家用空调毕业设计.docx

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家用空调毕业设计青岛理工大学热能与动力工程目录序言----------------------------------------------2第一章压缩机的选型计算--------------------------4第二章两器的设计计算----------------------------6第一节基本运行工况计算---------------------第二节冷凝器的设计计算---------------------6第三节蒸发器的设计计算---------------------11第三章系统制冷剂充注量的估算--------------------20第四章辅助设备选择------------------------------22第一节毛细管设计--------------------------第二节管路系统的设计----------------------第三节干燥过滤器选择----------------------总结----------------------------------------------41参考文献------------------------------------------43序言家用空调作为一个技术上较为成熟、各方面管理较为规范的行业，很早就参与国际知名品牌的市场竞争。

家用空调的主要优点：

①初投资少,与居民的实际购买力相适应。

②不需经常性的维修和保养。

家用空调器若正确安装后,一般可以使用三年左右,用户在此期间根本不需维修,平时也不需专门的保养。

近年来，随着市场竞争的白热化和消费者需求的多样化、个性化和环保化，促使生产企业及时转变观念、调整思路，积极寻求技术和产品的创新之处，最大限度地满足消费群体的多层次需求。

因此需要有创新思想的家用空调研发、设计人员。

在本次毕业设计中，课题为KFR-40/BP,通过家用空调器的设计，掌握了设计空调器的整个程序，培养了解决实际问题的能力和创新意识，不仅为企业提供详细的设计计算书，而且为今后从事空调器产品的研究、开发打下基础。

毕业设计是四年来的学习过程、尤其是专业课学习的系统总结。

通过毕业设计把所学的理论知识和实际技能有机的结合起来，加以运用和巩固，并培养学生综合运用所学的基础理论、基本知识和基本技能解决工程技术问题的能力，提高学生绘图、计算和查阅文献资料（包括有关标准、规范、手册、标准图和其他资料）的能力，进一步提高工程设计能力、科学研究能力。

第一章压缩机的选型计算压缩机在正常工作时，排气温度℃，蒸发温度℃,冷凝温度℃,出口温度46℃。

查图得：

；；；压缩机制冷能力:

80%----工程经验值。

流量:

压缩机转速为2900rpm,所以排气量V：

V=29.72cm3/rev由于压缩机的性能参数是在高温工况下测试的，而在实际运行中，冷凝温度一般在50℃左右，较测试值低，因此可选择小于计算值的排气量。

为使压缩机充分发挥制冷能力以及高效率、长期运行，根据压缩机能力和排气量，选取型号为2K34C225CUA的松下压缩机。

其主要性能参数如下：

产品型号2K34C25CUA电源形式单相产品规格3.5HP制冷量W5720吸气容积/rev48额定输入功率1.91额定工作电流A7.99性能系数COP值W/W2.995声功率级噪音值dB（A）≤68工作电压范围V0-220V制冷剂R22冷却方式自然空冷连接管外径吸气mmΦ22排气mmΦ12.7电动机种类三相感应电动机极数2绝缘等级F启动方式直接绕阻连接Y堵转电流A40.2电源220-240V50HZ从上表可以看出，现选用的压缩机其能力比设计所需（5000W）高出了近700W。

究其原因，是因为压缩机的制冷能力受其运行中温度、压力、以及压缩机的冷却方式所左右。

而压缩机的设计能力是在蒸发器和冷凝器为无限大（或蒸发器和冷凝器浸泡在水里，用水冷却），以保证其恒定的试验工况的前提下得出的，而实际应用时一般的壁挂式空调器其蒸发器和冷凝器不可能做得很大，而且当铝铂的材料或生产厂家的生产工艺不一致时会造成换热效果的不一致，即相当于压缩机的工况不能保持恒定，从而影响压缩机的制冷能力。

再者，设计装置时，需要一定的设计裕度，既所需压缩机的能力要比所需大10%----20%，这样当热负荷发生剧烈变化时，装置也能够满足要求。

另外，一般在装置的设计时，两器的换热面积都应比设计计算时有一定的裕度，但出于成本的考虑，对于在相同的设计裕度的情况下，两器所增加的成本就会很大，而压缩机的成本几乎不变，故将两器的设计裕度的一部分也分落到压缩机上，这样就会使机组的成本大大降低，而同时又可保证装置的能力。

