制冷机器设备的选型计算.docx

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制冷机器设备的选型计算

制冷机器设备的选型计算

计算出制冷系统的冷却设备负荷和机械负荷并根据需要选出制冷压缩机、冷凝器、冷却设备、节流阀以及必要的辅助设备（中间冷却器、高压贮液器、油氨分离器、气液分离器、低压循环桶等）,是本章要讨论的主要问题。

第一节制冷活塞式压缩机的选型计⑴

制冷压缩机的选择是否合理,对于制冷装置的建造费用、运行的经济性以及运行调节的灵活性都有很大的影响。

因此,必须科学合理的确定制冷压缩机的容量和数量。

一、制冷压缩机选型的一般原则

1、压缩机选型应满足冷库生产旺季高峰冷负荷的要求，应根据各蒸发温度的机器负荷分别选定,以满足冷库各种不同蒸发温度的机械负荷的要求。

2、单机容量和台数的确定。

应按利于节能的原则来选用。

压缩机用机总台数不宜少于2台，便于能量调节和使用；否则相反。

对于生活服务性小冷库,也可选用1台。

3、不同的蒸发系统配备的压缩机,应考虑各系统之间的相互替代,尽可能采用相同系列的压缩机,便于控制、管理及零配件互换。

4、压缩机带有能量调节装置的,可以对单机制冷量作较大幅度的调节。

5、选用活塞式氨压缩机时,当冷凝压力与蒸发压力之比大于8时,应采用双级压缩形式。

当冷凝压力与蒸发压力之比小于或等于8时,应采用单级压缩形式。

6、制冷压缩机的工作条件,不得超过制造厂家规定的压缩机使用条件。

二、制冷压缩机的选型计算

1、确定工作参数

①蒸发温度

一般采用比载冷剂温度低5℃,比冷间温度低10℃。

目前,为减少干耗,有降低温差的趋势。

②冷凝温度

冷凝温度主要取决于冷凝器的型式、冷却方式和冷却介质的温度,以及制冷压缩机允许的排气温度和压力。

立式、卧式、淋浇式和组合式冷凝器的冷凝温度较冷却水出水温度高4℃~6℃;

③中间冷却温度

中间冷却温度是由中间压力所决定的。

④吸气温度

吸气温度高低随冷却设备至压缩机吸入管道的长短和环境温度的高低以及蒸发温度的高低而不同，其影响压缩机排气温度的高低。

⑤过冷温度

制冷剂过冷对于提高系统的单位制冷量有重要意义。

中间冷却器蛇形管出液温度比中间冷却温度高5℃-7℃。

⑥排气温度

压缩机排气温度的高低直接影响压缩机的工作条件和系统运行效率。

压力比越大,吸气过热度越大,则排气温度就越高。

排气温度还与压缩机的性能和操作有关,且与运行工况的变化有直接关系。

通常氨压缩机排气温度应<150℃,正常运行时一般在100℃-130℃°之间。

2、活塞式压缩机选型计算的一般步骤是:

①汇总各蒸发系统的机械负荷。

②确定工作参数和性能参数。

③将设计工况下的机械负荷换算成名义工况下的制冷量或计算出所需的理论输气量。

④根据压缩机厂家提供的技术参数和性能,结合选机原则,最后确定压缩机的型号、台数

下面介绍压缩机选型计算的具体方法。

A、单级压缩机的选型计算

1）依据压缩机的理论输气量选型

a、单级活塞式压缩机制冷循环在压烙图上的表示。

b、利用压缩机理论输气量公式选配压缩机时,压缩机制冷量应和计算所得的机械负荷φj相匹配

V=3.6·φj·υ2/（h2–h5）·λ

=3.6·φj/λ·qr

c、求得理论输气量后,从产品样本选取压缩机的型号和台数。

2）根据压缩机的标准工况下制冷量选型

压缩机的制冷量随工况的变化而不同,步骤为：

①将已知设计工况下的机器负荷换算为标准工况下的机器负荷,

②根据标准工况下的机器负荷，从产品样本中选择合适的压缩机型号并确定台数。

根据压缩机在不同工况下工作时,其理论排气量Vp等于定值的条件,有

φc标=（λq标qr标/λqqr）φj（4-2）

式中:

