查R404A的P-H圖得：P1=2.528×102KPa P2=2.2518×103KPah1'=357.67 KJ/Kg

17、h1=378.38 KJ/Kgh2=429.34 KJ/Kg h5=264.83 KJ/Kg 1=0.08936 m³/Kg S1=1.721 KJ/(Kg·K)系統(tǒng)的壓比： （3-1）工質(zhì)單位制冷量： （3-2）系統(tǒng)有效工質(zhì)單位制冷量： （3-3）設(shè)理論容積輸氣量為，則實(shí)際容積輸氣量為，因此系統(tǒng)所需的制冷劑的質(zhì)量流量為： （3-4）根據(jù)任務(wù)書可知系統(tǒng)所需的有效制冷量Q0 =20KW，故所需壓縮機(jī)的制冷量為： （3-5）由公式 （3-6）可知設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需的實(shí)際制冷劑的輸氣量為： （3-7）3.2谷輪壓縮機(jī)的運(yùn)行工況 制冷劑：R404A 蒸發(fā)溫度：t0 = -25 吸氣溫度：

18、t1=20 冷凝溫度：tk=50 液體過冷度：t=0其P-H循環(huán)如圖3-2所示圖3-2谷輪半封閉活塞壓縮機(jī)P-H循環(huán)圖查R404A的P-H圖得：P1=2.528×102KPa P2=2.3029×103KPah1=391.09 KJ/Kg h2=446.42KJ/Kg h5=284.14 KJ/Kg 1=0.09435 m³/Kg S1=1.780 KJ/(Kg·K)壓縮機(jī)壓比： （3-8）工質(zhì)單位制冷量： （3-9） 同理設(shè)壓縮機(jī)的理論容積輸氣量為，則實(shí)際容積輸氣量為，因此壓縮機(jī)所能排出的制冷劑質(zhì)量流量為： （3-10）由公式： （3-11）可知壓縮機(jī)

19、的實(shí)際制冷劑的輸氣量為： （3-12） 試選谷輪壓縮機(jī)6SHH一350E，制冷量Q0 =22.6KW 電機(jī)功率Pe=17.8KW此壓縮機(jī)的實(shí)際輸氣量為： （3-13）由于此壓縮機(jī)的實(shí)際輸氣量比設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需的輸氣量大且相差不大故可用。3.3壓縮機(jī)制冷量的校正 將所選的壓縮機(jī)的實(shí)際輸氣量帶入設(shè)計(jì)系統(tǒng)壓縮機(jī)的制冷量計(jì)算公式： （3-14） 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的有效制冷量Q0為： （3-15）若此壓縮機(jī)符合所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的要求的話，那么裝入此壓縮機(jī)后，系統(tǒng)的排氣壓力將變?yōu)椋?（3-16） 因此系統(tǒng)的冷凝溫度也將從49上升至50，如圖3-3所示，而系統(tǒng)P-H圖上的5點(diǎn)焓值也將由264.83KJ/Kg 上升至266.

20、68KJ/Kg ，即h5'=266.68KJ/Kg，故系統(tǒng)工質(zhì)單位制冷量變?yōu)椋?（3-17）圖3-3選用壓縮機(jī)后系統(tǒng)的P-H循環(huán)圖系統(tǒng)有效工質(zhì)單位制冷量變?yōu)椋?（3-18）故壓縮機(jī)在系統(tǒng)運(yùn)行的工況下的真正制冷量為： （3-19）而系統(tǒng)的有效制冷量Q0為： （3-20） 因此，此壓縮機(jī)符合設(shè)計(jì)系統(tǒng)的要求故可用。壓縮機(jī)的相關(guān)技術(shù)參數(shù)如表3-1：表3-1壓縮機(jī)的相關(guān)參數(shù)型號(hào)6SHH一350E名義功率（馬力）35汽缸數(shù)6缸徑*行程（毫米）68.3*55.6排氣量（立方米/小時(shí)）106啟動(dòng)電路（安培）380V 3PH 50HZ275續(xù)表3-1最大工作電流（安培）380V 50HZ63.6曲軸箱加

