20KW水冷工业冷却机组毕业论文.doc

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1、20KW 水冷工业冷却机组 目 录 中文 摘要 I 英文摘要 .II 1 绪论 .1 1.2 冷水机组国内外现状 1 2 系统制冷剂及其工况的确定 .2 2.1 系统制冷剂的选择 2 2.2 系统工况的确定 3 3 系统压缩机的选择及循环热力计算 .3 3.1 设计系统的运行条件 3 3.2 谷轮压缩机的运行工况 5 3.3 压缩机制冷量的校正 6 3.4 循环热力计算 8 4 冷凝器的设计计算 9 4.1 冷凝器热负荷的计算 .10 4.2 冷凝器传热管的选择及参数计算 .10 4.3 冷凝器的冷却水流量 .10 4.4 计算管外 R404A 蒸汽冷凝表面传热系数 .10 4.5 管内流体传

2、热系数 .11 4.6 计算所需的传热面积 .13 4.7 计算冷却水侧流动阻力 .13 20KW 水冷工业冷却机组 5 冷却塔的选择计算 .14 5.1 选型计算 .14 5.1.1 冷凝塔热负荷的确定 14 5.1.2 所需冷却水循环量及相关参数的确定 14 5.2 冷却塔的选择及校正 .15 5.2.2 冷却水的冷却度 .15 5.2.3 冷却塔的出水温度与空气湿球温度的温差 15 5.3 冷却水损耗量的计算 .15 6 热力膨胀阀的选择计算 .17 6.1 热力膨胀阀流量的计算 .17 6.2 热力膨胀阀的校正 .19 7 蒸发器的设计计算 .19 7.1 制冷剂物性的确定 .19 7

3、.2 换热板片的选定 .20 7.3 制冷剂侧的传热系数的计算 .20 7.4 载冷剂侧的传热系数的计算 .22 7.4.1 载冷剂的选择 .22 7.4.2 乙二醇溶液物性的确定 22 7.4.3 载冷剂流量的计算 23 7.4.4 传热系数的计算 .23 7.5 板片壁导热热阻的确定 .23 7.6 蒸发器总传热系数与板片数的确定 .24 7.7 壁温的校正 .25 7.8 蒸发器压降的计算 .25 20KW 水冷工业冷却机组 7.8.1 制冷剂侧的压降计算 25 7.8.2 载冷剂侧的压降计算 26 7.9 蒸发器的结构的规划 .26 8 系统其它附件的选择 .27 8.1 贮液器的选择

4、 .27 8.2 手动截止阀的选择 .28 8.3 过滤干燥器的选择 .29 8.4 视液镜的选择 .30 8.5 电磁阀的选择 .31 8.6 水泵的选择 .33 8.6.1 冷却水循环水泵的选择 33 8.6.2 载冷剂循环水泵的选择 34 8.7 压缩机冷却风扇的选择 .35 8.8 压力继电器的选择 .36 8.9 压差继电器的选择 .38 8.10 压缩机避震管的选择 39 8.11 流量继电器的选择 40 结束语 .42 致 谢 .43 参考文献 .44 （ 附录） .46 20KW 水冷工业冷却机组 20KW 水冷工业冷却机组 I 20KW 水冷工业冷却机组 摘 要 冷水机组的结

5、构主要是一套制冷设备,常见的制冷机有往复活塞式、螺杆式、 蜗旋式、离心式及溴化锂吸收式。随着现代工业的不断发展进步，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。冷水机组主要是由 压缩机、冷凝器、蒸发器、节流机构这四大部件组合而成，所以本次设计主要 着重于系统压缩机的选择计算，壳管式冷凝器的设计计算，板式蒸发器的设计 计算以及节流阀的选择计算。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，

