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制冷原理与设备课程设计.doc 17页

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《制冷原理与设备课程设计.doc》
环境与市政工程学院 热能与动力工程专业 课 程 设 计 说 明 书 (制冷原理与设备) 学院:环境与市政工程学院 专业:热能与动力工程 班级:热动061 姓名: 学号: 2009年6月25日 前言 本课程设计是对《制冷原理与设备》课程的进一步实际地了解和掌握,本次设计主要是通过对一给定的设计条件来设计合适的冷冻站。制冷压缩机型号与台数的选择,包括确定制冷系统的总制冷量,确定制冷剂种类和系统型式,确定制冷系统的设计工况。冷凝器的选择,计算出冷凝器的热负荷,根据所选用的制冷剂种类和压缩机运行工况、冷却介质的种类、负荷变化情况等确定冷凝器的型式,然后进行冷凝器的选择计算,确定其传热面积,从而选定冷凝器的型号及台数。蒸发器的选择,根据制冷量、制冷剂种类及载冷剂的种类、冷冻系统的型式等,确定蒸发器的型式,计算出蒸发器的传热系数、换热面积以及蒸发器的台数。 其它辅助设备的选择,有油分离器,贮液器,集油器,紧急泄氨器,空气分离器,过滤器。冷冻站布置包括如下内容:制冷设备布置,制冷工艺管路布置,管路上各种阀件及自控部件的布置,绘出平面布置及必要的系统原理。制冷工艺管路及阀件的选择,根据平面布置及制冷系统图估算各段工艺管路的总长度(包括直线长度和当量长度)以及不同的制冷剂、不同工艺管路的允许流速或允许压力降、蒸发温度、冷凝温度、再冷温度、制冷剂流量等确定工艺管路管经。根据制冷量、制冷剂流量、流速或管径等选择截止阀手动膨胀阀、浮球阀、热力膨胀阀及电磁阀等。编写设计说明书,说明书应按设计程序编写,它应包括设计任务、原始资料、工况确定、负荷计算、设备选择、冷冻站布置方案的确定及说明、管路计算和有关设计草图等内容。课程设计画图2张,它包括:制冷工艺热力系统图1张(1号图纸)。如条件允许,最好画轴测透视图。图中设备应编号。管件和各种阀件应注明通径;并应附有图例和设备明细表。布置图1张(1号图纸)布置图为冷冻站平面布置图,在平面图中画出设备外形及主要管路的布置,标明各设备的大小尺寸、相互间的位置尺寸、距墙尺寸等。冷冻机房的建筑图绘制时可以简化,但应说明建筑外形和主要结构形式,此外还应标明门窗位置、门的开向等。 通过此次的课程设计要求对空调用冷冻站有一个全面系统的了解。 目录 前言 1 目录 2 设计任务 3 原始资料 3 负荷计算 3 制冷设备选择 6 管路的选择计算 10 设计参考资料 17 冷冻站设备及管路的平面布置 见CAD图 制冷工艺热力系统图 见CAD图 一、空调用冷冻站的设计 已知某厂空调系统所需总耗冷量为1163 kw(1,000,000kcal/h),以喷淋室为末端装置,要求冷冻水温为6℃,空调回水温度为11℃,制冷系统以氨为制冷剂。 二、原始资料 水源:石家庄是我国南方大城市,水源较紧张,所以冷却水考虑选用冷却塔使用循环水。 室外气象资料:不保证50小时室外空调干球温度31℃,湿球温度26.5℃。 石家庄海拔81.8米,大气压力冬季763mmHg,夏季747mmHg。 三、设计内容 制冷压缩机的型号与台数的选择 1、冷冻站的冷负荷的确定 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=0.125 =(1+0.125)1163kw=1308.375 kw 2、制冷工况的确定 (1)蒸发温度 当采用喷淋室处理空气,即冷冻水喷淋室使用时,宜采用水箱式蒸发器(包括直立管式蒸发器和螺旋管式蒸发器)。对于直立管式和螺旋管式蒸发器,蒸发温度宜比冷冻水出口干球温度低4~6℃。 =6℃—(4~6℃)=1℃ (2)冷凝温度 采用水冷式冷凝器时,冷凝温度可用下式计算: ℃ 式中 ——冷却水进冷凝器的温度,℃; ——冷却水出冷凝器的温度,℃。 对于使用冷却塔的循环水系统,冷却水进水温度可按下式计算: =26.5℃+()℃=26.5 ℃+3.5 ℃=30℃ 式中 ——当地夏季室外平均每年不保证50小时的湿球温度,℃ ——安全值。石家庄,选用机械通风冷却塔,℃。 =+(2~4)℃=33℃ ==37℃ (3)压缩机的吸汽温度 压缩机的吸汽温度一般与压缩机吸汽管的长短和保温情况有关,通常以氨为制冷剂时,吸汽温度与蒸发温度的差值不大于5~8℃。但本设计考虑仅理论循环,不考虑过热,即==1℃ (4)再冷温度tr.c 对于立式壳管式冷凝器,均不考虑再冷。 以上工况确定以后,就可在lgP——h图上确定整个制冷的理论循环;并进行循环的理论计算。 3、制冷压缩机的型号及台数的确定 考虑到厂房的大小,设备初投资,维护及管理,压缩机台数不应取太多,现取3台。 则每台压缩机在设计工况下的制冷量至少为 =1308.375/3=436.125KW 查《实用制冷工程设计手册》北京:中国建筑工业出版社,1994年。郭庆堂P166 查压缩机性能曲线,可用压缩机型号为8AS12.5(开启式,单级,960r/min)。 每台压缩机在设计工况下的满负荷制冷量=475kw。稍大于436.125kw 每台压缩机在设计工况下的轴功率=94kw。 配用电机功率P=(1.05~1.10)=(1.05~1.10)×100kw=105kw (二)冷凝器的选择 1、冷凝器型式的选择应根据制冷剂和冷却介质(水或空气)的种类及冷却介质的品质优劣而定。 在冷却水质较差、水温较高和水量充足的地区,宜采用立式壳管式冷凝器,因为冷却水使用循环水,故采用立式壳管式冷凝器。冷凝器的台数参考压缩机的台数,暂取三台。 查查《实用制冷工程设计手册》P160 取ηm=0.882 则Pi=ηm=0.88292=81.1 总共的冷凝负荷为Qk =(+Pi)3= (479.156+81.1) =560.256×3=1680.768kw 2、传热温差 === 5.36℃ 式中:t1、t2----冷却剂进、出口温度; tk----冷凝温度。 。 冷凝水的流量为:M===133.84kg/s 3.冷凝器型号的确定及其传热系数的计算 (1)选择冷凝器型号 查常用冷凝器的传热系数表,由于采用立式冷凝器 假定 =3700kcal/ m =4.303 kw/ m 则对每台冷凝器==390.604 m 每台=130.201 m 查《制冷与空调设备手册》P441(上--冷)立式冷凝器规格示例表,取冷凝器型号为LN-150(其传热面积F=150 m,通筒体直径D=1080mm,高度H=4800mm,管道211根), 则=1680.768/(1503)=3.735kw/ m; (2)计算冷凝器制冷剂侧放热系数 喷淋密度Γ= = =5383.202Kg/m.h 冷凝器的水侧放热系数=513 Γ1/3 =8990.785w/m2.k (3)计算冷凝器制冷剂侧放热系数; 由《制冷原理及设备》主编:吴正业 西安交通大学出版社 1997出版 P222: 对垂直面呈波形流动时=1.18, 物性系数β= ==2.7793 冷凝器制冷剂侧放热系数= = =6338.92W/m2.k (4)计算冷凝器传热系数 由冷凝器型号知:管外径d=51mm。水垢的热阻R查《传热学》P492得R=5.28 m2.k/w。取金属管壁的导热系数λ=43.2w/m2.k,油膜热阻 =0.0006m2.k/w =722.654 此时热流密度=722.654 × 5.36=3.873kw/ m;(为冷凝器对数传热平均温差) (5)比较相对误差 相对误差= =3.6%<5%,说明假定合理,即所选择的冷凝器型号合适。 (三)蒸发器的选择 在前确定蒸发温度时,已确定使用直立管式或螺旋管式蒸发器。 