制冷技术课程设计参考资料.docx

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制冷技术课程设计参考资料

前言

本次课程设计我的设计题目为首都体育馆冰球场制冷系统设计。

在设计的初级阶段，我从图书馆借阅了大量的关于人工冰场的相关资料，进行翻阅、查找和记录进行了制冷系统设计方案的论证。

且在整个设计中，我进行了制冷系统冷负荷计算，管道的计算和设备的选型计算。

其中制冷系统冷负荷计算包括对流换热负荷、对流传质负荷、太阳辐射负荷、地下传热负荷、冻冰负荷的计算。

通过设备的选型绘制了制冷系统原理图。

在绘制图纸的过程中，我对制冷系统、制冷系统的原理，流程，各部件及相关的阀门，自控元件以及制图符号有了全方面的了解。

第一部分方案论证

一、气象条件：

北京地区：

北纬：

39о48，

东经：

116о28，

夏季通风温度：

30。

C

夏季通风日平均温度为：

28。

C

室外计算相对湿度最热日平均：

77%

夏季通风：

63%

二、方案确定并论证：

制冷方案设计是计算单位依据设计任务书而提出的初步设想，是一个关键的环节，制冷装置使用效果的好坏都与所选用的制冷方案有着密切的关系，如果确定的制冷方案不当，会给体育馆的冰球场建造带来不应有的经济损失和操作管理不便。

因此，在确定方案时，应根据冰球场使用性质，规模，和投资限额，工艺要求，冷却水水质，水温和水量，制冷装置所处环境，室外空气温湿度等进行确定，并从购进，实用，发展，经济等诸方面出发，选择最佳的设计方案。

1、制冷剂的选择：

直接蒸发式制冷系统的工质可用氨，或R22，而氟利昂很就将被淘汰，我们建议在本次设计中不使用，又考虑到冰球场的初投资与运行管理费用，在本次设计中制冷系统采用氨作为制冷剂，因该种制冷剂在购进方面比较容易，且价格低廉，在经济性上大大的提高了。

2、冷凝器类型的确定：

冷凝器类型有多种，应根据制冷装置所处的环境，冷却水水质，水温和水量来进行确定。

根据北京地区的气象环境等因素，确定本次设计采用立式壳管式冷凝器，由于它具有冷凝效果好，对水质的要求不高，清洗方便，安装于室外，以及占地面积小等优点，而广为大中小各型氨制冷装置所采用，一般在具有充足水源，水质较差的地区均采用立式壳管式冷凝器。

第二部分负荷计算

一、冰场负荷设计条件：

冰场面积：

F=61X30=1830m2.

室内温度：

22℃。

室内湿度：

60%、

冰面温度：

-5℃。

冰场内部排管蒸发温度：

-15℃。

冻冰速度：

12h内冻成40mm厚的冰。

二、计算冰场热负荷：

1、对流换热负荷

qc=αCx（ta－tb）

=3.5X（22+5）

=94.5W/m2

其中:

αC—对流热系数，2.2W/m2.℃

ta—空气温度，+22℃。

tb—冰面温度，-5℃。

2、对流传质负荷

qF=σx（da－db）x10-3xr

=2.39X（9.8-2.69）X10-3X2836X10-3

=48.1W/m2

其中:

σ—传质系数，σ=2.39x10-3Kg/m2.S

da—空气含湿量，9.8g/Kg。

db—冰温下饱和空气含湿量，2.69g/Kg;

r—凝结和凝固潜热，冰温-5℃时水蒸汽的

r=2836X10-3J/Kg;

3、太阳辐射负荷：

qr=AJh=0W/m2

其中：

A—对太阳的辐射的吸收系数，冰层吸收率与冰场面层的颜色，冰的颜色和粗糙度有关，目前国内外的取值范围为0.3～～0.5，从实测负荷分析，推荐0.45～～0.55。

Jh—水平面太阳辐射强度，Jh可以从当地气象台原始观测值统计确定。

注：

此掏设计为室内冰场，没有太阳辐射，故辐射热负荷qr=0W/m2.

4、地下传热负荷：

qa=Kx（tg－tp）

=0.23X（22+5）

=6.21W/m2.

