空调用冷冻站的设计项目说明指导书.doc

目录前言一 设计题目二 设计目三 原始资料四 设计内容1 制冷压缩机型号与台数选取1.1 冷冻站冷负荷拟定1.2 制冷装置型式选取1.3 制冷工况拟定及理论计算1.4 制冷压缩机型号及台数拟定2 冷凝器选取2.1 冷凝负荷拟定2.2 传热温差2.3 拟定冷凝器型号3 蒸发器选取4 油分离器选取5 贮液器选取6 集油器选取7 急泄氨器选取8 过滤器选取9 冷冻站设备及管路平面布置9.1冷冻站房设计9.2 制冷设备布置9.3管道布置10 管路和阀件选取计算10.1管路计算10.2 排气管道10.3 冷凝器到贮液器液体管道10.4贮液器到蒸发器液体管道10.5阀件选取五 参照文献前言本次设计目是为了对空气调节用制冷技术进行巩固，通过前期上课理论学习，进行实践。详细内容是针对乌鲁木齐地区，设计其适合空调用冷冻站。一方面通过查阅本地各项原始资料，然后，拟定制冷机工作工况，通过提供冷负荷资料选定压缩机型号和台数。综合冷负荷、工作工况、本地水质和环境状况，选取适当冷凝器和蒸发器。再依照已有设备资料，结合设计详细规定选取适当辅助设备：油分离器、高压贮液器、集油器、氨液分离器、紧急泄氨器、空气分离器、过滤器、阀门等。最后由工厂发展规划资料初步拟定工厂尺寸，将设备进行合理布局。以求做到最经济合理布置。并依照设备布局拟定管道布局，计算管道直径，给管道配备相应阀门。以上即是本次设计流程，在设计过程中，应当注意统筹兼顾，有理有据。 一 设计题目 北京宝元大厦空调用冷冻房设计二 设计目 课程设计是“制冷技术”重要教学环节之一，通过这一环节来达到理解冷冻站设计内容、程序和基本原则目，学习设计计算环节和办法，巩固所学理论知识和实际知识，以培养咱们运用所学知识解决工程能力。三 原始资料1、基本资料：已知北京空调楼所需总耗冷量为1.6MW，以风机盘管为末端装置，规定冷冻水温为7，空调回水温度为12，制冷系统以氨为制冷剂；室外气象资料：夏季空调干球温度为33.5，湿球温度为26。2、设计地点：北京市3、压缩机：离心式压缩机4 、冷凝器：水冷式冷凝器5、蒸发器：氨卧式管壳蒸发器6、膨胀阀：浮球式膨胀阀四 设计内容1 制冷压缩机型号与台数选取1.1 冷冻站冷负荷拟定QT=(1+A)Qy;式中： QT制冷系统总制冷量（KW）;Qy顾客实际所需要制冷量（KW）; A冷损失附加系数; 对于间接式制冷系统，A0.10.15。本课程设计属于此类，取A0.1=（1+0.1）1.6=1.76MW1.2 制冷装置型式选取 本冷冻房设计采用离心式制冷机，氨制冷剂，单级压缩1.3 制冷工况拟定及理论计算1.3.1蒸发温度 普通，用于冷却水或盐水蒸发器，被冷却液体温度降（t1-t2）可取58。蒸发温度t0比被冷却液体出口温度t2低23因此 =7（23）=41.3.2 冷凝温度水冷式冷凝器，冷凝温度与冷却水进口温度差取714，冷却水进出口温差取410对于使用冷却塔循环水系统，冷却水进水温度可按下式计算：=26+（）=30式中 本地夏季室外平均每年不保证50小时湿球温度， 安全值。选用机械通风冷却塔，。因此 1.3.3 压缩机吸汽温度压缩机吸汽温度普通与压缩机吸汽管长短和保温状况关于，普通以氨为制冷剂时，吸汽温度与蒸发温度差值不不不大于58。 即 = +5=4+2=61.3.4再冷温度tr.c对于风冷式冷凝器，均不考虑再冷。 以上工况拟定后来，就可在lgPh图上拟定整个制冷理论循环；并进行循环理论计算。