型工业用低温冷水机组设计说明书doc.docx
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1、中文摘要 .I英文摘要 .前言 .III1. 方案论证 . 1 1.1.流程选择 .1LSM-6型工业用低温冷水机组摘 要本次设计是6KW工业用低温冷水机组设计,通过对制冷方案的研究和对压缩制冷的介绍,主要包括对制冷循环的四大部件和主要辅助设备的介绍,选择计算出适合本次设计的设备。根据已知设计条件,通过热力循环计算,换热器的设计计算,设计出合适的换热器。最后对一些主要辅助设备进行设计计算并选择出经济合适安全可靠的辅助设备。关键词 制冷机组,换热器,制冷剂6KW PHARMACEUTICAL COLDSTORAGE REFIGERATION UNIT DESIGNABSTRACTThisdesi
2、gnis6kwdrugscoldstoragerefrigerationunits,therefrigerationunitisassembledtogetherasawholebypartoftheequipmentorallthedevicesintherefrigerationsystem,themainequipmentincludecompressor,condenser,evaporator,expansiondeviceandsomeotherauxiliaryequipment.Bytheresearchoftherefrigerationschemeandintroducti
3、onofcompressionrefrigeration,mainlyincludesthefourpartsofrefrigerationcycleandthemainauxiliaryequipment,soitcalculateandchoosethesuitableequipmentforthedesign.Accordingtothegivendesignconditions,throughthecalculationofthethermodynamiccycle,thedesigncalculationofheatexchanger.Finallyitselecttheeconom
4、icandsecureauxiliaryequipmentbythedesignandculculationofsomemainauxiliaryequipment.KEY WORDS chiller , heat exchanger,refrigerant前 言随着社会的不断发展,1为了满足工作的需要以及生活的享受,近年来,冷水机组发展迅速,产品越来越多,型号越来越复杂,能效比越来越高,机组的技术含量也不断提高2。1.方案论证1.1 流程选择制冷有压缩式制冷,热电制冷和吸收式制冷三种主要的方式。压缩式制冷系统中制冷剂在蒸发器中吸收外界的热量,蒸发成气体后进入压缩机。气体被压缩机压缩,温度升高
5、。从压缩机排除的气体进入冷凝器,被冷却介质冷却,成为液体。离开冷凝器的制冷剂液体流经节流元件时,降低压力和温度,成为由气体和液体组成的两相混合物,再进入蒸发器3,吸收蒸发器周围物体的热量,使他的温度降低;热电制冷是利用了电子能量与热量之间的相互转换,电子流经两种不同材料构成的结点时,因这两种材料中电子有不同能级,使电子的能量发生了变化。能量增加时从外界吸热,能量减少时向外界放热;扩散-吸收式制冷利用液体蒸发连续不断地制冷时,需不断输出制冷剂气化时产生的蒸汽。压缩式制冷机用压缩机吸取此蒸汽,四首诗制冷机用吸收剂吸收制冷剂的蒸汽。通过比较,本次设计适合选用单级压缩式蒸汽制冷循环。1.2 冷凝器介绍