21、熱器功率（瓦）100壓縮機(jī)冷去風(fēng)扇功率（瓦）89接管尺寸（英寸）排氣管接管13/8"吸氣管接管21/8"外型尺寸（毫米）長（L）740寬（W）540高（H）（不帶風(fēng)扇）490底腳安裝尺寸（孔徑）381×305(25.4)油充注量（升）4重量（千克）凈重224毛重2513.4循環(huán)熱力計(jì)算系統(tǒng)循環(huán)熱力計(jì)算如表3-2所示表3-2系統(tǒng)循環(huán)熱力計(jì)算工況壓縮機(jī)運(yùn)行工況設(shè)計(jì)系統(tǒng)工況制冷劑R404AR404A蒸發(fā)溫度tc/-25-25冷凝溫度tk/5050吸氣溫度t1/205過冷液體溫度t5/08P1=Pso/KPa2.528×1022.528×102P2=P

22、dh/KPa2.3029×1032.3029×103壓比9.119.110.094350.08936357.67391.09378.38446.42429.34續(xù)表3-2工況壓縮機(jī)運(yùn)行工況設(shè)計(jì)系統(tǒng)工況284.14266.68等熵指數(shù)k1.171.13等端點(diǎn)膨脹多變指數(shù)m11.0等端點(diǎn)壓縮多變指數(shù)n1.121.12吸氣終了相對(duì)壓力損失0.060.06排氣終了相對(duì)壓力損失0.110.11工質(zhì)單位質(zhì)量制冷量106.95111.70系統(tǒng)有效工質(zhì)單位質(zhì)量制冷量90.95單位等熵壓縮功55.350.96實(shí)際容積排氣量71.8071.80理論容積排氣量106106容積系數(shù)0.6770.6

23、77實(shí)際質(zhì)量輸氣量761.0803.5壓縮機(jī)制冷量22.6024.93系統(tǒng)有效制冷量20.30等熵壓縮功率11.6911.37指示效率0.8340.817機(jī)械效率取0.92取0.92軸效率0.7670.752電效率0.6520.639電功率17.817.8性能系數(shù)1.271.404冷凝器的設(shè)計(jì)計(jì)算冷凝器是制冷裝置的主要熱交換設(shè)備之一。它的任務(wù)是通過環(huán)境介質(zhì)（水或空氣）將壓縮機(jī)排出的高壓過熱制冷劑蒸汽冷卻、冷凝成為飽和液體，甚至過冷液體。根據(jù)任務(wù)書的要求，本次設(shè)計(jì)制冷劑蒸汽的冷卻方式為水冷，故選用臥式殼管式冷凝器7。4.1冷凝器熱負(fù)荷的計(jì)算 排熱量是壓縮機(jī)的制冷量和部分壓縮機(jī)輸入功率的當(dāng)量熱量之

24、和，即為冷凝器的熱負(fù)荷，可由下式得： （4-1）式中 壓縮機(jī)的散熱系數(shù)，小型機(jī)組4.2冷凝器傳熱管的選擇及參數(shù)計(jì)算根據(jù)生產(chǎn)工藝條件，擬采用18×3的銅管作為傳熱管。每1m管長的管外面積為: （4-2）每1m管長的管內(nèi)面積為: （4-3）4.3冷凝器的冷卻水流量冷卻水的定性溫度為: （4-4）查水的物性比定壓熱容，密度，運(yùn)動(dòng)粘度，所以，冷卻水的流量為: （4-5）4.4計(jì)算管外R404A蒸汽冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)設(shè)壁面溫度，則冷凝液膜平均溫度為: （4-6）查制冷劑蒸汽冷凝時(shí)物性，當(dāng)時(shí)，有汽化熱（）： 液相密度： 液相動(dòng)力粘度： 熱導(dǎo)率： 則水平圓管的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為: （4-7） 根據(jù)管內(nèi)外