虽然这样压缩机的功率会有一点点的增大，但只要匹配得好，其能效比仍能达到或超出国际的要求。

第2章蒸发器和冷凝器的选择空气循环系统在制冷时，蒸发器在进口处空气温度ta1=27℃，湿球温度ts1=19.5℃，蒸发温度t0=5℃，在出口处空气温度ta2=15.1℃，湿球温度ts2=13.5℃；冷凝器在进口处在进口处空气温度Ta1=35℃，出口处空气温度Ta2=44.8℃，冷凝温度tk=50℃。

空气循环系统制热时，冷凝器进口处的温度ta1=21℃，出口温度ta2=37℃；蒸发器进口处空气的温度Ta1=7℃，湿球温度Ts1=6℃，出口空气干球温度Ta2=4℃，湿球温度Ts2=3.7℃。

2.1基本运行工况计算2.1.1制冷系统的制冷运行循环计算已知所需制冷量。

1.单位质量制冷剂制冷量=408—258=150kJ/kg2.单位体积制冷剂制冷量3.制冷剂质量循环量4.制冷剂体积循环量压缩机气缸容量=29.72cm3/r压缩机排气量5.单位质量制冷剂移热量6.冷凝器的移热量Qk7.压缩机轴功率Ne此时压缩机总效率为0.78.毛细管尺寸初选毛细管内径d=1.6mm毛细管流量L=0.53m，初选毛细管长0.53。

2.1.2制冷系统的制热运行循环计算已知制热量1.制热制冷剂质量循环量2.制冷剂体积循环量3.蒸发器的制冷量4.制热时压缩机轴功率N此时压缩机总效率5.毛细管尺寸初选毛细管内径d=1.6mm毛细管流量L=0.92m初选毛细管长0.92m2.2蒸发器的确定蒸发器基管是Do=Φ7×0.35mm的内螺纹紫铜管，近似正三角形错列排列，前后管中心距S1=13mm，上下管中心距S2=20.5mm，翅片厚为mm，翅片间距S=1.6mm，管路数n=2。

基管复合外径D1m长基管外表面面积1m长基管翅片面积1m长基管外表面面积1m长基管内壁表面积肋化系数换热器迎面风速=3m/s2.2.1制冷运行时

（1）室内换热器的空气循环量空气循环设计工况，进口干球温度,进风湿球温度；出风干球温度，出风湿球温度。

根据空气焓熵图查出：

，；，。

机器露点L的参数为：

，，空气在蒸发器中的平均比焓由，在焓湿图中找出与热湿比线的交点m，查出m点的各参数：

，。

析湿系数，空气循环量的确定：

取空气的密度

（2）室内换热器空气侧的相当放热系数空气在平均温度时的运动粘度，导热系数肋片高当量直径最窄面风速雷诺数空气侧的放热系数按结露形式析出水蒸气，则空气侧相当放热系数（3）肋片管效率肋片的导热系数。

肋片形状参数按正三角形排列的管束，其L/B=1，肋片当量高度肋片效率肋片管效率（4）R22在管内沸腾时的放热系数取R22在管入口流速，出口处干度x=1.0，。

（5）室内换热器的传热系数管内污垢热阻，R22的流动阻力因很小而忽略，铜管的导热系数很大且管壁极薄，其热阻也忽略不计。

（6）室内换热器制冷运行时所需的面积换热温差（7）蒸发器管长及外形尺寸换热管总长若每排为19根，共计38根换热管，则换热器直线长=（m）蒸发器宽为蒸发器高为蒸发器深为（8）风量及风机的选择蒸发器所需风量一般按每KW冷量取的风量，故蒸发器风量为近年在分体壁挂机的室内机的设计中，风机的选择是一个重要的问题，因为风量与风轮的直径的三次方成正比、与风机的转速（也就是风轮的转速）成正比而室内机的噪音又与转速成正比，所以在保证俸禄的前提下贯流风机的选择必须从以下几个方面来考虑：

a、室内机的形状尺寸的大小、蒸发器的大小b、所匹配电机的转速c、对不同型号（功率）的机组其噪音指标由企业标准来确定（企业标准必须小于国家标准）查《小型制冷装置设计指导》，选择型贯流式通风机，该风机的风量，全压，转速。

