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CO2机组设计方案说明书

设计方案说明书

项目名称：

CO2压缩机组

2014、3、25

1.项目介绍

为规范CO2制冷压缩机组的设计，提高机组标准化程度，设计的一致性，实现流程规范化，外购件选用标准化。

遵循零件标准化、部件模块化、产品个性化，满足市场需求，提高设计响应速度，特制订本规范。

本规范有三部分组成，设计规范文档（本文档）、设计计算及标准输出格式（EXCEL）和标准模型（PROE的TOP_DOWN标准）。

1.1项目目标

型号系列

CO2机组共A\B\C三个系列。

表1-1是汇总信息：

表1-1CO2机组系列

机组型号

LG*R

制冷量KW

N/A

蒸发温度C

（-45~-30]

（-52~-45]

（-52~-25]

冷凝温度C

MAX=0

MAX=-15

MAX=5

设计工况点

-40/-12

-50/-20

N/A

最小适用压差

MIN=5

最小适用外压比

MIN=2.4

制冷剂

R744

供油方式

油泵

油冷方式

热虹吸油冷（高温介质）

注：

“最小压差”与“最小外压比”须同时满足。

“C”系列为融霜工况，只有LG12R、LG16R两个规格。

噪音

∙低压主电机：

85dB（A）±3

∙高压主电机：

90dB（A）±3

电源要求

∙220V/1Ph/50Hz：

控制柜（控制电源）

∙220V/1Ph/50Hz：

加热器

∙380V/3Ph/50Hz：

电机功率<315kW

∙10KV/3Ph/50Hz：

电机功率≥315kW

电气要求

∙安全区域

∙防护等级：

IP23

电控要求

∙形式：

PLC

∙语言：

中文/英文

∙防护等级：

IP23

∙通讯方式：

MODBUS

∙通讯接口：

RS485

∙负荷控制范围：

15%～100%

∙负荷控制方式：

吸气压力

使用环境

∙室内

∙温度范围：

5℃～45℃

∙相对湿度：

20%～90%

∙海拔高度：

<1000米

1.2市场范围

CO2机组主要针对商业冷冻市场的复叠机组低温级。

1.3制造标准要求

机组应遵循或参照以下标准。

见表1-2

表1-2机组应遵循或参考的国内标准

序号

文件编号/代号

文件名称

1

GB/T29030

容积式CO2制冷压缩机（组）

2

GB9237

制冷和供热用机械制冷系统安全要求

3

TSGR0004-2009

固定式压力容器安全技术监察规程

4

GB150

钢制压力容器

5

GB151

壳管式换热器

6

GB/T13384

机电产品包装运输通用技术条件

7

JB/T4330-1999

制冷和空调设备噪音的测定

8

GB/T14048.1-2000

低压开关设备和控制设备总则

9

GB14048.5-2001

低压开关设备和控制设备第5-1部分:

控制电路电器和开关元件机电式控制电路电器

10

GB10621-2006

食品添加剂液体二氧化碳

2.方案设计概述

本设计说明书以A系列机组基准进行，B、C系列机组的设计参照执行。

2.1系统总体方案设计

机组整体布置与普通氨压缩机组相同，机组配用主电机功率630KW以下时采用卧式油分形式，压缩机及主电机安装在油分之上。

主电机功率在630KW及以上时采用立式油分结构。

机组配置按照国内自动档次执行，全部采用模拟量进行控制，除能量指示器外不再采用开关量。

机组规划全部为自动型。

机组的系统中的主要部件为压缩机、电机、油分、油冷却器、油泵、电磁阀、安全阀、油过滤器等。

下面分别对它们进行设计和选型计算。

2.2压缩机计算

根据表1-1的规划，确认机组所属系列及型号，利用样本计算选型，其选型的条件如下：

⏹制冷剂：

R744

⏹电源频率：

50Hz

⏹负荷：

100%

⏹蒸发温度-40℃，吸气管过热度0℃，吸气管路压降1）0.02bar。

⏹冷凝温度-12℃，冷凝器过冷度0℃（无过冷），排气管路压降2）0.03bar。

⏹固定滑阀口2.0

注1：

吸气管路指压缩机吸气口至吸气截止阀出口间管路，含止回阀、过滤器、截止阀

2：

排气管路指压缩机排气口至排气截止阀出口间管路，含油分、止回阀、截止阀

表2-1LG*R压缩机型号对应表

压缩机型号

LG12R4）

LG12R4）

LG12R4）

系列

A

B

C

设计工况点

蒸发温度

-40

-50

-40

冷凝温度

-12

-20

-12

冷量KW

240

182

240

轴功率KW

53.68

41.4

53.68

COP

4.47

4.39

4.47

滑阀口

2.0

2.0

2.0

校核工况点13）

蒸发温度

-45

-52

-52

冷凝温度

-205）

-285）

5

冷量KW

226.3

轴功率KW

40.4

COP

5.6

校核工况点23）

蒸发温度

-45

-52

/

冷凝温度

-106）

-186）

冷量KW

182.4

轴功率KW

56.1

COP

3.25

校核工况点33）

蒸发温度

-30

-45

-25

冷凝温度

-57）

-205）

5

冷量KW

312.6

轴功率KW

57.7

COP

5.4

校核工况点43）

蒸发温度

/

-45

/

冷凝温度

-156）

冷量KW

轴功率KW

COP

注3：

校核工况点的选取不区分开闭区间4：

LG12R为示例

5：

满足最小外压比；最低冷凝温度6:

