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制冷剂用翅片式换热器性能试验台制冷剂侧系统的设计导师:周志钢答辩人:凌子晋专业:热能与动力工程（制冷）论文框架课题背景设计原理设备选型结论1234课题背景越来越多的能源需求使得热能应用方面的产业也快速发展，制冷作为热力应用当中的一个分支，在日常生活中扮演着重要作用。换热器是制冷系统一个重要的设备，它的优劣影响到系统效率，从而与运营成本，经济利益直接相关，因此对换热器的测试研发有着重要意义。本课题将着重针对翅片式换热器的性能测试台的制冷剂侧系统进行设计。课题背景翅片管，是为了提高换热效率，通常在换热管的表面通过加翅片，增大换热管的外表面积（或内表面积），从而达到提高换热效率的目的，这样一种换热管。翅片管的主要性能要求。翅片管作为换热元件，长期工作于高温烟气的工况下，比如锅炉换热器用翅片管使用环境恶劣,高温高压且处于腐蚀性气氛,这要求翅片管应具有很高的性能指标。①防腐性能(Anti-corrosion);②耐磨性能(Anti-wear);③低的接触热阻(lowercontactresistance);④高的稳定性(HigherStability);⑤防积灰能力换热器重要性---换热器试验台重要性课题背景该试验台测试的制冷系统为R410a高压制冷系统相关标准：国标JB/T7659.5-95氟利昂制冷装置用翅片式换热器行业标准风冷蒸发器名义工况如下：进风参数：干球温度27℃、湿球温度19.5℃、蒸发温度5℃、出口过热度5℃、迎面风速2.5m/s风冷冷凝器的名义排热工况如下：进风温度35℃、冷凝温度50℃、出口过冷度=3℃、进出风温差10℃、迎面风速2~3m/s设计原理实验原理：空气焓值法试验台原理图如下:由空气侧系统和制冷剂侧系统在试验区交叉形成。空气通过试验区与被测换热器换热后回到控制房间，继续循环。设计原理空气侧系统搭建设计原理制冷剂侧系统的设计蒸发温度的控制：由于制冷剂在两相区时温度和压力是一一对应的，因此我们控制蒸发器前的制冷剂压力来间接控制制冷剂的温度，我们采用控制精度比较高的电子膨胀阀。冷凝温度的控制：冷凝温度和蒸发温度一样，控制冷凝压力来控制其温度，因此在冷凝器前后有冷凝压力调节阀。设计原理制冷剂侧系统的设计过冷度的控制：冷凝器后的制冷剂液体需要经过一定的过冷后才能进入节流装置，需要能提供稳定温度的换热器安装在冷凝器后，作为过冷器。冷凝器前制冷剂温度：在做冷凝器测试的时候，需要提供一个稳定的前端温度，因此在压缩机后的管道需采用恒温装置，如水箱或水浴来控制温度。设计原理To25设计原理系统调节以测试换热器为蒸发器为例。由于国标的规定，蒸发器空气流速确定，即确定了空气的流量。又根据经验，在试验中通过试验段的空气前后状态变化不大，即空气进出口焓差变化不大。因此，空气侧换热量基本稳定在一个范围。根据传热学的基本公式有Q=K*A*△Tm=qR*△hR=qa*△ha①减小旁通，增大流量。由于对于一个蒸发器而言，蒸发能力基本不变，就导致单位质量的焓差变小，即下图中1点左移，反之右移。②由于蒸发器能力基本不变，蒸发温度又已经固定，因此压缩机吸气口的状态可以靠冷凝器后的过冷度来调节，过冷度越大，点4、点1的状态就左移，反之右移。设计原理设计原理热力计算已知条件：蒸发温度：to=5℃；蒸发器过热度：t0=5℃；蒸发器出口工质温度：t0’=to+t0=10℃；冷凝温度：tk=50℃；过冷度：tu=5℃；冷凝器出口制冷剂温度：=45℃；压缩机吸气管路过热度：t1=5℃(经验取值)；压缩机吸气温度：t1=t0’+t1=15℃；查表得：压缩机吸气状态下的工质比容：=0.03038m3/kg；蒸发器出口工质焓值：=431.08kJ/kg;过冷器出口工质焓值：=274.41kJ/kg;冷凝器出口焓值：=292.39kJ/kg理论循环压缩机出口工质焓值：=470.08kJ/kg;设计原理单位制冷量：单位制冷量为单位质量的工质在系统中吸热的过程量由蒸发器出口焓值减去蒸发器进口焓值求得。