河北建工制冷设计计算说明书.docx
- 文档编号:27288797
- 上传时间:2023-06-28
- 格式:DOCX
- 页数:25
- 大小:87.18KB
河北建工制冷设计计算说明书.docx
《河北建工制冷设计计算说明书.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《河北建工制冷设计计算说明书.docx(25页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
河北建工制冷设计计算说明书
目录
第一章工程概况····················································1
一、设计对象··················································1
二、原始资料··················································1
第二章设计内容及计算···········································5
一、确定制冷系统总制冷量·································5
二、确定制冷剂种类和系统形式····························5
(一)确定制冷剂种类····································5
(二)确定系统形式·······································5
1、制冷剂系统·······································5
2、冷冻水系统·······································6
3、冷却水系统·······································6
4、润滑油系统·······································6
5、安全管路系统····································6
3、确定中冷系统设计工况··································7
(一)确定蒸发温度·······································7
(二)确定冷凝温度·······································7
(三)确定吸气温度·······································7
(四)回热循环P-h图····································7
(五)热力计算············································8
四、选择制冷压缩机和电动机······························9
(一)压缩机形式的选择·································9
(二)压缩机台数和型号的选择························10
(三)制冷压缩机配用电机功率………………………10
5、选择蒸发器并确定冷冻水系统形式…………………11
(一)确定蒸发器种类…………………………………11
(二)确定蒸发器传热面积……………………………11
(三)确定冷冻水形式…………………………………11
六、选择冷凝器并确定冷却水系统形式…………………12
(一)确定冷凝器种类…………………………………12
(二)确定冷凝器传热面积……………………………12
(三)确定冷却水系统形式……………………………13
7、选择系统辅助设备……………………………………13
(一)回热器……………………………………………14
(二)贮液器……………………………………………14
(三)干燥过滤器………………………………………14
(四)油分离器…………………………………………15
(五)热力膨胀阀········································15(六)电磁阀……………………………………………16
八、确定系统调节控制方案………………………………16
(一)自动保护系统……………………………………16
(二)压力调节····················································17
参考文献·································································18
第一章工程概况
一、设计对象:
某校空调实验室改建,原有冷源已不能满足要求,拟定重建一单元制冷系统,供给空调实验台合格的冷冻水(喷雾室和水冷式空气冷却器)。
二、原始资料:
1、本制冷系统主要为供给实验室教学和科研用冷冻水,冷冻水温度t=5~7℃。
空调设计工况冷冻水温度t=5℃,空调回水t=11℃。
2、空调冷负荷Q0=53.5KW。
最低负荷Qmin=37KW。
3、实验室水源为本校自来水网供给的16℃深井水。
4、室外气象参数:
夏季通风室外干球温度30℃,湿球温度26.5℃,风速1.9米/秒,大气压P=751mm-Hg;
5、实验室现有设备规格:
(1)4F-10氟利昂制冷压缩-冷凝机组一台,标准制冷量为28000千卡/时,空调制冷量60000千卡/时,配用压缩机4F10;转数960转/分;配用电机型号JO2-72-6,功率22KW,电压380V,转数970转/分;配冷凝器,卧式壳管式,面积14.4m2(武冷产品)。
(2)FW-30型满液式壳管式蒸发器一台,冷却面积30m2,筒外径Φ=400mm;管板间长度1800mm,冷却管径Φ18×2.5mm,管根数138;水通程10;进液管38mm,回气管Dg50mm。
(3)玻璃钢逆流式冷却塔一台,型号BNL-20型,冷却水量MW在水温降Δt=5℃时为19.3m3/h,MW在水温降Δt=6℃时为15.9m3/h,风机风量变11400m3/h,转速n=930转/分,功率P=0.8KW,塔高2030mm,直径1350mm,进水直径65mm,出水直径80mm,最大直径为1470mm填料高720mm.