则每台蒸发器的制冷量即为一台压缩机的制冷量=479.156kw ===7.21℃ 假设=520 (kcal/m·h·℃) ==5207.21=3749.2 kcal/m·h=4.3603KW 蒸发面积=/=479.156/4.3603=109.89 m 查《制冷与空调设备手册》P499 (上冷)SR-90(蒸发面积为=90 m)。 此时单位热负荷=/=479.156×3/4×120=3.5937kw/ m.=3090 kcal/ m 属于直螺旋管式单位热负荷(2500~3500 kcal/ m)范围之内,符合要求。 (四)其它辅助设备的选择 油分离器的选择计算 根据压缩机台数取油分离器台数为三,一台压缩机配一台油分离器。 并选用离心式油分离器。 压缩机理论输汽量Vh===0.157/s=565.487/h 查《实用制冷工程设计手册》编写组.制冷工程设计手册.北京:中国建筑工业出版社,1978年。P156得压缩机输汽系数λa =0.782,取筒体内汽体流速w=0.9 m/s 则D≥ = =0.2413m 查《制冷与空调设备手册》P607采用离心式有分离器,SYF-50 (北冷),D=245mm 贮液器的选择计算 液体制冷剂循环量MR==479.146/(1458.284-376.127)×3600×3=0.1594kg/h×3=4.782 kg/h; 液体制冷剂比容v=1.71707L/Kg=0/kg; 取液体充满度β=0.8. 贮液器的容积: = ×3=1.34161~5.1243 m 查《制冷与空调设备手册》P536(上冷)选择ZA-4.5一个。 集油器的选择 通常几套压缩机可共用一个集油器。集油器一般不进行计算,而是根据经验来选用。 冷冻站标准工况下的制冷量= /=1308.375/2.0=654.1875kw,大于600KW,采用直径为300mm的集油器一台。 查《制冷与空调设备手册》P624(洛冷)JY-300,其直径为325mm。 空气分离器的选择 空气分离器的选择一般不进行计算,而是根据经验选用。 系统总制冷量为1308.375>1163 kw,故采用Dg50体直径219的空气分离器。 查《制冷与空调设备手册》P631(重冷)选择KF-50,直径为219mm. 急泄氨器的选择 在大、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。目前国内生产的紧急泄氨阀为SA-25型,各系统均可选用。此处采用SA-25型。 查《制冷与空调设备手册》P637采用SA-25型(北冷) (六)氨液分离器 机房用: == 418mm 查《制冷与空调设备手册》P600采用AF—100 六、制冷管道设计 制冷剂管道直径,应按其压力损失相当于制冷剂饱和温度的变化值确定。制冷剂饱和温度的变化值,应符合下列要求:氨吸汽管、排汽管和液体管,不宜大于0.5℃ 吸气管段 1、初选管径,吸气管道流速为12~20,取16 —管子内径,m —流体的质量流量, —流体在工作压力和工作温度下的比容, —流体速度, 查《实用制冷工程设计手册》取管径mm,=100mm 2、确定管路的当量总长 管道长度L=1115+1211+602+5435+1518+120+200+350+1261+1151=10201m 查《实用制冷工程设计手册》 直通截止阀当量直径340, 焊接弯头当量直径60,mm 蒸发器出口d=100mm管道直径不变的连接,当量直径0, =0mm 压缩机进口d=100mm管道为缩小连接=1,当量直径0, =0mm 管道当量总长=10201+68000+6000+0+0=11561mm 3、每米当量管长的允许压力降 蒸发温度1时的饱和压力 压缩机吸气温度0.5时的饱和压力 每米当量管长的压力降 查《实用制冷与空调工程手册》 ,所选管段合适 此段管的母管管段质量流量为所选管段的三倍故管段取值为mm 排气管段 1、初选管径,吸气管道流速为15~25,取20 查《实用制冷工程设计手册》取管径mm,= 