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1、1课课程程设设计计课程名称制冷与低温课程设计题目名称冷库CO2NH3复叠制冷系统设计学生学院能源与动力工程学院专业班级能动B11组员朱家伟李科白清川指导教师晏刚2014年9月2日2设设计计总总说说明明本课程设计是设计一个103m3低温冷冻库制冷循环系统要求选用CO2NH3复叠制冷循环系统。整个设计过程主要包括系统制冷量计算、系统高低温级循环理论设计、复叠制冷系统设备的计算和选配，同时结合整体设备运行原理，对该CO2NH3复叠制冷循环系统进行校正。本次设计先从冷库制冷量计算着手，先根据CO2的制冷范围，初设循环的温度范围，计算出中间温度；再由各级冷凝蒸发温度结合循环p-h图确定系统设备的工况，最
2、后根据工况和要求选取最佳的制冷设备。经过设计计算，可以根据两级压缩机的排气量选取合适的压缩机，根据换热器负荷，利用专业换热器软件计算换热器的技术参数，在选取合适的换热器。通过本次的设计，得到了一个较合理的可适用于低温冷冻库的CO2NH3复叠系统成套设备。关键词关键词：低温冷库CO2NH3复叠螺杆压缩机蒸发冷凝器课程设计目目录录一、一、CO2HN3复叠制冷系统制冷量计算复叠制冷系统制冷量计算.221.1103M冷库耗冷量的计算.21.2冷库机组计算.3二、二、CO2NH3复叠复叠制制冷系统理论循环计算冷系统理论循环计算.442.1C02NH3复叠制冷系统的特点.42.2CO2NH3复叠制冷系统的
3、组成.52.3复叠系统温度的确定.62.4低温级（CO2）设计参数.62.5高温级（NH3）设计参数.62.6低温级（CO2）循环理论计算.62.7高温级（NH3）循环理论计算.8三、三、CO2NH3CO2NH3复叠制冷系统设备的选择复叠制冷系统设备的选择.993.1压缩机的选择.93.2换热器的计算和选择.103.3油冷却器的选择.103.4电子膨胀阀的选择.113.5CO2安全阀的设计.123.6润滑油的选择.133.7密封材料.14四、主要参考文献四、主要参考文献.1616五、心得体会五、心得体会.17172一、一、co2hn3复叠制冷系统制冷量计算复叠制冷系统制冷量计算1.11.110
4、3m103m冷库耗冷量的计算冷库耗冷量的计算Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q71、传导热量Q1:Q1=KF（T0T1）=84kw式中：K库体材料传热系数WC.m2。对于保温材料为150mm厚聚苯乙烯的高冷藏库间隔墙，K=0.40WC.m2。F=6x102(m2)冷库外表面积；T0T1=15-（-20）=35（C）环境温度与库温的温差2、换气负荷Q2Q2=Vnh124136=42kw式中：V=103(m3)库容量h=290-255=35(KJm3)环境与库内空气的焓差(查空气焓值表可得t=15C时，h=290KJm3；当t=20C时，h=255KJm3.n=224h换气次数，可取2-3
5、次3、冷藏物负荷Q3Q3=G（i1-i2）+g（t1-t2）c2413600式中：G进货量2x104Kg天i1、i2食品加工或贮存前后的含热量KJKgg包装材料重量Kgt1-t2入出库包装材料温度Cc包装材料的比热容KJ（Kg.C）1#中温冷藏库按日进货20吨计算；2#中温冷藏库按日进货10吨计算；4#、5#高温冷藏库按日进货30吨计算，6#高温冷藏库按日进货15吨4、食品呼吸热Q4（忽略不计）冷藏库贮存物为蔬菜、水果时要考虑其呼吸热。5、库内人员发热量Q53Q5=qHmN124=0.175kw式中q库内人员发热量350W人Hm24内操作时间可按3小时天计算N操作人数103m3可按4人计算6、
6、照明负荷Q6Q6=dAd式中：d每平方米地板照明热流量对于冷库取2.3WAd冷库地面面积7、机械发热量Q7Q7=WH124=式中热转化系数，电动机在冷库内时取1.0W电机功率（W）H使用时间（h）1.21.2冷库机组计算冷库机组计算根据温度及货物的不同耗冷量也不同，压缩机输出的制冷量应大于货物的根据温度及货物的不同耗冷量也不同，压缩机输出的制冷量应大于货物的耗冷量。耗冷量。资料显示：资料显示：高温库：每立方大概7090W；保鲜库：每立方大概90120W；速冻库：每立方大概200300W；冷库容积越大所需单位制冷量越小，因为货物的呼吸热被吸收了。高温冷库制冷量计算公式为：冷库容积901.16+正