25、熱平衡關(guān)系，管外面積熱流量qf0為: （4-8）4.5管內(nèi)流體傳熱系數(shù) 管內(nèi)流體的定性溫度： （4-9）在定性溫度下： （4-10）在此假設(shè)流體在管內(nèi)的受迫運(yùn)動(dòng)是湍流，并設(shè)管內(nèi)流體的流速則8，依據(jù)湍流區(qū)的換熱計(jì)算式得： （4-11）取水污垢熱阻，查金屬材料性質(zhì)的純銅管熱導(dǎo)率，則管外表面面積熱流量為: （4-12）式中，為制冷劑蒸汽與冷卻水之間的傳熱溫度差 （4-13）因此有： （4-14）將計(jì)算和的兩式聯(lián)立得: （4-15）用無限逼近法解方程結(jié)果如表4-1所示表4-1方程值代入的的值方程式的值1117.5231016.07310.516.78010.7517.16210.87517.343最終

26、得,因此管外的表面溫度為: (4-20)與假設(shè)的壁溫基本相符。將代入的計(jì)算式中，得: (4-21)以管外表面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)k為: (4-22)4.6計(jì)算所需的傳熱面積 所需傳熱面積可由下式計(jì)算得： (4-23)所需的冷凝管的長度為: (4-24)每流程所需的管子數(shù)為: (4-25)取10根管內(nèi)的平均流速為: (4-26)則管內(nèi)流體的雷諾數(shù)為: (4-27)即冷卻水在管內(nèi)做湍流運(yùn)動(dòng)，故符合原先的假設(shè)。取冷凝器所需的流程數(shù)為4個(gè)流程，則冷凝器中冷凝管的有效長度為: （4-28） 取4.7計(jì)算冷卻水側(cè)流動(dòng)阻力管內(nèi)摩擦阻力系數(shù)為: (4-29)取冷凝器兩側(cè)的管板厚度，其實(shí)際冷凝器管長度為: (4-

27、30)冷卻水在管內(nèi)的質(zhì)量流速為: (4-31)故冷卻水在冷凝器內(nèi)總的壓力損失為: (4-32)5冷卻塔的選擇計(jì)算冷卻塔是一個(gè)散熱裝置，將冷卻水從冷凝器中吸收來的熱量排放到環(huán)境中以使冷卻水的溫度下降9。5.1選型計(jì)算冷凝塔熱負(fù)荷的確定 冷卻塔的熱負(fù)荷即為冷凝器中冷卻水所吸收的熱量即所需冷卻水循環(huán)量及相關(guān)參數(shù)的確定冷卻水的定性溫度為: (5-1)查水的物性比定壓熱容，密度，運(yùn)動(dòng)粘度，所以，冷卻水的流量為: (5-2)冷卻水所需的冷幅為： (5-3)冷卻水出口溫度與空氣濕球溫度差為： (5-4)5.2冷卻塔的選擇及校正根據(jù)冷卻水的流量初選SFA-8圓形逆流式冷卻塔，所選冷卻塔的設(shè)計(jì)條件為：進(jìn)水溫度3

28、7、出水溫度32、濕球溫度28冷卻塔的處理水量SFA-8冷卻塔的處理水量: (5-5)冷卻水的冷卻度根據(jù)此冷卻塔的設(shè)計(jì)條件可得SFA-8冷卻塔冷幅為： (5-6) 與設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需的冷卻水冷卻度相等。冷卻塔的出水溫度與空氣濕球溫度的溫差根據(jù)此冷卻塔的設(shè)計(jì)條件得此冷卻塔在其設(shè)計(jì)條件下的逼近為： (5-7)綜上可知此冷卻塔符合系統(tǒng)的要求，故可用。其具體參數(shù)如5-1所示。表5-1SFA-8圓形逆流式冷卻塔的具體參數(shù)型號(hào)處理水量（m3/h）風(fēng)機(jī)直徑（mm）電機(jī)功率（KW）外形尺寸噪音（dB）重量（Kg）進(jìn)塔水壓（KPa）普通低噪普通型普通型直徑（mm）高（mm）干重濕重SFA-885840.189301

