药厂10℃低温空调系统的冷冻站制冷课程设计说明书.doc

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1、哈尔滨工程大学空调用制冷技术课程设计目 录第1章 绪论11.1设计题目11.2原始资料11.3气象资料1第2章 制冷工况的确定22.1确定制冷剂种类及冷凝器、蒸发器的类型22.2确定系统运行中各参数22.2.1确定蒸发温度t022.2.2 确定冷却水进出口温度22.2.3确定冷凝温度tk22.2.4确定过冷温度tch32.2.5确定压缩机吸气温度 tl32.3制冷剂运行工况的绘制32.3.1各状态点参数的确定32.3.2 制冷系统的热力计算4第3章 选择压缩机及电动机63.1系统压焓图63.2选择压缩机63.3选择电动机83.3.1 求绝热压缩功率83.3.2 求指示效率93.3.3 求压缩机

2、轴功率93.3.4 求压缩机配用电机的功率9第4章 选择冷凝器11I4.1确定传热面积114.1.1冷凝器的热负荷114.1.2确定传热系数114.1.3对数平均温差114.1.4冷凝器的传热面积A124.2冷却水流量124.3冷凝器阻力计算12第5章 选择蒸发器145.1确定传热面积145.1.1确定传热系数145.1.2计算蒸发器平均传热温差145.1.3计算蒸发器的传热面积A145.1.4 选择蒸发器155.2载冷剂流量15第6章 选择辅助设备166.1贮液器166.1.1 贮液器的体积计算166.1.2 选择贮液器176.2油分离器176.2.1 油分离器的直径计算176.2.2 选择

3、油离分离器186.3集油器186.4氨液分离器186.5空气分离器196.6过滤器196.6.1选择氨气过滤器19II6.6.2选择氨液过滤器206.7再冷却器206.8浮球阀206.9冷却塔216.10水泵216.10.1 冷却水泵的选型计算216.11 紧急泄氨器22第7章 布置制冷机房237.1设备的布置23 7.1.1 制冷设备的布置原则237.1.2 压缩机的布置237.1.3 油分离器的布置237.1.4 冷凝器的布置237.1.5 贮液器的布置247.1.6 蒸发器的布置。247.1.7 机房氨液分离器的布置247.2管路的布置24第8章 制冷剂管路的管径的确定258.1 制冷机

4、房的设备布置258.2 确定制冷剂管路的管径25 8.2.1 系统管道和阀门的设计要求26 8.2.2 管路的布置要求26 8.2.3 系统管径的确定28第9章 安全保护方案30基本符号表31参考文献32III第1章 绪论1.1设计题目大湖药厂10低温空调系统的冷冻站。 1.2原始资料1、厂址：沈阳；2、空调负荷总计：420 kW；3、要求供应的载冷温度：载冷剂供回温度：-2/2；4、冷却剂条件：循环水（补充自来水）；闭式系统；5、要求载冷剂系统：开式系统；6、冷冻站平面图：层高6米，面积108 m。1.3气象资料北纬4146东经12326海拔41.6m；大气压力 夏季1007.7kpa 冬季

5、1020.8kpa；室外空气计算参数：夏：空调室外计算湿球温度为25.4，干球温度31.4，空调室外计算日平均温度为27.2，风速：2.8m/s。 第2章 制冷工况的确定2.1确定制冷剂种类及冷凝器、蒸发器的类型本设计采用氨制冷剂，冷凝器采用水冷式冷凝器中的卧式壳管式冷凝器，蒸发器采用卧式壳管式蒸发器，再冷却器采用套管式换热器。2.2确定系统运行中各参数2.2.1确定蒸发温度t0 因为载冷剂的供回温度为-2/2，且为卧式壳管式蒸发器，利用公式（2-1）计算： （2-1）式中: -载冷剂进口温度，2； -载冷剂出口温度，-2； -蒸发器中平均传热温差，；由文献6可知一般在46，本系统取5。计入数

6、值，得：2.2.2 确定冷却水进出口温度 冷却水先进入再冷却器对制冷剂进行再冷，然后进入冷凝器中对制冷剂冷凝。冷却水进口温度即为冷却水塔中水的温度，与当地湿球温度相关，查得沈阳的室外计算湿球温度为25.4，在实际中冷却塔的极限出水温度比空气的湿球温度高24，该设计取3.6，所以冷却水的进口温度为29。再冷却器选择套管式换热器，由文献6可知冷却水在换热器中的温升为3。由文献6可知冷却水在冷凝器中的温升为46，本设计温升取6，所以冷却水进出口温度为29/38。2.2.3确定冷凝温度tk冷凝温度tk采用式（2-2）计算： （2-2）式中 -冷却水进冷凝器的温度，本系统为32； -冷却水出冷凝器的温度