φc标一压缩机在标准工况下的制冷量（W）;φj一压缩机在设计工况下的机器负荷（W）;qr标、qr一分别为标准工况下与设计工况下的氨单位容积制冷量（K）/m3）,见表

λq标、λq分别为在标准工况下和设计工况下压缩机的输气系数,见表。

需要说明，常用的压缩机输气系数值一般按制造厂给定值选用。

例1已知某氨制冷系统,蒸发温度为-10°C,冷凝温度为35°C,机械负荷φj=300000W,试对制冷压缩机进行选型计算。

解

（1）理论输气量法

1）确定设计工况下的qr和A值。

根据蒸发且度tz=-10°C,冷凝温度t1=35°C,查表4-3和图4-4分别得qr=2588.2kJ/m3,λ=0.75。

2）将已知数据代入式（4-1）,得

v=3.6φj/qr×λ

=[3.6×300000/（0.75×2588.2）]m3/h

=556.37m3/h

3）确定压缩机的型号和台数。

由表4-7查出,一台4AVl2.5型制冷压缩机的理论输气量为283.00m3/h,结合选机原则,选两台4AVl2.5型制冷

压缩机可满足需要,即

v=2×283.00m3/h=566m3/h

第一节制冷活塞式压缩机的选型计⑵

.双级压缩机的选型计算

一、配组双级压缩机的选型计算

配组双级压缩机的选型计算原则：

以中间冷却温度作为低压级的冷凝温度,对低压级制冷压缩机进行选型计算,实际上是采用了单级压缩机的选型计算过程；低压级压缩机确定后再根据高、低压机的理论输气量之比,确定高压级压缩机。

其步骤为:

1）确定高、低压机理论输气量之比ζ。

目前我国通常采用的ζ=0.5-0.33（即1/2～1/3）；

2）根据tz、tl和ζ,查图4-2确定中间冷却温度tzj；

3）根据中间冷却温度,确定过冷温度,一般采用比中间冷却温度高3-5°C;

4）根据蒸发温度和中间冷却温度,查表4-9确定低压级压缩机的输气系数λ,或根据产品样本确定。

5）根据蒸发温度和过冷温度,查表4-10确定低压级压缩机单位容积制冷量；

6）计算出低压级压缩机所需的理论输气量（公式3-3-5）；

7）根据计算出的低压级压缩机理论输气量和压缩机的选型原则,从单级压缩机产品样本中确定低压级压缩机的型号和台数;

8）根据选定的高低压机理论输气量之比ζ=Vg/Vd，确定高压级压缩机的理论输气量,再从制冷压缩机的产品样本中确定高压级压缩机的型号和台数。

氟利昂双级压缩制冷系统压缩机的选型也可参照氨压缩机的选型方法。

例4-2氨制冷系统蒸发温度tztz=-33°C,冷凝温度tlt1=30°C,采用配组双级压缩,取ζ=1/3,机械负荷。

Φj=90000W,试进行压缩机选型。

解1）根据tz=-33°C,t1=30°C和ζ=1/3,查图4-2得中间冷却温度与=-3.4°C。

2）根据中间冷却温度,确定过冷温度tg=（-3.4+4）°C=0.6°C;

3）根据蒸发温度tz=-33°C和中间冷却温度tzj=-3.4°C,查表4-9得低压级压缩机的输气系数λ=0.77;

4）根据蒸发温度tz=-33°C和过冷温度tg=0.6°C,查表4-10得低压级压缩机单位容积制冷量qr=1011kJ/m3;

5）计算低压级压缩机的理论输气量:

