制冷系统标准设计要点.doc

课 程 设 计

设计题目： 南京市某空调制冷机房

姓 名
院 系
专 业
年 级
学 号
指导老师

年 月 日

目 录
0设计任务……………………………………………………………………………1
1序言…………………………………………………………………………………1
2课程设计题目及数据………………………………………………………………2
3制冷机组类型及条件……………………………………………………………2
3.1初参数 ………………………………………………………………………2
3.2确定制冷剂种类和系统形式…………………………………………………2
3.3确定制冷系统设计工况………………………………………………………2
3.3.1冷凝温度确实定…………………………………………………………2
3.3.2蒸发温度确实定…………………………………………………………3

3.3.3过冷温度确实定…………………………………………………………3
3.3.4过热温度确实定…………………………………………………………3
3.3.5制冷系统理论循环p-h图………………………………………………4
4制冷系统热力计算…………………………………………………………………5
5制冷压缩机型号及台数……………………………………………………………6
5.1压缩机形式选择……………………………………………………………6
5.2压缩机台数选择……………………………………………………………7
5.3压缩机级数选择……………………………………………………………7
5.4电机选择……………………………………………………………………7
6冷凝器选择计算…………………………………………………………………7
6.1冷凝器选择…………………………………………………………………7
6.2冷凝器热负荷计算……………………………………………………………7
6.3冷凝器已知参数……………………………………………………………8
6.4计算肋管特征参数……………………………………………………………8
6.5计算平均传热温差……………………………………………………………8
6.6冷却水流量……………………………………………………………………9

6.7概算所需传热面积……………………………………………………………9
6.8初步计划冷凝器结构…………………………………………………………9
6.9计算水侧换热系数…………………………………………………………9
6.10计算制冷剂测得冷凝换热系数 ……………………………………………10
6.10.1求水平光管管外冷凝换热系数 ………………………………………10
6.10.2计算水平肋管外冷凝换热系数 ……………………………………10
6.10.3计算水平肋管束外冷凝换热系 ………………………………………11
6.11实际热流密度 ……………………………………………………………11
6.12计算实际传热面积 …………………………………………………………11
6.13冷凝器类型 ………………………………………………………………12
7蒸发器选择计算…………………………………………………………………12
7.1蒸发器预选…………………………………………………………………12
7.2蒸发温度和传热温差确实定…………………………………………………12
7.3换热面积计算………………………………………………………………12
7.4蒸发器风量确实定……………………………………………………………12
7.5风机选择……………………………………………………………………12
8冷却水系统选择…………………………………………………………………13
8.1冷却塔…………………………………………………………………………13
8.2水泵选型……………………………………………………………………13
8.2.1水泵扬程…………………………………………………………………13
8.2.2阻力计算…………………………………………………………………13
9冷冻水系统选择…………………………………………………………………14
10管径计算 ………………………………………………………………………14
11其它辅助膨胀阀选择计算 ……………………………………………………15
11.1膨胀阀选择 ………………………………………………………………15
11.2贮液器选择计算 …………………………………………………………15
11.3油氨分离器选择计算 ……………………………………………………15
11.4气液分离器选择计算 ……………………………………………………15
11.5集油器选择计算 …………………………………………………………16
11.6不凝性气体分离器选择计算 ……………………………………………16
12制冷机组和管道保温 …………………………………………………………16
13设备清单及附图 …………………………………………………………………16
14参考文件 …………………………………………………………………………17