6、如冷却塔、贮液器、 电磁阀、干燥过滤器，视液镜等。 关键词 冷水机组/压缩机/壳管式冷凝器/板式蒸发器/冷却塔 20KW 水冷工业冷却机组 II 20KW WATER-COOLED INDUSTRIAL CHILLER ABSTRACT The main structure of the chiller is a refrigeration equipment,reciprocating piston, screw, vortex, centrifugal and lithium bromide absorption is the Common refrigerator . Water-coo

7、led chiller application in industry and central air conditioning is more popular then before with developing industry in modern and improving the life quality of people. Water-cooled is mainly used in the production unit of industrial processes in industry,and mainly used in all types of building ai

8、r conditioning system, to the people to create a comfortable living and working environment in life.Water-cooled chiller primarily composition by the four parts: compressor, condenser, evaporator, throttle body, therefore, the main focus of this design are the choice of the system compressor, design

9、 calculation of shell and tube condenser , design calculation, design calculation of plate evaporator and the choice of throttle. For the purposes of a water-cooled chiller to protect the efficient operation of refrigeration units annex some of the system is also indispensable, such as cooling tower

10、s, liquid receiver, electromagnetic valve, dry filter, liquid mirror and so on. KEY WORDS Water-cooled chiller,Compressor,Shell and tube condenser,Plate evaporator,Cooling tower 20KW 水冷工业冷却机组 1 1 绪论 1.1 冷水机组概况 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

11、，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，然后冷冻水重新回集到蒸发器冷却 1；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。 冷水机组若按制冷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

12、限制的地方。因此，近几年来，风冷式冷水机组机组的选用在 我国有增加的趋势 2。若按制冷机组的压缩机形式分，大至可分为活塞式、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

13、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 3。 1.2 冷水机组国内外现状 我国冷水机组的制造是 20 世纪 50 年代末期才发展起来的，从 20 世纪 50 20KW 水冷工业冷却机组 2 年代的仿制开始到 60 年代的自行设计制造，并制定了比较系统的冷水机组产品 系列和标准，以后又开发了各种形式的冷水机组产品。随着中国经济的发展， 冷水机组以其大制冷量、高效率而快速发展 4。目

14、前，制冷机组行业已具有品 种比较齐全的大、中、小型冷水机组产品系列及相关技术标准，并已经形成有 一定基础的科研、教学、设计、生产制造和营销管理体系，正在缩小与国外先 进水平的差距。 在国外一些发达国家，冷水机组的生产研发技术已经成熟。美国是商业用 冷水机组的最大市场，由于因较冷的气候故美国总的冷水机组的发展趋势是风 冷式冷水机组而非水冷式冷水机组，发展涡旋式和螺杆式冷水机组而非传统的 活塞式冷水机组，发展钎焊的板式换热器，而非壳管式换热器。世界著名的顶 级 4 家美国制冷机组制造商-开利、特灵、约特、麦克维尔，现正向着大制冷量、 高效能的离心式冷水机组发展 5。 1.3 课题研究的意义 在制冷

15、行业中的制冷机除去最开始的那二十多年的市场暴利，现在基本上 已经进入到了一个价格透明、市场饱和的阶段。各种制冷机的市场利润都已经 与八十年代不可同日而语。但在这样的市场竞争中，工业冷水机组还保持着相 当快的上升势头。相比与其它制冷机，工业冷水机组的应用范围广泛。除了制 冷行业外，工业冷水机组还被大量的应用于暖通空调、电镀、冶金冶炼、电子、 制塑、化工等其它行业。由于其跨行业使用，所以工业冷水机组具有较大发展 空间。 2 系统制冷剂及其工况的确定 2.1 系统制冷剂的选择 根据任务书的要求可以选择制冷剂 R22、R134a、 R404A，由于 R22 将在近 几年内被限制和禁用，而 R134a

