制冷压缩机与设备的选型计算

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,热能与动力工程实验教学中心,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2009-09-12,*,课程：制冷装置设计,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,冷冻冷藏技术教育部工程研究中心,Tianjin University of Commerce,第三章 制冷压缩机与设备 的选型计算,本章主要讲述制冷压缩机、换热设备、辅助设备的选型依据和选择计算方法。,制冷装置设计,第一节 制冷压缩机的选型计算,一、制冷压缩机的选择原则,1.,压缩机的制冷量,制冷量应与制冷装置的机械负荷相等或接近，相近蒸发温度的冷间可能把必需的制冷量集中在一个机组中，按不同的蒸发温度系统分别选配压缩机，尽可能使每台（组）压缩机分别提供一种蒸发温度，以确保制冷系统运行可靠、经济合理 。,2.,型式,当机械负荷较大时，应选用大型压缩机,。,3.,台数,同一制冷系统中如需多台压缩机，应选同一系列，且台数要适宜。,4.,压缩级数,冷凝压力与蒸发压力的比值，如对,NH,3,8,，氟利昂,10,时，应采用双级压缩,5.,电动机,压缩机在不同的工况下运行，消耗的功率不同，压缩机配用电动机的功率应按照运行的工况校核。对在变工况下工作的压缩机应按最大轴功率工况选配电动机。,二、计算参数的确定,1.,蒸发温度,t,o,的确定,根据储存物品的种类、冷藏工艺的需要和对冷间温、湿度的要求，确定合理的计算温差，从而确定蒸发温度。,2.,冷凝温度,t,k,的确定,冷凝温度与冷凝器的形式、冷却方式、冷却介质的温度等有关,，,3.,吸气温度,t,x,的确定,压缩机的吸气温度是指压缩机吸气阀处的温度，与系统的供液方式、吸气管的长度、吸气管的管径、隔热情况、冷间内的热负荷大小和系统供液量等因素有关。,4.,过冷温度,t,g,的确定,制冷循环中液体在节流前过冷，可以提高系统的经济性，但要考虑具体条件，进行技术经济分析来确定是否采用液体过冷。,第一节 制冷压缩机的选型计算,第一节 制冷压缩机的选型计算,三、往复式压缩机的选型,1.,结构形式的选择,（,1,）单级活塞式压缩机,开启型活塞式制冷压缩机,主要用,NH,3,、,R22,、,R404A,、,R407C,和,R134a,等制冷工质，,半封闭压缩机,主要用,R22,、,R502,、,R404A,、,R407C,、,R134a,、,R290,、,R600a,和,CO,2,制冷工质,全封闭型活塞式压缩机,主要用,R22,、,R404A,、,R407C,、,R134a,和,R600a,等制冷工质,（,2,）双级活塞式压缩机,（,3,）压缩机组,第一节 制冷压缩机的选型计算,2.,选型计算,（,1,）单级压缩机的选型计算, 按压缩机的理论输气量选型,机械负荷,压缩机的理论输气量,按压缩机的标准工况制冷量选型,按压缩机的性能曲线选型, 按压缩冷凝机组的性能选择,图,3-1,单级压缩制冷循环压焓图,第一节 制冷压缩机的选型计算,2.,选型计算,(2),双级冷库用低温压缩机的选型计算,确定最佳中间温度 的方法, 从制冷循环的计算确定最佳中间温度,按下式计算中间压力近似值，对应的饱和温度即为中间温度,在中间温度的上、下按一定间隔选取若干个中间温度，对每个中间温度的热力循环，计算出理论制冷系数和高、低压级压缩机理论输气量之比。,绘制,=f,（,t,m,）、,=f,（,t,m,）曲线。确定最佳中间温度值。