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1、前 言课程设计是专业课程实践教学的重要环节。在设计过程中应遵循有关设计规范规定，在利用天然资源基础上，参考有关设计资料，对空调用制冷系统进行设计定案、计算、绘图等。设计制冷系统，无论是厂家装配成的整体机组，还是现场组装的系统，主要是选择制冷压缩机、冷凝器、蒸发器、节流机构以及风机、电动机和自动控制设备等。其步骤是根据给定的冷冻水温度(或被冷却的空气温度)、流量和所采用的冷却水(或冷却用空气)入口温度、流量，确定该制冷系统的设计工况(即选定蒸发温度和冷凝温度等系统的内在参数设计值)，然后，按照设计工况选择该制冷系统的各个组成设备，使之在运行过程各个设备的能力能相互匹配，以充分发挥每个设备的工作能
2、力。但是，一个制冷机组成或制冷系统，在实际运行过程中，当外在参数(既冷凝器和蒸发器所通过的水流量或空气流量，以及水或空气的入口温度等)在一定范围内改变时，该机组成系统的性能如何变化、选定的各个组成设备是否匹配恰当，也是设计者必须考虑的问题。关键字：制冷压缩机、冷凝器、蒸发器、节流机构、设计目 录前 言1目 录2第一章 原始资料11.1设计任务11.2原始资料1第二章设备选择与计算22.1制冷压缩机的选择计算22.1.1确定机房的总制冷量22.1.2确定制冷剂种类和系统形式22.1.3确定制冷系统设计工况32.1.4制冷系统理论循环lgp-h图42.1.5制冷系统热力计算52.1.6选择制冷压缩
3、机和电动机62.2冷凝器的选择计算102.2.1冷凝器的选择原则102.2.2确定冷凝器的换热面积102.2.3选择产品型号112.2.4冷却水计算112.4.5 冷却水泵的选择：112.3蒸发器的选择计算132.3.1确定蒸发器的型式132.3.2蒸发器传热面积计算132.3.3冷冻水系统132.4膨胀阀的选择计算152.5其他辅助设备的选择计算162.5.1油分离器选择计算162.5.2高压贮液器选择计算162.5.3气液分离器选择计算172.5.4不凝性气体分离器选择172.5.5过滤器和干燥器选择17第三章 机房布置193.1制冷机房的设计原则193.2制冷设备的布置原则203.3制冷
4、剂管路的布置原则21附 录22参考文献23第一章 原始资料1.1设计任务南昌市宋氏商场及小区空调用制冷系统及机房设计。商场空调系统冷负荷为100KW，采用间接供冷方式；冷冻水供水温度为7，回水温度为12；夏季工作时间为8:30-23:30，白天空调冷负荷为夜间的3倍；可根据制冷系统的布置需要，确定制冷机房的建筑结构（包括建筑朝向、面积大小、房间高度、门窗等），制冷机房设于地上一层。1.2原始资料1.地点： 南昌(东经1152711635，北纬28091911，海拔46.7m)2.室外设计参数：夏季室外空调计算干球温度35.7，室外相对湿度72%，室外平均风速2.5m/s3.室内设计参数 夏季室
5、内设计干球温度28，室内相对湿度4060%，气流平均速度0.03m/s第二章设备选择与计算2.1制冷压缩机的选择计算冷源设备的选择计算主要是根据工艺的要求和系统的总制冷量确定，是在制冷量的基础上进行的。冷源设备选择的恰当与否，将会影响到整个制冷源装置的运行特性。2.1.1确定机房的总制冷量制冷系统的总制冷量，应该包括用户实际所需要的制冷量，以及制冷系统本身和供冷系统冷损失，可按下式计算： Q0=(1+A)Q=(1+0.15)100= 115KW选用两台制冷机组所以：Q0g= =57.5kw=48450 kcal/.h式中： Q0制冷系统的总制冷量（KW），Q用户实际所需要的制冷量（KW），A冷
