武漢地區(qū)400KW氨制冷系統(tǒng)設計

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簡介： 本文詳細介紹了武漢地區(qū)在制冷壓縮機型號及臺數(shù)和冷凝器、蒸發(fā)器的選擇計算方面的內(nèi)容。
關(guān)鍵字：貯液器 蒸發(fā)器 冷凝器 壓縮機 熱力計算

一、 設計任務和已知條件

根據(jù)要求，在武漢地區(qū)，以風機盤管為末端裝置，冷凍水溫度為7℃，空調(diào)回水溫度為11℃，總制冷量為400KW，冷卻水系統(tǒng)選用冷卻塔使用循環(huán)水。

二、 制冷壓縮機型號及臺數(shù)的確定

1、確定制冷系統(tǒng)的總制冷量

制冷系統(tǒng)的總制冷量，應該包括用戶實際所需要的制冷量，以及制冷系統(tǒng)本身和供冷系統(tǒng)冷損失，可按下式計算：

式中 ——制冷系統(tǒng)的總制冷量（KW）

——用戶實際所需要的制冷量（KW）

A——冷損失附加系數(shù)。

一般對于間接供冷系統(tǒng)，當空調(diào)制冷量小于174KW時，A=0.15~0.20；當空調(diào)制冷量為174~1744KW時，A=0.10~0.15；當空調(diào)制冷量大于1744KW時，A=0.05~0.07；對于直接供冷系統(tǒng)，A=0.05~0.07。

2、確定制冷劑種類和系統(tǒng)形式

根據(jù)設計的要求，選用氨為制冷劑并且采用間接供冷方式。

3、確定制冷系統(tǒng)設計工況

確定制冷系統(tǒng)的設計工況主要指確定蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、壓縮機吸氣溫度和過冷溫度等工作參數(shù)。有關(guān)主要工作參數(shù)的確定參考《制冷工程設計手冊》進行計算。

確定冷凝溫度時，冷凝器冷卻水進、出水溫度應根據(jù)冷卻水的使用情況來確定。

①、 冷凝溫度（）的確定

從《制冷工程設計手冊》中查到武漢地區(qū)夏季室外平均每年不保證50h的濕球溫度（℃）

℃

對于使用冷卻水塔的循環(huán)水系統(tǒng)，冷卻水進水溫度按下式計算：

℃

式中 ——冷卻水進冷凝器溫度（℃）；

——當?shù)叵募臼彝馄骄磕瓴槐ＷC50h的濕球溫度（℃）；

——安全值，對于機械通風冷卻塔，=2~4℃。

冷卻水出冷凝器的溫度（℃），與冷卻水進冷凝器的溫度及冷凝器的形式有關(guān)。

按下式確定：

選用立式殼管式冷凝器 =+（2~4）=31.2+3=34.2℃

注意：通常不超過35℃。

系統(tǒng)以水為冷卻介質(zhì)，其傳熱溫差取4~6℃，則冷凝溫度為

℃

式中 ——冷凝溫度（℃）。

②、 蒸發(fā)溫度（）的確定

蒸發(fā)溫度是制冷劑液體在蒸發(fā)器中汽化時的溫度。蒸發(fā)溫度的高低取決于被冷卻物體的溫度及傳熱溫差，而傳熱溫差與所采用的載冷劑（冷媒）有關(guān)。