6、与类型选择冷凝器是制冷装置向制冷系统外放出热量的换热设备。从制冷压缩机出来的高压过热蒸汽进入冷凝器后,将热量传给周围空气或将热量传给水,再由水传给周围空气中去。制冷剂在冷凝器中放出热量的同时自身因受冷却凝结为液体4,在冷凝器中放出的热量包括两部分:一是在蒸发器中吸收的被冷却物体的热量;二是制冷剂在制冷压缩机中被压缩时,由压缩机消耗的机械功等转化为热量。制冷剂过热蒸汽在冷凝器中首先被冷凝为饱和蒸汽,然后被冷凝为饱和液体,再后制冷剂若继续冷却则被冷却成过冷液体。冷凝器按冷却介质和冷却方式可分为水冷式冷凝器,空冷式冷凝器和蒸发式冷凝器。1.2.1水冷冷凝器.1) 水冷冷凝器水冷冷凝器是利用水来吸收制
7、冷剂放出的热量。其特点是传热效率高,结构紧凑,多应用于大中型制冷装置。水冷冷凝器主要有壳管式、套管式、板式、螺旋板式等。(1)、壳管式冷凝器 壳管式又可以分为立式壳管式和卧式壳管式两种。a)立式壳管式冷凝器 立式壳管式冷凝器是直立安装在水池上的,目前只应用于中大型氨制冷装置中5。冷却水从冷凝器的顶端进入冷凝器的配水箱,经导流管后在自身重力的作用下呈膜状沿换热管内壁自上流下,排入水池,冷却水再由水泵送入冷却塔冷却使用。气态制冷剂从冷凝器外壳的中上部进入冷凝器壳体和换热管之间的空间,制冷剂在换热管外冷凝后沿换热管外壁流下,冷凝液积存在冷凝器的底部,从出液管流出。换热管一般选用较小直径的无缝钢管,传
8、热系数在689-814W/()。优点:可以露天安装,节省机房面积,也可以,安装在冷却塔下面,以简化冷却水系统,换热管是直管,清洗水垢比较方便,可以 在运行中清洗,对水质要求不高。缺点:冷却用水量大,单位面积冷却水量为1-1.7/(h),设备体积大,金属消耗量大,搬运安装不方便,制冷剂泄漏不易被发现。b)卧式壳管式冷凝器 卧式壳管式冷凝器最为广泛的应用在大、中、小型氨和氟利昂制冷装置。卧式壳管式冷凝器6主要由钢板卷制的筒体、换热管、两个焊接在一起的在筒体两端用于固定换热管的管板以及两个端盖组成,换热管的两端采用涨接或焊接固定在管板的管孔内。制冷剂蒸汽从冷凝器的壳体的上部进入冷凝器,制冷剂蒸汽在换
9、热管外表面上冷凝,凝结成液体后从壳体的底部流出进入储液器,对于氨冷凝器,在冷凝器的下部通常还设置一个集污器,用于收集润滑油和机械杂质。冷凝器的冷凝水从冷凝器的端盖下部进入冷凝器的换热管内,两个端盖的内部有隔板,以便使冷却水在换热管内可以多次往返流动,冷却水从一个端头向另一个端头流一次称为一个流程。通常冷凝器的流程数为双数。优点:结构紧凑,占地面积小,换热管内的水流速较高,所以传热系数大;冷却水的温升较大,所以冷却水的消耗量较小。缺点:冷却水的阻力较大;清洗污垢不方便,设备要停止工作才能进行清理;冷却水水质要求较高。2)、套管式冷凝器套管式冷凝器是由两种或两种以上的不同直径的管子套在一起组成的,
10、目前,套管式主要用于小型的氟利昂7系统中。制冷蒸汽从套管式冷凝器的上端进入,在内管的外表面冷凝成液体,液体在外管的底部沿管子的径向向下流动,从下端进入储液器。冷凝器的冷却水从套管换热器的下端进入依次向上流动,与制冷剂的流动方向相反,这样能够实现比较理想的逆流换热。优点:结构紧凑,制造简单,传热特性好。缺点:冷却水和制冷剂两侧的阻力较大;单位体积换热面积小,仅为20/。金属消耗较大;水垢清洗不方便,对水质要求比较高。3)、螺旋板式冷凝器螺杆式换热器是一种效率较高的换热器。流道始于螺旋板式换热器的中心,而终于螺旋板式换热器的外缘,螺旋板的上下两端用封条旱死。冷却水从螺旋板式换热器的外缘端进入7,从
