制冷技术课程设计
制冷技术课程设计
一,设计任务
本设计为西安某五层酒店空调用制冷系统及机房设计。
度为7摄氏度,回水温度为12摄氏度,采用独立空调制冷机房,因为该建筑没有地下室,所以制冷机房设于地面,距建筑正西方距离为200m,
二,原始资料
(1)空调夏季室外计算干球温度:35.1 ℃
(2)夏季空调室外计算湿球温度:25.8 ℃
(3)夏季空调室外日平均温度: 30.7 ℃
(4)夏季大气压力:0.100530MPa
三、制冷压缩机型号与数量的选择
1、确定机房总制冷量
制冷系统的总制冷量为用户实际所需的制冷量以及制冷系统本身和供冷系统冷损失,而对于间接供冷系统而言,空调制冷量小于174kw时,选择冷损失为0.15-0.20,当制冷量为174-1744kw时,系统冷损失为0.10-0.15,本系统系统总冷负荷为480.4kw,为保证建筑在最不利情况下得到充分补充,该设计选择最大冷损失,即取15%的冷损失,计算如下:
Q(10.15)480.4552.5kw
2、确定制冷剂种类
因为该建筑为宾馆,对卫生和安全要求较高,因此选择R22为制冷剂,R22的具体情况如下:
3、确定制冷系统设计工况
根据空调系统对冷冻水的要求及当地冷却剂的条件,确定蒸发温度t0、冷凝温度tk、压缩机排气温度trp、冷却剂进口温度t1,
3.1、冷凝温度tk的确定
夏季空调室外计算湿球温度:25.8 ℃,冷却水进水温度即湿球温度,为
25.8 ℃,冷却水温升,对于卧式壳管冷凝器,根据《实用制冷工程设计手册》,取值范围为3-5摄氏度,本设计取4℃,则可知冷却水出口温度为:
25.8429.80C,
冷凝器中平均传热温差根据下表要求取5℃
综上可知,冷凝温度:
tk0.5(t1t2)m
=0.5(25.829.8)532.8℃
3.2、蒸发温度t0的确定
蒸发温度是制冷剂液体在蒸发器中气化时的温度,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,本系统选用满液卧式蒸发器,由设计任务可知:载冷剂进口温度为12摄氏度,出口温度为7摄氏度,对于氟利昂系统,取蒸发器中平均传热温差为7摄氏度。按照下表,可得蒸发温
度
t00.5(ts1ts2)0
0.5(127)54.5℃
3.3、过冷温度tg的确定
根据《实用制冷工程设计手册》,可得如下数据:
所以本设计取过冷温度为5℃
3.4、压缩机吸气温度trp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,保证系统的正常运行,过热度的大小根据《实用制冷工程设计手册》,当采用热力膨胀阀时,蒸发器出口气体过热度为3-8摄氏度,本设计取5摄氏度,所以可得压缩机的吸气温度:
trpt054.559.5℃
4、制冷循环理论lgp—h图
综上,可得各数据:冷凝温度tk:32.8℃、蒸发温度t0=4.5℃,
压缩机吸气温度trp=9.5℃、过冷温度tg=5℃则制冷系统理论循环lgp-h图如下所示:
根据绘制的p-h图查表可求出各状态参数:
蒸发压力p0=0.59pa, 冷凝压力pk=1.28mpa
比容:v1=0.043m3/kg,v1’=0.0414m3/kg,v2=0.0207m3/kg。
比焓:h1= 411.09kJ/kg,h1’= 407.43kJ/kg,h2= 430.70kJ/kg,h3=h4= 234.17kJ/kg, h3’= 240.85kJ/kg,h4’=206.59kJ/kg,
5、制冷系统热力计算
(1)、单位质量制冷量q0的计算