其中:

k—地下层传热系数，k=0.23W/m2.℃

tg—地温，+22℃。

tp—排管温度，-5℃。

5、冻冰负荷：

qi=bρh/Δt

=0.001X9.17X618X103/1.2

=131.18W/m2

其中:

b—每次浇冰厚度，0.001m;

ρ—冰的密度，917kg/m3

h—水冷却并结冰热量，80℃水冷却，结冰至-5℃放出的热量

h=618X103J/kg

Δt—每次浇水冻结时间，1.2h;

6、冰场单位面积热负荷

qF=qc+qm+qr+qg+qi

=94.5+48.1+0+6.21+131.18

=262.49W/m2

7、冰场冷负荷：

Q=qFXF

=262.49X1830

=480.3567KW

8、冰场设计负荷：

Qˊ=1.15XQ

=552.41KW

第三部分设备选型：

一、压缩机的选型：

1、作用：

（1）从蒸发器中吸出蒸汽，以保证蒸发器内一定的蒸发压力。

（2）提高压力。

以创造在较高温度下的冷凝条件。

（3）输送制冷剂是制冷剂完成制冷循环。

2、选型：

冰场设计负荷552.41KW。

因考虑管路的冷损失和备用，附加7%，即552.41X1.07=591KW，可查《制冷工艺设计》表3—4中，可选三台8AS—12.5型压缩机，其标准制冷量224.19X3=732.57KW。

符合设计要求。

二、冷凝器的选型：

1、作用：

冷凝器是制冷装置中主要的热交换设备之一。

冷凝器的作用是将制冷机升压排出的制冷剂过热蒸汽冷却冷凝成制冷剂液体，并放热于冷却介质（水或空气）中。

2、选型：

（1）蒸发温度：

-15℃。

冷凝温度：

31℃。

根据蒸发、冷凝温度查图3—8得到氨单级压缩机冷凝负荷系数ζ约为1.2。

Ql=QcXζl=244.19X1.2=293KW

其中QC——单级压缩机制冷量。

Fl=Ql/qA=293X103/3200=92m2

其中、qA——冷凝器单位面积热负荷。

根据冷凝器单位面积热负荷Fl，查《制冷工艺设计》表3—13，可选两台LNA—160型立式壳管式冷凝器。

总冷却面积Fl=160X2=320m2。

可满足要求。

（2）计算用水量：

确定有关数据：

用淡水取C=4.186KJ/Kg·℃,Δt=2℃.

计算用水量：

V水=3.6XQl/（1000·C·Δt）

=3.6X293000/1000X4.168X2

=126吨/时。

三、高压贮液器选型：

1、作用：

一般位于冷凝器后，安装位置必须保证冷凝器内液体能借助其液位差而顺畅流入高压贮液器中。

高压贮液器在制冷系统中的作用是：

（1）贮存冷凝器流出的制冷剂液体，使冷凝器的传热面积充分发挥作用。

（2）保证供应和调节制冷系统中有关设备需要的制冷剂液体循环量。

（3）起到液封作用，即防止高压制冷剂蒸气窜至低压系统管路中去。

2、选型：

ΣG=G1＋G2＋G3

=3.6·Q/（h1－h5）＋3.6·Q/（h2h4）＋3.6·Q/（h3－h4）

=3.6X591000/（1743.5－639.01）＋3.6X591000/（1990－639.01）＋3.6X591000/（1990－639.01）

=5077Kg/h.

VZA=ΣGνφ/β

=5077X1.7028X10-3X1.2/0.7

=14.82m2.

其中、ΣG——制冷装置中每小时氨液的总循环量（Kg/h）.

φ——贮液器的容积系数，查《制冷工艺设计》表3—15中取1.2。

β——氨液充满度，一般宜取70%。

ν——冷凝温度下液氨的比容。

（m2/Kg）.

根据以上所得数据。

查《制冷工艺设计》表3—16中，选烟台冷冻机厂生产的ZA—5三台总容量V=15m2.可满足设计要求。

四、油分离器的选型：

1、作用：

油分离器在制冷系统中位于压缩机和冷凝器之间，它是一种汽液分离设备。

压缩机在工作中，汽化的润滑油蒸汽和飞溅的微小油滴会与制冷剂蒸汽混合在一起排出，在蒸发器或冷凝器的换热表面上被冷却而形成油膜，从而降低换热器的传热效果。

油分离器的作用就是把压缩机排出的过热蒸汽中夹带的润滑油再进入冷凝器之前将其分离出来。

（洗涤式油分离器是氨制冷系统中常用的油分离器）

2、选型：

D=0.0188

=0.0188

=0.49m

其中：

D——油分离器的直径。

λ——氨压缩机的输汽系数，根据TZ=-15℃。

TL=31℃.

查《制冷工艺设计》表3—6中得λ=0.72。

ω——油分离器内的气体流速，选0.6m/s.