29、6255657135205.3冷卻水損耗量的計(jì)算冷卻水在于冷卻塔中的氣流進(jìn)行熱交換過程難免有損耗，包括水汽蒸發(fā)損耗、被風(fēng)帶走的損耗和由于吹沸而引起的損耗，其中水汽蒸發(fā)的損耗與環(huán)境的濕球溫度有關(guān)，被風(fēng)帶走的損耗量約為總循環(huán)量的0.5%-0.75%，而由于吹沸引起的損耗約為總循環(huán)量的0.25%。表5-2為不同季節(jié)時(shí)水汽蒸發(fā)損耗量與濕球溫度的關(guān)系10。表5-2不同季節(jié)水汽蒸發(fā)損耗量與濕球溫度的關(guān)系季節(jié)占總循環(huán)量的百分比G%濕球溫度（）510152025夏季0.81.62.43.14.0春季0.61.21.82.33.0冬季0.40.81.21.62.0依據(jù)任務(wù)書中的環(huán)境濕球溫度得夏季、春季、冬季的水

30、汽蒸發(fā)量占循環(huán)總量的百分比，分別為：3.692%、2.744%、1.896%，并取被風(fēng)帶走的損耗百分量為0.6%，則冷卻塔在個(gè)季節(jié)的補(bǔ)水量如下：(1)夏季的補(bǔ)水量水汽蒸發(fā)損耗量： (5-8)被風(fēng)帶走的損耗量： (5-9)由于吹沸的損耗量： (5-10)因此夏季時(shí)冷卻塔每小時(shí)的水分損耗量為： (5-11)(2)春季的補(bǔ)水量水汽蒸發(fā)損耗量： (5-12)被風(fēng)帶走的損耗量： (5-13)由于吹沸的損耗量： (5-14)因此春季時(shí)冷卻塔每小時(shí)的水分損耗量為： (5-15)(3)冬季的補(bǔ)水量水汽蒸發(fā)損耗量： (5-16)被風(fēng)帶走的損耗量： (5-17)由于吹沸的損耗量： (5-18)因此冬季時(shí)冷卻塔每小

31、時(shí)的水分損耗量為： (5-19)6熱力膨脹閥的選擇計(jì)算在制冷系統(tǒng)中節(jié)流機(jī)構(gòu)是系統(tǒng)的四大部件之一，制冷劑液體的膨脹就是通過節(jié)流機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。節(jié)流機(jī)構(gòu)的種類多樣，按供液量調(diào)節(jié)方式可分為五類：手動(dòng)調(diào)節(jié)的節(jié)流機(jī)構(gòu)、用液位調(diào)節(jié)的節(jié)流機(jī)構(gòu)、用蒸汽過熱度調(diào)節(jié)的節(jié)流機(jī)構(gòu)、用電子脈沖進(jìn)行調(diào)節(jié)的節(jié)流機(jī)構(gòu)和不進(jìn)行調(diào)節(jié)的節(jié)流機(jī)構(gòu)，其中用蒸汽過熱度調(diào)節(jié)的節(jié)流機(jī)構(gòu)中的熱力膨脹閥就是本次設(shè)計(jì)所需要的節(jié)流機(jī)構(gòu)。熱力膨脹閥作為一種傳統(tǒng)的節(jié)流元件，已被廣泛地應(yīng)用于空調(diào)、制冷和低溫冷凍系統(tǒng)11。熱力膨脹閥根據(jù)壓力的平衡方式可分為內(nèi)平衡式和外平衡式，屬于一種自動(dòng)膨脹閥，又稱熱力膨脹閥或感溫膨脹閥，是應(yīng)用最為廣泛的一種節(jié)流機(jī)構(gòu)。它是利

