1、 本科毕业设计 （论文） 2000kW 水冷 型 冷水机组的设计 学 院 材能与能源学院 专 业 热能与动力工程 （制冷空调方向） 年级班别 2011 年 6 月 2 0 0 0 k W水冷型冷水机组设计 材料与能源学院 2 设计总说明 冷水机组是把整个制冷系统中的压缩机、冷凝器、蒸发器、节流阀等设备，以及电气控制设备组装 在一起，为空调系统提供冷冻水的设备。 冷水机组一般使用在空调机组和工业冷却。在空调系统，冷冻水通常是分配给换热器或空气处理机组终端设备；在工业应用，冷冻水分配到其它液体的冷却泵或实验室设备。 它既能为宾馆、医院、药厂、影剧院、体育馆、娱乐中心、商业大厦、工矿企业等场所的中央
2、空调系统提供冷水，也可为纺织、化工、食品、电子、科研等部门提供工艺冷冻水。 本设计主要是 2000kW水冷 型 冷水机组的设计，设计首先介绍了水冷 型 冷水机组的概念、分类、主要型式、冷量范围和应用场合等等。接着由规定的制冷量，确定所要设计的机组型式为螺 杆式水冷 型 冷水机组。然后查阅国标中关于水冷 型 冷水机组的设计工况，根据国标中规定的冷却水 进出口温度，制冷量等条件 再确定所确定的机组设计蒸发器为满液式蒸发器，冷凝器为卧式管壳式冷凝器。设计步骤按照相关换热器设计手册和国标的一些规定。由设计好的换热器来选择 比泽尔 CSH 系列压缩机及其配件。接着设计机组主要管路及系统，最后设计机组的自
3、动控制系统，主要包括压缩机自动控制和机组运行参数自动控制。最后再绘制设计的蒸发器、冷凝器和相关零件的图纸。 关键词： 冷水机组，螺杆压缩机，水冷， R22 Design General Information Chillers are refrigeration systems which include compressor, condenser, evaporator, throttle and other equipments, providing chilled water for air conditioning systems. Usually chillers are used
4、in air conditioning units and industrial cooling. In the air conditioning systems, chilled water heat exchanger is usually assigned to the terminal equipments or air handling terminal units; in industrial applications, chilled water is distributed to other liquid cooling pumps or laboratory equipmen
5、ts. It could not only provide cold water for the hotels, hospitals, pharmaceutical companies, commercial buildings, mining enterprises and other places of central air conditioning systems, but also provides process frozen water for the sections of textile, chemical, food, electronics, and scientific
6、 research. This design is mainly about 2000kW water-cooled chiller. The design first introduces the water-cooled chillers concept, classification, major types, scope and applications of cold etc. Then according to the stipulations of import and export cooling water temperature, cooling capacity and
7、other conditions in the Chinese standard the design determines the evaporator unit shall be flooded evaporator and the condenser shall be a horizontal tube shell condenser. The design procedures are based on the stipulations in relevant heat exchanger design manuals and Chinese standard. The design