根据以上所得数据，查《制冷工艺设计》中表3—14可选烟台冷冻机厂生产的YFA—100型油分器三台。

其桶径为512mm.可满足要求。

五、氨液分离器的选型：

1、作用：

氨液分离器位于蒸发器通往压缩机的回汽管路上，根据制冷工艺设计要求可安装在机房内或库房的调节站之上。

它是用于重力供液制冷系统中的汽液分离设备。

（1）经蒸发器吸热汽化后的制冷剂蒸汽在其被吸入制冷压缩机之前进行汽液分离，以确保制冷压缩机干压行程。

（2）分离供液节流后的制冷剂蒸汽与液体，以保证只有制冷剂液体供入蒸发器。

（3）分离后存于汽液分离器内的制冷剂液体还能保证供液静压，使制冷剂液体能均匀地分配到各组蒸发器中去。

（4）氨用汽液分离器还能起到分离润滑油的作用。

2、选型：

d=0.0266

=0.0266

=0.54m

查《制冷工艺设计》中表3—17，可选AFA—125型氨液分离器三台，其外径612mm.可满足设计要求。

六、集油器选型：

1、作用：

高压部分的集油器一般设置于放油频繁的油分离器附近；置于设备间排液桶或低压循环贮液器附近；集油器的作用是收集从油分离器、冷凝器、贮液器、中间冷却器、蒸发器、排液桶等设备中放出的润滑油，并将润滑油中夹带的氨液分离出来。

2、选型：

集油器只用于氨制冷系统。

集油器的选择主要根据系统制冷量的大小来选择。

一般情况下，当制冷系统标准工况下的制冷量为230KW以下时，采用壳体直径为Φ159的集油器一台；制冷量为230—1160KW时，采用壳体直径为Φ325的集油器一至二台；制冷量为1160KW以上时，采用壳体直径为Φ325的集油器二台。

实践证明，在实际使用中，选用规格较大些的集油器较好，可使制冷剂得到充分分离，规格过小容易将油抽至低压容器。

此套设计的制冷量为591KW，因此查《制冷工艺设计》中的表3—26，可选烟台冷冻机厂生产的JYA—325型集油器。

可满足设计要求。

七、空气分离器选型：

1、作用：

空气分离器一般安装在制冷系统的高压设备附近。

空气分离器是一种汽液分离设备。

其作用是为了能及时分离和清除制冷系统中空气和其它不凝性气体，保证制冷系统安全工作。

2、选型：

每个机房不论压缩机台数多少，只需装设一台空气分离器，空气分离器宜选用立式自动型空气分离器。

此套设计的总制冷量小于1100KW时，可查《制冷工艺设计》中表3—25，可选KFA—50型空气分离器。

可满足设计要求。

八、低压循环贮液器选型：

1、作用：

低压循环贮液器是用于液泵供液系统的汽液分离设备，也称低压循环贮液桶。

低压循环贮液器同样设置在蒸发器通往压缩机的回汽管路上，其同样起到汽、液分离和保证向蒸发器均匀供液的作用。

另外，对于小型制冷系统而言，还能起到融霜排液的作用。

2、选型：

D=0.0188

=0.0188

=0.54m

其中：

ω——低压循环桶内气体流速，立式低压循环桶宜采用0.5m/s.

ξ——低压循环桶截面积系数，立式低压循环桶宜采用1。

N——同一蒸发系统中循环桶的个数。

根据以上所得数据，查《制冷工艺设计》中的表3—22，选CDCA—1.5型低压循环桶，其桶径为816mm,可满足设计要求。

九、冰场排管的选型：

冰场排管使用的是Ф38X3.0mm的无缝钢管，间距90mm，沿冰场长度方向布置，每根管长120mm，排管支座间距2m,坐在5#槽钢上，排管打在钢筋混凝土板中。

冰面场地结构各层构选如下：

（1）150mm厚300#防冻混凝土内铺制冷排管。

（2）七层防水做法。

（3）60mm厚预制架空板1000X1000（200#混凝土内加0.75%加气剂）

（4）空气层和滑动层（石墨粉）。

（5）100mm厚300#防冻混凝土（3000X6000）。

（6）五层防水做法。

（7）500mm厚加气混凝土保温层，强度30Kg/m2,密度500Kg/m3,含湿量20%，用热沥青砌筑，外包油毡防潮。

（8）五层防水做法。

（9）130mm厚混凝土层，标号150#水热比〈0.45。

双向配筋，内设Ф38mm油加温管，间距1.5m.

（10）400mm厚3t灰土，机器碾压密度要求95—98%，总厚为1.5m.

