1、郑州轻工业学院本科毕业设计（论文）题 目 4kW 小型工业用冷水机组学生姓名 专业班级 热能 学 号 院 （系） 机电工程学院 指导教师(职称) 完成时间 4kW 小型工业用冷水机组目 录摘 要 .IABSTRACT .II1 绪论 .11.1 冷水机组概况 .11.2 风冷式冷水机组的特点 .21.3 原始资料及技术条件 .32 制冷工质的选择与系统热力计算 .32.1 制冷剂的选择 .32.1.1 制冷剂的分类 .32.1.2 制冷剂的性能要求 .62.1.3 制冷剂的选择 .72.2 载冷剂的选择 .72.2.1 载冷剂的分类 .72.2.2 载冷剂的选择原则 .82.3 系统热力计算
2、.82.3.1 几个状态温度点的确定 .82.3.2 热力计算 .93 压缩机的选型计算 .123.1 压缩机的分类与初选 .123.1.1 压缩机的分类 .123.1.2 压缩机的初选 .123.2 压缩机的选型计算 .133.2.1 理论输气量的计算 .133.2.2 轴功率的计算 .153.3 压缩机选型 .153.4 压缩机的校核 .154kW 小型工业用冷水机组3.4.1 压缩机名义工况下的热力计算 .153.4.2 压缩机的校核计算 .174 冷凝器设计计算 .194.1 冷凝器的选择 .194.2 冷凝器设计计算 .204.2.1 有关温度参数及冷凝热负荷确定 .204.2.3
3、进行传热计算 .224.3 风机的选择计算 .255 蒸发器选择计算 .265.1 蒸发器的选择 .265.2 蒸发器的计算 .275.2.1 水流量 .285.2.2 计算平均温差 .285.2.3 体积流量 .295.2.4 传热系数的计算 .295.2.5 换热面积校核 .326 节流装置的选择 .336.1 节流装置的介绍 .336.2 节流前后压差 的计算 .33p6.3 节流装置的选型 .337 辅助设备的选型 .357.1 储液器的选型 .357.2 干燥过滤器 .367.3 视液镜的选型 .377.4 电磁阀的选择 .387.4.1 电磁阀的工作原理及作用 .384kW 小型工
4、业用冷水机组7.4.2 电磁阀的安装和使用 .387.5 截止阀选择 .397.6 水泵的选择 .397.7 膨胀水箱的选型 .41结束语 .43致 谢 .44参考文献 .454kW 小型工业用冷水机组I4kW 小型工业用冷水机组摘 要冷水机组是一个小型化的，有独立的制冷系统和载冷剂循环系统两部分组成制冷机。其中，制冷系统采用蒸气压缩式制冷，使制冷剂发生气液相变，吸收载冷剂水所放出的热量。载冷剂由于被冷却从而自身温度降低，利用其低温来制冷。根据设计要求的不同，温度能达到不同的要求。冷水机组是将制冷系统中的部分设备或全部设备，主要有压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀设备和一些其他的辅助设备，配套组装在
5、一起而成的一个整体。本次设计主要着重于系统压缩机的选择计算，翅片式冷凝器的设计计算，板式蒸发器的选型计算以及节流阀的选择计算。本文通过对各个部件的介绍与计算，根据已知的设计条件，进行热力循环计算，选择适合本次设计的设备。与此同时，对于一个水冷式冷水机组而言，为保障制冷机组的高效运行，一些系统的附件也是不可缺少的，比如风机、储液器、电磁阀、干燥过滤器、视液镜，水泵，膨胀水箱，截止阀等。关键词 风冷式冷水机组/压缩机/翅片式冷凝器/板式蒸发器/风机4kW 小型工业用冷水机组II4kW SMALL INDUSTRIAL CHILLERS ABSTRACTChiller is miniaturized
6、 and independent,which contains of two part of refrigeration systems and containing refrigerant cycle system .Among this device,refrigeration system makes use of vapor compression refrigeration,the system makes the refrigeration change from gas to liquid,and the refrigerant absorbs energy that heat
7、released by water.Since the secondary refrigerant is cooled ,it has a lower temperature ,which can be used for cooling. Depending on design requirements,it can achieve different temperature. Chiller cooling system is assembled of part of the equipment or all equipment together to a whole package ,th
8、ey are a compressor, a condenser, an evaporator, an expansion device, and other auxiliary equipment.The design is mainly focused on the choice of the system compressor calculations, design calculations fin condenser, evaporator plate selection calculator and the choice calculations of the throttle.