（9）空气侧流动阻力凝露工况下，气体横向流过整套管束时的阻力可按下式计算对于粗糙的翅片表面，当量直径沿气流方向蒸发器长，空气密度，凝露工况下取，则所以，选择的型贯流式通风机能满足压头要求。

2.2.2制热运行时制热运行时，室内换热器结构仍按制冷运行时确定的尺寸，此时进风温度，出风温度。

（1）室内换热器的空气循环量此时空气的比热容,密度。

，。

（2）室内换热器制热时传热系数的确定空气经换热器时平均温度，此时空气的运动粘度，导热系数，迎面风速。

窄面最大风速，肋片当量直径，。

空气侧的放热系数为：

正三角形错排管束取C=0.45，普朗特数。

管平均面积R22液体在时，,，潜热，动力粘度。

R22在水平管内凝结，C=0.555根据管内与管外的热平衡得：

不考虑油膜热阻，管外污垢（3）室内换热器制热运行时所需的面积。

（可以）。

2.3冷凝器的确定室外热交换器的结构如图所示。

基管的,近似正三角形错形排列，前后管中心距，上下管中心距，翅片厚，翅片间距，管路数。

基管复合外径D：

1m长基管外表面积:

1m基管长翅片面积1m长基管总外表面积：

1m长基管内壁表面积肋片系数：

换热器迎风面风速2.3.1制冷运行时

（1）室外换热器的空气循环量空气循环设计工况：

进风温度，出风温度，空气的比热容，密度。

（2）室外换热器制冷时传热系数的确定经换热器时空气平均温度，此时空气，最窄面风速肋片高肋片当量直径空气侧的放热系数为:

正三角形错排管束取C=0.45，普朗特数管平均面积R22在时：

，，R22在水平管内凝结，C=0.555。

根据管内与管外的热平衡得：

，不考虑油膜热阻，管外污垢（3）室外换热器制冷运行时所需的面积所需换热管总长换热器每排20根，分两排，总40根。

则换热器直线长冷凝器宽为高为深为（4）风量及风机的选择冷凝器所需风量查《小型制冷装置设计指导》表7-37现选轴流式风机400FZL-01，该机风量，风压H=150，功率P=120W,转速。

（5）空气侧流动阻力干工况下，气体横向流过叉排管簇时的阻力可按下式计算所以所选风机能满足压头要求。

2.3.2制热运行时

（1）室外换热器的空气循环量V室外换热器设计工况如图2-65所示。

进风干球温度t=7,进风湿球温度t,出风干球温度出风湿球温度。

从中查出：

，；，机器露点L的参数为：

空气在冷凝器中的比焓（此时冷凝器做蒸发器用）：

由在图2-66中找出与热湿比线的交点点的各参数：

析湿系数：

空气循环量的确定：

（2）室外换热器空气侧的相当放热系数空气在平均温度时的运动粘度导热系数最窄面风速肋片高，肋片当量直径空气侧放热系数为：

=0.205按结露形式析出水蒸气，则空气侧相当放热系数（3）肋片管效率肋片的导热系数=236w/（mC）肋片形状参数m=按正三角形排列的管束，其L/B=1，P=1.27肋片当量高度肋片效率肋片效率（4）R在管内沸腾时的放热系数取R在管入口流速W=0.13m/s,出口干度x=1.0（5）室外换热器的传热系数K管内污垢热阻R=0.008，其他如R流动阻力、管壁热阻等忽略不计。

K=[]=[]=30W/（m）（6）室外换热器制热运行时所需面积A换热温差换热管总长L换热器直线长=结论：

室内换热器面积A=6.32（m）室外换热器面积A室内风循环量V室外风循环量V注：

蒸发器和风机参数如下：

冷凝器、蒸发器具体参数表冷凝器蒸发器管道材料紫铜管紫铜管规格（mm×mm）φ9.52×0.5Φ7×0.35外套铝片厚度（mm）0.150.15铝片形式百叶窗波纹片翅片节距（mm）1.61.75沿气流方向排数33垂直气流方向排数1713纵向管间距离（mm）2520.5横向管间距离（mm）18.7513管簇排列形式顺排正三角形叉排实际尺寸（mm×mm×mm）721×425×56.25676×266.5×39风机、风叶参数表室外侧室内侧风机形式轴流风机离心风机电机型号400FZL-01DF2A极数64转速rpm1400750输入（输出）功率w12080电源380V50HZ220~240V50HZ风机电容10μF450V25μF450V风轮（叶）规格mm×mmφ566×167172×192风轮数（叶片数）（4）2第三章系统制冷剂充注量的估算对于小型空调器而言，由于没有储液器，故系统内制冷剂的充注量对制冷机的经济、安全运行起着重要的作用。

