制冷系统设计

课程设计设计题目：烟台地区某空调楼系统设计姓名院系专业热能与动力工程年级2012级学号指导教师2015年1月21日1目录0设计任务……………………………………………………………21前言…………………………………………………………………22原始资料……………………………………………………………23设计计算……………………………………………………………33.1制冷压缩机的型号与台数的选择…………………………………33.2冷凝器的选择……………………………………………………43.3蒸发器的选择……………………………………………………64其他辅助设备的选择………………………………………………74.1油分离器的选择计算……………………………………………74.2贮液器的选择计…………………………………………………84.3集油器的选择计算………………………………………………84.4空气分离器的选择………………………………………………84.5紧急泄氨器的选择………………………………………………84.6氨液分离器………………………………………………………95制冷管道设计………………………………………………………95.1吸气管段…………………………………………………………95.2排气管段………………………………………………………105.3冷凝器到贮液器管段……………………………………………125.4贮液器到蒸发器管段……………………………………………146设计参考资料………………………………………………………7设备及管路的平面布置……………………………………………20设计任务已知烟台地区某厂空调楼所需总耗冷量为1000Kw，以风机盘管为末端装置，要求冷冻水温为8℃，空调回水温度为12℃，制冷系统为氨制冷剂。1前言本次设计主要是通过对一给定的设计条件来设计合适的冷冻站。制冷压缩机型号与台数的选择，包括确定制冷系统的总制冷量，确定制冷剂种类和系统型式，确定制冷系统的设计工况。冷凝器的选择，计算出冷凝器的热负荷，根据所选用的制冷剂种类和压缩机运行工况、冷却介质的种类、负荷变化情况等确定冷凝器的型式，然后进行冷凝器的选择计算，确定其传热面积，从而选定冷凝器的型号及台数。蒸发器的选择，根据制冷量、制冷剂种类及载冷剂的种类、冷冻系统的型式等，确定蒸发器的型式，计算出蒸发器的传热系数、换热面积以及蒸发器的台数。其它辅助设备的选择，有油分离器，贮液器，集油器，紧急泄氨器，空气分离器，过滤器。冷冻站布置包括如下内容：制冷设备布置，制冷工艺管路布置，管路上各种阀件及自控部件的布置，绘出平面布置及必要的系统原理。制冷工艺管路及阀件的选择，根据平面布置及制冷系统图估算各段工艺管路的总长度（包括直线长度和当量长度）以及不同的制冷剂、不同工艺管路的允许流速或允许压力降、蒸发温度、冷凝温度、再冷温度、制冷剂流量等确定工艺管路管经。根据制冷量、制冷剂流量、流速或管径等选择截止阀手动膨胀阀、浮球阀、热力膨胀阀及电磁阀等。2原始资料（1）水源：烟台是我国北方沿海城市，水源较紧张，所以冷却水考虑选用冷却塔使用循环水。（2）室外气象资料：不保证50小时室外空调干球温度30.7℃，湿球温度25.8℃。3（3）烟台海拔46.7米，大气压力冬季102.1kPa，夏季100.1kPa。3设计计算3.1制冷压缩机的型号与台数的选择（1）冷冻站的冷负荷的确定对于间接式制冷系统，A＝0.1～0.15。本课程设计属于此类，取A＝0.125(1)(10.125)10001125TyQAQkwkw（2）制冷工况的确定①蒸发温度0t当采用风机盘管处理空气，即冷冻水风机盘管使用时，宜采用水箱式蒸发器（包括直立管式蒸发器和螺旋管式蒸发器）。对于直立管式和螺旋管式蒸发器，蒸发温度宜比冷冻水出口干球温度低4～6℃。0t=8℃—（4～6℃）=3℃②冷凝温度kt采用水冷式冷凝器时，冷凝温度kt可用下式计算：)7~5(221ssKttt℃式中1st——冷却水进冷凝器的温度，℃；2st——冷却水出冷凝器的温度，℃。对于使用冷却塔的循环水系统，冷却水进水温度可按下式计算：sssttt1=25.8℃+（4~3）℃=25.8℃+3.5℃=29.3℃式中st——当地夏季室外平均每年不保证50小时的湿球温度，℃st——安全值。选用机械通风冷却塔，4~3st℃。2st=1st+(2～4)℃=32.3℃)7~5(221ssKttt=)7~5(23.323.29=36.8℃③压缩机的吸汽温度1t4压缩机的吸汽温度一般与压缩机吸汽管的长短和保温情况有关，通常以氨为制冷剂时，吸汽温度1t与蒸发温度0t的差值不大于5～8℃。但本设计考虑仅理论循环，不考虑过热，即1t=ot=3℃。④再冷温度.rct对于立式壳管式冷凝器，均不考虑再冷。以上工况确定以后，就可在lgP——h图上确定整个制冷的理论循环；并进行循环的理论计算。（3）制冷压缩机的型号及台数的确定考虑到厂房的大小，设备初投资，维护及管理，压缩机台数不应取太多，现取3台。则每台压缩机在设计工况下的制冷量至少为3/TQQ=1125/3=375KW查《实用制冷工程设计手册》北京：中国建筑工业出版社，1994年。郭庆堂P166。查压缩机性能曲线，可用压缩机型号为8AS12.5（开启式，单级，960r/min）。每台压缩机在设计工况下的满负荷制冷量oQ=475kw。稍大于375kw每台压缩机在设计工况下的轴功率Pe=94kw。配用电机功率P=（1.05~1.10）Pe=（1.05~1.10）×94kw=101.05kw3.2冷凝器的选择（1）冷凝器型式的选择应根据制冷剂和冷却介质（水或空气）的种类及冷却介质的品质优劣而定。在冷却水质较差、水温较高和水量充足的地区，宜采用立式壳管式冷凝器，因为冷却水使用循环水，故采用立式壳管式冷凝器。