6、损失附加系数Qom单台制冷机组制冷量m制冷机组制台数一般对于间接供冷系统，当空调制冷量小于174KW时，A=0.150.20；当空调制冷量为1741744KW时，A=0.100.15；当空调制冷量大于1744KW时，A=0.050.07；对于直接供冷系统，A=0.050.07。为保证候机楼冷负荷在最不利情况下得到充分补充，这里选取最大值15%。2.1.2确定制冷剂种类和系统形式本设计属普通制冷，制冷剂通用品类为R22、R134a。根据制冷剂的特性以及本设计的特点本设计选用 R22作为制冷剂。R22的适用范围和特点如下表所示：制冷剂适用范围备注温度（）压缩机形式特点和用途R220 -80活塞式、
7、离心式、回转式压力和制冷能力与R717的相同，制冷能力比R12的高，广泛适用于冷藏、空调、化学工业。过渡性物质根据桂林的气候条件及周边水系、水质情况，冷凝器宜采用水冷立为卧壳管式冷凝器。载冷剂、冷却剂选用水，蒸发器宜采用满液卧式壳管式蒸发器。2.1.3确定制冷系统设计工况确定制冷系统的设计工况主要指确定蒸发温度、冷凝温度、压缩机吸气温度t1和过冷温度等工作参数。有关主要工作参数的确定参考制冷工程设计手册进行计算。确定冷凝温度时，冷凝器冷却水进、出水温度应根据冷却水的使用情况来确定。、冷凝温度（tk）的确定从制冷工程设计手册中查到南昌夏季室外平均每年不保证50h的湿球温度（） ts=27.9据南
8、昌市宋氏商场地理环境资料得知，本制冷系统采用直流式冷却水系统，冷却水进水温度按下式计算：ts1=ts=27.9冷却水出冷凝器的温度ts2，与冷却水进冷凝器的温度及冷凝器的形式有关。选用立式壳管式冷凝器，其冷却水进出口温差为47。考虑最不利情况，其进、出口水温差取5，则：ts2= ts1+5.0=27.9+5.0=32.9系统以水为冷却介质，冷凝温度tk比冷却水进口温度ts1高约611，比出口温度ts2高约24，综合考虑，取冷凝温度tk =36。、 蒸发温度（t0）的确定蒸发温度是制冷剂液体在蒸发器中汽化时的温度。蒸发温度的高低取决于被冷却物体的温度，另外蒸发温度还与蒸发器的型式有关。选用满液卧
9、式蒸发器，蒸发温度 t0比冷冻水出口温度低23，取t0=5。、 过冷温度（tg）的确定是否采用过冷应进行全面的经济技术分析。节流前液体的过冷可在系统中设置再冷却器，或当系统中使用卧式壳管式冷凝器时，增大冷凝器的传热面积5%-10%来实现，一般会提高制冷循环的经济性，但会增加设备的投资，所以要考虑具体条件，合理选择过冷度。一般情况下，过冷温度比冷凝温度低35，这里取过冷度为3。、 压缩机吸气口温度（t1）的确定压缩机的吸气温度一般与制冷剂种类、吸气管的长短和保温情况有关。以氟利昂为制冷剂的制冷系统一般希望有一定的吸气过热度，一则可以提高循环的经济性，同时避免液击事故的发生，保证系统正常运行。氟利
10、昂过热度为815，这里取8。故：t1=t0+8=132.1.4制冷系统理论循环lgp-h图从R22焓压图参见图a可查出各状态点的参数如下表：状态点 温度 （）绝对压力 (Mpa)比焓(kj/kg)比熵kj/(kg.k)比容(m/kg) 150.64061.750.03711130.64141.790.0382 2361.54161.700.01712571.54411.780.0203 3361.52500.950.00113331.52470.930.0012 450.62050.910.00083450.62470.008092.1.5制冷系统热力计算、单位质量制冷量（q0）的计算 q0=
11、h1h4/= 414247=167kJ/kg、单位容积制冷量（qv）的计算qv=4501 kJ/m3 、单台机组制冷剂质量流量（MR）的计算MR =0.344kg/s、制冷剂的体积流量（VR）的计算VR = =0.013m3/s 、压缩机所需的理论功率（）的计算Pth= MR(h2h1/)=0.344(461406)=1.89kw、制冷系数（0）的计算0=4.77、单位冷凝负荷（qk）的计算qk=h2h3/=441-250=197 kJ/kg、冷凝器热负荷（Qk）的计算Qk=MRqk=0.344197=67.8kw、逆卡诺循环制冷系数的计算c/=8.9、热力完善度（）的计算=0.542.1.6