6、可能选用的设备规格:
(1)中小型制冷压缩机各系列主要技术规格参见习题集表。
(2)氟利昻卧式壳管式冷凝器(光管)无缝钢管。
冷却面积
(m2)
筒体直径
(mm)
冷却管
(mm)
管数
N
水通程
n
并列管数
z
14.4
18
22
35
450
470
490
616
ф25×2.5
22
127
127
223
16
16
12
5-6
8
8
18-19
(低肋管冷凝器)
冷却面积筒体直径冷却管管数水通程并列管数
14.5ф280×6ф16×1.5 78419-20
28ф360×6ф18×1.5 113256-57
38ф360×6ф18×1.5 113256-57
(3)R-12卧式壳管式蒸发器(上海冷冻机厂)
冷却面积35m2,外径ф416,管板间长度1900mm,冷却管外径×内径×根数ф21×ф14.5×136;水通程数4,连接管:
进液Dg25,回汽Dg50,冷却管为螺纹管,肋化系统τ=3.4;纹高1.5mm,每米纹数625个,螺纹翅端外径φ21mm,螺纹管外径×内径φ18×14.5,每米管长外表面积0.155m2/m,内表面积0.0456m2/m。
(4)贮液器:
(上冷)
容积
(m)
外径×长度
(mm)
接管通径
进液
出液
平衡管
安全伐
0.05
0.075
0.1
φ325×600
φ325×1100
φ325×1400
Dg19
Dg32
Dg32
Dg19
Dg32
Dg32
Dg8
Dg8
Dg8
3/8
Dg20
Dg20
(5)油分离器:
(上冷)
型号
外径×高度(mm)通径(mm)配管尺寸(mm)
YF159
YF219
YF245
φ159×660Dg32φ38
φ219×745D50φ57
φ245×760D70φ76
(6)热交换器:
(上冷)
面积
(m2)
外径×长度
(mm)
接管尺寸(mm)
回汽
液管
0.35
0.5
0.75
φ159×690
φ159×700
φ219×1060
DG40
Dg40
Dg80
Dg20
Dg20
Dg32
(7)热力式膨胀阀(上冷)
型号孔径工质适用温度
(mm)(℃)
制冷量
配管
标准空调
(×103大卡/时)
进口出口(Dg)
RF1.51.5R-12+10~-30
RF22R-12+10~-30
RF55R-12+10~-30
RF99R-12+10~-30
RF1111R-12+10~-30
1.5
4.5
10
20
30
810
810
812
1313
1616
RF88R-12+10~-30
RF99R-12+10~-30
RF1010R-12+10~-30
RF1111R-12+10~-30
24
27
30
39
1619
1619
1619
1619
(8)干燥过滤器:
(北冷)
外径×长度=Ф133×330mm;配管Dg40。
(9)DF型电磁阀(上冷)
型号
通径
配管
温度范围
(℃)
最大开阀压差
(kg/cm2)
电压
进出
DF-25
DF-32
DF-40
Ф25
Ф32
Ф40
3232
3838
5050
-40~+70
-40~+70
-40~+70
14
14
14
220V
220V
220V
第二章设计内容及计算
一、确定制冷系统总制冷量
由设计原始资料可知空调冷负荷Q0=53.5KW,最低负荷Qmin=37KW。
而制冷系统总制冷量与空调冷负荷关系为:
Ф0=A*Q0
其中:
Ф0--制冷系统总制冷量,KW;
A--安全系数,且A=1.05~1.15,一般直接供冷系统安全系数A取1.05,
间接供冷系统安全系数A取1.15;
Q0--空调冷负荷,KW;
由于该制冷系统是给实验室的喷雾室和水冷式空气冷却器供冷,属于间接供冷,因此安全系数A=1.15。
综上所述,制冷系统总制冷量为:
Ф0=AQ0=1.15*53.5=61.525KW
2、确定制冷剂种类和系统形式
(1)确定制冷剂种类
制冷剂是制冷装置中进行循环制冷的工作物质。
对制冷剂的要求有:
制冷效率高,压力适中,单位容积制冷能力大,压缩后温度低,粘度小且导热系数大,化学稳定性好,燃烧爆炸性小,对人体危害小。