,根据给定的高、低压级压缩机,理论输气量之比,确定中间温度,（,3,）复叠式循环压缩机的选型计算,蒸发温度,/,制冷剂（高温循环,/,低温循环）,制冷循环型式,-80,R22/R23,R22,单级或双级压缩循环,/R23,单级压缩循环,R507/R23,R507,单级或双级压缩循环,/R23,单级压缩循环,R290/R23,R290,双级压缩循环,/R23,单级压缩循环,-55,R290/CO,2,R290,单级压缩循环,/CO,2,单级压缩循环,NH,3,/CO,2,NH,3,单级压缩循环,/CO,2,单级压缩循环,第一节 制冷压缩机的选型计算,第一节 制冷压缩机的选型计算,图,3-7 NH3/CO2,复叠式制冷系统,第二节 换热设备的选型计算,一、冷凝器的选型计算,（一）结构形式的选择,（,1,）风冷式冷凝器,风冷式冷凝器,适用于水源极为缺乏或不能用水冷的场合,（,2,）水冷式冷凝器,立式壳管式冷凝器,适用于水质较差、水源丰富的地区；,卧式壳管式冷凝器,适用于水温较低、水质较好的地区；,板式冷凝器,适用于中、小型制冷装置,套管式冷凝器,主要用于小型商用制冷装置中,蒸发式冷凝器适用于缺乏水源或夏季室外空气相对湿度较低的地区；,第二节 换热设备的选型计算,（二）选型计算,1.,冷凝器传热面积,(1),冷凝器的对数平均温差,t,m,(K,或,),(2),冷凝器的传热系数,K,由冷凝器的,结构型式,、,制冷剂种类,、,冷却介质的速度,、,温度差,、传热面上的,污垢系数,、传热管的,材质,等因素所支配。,表,3-10,氟里昂冷凝器的,K,与,q,F,值选取范围,冷凝器种类,传热系数,W/,（,m,2,K,）,单位面积热负荷,q,F,（,W/m,2,）,备注,水冷式冷凝器,卧式（翅片管）,800900,45005000,t,m,=5,套管式,1100,35004000,t,m,=5,空气冷却式冷 凝器,强制通风式,2428,240280,t,m,=,812,自然对流式,5.89.3,蒸发式冷凝器,580750,14001800,t,m,= 23,第二节 换热设备的选型计算,(3),冷凝器的热负荷,Q,k,第二节 换热设备的选型计算,有以下三种计算方法：,图3-12 R717冷凝器的负荷系数 ,对于空气冷却式冷凝器，也可由下式计算的名义制冷量来选择：,第二节 换热设备的选型计算,2.,冷凝器的冷却介质流量,冷凝器中制冷剂蒸气释放的热量,Q,k,被冷却介质带走。根据热平衡，对空气冷却式和水冷式冷凝器，冷却介质的流量可由下式计算求出：,3.,流动阻力,卧式壳管式冷凝器,空气冷却式冷凝器,（三）水冷却塔,水,冷却塔的,作用,使水,冷式冷凝器中冷却水吸收的制冷剂蒸,发而吸收的热,量，通过表面蒸发及与空气接触进行热交换后排放到环境当中，使冷却水的温度降低下来，供冷凝器循环使用，以达到节约用水的目的。,冷却塔与水冷式冷凝器的管线连接见图,3-13,、图,3-14,。,第二节 换热设备的选型计算,图,3-13,冷却塔与水冷式冷凝器的管线连接图,第二节 换热设备的选型计算,3.,冷却水系统设备的选型计算,（,1,）冷却塔的选型,选型参数,冷却范围,冷却塔中进水温度与出水温度之差；,冷幅高,出水温度与空气湿球温度之差；,热负荷,冷却塔的热负荷,Q,可由下式计算：,式中：,G,被冷却水的质量流量（,kg/s,）；,C,p,被冷却水的比热容（,KJ/kgK,）；,t,1,、,t,2,分别是被冷却水的进出口温度（）。,第二节 换热设备的选型计算,3.,冷却水系统设备的选型计算,（,2,）水泵的选型,根据冷却塔的热负荷确定循环水量，,通常冷却塔的冷却能力在（,0.15 m,3,/h,）,/,（,kW,热负荷）（,0.2 m,3,/h,）,/,（,kW,热负荷）之间（或是,0.68m,3,/h,0.91m,3,/h/,冷却塔吨）。,选用管材和管径。