7、，本系统为38；-冷凝器中平均传热温差，；由文献6一般在47，本系统取5。计入数值，得：2.2.4确定过冷温度tch在再冷却器内为冷却水液体与制冷剂液体的换热，进入再冷却器的制冷剂温度为36.5，经过再冷却的制冷剂温降为3，所以过冷温度为：2.2.5确定压缩机吸气温度tl 根据文献6表3-5可知本设计过热度取为1,压缩机的吸气温度t1=t0+1=-42.3制冷剂运行工况的绘制lgp32231414hh2h1h2h1h4h4图2.1 饱和循环在lgp-h图上的表示2.3.1各状态点参数的确定由R717饱和状态下的热力性质表，可查得：状态点1的参数为:t1 =-5 ；p1=355.31 kPa；0

8、.34461 m/kg；=1374.302 kJ/kg；=3.23534 kJ/kgK。状态点1的参数为：=-4 ；=355.31 kPa；=0.34626 m/kg；=1376.724kJ/kg；=3.244 kJ/kgK。状态点3的参数为：=40 ；=1556.7kPa；=312.008kJ/kg；=1.72665 m/kg；=0.79316 kJ/kgK。状态点3的参数为：=37 ；=1431.6kPa；=1.71235m/kg；=297.888kJ/kg；=-0.83778 kJ/kgK。因为1-2是绝热压缩，熵值相等，又2点的压力与冷凝温度下的压力相等，即，所以查R717过热状态热力

9、性质得2点的参数为：=106；=1556.7kPa；=0.1111 m/kg；=1593.93 kJ/kg；=3.244kJ/kgK。2.3.2 制冷系统的热力计算（1）制冷系统的总制冷量，应该包括用户实际所需要的制冷量，以及制冷系统本身和供冷系统冷损失，可按下式计算： kW式中 Qe-制冷系统的总制冷量，kW；Q-用户实际所需要的制冷量，kW；本设计Q=420kW；A-冷损失附加系数。一般对于间接供冷系统，当空调制冷量小于174kW时，A=0.150.20；当空调制冷量为1741744kW时，A=0.100.15；当空调制冷量大于1744kW时，A=0.050.07；对于直接供冷系统，A=0

10、.050.07。（2）单位质量制冷剂制冷量 kJ/kg；式中 qe-单位质量制冷剂制冷量，kJ/kg；h1-制冷剂蒸发温度下的比焓，kJ/kg，本设计h1=1376.724 kJ/kg；h4-制冷剂冷凝温度下的比焓，kJ/kg，本设计h4=312.008 kJ/kg。（3）单位容积制冷剂制冷量 qv= qe/v1=1064.716/0.34461 =3089.6259kJ/m3；式中 qv-单位容积制冷剂制冷量，kW；v1-制冷剂蒸发温度下的比容，m3/kg。（4）制冷剂的质量流量mc=Qe/qe=462/1064.716=0.4339 kg/s；式中 mc-制冷剂的质量流量，kg/s。（5）

11、制冷剂的体积流量mv=mcv1=0.43390.34461=0.1495 m3/s；式中 mv-制冷剂的体积流量，m3/s。第3章 选择压缩机及电动机3.1系统压焓图lgp2341h1h2h1h4h图3.1 饱和循环在lgp-h图上的表示3.2选择压缩机本设计压缩机的吸气温度为-4，排气温度为106，在中型活塞式制冷压缩机的使用温度范围内，因此选择大连冰山集团的活塞式压缩机两台，分别承担70%的制冷量，其名义工况下状态点1和状态点3参数如下：状态点1：=5；=516.79 kpa；=0.24114 m3/kg；=1383.454 kJ/kg； =3.09935 kJ/kgk。状态点3：=40

12、；=1556.7 kPa；=1.72665 m/kg；=312.008 kJ/kg； =0.79316 kJ/kgk。1.实际工况下制冷系统所需的制冷量：Qe,a= 0.7Qe=323.4 kW 应用工况： （3-1） 式中 -实际工况下的制冷量，kW； -实际工况下的容积效率； -实际工况下的单位质量制冷量，kJ/kg； -压缩机的理论容积流量，m/s； -实际工况下的比容，m3/kg。选用高速、多缸的单级压缩机，其容积效率可用式（3-2）计算。 （3-2）其中 -应用工况下的容积效率； -对于氨压缩机取1.28；-冷凝压力，kPa；-蒸发压力，kPa。计入数值，得： kJ/kg则应用工况下

13、制冷系统的：m/s2. 压缩机的名义工况： （3-3） 式中 -名义工况下的制冷量，kW； -名义工况下的容积效率； -名义工况下的单位质量制冷量，kJ/kg； -压缩机的理论容积流量，m/s -名义工况下的比容，m3/kg。kW则名义工况下制冷系统所需的制冷量：kW由此选择大连冰山集团冷冻机股份有限公司的100系列活塞式制冷压缩机组。表3.1 压缩机型号及参数机组型号蒸发温度冷凝温度制冷剂制冷kW形式汽缸数810CA540R717600开启式8汽缸直径D/mm活塞行程S/mm额定转速N/(r/s)压缩机吸气管/mm压缩机排气管/mm冷却水接管/mm冷却水耗量/(m3/h)10010024DN