12、选择制冷压缩机和电动机压缩机的选择计算，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10204.5单机制冷量（kw）305806027307034222最大排气压力（bar）15.518.510.0最高排气温度（）1201509010575单级最大进、出口压差（bar）141812.6参考相关设计规范：制冷量大于1758kw时宜选
13、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。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。对于本设计制冷系统中，Pk/P0=2.510，因此，本设计制冷系统采用单级压缩。 、 压缩机的选择计算压缩机的容积效率： =式中：
14、Po 压缩机的吸气压力，MPa ；Pk 压缩机的排气压力，MPa ； n 制冷剂的压缩指数，制冷剂为R717时，n = 1.28，制冷机为R12时，n = 1.13，制冷剂为R22时，n 为 1.18。系统所需理论输气量计算：Vh=根据制冷所需理论输气量，初步选定南京冷气机厂型号为8FS7B的压缩机，其主要技术参数如下表：压缩机参数表型号使用工质制冷量标 准工况kcal/h形式气缸直径mm活塞行程mm气缸个数(个)主轴转速转/分活塞行程容积m/h活塞调节范围(%)进气管径(mm)出气管径(mm)润滑方式传动方式回转方向8FS7BF-2249000扇形 单作用单级 半封闭式70554144073
15、.20,5075,100Dg50Dg50油泵供油直联顺时针汽配用电机如下表:电机参数列表型号 功率(kw) 电压(v)转速(转/分)重量(kg)JO2-71-4223801470235由其技术参数表可知该型号压缩机的排气量为73.2m3/h64m3/h ，在确定压缩机型号的情况下，校核压缩机在设计工况下的制冷量，若压缩机在设计工况下的制冷量不满足要求，则重新选定压缩机的型号，再进行校核，直到选定的压缩机的制冷量满足设计要求后，再进行压缩机轴功率、压缩机配用电机功率的计算。 压缩机在设计工况下的实际排气量： m3/h =0.0154 m3/s压缩机在设计工况下的制冷量：=69.3 kw QosQ
16、og可以满足要求压缩机设计工况下的理论功率： kw式中：压缩机内单位质量制冷剂所消耗的理论功，kJ/kg压缩机设计工况下的指示功率：当压缩比为Pk/P0=2.5，查询活塞式制冷压缩机指示功率关系图可知指示效率=0.68则： Pi=12.5kw压缩机设计工况下的轴功率：Pe=14 kw式中：活塞式制冷压缩机的摩擦效率，通常在0.900.95之间。这里取 =0.90压缩机设计工况下的配用电动机功率： Pout=(1.1-1.15) Pe=1.1514=16.1kw式中：(1.10-1.15)为余量附加系数，这里取1.15 JO2-71-74压缩机空调工况下配用电动机功率22kw。22kw16.1k
17、w符合要求。 2.2冷凝器的选择计算2.2.1冷凝器的选择原则 冷凝器的选择取决于当地的水温、水质、水源、气候条件，以及压缩机房布置要求等因素。一般在冷却水水质较好、水温较低、水量比较充足的地方，宜采用卧式冷凝器。故此时可选用卧式肋管管壳式冷凝器，当选用佛里昂制冷剂时传热系数为750-8002.2.2确定冷凝器的换热面积冷凝器热负荷计算： kw式中： 冷凝器热负荷系数，查压佛利昂-22缩制冷的冷凝热负荷系数表的此时=1.153冷凝器传热温差的计算： 式中：冷却水出冷凝器的温度，； 冷却水进冷凝器的温度，； 冷凝温度，。单台冷凝器传热面积的计算： m2式中：K 冷凝器的传热系数，/（k）2.2.
