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1、壳管式冷凝器课程设计第一部分：一:设计任务：用制冷量为 273.6KW 的水冷螺杆式冷水机组，制冷剂 选用R134a，蒸发器形式采用冷却液体载冷剂的卧式蒸发器，冷凝器 采用卧式壳管式.二:工况确定1：冷凝温度 t 确定:k冷却水进口温度t二32c，出口温度t二37c，冷凝温度t :由w1w 2 kt +132 + 37 匕匕”八。t = -4 2 +0 =+ 5.5 = 40c。k 2 m 22：蒸发温度t确定：0s2冷冻水进口温度t二12c，出口温度t二7c，蒸发温度t :由s1s 20t + t 12 + 7 。t = si s20 = 7.5 = 2c。0 2 m 23：吸气温度7花，采
2、用热力膨胀阀时，蒸发器出口温度气体过热度为3-5oc过冷度为5oc，单级压缩机系统中，一般取过冷度为5oc .三：热力计算:1: 热力计算：制冷循环热力状态参数经过查制冷剂的参数可知，作表格如下：状态点符号单位参数值0t0oc2根据t确定蒸发压力p，作等压 0 0线饱和气体线交得0点p0102kpa3。2h0kJ / kg3981t1oc7p的等压线交t，查压焓图0 1v1m 3/kg0.066h1kJ / kg4032t2oc52。2取指示效率为0。85P2102 kpa10.16h2kJ / kg4324t4oc35p等压线与t过冷等温线交于4k4点，其中h =h45h4kJ / kg24
3、92sh2skJ / kg427。 653h3kJ / kg2552热力计算性能(1)单位质量制冷量qoq = h - h = 403 - 249 = 154 KJ Kg015(2)单位理论功woW = h - h = 427.65 - 403 = 24.65 KJ Kg02 s1(3)制冷循环质量流量qq Q 233.6qm = q0 =帀=1.517 Kgs0（4）实际输气量qvsm1输气系数九：取压缩机的输气系数为0。75q q - V 1.517 x 0.066 0.1m3 / s vs(5)压缩机理论输气量qvhqvhq 01V 丽=0133 m 3 s7）压缩机理论功率 pom0p
4、 = q - w = 1.517 X 24.65 = 37.4Kw0(8)压缩机指示功率piP = P ；n = 37.40.85 = 44Kw i0 i9）制冷系数及热力完善度理论制冷系数：80红154w024.65 6.25实际制冷系数:8 =s8i-nm-QX - 2336X .9 4.78 pi44卡诺循环制冷系数：8c2755- 7.24313.15 - 275.158故热力完善度为:n=478 二 0.6687.24c10)冷凝器热负荷由h2h - hh + 2s11ni二 432kJ / kg,则Qk二 q (h - h )二 1.517(432 - 255)二 268kJ /k
5、g m 2311）压缩机的输入电功率q w 1.517 X 24.65由 p 48.3曲，取耳0.9,耳0.86n n0.9 X 0.86mmotm motEER 二争=鵲=4-836循环的热力计算如下：序号项目计算公式结果备注1单位制冷量q = h 一 h015154kJ/kg2单位理论功w = h 一 h02 s124.65kJ/kg3制冷循环质量流量q =倚 m qo1。517 kg / s4实际输气量q = q vvsm0.1m 3/s5输气系数九九0.756压缩机理论输气量_ qq vs vh九0.133 m 3/s7压缩机理论功率p q wom o37.6kW8压缩机指示功率PP
6、=- i耳i44kW9理论制冷系数& Q ns n p mi6。2510实际制冷系数p q x wtm04。7811卡诺循环制冷系数T 0c T TK07。2412热力完善度n c0.6613冷凝器热负荷Qk268kJ / kg14压缩机的输入轴功率q w P m_o- nm48.3kW15能效比EER QP4.8363.压缩机的选型在制冷系统中,压缩机起到非常大的作用。它是整个系统运行的心脏,带动整个系 统的正常运行。压缩机的作用主要是:从蒸发器中吸出蒸汽,以保证蒸发器内一定 的蒸发压力；提高压力（压缩），以创造在较高温度下冷凝的条件；输送制冷剂， 使制冷剂完成制冷循环.制冷系统所需要的制冷
7、量Q0=233。6KW,需要选配制冷 压缩机。压缩机的种类很多,可分两大类容积式和速度型。容积式压缩机是靠工作腔容 积改变实现吸气、压缩、排气等过程.这类压缩机又分往复式和回转式压缩机.往 复式又称活塞式。速度型压缩机是靠旋转的叶轮对蒸汽做功,使压力升高以完成 蒸汽的输送,这类压缩机又分离心式和轴流式。活塞式压缩机是问世最早的一种机型,至今已发展到几乎完善的程度,由于其压 力范围大,能够适合较广的能量范围,有高速,多缸能量可调,热效率高,适用 多种制冷制等优点。并且我国对此机的加工制造已有数十年的经验,加工较容易, 造价也较低,国内应用极为普遍,有成熟的运行管理,维护经验。本设计初步选择螺杆式