q0h1h4411.09234.17
=176.92kJ/kg
(2)、单位容积制冷量qv的计算
q0176.92qvv10.043
=4114.42kJ/m3
(3)、制冷剂质量流量Mr
Mr0
q0552.5kw 176.92kJ/kg
=3.12kg/s
(4)、制冷剂体积流量Vr
VrMrv13.120.043
=0.134m3/s
(5)、冷凝负荷
kMrqkMr(h2h3)
=3.12x(430.70-234.17)
= 613.17kw
(6)、压缩机理论耗功量
pthMr(h2h1)
=3.12x(430.70-411.09)
=61.18kw
(7)、理论制冷系数
th
=0pth 552.59.03 61.18
(8)、制冷效率
Rth c
=9.03
=9.03tkt0 t0273.1532.84.50.92 4.5273.15
6、制冷压缩机和电动机的选择
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,确定压缩机的种类,型号和台数,最后要校核压缩机所配置电机的功率
6.1压缩机类型的选择
根据《实用制冷工程设计手册》当制冷量在116-700kw时,宜选用螺杆式制冷压缩机,本建筑总冷负荷为552.5kw,即使选择两台,依然在该范围内,所以本设计选择螺杆式制冷压缩机,又因为半封闭式螺杆压缩机维修方便,无泄漏问
题的出现,且不需要轴封,噪音小,在市场上有80%的占有率,是市场上的主流产品,所以本设计选择半封闭式螺杆压缩机
6.2压缩机级数的选择
级数的选择应根据设计工况的冷凝压力与蒸发压力之比来确定,
pk1.282.17 p00.59
根据规范,当上式小于10时,应采用单级制冷压缩机,否则采用两级压缩机,
综上,本设计采用单机制冷压缩机。
6.3压缩机台数和型号的确定
选择压缩机太数不能太多,本系统因为在西安,非全年连续使用,所以不考虑备用,本系统选择两台压缩机,则每台压缩机的制冷量为:
552.5276.25kw 2
压缩机的容积效率:
p 0.940.085k)n1](R22的n=1.18) p0
1.281.18[()1] 0.940.0850.5911
=0.86
系统所需理论输气量:
Vh
=VRMRV1'Q0v'1 h1h4276.250.04143600 411.09234.170.86
=270.60m3/h 综上,根据所需理论输气量,查《实用制冷工程设计手册》选择两台型号为LG16F100Z的螺杆式制冷压缩机。具体见下表: 125G
四、冷凝器的选择计算
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,水量较充足的地方,宜采用卧式冷凝器,西安地区可选用卧式壳管冷凝器。
2、确定冷凝器的换热面积
冷凝器热负荷:
QkQ01.16552.5640.9kw
(-
冷凝器热负荷系数,其随蒸发温度的降低和冷凝温度的升高而增加,取
1.16.)
冷凝器传热温差的计算:
tt29.825.84.720C tmw2w1tt32.825.8Inkw1In32.829.8tktw2
式中: tw1------冷却水出冷凝器的温度
tw2----冷却水进冷凝器的温度
tk-----冷却水进冷凝器的温度
冷凝器传热面积的计算:
式中:K----冷凝器的传热系数,由于是氟利昂卧式壳管冷凝器,其传热AkQK640.91000123.44m2Ktm11004.72系数1000-1500之间,这里取1100.
