《制冷原理及设备》课程设计计算书

'安徽建筑大学热能与动力工程系《制冷原理及设备》课程设计计算说明书学院：环境与能源工程学院专业班级：11热动（2）班组员:王桂生罗亮亮卯俊峰戈豹杨关指导老师：王臣臣实施周期：2013.12.19至2013.1.2共2周2013年12月10 前言本课程设计是对《制冷原理及设备》课程的进一步实际地了解和掌握，本次设计主要是通过对一给定的设计条件来设计合适的冷冻站。制冷压缩机型号与台数的选择，包括确定制冷系统的总制冷量，确定制冷剂种类和系统型式，确定制冷系统的设计工况。冷凝器的选择，计算出冷凝器的热负荷，根据所选用的制冷剂种类和压缩机运行工况、冷却介质的种类、负荷变化情况等确定冷凝器的型式，然后进行冷凝器的选择计算，确定其传热面积，从而选定冷凝器的型号及台数。蒸发器的选择，根据制冷量、制冷剂种类及载冷剂的种类、冷冻系统的型式等，确定蒸发器的型式，计算出蒸发器的传热系数、换热面积以及蒸发器的台数。其它辅助设备的选择，有油分离器，贮液器，集油器，紧急泄氨器，空气分离器，过滤器。冷冻站布置包括如下内容：制冷设备布置，制冷工艺管路布置，管路上各种阀件及自控部件的布置，绘出平面布置及必要的系统原理。制冷工艺管路及阀件的选择，根据平面布置及制冷系统图估算各段工艺管路的总长度（包括直线长度和当量长度）以及不同的制冷剂、不同工艺管路的允许流速或允许压力降、蒸发温度、冷凝温度、再冷温度、制冷剂流量等确定工艺管路管经。根据制冷量、制冷剂流量、流速或管径等选择截止阀手动膨胀阀、浮球阀、热力膨胀阀及电磁阀等。编写设计说明书，说明书应按设计程序编写，它应包括设计任务、原始资料、工况确定、负荷计算、设备选择、冷冻站布置方案的确定及说明、管路计算和有关设计草图等内容。课程设计画图2张，它包括制冷工艺热力系统平面布置图和制冷工艺热力系统原理图。通过此次的课程设计要求对空调用冷冻站有一个全面系统的了解。本次课程设计中任务分布如下：计算说明书：王桂生制冷系统原理图：罗亮亮制冷系统平面布置图：戈豹卯俊峰杨关II 目录一、课程设计任务1二、原始资料1三、设计内容1（一）制冷压缩机的型号与台数的选择11、冷冻站的冷负荷的确定12、制冷工况的确定13、制冷压缩机的型号及台数的确定3（二）冷凝器的选择3（三）蒸发器的选择6（四）其它辅助设备的选择61、油分离器的选择计算62、贮液器的选择计算73、集油器的选择74、空气分离器的选择85、急泄氨器的选择86、氨液分离器8六、制冷管道设计8（一）吸气管段9（二）排气管段10（三）冷凝器到贮液器管段12（四）贮液器到蒸发器管段14设计参考资料16II 一、课程设计任务已知某厂空调系统所需总耗冷量为1360kw（1,000,000kcal/h），以喷淋室为末端装置，要求冷冻水温为6℃，空调回水温度为13℃，制冷系统以氨为制冷剂。二、原始资料1、水源：呼和浩特是我国北方大城市，水源较紧张，所以冷却水考虑选用冷却塔使用循环水。2、室外气象资料：室外空调干球温度29.9℃，湿球温度20.8℃。3、呼和浩特海拔1063米，大气压力冬季676mmHg，夏季667mmHg。三、设计内容（一）制冷压缩机的型号与台数的选择1、冷冻站的冷负荷的确定对于间接式制冷系统，A＝0.1～0.15。本课程设计属于此类，取A＝0.1252、制冷工况的确定（1）蒸发温度16 当采用喷淋室处理空气，即冷冻水喷淋室使用时，宜采用水箱式蒸发器（包括直立管式蒸发器和螺旋管式蒸发器）。对于直立管式和螺旋管式蒸发器，蒸发温度宜比冷冻水出口干球温度低4～6℃。（2）冷凝温度采用水冷式冷凝器时，冷凝温度可用下式计算：℃式中——冷却水进冷凝器的温度，℃；——冷却水出冷凝器的温度，℃。对于使用冷却塔的循环水系统，冷却水进水温度可按下式计算：式中——当地夏季室外平均每年不保证50小时的湿球温度，℃——安全值。呼和浩特，选用机械通风冷却塔，℃。（3）压缩机的吸汽温度压缩机的吸汽温度一般与压缩机吸汽管的长短和保温情况有关，通常以氨为制冷剂时，吸汽温度与蒸发温度的差值不大于5～8℃。但本设计考虑仅理论循环，不考虑过热，即（4）再冷温度tr.c16 对于立式壳管式冷凝器，均不考虑再冷。以上工况确定以后，就可在lgP——h图上确定整个制冷的理论循环；并进行循环的理论计算。