8、冷媒压缩机。螺杆压缩机一般都是指双螺杆压缩机,它由 一对阳、阴螺杆构成,是回转压缩机中应用最广泛的一种,在化工、制冷及空气动 力工程中,它所占的比重越来越大.螺杆式热泵机组无论是 COP 值还是维护费用、 振动频率、噪音等性能均优于活塞式热泵机组。该产品有以下特点:1。四段容调或连续卸载控制设计,随负荷变化调整压缩机的输出,节省能源消 耗.2。转子经专用研磨加工及动力平衡校正,配合进口德国FAG及瑞典SKF高精密轴 承,运行平顺,振动小,噪音低。3。采用法国进口高效率耐氟电机,效率高、可靠性好.4。采用最新的第三代非对称齿形,公称子五齿,母转子六齿,齿间压力落差及回吹孔小,容积效率高,节省能源
9、。采用全新高效油分离器,分油效果达 99.7, 有利于提高机组蒸发器效率,并适用于满液式蒸发器设计。5。半密闭设计不需要轴承，无轴封泄漏问题、可靠性佳，且马达与机体为分离 式设计，易于维护与保养。6。除一般的冷水机组和空调储冰系统以外 ,依使用工况不同另设计高压缩比机 种，效率高。可靠性佳,适用于风冷机组、热泵机.根据已知条件进行计算选型：吸气状态的比体积：v = 6.6 x 102 m3 /kg压缩机的实际输气量：q = q x v = 0.1m/svs m 1压缩机的理论输气量：q = Iv. = 0.133m3s = 478.8m3 /hvh 九制冷压缩机的理论功率、指示功率p :0ip
10、 = q x w = 37.4kw0 m op 37.4p = o = 44kWi 耳 0.85i选用比泽尔CSH8573110Y40P型号螺杆式 压缩机机组，制冷量为243kw。第二部分:壳管式冷凝器设计2.2 结构的初步规划2。2。1：结构型式系统制冷量为233.6kw,制冷量相对较大，本次设计选用壳管式器较为合 适。2。2.2 污垢系数的选择参看文献，可取氟利昂侧7=0.086 m2C/kW,冷冻水侧= 0.086m2 - C/kW。2.2。3 冷冻水的流速：初步设计机组每天运行10小时，则每年运行小时数约为30004000。参看 文献数据,取冷冻水流速 u = 2m/s。2。2。4 管
11、型选择：参考文献1,7071中所述及文献1表34。本次设计选取表3-4中的4号管：0 16mmXl。5mm，因其增强系数相比较大，有利换热。其有关结构参数如下：管内径d =11mm，翅顶直径d =15.86mm，翅厚5 =0.223mm，翅根管面外径i t td =12。86mm，翅节距s =1。25mm，翅高 h=1.5mm。bf单位管长的各换热面积计算如下：每米管长翅顶面积：0。 0089m2/m兀 d 50.01586 x 0.000223a t_卜d s0.00125f每米管长翅侧面积：兀(d2 d2)a tb f 2s兀(0.015862 0.012862)2 x 0.001250。
12、1083 m2 /m每米管长翅间管面面积：兀 d (s s )x 0.01286 x (0.00125 0.000223)a 二b_f-bs0.00125= 0.0332 m2 /m每米管长管外总面积：a - a + a + a - 0。1504 m2 /mof d f b每米管长管内面面积：a -i兀 d -兀 x 0。014- 0。0345 m2/mi2。2。5 冷却水流量:取冷却水进出口温度的平均温度为定性温度，t =3237 C=34。5 C。 m2 由传热学附录9 中查得其有关物性参数如下：P = 994.3 kg / m3 c = 4。174 kJ /(kg K)水水冷却水流量为：
13、q Q q =k-v p c （t 一 t ）水 水 w1w2268 / 、994.3 x 4.174 x（37 - 32）=0.01292m 3 / s （2.8）2.2.6 估算传热管总长参看文献1, 75,按管外面积计算热流密度q，在设计条件下，热流密度0q可在50007000W/m2范围内取值.本设计假定q = 5000W/m2。00则应布置的传热面积：A尸= 268x103 =53.6m2of q 50000应布置的有效总管长:L = 一匚=356.4ma 0.1504of2。2。7确定每流程管数Z,有效单管长l及流程数N冷却水的流速u = 1。5m/s,冷却水流量q = 0.01292 m3 /s，则每流程管数vZ = =4 x 0.01292= 90.68 （根），圆整后取 Z =91 根。4x 0.012923.14x 0.0112 x 91=1.495 m / s兀 du 3.14 x 0.0112x 1.5则实际水流速u =复 兀d Zi对流程数N、总根数N