0设计任务
设计一南京地域用制冷系统，采取空冷式直接制冷，制冷量定为100K，制冷剂为氨，冷却水进出口温度为27/30℃。
1前   言
近50年来，伴随现代科学技术飞速发展，制冷技术以日新月异速度发生改变。而且，正在现代国民经济、人民生活、国防科研、文化艺术等领域中发挥着日益关键作用。中国是最早利用天然冷源国家之一，伴随社会进步，制冷技术已经广泛应用到各个行业，制冷技术作用更是不可替换。
所以设计制冷系统已成为关键步骤。制冷系统设计，不管是厂家装配成整体机组，还是现场组装系统，关键是选择制冷压缩机、冷凝器、蒸发器、节流机构和风机、电动机和自动控制设备等。其步骤是依据给定冷冻水温度(或被冷却空气温度)、流量和所采取冷却水(或冷却用空气)入口温度、流量，确定该制冷系统设计工况(即选定蒸发温度和冷凝温度等系统内在参数设计值)，然后，根据设计工况选择该制冷系统各个组成设备，使之在运行过程各个设备相互匹配，以充足发挥每个设备工作能力。
不过，一个制冷机组或制冷系统，在实际运行过程中，当外在参数(既冷凝器和蒸发器所经过水流量或空气流量，和水或空气入口温度等)在一定范围内改变时，该机组成系统性能怎样改变、选定各个组成设备是否匹配合适，全部是在设计中要考虑问题。另外，设计完成，制冷作业安全技术，正确操作制冷设备，是我们在具体操作时肯定选择。

2课程设计题目及数据
课程设计题目： 南京市某空调制冷机房
制冷系统采取空冷式直接制冷，空调制冷量定为100KW。
数据：
制冷剂为：氨(R717)。
冷却水进出口温度为：27℃/30℃。
南京市空调设计干球温度为35.2℃，湿球温度为28℃。
设计内容
设计一南京地域用制冷系统，采取空冷式直接制冷，制冷量定为100K，制冷剂为氨，冷却水进出口温度为27/30℃。
3制冷机组类型及条件
3.1初参数
1）制冷系统关键提供空调用冷冻水，供水和回水温度为：7℃/12℃，空调制冷量定为100KW。
2）制冷剂为：氨(R717)。
3）冷却水进出口温度为：27℃/30℃。
4）南京市空调设计干球温度为35.2℃，湿球温度为28℃。
3.2确定制冷剂种类和系统形式
依据设计数据及要求，本制冷系统为100KW氨制冷系统。
因为制冷总负荷为100KW,所以可选双螺杆制冷压缩机来满足制冷量要求。
3.3确定制冷系统设计工况
3.3.1 冷凝温度确实定
从《制冷工程设计手册》中查到南京地域夏季室外平均每十二个月不确保50h湿球温度（℃）

对于使用冷却水塔循环水系统，冷却水进水温度按下式计算： （3-1）
式中 ——冷却水进冷凝器温度（℃）；
——当地夏季室外平均每十二个月不确保50h湿球温度（℃）；
——安全值，对于机械通风冷却塔，=2~4℃。
则代入数据有冷却水进水温度： ℃
冷却水出冷凝器温度（℃）
按下式确定：
选择卧式壳管式冷凝器
=+（2~4） （3-2）
代入上面算出数据有：=31+3=34℃（注意：通常不超出35℃），
系统以水为冷却介质，其传热温差取4~6℃。
则冷凝温度为
若系统以水为载冷剂，其
传热温差为℃， （3-3）
式中 ——冷凝温度（℃）。
代入数据有冷凝温度： =34+4=38℃
3.3.2、 蒸发温度确实定
则蒸发温度为 （3-4）
对于本设计系统，=2℃，所以不采取液体过冷，即=0℃。式中 ——载冷剂温度（℃）。
通常对于冷却淡水和盐水蒸发器，其传热温差取=5℃。
本制冷机房用空冷式蒸发器，则制冷剂蒸发温度℃.
3.3.3、 过冷温度确实定
对于通常空气调整用制冷装置，不采取液体过冷；对于大型蒸发温度较低（<—5℃）制冷装置，在条件许可时使用液体过冷。
也就是不考虑过冷温度。
3.3.4、过热温度确实定
压缩机吸气口温度确实定
通常 =+ （3-5）
式中对于通常氨压缩机，=℃。
代入数据有过热温度： =℃。
3.3.5、 制冷系统理论循环p-h图
依据题意绘制p-h图，并查表求得各状态参数：

图3-1
查相关资料：
确定压力：Pe=436.34 kPa， Pc= 1472.4 kPa
比容：0.27， 0.087
焓值： 1459， 1660，380 。