1.3.5 lgP-h上理论循环计算 1依照绘制lgP-h图查表求得各状态参数：图中点1为压缩机吸入状态点（t1=t0=4）；1-1为过热过程(t1=6)；2为制冷剂出压缩机时状态点(由过1等熵线和压力为Pk等压线来拟定)；4为制冷剂出冷凝器状态点(t4=tk=43) 2拟定压力：P1= P0=498.146kpa；P4=Pk=1737.216kpa； 拟定焓值:h1=1460.672kJ/kg；h1=1465.643kJ/kg； h2=1644.068kJ/kg；h4=409.804kJ/kg; 比容：v1=0.251916m3/kg；v2=0.10493 m3/kg； 3制冷系统热力计算 单位质量制冷量q0计算:q0=h1-h4=1465.643-409.80=1055.843kJ/kg； 单位容积制冷量qv计算:qv=q0v1=1055.8430.251916= 491.250kJ/kg； 制冷剂质量流量qm计算:qm=QTq0=17601055.843=1.6669kg/s； 单位理论压缩功w0计算:w0=h2h1=1644.068-1465.643=178.425kJ/kg； 压缩机所需理论功率P0计算:P0=qmw0=1.6669159.946=297.416kW； 压缩机吸入制冷剂蒸汽体积流量qv计算:qv=qmv1=1.6370.251916=0.4123m3/s； 制冷系数0计算：0=q0w0=1760297.416=5.97； 单位冷凝负荷qk计算:qk=h2h4=1644.068-409.804=1234.264kJ/kg； 冷凝器热负荷Qk计算:Qk=qmqk=1.66691234.264=2057.394kW； 逆卡诺循环制冷系数：c=Tc(TkTc)=(6+273)/(446)=7.346； 制冷效率=0c=5.977.346=0.812； 1.4 制冷压缩机型号及台数拟定 择制冷压缩机时，台数不适当过多普通24台,且系列应相似，以便维修。 原则工况下制冷量，换算公式 (1RT)=79.63kcal/Kg*1000/24Hr=3318Kcal/hr=3859W 则RT=17603.85=457.14 由麦克维尓提供产品选取单压缩机水冷离心式， 型号：WSC087MAU49F/E3009C2609 制冷量：500RT=1.925MW 输入功率：315.4KW 2 冷凝器选取2.1 冷凝负荷拟定冷凝器型式选取应依照制冷剂和冷却介质（水或空气）种类及冷却介质品质优劣而定。在冷却水质较差、水温较高和水量充分地区，宜采用立式壳管式冷凝器，由于冷却水使用循环水，故采用卧式壳管式冷凝器。冷凝器台数参照压缩机台数，暂取一台。 式中 Qk-冷凝器热负荷； Q0-制冷机冷负荷； Pi-压缩机批示一台压缩机批示功率 = 因此： Qk=2057.394+66=2123.394KW 2.2 传热温差 式中： t1、t2-冷却剂进、出口温度,； tk-冷凝温度， 因此： =4冷却剂流量：M=63.4kg/s 2.3 拟定冷凝器型号 Cp为制冷剂定压比热容:4.187kJ/(kgK) 依照推荐值假设冷凝器单位热负荷qt=3700kcal/(m2h)=5000w/m2; F=424.67; 查手册,选取卧式冷凝器LN-450(上海第一冷冻机厂)两台;冷凝面积F=230 则： =1061697451=4616.07w/m2; 喷淋密度 ： 式中 Gw冷却水量，Kg/h； dn管子内径，m; N管子根数。 则： 63.4（3.140.051200）=1.979kg/m.s=7126.2kg/m.h 管内强制对流放热系数 =513=9871.959w/.k 3 蒸发器选取 以氨为载冷剂时，可采用卧式壳管式蒸发器，但冷冻水在蒸发器换热管内流速不得不大于12m/s 蒸发器台数与冷凝器、压缩机台数相似。 =4 其中卧式壳管式蒸发器K取450500 取K=470 F=2057.3910004704=1094.3由制冷与空调设备手册519页 查得选用型号DWZ360卧式蒸发器3台 （大冷） 4 油分离器选取为了保证制冷装置运营时安全、可靠和切换灵活，一台压缩机要有一台油分离器。选取油分离器可依照进排汽管径进行，普通规定管内汽体流速为1025m/s。或者也可依照油分离器筒体直径来选取，筒内汽流速度普通规定为0.81.0m/s。两种状况均可按下述公式进行计算： D m式中 D油分离器汽管或筒体直径，米； Vh压缩机理论输汽量，米3/小时； a压缩机输汽系数； v1压缩机吸入汽体比容，米3/公斤； v2压缩机排出汽体比容，米3/公斤； w汽管内或筒体内汽体流速，米/秒 取=0.9m/s D=0.096m 由制冷与空调设备手册607页查得 选取一台型号SYF-100 北冷式5 贮液器选取 贮液器容积是按制冷剂循环量进行计算。