18、3选择产品型号计算出所需冷凝器的理论传热面积后，考虑到冷凝器使用一段时间后，由于污垢的影响传热系数会降低，因此在选择冷凝器型号前，应将上面计算值放大5%10%。此外系统中不设再冷却器，选用卧式壳管式冷凝器时，应将传热面积再放大15%20%，以保证液态制冷剂有35的过冷度。综合各方面考虑，因污垢影响需放大百分比取10%，则冷凝器的实际传热面积：AK=AK/(1+0.10) =20.41.10=22.44 m2由此可选择冷凝器型号为DWN-25/8具体参数见下表：型号冷凝面积管体管子水程数管接口mm主要尺寸重量DS根数直径dd1d2d3abcDWN-25/8246001030008238*3850
19、32156534001500150016602.2.4冷却水计算、 单台冷凝器需要的冷却水量: W=13.4 m3/h、 压缩机气缸水套冷却水计算： Wy= = = 0.313m3/h式中：Pe压缩机轴功率；冷却水带走热量占全部压缩机耗功量的百分比，取=0.130.18；t冷却剂出口温差，取5。2.4.5 冷却水泵的选择： 同样根据冷却水的流量确定水泵的型号V=134(1+0.1)=147m3/h水泵的选择可根据所需的流量和扬程，确定水泵的型号及数量。水泵的扬程由输水高度和管道的总压力损失确定，制冷系统的供水系统常用离心水泵。由于水泵的损失较大所以其流量应还要大一点，同时考虑运行故障等问题的出
20、现，选择一备一用型号流量Q(m3/h)扬程(m)效率(%)转速(r/min)电机功率(kw)允许汽蚀余量(m)IR100-40-315C1424781450182.52.3蒸发器的选择计算2.3.1确定蒸发器的型式蒸发器形式的选择，应根据制冷剂和载冷剂的种类，以及空调系统处理室的结构形式而确定。若空气处理室使用水冷式表面冷却器，以R22为制冷剂时，宜采用卧式壳管式蒸发器。所以，本设计制冷系统中采用卧式壳管式蒸发器。2.3.2蒸发器传热面积计算蒸发器传热温差：传热面积：Ac/=26.1m2传热系数K:查空气调节用制冷技术P105 表4-11知： K为 500600 这里取K=550。 考虑到 1
21、0%15% 的富裕量 Ac= 26.1(1+ 0.12) =29.2 ，选用卧式蒸发器，型号为DWZ32。其参数如下表：型号蒸发面积主要尺寸（mm)重量LBHh1h2h3h4h5D1D2DWZ-3232452065042051020083511827021932517202.3.3冷冻水系统循环水量W/：W/ =9.89总需冷冻水量为：W = W/ + W/2% =10.09 ；其中2%为系统补水量。冷冻水管径的确定：d=60 mm式中：载冷剂的流速，参照空气调节用制冷技术P105 表4-11，得水速v=11.5 m/s，这里取1 m/s。查水管路比摩阻图可得冷冻水管的阻力为：87Pa/m。冷
22、冻水管选用ABS塑钢管。冷冻水泵的选择：同样根据冷冻水的流量确定水泵的型号 W=10.09，考虑流量的附加率为20%，所以V=W(1+20%)=12.1。考虑前面已采用两台蒸发器和运行故障等问题的出现，冷冻水泵又必须多选一台作为备用。IS型管道离心泵，其性能参数如下表：型号流量Q(m3/h)扬程(m)效率(%)转速(r/min)电机功率(kw)允许汽蚀余量(m)IS100-60-315C142478145018.52.52.4膨胀阀的选择计算膨胀阀的容量是随工况而变的，因此选择膨胀阀时应考虑蒸发温度、膨胀阀液体进口温度和膨胀阀前后的压差等因素对容量的影响。因为热力膨胀阀是通过蒸发器出口气态制冷