4制冷系统热力计算
1）单位质量制冷量计算
（4-1）
代入数据有：=（ 1459-380）=1079
2）单位冷凝负荷计算
（4-2）
代入数据有：
3）单位理论压缩功计算
（4-3）
代入数据有：
4）单位容积制冷量计算
（4-4）
代入数据有：3996
5） 制冷剂质量流量计算
（4-5）
代入数据有：
6） 压缩机吸入制冷剂蒸汽体积流量计算
（4-6）
代入数据有：
7）冷凝器热负荷计算
（4-7）
代入数据有：
8） 压缩机所需理论耗功率计算
（4-8）
代入数据有：
9） 制冷系数计算
（4-9）
代入数据有：
10） 逆卡诺循环制冷系数计算：
（4-10）
代入数据有：
11）制冷系数计算
（4-11）
代入数据有：
5制冷压缩机型号及台数确实定
5.1 压缩机形式选择
依据已知参数，预选螺杆式压缩机。
5.2 压缩机台数选择
查《实用制冷工程设计手册》依据制冷机组冷负荷100KW选择压缩机，选择KA12.5—12型压缩机（其标准工况下制冷量为137KW大于100KW，符合要求）。
压缩机台数，应依据总制冷量来确定：
（5-1）
式中 ——压缩机台数（台）；
——每台压缩机设计工况下制冷量（）。
代入数据有：（台）
所以，选择1台KA12.5-12型压缩机.
5.3 压缩机级数选择
选择依据：压缩机级数应依据设计工况冷凝压力和蒸发压力之比来确定。通常若以氨为制冷剂，当初，应采取单级压缩机；当初，则应采取两级压缩机。
所以，对于本设计制冷系统中，<8，所以，本设计制冷系统采取单级压缩。
5.4电机选择
因为使用KA12.5-12双螺杆压缩机，其配用电机型号为YW200L-2,标准工况功率55KW,电压380V。
6冷凝器选择计算
6.1冷凝器选择
在本系统中选择氨立式壳管冷凝器。
6.2冷凝器热负荷计算
冷凝器热负荷在前面热力计算中已求出。
(KW)
式中 —冷凝器热负荷（KW）。
6.3冷凝器已知参数
氨制冷系统传热管采取无缝钢管，=58.2w/(m·k)， 肋管外径=15.43mm，内径=13.15mm, 肋片外径=17.8mm，肋片厚度=0.232mm，=0.354 mm，平均肋厚=0.3mm，肋片节距e=1.029mm。
6.4计算肋管特征参数
（以1米长肋管计算）
肋管水平部分面积： （6-1）
依次代入数据有： = 44×㎡
肋管垂直部分面积： （6-2）
依次代入数据有：=119×㎡
肋管总外表面积：=+ (6-3)
依次代入数据有：A=163×㎡
肋化系数：
肋片当量高度： （6-4）
依次代入数据有：=3.5×m
基管平均表面积：= （6-5）
依次代入数据有：=44.9×㎡
所以：/A=0.73 ； /A= 0.27 ： A/=3.6

6.5计算平均传热温差
（6-6）
代入数据有：5.36 ℃
6.6冷却水流量
查水在5.36 ℃物性参数：=4.2
（6-7）
代入数据有：5.25
6.7概算所需传热面积
假设热流密度=5500w/㎡，则
6.8初步计划冷凝器结构
取管内流速v=2.7m/s，则每步骤管数m为
（6-8）
代入数据有：m=14.4
取m=15,这么管束总长等于
（6-9）
代入数据有：=8.6
如步骤数n=2,则冷凝器传热管有效长度为4.3m；传热总根数N=40根。
6.9计算水侧换热系数
（6-10）
代入数据有1.129×w/㎡·k
6.10计算制冷剂测得冷凝换热系数
6.10,1 求水平光管管外冷凝换热系数
因为=38，查物性表可得：
导热系数：=0.44w/(m·k) ，
密度：=582.7kg/ ，
定压比热容：=4.89kj/(kg·k) ，
粘度：=1.282×N·s/㎡ ，
密度： =1094.8kj/kg
所以
（6-11）
（6-12）
代入数据有： 1.34×
代入数据有：1980w/㎡·k
6.10.2 计算水平肋管外冷凝换热系数
（6-12）
（6-13）
代入数据有：=474
代入数据有：=0.00124m
代入数据有肋片效率：
=0.8981 （=0.59，计算出=0.5298）
肋片修正系数
= （6-14）
代入数据有：=15
所以， （6-15）
代入数据有：1.5×1980=2970w/(㎡·k)
6.10.3计算水平肋管束外冷凝换热系数
（6-16）
代入数据有：2406.6w/(㎡·k)
6.11实际热流密度（）
取污垢热阻(㎡·k) /w，按公式
　　　 （6-17）
其中：油膜热阻取0.4×㎡·k/w
管壁热阻=2.86×㎡·k/w
代入数据有：= 689.9w/(㎡·k)
所以，实际热流密度=3698 w/㎡

