1、河北建筑工程学院课程设计计算说明书题目名称： 空气调节用制冷技术 系 别： 城建系 专 业： 建筑环境与设备工程 班 级： 建环 09 学 号： 学生姓名： 指导教师： 曲* * 职 称： 副教授 2012 年 6 月 8 日目 录一 设计对象1二 原始资料1三 设计内容及要求 1 确定制冷系统总制冷量确定制冷剂种类和系统形式确定制冷系统设计工况3 选择压缩机和电机功率5 选择蒸发器8 选择冷凝器8 选择系统辅助设备并计算制冷剂充灌量9 确定系统调节控制方案12四 附录13五 参考文献173制冷课程设计一设计对象：某校空调实验室改建，原有冷源已不能满足要求，拟定重建一单元制冷系统，供给空调实验
2、台合格的冷冻水（喷雾室和水冷式空气冷却器） 。 二原始资料：1本制冷系统主要为供给实验室教学和科研用冷冻水，冷冻水温度 t=57。空调设计工况冷冻水温度 t=5，空调回水 t=11。2空调冷负荷 Q0=535KW。最低负荷 Qmin=37KW。3实验室水源为本校自来水网供给的 16深井水。4室外气象参数：夏季通风室外干球温度 30，湿球温度 265，风速 19 米/秒，大气压P=751mmHg；5实验室现有设备规格：（1）4F-10 氟利昂制冷压缩-冷凝机组一台，标准制冷量为 28000 千卡/时，空调制冷量 60000 千卡/时，配用压缩机 4F10；转数 960 转/分；配用电机型号 JO
3、2-72-6，功率 22KW，电压 380V，转数970 转/分;配冷凝器，卧式壳管式，面积 144m 2（武冷产品） 。（2）FW-30 型满液式壳管式蒸发器一台，冷却面积 30m2,筒外径 =400mm; 管板间长度 1800mm,冷却管径 182.5mm，管根数 138；水通程 10；进液管 38mm，回气管 Dg50mm。（3）玻璃钢逆流式冷却塔一台，型号 BNL-20 型，冷却水量 MW在水温降 t=5时为 193m 3/h,MW在水温降 t=6时为 159m 3/h，风机风量变 11400m3/h，转速 n=930 转/分，功率 P=08KW，塔高 2030mm，直径 1350mm
4、,进水直径 65mm，出水直径 80mm，最大直径为 1470mm 填料高 720mm.三设计内容和要求：确定制冷系统总制冷量制冷系统总制冷量包括空调冷负荷和制冷系统的冷量损失，其中空调冷负荷 Q0max=53.5KW制冷系统总制冷量可表示为空调冷负荷乘以一个系数 0=AQ0max式中 A=1.051.15，直接连接时系统冷损失小，A 可取小值 1.05；间接连接时系统冷失大，A 应取大值 1.15。该系统为间接连接，所以 A=1.15，则 0=53.5*1.15=61.525KW确定制冷剂种类和系统形式1 制冷剂种类的选择 常用的制冷剂有氟利昂和氨两种，两种制冷剂的主要优缺点有：氟利昂： 大
5、多数氟利昂本身无毒、无臭、不然，与空气混合遇火也不爆炸；如果系统中完全不含水分，氟利昂对金属没有腐蚀性；只要不处于缺氧状态，氟利昂对人体没有危害。因此，适用于公共建筑或实验室的空调制冷装置。但是，氟利昂的放热系数低，价格较高，极易渗透又不容易被发现；氟利昂与水几乎不互溶，易出现“冰堵”现象，所以系统中必须设置干燥过滤装置；氟利昂液体和润滑油可以很好的互溶，气体不溶于润滑油，必须设置回油问题。氨：氨的传热性能强，价格便宜。但是氨有强烈刺激性，对人体有危害且氨为可燃物，当空气中氨的体积百分比达到 16%25%时，遇明火有爆炸的危险；氨的排气温度比较高，不适合高压缩比运转，也不适合吸气过热度太大的运