根据工作条件可以使用镀锌钢管、,L,型铜管和,CPVC,塑料管等，管径的大小以水在管内的流速不超过,2.4m/s,为宜。,确定管路系统中的阀门和配件的数量。,计算管路中的沿程阻力损失和局部阻力损失。,第二节 换热设备的选型计算,二、蒸发器的选型计算,结构形式的选择,（,1,）冷却空气式蒸发器,在商用制冷装置中自然对流型空气冷却蒸发器主要有管板式、吹胀式和冷却排管等几种。,冷风机,工作在空气露点以下、,0,以上的冷却空气式蒸发器凝结水的处理方法之一,见图,3-15.,（,2,）冷却液体式蒸发器,这类蒸发器包括壳管式、水箱式和套管式三种型式。壳管式蒸发器有满液式与干式两种，水箱式蒸发器也有直立管式、螺旋管式及蛇管式等几种型式。,第二节 换热设备的选型计算,2.,选型计算,（,1,）蒸发器传热面积,F,蒸发器的传热温差,t,直接冷却：传热温差为被冷却空气温度与制冷剂蒸发温度之差,间接冷却：传热温差可按对数平均温差进行计算 。,蒸发器的传热系数,K,随着蒸发器结构的不同而有不同的计算公式,第二节 换热设备的选型计算,3.,通过蒸发器的风量及载冷剂流量的计算,（,1,）,冷却空气式蒸发器的风量,（,2,）,在冷却液体式蒸发器中，载冷剂（水、盐水等）的循环量,第二节 换热设备的选型计算,三、中间冷却器的选型计算,中间冷却器,用于双级或多级压缩制冷系统中，用来,降低低压级的排气温度，使高压液体进一步过冷，,以提高制冷系统的产冷量。,通过计算,内部蛇形盘管,的,冷却面积,和,筒体直径,来选型,。,中间冷却器的选择应满足两个条件：,气体通过中间冷却器横截面的,流速,应满足气液分离的作用，一般流速不大于（,0.5,0.8,）,m/s,；,传热面积,应满足液体制冷剂过冷的要求，且盘管内的流速不大于,0.4,0.7m/s,。,第二节 换热设备的选型计算,1.,冷却面积,的计算,2.,中间冷却器,筒体直径,的计算,所选的中间冷却器应符合冷却面积和筒体直径两项指标的要求 。,压缩机高压级的理论输气量（,m,3,/h,）,中间冷却器中的气体流速，可取,0.5m/s,。,蛇形管的出液温度（）,四、回热式热交换器的选型计算,回热式热交换器,用于氟利昂制冷装置中，从冷凝器或中间冷却器来的高压制冷剂液体与流出蒸发器的回气进行热交换，使液体过冷，蒸气过热。对小型氟利昂制冷装置，如电冰箱，将供液管与回气管绑或焊在一起构成结构简单的回热式热交换器。,第二节 换热设备的选型计算,第二节 换热设备的选型计算,回热式热交换器的,传热面积,按下式计算：,进热交换器的制冷剂液体温度,出热交换器的制冷剂液体温度,进热交换器的制冷剂气体温度,出热交换器的制冷剂气体温度,第三节 辅助设备的选型计算,第三节 辅助设备的选型计算,一、液体储存设备,1.,高压储液器,高压贮液器的选择主要是确定容积，保证制冷装置在运行时，最大贮液量小于容积的,70%,，最小贮液量大于容积的,10%,。,大型,储液器,中小型储液器,第三节 辅助设备的选型计算,2.,低压循环贮液器,低压循环贮液器是用制冷剂泵强制供液制冷系统的重要设备，起着容纳贮存制冷剂液体供给制冷剂泵，调节对蒸发器的供液和气液分离，保证压缩机安全地运行。,（,1,）低压循环贮液器容积,下进上出系统,上进下出系统,（,2,）低压循环贮液器直径,第三节 辅助设备的选型计算,二、分离捕集设备的选型计算,1.,油分离器,：,油分离器内的气体流速，,填料式油分离器，, =0.3,0.5,m/s,其他形式油分离器，, 0.8 m/s,第三节 辅助设备的选型计算,2.,气液分离器,气液分离器的作用是使混合的气体和液体制冷剂进行分离，按照不同的蒸发系统分别设置，并按设置位置的不同，分为机房气液分离器和库房气液分离器。,机房气液分离器,库房气液分离器,第三节 辅助设备的选型计算,三、节流机构,节流机构的作用是为蒸发器提供适量的制冷剂液体，同时又维持系统高、低压侧的压力差，保证蒸发器中适宜的蒸发压力。