9、According to the description of the calculation of the various components, and the known design conditions,the paper does the thermodynamic cycle calculation, and choose the appropriate equipment.At the same time, for a water-cooled chiller, some system of accessories is also indispensable for the p
10、rotection of the efficient operation of the refrigeration unit, such as fans, reservoir, solenoid valve, filter drier, sight glass, water pumps, expansion tank, shut-off valves, etc.KEY WORDS air-cooled chillers，compressor，fin condenser ，plate evaporator，fans4kW 小型工业用冷水机组11 绪论1.1 冷水机组概况随着现代工业的不断发展进步
11、，和人们生活质量的不断提高，冷水机组在工业和集中空调中的应用也越来越多。在工业中，冷水机组主要应用于产品的生产工业过程；在生活中，主要应用于各种类型建筑的集中空调系统，给人们创造一个舒适的生活工作环境。冷水机组是将压缩机、冷凝器、蒸发器、节流机构、控制器件、仪器仪表组装在一个整体的钢架上，外部只需接上冷水管、冷却水管路系统和电源即可使用。冷水机组一般使用在空调机组和工业冷却中，在空调系统中将冷冻水分配给各末端设备换热器以冷却或加热在其各自的空间以给人创造一个冬夏舒适的工作、生活环境，然后冷冻水重新回到蒸发器冷却；在工业生产中，冷水机广泛运用于食品、制药、医疗、玻璃、塑胶、焊接、电镀等各个领域
12、1。常用冷水机组的分类方式及种类如下表所示：表 1-1 常用冷水机组分类分类方式 种类按压缩机形式分 活塞式（往复式） 、螺杆式、离心式按冷凝器冷却方式分 水冷式、风冷式按能量利用方式分 单冷型、热泵型、热回收型、单冷冰蓄冷双功能型按密封方式分 开式、半封闭式、全封闭式按能量补偿不同分 电力补偿（压缩式） 、热能补偿（吸收式）按热源不同分（吸收式） 热水型、蒸汽型、直燃型燃油型：柴油、重油按燃料种类分燃气型：煤气、天然气空调型：7、10、13、15按冷水出水温度分低温型：-5-30按载冷剂分 水、盐水、乙二醇按制冷剂分 R22、R123 、R134a若按制冷机组的压缩机形式分，可以分为活塞式、
13、螺杆式、离心式等，其中活塞式冷水机组体积小、效率高、维修方便，价格低，加工容易，技术成熟，通常多4kW 小型工业用冷水机组2机并联，适应于变工况条件，因此在中、小冷量范围内得到广泛应用；螺杆式冷水机组以其对变工况运行有较好适应性，对气体带液运行不敏感，转速高、体积小重量轻，动力平衡性好，零部件少，尤其易损件少，运行寿命长，可靠性高，排温低，容积效率高，操作简单，易于实现自动化等特点，在大、中冷量范围内得到广泛应用，并且有向活塞式冷水机组应用的小冷量范围和离心式冷水机组应用的大冷量范围扩展的趋势；而离心式冷水机组具有动平衡特性好，运行平稳，振动小，噪声低；易损件少，故障少，工作可靠，寿命长，维护
14、费用低；制冷量大，性能系数高，结构紧凑，体积小，重量轻，占地少；自动化程度高，制冷量调节方便和范围宽等特点，广泛使用在各种大型空调系统中 2。冷水机组若按冷水机组冷凝器的冷却方式来分，一般分为水冷式和风冷式两种。水冷式冷水机组是用水冷却高压气态制冷剂，使之冷凝。采用水冷式冷凝器可以得到比较低的冷凝温度，这对于制冷系统的制冷能力和运行经济性均较为有利。因此，目前多采用此种制冷方式。而风冷式冷水机组是利用空气使气态制冷剂冷凝，无需冷却塔、冷却水循环管路。因此系统简单，特别适用于水源缺乏，用水有限制的地方。因此，近几年来，风冷式冷水机组的应用在我国有增加的趋势 3。本设计选用风冷式冷水机组。1.2