16、为中温制冷剂其单位制冷量小于 R404A，故本 次设计选用的制冷剂为 R404A6。其基本的热力性质如下表： 表 2-1 制冷剂热力性质 冷媒名称 R-404A 分子量 97.6 沸点 （ 1atm） / -46.8 20KW 水冷工业冷却机组 3 临界温度/ 72.1 临界压力/ kPa 3732 续表 2-1 饱和蒸气压（25）/ kPa 1255 汽化热/蒸发潜热（沸点下， 1atm）/ kJ/kg 207 破坏臭氧潜能值（ODP） 0 全球变暖潜能值(GWP ， 100 yr) 3800 ASHRAE 安全级别 A1（无毒不可燃） 2.2 系统工况的确定 我国标准 JB/T7666-1

17、995 制冷和空调设备名义工况一般规定 规定了容 积式制冷压缩机及机组和压缩冷凝机组、容积式和离心式冷水机组、单元式空 调机、房间空调器等的名义工况。根据任务书的要求及参考容积式制冷压缩机 及机组的名义工况，此次设计的运行工况如表 2-2 所示： 表 2-2 设计系统运行工况 蒸发温度/ -25 冷凝温度/ 49 吸气温度/ 5 液体温度/ 41 3 系统压缩机的选择及循环热力计算 3.1 设计系统的运行条件 制冷剂：R404A 蒸发温度： t0 = -25 吸气温度： t1=5 冷凝温度： tk=49 过冷液体温度： t5=41 根据任务书要求液体载冷剂出口温度为-20 ，故将循环过热度定为

18、有效过 热 3 无效过热 27 。系统循环如图 3-1 所示。 20KW 水冷工业冷却机组 4 图 3-1 系统 P-H 循环图 查 R404A 的 P-H 图得： P1=2.528102KPa P2=2.2518103KPa h1=357.67 KJ/Kg h1=378.38 KJ/Kg h2=429.34 KJ/Kg h5=264.83 KJ/Kg 1=0.08936 m/Kg S1=1.721 KJ/(KgK) 系统的压比： （3-8.90KPa102.58P2 31 1） 工质单位制冷量： （3-J/g.hqm513826437510 2） 系统有效工质单位制冷量： （3-KJ/g.h

19、qom80923643571 3） 设理论容积输气量为 ，则实际容积输气量为 ，因此系统所需的制冷剂的vt vtq 质量流量为： （3-1qvtma 4）根据任务书可知系统所需的有效制冷量 Q0 =20KW，故所需压缩机的制冷量为： 20KW 水冷工业冷却机组 5 （3-5）KW.KJ/g.Qqom 472089251300 由公式 （3-36036010 qqmvtma 6） 可知设计系统所需的实际制冷剂的输气量为： （3-7）/hm.qQmvt 301 6951308947236 3.2 谷轮压缩机的运行工况 制冷剂：R404A 蒸发温度： t0 = -25 吸气温度： t1=20 冷凝温

20、度： tk=50 液体过冷度： t=0 其 P-H 循环如图 3-2 所示 图 3-2 谷轮半封闭活塞压缩机 P-H 循环图 查 R404A 的 P-H 图得： P1=2.528102KPa P2=2.3029103KPa h1=391.09 KJ/Kg h2=446.42KJ/Kg 20KW 水冷工业冷却机组 6 h5=284.14 KJ/Kg 1=0.09435 m/Kg S1=1.780 KJ/(KgK) 压缩机压比： （3-8）19052839 31 .KPa.P 工质单位制冷量： （3-9）J/g.hqm 564391510 同理设压缩机的理论容积输气量为 ，则实际容积输气量为 ，因

21、此压vtqvtq 缩机所能排出的制冷剂质量流量为： （3-10）1vtma 由公式： （3-11）3603601qqQmvta 可知压缩机的实际制冷剂的输气量为： （3-12）mvtq01 试选谷轮压缩机 6SHH 一 350E，制冷量 Q0 =22.6KW 电机功率 Pe=17.8KW 此压缩机的实际输气量为： （3-13）/h.qQmvt 301 8071951634236 由于此压缩机的实际输气量比设计系统所需的输气量大且相差不大故可用。 3.3 压缩机制冷量的校正 将所选的压缩机的实际输气量带入设计系统压缩机的制冷量计算公式： （3-14） KWqqQmvtma 47235608931