Vd=3.6×Φj/λ×qr=（3.6×90000/0.77×1011）=416.2m3/h

6）选择低压级压缩机。

根据计算出的低压级压缩机理论输气量,从压缩机产品样本中选出6AW-12.5压缩机一台作为低压级压缩机,其理论输气量Vd=424.5m3/h,可满足要求。

7）选择高压级压缩机。

根据选定的高低压级压缩机理论输气量之比ζ=1/3、Vd=424.5m3/h,得

Vg=VdVd/3=424.5/3=141.5m3/h从压缩机产品样本中选出2AV-12.5型压缩机一台作为高压级压缩机,其理论输气量V=141.5m3/h

8）核对理论输气量比

ζ=Vg/Vd=141.5/424.5=1/3

实际选配1台6AW-12.5压缩机作低压级压缩机,1台2AV-12.5压缩机作高压级压缩机,形成一组配组双级机。

二、单机双级制冷压缩机的选型计算

国产的单机双级制冷压缩机的理论输气量的比值是一定的,其工作温度范围蒸发温度在-25～-50°C之间,冷凝温度在30～40°C之间。

在实际中设计工况虽然不一定与标准工况完全相同,只要不超过其适用范围，选型时可参照工况条件近似选型。

根据负荷和设计工况,可从压缩机性能曲线中查出压缩机在设计工况下的制冷量,确定压缩机的型号和台数。

例3某氨制冷系统有2间相同的冻结间组成,蒸发温度tz=-33°C,冷凝温度tl=35°C,机械负荷φj=120kW,试根据选型原则,利用性能曲线选择单机双级压缩机的型号和台数。

解1）首先根据tz=-33°C、tl=35°C,从压缩机性能曲线图4-15-2中查出机器在设计工况下的制冷量。

即:

s612.5压缩机,制设计工况下的冷量为61kW;

2）确定制冷压缩机的型号和台数。

因系统机械负荷φj=120kW，故选用s612.5压缩机2台;核算总制冷量为61×　2=122＞120kW,1间配1台；其机器制冷量能满足系统机器负荷要求。

第一节制冷活塞式压缩机的选型计⑶

三、压缩机电机功率的选配和校核计算

1）电机功率的选配

压缩机的轴功率是随工况而变的,故所需电动机功率大小决定于使用工况。

为了使所配电动机不仅能在使用工况下具有较高的效率,又能使压缩机通过最大功率工况,选配压缩机电动机时,应综合考虑压缩机的大小、压缩机有元卸载装置、使用工况及运行要求等情况,合理地确定压缩机轴功率。

我国生产的压缩机配用电动机功率,在旧标准中单级压缩机是按"标准工况"和"最大轴功率工况"来选配的,单机双级压缩机是按tz=-35°,tl=35°C的工况来选配的。

这种匹配,实际适应性较差,易造成电动机负荷效率偏低而浪费电能的现象。

在新标准中,单级压缩机的电动机功率是按高温、中温、低温三种工况匹配的,单机双级机是按-25°C/40°C、-35°C/35°C、一45°C/40°C三种工况来匹配的。

这样,可尽量选用与实际工况相接近的压缩机,大大减少了电动机功率与实际需要不相匹配的情况,从而提高了电动机的运行效率。

2）电动机功率的校核计算

在实际使用中,为了节约用电,降低制冷成本,有时还对配置的电动机功率进行校核,以防止出现"大马拉小车"或超载运行。

校核计算方法如下:

A、压缩机所需轴功率计算

a、理论功率PL

PL=qrn·（h3–h2）/3600（4-3）

式中,qrn为通过压缩机的氨循环量（kg/h）;h2、h3为压缩机吸入口、排出口气体的比焓（kJ/kg）;PL为理论功率（kW）。

b）指示功率Ps

Ps=PL/ηs（4-4）

式中,ηs为压缩机指示效率,ηs=Tz/Tl+btz;；Tz是蒸发温度（K）;Tl是冷凝温度（K）;b为系数,立式氨压缩机取0.001,卧式氨压缩机取0.002,立式氟利昂压缩机取0.0025。