最高冷凝温度

7：

3bar供油压差小于内压缩结束点1bar压差

2.3电机选型

主电机功率在选择时应计算表2-1中所列三个工况，选取其中最大轴功率乘以1.08的选型系数，向上圆整至标准电机的型号系列，按此选型功率来选择合适的电机。

启动方式为：

380V的低压电机采用星三角启动，10KV高压电机采用直接启动。

2.4油分设计

LG*R机组油分离器按油分离器规范进行设计，设计压力按照CO2机组规定选取50bar，内部分离结构与普通氨制冷压缩机油分相同，仅外部接口位置、护板等按实际要求调整。

油分在设计时应综合考虑容器板幅、机组总长度的协调等问题。

LG*R系列卧式油分的分离速度见表2-2。

表2-2油分流速的规定

制冷剂

最大允许流速m/s

主分离段

滤芯段

R744

0.2

0.08

注：

该流速是指在工况下压缩机满载的排气状态下流速

主分离段流速指正常油面以上部分

滤芯段流速是指滤芯内表面积的通流速度

按照表2-1中的设计工况及校核工况规定，分别对油分内流速进行校核，结果列于表2-4中，结果应满足表2-2要求。

表2-4CO2机组的主分离段、滤芯段油流速计算结果（m/s）

压缩机型号

设计工况点

校核工况点1

校核工况点2

校核工况点3

校核工况点4

主分离段

滤芯段

主分离段

滤芯段

主分离段

滤芯段

主分离段

滤芯段

主分离段

滤芯段

2.5油冷却器设计

本机组的油冷采用工质冷却油冷进行设计，润滑油在壳程，工质（采用高温侧介质）在管程，两侧换热系数的选取及流速控制根据高温侧介质不同按照氨或R22进行选取。

壳程设计压力5.0MPa,管程根据高温介质选取。

⏹每个规格压缩机，A、B系列采用一个油冷

⏹按照-45/-10度工况，根据样本选定由冷负荷；C系列LG12R、LG16R按照-52/5度工况核算油冷负荷，可考虑靠上一档压缩机-45/-10度工况压缩机油冷

⏹油冷可采用管壳式或全激光焊接板换式结构

⏹无论采用哪种形式，油冷在强度试验及气密试验要求上按照冷凝蒸发器。

⏹油冷的油侧压降控制在1bar以下。

2.6油泵

本系列机组油泵采用常规LG系列机组用转子柱塞泵，型号对应如下：

表2-5油泵对应表

压缩机型号

系列

油泵型号

转速

流量L/min

功率kW

LG12R

A/B/C

ZHB125P4

1420

125

2.2

LG16R

A/B

ZHB150P6

960

150

3

LG20R

A/B

ZHB220P4

1420

220

4

LG25R

A/B

ZZB300P8

720

300

5.5

LG16R

C

ZHB220P4

1420

220

4

在机组总图中应注明油泵的压力测试要求,试验压力不小于53bar。

2.7油压调节阀

本系列机组油压调节阀选用Danfoss的ICS-150型伺服主阀+CVPP导阀结构，阀门通流能力按照样本提供的KV值，选取所用油泵流量的80~120%。

管道直径同阀门通径。

2.8油过滤器

油过滤器通流面积根据油泵流量，按照油过滤器规范选取。

2.9油路设计

从油分出油口至油泵入口前油管路内流速按照0.8~1.5m/s进行设计，换热器、过滤器等需要变径的位置在设备进出口完成。

油压调节阀入口接在油泵出口；油压调节阀出口管线接入油泵入口。

2.10阀门选择

压缩机吸气止回阀选用阀门手册“A.11系列”，其余阀门根据功能不同，选用Danfoss不同系列阀门。

排气截止止回阀选用的SCA；转子腔喷油选用CHV；节流阀选用REG，其余手阀选用SVA-S。

2.11结构设计

机组整体布置方式同LG系列，主电机小于630KW时采用卧式油分，大于等于630KW是采用立式油分结构。

图2-3机组三维模型

LG16R、LG12R采用铲装底座式结构，铲装孔之间距离参照相关吨位铲车进行设计。

2.12部件划分

2.12.1主体管路部件

a、吸气管组

b、压缩机排气管组

c、油分排气管组

d、油分出油管组

e、油冷出油管组

f、油泵进油管组

g、油泵出油管组

h、油分配器组件

i、转子腔喷油管组

j、回油管组

k、安全阀管组

2.12.2引压管路部件

a、传感器组件

b、增减载电磁阀组件

2.12.3布线总成

a、布线总成组件1

2.13电控设计

仪表清单2-6

序号

名称

单位

仪表规格

信号

功能

1

油温传感器

℃

0~150

4~20mA

显示、报警、连锁、控制

2

吸气压力传感器

bara

0~60

4~20mA

显示、报警、控制

3

排气压力传感器

bara

0~60

4~20mA

显示、报警、连锁

4

油压传感器

bara

0~60

4~20mA

显示

5

蒸发压力传感器

bara

0~60

4~20mA

显示

6

能量指示器

/

显示

7

满载开关

/

控制

8

零载开关

/

控制

9

载位电磁阀

/

控制

10

均压电磁阀

/

控制

11

吸气温度传感器

℃

0~150

4~20mA

显示

12

排气温度传感器

℃

0~150

4~20mA

显示

控制点清单2-7

序号

名称

设定值

高报警

低报警

停机

1

油温

50

65

/

70

2

吸气压力

9

/

6

/

3

排气压力

25.5

42

/

45

4

油压

28.5

/

/

/

5

蒸发压力

/

6

/

6

吸气过滤器压差

1

/

/

7

油压差

9

1

0.5

8

主电机过载

9

油泵电机过载

2.14程序控制

控制程序同开启螺杆压缩机