冷凝器的台数参考压缩机的台数，暂取三台。5查《实用制冷工程设计手册》Ｐ160取m=0.882则iP=mPe=0.88294=82.908kw总共的冷凝负荷为Qk=（oQ+iP）3=(375+82.908)3=1373.724kw（2）传热温差tΔ=2k1k12ttttlntt=3.328.363.298.36ln3.293.32=5.873℃式中：t1、t2----冷却剂进、出口温度；tk----冷凝温度。冷凝水的流量为：M=12ttCpQk=)3.293.32(186.4724.1373=109.39kg/s（3）冷凝器型号的确定及其传热系数的计算①选择冷凝器的型号查常用冷凝器的传热系数表，由于采用立式冷凝器假定1tq=3700kcal/m2h=4.303kw/m2则对每台冷凝器11tkqQF=303.4724.1373=319.248m2每台3248.319F=106.416m2查《制冷与空调设备手册》P441（上--冷）立式冷凝器规格示例表，取冷凝器型号为LN-150（其传热面积F=150m2,通筒体直径D=1080mm，高度H=4800mm，管道211根），则FQqkt=1373.724/（1503）=3.053kw/m2②计算冷凝器制冷剂侧放热系数w密度Γ=Nnd3600*Mπ=321110)2351(3600109.393π=4397Kg/m.h冷凝器的水侧放热系数w=513Γ1/3=8404.325w/m2.k6③计算冷凝器制冷剂侧放热系数c由《制冷原理及设备》主编：吴正业西安交通大学出版社1997出版P222：对垂直面呈波形流动时'C=1.18，物性系数=32g=3-323101293.010419.1099807.9264.583461.0=2.77931510冷凝器制冷剂侧放热系数c=311000'lqCtβ=31158.41000053.3107793.218.1=6779.606W/m2.k③计算冷凝器的传热系数由冷凝器型号知：管外径d0=51mm。水垢的热阻Rf查《传热学》P492得Rf=5.28410m2.k/w。取金属管壁的导热系数λ=43.2w/m2.k，油膜热阻oilR=0.0006m2.k/wkmwRAAAARKfwippioilCC.11210αλδαkmW.1028.5325.8404148512.430035.051450006.0606.67791214）（=718.047kmW.2此时热流密度tKqct.*=718.047×5.873=4.217kw/m2；（t为冷凝器对数传热平均温差）⑤比较相对误差相对误差**tttqqq=217.4053.3217.4=2.7％＜5％，说明假定合理，即所选择的冷凝器型号合适。73.3蒸发器的选择在前确定蒸发温度时，已确定使用直立管式或螺旋管式蒸发器。则每台蒸发器的制冷量即为一台压缩机的制冷量oQ=479.156kwmtΔ=010212ttttln=18112ln812=8.85℃假设=520(kcal/m2·h·℃)tq=mtΔ=5208.85=4602kcal/m2·h=5.352KW蒸发面积tF=oQ/tq=479.156/5.352=89.528m2查《制冷与空调设备手册》P499（上冷）SR-90（蒸发面积为F=90m2）。此时单位热负荷*tq=oQ/F=479.156×3/4×120=3.5937kw/m2.=3090kcal/m2h属于直螺旋管式单位热负荷（2500~3500kcal/m2h）范围之内，符合要求。4其他辅助设备的选择4.1油分离器的选择计算根据压缩机台数取油分离器台数为三，一台压缩机配一台油分离器。选用离心式油分离器。压缩机理论输气量Vh=60412nzsd=6096081.0125.0412=0.1573m/s=565.4873m/h查《实用制冷工程设计手册》编写组.制冷工程设计手册.北京：中国建筑工业出版社，1978年。P156得压缩机输汽系数λa=0.782，取筒体内汽体流速w=0.9m/s则D≥wvvVwvvVnhnh...019.0...3600..412128=9.028.277125.0782.0487.565019.0=0.2413m查《制冷与空调设备手册》P607采用离心式有分离器，SYF-50（北冷）,D=245mm4.2贮液器的选择计算液体制冷剂循环量MR=410hhQ=479.146/(1458.284-376.127)×3600×3=0.1594kg/h×3=4.782kg/h；液体制冷剂比容v=1.71707L/Kg=0.00171707m3/kg；取液体充满度β=0.8.贮液器的容积：vMVR.)31~21(=38.00017145.0006.15943~21=1.34161~5.1243m3查《制冷与空调设备手册》P536(上冷)选择ZA-4.5一个。4.3集油器的选择计算通常几套压缩机可共用一个集油器。集油器一般不进行计算，而是根据经验来选用。冷冻站标准工况下的制冷量：标Q=TQ/tK=1125/2.0=562.5kw不大于600KW，采用直径为300mm的集油器一台。查《制冷与空调设备手册》P624(洛冷)JY-300,其直径为325mm。4.4空气分离器的选择空气分离器的选择一般不进行计算，而是根据经验选用。系统总制冷量为11251163kw，故采用Dg50体直径219的空气分离器。查《制冷与空调设备手册》P631（重冷）选择KF-50,直径为219mm94.5紧急泄氨器的选择在大、中型制冷系统中，系统中的充氨量是较多的。当发生严重事故时，必须将系统中的氨迅速放掉，以保护设备和人身安全，故系统应设置紧急泄氨阀。目前国内生产的紧急泄氨阀为SA－25型，各系统均可选用