,（,1,）常用节流机构,手动调节,的节流装置,手动膨胀阀；,用,制冷剂蒸气过热度,调节的节流装置,包括热力膨胀阀及电子膨胀阀等；,不能调节,的节流装置,恒压膨胀阀和毛细管等；,浮球调节阀。,（,2,）应用,第三节 辅助设备的选型计算,1.,热力膨胀阀,热力膨胀阀是反应敏捷、应用最广泛的节流元件，可自动调节阀的开度，其控制的方法取决于蒸发器出口上的制冷剂蒸气的过热温度和蒸发器中制冷剂的压力。,热力膨胀阀的阀体应垂直布置在蒸发器入口的水平管路上，感温包放置在蒸发器出口的水平管路上，温包应与回气管路充分接触，以便更好地感受管内的制冷剂蒸气的温度 。,热力膨胀阀是根据蒸发器出口的制冷剂蒸气的过热度的大小，成比例地调节阀的开度，改变制冷剂进入蒸发器的流量，以达到改变制冷量的目的。,第三节 辅助设备的选型计算,（,1,）热力膨胀阀的型式选择,内平衡式热力膨胀阀是通过阀体内部的通道，将膨胀阀出口（即蒸发器进口）的制冷剂的压力传递给感应元件，适用于管内流动阻力较小的小型蛇管蒸发器。,外平衡式热力膨胀阀则通过外平衡管，将蒸发器出口的制冷剂压力传递给感应元件，用于蒸发器管路较长、管内制冷剂流动阻力较大及带有分液器的场合。, 热力膨胀阀的型式选择可按照表,3-28,中规定的压力损失值来确定，当压力损失小于规定值时采用内平衡式，反之，采用外平衡式。,多个热力膨胀阀的并联使用方法,第三节 辅助设备的选型计算,（,2,）热力膨胀阀,容量,的选择,热力膨胀阀的容量（制冷能力），是指在某一压力差作用下，处于一定开度的膨胀阀通过的,制冷剂流量,，在一定蒸发温度下,完全蒸发时所产生的制冷量,。,影响热力膨胀阀的容量的因素包括：,膨胀,阀前后的压力差、蒸发温度和制冷剂的过冷度。,(3),影响膨胀阀的因素,热力膨胀阀前后压力差的影响,蒸发温度的影响,制冷剂液体过冷度的影响,热力膨胀阀选用时必须根据,制冷装置的种类，蒸发温度范围及蒸发器热负荷的大小,选择一定的,型号、通径和容量,。通径选择过小，不能满足制冷量的要求；而选择过大，则又调试困难。,第三节 辅助设备的选型计算,2.,毛细管,（,1,）,毛细管的结构特点,毛细管的管径一般为,0.6,2mm,的等截面紫铜管，长度在,0.5m,以上。由于长度和小管孔径产生高摩擦阻力及在毛细管中逐渐形成的闪发气体而产生节流效果，使液体的压力降至饱和压力以下。,毛细管的作用和热力膨胀阀类似，起限制或定量供给冷凝器到蒸发器的液体流量，同时也维持这两个部件之间需要的运行压力差。,（,2,） 毛细管的选择,以压缩机工况条件下的实际排气量和测定毛细管氮气的流量来确定。,实测法,将几台经过实测和经证实符合设计工况要求的制冷系统作为样机，拆除该机的毛细管作为标准品测出若干数据，作为生产中对毛细管的测定依据。,图解法,在稳定的工况下，对某种制冷剂按试验数据作出线图。实际应用时，根据已知的条件，,通过线图选择,适用的毛细管长度和内径 。,第三节 辅助设备的选型计算,也可用下面的计算公式进行估算：,q,ma,5.44(P/L),0.571,D,2.71,式中,:,q,ma,制冷剂流量，,g/s,；,P,毛细管进出口压力差，,Mpa,；,L,毛细管长度，,m,；,D,毛细管直径，,mm,。,计算法,第三节 辅助设备的选型计算,第三节 辅助设备的选型计算,3.,分液器,当蒸发器有多个环路时，从膨胀阀流出的制冷剂到蒸发器的各个环路需通过,液体分配器,，以保证各环路供液均匀。,（,1,）分液器的类型, 文丘里式, 压降式, 离心式,（,2,）分液管的选择,分液管的额定能力定义为管长,1m,、压降,p,=50kPa,时，其允许制冷剂流通量所具有的制冷能力。,图,3-36,离心式分液器,