32、用蒸發(fā)器出口制冷劑蒸汽的過熱度調(diào)節(jié)閥孔開度以調(diào)節(jié)供液量的12。6.1熱力膨脹閥流量的計(jì)算熱力膨脹閥的選擇需要滿足系統(tǒng)的制冷量的要求，即所選的熱力膨脹閥的流量要滿足系統(tǒng)的制冷劑流量，并且應(yīng)有10%-15%的安全度。以下是所選的熱力膨脹閥的有關(guān)計(jì)算：制冷劑： R22名義工況蒸發(fā)溫度： te= 5 膨脹閥前液體溫度：tl=28冷凝溫度： tc=32查制冷劑R22的P-H圖得，h1=406.26KJ/Kg,h2=234.32KJ/Kg由此可得工質(zhì)的單位制冷量為： (6-1)制冷劑流量公式為： （6-2）查型號(hào)TDEX6熱力膨脹閥，其制冷量為21KW，則此型號(hào)所能節(jié)流的最大流量為： (6-3)因系統(tǒng)所需

33、的制冷劑流量為: (6-4)故此型號(hào)的熱力膨脹閥不滿足系統(tǒng)的要求，因此不可用。查型號(hào)TDEX12.5熱力膨脹閥，其制冷量為44KW，則此型號(hào)所能節(jié)流的最大流量為： (6-5)因系統(tǒng)所需的制冷劑流量為: (6-6)且此熱力膨脹閥的安全度為： (6-7)此型號(hào)的熱力膨脹滿足系統(tǒng)的流量的要求，因此可用，故本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)選用的熱力膨脹閥的型號(hào)為TDEX12.5。6.2熱力膨脹閥的校正設(shè)計(jì)系統(tǒng)R404A的工質(zhì)單位制冷量為：故，此TDEX12.5熱力膨脹閥在設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的名義制冷量為： (6-8)因此，TDEX12.5型熱力膨脹符合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，故選用。7蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)計(jì)算蒸發(fā)器是制冷系統(tǒng)的四大部件之一，其

34、中用是讓低壓低溫的制冷劑液體與流經(jīng)蒸發(fā)器中的載冷劑進(jìn)行熱交換，使載冷劑溫度降低并且使制冷劑本身氣化重新回到壓縮機(jī)中。蒸發(fā)器按其冷卻介質(zhì)的不同分為冷卻液載冷劑的蒸發(fā)器和冷卻空氣的蒸發(fā)器。板式蒸發(fā)器是一種高效、節(jié)能、緊湊的換熱設(shè)備。因?yàn)榘迨綋Q熱器具有傳熱系數(shù)高、對(duì)數(shù)平均溫差大、占地面積小、重量輕、污垢系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)，因此國外在五六十年代已廣泛的應(yīng)用于化工、輕工、石油、電力、冶金、機(jī)械、食品等工業(yè)部門，我國自60年代初期開始研制，近40年來得到了較快的發(fā)展。板式換熱器根據(jù)其結(jié)構(gòu)可分為普通組合式板式換熱器、半焊式板式換熱器和全焊式板式換熱器，在制冷系統(tǒng)中為以防制冷劑的泄露，故選用全焊接時(shí)板式蒸發(fā)器，它是

35、將所有的板片相互焊接在一起13。因?yàn)榘迨綋Q熱器具有換熱效率高、占地面積小等特點(diǎn)，因此本次設(shè)計(jì)的蒸發(fā)器方案定為板式蒸發(fā)器。以下是系統(tǒng)板式蒸發(fā)器的相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算。7.1制冷劑物性的確定根據(jù)先前已定的系統(tǒng)工況可知系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度為-25，假設(shè)板式蒸發(fā)器的板片的壁面溫度為-19，則制冷劑的物性定性溫度為： (7-1)查制冷劑R404A的物性參數(shù)表得：汽化熱（-25時(shí)）： =185.875KJ/Kg制冷劑液體導(dǎo)熱率： l=0.0871W/(m.k)制冷劑液體質(zhì)量熱容： Cpl=1.296KJ/(Kg.K)制冷劑液體密度： l=1229.2Kg/m³制冷劑液體表面張力： =0.01014N/m制冷劑