7、偏差，正偏差量根据冷冻或冷藏物品的冷凝温度、入库量、货物进出库频率确定，范围在100-400W之间；中温冷库制冷量计算公式为：冷库容积951.16+正偏差，正偏差量范围在200-600W之间；低温冷库压缩机组制冷量计算公式为：冷库容积1101.2+正偏差，正偏差量范围在300-800W可知：复叠压缩机组制冷量应不低于可知：复叠压缩机组制冷量应不低于103103x110 x110 x1.2x1.2+800+800=132132kwkw取取系统理论制冷量系统理论制冷量Q=140kw4二二CO2NH3复叠制冷系统理论循环计算复叠制冷系统理论循环计算2.12.1C02C02NH3NH3复叠制冷系统的特
8、点复叠制冷系统的特点aCO2NH3复叠制冷系统一般应用范围为-35-55，由于C02三相点(-566)高，所以蒸发温度最低能到-55。bb与传统的NH3两级制冷相比，由于C02的容积制冷量要比NH3的大，所以同等冷量的系统减少了系统氨的充灌量，降低了NH3泄漏的危险程度。C02的蒸发潜热较大，单位容积制冷量相当高，0时，单位容积制冷量是NH3的158倍，是R22的512倍，是R12的825倍。同时，作为高温段的NH3系统可以布置在单独的机房，这样提高了整套系统的安全性。（由下循环p-h图可以看出）图图2-12-1CO2NH3CO2NH3复叠循环复叠循环p-hp-h图图c与其它低温制冷剂相比，C
9、02在-40C下，液体粘度是5水的粘度的l8，即便在相对较低的流速下也可以产生湍流流动，流动和传热性能提高，减少了管道和热交换器的尺寸，从而使系统非常紧凑。5dNH3和C02均为自然工质，不存在制冷工质替代的问题。尤其作为低温段的C02，因为在平板速冻机或冷风机等末端换热器中不使用NH3，所以即使泄漏，C02直接与储藏物接触也不会对其有不利的影响。e由于C02无味，且密度比空气大，如果空气中C02浓度超过2，可引起呼吸器官的损伤，甚至窒息死亡。所以在C02的工作区需要安装C02探测仪和报警装置。2.22.2CO2NH3CO2NH3复叠制冷系统的组成复叠制冷系统的组成复叠式制冷循环由两个单级循环
10、叠加而成。高温系统用NH3作制冷剂，由高温压缩机、冷凝器、节流装置和冷凝蒸发器组成：低温级系统以C02为制冷剂，由低温压缩机、冷凝蒸发器、节流阀、蒸发器和膨胀容器组成。高温级NH3的蒸发和低温级C02的冷凝同在一个“冷凝蒸发器中完成，高低温级分别采用模块化设计。系统主要由高、低温两部分制冷循环组成。每一级均为一个完整的蒸气压缩式制冷循环，此次两级分别采用各自的电子膨胀阀直接供液。高温级采用1N-H3(R717)为制冷剂，低温级采用C02(R744)为制冷剂。拟采用板式换热器，但由于成本太高，而采用管壳式换热器，但这样一来换热器体积就比较大。复叠制冷系统的流程图，如图2-2所示：6图图2-22-
11、2CO2NH3CO2NH3复叠制冷系统原理图复叠制冷系统原理图2.32.3复叠系统温度的确定复叠系统温度的确定由上述可初设低温级蒸发温度为-45，高温级冷凝温度为30，冷凝蒸发器传热温差T=5，则：根据迈勒普拉萨特公式知，低温复叠机组的中间温度(低温段冷凝温度)为：=-15.32.42.4低温级（低温级（CO2CO2）设计参数）设计参数冷凝温度-10，蒸发温度-45，压缩机、压力容器设计压力30MPa，安全阀开启压力286MPa，最高工作压力26MPa，膨胀罐进气压力(膨胀罐进口压力平衡阀设定压力)26MPa。系统采用(电子)膨胀阀直接供液。系统组成：二氧化碳螺杆压缩机组，管壳式冷凝器(复叠换
12、热器)，电子膨胀阀，膨胀罐，管壳式蒸发器，管壳式回热器。2.52.5高温级（高温级（NH3NH3）设计参数）设计参数高温级(NH3)：-1530，设计压力20MPa。系统采用电子膨胀阀直接供液。系统组成：氨螺杆压缩机组，管壳式冷凝器，电子膨胀阀，管壳式蒸发器(复叠换热器)。2.62.6低温级（低温级（CO2CO2）循环理论计算）循环理论计算2.612.61循环图及各状态参数循环图及各状态参数根据制冷与低温原理附表13，采用中值法可得：低温级（CO2）压缩机吸气压力，当蒸发温度Te=228.15K时，对应CO2饱和压力Pe=0.82945MPa，比焓he=低温级（CO2）压缩机进气压力，当冷凝温度Tm=263.15K时，对应CO2饱和压力Pm=2.64025MPa，比焓hm=。冷凝器出口过冷度t1=5制冷循环在蒸发器出口设置回热器，取过热度t2=20。压缩比=3.18，计算过程中容积效率vv=0.85绝热效率ad=0.74ad=0.74，电机效率d=O.9在计算过程中，认为循环过程中产生的不可逆损7失均由制冷剂吸收，忽略蒸发器、冷凝器以及管道中的产生阻力损失。有上述信息可作有上述信息可作CO2CO2理论循环图如图理论循环图