目前常用的制冷剂有两种——氨和氟利昂。
氨作为制冷剂,其排气温度高,比重小,传热性能好,易溶于水,不溶于润滑油易腐蚀铜及其合金。
但考虑到本制冷系统是为高校实验室设计,当选用氨作为制冷剂时,一旦氨泄漏对人体健康影响极大,高校是人员密集的场所,且氨又具有燃烧爆炸性,存在很大的危险隐患。
因此用氟利昂作为制冷剂。
氟利昂排气温度低,几乎不溶于水,其液体能够与润滑油相互溶解,有水存在时会对金属有腐蚀作用,和油共存时对填料有影响,因此本系统需考虑回油问题及装设干燥过滤器。
此外,氟利昂没有燃烧爆炸性,再不缺氧的情况下对人身体健康无害。
同时R134a是环保冷媒。
综上所述,选用氟利昂134a作为该制冷系统的制冷剂。
(二)确定制冷系统的形式
1.制冷剂系统
为改善制冷循环,使膨胀阀前液态制冷剂再冷却可采用回热循环,一般空调用制冷装置不单独设置再冷却器,而是适当增大冷凝器面积,以达到再冷的目的,回热循环可使膨胀阀前液态制冷剂有较大再冷度,同时又能保证压缩机吸入的是具有一定过热度的气体,制冷系数明显提高,一般压缩比大于8时采用多级压缩,鉴于本系统设计参数,不予采用,该制冷系统为小容量制冷系统,为简化结构,因此采用膨胀阀代替膨胀机,不回收膨胀功,综上所述,制冷系统形式选择回热循环。
2.冷却水系统
冷却水系统承担着将空调系统的冷负荷与制冷机组能耗散发到室外环境的功能,是建筑空调系统中必不可少的环节。
确定冷却水系统
冷却水系统可分为:
直流式,即采用自然水源,经过制冷机组的冷凝器后直接排走;混合式,即采用深井水等较低水温的水源,经过制冷机组冷凝器后的冷却水一部分与新补充的低温冷却水混合后再送往各台制冷机组使用;循环式,即经过制冷机组冷凝器后的冷却水在蒸发冷却装置中冷却后再送入各台制冷机组使用,只需少量补水即可。
对于该制冷系统来说,直流式和混合式冷却水系统虽不受水源条件的限制(有深井水),但其水消耗量非常大,经济合理性差且不利于保护地下水资源,因此选用循环式冷却水系统,经济合理,节省运行费用。
确定蒸发冷却装置
蒸发冷却装置(即冷却塔)有自然通风冷却循环系统和机械通风冷却循环系统。
自然通风冷却循环系统占地面积大,仅适用于空气温度低,相对湿度较小地区的小型制冷系统。
机械通风冷却循环系统冷却效率高,结构紧凑,适用范围广,有定型产品可供选用。
鉴于自然通风冷却循环系统的限制性,本制冷系统选用机械通风冷却循环系统。
3.冷冻水系统
冷冻水系统形式有开式闭式之分。
在开式系统中,循环水存在有与空气接触的自由液面,而闭式系统中的循环水对外封闭而不与空气接触。
本制冷系统为实验室喷淋室和表冷器设计,循环水与空气直接接触,因此选用开式系统。
开式系统需要设置开式水箱,系统水容量大,运行稳定,控制简便。
4.润滑油系统
由于氟利昂与润滑油能够很好的相互溶解,在制冷压缩机工作时,总有少量滴状润滑油被高压气态制冷剂携带进入排气管,并可能进入冷凝器和蒸发器。
如果系统回油不良,蒸发器内可能积存较多的润滑油,致使系统的制冷能力大为降低,严重时还会导致压缩机缺油损毁,因此氟利昂制冷系统排气管上需装设油分离器。
5.安全管路系统
采用无缝钢管。
为了减少管道与制冷剂的充灌量以及系统的压力降,配管应尽可能短而直。
管道布置应不妨碍对压缩机及其他设备的正常观察和管理,不妨碍设备的检修和交通通道以及门窗的开关。
道路与墙和顶棚以及管道与管道之间应有适当间距,以便安装保温层。
管道穿墙、地板和顶棚处应设有套管,套管直径应能安装足够厚度的保温层。
3、确定制冷系统设计工况
(一)确定蒸发温度t0
蒸发温度为制冷剂液体在蒸发器内汽化时,对应于蒸发压力下的饱和温度。
由设计原始资料可知,空调设计工况冷冻水温度t=5℃,而蒸发温度t0比被冷却液体的出口温度低2-3℃,因此取蒸发温度t0=5-3=2℃,故在P-h图上可以确定蒸发温度所对应的等压线。
(二)确定冷凝温度tk
冷凝温度是指冷凝器内制冷剂蒸汽在一定压力下凝结时的饱和温度,冷凝温度由冷却水进口温度确定。