q0=h0-h5=150.36kJ/kg;单位容积制冷量：单位容积制冷量由单位制冷量除以工质的比容，取压缩机进口比容计算qv=q0/v1=4949.3088kJ/m3单位理论功:单位理论功是理论状态下压缩机对单位工质所做的功，由压缩机进出口焓值差决定w0=h2-h1=34.58kJ/kg理论制冷系数:理论制冷系数表示单位做功提供的制冷量，由单位制冷量及单位理论功的商求得ε0=q0/w0=(h0-h5)/(h2-h1)=4.348设计原理辅助水循环设计由于系统采用的辅助蒸发器，辅助冷凝器及过冷用的板式换热器都采用水冷方式，因此必须另外设置一路水循环系统来保证系统的正常运行。设备选型压缩机压缩机的实际体积输气量：压缩机单位时间需要排出的实际气体量，由制冷剂流量乘以单位工质单位容积求得V=G*v1=Q0/qo*v1=Q0/qv=5.45544m3/h流量小于60立方米每分钟的状态宜选用活塞涡旋等小型压缩机大于150立方米每分钟的状态宜选用离心压缩机谷轮牌涡旋式压缩机，一般取容积系数0.98计算出压缩机需要的理论输气量为5.4544/0.98=5.566m3/h设备选型由谷轮压缩机选型软件查得其中适合型号为ZP36KSE-PFZ蒸发器能力：8KW（符合实验要求）输入功率：2.7KW系统COP=3.03电流230V,A=52.7A放热:10.4KW排量（50Hz）：6m3/h（关键参数）长度宽度：242/242mm；高度：421mm净重：29.4kg；焊接式吸气管：7/8’’排气焊管：1/2’’；最大压力：43bar最大静压：28bar；油量：1.25L安装底脚：190*190mm设备选型设备选型设备选型辅助冷凝器辅助冷凝器排热量Q排=G*(h2-h3)=8.86kW课题要求中可测冷凝器换热量为10kW，因此我们也选用10kW的辅助冷凝器.选用深圳东洋制冷生产TY-003型---壳管式冷凝器作为辅助冷凝器冷冻能力：3RT（1RT=3.5kw），散热面积2.04m2，水量：1.88m3/h，重量：11kg设备选型①换热范围大；②精密数控加工制造，经国家测试中心测试，技术达到国际先进水平；③侧盖设计，易于清洗维护；④采用优质外螺纹铜管，高强度密封结构，密封性好，增加了换热能力；⑤HCFC、HFC或其他类型冷媒均可配套使用。设备选型辅助蒸发器因为试验台配有恒温水箱，因此我们采用单回路水冷壳管式蒸发器。辅助蒸发器的制冷量Q0=G*(ho-h5)=7.94kW经挑选，选择东莞华强制冷配件厂生产的耐腐蚀U型管壳式蒸发器。选用型号为HCS-12.5，其主要技术参数如下：功率12.5HP(8.8kW)(1HP=0.735kW);冷冻水流量：3.5m3/h设备选型设备选型电子膨胀阀由于试验台的特殊性，对制冷系统的精确度有很高的要求因此我们需要一个电子膨胀阀。有以下几个优点：调节精确快速，适用温度低，过热度设定值可调。选用丹佛斯生产的ETS12.5型号的电子膨胀阀，技术参数如下：制冷剂温度-40~65℃制冷剂HCFC,HFCR410a额定制冷量70kW最大工作压力45.5bar设备选型旁通节流阀选用丹佛斯TGEL,R410A型膨胀阀。参数如下最大操作温度（阀体）：110℃；温度范围：-25~10℃，最大工作压力：46bar过冷器为了提高过冷器的效率，减小过冷器的体积，采用板式换热器。过冷换热量计算：Q过冷=G*(h3-h4)=0.04988*(292.39-274.41)=0.89kwToP10设备选型试验台选用的是R410a制冷剂，为高压制冷剂，因此我们选用钎焊式板式换热器作为过冷器。经挑选宁波高力科技有限公司生产的钎焊式板式换热器，选取型号K040*16C。制冷量为1.76kw设备选型气液分离器气液分离器能有效过滤蒸发器出来的制冷剂蒸汽。