它应满足下述规定：（1）贮液器贮存制冷剂最大量按每小时制冷剂总循环量1/21/3计算；（2）考虑到制冷剂受热膨胀也许带来危险，贮液器贮存制冷剂最大量不超过自身容积80。贮液器容积可按下式计算： 式中 MR液体制冷剂循环量，Kg/h； v液体制冷剂比容，m3/Kg； 液体布满度，普通可取0.8。依照计算值大小，可选用单台或多台并联使用贮液器，本设计中采用一台贮液器V=0.4*=0.2由制冷与空调设备手册538页查得选取ZA-0.5 北冷式贮液器6 集油器选取 在氨制冷系统中需要装置集油器，以收集和放出从冷凝器、贮液器、蒸发器等设备底部积存润滑油。普通几套压缩机可共用一种集油器当前国内生产三种规格集油器，当冷冻站原则工况下制冷量不大于250350KW(2030104kcal/h)时，采用直径为150mm集油器一台；当原则工况下制冷量为350600KW(3050104kcal/h)时，采用直径为200mm集油器一台；当原则工况下制冷量不不大于600KW(50104kcal/h)时，采用直径为300mm集油器一台。本设计中36318kcal/h 采用直径为200mm集油器 由制冷与空调设备手册626页 选取JY-200北冷集油器7 急泄氨器选取在大、中型制冷系统中，系统中充氨量是较多。当发生严重事故时，必要将系统中氨迅速放掉，以保护设备和人身安全，故系统应设立紧急泄氨阀。当前国内生产紧急泄氨阀为SA50型，各系统均可选用。 由制冷与空调设备手册637页可查得8 过滤器选取过滤器用来清除制冷剂中机械杂质；构造都比较简朴，普通制造厂都成套配给，设计中也可按管径大小来选用。9 冷冻站设备及管路平面布置9.1冷冻站房设计1、氨压缩式制冷装置应布置在隔断开房间或单独建筑物内，但不得布置在民用建筑和工业公司辅助建筑物内。规模较小氨冷冻站，也可附设在某些不重要厂房一端，但需要用墙隔开，并且机器设备间与厂房不适当直接连通。另一端要尽量避免西晒 2、冷冻房设计时预留一定面积，以备日后增设设备.3、冷冻站在工厂总图上位置应考虑避免将其布置在乙炔站、锅炉房、氢氧站、煤气站、堆煤场、易于散发灰尘和有害汽体站房近处及其下风向。4、当冷冻站成为全厂重要用电负荷或者用电负荷较大时，应考虑将站房接近电源建筑。5、布置氨冷冻站站房时，考虑到氨系有毒物质，为保证安全，在机器间和设备间上、下面和直接相邻四周，不适当建有宿舍、病房、学校、幼儿园、礼堂、餐厅、游艺场合、商店以及其他人多聚众地方。如果冷冻站附近有规定防震工艺设备，而冷冻站又不能离开较远时，压缩机及水泵等设备应采用必要隔震及减震办法。6、氨冷冻站宜设于单层建筑中，机器间操作通道不适当超过12米。并设立两个互相尽量远离出口，其中至少应有一种出口直接对外，冷冻站发门窗一律向外开，亦应考虑设备安装规定。7、冷冻站必要有良好天然采光，其窗孔投光面积和站房地面比例不应不大于16。8、冷冻站机器间和设备间，应保持良好自然通风条件。在设计时应尽量安排好穿堂风或采用其他形式自然通风办法。氨冷冻站内机器间和设备间内应保证有每小时不少于三次通风办法，此外还必要设计有每小时不少于七次换气事故通风装置9、制冷机房高度，应依照设备状况拟定，并应符合下列规定 对于氨压缩式制冷，不应低于4.8米10、大、中型制冷站站房可分为机器间和设备间，并应考虑到全厂详细状况来拟定在站房中建有变电间、配电间、水泵间、维修间、储藏间、控制间、值班室等单独隔间。对于中小型站房，亦可将制冷设备共建在一种房间内冷冻站设备布置房间长33000mm冷冻站设备布置房间宽13504mm冷冻站设备布置房间高5000mm本设计中共开设18扇窗 窗孔投光面积和站房地面比例不不大于16开设三个门，使得机器间操作通道不超过12米9.2 制冷设备布置 1、压缩机必要设在室内，并应有减震基本。 