11、中央的上部流出。制冷剂蒸汽从螺旋板式冷凝器的中央隔板的另一侧上部进入,制冷剂的冷凝液集于底部流出。优点:体积小,重量轻,传热系数高,在工作条件相同的情况下,螺旋板式冷凝器的传热系数可管壳式冷凝器提高50%左右。缺点:承受压力有限,制造较复杂,冷却水的阻力较大而且内部不易清洗,对冷却水的水质要求较高。4)、板式冷凝器板式冷凝器的传热元件是冲压成型的薄金属板片,板片上冲有波纹以强化传热,很多换热薄片叠放在一起旱死,换热板与换热板之间的周边放入一定形状的密封圈,使换热板之间保持一定距离,构成制冷剂和冷却水的流道。流体8在换热板之间的流程可以按具体情况进行并联、串联和混联,在制冷装置中多用并联形式。板
12、式冷凝器的传热系数为2000-3000W/()。具有结构紧凑、体积小、耗材少等优点。但是承受压力受一定的限制,冷却水的阻力较大,清洗不方便,对冷却水水质要求较高。1.2.2 空气冷却式冷凝器空气冷却式冷凝器又称为风冷冷凝器,制冷剂蒸汽冷却和冷凝所放出的热量是由空气来冷却的。冷却方式又分为自然对流空气冷却式冷凝器和强迫对流空气冷却式冷凝器。空气冷却式冷凝器的换热管一般按蛇形管排列,制冷剂蒸汽在换热管内冷凝,空气在管外流过。由于空气侧的换热系数较小,所以在空气冷却式冷凝器的空气侧通常采取加翅片等强化换热的一些措施。自然对流空气冷却式冷凝器是依靠空气在冷凝器被加热后自动上升的过程将冷凝器释放的热量带
13、走,不需要风机,节省了风机耗电,减少了风机噪声,但传热系数也比较低,一般为9-16 W/()9。强迫对流空气冷却式冷凝器一般用直径为100.7-161mm的铜管弯制成蛇形盘管,蛇形盘管错排。由于这种冷凝器的冷却介质是空气,所以换热管外的换热系数很小一般为35-81 W/(),而换热管内制冷剂冷凝时的换热系数为1163-2326 W/(),为了强化管外换热,在换热管外套有翅片,翅片是用0.2-0.6mm的铜片或铝片制成,翅片间距为1.8-4mm。强迫对流冷凝器迎风面风速为2-3m/s时,按全部表面积计算的传热系数为23-50 W/()。空气冷却式冷凝器不需要冷却水,特别适用于缺水或供水困难地区。
14、 经比较本次设计应选用板式冷凝器。1.3 蒸发器的选择蒸发器是制冷装置产生和输出冷量的重要部件,位于制冷系统节流阀和压缩机的吸气管之间。制冷剂液体在蒸发器的换热管内流动,并在低温下变为蒸汽,制冷剂在蒸发的过程中吸收被冷却物体或介质的热量。按被冷却的介质蒸发器可分为冷却液体载冷剂蒸发器和冷却空气的蒸发器10。1.3.1 冷却液体载冷剂蒸发器冷却液体载冷剂蒸发器主要有管壳式蒸发器,直立管式蒸发器,螺旋管式蒸发器和蛇形管式蒸发器。1)、卧式管壳式蒸发器 卧式管壳式蒸发器是用来冷却如水和盐水等载冷剂的蒸发器。制冷剂液体在蒸发器换热管外蒸发,载冷剂在换热管内流动。其外壳是用钢板做成的筒体,两端有管板,并
15、胀接或焊接许多换热管管束,换热管通常用无缝钢管或铜管,两端的端盖具有分水隔板11。载冷剂在换热管和端盖中要往返多次,其流程一般为4-8次进出口设置在同一个端盖上,并从端盖的下方进入,从端盖的上方流出,流速为1-2.5m/s。在运行时制冷剂在换热管外流动,载冷剂的液面应稳定在壳体直径的70%-80%,液面上只露出1-3排换热管,是制冷剂过热。卧式管壳式蒸发器采用氨制冷时,一般选用253mm或32mm的无缝钢管。换热器的平均传热温差为4-8,传热系数为582-756 W/(),一般来说蒸发器的传热系数比冷凝器的要小。2)、干式蒸发器干式蒸发器的结构和卧式管壳式蒸发器的结构相似,所不同的是在干式蒸发
16、器中制冷剂液体在换热管内流动,而载冷剂在换热管外流动。在这种蒸发器中制冷剂的充注量较少。干式蒸发器一般用直径为12-16铜管13,换热器的传热系数为532-580 W/()。优点是制冷剂充注量小,避免了换热管由于冻结而胀裂现象,可解决回抽问题。但是加工工艺比较复杂,换热管清洗比较困难。3)、沉浸式蒸发器沉浸式蒸发器又有直立管式,螺旋管式和蛇管式。 (1)直立管式 这种蒸发器通常只用在氨制冷装置中,其换热管是一排一排直立管排组成,材料是无缝钢管,热管管排装在一个铁箱子里,箱内充满载冷剂,制冷剂在换热管内吸收热量后蒸发,向上走被压缩机吸收。水箱中的载冷剂在搅拌器的作用下在箱内流动,流速一般为0.5