8、selects a Bitzer CSH series compressors and accessories which are in accordance with the designed heat exchanger. Then design the main pipeline and system of the unit and the units automatic control system which mainly includes automatic control and compressor control unit operating parameters. Fina
9、lly, I draw the designs of evaporator, condenser and related parts. Key words: Chillers, Screw Compressor， Water-cooled， R22 目 录 1 绪论 . 1 1.1 制冷技术介绍 . 1 1.2 蒸气压缩式制冷机组的分类和比较 . 1 1.3 设计机组的选型与介绍 . 1 1.3.1 设计机组选型 . 1 1.3.2 螺杆式制冷机组介绍 . 2 1.3.3 螺杆式制冷机组的优点 . 2 1.3.4 螺杆式水冷冷水机组设计工况 . 2 1.3.5 蒸发器的型式 . 2 1.3.6
10、 冷凝器的型式 . 3 2 蒸发器的设计 . 4 2.1 设计参数的确定 . 4 2.2 热力计算 . 4 2.2.1 制冷剂的流量 . 4 2.2.2 冷水的流量 . 5 2.3 传热计算 . 5 2.3.1 估算传热面积和选管 . 5 2.3.2 污垢热阻的确定 . 5 2.3.3 管内换热系数的计算 . 6 2.3.4 管外换热系数的计算 . 6 2.3.5 传热系数 k 的计算 . 6 2.3.6 校核传热面积 . 7 2.4 流动阻力的计算 . 8 2.5 结构计算 . 8 2.5.1 换热管布置设计 . 8 2.5.2 壳体设计计算 . 9 2.5.3 校验换热管与管板结构的合理性
11、 . 9 2.5.4 管板尺寸设计 . 9 2 2.5.5 封盖尺寸设计 . 10 2.5.6 分程隔板尺寸设计 . 10 2.5.7 支座尺寸设计 . 11 2.6 零部件结构尺寸设计 . 11 2.6.1 支撑板 . 11 2.6.2 垫片的选取 . 11 2.6.3 螺栓 . 12 2.6.4 连接管 . 14 3 冷凝器的设计 . 15 3.1 设计参数的确定 . 15 3.2 热力计算 . 15 3.2.1 制冷剂的流量 . 15 3.2.2 冷媒水的流量 . 16 3.3 传热计算 . 16 3.3.1 估算传热 面积和选管 . 16 3.3.2 确定每流程管数 Z，有效单管长 l
12、及流程数 N . 16 3.3.3 污垢热阻的确定 . 17 3.3.4 管内换热系数的计算 . 17 3.3.5 管外换热系数的计算 . 17 3.3.6 传热系数 k 的计算 . 18 3.3.7 校核传热面积 . 19 3.4 流动阻力的计算 . 19 3.5 结构计算 . 19 3.5.1 换热管布置设计 . 19 3.5.2 壳体设计计算 . 20 3.5.3 校验换热管与管板结构的合理性 . 20 3.5.4 管板尺寸设计 . 20 3.5.5 封盖尺寸设计 . 20 3.5.6 分程隔板尺寸设计 . 20 3 3.5.7 支座尺寸设计 . 20 3.6 零部件结构尺寸设计 . 2
13、0 3.6.1 支撑板 . 20 3.6.2 垫片的选取 . 20 3.6.3 螺栓 . 21 3.6.4 连接管 . 20 4 压缩机及辅助设备的选型 . 22 4.1 压缩机及其附件的选型 . 22 4.1.1 压缩机初步选型 . 22 4.2 油分离器选型 . 23 4.3 节流装置选型 . 23 4.4 干燥过滤器选型 . 24 4.5 气液分离器选型 . 24 4.6 温控阀选型 . 25 5 机组的管路及系统设计 . 25 5.1 制冷管道设计 . 25 5.1.1 制冷压缩机吸气管道设计 . 25 5.1.2 制冷压缩机排气管道设计 . 26 5.1.3 冷凝器至蒸发器之间的管道