2、制冷压缩机所有压力表、温度计和其他仪表，均应设立在操作时便于观测地方，普通状况下，应使其面向重要操作通道 3、制冷压缩机进、排汽阀门手轮应面向重要通道，其高度设立在1.5米如下，超过此高度时，应在制冷压缩机旁设立便于操作工作台4、制冷压缩机主轴拔出端，应留有足够空间，以便于检修时拆拔出主轴。本设计中压缩机和蒸发器错位排列，以便抽轴维修。5、立式冷凝器普通状况下均安装在室外，使其距外墙不适当超过5米。对于夏季通风温度高于32地区，在室外安装时应设立有遮阳设，。 6、立式冷凝器布置在室外时，应运用其底部水池作为基本。冷凝器水池壁与机器房等建筑物墙面，普通状况下应有不少于3米间距，冷凝器安装高度，必要使液体制冷剂借助于重力能畅通地流入高于贮液器内,普通冷凝器岀液口比贮液器高250300mm以上6、卧式蒸发器普通状况下均布置在室内9.3管道布置1、 管路布置应便于装设支架。普通管路应尽量沿墙、柱、梁布置，并且应考虑到便于维修、不影响室内采光、通风及门窗启闭。非沿墙敷设架空水平管道，其安装高度（由室内地坪至管底）通过人行通道时，不应不大于2米。管道距墙、柱距离应考虑安装和检修以便，对保温管道还应考虑保温层厚度。普通管道外表面或保温层最外层距墙、柱距离不不大于150mm2、制冷压缩机吸汽管道和排汽管道设立在同一支架或吊架上时，应将吸汽管道放在排汽管道下面。数根平行管道之间应留有一定间距，以便于管道安装和检修。普通状况下管道间净间距不不大于200mm。3、设立管道时，除特殊规定外，普通状况下液体管道不应有局部向上凸起管段，汽体管道不应有局部向下凹陷管段，以免产生“汽囊”和“液囊”，阻碍流体流通。4、从液体主管接出支管时，普通状况下应从主管底部接出。从汽体主管接出支管时，普通状况下应从主管上部接出。5、在钢制支架或吊架上安装低温管道时，应依照保温层厚度设立通过防腐解决木垫块，以防止“冷桥”现象产生。6、压缩机吸汽管和排汽管坡度及坡向，应符合下列规定：（1） 氨制冷压缩机吸汽管坡度，不得不大于0.003，应坡向蒸发器； （2） 制冷压缩机排汽管坡度，不得不大于0.01，应坡向油分离器或冷凝器。7、壳管式冷凝器至贮液器之间液体管内流速不应超过0.5m/s，在接管水平管段上，应有不不大于0.01坡度，坡向贮液器。8、所有贮存制冷剂且在压力下工作制冷设备和容器，均应设立安全阀。氨制冷系统排氨口必要装设排放管，排放管出口，应高于周边50米内最高建筑物屋脊5米9、大、中型氨制冷装置应装设紧急泄氨器，泄氨阀应当装在冷冻站外及便于操作地点。10、浮球阀接管需要考虑正常运转时，液体能通过过滤器、浮球阀而进入蒸发器。在浮球检修或过滤器清洗时，液体由旁通管直接进入蒸发器。10 管路和阀件选取计算 10.1管路计算 11.1.1吸气管道 （1）初选管径d1 式中 流体质量流量，kg/s ； U流体速度， m/s； d 管子内径 ， m ； V 流体在工作压力和工作温度下比容， 其中吸气管流速u为1220m/s取u=15m/s 由实用制冷工程设计手册P554查得 =3.5mm =76mm(2)拟定管路当量总长 最不利管路管长：480+2193+4995+2200+300=10173mm 管路上两个直通截止阀当量长度： 由实用制冷工程设计手册P544查得 =340 ； 管路两个焊接弯头当量长度： =60 ； 蒸发器出口管道缩小，其当量长度： 由实用制冷工程设计手册P544查得 ； =9.272 ； =705mm 压缩机进口管道扩大，其当量长度； ； =2.049； =156mm=10173+51680+9120+705+156=71934mm (3)每米当量管长容许压力降值 氨吸汽管、排汽管和液体管，不适当不不大于0.5 蒸发温度4 相应饱和压力P=498.47kpa 压缩机吸气温度3.5 相应饱和压力P=489.178Kpa =9.292kpa； 每米当量管长容许压力降pa/m (4)由实用制冷工程设计手册P547查得 =69.5mm76mm 选取合理 6缸计算同4缸相似 =98mm 吸气母管直径d d=159mm 由实用制冷工程设计手册P554查得 取 =5mm10.2 排气管道 6缸压缩机（1） 初选管径d 