14、80DN65DN152.0电 源电机额定功率/kW长宽高润滑油充灌量/kg机组运行重量/kg能量调节范围% 380V/50Hz1102060120010932017000，25，50，75， 100该压缩机在应用工况下的制冷量：kW3.3选择电动机3.3.1 求绝热压缩功率压缩机的理论绝热压缩功率由式（3-4）计算得出。 （3-4）式中 -压缩机的理论绝热压缩功率，k； -容积效率； -活塞容积排气量，m3/s，由式（3-5）计算。 (3-5)式中 -汽缸直径，m； -活塞行程，m； -压缩机转速，r/s； -压缩机汽缸数。计入数值，得： m3/s所以压缩机的理论绝热压缩功率为： kW3.3.

15、2 求指示效率压缩机的指示效率由式（3-6）计算。 （3-6）式中 -指示效率。所以压缩机指示效率为：3.3.3 求压缩机轴功率压缩机的轴功率由式（3-7）计算。 （3-7）式中 -压缩机轴功率，kW；-压缩机的理论绝热功率，kW； -指示效率； -机械效率；本设计取0.9。计入数值，得： kW 3.3.4 求压缩机配用电机的功率压缩机配用电机的功率还应考虑传动损失和一定的裕量，电动机功率应为 (3-8)式中 -压缩机轴功率，kW；(1.101.15) -裕量；本设计取1.10； d-传动效率，直接传动d=1，三角皮带传动d=0.90.95；本设计采用直接传动，即取d=1。计入数值，得： kW

16、经作压缩机电动机的功率校核，可知，所选的压缩机配用电动机功率负荷要求，即99.33kW23355180324330412012386.9冷却塔已知冷凝器冷却水量V=80.1m/h。选择冷却塔，具体参数见表6.11表6.11BCNPD-100()型冷却塔参数表型 号冷却水量/(m3/h)风机电机功率/kW进水塔水压/kPa风量/(104m3/h)直径/mmBCNPD-100()1006.51800332重量/kg外形尺寸/mm噪声位制品重量运转重量高直径/dB(A)1390203635903000676.10水泵6.10.1 冷却水泵的选型计算已知冷却用水量为： m/h。冷却水泵扬程可由式（6-

17、4）估算： （6-4）式中 -水泵扬程， m；1.11.2-安全裕量，取1.15； -冷凝器的阻力，m；=0.20m； -水泵的中心到冷却塔配水管的水位差，m；H2 =5m； -冷却塔喷淋管所需自由水头，m；查样本：H3 =2.1 +2.5 =4.6m； -管路沿程与局部阻力之和，m；约2m。计入数值，得：m选择型号为100RK89-16的水泵，具体参数见表6.11表6.11 100RK89-16L型循环水泵参数表型号流量m/h扬程m转速/min效率轴功率kw电机功率kw泵口径进/出mm重量kg100RK89-16L9714.2145069%5.57.5100/802836.11 紧急泄氨器在

18、大、中型制冷系统中，系统中的充氨量是较多的。当发生严重事故时，必须将系统中的氨迅速放掉，以保护设备和人身安全，故系统应设置紧急泄氨阀。此处采用JX159型。第7章 布置制冷机房7.1设备的布置7.1.1 制冷设备的布置原则（1）设备布置应符合工艺流程及操作检修的要求，并尽可能使设备布置紧凑，并充分利用机房的空间，以节约建筑面积，降低建筑费。（2）机房内的主要通道和操作走道宽度1.5m；压缩机突出部分与配电盘或总调节站之间的距离1.5m；二台压缩机突出部分之间距离1m；机房内外主要通道的宽度0.8m。（3）制冷站房内制冷设备的布置必须符合制冷工艺流程，流向应通畅，连接管路要短，便于安装、管理，并

19、应留有适当的设备部件拆卸检修所需要的空间。（4）为了安全，压缩机要有两个通向外面的门，冷冻站的门、窗均应向外开启。（5）设备管路上的压力表、温度计及电动机的电流表等，应设置在便于观察的地方。7.1.2 压缩机的布置（1）压缩机的压力表及其他操作仪表应面向操作通道。（2）压缩机的进气、排气阀应位于主要操作通道。（3）压缩机进气、排气阀的设置高度在1.21.5m之间，超过高度时应在压缩机旁设立操作台。7.1.3 油分离器的布置（1）除了压缩机附带的油分离器外，油分离器应设在室外。但当采用卧式冷凝器时，油分离器可以一起放在室内。（2）油分离器上不必装压力表和安全阀。7.1.4 冷凝器的布置（1）卧式