在蒸发式冷却装置中,如果冷却水与空气充分接触,水通过该装置后,其温度可以降低至比空气湿球温度高3~6℃,由设计原始资料可知室外空气湿球温度为26.5℃,取温差为3.5℃,则水通过蒸发式冷却装置后温度为30℃。
将冷却水进、出口温差取5℃,则冷却水进口温度为35℃。
对于水冷式冷凝器,冷凝温度与冷却水进口温度差为7~14℃,取温差为10℃,因此冷凝温度tk=40℃,故在P-h图上可以确定冷凝温度所对应的等压线。
(三)确定吸气温度(确定过热度)
过热温度与蒸发温度的差值Δts.h称为过热度,它包括热力膨胀阀的过热度Δts.h'和回热器的过热度Δts.h''。
一般,热力膨胀阀过热度取3~5℃,总过热度取12~18℃。
在本制冷系统中,取热力膨胀阀的过热度Δts.h'=5℃,总过热度Δts.h=15℃,则回热器的过热度Δts.h''=Δts.h-Δts.h'=15-5=10℃。
综上所述,吸气温度等于蒸发温度加总过热度,即2+15=17℃。
(四)画回热循环系统P-h图,确定各状态点参数
据上述所得结果绘制P-h图,其中:
1'为蒸发器出口状态,其温度即为蒸发温度,故有t1”=t0=2℃;1'为热力膨胀阀出口状态,t1'=t1”+Δts.h'=2+5=7℃;1为压缩机吸气口状态,t1=t1''+ts.h''=7+10=17℃;2为压缩机出口状态,也为冷凝器入口状态;3'为冷凝器出口状态;3为节流阀进口状态;4为节流阀出口状态也为蒸发器入口状态。
据蒸发温度t0=2℃,冷凝温度tk=40℃,可在P-h图上分别确定其所对应的等压线,根据t1’=7℃,t1''=2℃,t1=17℃可在蒸发温度对应的等压线上确定1',1'',1三个状态点;1~2过程为制冷剂在压缩机内等熵压缩过程,则S1=S2,等熵线及冷凝温度对应的等压线的交点即为2状态点;冷凝温度对应的等压线与饱和气体线的交点即为3'状态点,2~3'过程为制冷剂在冷凝器中的冷凝放热过程;由于存在h1-h1'=h3'-h3,根据h1、h1'、h3'即可得h3,等焓线与冷凝温度对应的等压线的交点即为3状态点;3~4过程为制冷剂的绝热节流过程h3=h4,等焓线与蒸发温度对应的等压线的交点即为4状态点,4~1'过程为制冷剂在蒸发器中的蒸发吸热过程。
从R134a压焓图上可查出各状态点的状态参数如下:
状态点
温度
(℃)
绝对压力
(MPa)
比焓
(kJ/kg)
比熵
[kJ/(Kg·K)]
比容
(m3/Kg)
1”
2
0.3
399.87
1.72
0.06466
1'
7
0.3
404.3
1.78
1
17
0.3
413.8
1.79
0.072
2
60
1
441.5
1.79
0.023
3'
40
1
256.41
1.18
0.00087
3
35
1
246.9
1.15
0.000855
4
2
0.3
246.9
-
(五)热力计算
Ф0=A*Qmax=1.15*53.5=61.525KW
单位质量制冷能力:
q0=h1'-h4=157.4kJ/kg
单位容积制冷能力:
qv=q0/υ1=2186.1kJ/m3
制冷剂的质量流量:
Mr=Ф0/q0=0.39kg/s
制冷剂的体积流量:
Vr=Mrυ1=0.028m3/s
单位质量冷凝负荷:
qk=h2-h3'=185.1kJ/kg
单位质量压缩功:
Wc=h2-h1=27.7kJ/kg
冷凝器的热负荷:
Фk=Mrqk=72.2KW
压缩机理论耗功率:
Pth=MrWc=10.8KW
理论制冷系数:
εth=Ф0/Pth=5.69
制冷效率:
ηR=εth/εc=5.69*(40-2)/(2+273.15)=0.8
4、选择制冷压缩机和电动机
压缩机的选择计算,主要是根据上述制冷系统的总制冷量及系统的设计工况的计算结果,比照设计任务指导书中的原始资料,确定压缩机的形式种类、型号和台数,还要计算出压缩机配用电机的功率。
(一)压缩机形式的选择
现在常用的制冷压缩机有三种:
活塞式制冷压缩机,排气量不大,用于空调工况制冷量小于300KW;
回转式制冷压缩机,构造简单,容积效率高运转平稳,分为转子式、涡旋式和螺杆式,容量分别为5KW以下、4~40KW和100~1200KW;