c）摩擦功率Pm

Pm=Fm·Vp/3600（4-5）

式中,Fm为摩擦压力（kPa）,立式氨压缩机取50～80kPa;V为压缩机理论输气量（m3/h）。

d）压缩机轴功率Pz

Pz=（Ps+Pm）/ηq（4-6）

式中,ηq为驱动效率,直接驱动取1,V带驱动取0.97～0.98,平带驱动取0.96。

B、压缩机需配用的电动机功率的确定

P=n·Pz（4-7）

式中,n为附加系数,取1.10～1.150

在进行校核计算时,应按压缩机在实际工作时可能出现的最大功率对应的工况进行校核计算。

注意：

①对于经常在较低蒸发温度下工作的压缩机,又有卸载等措施时,可按正常工作时的工况校核。

②对于配组式双级压缩机的低压级压缩机，低压级压缩机的轴功率应以双级压缩机运行平衡时的负荷加倍计算出指示功率,再附加摩擦功率,即Pz=（2Ps+Pm）/ηq。

主要考虑到压缩机起动时蒸发压力和中间压力较高,所需的功率较大,制冷机在运行中要通过最大功率工况（这里指的是中间压力和蒸发压力比等于3时）。

③对于单机双级氨压缩机的电动机功率校核计算,应将高、低压级两部分的轴功率相加之后,再确定电动机功率。

例5（书）

第二节冷凝器的选型计算

一、冷凝器选型的一般原则

冷凝器的选型取决于建库地区的水温、水质、水量及气候条件,也与机房的布置要求有关。

一般根据下列原则来选择:

1）立式冷凝器适用于水源丰富、水质较差、水温较高的地区。

2）卧式冷凝器适用于水量充足、水温较低、水质较好的地区。

广泛应用于中、小型氨和氟利昂系统中。

3）淋浇式冷凝器适用于空气湿球温度较低、水源不足或水质较差的地区。

4）蒸发式冷凝器适用于缺水地区,当水质较差时,须进行处理。

从设备费和维修费用看,蒸发式冷凝器最高。

对大、中型制冷装置,蒸发式冷凝器同立式或卧式冷凝器与冷却塔的组合形式相比,建设初投资不相上下,但运行时节水节能。

美国冷库制冷装置中主要使用蒸发式冷凝器。

5）空气冷却式冷凝器适用于水源、比较紧张的地区、冷藏车及冷藏集装箱等移动式制冷装置和小型氟利昂制冷系统。

在氨制冷系统中一般不采用。

此外,在满足系统要求的系统下,还要考虑换热效率、维护方便、设备初投资等因素。

二、冷凝器的选型计算

冷凝器应根据所选的压缩机进行配套选型计算。

计算内容有冷凝器热负荷计算、冷却面积计算以及冷却水循环量的计算。

1、冷凝器的热负荷计算

冷凝器热负荷是将高压高温制冷剂气体在冷凝器中液化所需取走的热量。

关系如下：

Φl=G·Δh/3.6（W）

G一一氨循环量（对于双级压缩机为高压级氨循环量）（kg/h）;Δh——氨进出冷凝器的焓差（KJ/kg）。

冷凝负荷也可采用下面简便方法计算确

①单级压缩机

Φl=Φd·ζl（W）.

Φl一一冷凝器负荷（W）;Φd一一单级压缩机制冷量（W）;ζl一一单级压缩机冷凝负荷系数。

按绝热过程计算的氨单级压缩机在不同工况下的冷凝负荷系数见图。

②双级压缩机

Φl=Vdp·φl/3.6（W）

Vdp一一低压级压缩机理论排气量（m3/h）;φl一一低压级压缩机单位理论排气量的冷凝器负荷（KJ/m3）。

双级压缩机在不同工况下,低压级压缩机单位理论排气量的冷凝负荷的值见图

2、冷凝器冷却面积的计算

冷凝器冷却面积可按下式计算

A=Φl/（K·Δtd）=Φl/qA

式中,A为冷凝器冷却面积（m2）;φl为冷凝器负荷（W）;K为冷凝器传热系数[W/（m2·℃）];Δtd为对数平均温度差（℃）。

qA为冷凝器单位面积热负荷（W/m2）见表;

三、计算冷却水用量

冷却水用量直接影响冷凝器的运行效果和系统运行费用

V水=3.6·φl（1000·c·Δt）V水=A·Vm式中,V水一一冷却水用量（m3/h）;