14、设计 . 26 5.2 系统设计 . 27 5.2.1 引射泵回油系统 . 27 5.2.2 系统配置 . 27 5.3 制冷管道及测量仪表的安装 . 29 5.3.1 常用的管材、管件和阀门 . 29 5.3.2 测量仪表的安装 . 29 5.4 制冷机组及管道的防腐与绝热 . 29 5.4.1 制冷机组及管道的防护与涂 漆 . 29 5.4.2 制冷机组及管道的绝热材料与绝热结构 . 29 6 自控系统设计 . 29 4 6.1 自动控制方案 . 29 6.1.1 自动控制概述 . 29 6.1.2 机组运行参数 控制方案 . 30 6.1.3 水泵自动控制方案 . 30 6.2 压缩机的
15、自动控制 . 30 6.2.1 压缩机控制方案 . 30 6.2.2 起动型式 . 30 6.2.3 能量调节 . 31 6.2.4 自动保护 . 32 6.3 机组运行参数的自动控制 . 34 6.3.1 蒸发器供液量的自动控制 . 34 6.3.2 蒸发压力和冷凝压力的自动控制 . 34 6.3.3 制 冷剂温度的自动控制 . 35 结论 . 36 参考文献 . 37 致谢 . 38 1 1 绪论 1.1 制冷技术介绍 制冷技术是国民经济各部门广泛应用的一门科学技术，目前主要应用于空气调节、工业生产、食品冷冻冷藏、医疗卫生及日常生活各个方面。 制冷技术是从 19 世纪中叶开始发展起来的，到
16、现在大约有 100 多年历史。在发展过 程中发明过各种不同的制冷方法，其中包括机械驱动和热驱动相变制冷循环（蒸气压缩式、吸收式、吸附式和喷射式），无相变的热驱动制冷循环，以及斯特林循环、热电制冷、磁制冷等。然而当前制冷空调工程中用得最广泛的是以下 2 种制冷循环。 1）蒸气压缩式制冷循环。利用工质相变产生的潜热，通过压缩、冷凝、节流、蒸发 4 个过程的封闭循环实现制冷，是现在应用最广泛的一种制冷循环。 2）吸收式制冷循环。由吸收剂和工质组成溶液，利用热能驱动，通过发生、冷凝、蒸发、吸收 4 个过程的封闭循环。 冷水机组是把整个制冷系统中的压缩机、冷凝器、蒸发 器、节流阀等设备，以及电气控制设备
17、组装在一起，为空调系统提供冷冻水的设备。 1.2 蒸气压缩式制冷机组的分类和比较 蒸气压缩制冷技术以其适应温度范围宽广、清洁无污染、安装操作简便、效率高等优点，在制冷空调工业领域中占主导地位。根据蒸气压缩式制冷原理设计制造成的一种成套设备，称为蒸气压缩式制冷机组。 在蒸气压缩式制冷机组中，采用各种类型的制冷压缩机，它是制冷机组的关键核心部件，对系统的运行性能、噪声振动和使用寿命有着决定性的作用。制冷机组的分类，实质也是由所配用的压缩机的型式来决定的。 根据蒸气压缩的原理， 压缩机可以分为容积型和速度型二大类。容积型压缩机通过减少压缩空间容积，提高蒸气压力来完成压缩功能。螺杆压缩机属于容积型的一
18、种。速度型压缩机是由旋转部件连续将角动量转给蒸气，再将该动量转为压力能。离心压缩机是速度型中最多且最典型的一种压缩机。 1.3 设计机组的选型与介绍 1.3.1 设计机组选型 2 由 于本设计为 2000kW 水冷冷水机组 ，初选 螺杆式压缩机。 1.3.2 螺杆式制冷机组介绍 空调用螺杆式制冷机组主要有冷水机组和热泵机组。按制冷压缩机型式可分为：开启式、半封闭式、全封闭式；按制冷压缩机类型分类 可分为单螺杆式、双螺杆式；按热源侧热交换方式可分为水冷式、风冷式；也按可以按制冷剂种类进行分类。 1.3.3 螺杆式制冷机组的优点 螺杆式制冷机组和活塞式制冷机组相比，其优点如下： 1）结构简单、零件
19、少、可靠性高。 2）没有进排气阀组，压缩效率高。 3）相同制冷量情况下，体积小、重量轻。 4）机器力矩变化小、振动小，运转平稳。 5）能承受一定的液击。 6）可实现中间补气的经济器循环，进一步提高压缩机的效率 7）能量可以无级调节。 8）转子喷油后排气温度低，气密性好，单机可在较大压缩比下运行。 1.3.4 螺杆式水冷冷水机组设计工况 根据 资料 【 1】 关于冷水机组名义工况的规定，本次的设计工况如表 1.1 所示： 表 1.1 水冷机组名义 工况 项目 冷水 侧 水冷式 进口水温 出口水温 进口水温 出口水温 制冷名义工况 12 7 32 37 1.3.5 蒸发器的型式 在螺杆式冷水机组中，蒸发器的型式主要是满液式蒸发器和干式蒸发器两种。满液式蒸发器中，液体制冷剂经过节流装置进入蒸发器，蒸发器内的液位保持一定。蒸发器内的传热管浸没在制冷剂液体中。吸热蒸发后的气液混合物中仍含有大量 液体，故从蒸发器内逸出的湿蒸气经气液分离器后再回入压缩机。 干式蒸发器则由热力膨胀阀或电子膨胀阀直接控制液体制冷剂进入蒸发器的管程，制冷剂液体在管内完全转变为气体，被冷却的介质则在传热管外的壳程