22、736036010 设计系统的有效制冷量 Q0为： （3-15）.qm2071425130 若此压缩机符合所设计的系统的要求的话，那么装入此压缩机后，系统的排气 20KW 水冷工业冷却机组 7 压力将变为： （3-16）KPaP 3212 109589 因此系统的冷凝温度也将从 49 上升至 50 ，如图 3-3 所示，而系统 P-H 图上的 5 点焓值也将由 264.83KJ/Kg 上升至 266.68KJ/Kg ，即 h5=266.68KJ/Kg，故系统工质单位制冷量变为： （3-17）KJ/g.hqm 70168237510 图 3-3 选用压缩机后系统的 P-H 循环图 系统有效工质单

23、位制冷量变为： （3-18）KJ/g.hqom9506823571 故压缩机在系统运行的工况下的真正制冷量为： 36036010 qqQmvtma （3-19）KW 47294897 而系统的有效制冷量 Q0为： （3-20） .qm0327150 因此，此压缩机符合设计系统的要求故可用。压缩机的相关技术参数如表 3-1： 表 3-1 压缩机的相关参数 型号 6SHH 一 350E 20KW 水冷工业冷却机组 8 名义功率（马力） 35 汽缸数 6 缸径*行程（毫米） 68.3*55.6 排气量（立方米/小时） 106 启动电路（安培）380V 3PH 50HZ 275 续表 3-1 最大工作

24、电流（安培）380V 50HZ 63.6 曲轴箱加热器功率（瓦） 100 压缩机冷去风扇功率（瓦） 89 排气管接管 13/8“ 接管尺寸（英寸） 吸气管接管 21/8“ 长（L） 740 宽（W） 540外型尺寸（毫米） 高（H） （不带风扇） 490 底脚安装尺寸（孔径） 381305(25.4) 油充注量（升） 4 净重 224 重量（千克） 毛重 251 3.4 循环热力计算 系统循环热力计算如表 3-2 所示 表 3-2 系统循环热力计算 工况 压缩机运行工况 设计系统工况 制冷剂 R404A R404A 蒸发温度 tc/ -25 -25 冷凝温度 tk/ 50 50 吸气温度 t1

25、/ 20 5 过冷液体温度 t5/ 0 8 P1=Pso/KPa 2.528102 2.528102 P2=Pdh/KPa 2.3029103 2.3029103 压比 sodh 9.11 9.11)Kg/(mso131 0.09435 0.08936 20KW 水冷工业冷却机组 9 )Kg/(Jh 11 357.67 391.09 378.38)/(J12 446.42 429.34 续表 3-2 工况 压缩机运行工况 设计系统工况)Kg/(Jh15 284.14 266.68 等熵指数 k 1.17 1.13 等端点膨胀多变指数 m 1 1.0 等端点压缩多变指数 n 1.12 1.12

26、吸气终了相对压力损失 so/P1 0.06 0.06 排气终了相对压力损失 dh3 0.11 0.11 工质单位质量制冷量 )Kg/(Jqm1510106.95 111.70 系统有效工质单位质量制冷量 /1510 90.95 单位等熵压缩功 )g/(Jhts12 55.3 50.96 实际容积排气量 )/mqva3 71.80 71.80 理论容积排气量 (1t 106 106 容积系数 vtav 0.677 0.677 实际质量输气量 )h/(Kgqam11 761.0 803.5 压缩机制冷量 /WQa360 22.60 24.93 系统有效制冷量 /qmao 20.30 等熵压缩功率