20、冷凝器设在室内，应考虑其清洗和更换管子的可能。（2）冷凝器的安装高度必须考虑其液体能自流入贮液器内。（3）冷凝器应装设压力表和安全阀。7.1.5 贮液器的布置（1）贮液器一般设在室内，如果要设在室外时，应防止太阳的直接照射。（2）贮液器应布置在冷凝器近侧，其安装高度必须与冷凝器配合，使冷凝器冷凝的冷剂液体能借重力通畅地自流入贮液器。（3）设置两个或两个以上的贮液器时，必须利用其底部的接口用管子接通，连通管上应装关闭阀，以平衡各个贮液器的液位。（4）贮液器与冷凝器之间应装设均压管。每个贮液器上应装设压力表、安全阀和液面指示器。7.1.6 蒸发器的布置。（1）卧式蒸发器设在室内，应考虑其清洗和更换

21、管子的可能性。（2）卧式蒸发器上必须装设安全阀与压力表。在封头盖上，和卧式冷凝器一样，应装有放空气及放水阀门。7.1.7 机房氨液分离器的布置（1）氨液分离器的设置高度，应能保证其液体借液位差自流入低压贮液器。在氨液分离器与低压贮液器之间应专设气体均压管。（2）当氨液分离器兼作重力系统供液时，其设置高度应能保证其液体借液位差畅流入蒸发器（冷却排管、冷风机盘管）。（3）禁止在氨液分离器的气体进出管上另设旁通管。（4）氨液分离器上应装设压力表和液位指示器。7.2管路的布置管路布置应力求简单、符合工艺流程、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。管路布置应便于装设支架，一般管

22、路应尽可能沿墙、柱、梁布置，而且应考虑便于维修，不影响室内采光、通风及门窗的启闭。第8章 制冷剂管路的管径的确定8.1 制冷机房的设备布置根据前述内容，各种设备的选择计算及选型，把各种设备合理的布置在制冷机房内。制冷机房的设备布置图，如图8.1所示。详图查阅图纸1。 1-压缩机 2-冷凝器 3-蒸发器 4-贮液器 5-油分离器 6-集油器 7-空气分离器 8-氨液分离器 10-紧急泄氨器 11-冷却塔13-冷却水泵 17-再冷却器图8.1 制冷机房的设备布置图8.2 确定制冷剂管路的管径制冷系统管道设计是用经过计算选定管道，根据各管段的设计要求，将制冷压缩机，各种制冷设备及阀门等部件合理的连接

23、起来组成制冷系统的设计，一个制冷系统是否具备良好的制冷性能，运转是否稳定安全，在很大程度上取决于制冷系统的管道设计。此设计采用经验值，各管道采用比设备所配阀门大一个型号。主要干道的管径手工计算所得。8.2.1 系统管道和阀门的设计要求本冷库的制冷剂为氨，所以要求各管道不能用铜质管材。在系统中也不能用镀锌管，不能对设备的接触制冷剂的表面进行镀锌处理。制冷剂管道应采用无缝钢管，管道与管道之间的连接应采用焊接，管道与管件之间的连接应采用法兰连接。管道的密封材料可以选用普通橡胶。对管道试压至少67次。各管道表压不超过0.1MPa。氨制冷管道对流速的要求见表8.1。表8.1 氨制冷管允许流速管道类别管级

24、范围工作温度（）允许流速（m/s）气体管道回汽管道回汽管道吸入管排汽管蒸发器至氨液分离器或循环桶氨泵供液两相液体的回汽管氨液分离器或循环桶至制冷压缩机制冷压缩机至冷凝器10166812201525液体管道高压自流输液管高压氨液管氨泵液管冷凝器至贮液器2540254010400.50.51.50.51.58.2.2 管路的布置要求管路布置应力求简单、符合工艺流程、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。管路布置应便于装设支架，一般管路应尽可能沿墙、柱、梁布置，而且应考虑便于维修，不影响室内采光、通风及门窗的启闭。管道的敷设高度、管道间距、制冷设备之间的连接管道的敷设坡度及坡向应按照表8.2、表8.3和表8.4的要求。表8.2 管道的敷设高度要求安装场所安装高度（m）备注机房内架空管道通过人行道2.0管底至室内地坪机房外低支架时0.30.8管底至地面之间机房外架空管道通过人行道时2.5机房外架空管道通过车行道时44.5不防水地沟0.5地沟应比地下水位高表8.3 管道的敷设间距要求管道外径管厚（mm）无保温管的间距(m)有保温管的间距（m）1021.00.61822.01.52222.01.5323.53.02.0453.54.02.5573.55.03.010846.04.01594.57.55.021969.06.0