计算传热面积有效。
6.12计算实际传热面积
部署管束 Ac= (6-18)
代入数据有：Ac=31.9㎡
保持上面确定m=15,n=2，冷凝器有效管长为：
解得有效管长：=6.52m
6.13冷凝器选型
由冷凝器计算知，估量选LN-25型立式冷凝器即可符合要求。
7蒸发器选择计算
7.1蒸发器预选
因为此制冷系统用于小型冷库，用强制对流式冷却空气干式蒸发器。
72蒸发温度和传热温差确实定
对于直接蒸发式空气冷却器，因为空气侧换热系数低，为了不是结构尺寸偏大，所以取较大传热温差。通常蒸发温度比冷却空气出口温度低6~8℃，就是说，平均传热温差约为11~13℃，取12℃.以外肋表面为基准热流密度约450~550.蒸发温度已知为=2℃，有5℃过热度，热流密度K取35.
7.3换热面积计算
传热面积： (7-1)
代入数据有：
由换热面积查手册选一台DL-250直接蒸发式空气冷却器,其传热面积 F=250
7.4 蒸发器风量确实定
（7-2）
代入数据有：
7.5风机选择
选择和蒸发器配套送风机，估量可选择QF36-380型。其送风量为36000。
8冷却水系统选择
8.1冷却塔
冷却塔冷却水量在冷凝器计算中已知。依据型号估量选择HL6-30型。　　
8.2水泵选型:
水流量为
即：泵流量为18.82m
/h。
8.2.1水泵扬程
　　冷却水泵所需扬程
Hp=hf+hd+hm+hs+ho （8-1）
式中 hf，hd——冷却水管路系统总沿程阻力和局部阻力，mH2O；
　　 hm——冷凝器阻力，mH2O；
　　 hs——冷却塔中水提升高度（从冷却盛水池到喷嘴高差），mH2O；
　 ho——冷却塔喷嘴喷雾压力，mH2O，约等于5 mH2O。
8.2.2阻力计算
管径长约300，比摩阻选200Pa/m
则 hf=300×200Pa=6mH2O
局部阻力取0.5
则 hd=0.5×6=3mH2O
冷凝器阻力约为
hm=4mH2O
冷却塔在机房房顶，房顶距地面3m
则 hs=3mH2O
冷却塔喷嘴喷雾压力，约等于5 mH2O。
ho=5mH2O
安全系数取1.2
总扬程 （8-2）
代入数据有：
依据流量和扬程，选择立式管道离心泵80-250B型水泵，（额定流量：20m3/h， 额定扬程：30 mH2O，额定功率为15kw，转速：2900r/min，泵进、出口公称直径DN80）。
9、冷冻水系统选择
因为本制冷系统选择直接蒸发式冷风机作蒸发器，所以不需冷却水系统。
10、管径计算
由上面计算得，制冷剂在总管内流量，=0.27， =0.087， 排气管内制冷剂流速，吸气管内流速，冷凝器内水流速，流量为，蒸发器风速，风量为 。
由公式：（计算各个管径以下：） （10-1）
吸气水平管： （10-2）
代入数据有： 选择
吸气立管：查R717上升吸气立管最小负荷图得选择
排气管： （10-3）
代入数据有： 选择
在分管中流量
排气分管： （10-4）
代入数据有： 选择
吸气分管： （10-5）
代入数据有： 选择
因为采取直接空冷式蒸发器，所以不用计算管径。肋片间距由蒸发器型号决定。
11、其它辅助设备选择计算
11.1、膨胀阀选择
因为该制冷系统属于小型氨制冷系统，毛细管做节流阀。
依据经验选毛细管选择1.2mm内径，长为0.6m无缝钢管，电磁阀选择DC80型。
11.2、贮液器选择计算
贮液器容积按制冷剂循环量进行计算，但最大贮存量应不超出每小时制冷剂总循环量1/3~1/2。同时，应考虑当环境温度改变时，贮液器内液体制冷剂因受热膨胀造成危险，鼓其贮存量通常不超出整个容积70%~80%。
贮液器容积按下列公式代入数值计算： （11-1）