27、KPtsts360 11.69 11.37 指示效率 i 0.834 0.817 机械效率 m 取 0.92 取 0.92 20KW 水冷工业冷却机组 10 轴效率 mie 0.767 0.752 电效率 ol 0.652 0.639 电功率 /KWPe 17.8 17.8 性能系数 e/QCO0 1.27 1.40 4 冷凝器的设计计算 冷凝器是制冷装置的主要热交换设备之一。它的任务是通过环境介质（水 或空气）将压缩机排出的高压过热制冷剂蒸汽冷却、冷凝成为饱和液体，甚至 过冷液体。根据任务书的要求，本次设计制冷剂蒸汽的冷却方式为水冷，故选 用卧式壳管式冷凝器 7。 4.1 冷凝器热负荷的计算

28、 排热量是压缩机的制冷量和部分压缩机输入功率的当量热量之和，即为冷 凝器的热负荷，可由下式得： （4-1）KWfPQek 283175093240 式中 压缩机的散热系数，小型机组f f 4.2 冷凝器传热管的选择及参数计算 根据生产工艺条件，拟采用 183 的铜管作为传热管。 每 1m 管长的管外面积为: （4-2）205618mdft 每 1m 管长的管内面积为: （4-3）247fii 4.3 冷凝器的冷却水流量 冷却水的定性温度为: （4-4）C.twtf 532021 查水的物性比定压热容 ，密度 ，运动粘度K)J/(g.Cp4394Kg/m.w 20KW 水冷工业冷却机组 11 ，

29、所以，冷却水的流量为:/sm.vf 261075 （4-5）Kg/h.g/h)()t(CQqwpkw 36523052486312 4.4 计算管外 R404A 蒸汽冷凝表面传热系数 设壁面温度 ，则冷凝液膜平均温度为:tw39 （4-6）C.ttkwm542039 查制冷剂蒸汽冷凝时物性，当 时，有.54 汽化热（ ）： Cts50KJ/grs3610 液相密度： 9m. 液相动力粘度： sPal 64 热导率： K)W/(.l052 则水平圆管的表面传热系数为: 4123790wsllHtdrg.h 41062318045695t （4-1072369t. 7） 根据管内外热平衡关系，管外

30、面积热流量 qf0为: （4-4 3004100 726972369t.t.thqHf 8） 4.5 管内流体传热系数 管内流体的定性温度： （4-9）C.ttf 532021 在定性温度下： 20KW 水冷工业冷却机组 12 （4-95213621926319.t.Bff 10） 在此假设流体在管内的受迫运动是湍流，并设管内流体的流速 则 8，m/sWfw 依据湍流区的换热计算式得： （4-11）K/dWBh. .fwH.i 220880 491592 取水污垢热阻 ，查金属材料性质的纯铜管热导率K/m.ri 417 ，则管外表面面积热流量为: /i384 （4-12）mtritior1ff

31、qfo 式中， 为制冷剂蒸汽与冷却水之间的传热温度差mt （4-13）C.ttwkm 381750ln3l21 因此有： 051862340716217649884 t.qofo （4-0531.t 14） 将计算 和 的两式联立得:foqf （4-15）44 3105687269.tt.oo 用无限逼近法解方程结果如表 4-1 所示 表 4-1 方程值 代入的 的值ot 方程式的值 11 17.523 10 16.073 10.5 16.780 20KW 水冷工业冷却机组 13 10.75 17.162 10.875 17.343 最终得 ,因此管外的表面温度为:C.to87510 (4-2

32、0)Cttokw 125398705 与假设的壁温基本相符。 将 代入 的计算式中，得:.to87510foq (4-21)24 34300 081987502697269W/mt.f 以管外表面积为基准的传热系数 k 为: (4-22)K/.KmW/.tqkmfo 223817 4.6 计算所需的传热面积 所需传热面积可由下式计算得： (4-23)227081493mqQAfok 所需的冷凝管的长度为: (4-24)fLto70562 每流程所需的管子数为: (4-25)4103694015422 .wdqnim 取 10 根 管内的平均流速为: (4-26)m/s.ndqWwim 0381