6、转；氨会腐蚀铜及其合金、锌等金属材料，所4以氨制冷设备中不能有铜及其合金制造的管道和阀件等。本制冷系统主要为供给实验室教学和科研用提供冷冻水，人员密集且仪器精贵，宜采用氟利昂制冷剂。又因为采用空调机组制冷，蒸发温度比较低，故选用氟利昂 R134a 制冷剂。2 系统形式蒸汽压缩式制冷理论循环有节流损失和过热损失，为了使膨胀阀前液态制冷剂有较大的再冷读，同时又能保证压缩机吸入具有一定过热度的蒸汽，常采用蒸汽回热循环。但采用蒸汽回热循环，虽然单位质量制冷能力有所增加，但是压缩机的耗功量 C也增加。因此，该种循环的理论制冷系数是否提高，则与制冷剂上的热物理性质有关。一般来说，对于节流损失大的制冷剂如氟
7、利昂 R12、R134a 等是有利的，而对氨则不利。由于本设计中选用了氟利昂 R134a 制冷剂，所以选用回热循环系统形式是合适的。综上所述，制冷剂选用氟利昂 R134a，系统形式选用回热循环。1. 制冷剂循环系统：回热循环系统主要由制冷系统四大件和辅助设备组成，并用管道将其连接起来。（1）压缩机：本设计采用活塞式制冷压缩机，其构造可以概括为机体、活塞及曲轴连杆机构、气缸套及进排气阀组、卸载装置、以及润滑系统。压缩机吸入的是过热蒸汽，进行干压缩。当压缩机吸入湿蒸汽时会产生闪发气体占据汽缸有效空间，使制冷量降低。（2）冷凝器：冷凝器的作用是将制冷压缩机排出的高温高压气态制冷剂予以冷却、使之液化，
8、以便制冷剂在系统中循环使用。该设计系统中采用水冷式冷凝器。（3）蒸发器：蒸发器的作用是通过制冷剂压缩（沸腾） ，吸收载冷剂的热量，从而达到制冷目的。本设计采用非满液式蒸发器液态制冷剂经膨胀阀进入蒸发器管内，随着在管内流动，不断吸收管外载冷剂的热量，逐渐汽化，故蒸发器内处于汽液共存状态；这种蒸发器虽然克服了满液式蒸发器的缺点，同时非满液式蒸发器能使润滑油很好的返回压缩机。（4）节流阀：节流阀是组成制冷系统的重要部件，其作用为：一方面对高压液态制冷剂液体进行节流，起降温降压的作用；另一方面调节供入蒸发器的制冷剂的流量，适应蒸发器热负荷变化。（5）油分离器：由于在压缩过程，制冷剂处于高温高压的过热状
9、态，润滑油也会发生雾化，将与制冷剂一起进入冷凝器或蒸发器内就会在管壁上凝结一层油膜，影响冷凝及蒸发器的换热效果，故应在压缩机出口设油分离器。（6）干燥器：因为本设计选用的氟利昂系统，在膨胀阀吸入口前设干燥器可以系统中的水分在节流出口处发生“冰堵”现象，影响制冷系统循环。（7）过滤器： 分别安装在节流阀处干燥器前和压缩机吸入口前防止杂质堵塞节流装置和保护压缩机汽缸的精度。（8）回热器：利用回热器能使膨胀阀前液态制冷剂有较大的再冷度减少节流损失，同时又能保证压缩机吸入具有较大的过热度制冷剂蒸汽。（9）储液器：本系统储液器安装在冷凝器下边为高压储液器，在系统中起稳定制冷剂流量，并可用来储存液态制冷剂
10、。2冷冻水系统：按照用户需要情况不同，冷冻水系统可分为闭式系统和开式系统，开式系统需设置冷冻水箱和5回水箱，系统水容量大，运行稳定，控制简单。闭式系统与外界空气接触少，可以减缓腐蚀现象，再者闭式系统必须采用壳管式蒸发器，用户侧应采用表面式换热设备，而开式系统则不受这些限制，当采用水箱式蒸发器时可以用它代替冷冻水箱和回水箱。因该冷冻水系统采用水冷式空气冷却器与外界空气直接接触故选用开式系统。3.冷却水系统：合理地选用冷却水源和冷却水系统对制冷系统的运行费用和初投资具有重要意义。冷却水系统形式可分为直流式、混合式、循环式三种。前两种形式都有冷却水的排放,从环保的角度考虑，应尽量降低制冷系统的水消耗