φl一一冷凝器负荷（w）;

C一一水的比热容,c=4.1868（KJ/kg·℃）;

Δt一一冷却水进出温差（℃）,见表;

A一一冷凝器面积（m2）;Vm一一冷凝器单位面积用水量（m3/m2.h）,见表

淋浇式冷凝器和蒸发式冷凝器采用循环水,新鲜用水量为:

淋浇式冷凝器是冷凝器用水量的10%-12%,蒸发式冷凝器是冷凝器用水量的5%-10%。

蒸发式冷凝器的通风量按下式计算:

V风=A（300～340）m3/h

式中,（300～340）为单位面积通风量（m3/m2.h）

烟台冷冻机厂生产的立式冷凝器的技术数据见表

例题7已知氨单级压缩制冷系统的机器总负荷Φj=768000W,蒸发温度tz=-15℃,压缩机吸气温度tx=-10℃,冷凝温度tl=30℃,试对立式冷凝器进行选型计算。

解：

1计算冷凝器热负荷

①确定工作参数,根据冷凝温度,蒸发温度和吸气温度,作出制冷循环的压熔图,并查出有关参数值：

h1/=1743.5KJ/Kg、h2=1990KJ/Kg、h4=h5=639.01KJ/Kg

②计算制冷剂循环量

G=3.6·Φj/（h1/-h5）=3.6×768000/（1743.51–639.01）=2503.21Kg/h

③计算冷凝器热负荷。

根据公式（4–10）:

Φl=G·Δh/3.6=G（h2-h4）/3.6=2503.21×（1900–639.01）/3.6

=876813.32W

2.计算冷凝器冷却面积,确定型号、台数

①确定qA值,采用立式凝器,从表中查得qA=3000W/m2

②计算冷凝器面积。

据公式（4-11）:

A=Φl/qA=876813.32/3000=292.27m2

根据表（3-13）,选两台LNA-160型立式冷凝器,总冷却面积A=160x2=320m2,满足需要。

3.计算用水量

①确定有关数据:

用淡水取C=4.1868KJ/kg·℃,Δt=2℃

②计算水用量:

将有关数据代人公式（3-16）

V水=3.6·φl（1000·c·Δt）=3.6×876813.32/（1000×4.1868×2）

=376.96（吨/小时）

第三节中间冷却器的选型计算⑴

中间冷却器用于双级压缩制冷系统,其功用是：

降低低压机的排气温度、分离低压机排气中所夹带的润滑油及使其冷却蛇形盘管内的制冷剂过冷。

措施是：

一要控制中间冷却器内制冷剂的流速,使低压机的排气在中间冷却器中得到完全冷却,成为饱和蒸汽,分离制冷剂中夹带的润滑油；二使中冷盘管有足够的冷却面积,保证制冷剂在节流阀前的过冷度,提高冷剂单位重量制冷量。

中间冷却器的选型计算内容:

中间冷却器桶径和盘管冷却面积。

一、中间冷却器直径计算

中间冷却器直径计算公式如下:

D=（4λVp/3600πω）1/2

=0.0188（λVp/ω）1/2m

式中,λ一氨压缩机高压机的输气系数,应按产品规定取值,或从表中取值;

Vdp一一氨压缩机高压机的理论吸气量（m3/h）;

ω一一中间冷却器内的气体制冷剂的流速,一般宜取0.5m/s。

二、蛇形盘管冷却面积计算

F=Φzj/kΔtm（m2）

式中,F为蛇形盘管所需的传热面积m2

Φzj一一中冷器蛇形盘管的热负荷（W）;

蛇形盘管的热流量φzj=G（h6-h7）/3.6,其中G是低压级压缩机制冷剂循环量（kg/h）,h6、h7分别是冷凝温度、过冷温度对应的制冷剂的比焓（kJ/kg）。

K为蛇形盘管的传热系数,按产品规定取值,元规定时,宜采用465–580（W/m2·℃）

Δtm为蛇形盘管的对数平均温度差（℃）;