33、940153636236042 则管内流体的雷诺数为: (4-27)46102710758.Refim 即冷却水在管内做湍流运动，故符合原先的假设。 20KW 水冷工业冷却机组 14 取冷凝器所需的流程数为 4 个流程，则冷凝器中冷凝管的有效长度为: （4-28） m.nLl1907 取 m.l21 4.7 计算冷却水侧流动阻力 管内摩擦阻力系数为: (4-29)0264273164041R.ef 取冷凝器两侧的管板厚度 ，其实际冷凝器管长度为 :m (4-30)mlLt 26103 冷却水在管内的质量流速为: (4-31)sKg/Wgmw 281394 故冷却水在冷凝器内总的压力损失为: 5

34、21i.diLPtw (4-32)Pa 1450126401832 Pa.691 5 冷却塔的选择计算 冷却塔是一个散热装置，将冷却水从冷凝器中吸收来的热量排放到环境中 以使冷却水的温度下降 9。 5.1 选型计算 5.1.1 冷凝塔热负荷的确定 冷却塔的热负荷即为冷凝器中冷却水所吸收的热量即 KW.Qk283 5.1.2 所需冷却水循环量及相关参数的确定 冷却水的定性温度为: 20KW 水冷工业冷却机组 15 (5-1)C.twtf 532021 查水的物性比定压热容 ，密度 ，运动粘度K)J/(g.Cpw4394Kg/mw ，所以，冷却水的流量为:/sm.vf 261075 (5-2)g/

35、h.g/h)()t(Qqwpkw 365230524863012 冷却水所需的冷幅为： (5-3)Cttw12 冷却水出口温度与空气湿球温度差为： (5-4).ttsw36701 5.2 冷却塔的选择及校正 根据冷却水的流量初选 SFA-8 圆形逆流式冷却塔，所选冷却塔的设计条件 为：进水温度 37 、出水温度 32 、湿球温度 28 5.2.1 冷却塔的处理水量 SFA-8 冷却塔的处理水量: (5-5)Kg/h.g/h/mqw3652803 5.2.2 冷却水的冷却度 根据此冷却塔的设计条件可得 SFA-8 冷却塔冷幅为： (5-6) Ct532712 与设计系统所需的冷却水冷却度相等。

36、5.2.3 冷却塔的出水温度与空气湿球温度的温差 根据此冷却塔的设计条件得此冷却塔在其设计条件下的逼近为： (5-7)C.ttsw3652831 综上可知此冷却塔符合系统的要求，故可用。其具体参数如 5-1 所示。 表 5-1 SFA-8 圆形逆流式冷却塔的具体参数 型号 处理水 风机直 电机功 外形尺寸 噪音 重量（Kg ） 进塔水压 20KW 水冷工业冷却机组 16 （dB ） 普通低噪 普通型 量 （m 3/h ） 径 （ mm ） 率 （KW ） 直径 （mm） 高 （mm） 普通 型 干重 湿重 （KPa） SFA-8 8 584 0.18 930 1625 56 57 135 20

37、 5.3 冷却水损耗量的计算 冷却水在于冷却塔中的气流进行热交换过程难免有损耗，包括水汽蒸发损 耗、被风带走的损耗和由于吹沸而引起的损耗，其中水汽蒸发的损耗与环境的 湿球温度有关，被风带走的损耗量约为总循环量的 0.5%-0.75%，而由于吹沸引 起的损耗约为总循环量的 0.25%。表 5-2 为不同季节时水汽蒸发损耗量与湿球 温度的关系 10。 表 5-2 不同季节水汽蒸发损耗量与湿球温度的关系 占总循环量的百分比 G% 湿球温度（）季节 5 10 15 20 25 夏季 0.8 1.6 2.4 3.1 4.0 春季 0.6 1.2 1.8 2.3 3.0 冬季 0.4 0.8 1.2 1.