11、量，故可采取循环式冷却水系统，此种系统就是将来自冷凝器的冷却回水先通入蒸发式冷却装置，使之冷却降温。然后再用水泵送回冷凝器循环使用。这样，只需少量补水即可。考虑到机械通风冷却塔具有冷却效率高，结构紧凑，使用范围广，并具有定型产品可选用的优点，故蒸发式冷却装置选机械通风冷却塔。机械通风冷却循环系统采用机械通风冷却塔，冷凝器的冷却回水由上部北喷淋在冷却塔内的填充层上，以增大水与空气的接触面积，被冷却后的水从填充层流至下部水池内，通过水泵再送回冷却水机组的冷凝器中循环使用。冷却塔顶部装有通风机，使室外空气以一定的流速紫霞通过填充层，以增加冷却效果。 4. 润滑油系统润滑油是活塞式压缩机必不可少的润滑
12、剂，而在压缩机高速运转时时高温的气缸壁会使一部分润滑油在高温下雾化，并随高速的制冷剂气流离开压缩机进入制冷循环系统，如果进入泠凝器和蒸发器等换热设备，就会传热面上形成油膜，使得传热性能恶化，而且压缩机内绝对不能缺少润滑油，为此系统中必须设置独立的油循环路径使润滑油很好的返回到压缩机的曲轴箱。确定制冷系统设计工况 制冷循环参数 1.确定蒸发温度 t0因为已知冷冻水出口温度为 t2=5，空调回水温度即冷冻水进口温度为 t1=11。蒸发温度t0比被冷却液体的出口温度低 46，此处取 5。则蒸发温度 t0=5-5=02.确定冷凝温度 tk由原始资料查得该地区夏季空气湿球温度为 ts=26.5，又冷却水
13、进口温度比其高 35，此处取 3.5，则冷却水进口温度为 tw1=26.5+3.5=30。而冷凝温度与冷却水进口温度又有 714的温差，此处取 10则冷凝温度 tk=30+10=403.确定过热度总过热度是又由热力膨胀阀过热度和回热器过热度组成的，即 t sh=t sh+t sh，取1218。其中热力膨胀阀过热度 t sh=t1-t1=35，若取 4，则 t1 =t1+4=0+4=4，若取总过热度为 16，则回热器过热度为 12，则 t1=t1+16=164、回热循环系统压焓图各状态点如下所示：6（二）制冷循环过程11 为过热过程：其中 11为热力膨胀阀的过热过程，发生在蒸发器内，1 1 为回
14、热器的过热过程；1点表示出蒸发器出口时的饱和状态；1点为进入回热器的过热蒸汽状态； 点为压缩机进口处的过热蒸气状态。12 表示制冷剂在压缩机中的等熵压缩过程； 2 点为压缩机出口的制冷剂蒸汽状态点。23 为制冷剂的放热过程：其中 23 过程为制冷剂在冷凝器中的降温冷凝过程；33 为制冷剂在回热器中的过冷过程；在整个放热过程中制冷剂的压力保持不变且等于冷凝温度下饱和压力。 3 点为热力膨胀阀前液体制冷剂的状态点。34 表示制冷剂在节流过程中压力和温度的降低，但焓值保持不变，且进入两相区； 4 点为蒸发器入口制冷剂的状态。4 1表示制冷剂在蒸发器中的沸腾吸热过程。（三）根据压焓图查得图中各状态点的
15、参数如下表所示状态点 温度（） 绝对压(MPa) 比焓（KJ/Kg） 比熵（KJ/KgK） 比容（m 3/Kg）1 0 0.293 399 1.73 0.069311 4 0.293 404 1.74 0.071421 16 0.293 412 1.78 0.0704072 58 1.0166 438 1.78 0.021743 40 1.0166 256 1.15 0.0006673 36 1.0166 248 1.14 0.0006564 0 0.293 248 1.12 0.0163（四）根据各状态点参数值进行制冷理论循环的热力计算：1、根据回热器热力平衡：h 1-h1 =h3-h3,