Δtm=（tl-tg）/{2.3lg[（tl-tzj）/（tg-tzj）]}（℃）

tl一一冷凝温度（℃）;

tzj一一一中间冷却温度（℃）;

tg一一中间冷却器蛇形盘管的出液温度（℃）。

三、中间冷却器选型

根据计算出的中间冷却器直径与盘管冷却面积,从产品样本选型。

烟台冷冻机厂生产的ZLA和ZZQ两大系列中间冷却器的技术数据可从表查得。

选型时,应同时满足桶径与盘管冷却面积要求

例题4-5一配组式双级压缩制冷系统,以6AW-12.5型压缩机二台作低压机,4AV-12.5型压缩式一台作高压机。

已知蒸发温度tz=-33℃,冷凝温度tz=36℃,中间冷却温度tzj为-3.4℃,中间冷却器盘管出液温度tg=1.6℃,试进行中间冷却器的选型计算。

[解]

（一）确定有关数值

1.根据tz=-33℃和tzj=-3.4℃,查表3-7得λd=0.79;根据tzj=-3.4℃和tl=36℃,查表3-6得λg=0.82;

2.6AW-12.5压缩机二台Vdp=849m3/h,4AV--12.5压缩机一台Vgp=283m3/h;

3.气体制冷剂在中间冷却器的流速,取ω=0.5m/s;

4.画出双级制冷循环的压熔

hs=667.42KJ/kgh6=513.72IKJ/kgυ1=1.18m3/kg

（二）计算中间冷却器直径将有关数值代人公式（4–15）

D=0.0188（λgVp/ω）1/2=0.0188（0.82×283/0.5）1/2

=0.41（m）

（三）计算中间冷却器蛇形盘管冷却面积

1.低压机制冷剂循环量计算

G=Vdpλd/υ1=849×0.79/1.18=568.40（kg/h）

2.确定中间冷却器蛇形盘管热负荷

Φzj=G（hs–h6）/3.6=568.40×（667.42–513.72）/3.6=24267.52（W）

3.确定传热系数K,取K值为500W/m2℃

4.计算对数平均温差Δtm

将有关数据代人公式（3-11）:

Δtm=（tl-tg）/{2.3lg[（tl-tzj）/（tg-tzj）]}

=（30–1.6）/{2.3lg[（30+3.4）/（1.6+3.4）]}

=14.97℃

5.计算中间冷却盘管面积

将有关数据代入公式（4–16）

F=Φzj/kΔtm=24267.52/（500×14.97）

=3.24（m2）

（四）中间冷却器选型

根据选型原则,参见表4-15,可选一台ZLA-3.5型中间冷却器,直径为612mm,盘管面积为3.5m2。

即能满足需要C

第四节辅助设备的选型计算⑵

一、油分离器的选型计算

油分离器的选型计算主要是确定油分离器的直径,以保证制冷剂在油分离器内的流速符合分油的要求,达到良好的分油效果,计算公式与式（4-15）相同,为

dy=（4λVp/3600πω）1/2=0.0188（λVp/ω）1/2（4-18）

式中,dy为油分离器的直径（m）;λ为压缩机输气系数,双级压缩时为高压级压缩机的;V为压缩机理论输气量,双级压缩时为高压级压缩机的（m3/h）;w为油分离器内气体流速,填料式油分离器宜用0.3~0.5m/s,其他型式的油分离器宜采用不大于0.8m/s。

二、高压贮液器的选型计算

高压贮液桶,用于贮存由冷凝器来的高压液体制冷剂,向系统蒸发器提供液态制冷剂,在系统中起到液封的作用。

其选型以体积为准,按下式计算

V=（φ/β）υΣG（4-19）

式中,V为贮液器体积（m3）;G为制冷装置中每小时制冷剂液体的总循环量（kg）;υ为冷凝温度下液体的比体积（m3/kg）;

φ为贮液器的体积系数（当冷库公称体积小于或等于2000m3时,φ=1.2;公称体积为2000～10000m3时,φ=1.0;公称体