系統(tǒng)以水為載冷劑，其傳熱溫差為℃，即

℃

式中 ——載冷劑的溫度（℃）。

一般對于冷卻淡水和鹽水的蒸發(fā)器，其傳熱溫差取=5℃。

③、 過冷溫度（）的確定

在冷凝壓力下，制冷劑液體的過冷溫度與冷凝溫度的差值，稱為過冷度。是否采用過冷應進行全面的經(jīng)濟技術(shù)分析。

對于一般的空氣調(diào)節(jié)用制冷裝置，不采用液體過冷；對于大型的蒸發(fā)溫度較低

（<—5℃）的制冷裝置，在條件許可時使用液體過冷。

對于本設計系統(tǒng)，=2℃，因此不采用液體過冷，即=0℃。

④、 壓縮機吸氣口溫度（）的確定

壓縮機的吸氣溫度根據(jù)管道中的傳熱情況，或根據(jù)標準規(guī)定的過熱度確定。

通常 =+=℃

式中 對于一般氨壓縮機，=℃

⑤、 制冷系統(tǒng)理論循環(huán)p-h圖

根據(jù)繪制的p-h圖查表求得各狀態(tài)參數(shù)：

確定壓力：

比容：

焓值：

⑥、 制冷系統(tǒng)熱力計算

⑴、 單位質(zhì)量制冷量（）的計算

⑵、 單位容積制冷量（）的計算

⑶、 制冷劑質(zhì)量流量（）的計算

⑷、 單位理論壓縮功（）的計算

⑸、 壓縮機所需的理論功率（）的計算

⑹、 壓縮機吸入制冷劑蒸汽的體積流量（）的計算

⑺、 制冷系數(shù)（）的計算

⑻、 單位冷凝負荷（）的計算

⑼、 冷凝器熱負荷（）的計算

⑽、 熱力完善度（）的計算

逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)：

熱力完善度：

4、選擇制冷壓縮機和電動機

①、 壓縮機形式的選擇

②、 壓縮機制冷量的計算

查《制冷工程設計手冊》選擇壓縮機，選用4V—12.5型壓縮機，其設備規(guī)格參數(shù)等列于設備清單中，其理論輸氣量=，根據(jù)壓縮機的理論輸氣量不變的原則計算所選定壓縮機在設計工況下的制冷量，壓縮機設計工況下的制冷量可由壓縮機的理論輸氣量，乘以設計工況下的輸氣系數(shù)和單位容積制冷量來確定，即

從《制冷工程設計手冊》查得設計工況下的輸氣系數(shù)=0.769

熱力計算中已經(jīng)求得單位容積制冷量=

③、 壓縮機臺數(shù)的選擇

壓縮機臺數(shù)應根據(jù)總制冷量來確定：

式中 ——壓縮機臺數(shù)（臺）；

——每臺壓縮機設計工況下的制冷量（）。

因此，選擇兩臺4V—12.5型壓縮機

④、 壓縮機級數(shù)的選擇

壓縮機級數(shù)應根據(jù)設計工況的冷凝壓力與蒸發(fā)壓力之比來確定。一般若以氨為制冷劑，當時，應采用單級壓縮機；當時，則應采用兩級壓縮機。

對于本設計制冷系統(tǒng)中，，因此，本設計制冷系統(tǒng)采用單級壓縮。

⑤、 壓縮機軸功率及配用電動機功率的計算

⑴、 計算壓縮機的質(zhì)量輸氣量（）

⑵、 計算壓縮機的理論功率（）

⑶、 計算壓縮機的指示功率（）

從《制冷工程設計手冊》查得指示效率

指示功率

⑷、 計算壓縮機的軸功率（）

⑸、 計算配用電動機功率（）

⑥、 配用電動機的校核計算

選用壓縮機空調(diào)工況下配用電動機功率75KW

75KW>53.27KW 符合要求。

⑦、 壓縮機汽缸套冷卻水量（）的計算

三、 冷凝器的選擇計算

1、冷凝器的選擇原則

冷凝器的選擇取決于當?shù)氐乃疁?、水質(zhì)、水源、氣候條件，以及壓縮機房布置要求等因素。一般在冷卻水水質(zhì)較差、水溫較高、水量比較充足的地方，宜采用立式冷凝器。武漢地區(qū)冷卻水溫較高，所以選用立式殼管式冷凝器。

2、冷凝器熱負荷計算

冷凝器熱負荷可按下式計算：

式中 —冷凝器的熱負荷（KW）

—壓縮機實際排氣的比焓（KJ/Kg）

=

—壓縮機的指示效率

3、冷凝器傳熱面積計算

—冷凝器的傳熱面積（）。

—冷凝器的傳熱系數(shù)[].

—制冷劑與冷卻介質(zhì)之間的對數(shù)平均溫度

立式殼管式氨制冷劑冷凝器K=700～800W/。

—裕量取10%～15%。

由壓縮機配套的冷凝器 LN —120 可知，其傳熱面積為 120 ㎡ ﹥ 109.648 ㎡ 滿足要求。

4、冷凝器冷卻水量的計算：

5、冷卻塔冷卻水量計算：

四、 蒸發(fā)器的選擇計算

1、蒸發(fā)器的選擇原則

蒸發(fā)器形式的選擇，應根據(jù)制冷劑和載冷劑的種類，以及空調(diào)系統(tǒng)處理室的結(jié)構(gòu)形式而確定。若空氣處理室使用水冷式表面冷卻器，以氨為制冷劑時，宜采用臥式殼管式蒸發(fā)器。所以，本設計制冷系統(tǒng)中采用臥式殼管式蒸發(fā)器。

2、蒸發(fā)器傳熱面積計算

a、傳熱溫差：

b、傳熱系數(shù)：K 查《制冷技術(shù)》 P156 表8 ~ 2 知： K為 500 ~ 550 此處取 K=540

c、傳熱面積：

考慮到 10%～15% 的富裕量 A_c(s) = 119.65 × (1+ 0.15 ) = 137.5975 ㎡

由壓縮機配套的冷凝器DWZ —150 可知，其傳熱面積為 150㎡ ＞ 137.5975 ㎡ 滿足要求。

3、載冷劑水循環(huán)量計算：

五、 其它輔助設備的選擇計算

1、貯液器的選擇計算

貯液器的容積按制冷劑循環(huán)量進行計算，但最大貯存量應不超過每小時制冷劑總循環(huán)量的1/3~1/2。同時，應考慮當環(huán)境溫度變化時，貯液器內(nèi)的液體制冷劑因受熱膨脹造成的危險，鼓其貯存量一般不超過整個容積的70%~80%。