82mm 2、确定管路的当量总长 管道长度L= 545+1588+1452+160+400+3058+4096+623+1290=13212mm 查《实用制冷工程设计手册》 直通截止阀当量直径340, 焊接弯头当量直径60, 止回阀当量直径80, 压缩机排气口d=100mm管道为扩大连接,当量直径12.24, =1003.68mm 油分离器进口d=50mm管道为缩小连接,当量直径9.24, =757.68mm 油分离器出口d=50mm管道为扩大连接,当量直径18.68, =1531.76mm 冷凝器进口d=100mm管道为扩大连接,当量直径12.24, =1003.68mm 管道当量总长 = 13212+111520+34440+6560+1003.68+757.68+1531.76+1003.68=175168.8mm 3、每米当量管长的允许压力降 压缩机排气温度37.5时的饱和压力 冷凝温度温度37.0时的饱和压力 每米当量管长的压力降 查《实用制冷与空调工程手册》 ,所选管段合适 此段管子的母管管段质量流量为所选管段的三倍故管段为mm (三)冷凝器到贮液器管段 1、初选管径,吸气管道流速为 小于0.5,取0.3 查《实用制冷工程设计手册》取管径mm,= 62mm 2、确定管路的当量总长及压力降 根据《供热工程》 —计算管段的压力损失, —计算管段的沿程损失, —计算管段的局部损失, —热媒的密度, —水头差,m R—每米管长的沿程损失, —管段长度,m —管段的摩擦阻力系数 d—管子的内径,m v—热媒在管道内的流速, —雷诺数 —热媒的运动粘滞系数, 查《传热学》, 时,流动为紊流状态,4000~100000范围内时 管道长度L=535+8800+4610+400+475=14820mm 由 —管段中的总局部阻力系数 由《实用制冷与空调工程手册》 冷凝器出液口d=80mm,管道为渐缩连接=0.01 贮液器进液口d=80mm,管道为渐扩连接=0.0025 截止阀 焊接弯头 冷凝器出液口和贮液器进液口液位差475mm 查《实用制冷工程设计手册》 直通截止阀当量直径340,m 焊接弯头当量直径60, 管道当量总长=14820+42160+7440=64420mm 每米当量管长的压力降 查《实用制冷与空调工程手册》 ,所选管段合适 3~5号管段质量流量为所选管段的三倍故管段为mm (四)贮液器到蒸发器管段 1、初选管径,吸气管道流速为0.5~1.25,取0.9 查《实用制冷工程设计手册》取管径mm,= 44mm 2、确定管路的当量总长管道长度 L=600+662+1958+1047+800+212+2627+7544+160+1480+576=17666mm 查《实用制冷工程设计手册》 直通截止阀当量直径340, 焊接弯头当量直径60, 贮液器出口d=50mm管道为缩小连接,当量直径04.76, =209.44mm 蒸发器进液口d=25mm管道为缩小连接,当量直径9.912, =436.128mm 管道当量总长= 17666+74800+23760+209.44+436.128=116871.568mm 3、每米当量管长的允许压力降 贮液器出液口温度37时的饱和压力 蒸发器进液口温度36.5时的饱和压力 每米当量管长的压力降 查《实用制冷与空调工程手册》 ,所选管段合适 贮液器到调节装置管段质量流量为所选管段的三倍故管段为 设计参考资料 《制冷工程设计手册》编写组.制冷工程设计手册.北京:中国建筑工业出版社,1978年。 《制冷与空调设备手册》,国防工业出版社,1987年。 《实用制冷工程设计手册》 郭庆堂北京:中国建筑工业出版社,1994年。 《传热学》 杨世铭 高等教育出版社,2006年 《制冷原理与设备》 吴业正 西安交通大学出版社 1997
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