其中吸气管流速u为1525m/s取u=20m/s ； 由实用制冷工程设计手册P554查得 =3mm =62mm(2)拟定管路当量总长 最不利管路管长：6284+700+1588+500+4240+7650+1966=22928mm 管路上4个直通截止阀当量长度： 由实用制冷工程设计手册P544查得 =340； 管路3个焊接弯头当量长度： =60； 管路中一种逆止阀当量长度： =80； 压缩机出口管道缩小，其当量长度： 由实用制冷工程设计手册P544查得 ； =1.29； =81mm 集油器进口管道缩小，其当量长度； ； =5.42； =336mm 集油器出口管道扩大，其当量长度； ； =13.2； =816mm 冷凝器进口管道扩大，其当量长度； ； =18.56 ； =1151mm =10173+84320+4960+81+336+816+1151=125752mm(3)每米当量管长容许压力降值 氨吸汽管、排汽管和液体管，不适当不不大于0.5冷凝温度35.9 相应饱和压力P=1388.383kpa压缩机吸气温度36.4 相应饱和压力P=1408.254Kpa =19.871kpa 每米当量管长容许压力降 (4)由实用制冷工程设计手册P547查得 =59mm62mm 选取合理6缸计算同4缸相似 =62mm吸气母管直径d d=108mm 由实用制冷工程设计手册P554查得 取 =4mm10.3 冷凝器到贮液器液体管道（1）初选管径d1 其中吸气管流速u为40） 截止阀=7.2 （d=48）=0.01+0.044+13+7.22=17.454 =240.91+818.05+585.65=1211.28pa每米当量管长容许压力降值 (4)由实用制冷工程设计手册P547查得 =45mm48mm 选取合理冷凝器出液管汇合母管直径 d=83.14mm 由实用制冷工程设计手册P554查得 取 =3.5mm10.4贮液器到蒸发器液体管道 （1）初选管径d1 其中液体管流速u为0.51.25m/s取u=0.8m/s (2)拟定管路当量总长 最不利管路管长：708+1380+2930+800+2580+6628+2187+1412=17945mm 管路上4个直通截止阀当量长度： 由实用制冷工程设计手册P544查得 =340 ； 管路8个焊接弯头当量长度： =60 ； 贮液器出口管道缩小，其当量长度： 由实用制冷工程设计手册P544查得 ； =10.54 ； =391mm 蒸发器进口管道缩小，其当量长度； ； =3.78 ； =140mm =17945+50320+17760+81+391+140=86556mm(3)每米当量管长容许压力降值 氨吸汽管、排汽管和液体管，不适当不不大于0.5冷凝温度温度28.5 相应饱和压力P=1388.383kpa蒸发器金液温度35.4 相应饱和压力P=1368.723Kpa=19.68kpa 每米当量管长容许压力降(4)由实用制冷工程设计手册P547查得 =59mm62mm 选取合理贮液器到调节装置管路直径d ； d=64.69mm 由实用制冷工程设计手册P554查得 取=3mm10.5阀件选取 针对满液式蒸发器应当选怎浮球式膨胀阀 浮球阀制冷量可依照下式计算： 式中：浮球阀容量，亦即蒸发器制冷量，kcal/h； 流量系数，氨，=0.3；R12，=0.60.8； 浮球阀通道计算截面积，mm2； 蒸发器内制冷剂单位质量制冷量，kcal/h； 浮球阀先后压力差，普通状况下可近似取，kg/cm2； 浮球阀前液体制冷剂比重，kg/l。虑到制冷系统超负荷运营，计算出通道截面积f应加大3050后，再选取适当浮球式膨胀阀本设计中依照蒸发器进液口管径来选取膨胀阀即可。 五 参照文献 l 制冷工程设计手册编写组.制冷工程设计手册.北京：中华人民共和国建筑工业出版社，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：中华人民共和国建筑工业出版社，1994年。l 传热学 杨世铭 高等教诲出版社，l 制冷原理与设备 吴业正 西安交通大学出版社 1997