此外在空调的制冷系统中，可能会因为制造时没有处理干净而带入碎渣、尘土,需要通过过滤来清除掉这些机械杂物和污物气液分离器还用来吸收制冷剂中的水分如果水分存在就有可能造成“冰堵”。气液分离器同时还具有消声作用。气液分离器的原理是：带液制冷剂进入到气液分离器时由于管径突然变大，膨胀减速，使液体分离或者打在挡板上，从而分离出液体，在罐底收集。设备选型选择气液分离器有几个注意点：所选气液分离器必须有足够的容量来储存多余的液态制冷剂。气液分离器带来的压力损失尽量小。综合上面描述，我们选择深圳市创盛制冷空调机电设备有限公司生产的气液分离器，如图3.5.2。其特点有：①汽液分离器防止压缩机被油击或液击；确保在各种工况下正确的回油；②汽液分离器可以在-40度的蒸发量度下使用；压力损失非常低;③汽液分离器还有回汽消音的作用；在大的型号上装有易熔塞安全阀.设备选型冷凝压力控制阀高压调节阀6是受阀前冷凝压力控制的比例型调节阀，其开度与阀前和冷凝压力设定值之差成正比，当阀前压力低于设定值时，阀关闭；达到设定值时，阀开始开启，正常运行时，阀全开．差压调节阀7是受阀前后压差(冷凝器和高压调节阀的压降之和)控制的调节阀，压差增大，开度增大；压差减小，开度减小；当压差减小到定值时，阀门关闭．这样，当冷凝压力很低时(如冬季)，高压调节阀6关闭，压缩机排出的制冷剂在冷凝器中冷凝，集液使冷凝器传热面积减少，冷凝压力逐渐升高；当压差调节阀7前后建立起压差后，阀门打开，压缩机排气直接进入高压储液器顶部，使高压储液器内的压力升高，以保证膨胀阀前具有稳定的压力．当冷凝压力升高至设定值以上时，高压调节阀6全开，局部阻力减小，使差压调节阀7前后的压差降低至设定压差以下，差压调节阀关闭．因此，当冷凝压力在设定值以上正常运行时，高压调节阀全开、差压调节阀关闭。设备选型实验中冷凝压力为30bar，属高压冷凝，我们选择丹佛斯公司生产的KVR034L0093冷凝压力调节阀温度范围:-45-105℃；最大工作压力[bar]38,bar；调节范围[bar]5,0-27,5bar；适用制冷剂HCFC,HFC等配合上面所取的冷凝压力调节阀，采用丹佛斯公司生产的NRD020-1132,铜焊连接压差调节阀。技术参数如下所示：最大工作压力[bar]46,0bar；最小压力降[bar]1,40bar；制冷剂(s)CFC，HCFC，HFC温度范围：-50-140℃设备选型压力、温度、流量测量仪表⑴压力测量由于试验台的特殊性，对测试结果的精度有很高的要求，因此需要选择测量精度高，反应速度快的测量装置，故采用电信号测量仪表即压力变送器。系统内最大压力为30bar左右，因此选用的压力变送器应该覆盖此压力值，我们选用深圳市索SUO远科技有限公司生产的压力变送器。测量范围：最大0~60MPa，最小0~3KPa允许温度：环境温度：-30~+70℃介质温度：-30~+80℃设备选型⑵温度测量试验台对温度精度的要求较高，宜采用铂电阻测量。一般市面上有PT100，PT1000两种铂电阻，区别在于PT100在零度时电阻是100欧姆，PT1000在零度时电阻为1000欧姆，PT1000较PT100有更高的精度，但测量范围不及PT100选用丹佛斯公司生产的AKS-12型PT1000铂电阻。平均温度范围和平均时间常数的空气温度探头。传感器基于PT元件进行调节，0℃时阻抗1000ohm。温服范围：-40~80℃设备选型⑶流量测量由于制冷剂是有将强极性的化学液体，不能采用电磁流量计测量流量，故采用质量流量计。G=0.04988kg/s=2.99kg/min=180kg/h选择科里奥利牌OPTIMASS3000，Z型测量管质量流量计。产品技术参数如下：额定流量：15~300kg/h工艺温度：-40~150℃压力：-1~150bar材料：测量管为哈氏合金C-22外壳为不锈钢316L设备选型①管道材料无限制，哈氏合金可以几乎在任何工业过程中进行单管测量。②流量无限制,能够测量低至每分钟几克的流量③被测产品无限制，高粘度，颗粒物，不同种类混合物，且测量的精度与质量的影响很小。旁通