16、h 3=h3-(h1-h1),得 h3=248KJ/Kg,由节流前后焓7值不变得:h 4=h3=248KJ/Kg2、单位质量制冷能力:q 0=h1 -h4=404-248=156KJ/Kg 3、总制冷量： =1.15Q0=1.1553.5=61.525KW4、制冷剂质量流量：M r= = =0.39kg/s0q1562.5、冷凝器热负荷: k=Mr(h2-h3)=0.39*(438-256)=70.98KW 6、压缩机理论耗功率：P th=Mr(h2-h1)=0.39*(438-412)=10.14KW 7、理论制冷系数： th= = =4.8th0P4.56 选择压缩机和电机功率压缩机的选择
17、计算，主要是根据制冷系统的总制冷量及系统的设计工况，确定压缩机种类、型号和台数，最后要校核压缩机所配置电机的功率。压缩机类型的选择目前，用于大中型制冷系统的压缩机主要有三种，分别为活塞式制冷压缩机、螺杆式制冷压缩机、离心式制冷压缩机。三种制冷压缩机的特点和适用条件见下表。压缩机种类 活塞式 螺杆式 离心式单级最大压缩比 10 20 4.5单机制冷量（kw） 30580 602730 7034222最大排气压力（bar） 15.5 18.5 10.0最高排气温度（） 120150 90105 75单级最大进、出口压差（bar ） 14 18 12.6参考相关设计规范：制冷量大于 1758kw 时
18、宜选用离心式；制冷量在 10541758kw 时宜选用螺杆式或离心式；制冷量在 7001054kw 时宜选用螺杆式；制冷量在 116700kw 时宜选用螺杆式或往复式；制冷量小于 116kw 时宜选用活塞式或涡旋式。开启式、封闭式、半封闭式活塞压缩机的比较项目 开启式 封闭式 半封闭式备注功率 0.4120 0.7545 0.115可维修性 方便维修不方便维修，如需维修则需破坏压缩机外壳。维修之前不方便维修打价方便维修8系统泄漏因为电机与压缩机用轴传动，故机组内的冷冻机油和冷媒不可避免的产生泄漏问题，需经常添加冷媒和冷冻机油。因电机和压缩机在一个壳体内，不存在泄露问题因电机和压缩机在一个壳体内
19、，不存在泄露问题是否需要轴封需要 不需要 不需要是否存在轴对中的问题开启式压缩机由于电机轴与压缩机轴温度不同造成不同膨胀量而引起轴不对中、破坏轴封的问题不存在 不存在主机房降温处理措施因为开启式压缩机的电机冷却是靠空气冷却，电机散发的热量全部散入到主机房，考虑到机组的运行和操作人员的原因，故主机房必须做降温和通风处理。只需要做普通的通风处理，以供给新风只需要做普通的通风处理，以供给新风电机冷却方式空气冷却，效率不稳定，不稳定且电机容易污损封闭型电机采用独立的制冷剂回路冷却电机，效率高而且电机工作温度低而稳定，更好地保证了机组的稳定性，延长了电机寿命,同时根本解决了困扰开启式电机的漏油、漏氟和轴
20、不对中等一系列问题封闭型电机采用独立的制冷剂回路冷却电机，效率高而且电机工作温度低而稳定，更好地保证了机组的稳定性，延长了电机寿命,同时根本解决了困扰开启式电机的漏油、漏氟和轴不对中等一系列问题运转噪音 因电机外露，噪音大 噪音较小 噪音小用途制冷装置、热泵、汽车空调制冷装置、热泵、汽车空调电冰箱、空调器综合考虑经济制冷要求、选用的制冷工质运行管理及对制冷量调节等方面的因素，本制冷系统选用半封闭活塞制冷压缩机。 、 压缩机级数的选择压缩机级数应根据设计工况的冷凝压力与蒸发压力之比来确定。一般若以氟利昂为制冷剂，当Pk/P010 时，应采用单级制冷压缩机；否则应采用两级压缩机。9对于本设计制冷系