23、剂过热度控制膨胀阀开度的，广泛应用于氟利昂系统，所以我选用热力膨胀阀。热力膨胀阀除了可以采用一些特殊的公式进行选择计算外，还可以按照厂家提供的膨胀阀容量性能表选择。但是在选配时一般要求热力膨胀阀的容量比蒸发器负荷大20%30%。根据济南百福特制冷设备有限公司提供的产品数据及性能参数，选用其TCL(E)系列产品。阀系列名义制冷量阀芯编号法兰编号动力头编号TCLER221/2H x22440B1B9761-4 1/2x5/8 S/TXB-1019HC-1B SFT(R22)1Hx22440B2B2Hx22440B3Bx-6346-17 5/8x7/8 S/TXB-1019CA-1B SFT(R23
24、)3Hx22440B4B5Hx22440B5Bc501-7 1/2x5/8 ANGXB-1019MC-1B SFT(R24)7-12Hx22440B6B10Hx22440B7BA-576-7 5/8x7/8 ANGXB-1019SC-1B SFT(R25)12H x22440B8B特点：l 蒸发温度范围大:-60+50,可适用于冻结、冷藏和空气调节装置。l 可互换的流口组件：更易于库存/便于容量匹配/更好的维修服务l 用于R22时，名义制冷量从0.51890KW(0.15540TP)l 可提供MOP(最大操作压力)限制功能保护压缩电机,防止由于过高的蒸发压力导致其损坏l 防腐、防锈的不锈钢动力
25、头2.5其他辅助设备的选择计算2.5.1油分离器选择计算油分离器筒体直径：D式中: 压缩机的理论排气量， 压缩机的容积效率，为0.755；w 油分离器内蒸汽的流速，为0.81.0m/s，这里取1.0m/s。则选择一台型号为HQ-100的油分离器，其筒体直径为900mm，其规格参数如下表：型号处理气量m3/min成品气含油量mg/m3除水效率%简体尺寸DN进出口管径DN重量kgHQ-1.51.51999001106002.5.2高压贮液器选择计算贮液器的容积按制冷剂循环量进行计算，其贮存量可容纳系统最大的小时制冷量对应循环工质的1/31/2。同时，考虑当环境温度变化时，贮液器内的液体制冷剂因受热
26、膨胀造成的危险，其贮液量一般不超过整个容积的70%80%。贮液器的容积按下列公式计算：V=()=0.56m3式中：M系统制冷剂小时循环量kg/h ；温度下的液态工质比容，查表得知=0.0011 m3/kg。所以选用两台ZA8型高压贮液器，其规格为8m3,两台16m311.80m3，满足要求。参数见下表：内径筒体长度容量设计温度设计压力最高工作压力安全阀开启压力500mm2400mm0.6m652.0MPa1.65MPa1.8MPa2.5.3气液分离器选择计算气液分离器是用来分离蒸发器出口的低压蒸气中的液滴，防止制冷压缩机发生湿压缩甚至液击现象。气液分离器的筒体直径按下列公式计算：D0.197m
27、=197mm 而选择气液分离器时，应保证筒体横截面积的气流速度不超过0.5m/s，故由V 推出 D0.198m=198mm综合以上，选择气液分离器，型号为QHF-1.5型号处理气量m3/min除水效率%压力降MPa简体尺寸DN进出口管径DN重量kgQHF-1.51.5990.022001005002.5.4不凝性气体分离器选择一般的，一个系统只选配一台空气分离器，当制冷系统在标准工况下的制冷量小于1160kw时，宜采用一台小号（桶体直径为108mm）空气分离器。制冷量在1160kw以上时选用大号不凝性气体分离器一台。该系统的制冷量小于1160kw，所以选择D=2108mm。2.5.5过滤器和干