36、液體的動(dòng)力粘度： l=2.3547×10-4Pa.s制冷劑液體的運(yùn)動(dòng)粘度： l=1.915792×10-7/s制冷劑氣態(tài)密度： g=14.73Kg/m³制冷劑氣態(tài)的動(dòng)力粘度： g=1.011×10-5Pa.s制冷劑氣態(tài)運(yùn)動(dòng)粘度： g=6.863544×10-7/s制冷劑氣態(tài)導(dǎo)熱率： l=0.01098W/(m.k)制冷劑蒸發(fā)溫度下的壓力與定性溫度下的壓力差：P=0.031MPa7.2換熱板片的選定板式蒸發(fā)器的所需的板片選用杭州欽寶公司的B3-113型板片，其主要參數(shù)如下：板片單片換熱面積： A=0.113當(dāng)量直徑： de=0.0046m通道截面

37、面積： a=0.0004板厚： =0.4mm7.3制冷劑側(cè)的傳熱系數(shù)的計(jì)算設(shè)板式蒸發(fā)器的流道為n，并且取全程的平均干度為0.5，則有：每道制冷劑的流量： (7-2)制冷劑液相分量： (7-3)制冷劑氣相分量： (7-4)根據(jù)制冷劑液相和氣相分量可以計(jì)算出制冷劑在蒸發(fā)器中的流速與相應(yīng)的雷諾數(shù)，其計(jì)算如下：制冷劑液相流速： (7-5)制冷劑氣相流速： (7-6)制冷劑液相雷諾數(shù)： (7-7)制冷劑氣相雷諾數(shù)： (7-8)則，制冷劑液態(tài)與氣態(tài)的普朗特?cái)?shù)可由下式計(jì)算得： (7-9) (7-10)于是制冷劑液相的沸騰傳熱系數(shù)為： (7-11)制冷劑在板式蒸發(fā)器中蒸發(fā)時(shí)的兩相傳熱系數(shù)可按下式計(jì)算 (7-1

38、2)式中為修正系數(shù)，是液體湍流-氣體湍流是馬丁尼利參數(shù)Xtt的函數(shù)，可由與Xtt的關(guān)系圖來確定，其中圖中的由下式計(jì)算得： (7-13)故查與Xtt的關(guān)系圖 ，得 =10.67，因此兩相傳熱系數(shù)為： (7-14)制冷劑在板式蒸發(fā)器中蒸發(fā)時(shí)的氣態(tài)傳熱系數(shù)可按下式計(jì)算 (7-15)因此，制冷劑側(cè)的傳熱系數(shù)為： (7-16)7.4載冷劑側(cè)的傳熱系數(shù)的計(jì)算載冷劑的選擇載冷劑是在間接冷卻裝置中，將冷卻物體或空間中的熱量傳給制冷劑的一種中間介質(zhì)，因此，在制冷工程中也稱載冷劑為第二制冷劑。系統(tǒng)采用載冷劑的優(yōu)點(diǎn)是可使制冷系統(tǒng)集中在較小的場(chǎng)所，因而可以減少制冷機(jī)系統(tǒng)的容積及制冷劑的充注量；并且因載冷劑的熱容量大，

39、被冷卻對(duì)象的溫度易于保持恒定。其缺點(diǎn)是系統(tǒng)比不用載冷劑時(shí)復(fù)雜，且增大了被冷卻物和制冷劑間的溫差，需要較低的制冷機(jī)蒸發(fā)溫度。因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)系統(tǒng)的蒸發(fā)器為板式蒸發(fā)器，所以所選的載冷劑對(duì)蒸發(fā)器的金屬材料不得有腐蝕作用，且要滿足冰點(diǎn)低于-25。因此，選用濃度為42.6%的乙二醇水溶液其冰點(diǎn)為-2714。乙二醇溶液物性的確定根據(jù)先前的假設(shè)知換熱管的壁溫為-19，且載冷劑的進(jìn)水溫度為-15，則載冷劑乙二醇溶液的定性溫度為： (7-17)查乙二醇溶液的物性表得濃度為42.6%時(shí)有：比熱容： Cp=3.361358KJ/(Kg.K)運(yùn)動(dòng)粘度： =1.345×10-5/s導(dǎo)熱系數(shù)： =0.44W/(m.

