空调用冷冻站的设计项目说明指导书.doc

目录
前言 ３
一 设计题目 ３
二 设计目 ３
三 原始资料 ３
四 设计内容 ４
1 制冷压缩机型号与台数选取 ４
1.1 冷冻站冷负荷拟定 ４
1.2 制冷装置型式选取 ４
1.3 制冷工况拟定及理论计算 ４
1.4 制冷压缩机型号及台数拟定 ６
2 冷凝器选取 ６
2.1 冷凝负荷拟定 ６
2.2 传热温差 ７
2.3 拟定冷凝器型号 ７
3 蒸发器选取 ８
4 油分离器选取 ８
5 贮液器选取 ８
6 集油器选取 ９
7 急泄氨器选取 ９
8 过滤器选取 １０
9 冷冻站设备及管路平面布置 １０
9.1冷冻站房设计 １０
9.2 制冷设备布置 １１
9.3管道布置 １１
10 管路和阀件选取计算 １２
10.1管路计算 １２
10.2 排气管道 １４
10.3 冷凝器到贮液器液体管道 １６
10.4贮液器到蒸发器液体管道 １９
10.5阀件选取 ２０
五 参照文献 ２１

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，A＝0.1～0.15。本课程设计属于此类，取A＝0.1
=（1+0.1）×1.6=1.76MW
1.2 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5~8℃。蒸发温度t0比被冷却液体出口温度t2低2~3℃
因此 =7℃—（2～3℃）=4℃
1.3.2 冷凝温度
水冷式冷凝器，冷凝温度与冷却水进口温度差取7~14℃，冷却水进出口温差取4~10℃
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5～8℃。
即 = +5=4+2=6℃
1.3.4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lgP——h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=q0÷v1’=1055.843÷0.251916= 491.250kJ/kg；
制冷剂质量流量qm计算:qm=QT÷q0=1760÷1055.843=1.6669kg/s；
单位理论压缩功w0计算:w0=h2’－h1’=1644.068-1465.643=178.425kJ/kg；
压缩机所需理论功率P0计算:P0=qm×w0=1.6669×159.946=297.416kW；
压缩机吸入制冷剂蒸汽体积流量qv计算:qv=qm×v1’=1.637×0.251916=0.4123m3/s；
制冷系数ε0计算：ε0=q0÷w0=1760÷297.416=5.97；
单位冷凝负荷qk计算:qk=h2’－h4=1644.068-409.804=1234.264kJ/kg；
冷凝器热负荷Qk计算:Qk=qm×qk=1.6669×1234.264=2057.394kW；
逆卡诺循环制冷系数：εc=Tc÷(Tk－Tc)=(6+273)/(44－6)=7.346；
制冷效率η=ε0÷εc=5.97÷7.346=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2~4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=1760÷3.85=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/(kg·K)
依照推荐值假设冷凝器单位热负荷qt=3700kcal/(m2·h)=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： =1061697÷451=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÷（3.14×0.051×200）=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1～2m/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450~500 取K=470

F=2057.39÷1000÷470÷4=1094.3
由《制冷与空调设备手册》519页 查得选用型号DWZ—360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10～25m/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0.8～1.0m/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；
λa——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1/2～1/3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；

β——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250～350KW(20～30×104kcal/h)时，采用直径为150mm集油器一台；当原则工况下制冷量为350～600KW(30～50×104kcal/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(50×104kcal/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SA－50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1﹕6。
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1﹕6
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250~300mm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150mm
2、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12～20m/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 =69.5mm<76mm 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 =5mm
10.2 排气管道
6缸压缩机
（1） 初选管径d

其中吸气管流速u为15～25m/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 =59mm<62mm 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 =4mm
10.3 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<0.5m/s取u=0.4m/s

由《实用制冷工程设计手册》P554查得 =3mm =48mm
(2)拟定管路当量总长
最不利管路管长：8635+3526+500+717+260=13638mm
管路上2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 ； ：
贮液器进口管道扩大，其当量长度：

由《实用制冷工程设计手册》P544查得
； =17.77 ； =854mm
冷凝器进口管道扩大，其当量长度；
； =11.33 ； =544mm
=8640+32640+13638+544+854=56316mm
(3)每米当量管长容许压力降值

式中：R——每米摩擦阻力 ；
L——管长

式中： v——流体速度m/s ；
——流体密度kg/；
D——管子内径m ；
——沿程阻力系数
=

=0.01801

R=

式中： ——总局部阻力系数
由《实用制冷与空调工程手册》P78查得
贮液器进口渐缩 =0.01 （渐缩）
冷凝器出口扩大=0.044（）
弯头=1 （d>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 =45mm<48mm 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 =3.5mm
10.4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0.5~1.25m/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 =59mm<62mm 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=3mm
10.5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；R－12，=0.6~0.8；
——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30～50％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