17、-0.7m/s,传热系数一般在520-580W/()。优点是传热性能好,由于大所以冻结的危险小。缺点是体积庞大,金属消耗大,由于载冷剂直接暴露于空气中,所以对金属的腐蚀性大14。(2)螺旋管式蒸发器 这种蒸发器的换热管采用单头螺旋盘管或双头螺旋盘管代替直立管管束,高度比直立管管束腰小一些,同时将卧室搅拌器改为立式搅拌器,在相同的传热面积下,它比直立管式蒸发器的体积小25%-40%。(3)蛇管式蒸发器蛇管式蒸发器主要用于小型氟利昂制冷装置中,其热管有一组或几组弯成的蛇形盘管组成,蒸发器沉浸在载冷剂中,氟利昂液体从蛇形管的上部进入换热管,经蒸发后变为蒸汽,然后从换热管的下部导出。载冷剂在搅拌器的作
18、用下在水箱中流动。由于载冷剂的流速比较小及蛇形管下部的传热面积没有充分的利用15,所以蛇形管蒸发器的传热系数比较小。4)、板式蒸发器板式蒸发器是近几年开始应用在制冷装置中的,其换热板是焊死不可拆的。板式蒸发器的换热板与换热板之间的周边放入一定形状的密封圈,使换热板之间保持一定距离,构成制冷剂与载冷剂的流道。但是,它的制冷剂的进出口和板式冷凝器不同。具有传热系数高、结构紧凑的优点。但是承受压力受一定限制,载冷剂流动阻力较大,清洗不方便。经比较,本次设计适合选用板式蒸发器。1.4 制冷剂1.4.1 制冷剂的选择原则1)、热力性质方面 (1)在工作温度范围内有合适的压力和压力比,即蒸发压力不要过低,
19、避免制冷系统的抵压部分出现负压,是外界空气渗入系统引起不良后果。冷凝压力不要过高,以免设备过分笨重。冷凝压力和蒸发压力之比不宜过大,以免压缩终了的温度过高或是压缩机的输气系数过低,同时压力比过大将造成级数增加。(2)通常希望单位质量制冷量和单位容积制冷量比较大。因为对于制冷量一定的装置,大可以减少制冷剂的循环量。大可减少压缩机的输气量,故可缩小压缩机的尺寸,这对大型制冷装置是有意义的。(3)比功和单位容积压缩功小,循环效率高。(4)等熵压缩的终了温度不太高,以免润滑条件恶化或制冷剂自身在高温下分解。2)、环境友好对大气环境无破坏作用,无温室效应。3)、传输性质方面(1)黏度、密度尽量小,这样可
20、以减少制冷剂在系统中的流动阻力。(2)导热率大,可以提高热交换设备的传热系数,减少传热面积,是系统结构紧凑。4)、物理化学方面(1)无毒、不易燃烧,不爆炸,使用安全。(2)化学稳定性和热稳定性好,制冷剂在循环中不变质,不与润滑油反应,不腐蚀制冷机构件。在压缩高温下不分解。5)、来源充足、制造工艺简单、价格便宜来源充足、制造工艺简单、价格便宜是其能够商业化的首要条件16。1.4.2 制冷剂介绍与选择目前使用的制冷剂已多达近百种,并正在不断发展增多。但用于食品工业和空调制冷的仅十多种。其中被广泛采用的只有以下几种:1)R717(氨,NH3)氨是目前使用最为广泛的一种中压中温制冷剂。氨的凝固温度为-
21、77.7,标准蒸发温度为33.3,在常温下冷凝压力一般为1.11.3MPa,即使当夏季冷却水温高达30时也不超过1.5MPa。氨的单位标准容积制冷量大约为520kcal/。氨有很好的吸水性,即使在低温下水也不会从氨液中析出而冻结,故系统内不会发生“冰塞”现象17。氨对钢铁不起腐蚀作用,但氨液中含有水分后,对铜及铜合金有腐蚀作用。氨作为制冷剂的优点是:易于获得、价格低廉、压力适中、单位制冷量大、放热系数高、几乎不溶解于油、流动阻力小,泄漏时易发现。其缺点是:有刺激性臭味、有毒、可以燃烧和爆炸,对铜及铜合金有腐蚀作用。2)R134a(四氟乙烷,CFC)是目前广泛使用的R12的替代制冷剂。它的许多特
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