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 熱能06-2班 學(xué) 號 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14冷凝塔熱負(fù)荷的確定14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15冷卻水的冷卻度15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207.4載冷劑側(cè)的傳熱系數(shù)的計(jì)算22載冷劑的

3、選擇22乙二醇溶液物性的確定22載冷劑流量的計(jì)算23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25制冷劑側(cè)的壓降計(jì)算25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33冷卻水循環(huán)水泵的選擇33載冷劑循環(huán)水泵的選擇348.7壓縮機(jī)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

4、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)，對于一個(gè)

5、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, centrifugal and lithium bromide absorption is the Common refrigerat

6、or . 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 industrial processes in industry,and mainly used in all types

7、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 main focus of this design are the choice of the system comp

8、ressor, 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 units annex some of the system is also indispensable, such as

9、 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

10、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)制冷劑冷凝，無需冷卻塔、冷卻水循環(huán)管路，因此系統(tǒng)簡單，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

11、機(jī)組的選用在我國有增加的趨勢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)組以其對變工況運(yùn)行有較好適應(yīng)性，對氣體帶液運(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；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

12、，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

13、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，由于因較冷的氣候故美國總的冷水機(jī)組的發(fā)展趨勢是風(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暴利，現(xiàn)在基本上已經(jīng)進(jìn)入到了一個(gè)價(jià)格透明、市場飽和的階段。各種制冷機(jī)的市場利潤都已經(jīng)與八十年代不可同日而語。但在這樣的市場

14、競爭中，工業(yè)冷水機(jī)組還保持著相當(dāng)快的上升勢頭。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/

15、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

16、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 h1=378.38 KJ/Kgh2=429.34 KJ/Kg h5=264.83 KJ/Kg 1=0.08936 m&#

17、179;/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：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

18、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)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

19、.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266.68KJ/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

20、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&quo

21、t;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=Pdh/KPa2.3029×1032.3029×103壓比9.119.110.094350.08936

22、357.67391.09378.38446.42429.34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吸氣終了相對壓力損失0.060.06排氣終了相對壓力損失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)0.6770.677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

23、.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

24、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：

25、（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

26、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: (4-30)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

27、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37、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

28、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-885840.1893016255657135205.3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)

29、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

30、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

31、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

32、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TDEX6熱力膨脹閥，其制冷量為21KW，則此型號所能節(jié)流的最大流量為： (6-3)因系統(tǒng)所需的制冷劑流量為: (6-4)故此型號的熱力膨脹閥不滿足系統(tǒng)的要求，因此不可用。查型號TDEX12.5熱力膨脹閥，其制冷量

33、為44KW，則此型號所能節(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)

34、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。

35、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=1.915792×1

36、0-7/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

37、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 (7-12)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：

38、 (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，被冷卻對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

39、。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.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

40、，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)2n，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

41、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，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

42、-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tw=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)： （7-3

43、6）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： （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

44、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

45、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

46、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)由閥瓣下方進(jìn)入閥六時(shí)，操作力所需要克服的阻力，是閥桿和填料的摩擦力與由介質(zhì)的壓力所產(chǎn)生的推力，關(guān)閥門的力比開閥門的力大，所以