15、风冷式冷水机组的特点 风冷式冷水机组是以空气源为冷热源，采用电驱动制冷和制热，可实现全年性气候运行的一种机型。它是一种能够提供冷热源的独立完整机组，又可充分利用空气这个自然能源，因此较之传统的冷水机组更具有优势和特点：（1）可在制冷季节向机组系统提供冷水。在采暖季节向机组系统提供热水，是理想的空调冷热源；（2）由于采用风冷模式，可省去传统系统中一般都需要的冷却水系统，即不需要设计安装冷却塔、冷却水泵及相关管道，系统设计简单那，施工方便，安装快捷；（3）机组可放置在屋顶及其他适合的露天位置，不必专门建造冷冻机房，可为投资者节约宝贵的建筑空间；（4）机组可灵活组合，形成不同的机组容量，满足用户不同
16、的需要；（5）因为机组制冷制热均使用电力这一清洁的能源，避免了由于燃煤、燃油与4kW 小型工业用冷水机组3燃气所带来的排放污染或消防问题，也无冷却塔的噪音和废水污染，是典型的“环境友好”产品。1.3 原始资料及技术条件本设计的原始资料及技术条件：（1）制冷温度：7；（2）制冷量：4kW；（3）控制温度： 1；（4）使用环境温度：035；（5）使用环境相对湿度：85%；（6）电源：3-380V 50Hz；（7）名义工况：室外空气干球温度 32，出水温度 12、回水温度 7；（8）冷却方式：强制对流风冷；（ 9）制冷剂：HFC 类；（10）安全保护：高压、低压、断水、冻结。2 制冷工质的选择与系统
17、热力计算2.1 制冷剂的选择2.1.1 制冷剂的分类制冷剂是制冷机中的工作介质，它在制冷机系统中循环流动，通过自身热力状态的变化与外界发生能量交换，从而达到制冷的目的。目前用得较多的制冷剂，按其化学组成主要有三类：无机物、卤代烃、碳氢化合物。2.1.1.1 无机物（1）氨 氨是应用较广的中温制冷剂。沸点-33,3，凝固点 -77.9。氨具有较好的热力学性质和热物理性质，在常温和普通低温范围内压力比较适中。单位容积制冷量大，粘性小，流动阻力小，传热性能好。目前氨用于蒸发温度在-65以上的大型或中型单级、双级往复活塞式及螺杆式制冷机中，也有于大容量离心式制冷机中。（2）二氧化碳 二氧化碳是一种古老
18、的制冷工质，又是一种新兴的自然工质。干冰是固体二氧化碳的习惯叫法。干冰的三相点参数为：三相点温度-56.6，三相点压力 520kPa。因此，在大气压力下，二氧化碳为固态或气态，不存在液态。干冰在大气压力下的升华热为 573,6kJ/kg，升华温度为-78.5。二氧化碳作为制冷工质可以应用在制冷空调系统的大部分领域，就目前发展状4kW 小型工业用冷水机组4况而言，在汽车空调、热泵和复叠式循环等领域应用前景良好。二氧化碳跨临界循环由于排热温度高、气体冷却器的换热性能好，因此比较适合汽车空调这种恶劣的工作环境。2.1.1.2 卤代烃（1）R134a R134a（四氟乙烷，CH 2FCF3）是被广泛应
19、用的中温制冷剂，沸点为-26.26 ，凝固点为-96.6；应用于中等蒸发温度和低蒸发温度的制冷系统中。R134a 无色，毒性很小，不燃烧，不爆炸，是一种很安全的制冷剂。只有在空气中含量（体积分数）过大（超过 80%）时才会使人窒息。它对大气臭氧层没有破坏作用，但全球变暖潜能值为 1430。（2）R22 R22（二氟一氯甲烷，CHF 2Cl）也是教常用的中温制冷剂，在相同的蒸发温度和冷凝温度下，R22 比 R134a 的压力要高 65%左右。 R22 的沸点为-40.8 ，凝固点为-160 。它在常温下的冷凝压力和单位容积制冷量与氨差不多，比 R134a 要大，压缩终温介于氨和 R134a 之间
20、，能制取的最低蒸发温度约为 -80。R22 无色，无味，不燃烧，不爆炸，毒性小，但仍然是安全的制冷剂，安全分类为 A1。它的传热性能与流动性能较好；它属于不溶于水的物质，制冷系统水的含量限制在 0.001%以内。同时系统内应装设干燥器。2.1.1.3 碳氢化合物（1）R600a 常用的碳氢化合物制冷剂为 R600a。R600a（异丁烷，i-C 4H10）的沸点为-11.73，凝固点为 -160，曾在 19201930 年作为小型制冷装置的制冷剂，后由于可燃性等原因，被氟利昂制冷剂取代了。在 CHCs 制冷剂会破坏大气臭氧层的问题出来后，作为自然制冷剂的 R600a 又重新得到重视。尽管 R134a 在许多方面表现出作为 R12 替代制冷剂的优越性，但它仍有较高的 GWP 值，因此，许多人提倡在制冷温度较低场合（如电冰箱）用 R600a 作为 R12 的永久替代物。（2）R290R290 的标准沸点和临界温度与 R22 非常接近，临界压力比 R22 低，凝固点比R22 低，其基本物理性质与 R22 相当，具备替代 R22 的基本条件。R290 的最大缺点是具有可燃性和爆炸性。另外 R290 的蒸气比体积比 R22 的大，