选择配套ZA—0.5B 可知其容积为： 0.5 ＞ 0.3 满足要求。
11.3、油氨分离器选择计算
油分离器筒体直径：
（11-2）
代入数值计算有：
选择压缩机配套 YF—40油分离器。 直径为400mm ＞370mm 满足要求。
11.4、气液分离器选择计算
气液分离器桶体直径按下列公式计算：
（11-3）
代入数据计算有：
选择配套 AF—65 桶体气液分离器。
11.5、集油器选择计算
集油器选择是依据经验，当冷冻站制冷量为100 ~ 300 KW 时，选择120mm集 油器一台。
所以，选择型号为：JY—100集油器。
11.6、不凝性气体分离器选择计算
当冷冻站标准工况下制冷量小于1163KW时，宜采取一台小号（桶体直径为108mm）空气分离器。
所以，依据以上条件可知：KF—32B，即可满足要求。
12、制冷机组和管道保温
因为这里是氨制冷系统，氨易燃易爆，这里用自熄型聚苯乙烯泡沫塑料，因为管径最大为150mm，最小为50mm，按经验选20mm厚自熄型聚苯乙烯泡沫塑料，包裹在DN50裸露管外,50mm厚包裹在DN150管外。
13、设备清单及附图
表13-1
名称
单位
型号
规格
数量
双螺杆式制冷压缩机
台
KA12.5-12
Q=137KW
1
配套电动机
台
YW200L-2
P=55KW
1
立式冷凝器
台
LN-25
F=25
1
直接蒸发式空气冷却器
台
DWZ-250
F=250
1
配套风机
台
QF36-380
Q=36000

1
冷却塔
台
HL6-30

1
立式管道离心泵型水泵，
台
80-250B
Q=20m3/h
1
电磁阀
台
DC80

1
节流阀
台
毛细管

D=1.2mm
L=0.6m
1
贮液器
台
ZA-0.5B
V=0.5
1
集油器
台
JY-100
D=200mm
1
油氨分离器
台
YF-40
D=400mm
1
空气分离器
台
KF-32B
D=108mm
1
气液分离器
台
AF-65
D=650mm
1
不凝气体分离器
台
KF—32B

1
紧急泄氨器
台
KFA系列

1
安全阀
台
HPb59-1/H62

1
干燥过滤器
台
QLJ1600-Ⅱ-Z

1

图13-1基础机构示意图
14、 参考文件
[1] 严启森 石文星 田长青《空气调整用制冷技术（第四版）》 北京： 中国建筑工业出版社，.7
[2]郭庆堂 编著 《实用制冷工程设计手册》 北京：中国建筑工业出版社，1994.4
[3] 章熙民 任泽霈 梅飞鸣 编著 《传热学（第五版）》 北京： 中国建筑工业出版社， .7
[4]王增加 编著 《建筑给水排水工程（第六版）》 北京： 中国建筑工业出版社，.8
[5] 陈沛霖 岳孝方 编著 《实用空调制冷设备手册》上海：同济大学出版社，1990
[6] 陆耀庆 编著 《实用供热空调设计手册 》 北京： 中国建筑工业出版社，1996.5
[7] 陆耀庆 编著 《实用供热空调设计手册 》 北京： 中国建筑工业出版社，.4