充注量过少，蒸发器只有部分得到润湿，蒸发器面积不能得到充分利用，蒸发量下降，吸气压力降低，蒸发温度降低，蒸发器出口制冷剂过热度增加，这不仅使循环的制冷量下降，而且还会使压缩机的排气温度升高，影响压缩机的使用寿命。

充注量过多，不仅蒸发器内积液过多，致使蒸发器压力升高，传热温差减小，严重时甚至会产生压缩机的液击现象，而且会使冷凝器内冷凝后的冷凝液体不能及时排出，使冷凝器的有效面积减小，导致冷凝压力升高，压缩机耗功增加。

由此可知，在一定工况下，系统内存在一个最佳充注量的问题。

系统中制冷机的充注量不等于制冷剂的循环量，它应根据系统的容积大小、制冷剂在系统各处的状态、干度风分别加以计算。

据有关资料介绍，对制冷剂为R22、小型空冷式空调器而言，系统的制冷剂充注量可用下式估算：

G=0.5334VH+0.2247VK式中：

G----系统制冷剂充注量，kg；VH----蒸发器容积，L；VK----冷凝器容积，L。

本设计中，由前面计算可知，蒸发器的传热管总长为32.3m，冷凝器的传热管总长为38m，相应的容积为：

VH=×di2×LH=π/4×0.0072×26.34×103L=1.014LVK=×di2×LH=π/4×0.009522×36.77×103L=2.616L按上式可估算出该系统的制冷剂充注量为：

G=0.5334×1.014+0.2247×2.616=1.13kg应该指出，充注量对系统性能的影响因素是多方面的，也与毛细管的长度有关，在毛细管长度一定的情况下，存在一个最佳充注量，它与确定毛细管尺寸的情况类似，也应该通过在实际装置中运行试验后确定。

第四章辅助设备选择4.1毛细管设计4.1.1设计参数制冷剂：

R22冷凝压力：

pk=2.146MPa（℃）；蒸发压力：

p0=0.625MPa（t0=5℃）；节流阀前的温度：

t4=46.1℃；制冷剂循环量：

qml=96kg/h蒸发器分路数：

Z=24.1.2毛细管尺寸估算制冷剂在毛细管内的两相流动过程十分复杂，难以精确计算。

用图解法选出的毛细管尺寸都要经过在实际装置中的运行试验，经修正后才能获得最佳尺寸。

为了简化计算，假定由冷凝器出口至毛细管进口前的总流动阻力损失相当于饱和温度降低了1.5℃，因此进入毛细管时液体制冷剂的过冷度为△t=（50-46-1.5）=2.5℃由pk、△t值查毛细管进口与流量的关系图的标准毛细管的流通量qm=43kg/h.流量系数：

=qm1/（Z·qm）=96/（2×43）=1.11查图毛细管相对流量与内径di及长度：

（=L/di）的关系，选毛细管的内径di=1.2mm,毛细管长L=1.4m,共两根。

4.2管路系统制冷管路的设计应合理选择管材、管径，尽量缩短管线长度，以减少管路阻力损失，并防止制冷剂产生“闪气”现象。

中、小型空调器多采用为制冷剂，因此管材多采用紫铜管，为减轻重量和降低成本，又多选用薄壁铜管（）。

如果管径较大（d25mm），亦可采用无缝钢管。

在确定管径时，主要是根据管道总压力损失的许可值。

对吸气管道而言，总的允许压力损失约10-20,相当于制冷剂的饱和温度降低1；对排气管道而言，总的允许压力损失约15-40，相当于制冷剂的饱和温度升高1-2;冷凝器至节流机构之间的液体连接管路总压力损失应小于20。