3、制冷压缩机的型号及台数的确定考虑到厂房的大小，设备初投资，维护及管理，压缩机台数不应取太多，现取3台。则每台压缩机在设计工况下的制冷量至少为查《实用制冷工程设计手册》北京：中国建筑工业出版社，1994年。郭庆堂P166查压缩机性能曲线，可用压缩机型号为8AS12.5（开启式，单级，960r/min）。每台压缩机在设计工况下的满负荷制冷量。稍大于510kw每台压缩机在设计工况下的轴功率。配用电机功率（二）冷凝器的选择1、冷凝器型式的选择应根据制冷剂和冷却介质（水或空气）的种类及冷却介质的品质优劣而定。在冷却水质较差、水温较高和水量充足的地区，宜采用立式壳管式冷凝器，因为冷却水使用循环水，故采用立式壳管式冷凝器。冷凝器的台数参考压缩机的台数，暂取三台。查查《实用制冷工程设计手册》Ｐ160取ηm=0.882则16 总共的冷凝负荷为2、传热温差式中：t1、t2----冷却剂进、出口温度；tk----冷凝温度。。冷凝水的流量为：3、冷凝器型号的确定及其传热系数的计算（1）选择冷凝器型号查常用冷凝器的传热系数表，由于采用立式冷凝器假定则对每台冷凝器每台查《制冷与空调设备手册》P441（苏--冷）立式冷凝器规格示例表，取冷凝器型号为LN-150（其传热面积F=148.5m,通筒体直径D=1080mm，高度H=4800mm，管道211根），则；(2)计算冷凝器制冷剂侧放热系数喷淋密度16 冷凝器的水侧放热系数(3)计算冷凝器制冷剂侧放热系数；由《制冷原理及设备》主编：吴正业西安交通大学出版社2010出版P212：对垂直面呈波形流动时=1.18，物性系数冷凝器制冷剂侧放热系数（4）计算冷凝器传热系数由冷凝器型号知：管外径d=51mm。水垢的热阻查《传热学》P492得。取金属管壁的导热系数λ=43.2w/m2.k，油膜热阻=0.0006m2.k/w此时热流密度；（为冷凝器对数传热平均温差）（5）比较相对误差相对误差，说明假定合理，即所选择的冷凝器型号合适。16 （三）蒸发器的选择在前确定蒸发温度时，已确定使用直立管式或螺旋管式蒸发器。则每台蒸发器的制冷量即为一台压缩机的制冷量=520kw假设=520(kcal/m·h·℃)蒸发面积查《制冷与空调设备手册》P499（上冷）SR-144（蒸发面积为=144m）。此时单位热负荷属于直螺旋管式单位热负荷（2500~3500kcal/m）范围之内，符合要求。（四）其它辅助设备的选择1、油分离器的选择计算根据压缩机台数取油分离器台数为三，一台压缩机配一台油分离器。并选用离心式油分离器。压缩机理论输汽查《实用制冷工程设计手册》编写组.制冷工程设计手册.北京：中国建筑工业出版社，1978年。P156得压缩机输汽系数λa=0.782，取筒体内汽体流速w=0.9m/s则16 查《制冷与空调设备手册》P614采用离心式有分离器，YF-50（重冷）,D=273mm2、贮液器的选择计算液体制冷剂循环量液体制冷剂比容v=1.71707L/Kg=0.00171707m/kg取液体充满度β=0.8.贮液器的容积:查《制冷与空调设备手册》P536(上冷)选择ZA-4.5一个。3、集油器的选择16 通常几套压缩机可共用一个集油器。集油器一般不进行计算，而是根据经验来选用。冷冻站标准工况下的制冷量，大于600KW，采用直径为300mm的集油器一台。查《制冷与空调设备手册》P624(洛冷)JY-300,其直径为325mm。4、空气分离器的选择空气分离器的选择一般不进行计算，而是根据经验选用。系统总制冷量为1530>1163kw，故采用Dg50体直径219的空气分离器。查《制冷与空调设备手册》P631（重冷）选择KF-50,直径为219mm.5、急泄氨器的选择在大、中型制冷系统中，系统中的充氨量是较多的。当发生严重事故时，必须将系统中的氨迅速放掉，以保护设备和人身安全，故系统应设置紧急泄氨阀。目前国内生产的紧急泄氨阀为SA－25型，各系统均可选用。此处采用SA－25型。查《制冷与空调设备手册》P637采用SA－25型（北冷）6、氨液分离器机房用:查《制冷与空调设备手册》P600采用AF—125六、制冷管道设计16 制冷剂管道直径，应按其压力损失相当于制冷剂饱和温度的变化值确定。