38、6 2.0 依据任务书中的环境湿球温度得夏季、春季、冬季的水汽蒸发量占循环总 量的百分比，分别为：3.692%、2.744%、1.896%，并取被风带走的损耗百分量 为 0.6%，则冷却塔在个季节的补水量如下： (1) 夏季的补水量 水汽蒸发损耗量： (5-8)Kg/h%.G. 28436592361 被风带走的损耗量： (5-9)/. 702 20KW 水冷工业冷却机组 17 由于吹沸的损耗量： (5-10)Kg/h.%.G. 4163520253 因此夏季时冷却塔每小时的水分损耗量为： (5-11)/ 0987984321 (2) 春季的补水量 水汽蒸发损耗量： (5-12)Kg/h%.G

39、. 071836527421 被风带走的损耗量： (5-13)/. 9062 由于吹沸的损耗量： (5-14)Kg/h.%.G. 41635253 因此春季时冷却塔每小时的水分损耗量为： (5-15)/ 8579018321 (3) 冬季的补水量 水汽蒸发损耗量： (5-16)Kg/h%.G. 42136589161 被风带走的损耗量： (5-17)/. 7902 由于吹沸的损耗量： (5-18)Kg/h.%.G. 41635253 因此冬季时冷却塔每小时的水分损耗量为： (5-19)/ 0879412321 6 热力膨胀阀的选择计算 在制冷系统中节流机构是系统的四大部件之一，制冷剂液体的膨胀

40、就是通 过节流机构来实现的。节流机构的种类多样，按供液量调节方式可分为五类： 手动调节的节流机构、用液位调节的节流机构、用蒸汽过热度调节的节流机构、 20KW 水冷工业冷却机组 18 用电子脉冲进行调节的节流机构和不进行调节的节流机构，其中用蒸汽过热度 调节的节流机构中的热力膨胀阀就是本次设计所需要的节流机构。 热力膨胀阀作为一种传统的节流元件，已被广泛地应用于空调、制冷和低 温冷冻系统 11。热力膨胀阀根据压力的平衡方式可分为内平衡式和外平衡式， 属于一种自动膨胀阀，又称热力膨胀阀或感温膨胀阀，是应用最为广泛的一种 节流机构。它是利用蒸发器出口制冷剂蒸汽的过热度调节阀孔开度以调节供液 量的

41、12。 6.1 热力膨胀阀流量的计算 热力膨胀阀的选择需要满足系统的制冷量的要求，即所选的热力膨胀阀的 流量要满足系统的制冷剂流量，并且应有 10%-15%的安全度。以下是所选的热 力膨胀阀的有关计算： 制冷剂： R22 名义工况 蒸发温度： te= 5 膨胀阀前液体温度：t l=28 冷凝温度： tc=32 查制冷剂 R22 的 P-H 图得，h 1=406.26KJ/Kg,h2=234.32KJ/Kg 由此可得工质的单 位制冷量为： (6-1)KJ/g.qo 9417364021 制冷剂流量公式为： （6-2）omqQ 查型号 TDEX6 热力膨胀阀，其制冷量为 21KW，则此型号所能节流

42、的最大流量 为： (6-3)Kg/h.g/sqQom 5643912094 因系统所需的制冷剂流量为: (6-4)/.K/h.m583 20KW 水冷工业冷却机组 19 故此型号的热力膨胀阀不满足系统的要求，因此不可用。 查型号 TDEX12.5 热力膨胀阀，其制冷量为 44KW，则此型号所能节流的最大 流量为： (6-5)Kg/h./sqQom 692150941 因系统所需的制冷剂流量为: (6-6)/.Kg/h.m83 且此热力膨胀阀的安全度为： (6-7)%qS812069215 此型号的热力膨胀满足系统的流量的要求，因此可用，故本次设计的系统选用 的热力膨胀阀的型号为 TDEX12.