在系统的制冷剂流量计工况已确定的情况下，压力损失决定于管内制冷剂的流速。

空调器中制冷剂的允许流速见《小型制冷装置设计指导》表7-40。

对于上升的吸气管，考虑到回油问题，制冷剂的流速一般应不低于8。

管道的压力损失可按下式进行计算：

式中———总压力损失，单位为；———总沿程摩擦阻力损失，单位为；———总局不阻力损失，单位为；———气流密度，单位为kg；———流体速度，单位为；———沿程阻力系数；———局部阻力系数；———管道内径，单位为m；———管长，单位为m。

其中，、的具体数值可查阅有关手册。

为了减少计算上的麻烦，也可根据已知条件（冷凝温度、蒸发温度、制冷量、管道当量长度、允许压力损失和制冷剂类型）直接从有关图表中查出管道内径和管内制冷剂流速。

常用紫铜管的规格见《小型制冷装置设计指导》7-41.制冷剂管道管径的配置也可根据各设备的进、出口口径的大小适当选配。

4.3干燥过滤器选择干燥器只用于氟利昂制冷系统中，装在节流机构的液体管路上，用来吸附制冷剂中所含有的水分。

干燥剂一般采用硅胶或分子筛。

制冷剂液体在干燥器内的流速为0.013—0.33m/s，流速过大易使干燥剂粉碎，将过滤器堵塞或将粉末带入系统。

这一流速范围将作为选择干燥器直径大小的依据。

在小型氟利昂制冷装置中，通常将过滤器与干燥器合为一体，成为干燥过滤器。

为防止吸附剂粉末进入管路系统，干燥过滤器的两端均装有网眼为0.1mm的铜丝网以及纱布、脱脂棉等过滤层。

吸附剂吸附水分的能力是有限的，当吸附水分后，它的吸附能力随之降低，甚至丧失吸附水分的能力，因此在系统中往往与干燥过滤器平行设置旁通管路，并用截止阀隔开，以便在吸附剂的吸附能力明显下降（系统中发生冰堵现象）或过滤器被堵塞（系统中发生脏堵现象）时能将干燥过滤器拆下清洗，加热再生吸附剂或更换新的吸附剂，而又不影响制冷系统的正常工作。

干燥过滤器结构简单，一般制造厂都成套配给，可根据管直径选用。

所以，根据《小型制冷装置设计指导（吴业正）》表7-42选择空调用过滤器总结一.本次设计的风管机为热泵型空调机组，由于制热与制冷基本相同，两器设计原理也与制冷时一样，因此在此次设计中，只把制冷时的两器设计做为重点，制热各测试值通过实验进行校核，最后通过变毛细管的长度来调节制热量，实验过程中，两器各管路温度分布比较均匀，效果理想，热泵制热量也达到额定值，符合国家标准。

二.压缩机选型时，实际能力值比理论值大17%，这是出于下面两方面考虑：

1：

保证系统运行性能，使系统能够适应工作环境的较大变化。

2：

对于提高相同制冷量时，增大压缩机能力所增加的成本要低于增大两器换热面积所增加的成本。

三.为了保证蒸发效果，蒸发器面积比设计值大13%；由于压缩机能力有较大充裕度，因此实际中冷凝器迎风面积则小于设计值的30%。

四.现在的设计指导书上所推荐的迎面风速为2.5～3.5m/s。

根据现行空调厂家的匹配经验，这个风速在现在翅片间距为1.5～1.7mm这么小的情况下是达不到的。

所以计算中是按照实际经验值选取的，书上的推荐值只能作为参考。

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特长及兴趣爱好除了有专业的英语方面知识外，我在校生活部工作一年,在系宣传部和秘书处各工作一年。

为全面发展，大三上学期，我加入系文学社，参于了我系《心韵》杂志的创刊和编辑工作。

在这些活动中锻炼了我的领导和团队协作能力，学会了更好的与人相处，这些在我以后的工作中一定会有很大的帮助。

计算机能力能熟悉使用Office工具以及Photoshop、Flash等软件。

获国家计算机二级等级资格证书。

外语水平通过英语专业四级考试，能熟练进行听说读写译。

奖励情况：

2007-2008优秀学生会干部2008／07师生合唱比赛一等奖普通