40、k)溶液密度： =1055Kg/m³普朗特?cái)?shù)： Pr=108載冷劑流量的計(jì)算已知蒸發(fā)器的制冷量為20.30KW，載冷劑的溫差為5，則載冷劑的流量為： (7-18)傳熱系數(shù)的計(jì)算每道載冷劑的流速： (7-19)雷諾數(shù)： (7-20)傳熱平均溫差： (7-21)由載冷劑湍流傳熱關(guān)聯(lián)式計(jì)算Nu得： (7-22)則，載冷劑側(cè)的傳熱系數(shù)為： (7-23)7.5板片壁導(dǎo)熱熱阻的確定已知板片的壁厚為0.4mm，不銹鋼的導(dǎo)熱為49W/(m2.)，因此，由下式計(jì)算板片的導(dǎo)熱熱阻，得： (7-24)7.6蒸發(fā)器總傳熱系數(shù)與板片數(shù)的確定蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)為： (7-25)用試湊法來計(jì)算傳熱系數(shù)h與板片數(shù)2

41、n，由蒸發(fā)器的制冷量Q0、平均溫差t和單片換熱面積a可知依據(jù)在假設(shè)的片數(shù)下算出的傳熱系數(shù)的實(shí)際所需的板片數(shù)量ns，公式如下： (7-26)用試湊法的計(jì)算結(jié)果如表7-1所示：表7-1板式蒸發(fā)器的板片數(shù)與傳熱系數(shù)假設(shè)蒸發(fā)器流道數(shù)n算得的傳熱系數(shù)h W/(m2.)實(shí)際所需板片數(shù)2n101318.4018.9091403.4317.7581506.6316.54制冷劑側(cè)8，載冷劑側(cè)91464.6417.01由計(jì)算結(jié)果可知，依據(jù)制冷劑側(cè)的流道數(shù)為8，載冷劑側(cè)的流道為9時(shí)所計(jì)算得的傳熱系數(shù)所計(jì)算得的實(shí)際所需板片數(shù)相差不大，因此可確定此板式換熱器的傳熱系數(shù)為1464.64W/(m2.),所需的板片數(shù)為17片

42、，因此，各部分傳熱系數(shù)為： （7-27） （7-28） （7-29） （7-30）所以，制冷劑側(cè)的傳熱系數(shù)h1為： （7-31）載冷劑側(cè)的傳熱系數(shù)h2為： （7-32）總傳熱系數(shù)： （7-33）7.7壁溫的校正在計(jì)算板式蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)時(shí)，為了確定制冷劑液體與載冷劑液體的物性時(shí)需知道板片的表面溫度，但是，由于板片蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)關(guān)系，無法直接測(cè)定板片的表面溫度，故必須先假設(shè)其壁溫。由于板式換熱器的板片壁厚非常的小僅0.4mm，因此在校正壁溫時(shí)，可將壁的熱阻忽略不計(jì)。蒸發(fā)器制冷劑側(cè)單位面積上的熱流量： （7-34）蒸發(fā)器載冷劑側(cè)單位面積上的熱流量： （7-35）根據(jù)熱平衡應(yīng)有q1=q2，所以計(jì)算得t

43、w=18.34，與假設(shè)的19相差0.66與假設(shè)值基本相符。7.8蒸發(fā)器壓降的計(jì)算制冷劑側(cè)的壓降計(jì)算液相雷諾數(shù)： （7-36）由摩擦系數(shù)計(jì)算關(guān)聯(lián)式知，當(dāng)400<Re<3000時(shí)有 （7-37）所以，制冷劑液相壓降為： （7-38）氣相雷諾數(shù)： （7-39）由摩擦系數(shù)計(jì)算關(guān)聯(lián)式知，當(dāng)3000<Re<12000時(shí)有 （7-40）所以，制冷劑氣相壓降為： （7-41）故L-M參數(shù)： （7-42） （7-43）因此二相壓降為： （7-44）載冷劑側(cè)的壓降計(jì)算載冷劑雷諾數(shù)： （7-45）由摩擦系數(shù)計(jì)算關(guān)聯(lián)式知，當(dāng)0<Re<200時(shí)有： （7-46）所以載冷劑側(cè)的壓降為：