貯液器的容積按下列公式計算：

由配套的ZA—1.5B 可知其容積為： 1.5 ＞ 1.279 滿足要求。

2、油氨分離器的選擇計算

油分離器筒體直徑：

壓縮機配套的 YF—40 直徑為273mm ＞215 mm 滿足要求。

3、氣液分離器的選擇計算

汽液分離器的桶體直徑按下列公式計算：

配套的 AF—80 桶體直徑為： 400mm ＞ 392.33 mm 滿足要求。

4、集油器的選擇計算

集油器的選擇是根據(jù)經(jīng)驗，當冷凍站的制冷量為300 ~ 600 KW 時，選用219mm的集 油器一臺。型號為：JY—200。

5、不凝性氣體分離器的選擇計算

一般的，一個系統(tǒng)只選配一臺空氣分離器，當冷凍站標準工況下的制冷量小于1163KW時，宜采用一臺小號（桶體直徑為108mm）空氣分離器。根據(jù)以上條件可知：KF—32B滿足要求。

六、 設備清單

序號

名稱

單位

型號

規(guī)格

數(shù)量

1

制冷壓縮機

臺

4V-12.5

Q=100000Kal/h

2

2

配套電動機

臺

JR91-6

P=75KW

1

3

立式冷凝器

臺

LN-120

F=120

1

4

臥式蒸發(fā)器

臺

DWZ-150

F=150

1

5

貯液器

臺

ZA-1.5B

V=1.5

1

6

集油器

臺

JY-300

D=325mm

1

7

油氨分離器

臺

YF-40

D=175mm

1

8

空氣分離器

臺

KF-32B

D=108mm

1

9

氨液分離器

臺

AF-80

D=400mm

1

七、 制冷機房布置方案的確定及說明

制冷機房的布置見系統(tǒng)設計圖紙。

八、 制冷系統(tǒng)設計圖紙

1、武漢地區(qū)400KW氨制冷系統(tǒng)平面圖（2號圖紙）

2、武漢地區(qū)400KW氨制冷系統(tǒng)A-A剖面圖（2號圖紙）

3、武漢地區(qū)400KW氨制冷系統(tǒng)系統(tǒng)圖（1號圖紙）

九、 參考文獻

1、《建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)用制冷技術(shù)》 李樹林主編 機械工業(yè)出版社

2、《空氣調(diào)節(jié)設計手冊》 中國建筑工業(yè)出版社

3、《制冷工程設計手冊》 中國建筑工業(yè)出版社

4、《氨制冷系統(tǒng)附屬設備》 大連冰山集團

5、《125系列氨制冷壓縮機》 大連冰山集團

附錄：

1、壓縮機規(guī)格表

名稱

氨制冷壓縮機

生產(chǎn)廠家

上海第一冷凍機廠

型號

4V-12.5型

使用工質(zhì)

NH3

制冷量

標準工況

100000Kcal/h

重量

750Kg

空調(diào)工況

250000Kcal/h

汽缸直徑

125mm

活塞行程

100mm

汽缸數(shù)

4個

主軸轉(zhuǎn)數(shù)

960r/min

活塞行程容積

283/h

外型尺寸

長L

1910mm

傳動方式

直聯(lián)

寬W

990mm

配用電動機型號

JO3 250M-6

高H

450mm

配用電動機功率

75KW

2、冷凝器規(guī)格表

名稱

立式冷凝器

外型尺寸

H

5260mm

型號

LN-150

D

900mm

蒸發(fā)面積

149㎡

重量

4915Kg

3、蒸發(fā)器規(guī)格表

名稱

臥式蒸發(fā)器

外型尺寸

L

4710mm

型號

DWZ-150

D

1350mm

蒸發(fā)面積

150㎡

重量

770Kg

4、貯氨器規(guī)格表

名稱

貯氨器

筒體尺寸

L

3000mm

型號

ZA-1.5B

D

800mm

類型

Ⅰ型

重量

685Kg

容積

1.632

容器類別

Cm-2

5、不凝性氣體分離器規(guī)格表

名稱

不凝性氣體分離器

外型尺寸

L

1593mm

型號

KF-32B

D

108mm

公稱直徑

32mm

換熱面積

0.45㎡

6、氨液分離器規(guī)格表

名稱

氨液分離器

外型尺寸

H

4710mm

型號

AF-80

D

1350mm

容器類別

Sm-2

重量

150Kg

7、氨油分離器規(guī)格表

名稱

氨油分離器

外型尺寸

H

984mm

類型

Ⅰ型

D

273mm

型號

YF-40

重量

85Kg

8、集油器規(guī)格表

名稱

集油器

外型尺寸

H

647mm

類型

Ⅰ型

D

219mm

型號

JY-200

重量

65Kg