因为需要两台压缩机,所以初步选定两台冷凝器,其实际所需理论面积为
123.4461.72m22
3、冷凝器型号的选择
由于冷凝器在使用一段时间后会产生污垢,降低传热系数,因此在选择冷凝器型号前,应将上面计算值放大5%-10%,以保证液态制冷剂有3-5摄氏度的过冷度,综合上述,放大百分比取10%,不设再冷却器放大百分比取10%。
AkAk'(10.10)(10.10)61.721.11.1
=74.68m2
综上,选择的冷凝器如下:牌子为江苏昊阳的型号为GLCQ6的氟利昂卧式壳管冷凝器2台
4、冷却水计算
冷凝器所需冷却水量的确定:
wQk640.9 Cp(tw2tw1)10004.186(29.825.8)
=0.0383m3/s
=137.88m3/h
压缩机需要的冷却水量的确定:
61.180.860.150.86pe w t5
3 =2.08 m/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0.13-0.18, t----冷却剂出口温差
综上,得总冷却水量为:137.88+2.08= 139.96 m3/h
5、动力设备
冷却塔的选择:
冷却塔的选择主要由所需的冷却水的水量和室外的温度决定的,冷却水流量为139.96 m3/hx(1+0.10)=153.96m3/h,又因为先的室外湿球温度为25.8 ℃。综上,选择华强牌圆形玻璃钢冷却塔,型号为10T-1000T系列的DBNL3-150型号,具体见下表
冷却水泵的选择:
根据冷却水的流量确定水泵的型号,由前面可知,冷却水总量为153.96m3/h,,楼高由前面可知为17m,则水泵的选择可根据所需的流量和杨程,确定水泵的型号和数量,可多选一台作为备用的水泵,综上可选择上海良益泵业的ISW型卧式管道离心泵中的100-125(I)
五、蒸发器的选择计算
1、确定蒸发器的形式
本系统采用水冷式表面冷却器做空气处理室,以R22为制冷剂,查阅《实用制冷工程设计手册》,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、蒸发器传热面积的计算
蒸发器传热温差:
tt127 tms2s14.60Cs10InIn 74.5ts2t0
传热面积:
Q0640.91000 Ac'253.3m2
Ktm5504.6
其中,传热系数查《实用制冷工程设计手册》可知,k为500-600,本设计取550.同样考虑12%的富裕量,所以可得
AcAc'(10.12)253.31.12
=283.7m2
取两台卧式蒸发器,则一台蒸发器所需的传热面积为
283.7141.85m
22
综上所诉,可选择青岛海和制冷空调设备有限公司的型号为WZA-160的蒸发器两台
3、冷冻水量
循环水量: wQ0640.9 Cp(ts2ts1)10004.186(127)
=0.031m3/s
=111.6 m3/h
系统补水量取总水量的2%
111.6X2%=2.232m3/h
总冷冻水量:111.6+2.232=113.8m3/h
4、冷冻水管径及水泵选择
查《实用制冷工程设计手册》,得冷冻水流速的取值范围为
取1.5m./s的冷冻水水流速。
冷冻水管径的确定:
d1-1.5m/s,本设计4w4113.8 v36003.141.5
=0.16m
所以确定管径为160mm的管道。选择塑料管作为运输冷冻水的管道。 冷冻水水泵的选择:
前面已知,冷冻水的流量为113.8m3/h,再增加20%的流量附加率,所以可得管道的流量为113.8x120%=136.56m3/h,考虑存在两台蒸发器和一台备用,所以选择3台水泵,
则每台水泵的流量为:136.56/2=58.28m3/h
具体型号为:上海良益泵业,型号为65-160(I)
六、膨胀阀的选择
膨胀阀的选择应考虑蒸发温度,膨胀阀液体进出口温度和膨胀阀前后的压差等因素,而热力膨胀阀是通过蒸发器出口气态制冷剂过热度控制膨胀阀开度的,广泛用于氟利昂系统,因此,本设计的膨胀阀选择热力膨胀阀。
选择热力膨胀阀时,应考虑其容量比蒸发器负荷大20%-30%。
即制冷量为:
640.9/2x120%=384.54kw
综上,选择的膨胀阀如下:上海恒温集团的TCLE系列热力膨胀阀,型号TRFE-120H
七、其他辅助设备的选择
1、油分离器
油分离器简体直径: d4Vh40.86270.6020.4058m405.8mm w036003.141.0
式中:Vh---压缩机的理论排气量
--压缩机的容积效率
Wo--油分离器内蒸汽的流速,取1m/s。
综上,选择
2、高压储液器
储液器的容积按制冷剂循环量进行计算,其储存量可容纳系统最大的小时制冷量对应循环工质的1/3.而且整个储液量不超过整个容积的70%。
则可得储液器的容积为:
1Mv'13.1236000.0008496 v3 30.730.7