44、 （7-47）7.9蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)的規(guī)劃在前面的計(jì)算中已經(jīng)得出所需的B3-113型板片17片，為保證蒸發(fā)器換熱面積有個(gè)過余度，所以多取2片換熱板片，又因?yàn)榘迨秸舭l(fā)器的最外側(cè)兩片板片沒有參加換熱，所以板式蒸發(fā)器的最終所需板片為22片。為了防止制冷劑的泄露問題，蒸發(fā)器的所有板片必須以焊接形式連接，根據(jù)板片的相關(guān)參數(shù)，最終可確定蒸發(fā)的外形尺寸，即板式蒸發(fā)器的長：a=58.2mm板式蒸發(fā)器的寬：b=247mm板式蒸發(fā)器的高：h=847mm8系統(tǒng)其它附件的選擇8.1貯液器的選擇貯液器俗稱貯液筒，用于貯存制冷劑液體。按其功能分為高壓貯液器和低壓貯液器兩種。高壓貯液器的用途是貯存高壓液體，設(shè)置在冷凝器之后，保

45、證制冷劑系統(tǒng)在冷負(fù)荷變化時(shí)制冷劑供液量調(diào)節(jié)的需要。也有利于減少定期檢修時(shí)間向系統(tǒng)補(bǔ)充制冷劑的次數(shù)；低壓貯液器一般用于大型氨制冷裝置中，如氨泵循環(huán)的冷藏庫等。結(jié)構(gòu)與高壓貯液器基本相同，僅僅是工作壓力較低。其用途除氨泵供液系統(tǒng)中貯存進(jìn)入蒸發(fā)器前的低壓液體外，還有專供蒸發(fā)器溶霜或檢修時(shí)用于排液，或用于貯存低壓回氣經(jīng)氣液分離出來的氨液15。用于后兩種情況的低壓貯液器還可以在存液量增多時(shí)，通過引入高壓氨蒸氣，提高其壓力將氨液壓入系統(tǒng)的供液管中，節(jié)流后供入蒸發(fā)器制冷。因此次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)屬于小型氟利昂機(jī)組，故系統(tǒng)循環(huán)中只用到高壓貯液器。在選擇高壓貯液器是，其容量應(yīng)按系統(tǒng)小時(shí)循環(huán)量的1/31/2計(jì)算，同時(shí)，應(yīng)考

46、慮當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，貯液器內(nèi)的液體制冷劑因受熱膨脹造成的危險(xiǎn)，故其貯存量一般不超過整個(gè)容積的80%。貯液器的容積一般可按下式計(jì)算： （8-1）其中，系統(tǒng)制冷劑的每小時(shí)循環(huán)量為803.5Kg/h,制冷劑在冷凝溫度下的比體積為9.32×10-3m3/h,貯液器的容積系數(shù)取0.5 ，在此取為0.7，則代入公式得： （8-2）由此，可選擇東莞市慶新安制冷設(shè)備配件有限公司的VR30W2.05000010型貯液器，其外形如圖8-1所示，其容積為8L，適用于10PH的制冷機(jī)組，故可選。圖8-1VR30W2.05000010型貯液器外形詳細(xì)參數(shù)如下：接口尺寸： 22.3mm儲(chǔ)液量： 8L總高： 470mm筒體直徑： 166mm固定： 采用2-M20的螺栓固定8.2手動(dòng)截止閥的選擇截止閥的啟閉件是塞形的閥瓣，密封面呈平面或錐面，閥瓣沿流體的中心線作直線運(yùn)動(dòng)。閥桿的運(yùn)動(dòng)形式，有升降桿式（閥桿升降，手輪不升降），也有升降旋轉(zhuǎn)桿式（手輪與閥桿一起旋轉(zhuǎn)升降，螺母設(shè)在閥體上）。截止閥只適用于全開和全關(guān)，不允許作調(diào)節(jié)和節(jié)流。截止閥屬于強(qiáng)制密封式閥門，所以在閥門關(guān)閉時(shí)，必須向閥瓣施加壓力，以強(qiáng)制密封面不泄漏。當(dāng)介質(zhì)由閥瓣下