21、统中，P k/P0= =3.4610，因此，本设计制冷系统采用单级压缩。MPa293.16 选择压缩机根据压缩进口的活塞排量选择其型号由 0= q0，得 Vh=1hVv 01q其中 v=0.94-0.085( )1/m-112P=0.94-0.085( )11.15 -1=0.7793.06p1、 p 2分别为压缩机的吸气压力和排气压力。 m多变指数，对于氟利昂制冷剂 R134a，m=1.15则压缩机的活塞排量为：Vh= =0.038 m3/s=136.6m3/h156*7.04根据设计任务书提供的压缩机系列可选如下型号的压缩机系列号 汽缸数目 汽缸直径 (mm) 活塞行程 (mm) 额定转数
22、（转/分）理论输气量( /h)3m70 系列 8 70 50 1440 146.4实验室原有的压缩机型号为 4F10,转数为 960 转/分，故不可采用原有的压缩机，需采购型号匹配的压缩机。 （二）电机功率计算压缩比： = = =3.470kP1293.6由压缩比查得指示功率： 8i由压缩比查得摩擦功率： .m电动机轴功率： =(1.11.15) 1.5eddpp1hVmi12d电动机采取三角皮带连接 =0.9， 取余量附加系数为 1.1d所以： =1.1* * =18.32KWdp36074.0.1.08.42设计指导书提供的电动机型号 JO726 为功率为 22KW，电压为 380V，转数
23、为 970 转/ 分。10由上述计算可知原有电动机仍然可以使用，所以仍然采用原有电动机。 选择蒸发器蒸发器的选型计算由前述可知蒸发器中冷却水入口温度 =11，其出口温度 t2=5，由蒸发温度 =0，可1t 0t计算出蒸发器内制冷剂与冷冻水的对数平均温差t m= = =7.6201t-5-蒸发器的传热面积为 0mAkto蒸发器制冷量 61.525kwK蒸发器导热系数，对于非满液式壳管蒸发器，热交换形式为氟利昂水，K 为450550w/（k） ，取 K 为 500w/（k）.得蒸发器的传热面积为 A= = =16.19m2m0t*67*5102原有蒸发器 A30满足设计要求，但原有蒸发器属于满液式
24、应考虑回油问题.考虑到回油问题应选用非满液式蒸发器。故选用卧式壳管式蒸发器。它的冷却面积 35，外径 416mm，管板间长度1900mm， ，冷却管外径*内径*根数=21*14.5*136，水通程数 4.连接管：进液 Dg25，回汽 Dg50，冷却管为螺纹管，肋化系统 =3.4，纹高 1.5mm，每米纹数 625 个，螺纹翅端外径 21mm，螺纹管外径*内径 18*14.5.每米管长外表面积 0.0456/m,内表面积 0.0456/m. 选择冷凝器冷凝器内冷却水的进出口温差可取 410，故取其温差为 5，因此，冷凝器内制冷剂的平均对数温差为： 21lnmkt由前述已定，冷却水进口温度 =30，则其出口温度 =30+5=35，所以可计算得：1t 2tt m= =7.235-40冷凝器的面积： kcmAtk冷凝器的热负荷， k=Mr(h2-h3)=0.39*(438-256)=70.98KW Kc冷凝器传热系数，对于卧式壳管式冷凝器，制冷剂种类为氟利昂（低肋管） ，K c为700900w/（k） ，取 Kc为 800w/（k）.得：冷凝器的面积：