离心式制冷压缩机,制冷能力大,效率高,工作可靠,制冷量可达30000KW。
三种制冷压缩机的特点和适用条件见下表。
压缩机种类
活塞式
螺杆式
离心式
单级最大压缩比
10
20
4.5
单机制冷量(kw)
<300
100~1200
30000
最大排气压力(bar)
15.5
18.5
10.0
最高排气温度(℃)
120-150
90-105
75
单级最大进、出口压差(bar)
14
18
12.6
参考相关设计规范可知:
制冷量大于1758kw时宜选用离心式压缩机;制冷量在1054~1758kw时宜选用螺杆式或离心式;制冷量在700~1054kw时宜选用螺杆式;制冷量在116~700kw时宜选用螺杆式或活塞式;制冷量小于116kw时宜选用活塞式。
该系统设计的总制冷量为61.525kw,因此选用活塞式制冷压缩机。
压缩机级数应根据设计工况的冷凝压力与蒸发压力之比来确定。
一般若以氟利昂为制冷剂,当Pk/P0≤10时,应采用单级制冷压缩机;否则应采用两级压缩机。
对于该制冷系统,Pk/P0=1/0.3=3.33<10,因此,该制冷系统采用单级压缩。
(二)压缩机台数和型号的选择
有参考书目可知,压缩机的活塞排量(理论输气量)Vh仅与压缩机构造及转速有关,与制冷剂性质、运行工况等外在因素无关,因此活塞排量是选型的指标。
压缩机的活塞排量公式为:
Vh=Ф0υ1/ηvq0
上式中,Vh为活塞排量,m2/h;Ф0为制冷系统总制冷量,KW;υ1为压缩机吸气口制冷剂比容,m3/Kg;ηv为容积效率,ηv=0.94-0.085[(P2/P1)1/m-1],m为多变指数,R134a制冷剂m=1.15,P1、P2分别为压缩机的吸气压力和排气压力;q0为单位质量制冷能力。
在该制冷系统中,Ф0=61.525KW;υ1=0.072;q0=157.4kJ/kg;
ηv=0.94-0.085[(P2/P1)1/m-1]=0.94-0.085[(1.0/0.3)1/1.15-1]=0.783,
所以活塞排量为:
Vh=61.525*0.072/(0.783*157.4)=129.4m3/h。
比照中小型制冷压缩机各系列的主要技术规格表,根据活塞排量Vh=129.4m3/h可知选择的压缩机为70系列,汽缸数目为8个,气缸直径70mm,活塞行程50mm,额定转速1440r/min,理论输气量146.4m3/h,即型号为4F-10,转速为960r/min。
其理论输气量146.4m3/h>137.68m3/h,故用一台即可。
由原始资料可知实验室原有的压缩机型号为4F-10,转数为960r/min,与上述型号的压缩机不同,因此要配置新的压缩机。
由其技术参数可知该型号型号为8F7,其压缩机的排气量为146.4m3/h,146.4*1>129.4m3/h.故确定压缩机的台数为一台。
(三)制冷压缩机配用电机功率
压缩机配用电机功率计算式为:
Pout=(1.1~1.15)Pe/ηd=(1.1~1.15)ηvVh/υ1*(h2-h1)/(ηiηmηd)
上式中:
(1.1~1.15)为余量附加系数,该制冷系统取1.15;
ηiηm为指示效率与摩擦效率的乘积,称为压缩机的总效率,取为0.70;
ηd为传动效率,直连为1,三角皮带连接为0.9~0.95,这里取为1;
ηv、Vh、υ1、(h2-h1)上述均已算出结果,带入即可;
因此Pout=1.15ηvVh/υ1*(h2-h1)/(ηiηmηd)
=1.15*0.783*0.0359/0.072*27.7/(0.7*1)=17.8KW
有原始资料可知,实验室现配用电机型号为JO2-72-6,功率22KW,电压380V,转数970r/min,而17.8KW<22KW,因此采用原有电机即可。
五、选择蒸发器并确定冷冻水系统形式
蒸发器的作用是通过制冷剂蒸发(沸腾),吸收载冷剂(被冷却物)的热量,从而达到制冷目的。
(一)确定蒸发器种类
根据供液方式的不同,蒸发器可分
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 河北 制冷 设计 计算 说明书