28、燥器选择制冷剂的过滤器用于清除制冷剂中游离的水分的机械杂质，如金属屑、焊渣、氧化皮等。液体过滤器通常设在节流阀、热力膨胀阀、浮球调节阀、电磁阀和液泵之前，用以保护阀的严密性和液泵的运转部件。气体过滤器设在压缩机的吸入口，用于保护压缩机的气缸和阀片，避免磨损。干燥器用于氟利昂系统吸附制冷剂游离的水分，以免流道狭窄处造成冰塞，通常氟利昂系统干燥器和过滤器做成一体，称为干燥过滤器。针对该系统我选择上海顶峰机电设备有限公司生产的NEUTEK干燥过滤器其处理流量为1.5m/min。 第三章 机房布置3.1制冷机房的设计原则 1.制冷机房应位于冷负荷的中心，靠近冷却水水源和电源，同时应避免日晒。机房的设计
29、应符合采暖通风与空气调节设计规范、建筑设计防火规范等的有关规定。 2.机房严禁设在人员密集的场所和重要部门的上面、下面及主要通道的两旁。 3.制冷机房应以非易燃材料建筑，就地取材，符合国家的有关规定。 4.制冷机房的屋架下弦标高取3.64.8m.。 5.机房必须有良好的天然采光，其窗孔投光面积和机房地面的比例不应小于1：6。 6.冬季设备停止运行时，机房内值班室的温度不宜低于5，采暖地区冬季工作的机房，其采暖温度不宜低于16。 7.制冷机房内的机器间和设备间应保持良好的自然通风状况。 8制冷机房的机器间和设备间内，应设有冲洗地面的给水排水设施。 9.各用水设备停止运行后，必须将水排干净，以防止
30、腐蚀或冻裂。 3.2制冷设备的布置原则 1.符合制冷工艺流程，流向通畅、连接管路要短、便于设备的安装、操作管理，且应留有适当的空间，以便设备部件拆卸检修。 2.尽可能的使设备安装紧凑，并充分利用机房空间，以节约建筑面积，降低投资。 3制冷压缩机一般布置在室内，并有减振基础；冷凝器、油分离器、集油器布置在室外；蒸发器、贮液器等布置在室内。 4.制冷压缩机的主轴拔出端、壳管式换热器的轴向一侧应留有足够的拔出检修空间。所有低温设备在布置时均应注意避免“冷桥”的产生。 3.3制冷剂管路的布置原则1.符合工艺流程，力求简单，缩短管线，减少部件，以达到减少阻力、泄漏以及降低材料消耗的目的。还应注意切换的灵
31、活性，运行的可靠性和切断检修的可能性。 2.管路的布置应便于装设支架，一般管路尽可能沿墙、柱、梁布置，而且应考虑便于维修，不影响室内采光、通风以及门窗的开闭。 3.制冷压缩机的吸气管和排气管设置在同一支架或者吊架上时，应将吸气管放在排气管的下面，数根平行管道之间应留有一定的间距，以便管道的安装和检修。一般下管道间的净间距不小于200mm。 4.除特殊要求外，一般液体管路上不应有局部向上凸起的管段，气体管路上不应有局部向下凹陷的管段，以避免产生“气囊”和“液囊”，影响管内流体的流动。 5.从液体主管上接出支管时，一般从主管的底部接出；从气体主管上接出支管时，一般从主管的顶部接出。6.管道布置在地
32、沟内时，沟底应有不小于0.01的排水坡度，并应在沟底的最低出设置地漏或者其它排水装置。7.管道穿越墙壁和顶棚时，应敷设套管，以便管道因温度变化而伸缩；低温管道还要考虑留有足够间隙以便安装保温层；压缩机排气管穿越易燃墙壁和楼板时，应采用不燃材料进行隔离。 8.对于氟里昂制冷系统，小尺寸管道（直径在20mm以下）一般采用紫铜管，对于较大直径的管道，一般采用无缝钢管。附 录参考文献1. 郭庆堂主编，实用制冷工程技术手册，北京：中国建筑工业出版社，19942. 中国计划出版社主编，采暖通风与空气调节设计规范(国标GBJ50019-2003)，北京：中国计划出版社，20033. 中国计划出版社主编，暖同空调制图标准(国标GB/T 50114-2001)，北京：中国计划出版社，20014. 李树林主编，建筑环境与设备工程专业用制冷技术，北京： 机械工业出版社，20005. 冯玉琪主编，新型空调制冷设备及配件选用手册，北京：人民邮电出版社，19996. 何耀东主编，暖通空调制图与设计施工规范应用手册，北京:中国建筑工业出版社,19997. 彦启森、石文星、田长青编著，空气调节用制冷技术（第三版），北京：中国建筑工业出版社，2004