43、5。 6.2 热力膨胀阀的校正 设计系统 R404A 的工质单位制冷量为： 故，此 TDEX12.5KJ/g.q950 热力膨胀阀在设计系统中的名义制冷量为： (6-8)WqQm 328360921530 因此，TDEX12.5 型热力膨胀符合系统的设计要求，故选用。 7 蒸发器的设计计算 蒸发器是制冷系统的四大部件之一，其中用是让低压低温的制冷剂液体与 流经蒸发器中的载冷剂进行热交换，使载冷剂温度降低并且使制冷剂本身气化 重新回到压缩机中。蒸发器按其冷却介质的不同分为冷却液载冷剂的蒸发器和 冷却空气的蒸发器。 板式蒸发器是一种高效、节能、紧凑的换热设备。因为板式换热器具有传 热系数高、对数平

44、均温差大、占地面积小、重量轻、污垢系数小等优点，因此 国外在五六十年代已广泛的应用于化工、轻工、石油、电力、冶金、机械、食 品等工业部门，我国自 60 年代初期开始研制，近 40 年来得到了较快的发展。 板式换热器根据其结构可分为普通组合式板式换热器、半焊式板式换热器和全 焊式板式换热器，在制冷系统中为以防制冷剂的泄露，故选用全焊接时板式蒸 20KW 水冷工业冷却机组 20 发器，它是将所有的板片相互焊接在一起 13。 因为板式换热器具有换热效率高、占地面积小等特点，因此本次设计的蒸 发器方案定为板式蒸发器。以下是系统板式蒸发器的相关设计计算。 7.1 制冷剂物性的确定 根据先前已定的系统工况

45、可知系统的蒸发温度为-25，假设板式蒸发器的 板片的壁面温度为-19，则制冷剂的物性定性温度为： (7-1)Ctcw25192 查制冷剂 R404A 的物性参数表得： 汽化热（-25 时）： =185.875KJ/Kg 制冷剂液体导热率： l=0.0871W/(m.k) 制冷剂液体质量热容： Cpl=1.296KJ/(Kg.K) 制冷剂液体密度： l=1229.2Kg/m 制冷剂液体表面张力： =0.01014N/m 制冷剂液体的动力粘度： l=2.354710-4Pa.s 制冷剂液体的运动粘度： l=1.91579210-7 /s 制冷剂气态密度： g=14.73Kg/m 制冷剂气态的动力粘

46、度： g=1.01110-5Pa.s 制冷剂气态运动粘度： g=6.86354410-7 /s 制冷剂气态导热率： l=0.01098W/(m.k) 制冷剂蒸发温度下的压力与定性温度下的压力差：P=0.031MPa 7.2 换热板片的选定 板式蒸发器的所需的板片选用杭州钦宝公司的 B3-113 型板片，其主要参数 如下： 板片单片换热面积： A=0.113 当量直径： de=0.0046m 通道截面面积： a=0.0004 板厚： =0.4mm 7.3 制冷剂侧的传热系数的计算 20KW 水冷工业冷却机组 21 设板式蒸发器的流道为 n，并且取全程的平均干度为 0.5，则有： 每道制冷剂的流量

47、： (7-2)Kg/hn.qm5803 制冷剂液相分量： (7-3)/.ml741 制冷剂气相分量： (7-4)Kg/hn.qmg50 根据制冷剂液相和气相分量可以计算出制冷剂在蒸发器中的流速与相应的 雷诺数，其计算如下： 制冷剂液相流速： (7-5)m/snnaqvlml 270190436750 制冷剂气相流速： (7-6)/sn.naqvgm 87314036502 制冷剂液相雷诺数： (7-7)n.dvlel 950195726R7e 制冷剂气相雷诺数： (7-8)n.dvege 346910863547 则，制冷剂液态与气态的普朗特数可由下式计算得： (7-9)3.50.8712962.CP 4lprl (7-10)0.82.1. 5gpr 于是制冷剂