=4.54m3
上式中:M为制冷系统制冷剂小时循环量,根据本系统,查表可得为0.0008496m3/kg
本系统选择两台高压储液器,则每一台的容积为:
4.542.27m3 2
综上,可选择上海臻杭公司的ZH-102型储液器
3、气液分离器
该设备用来分离蒸发器出口的低压蒸汽中的液滴,防止制冷压缩机发生湿压缩甚至液击现象。
简体直径: D1.59h1.59
气液分离器的选择:
选择时应保证简体横截面积的气流速度不超过0.5m/s,故可得: v270.60.860.254m254mm 3600Vh
D20.5m/s
4
即 D8Vh
8270.60.860.406m406mm 36003.14
综上,选择两台气液分离器。选择
4、不凝性气体分离器
本系统只配一个不凝性气体分离器,又因为本系统制冷量小于1160kw,所以可采用一台小号的分离器,即选择一台桶体直径为108mm的分离器。所以,本设计选择烟台冰冻设备总厂生产的KFA-50,其D=219mm
5、过滤器和干燥器
过滤器用于清除制冷剂中的游离水分的机械杂质。本设计选用的过滤器为吉氟利过滤器,型号为EB51FZ301G具体参数如下:
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,所以,本设计选择的干燥器为:上海顶峰机电设备有限公司的NEUTEK干燥器 ,型号为NT-110F-M28-04,具体参数如下:
八、机房布置
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3.6~4.8m.。
(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,以防止腐蚀或冻裂。
2、制冷设备布置原则
(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、制冷剂管路布置原则
(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。
九、感谢
感谢老师在百忙之中辅助我们的课程设计,让我的设计能圆满完成,老师您工作认真,一丝不苟,虽然工作繁忙,但还是抽出时间来指导我和同学们的设计,我在设计中有很多不懂的地方,您都一一为我认真解答,不辞辛劳的指点我,让我看到一个真正教职人员的做事态度和敬业精神,非常佩服,每次老师您都会到教室里面来,并且待上好久,真的十分的佩服您,这次的课程设计,让我认识到自己专业知识的不足,做事态度和能力的缺陷,在此,再次感谢老师的帮助,自己以后一定会加倍努力,扎实自己的专业知识,不辜负教授您的辛苦
在本次设计中,我受益良多,主要有以下几个方面:
1)这次课程设计是根据老师给的图纸及资料,每个人选取不同的省份,查出所在省份的资料,然后根据各个所选省份气温不同完成课程设计,难度大,挑战艰巨啊,但还是圆满完成了
2)学以致用才是真的理解懂得所学课程,将所学的理论知识和实际的设计结合起来,通过课程设计能更加强化我们所学的书本知识,让我们更牢记和理解书本的理论知识。 最后,十分感谢老师和各位同学。正因为有你们的帮助,在我设计过程中遇到的很多问题,如对计算方法不清楚,对设计题目分析不够透彻等等,他们能仔细认真为我解答这些难题,我才能顺利完成这次设计。谢谢你们的帮助!
十、参考文献
1. 制冷工程设计手册 中国建筑工业出版社 1978年
2. 实用制冷与空调工程手册 机械工业出版社 尉迟斌 2002年
3. 制冷空调产品设备手册 国防工业出版社 杨小灿 2003年
4. 空调制冷专业课程设计指南 化工工业出版社 路诗奎 2005年
5. 制冷工程设计手册 中国建筑工业出版社 编写组 1978年
6. 空调与制冷设计手册(第二册)四机部十院编 中国建筑工业出版社 1970年
7. 暖通、空调、净化制冷设备材料手册 农机部二院编 1980年
8. 采暖通风与空气调节设计规范 GBJ19-87中国计划出版社
9. 冷库设计规范
10. 教材
6、机房布置
①把所选择的各设备及管道合理地布置在机房平面图上。
②按安全规定布置事故通风设施。
③绘制工艺流程图、主剖面图。
四、设计要求
1.设计计算说明书:说明书的编写应保证设备计算分析的条件充分性、过程的层次分明性及结果的数据准确性。所采用的主要公式应给出出处。对所选用设备、确定的方案给出简要的技术经济分析。说明书按顺序组成为:封面、目录、前言、正文、参考资料。
2.图纸:规格按国家规定标准,长度可根据需要加长。图例、文字按专业制图标准要求。
3.设计说明:在机房平面图上应给出文字的设计说明,主要针对图面上无法清晰表达的,而又需要用户完全清楚的内容(如:管材、防腐、保温等)。
4.设计时间:本设计时间为1周(其中收集资料1天,设计计算、设备选择3天,绘图2天,编写、整理计算说明书1天。)