制冷剂饱和温度的变化值，应符合下列要求：氨吸汽管、排汽管和液体管，不宜大于0.5℃（一）吸气管段1、初选管径，吸气管道流速为12~20，取16—管子内径，m—流体的质量流量，—流体在工作压力和工作温度下的比容，—流体速度，查《实用制冷工程设计手册》取管径mm，2、确定管路的当量总长管道长度L=1115+1211+602+5435+1518+120+200+350+1261+1151=10201m查《实用制冷工程设计手册》球形截止阀当量直径，焊接弯头当量直径，蒸发器出口d=100mm管道直径不变的连接，当量直径,16 压缩机进口d=100mm管道为缩小连接，当量直径,管道当量总长3、每米当量管长的允许压力降蒸发温度1时的饱和压力压缩机吸气温度0.5时的饱和压力每米当量管长的压力降查《实用制冷与空调工程手册》，所选管段合适此段管的母管管段质量流量为所选管段的三倍故管段取值为mm（二）排气管段1、初选管径，吸气管道流速为15~25，取20查《实用制冷工程设计手册》取管径mm，=82mm2、确定管路的当量总长管道长度L=545+1588+1452+160+400+3058+4096+623+1290=13212mm查《实用制冷工程设计手册》16 球形截止阀当量直径340，焊接弯头当量直径60，止回阀当量直径80，压缩机排气口d=100mm管道为扩大连接，当量直径12.24,=1003.68mm油分离器进口d=50mm管道为缩小连接，当量直径9.24,=757.68mm油分离器出口d=50mm管道为扩大连接，当量直径18.68,=1531.76mm冷凝器进口d=100mm管道为扩大连接，当量直径12.24,=1003.68mm管道当量总长3、每米当量管长的允许压力降压缩机排气温度31.5时的饱和压力冷凝温度温度31.0时的饱和压力每米当量管长的压力降16 查《实用制冷与空调工程手册》，所选管段合适此段管子的母管管段质量流量为所选管段的三倍故管段为mm（三）冷凝器到贮液器管段1、初选管径，吸气管道流速为小于0.5，取0.3查《实用制冷工程设计手册》取管径mm，=62mm2、确定管路的当量总长及压力降根据《供热工程》—计算管段的压力损失，—计算管段的沿程损失，—计算管段的局部损失，—热媒的密度，—水头差，mR—每米管长的沿程损失，l—管段长度，m—管段的摩擦阻力系数d—管子的内径，m16 v—热媒在管道内的流速，—雷诺数—热媒的运动粘滞系数，查《传热学》时，流动为紊流状态，4000~100000范围内时管道长度L=535+8800+4610+400+475=14820mm由—管段中的总局部阻力系数由《实用制冷与空调工程手册》冷凝器出液口d=80mm，管道为渐缩连接=0.01贮液器进液口d=80mm，管道为渐扩连接=0.0025截止阀焊接弯头16 冷凝器出液口和贮液器进液口液位差475mm查《实用制冷工程设计手册》球形截止阀当量直径，焊接弯头当量直径，管道当量总长每米当量管长的压力降查《实用制冷与空调工程手册》，所选管段合适3~5号管段质量流量为所选管段的三倍故管段为mm（四）贮液器到蒸发器管段1、初选管径，吸气管道流速为0.5~1.25，取0.9查《实用制冷工程设计手册》取管径mm，2、确定管路的当量总长管道长度L=600+662+1958+1047+800+212+2627+7544+160+1480+576=17666mm16 查《实用制冷工程设计手册》球形截止阀当量直径，焊接弯头当量直径，贮液器出口d=50mm管道为缩小连接，当量直径,蒸发器进液口d=25mm管道为缩小连接，当量直径9.912,管道当量总长3、每米当量管长的允许压力降贮液器出液口温度31时的饱和压力蒸发器进液口温度30.5时的饱和压力每米当量管长的压力降查《实用制冷与空调工程手册》，所选管段合适贮液器到调节装置管段质量流量为所选管段的三倍故管段为16 设计参考资料l《制冷工程设计手册》编写组.制冷工程设计手册.北京：中国建筑工业出版社，1978年。l《制冷与空调设备手册》，国防工业出版社，1987年。l《实用制冷工程设计手册》郭庆堂北京：中国建筑工业出版社，1994年。l《传热学》杨世铭高等教育出版社，2006年l《制冷原理与设备》吴业正西安交通大学出版社199716'