十、系统充氨量选择：

系统充氨量约为13t（G=

）,在初冻时，先使场地预冷降温5h（冬）或7h（夏），预冷时，开一台压缩机，夏季开二台，在开始泼水冻冰时，室温为16℃，两台制冷压缩机投入运行，制冷量为1046.7KW，每小时可冻3mm厚冰，室温为26℃时，三台压缩机投入运行，制冷量为1395.6KW，每小时可冻2mm厚的冰。

在维护冰面时，室内温度13℃，冰上无活动，冰场维持负荷约为290.75KW，即单位面积负荷为158.87W/m2,,当室温24℃时，冰上无活动，维持负荷约为447755—534980W，即单位面积负荷为244.69—292.38W/m2.十一、排液桶的选型：

1、作用：

排液桶一般布置于设备间靠近冷库的一侧，主要用于贮存热氨融霜时由冷风机或冷却排管内排出的氨液，并分离氨液中的润滑油。

另外，也可用于中冷器、低压循环贮液器、汽液分离器等设备液位过高或检修时的排液。

2、选型：

Vp=

（m3）

其中：

V——设备容积最大的一间冷间内蒸发器总容积

Ф——冷却设备注氨量的百分数，见<<制冷工艺设计〉〉书中的表3—23可得。

β——排液桶氨液充满度，一般宜取0.7。

无缝钢管Ф38X212每米长面积为0.119m2/m,其每米长度的容积为8.87X10-4m3/m,查〈〈制冷工艺设计〉〉表3—23，选冷却设备祝氨量百分数Ф=60%。

∴V=

X8.87X10-4

=13.6m3

∴Vp=

=

=11.7m3

根据以上数据查〈〈制冷工艺设计〉〉表3—24，可选烟台冷冻机厂生产的PYA—3型的排液桶一台，其一台排液桶的工作容积为12m3,可满足设计要求。

十二、氨泵的选型：

1、作用：

在大中小型氨制冷装置中，常采用氨泵来将低压循环桶中的低温制冷剂液体强制送入蒸发器，以增加制冷剂在蒸发器内的流动速度，提高传热效率，缩短降温时间。

2、选型计算：

根据蒸发温度-31℃可查得氨液的比容

=0.0015m3/Kg,饱和气体的焓值h1=1718.46KJ/kg,根据中间冷却盘管出液温度tc=2℃,可查得对应的饱和液体焓值h2=509.2KJ/kg。

则所需氨液的蒸发量为：

V=

=

X0.0015

=2.64m3/h

由于是冰场，负荷波动较大的上进下出的供液系统，流量系数n取5。

V泵=5X2.64=13.2m3/h

查《制冷工艺设计》书中的3—20。

可选AB—3型的双级泵五台，其流量V=3X5=15m3/h>13.2m3/h.可满足设计要求。

十三、室内冰场其他应注意事项：

1、冰面上部6m高度以内不设任何设施，否则会因冰面辐射结露凝水。

2、应严格控制冰场内空气问湿度，空气温度小于22℃，相对湿度小于60%。

3、冰场内任何出风口不可直射冰面，空调出风口风速应小于2m/s，否则冰面易融化。

4、为防止屋顶结露，可采用低温干燥空气对冰场进行空气调节。

5、冰场场地内不设排水管道，在冰场的端侧设融冰排水地漏。

6、经一段时间使用后，冰面上会出现许多冰刀划痕和冰屑，因此，必须间隔一段时间进行修整。

先用70℃～80℃热水使冰层表面融化，再洒水将沟痕冻平，若冰场备有整冰车，则可省去热水喷水设备。

十四、系统辅助设备原理说明：

一、立式壳管式冷凝器：

立式壳管式冷凝器在工作时，冷却水经配水箱均匀地通过水分配装置，在自身重力作用下沿管内壁表面呈膜状覆盖所有传热壁面不断流下。

由油分离器来的氨汽从冷凝器上部进汽管进入筒体的管间空隙，通过管壁与冷却水进行热交换。

氨蒸汽放出热量，在管外壁表面上呈膜状凝结，沿管壁流下经下部出液管流入贮液器。

若冷凝器内混有不凝性气体，需经放空气管通往空气分离器放出；冷凝器内积聚的润滑油需经放油管通往集油器放出，或随制冷剂液体一起进入贮液器。

筒体上的平衡管与贮液器上的平衡管相通，以保持两个密闭容器间的压力平衡，保证凝结的氨液及时流往贮液器。

安全管、压力表管分别与安全阀和压力表连接，是压力容器安全操作所必比备的。

二、高压贮液器：

高压贮液器上的进液管、平衡管分别与冷凝器的出液管、平衡管相连接。

平衡管可使两个容器中的压力平衡，利用两者的液位差，使得冷凝器中的液体能顺畅的流入高压贮液器内。

三、油分离器

机组采用过滤网式油分离器。

制冷压缩机的工作时需要喷入大量的润滑油，这些润滑油随排气排入油分离器，经过油分离器以后，制冷剂气体进入冷凝器，分离下来的油经过油冷却器、油过滤器，由油泵升压后又进入压缩机。

油分离器上设有板式液面计、安全阀和排气止回阀。

板式液面计用以指示实际油面，压缩机正常运转时，油位应处于板式液位计的1/3—2/3之间，安全阀对压缩机和油分离器起安全保护作用，当油分离器内压力高于1.45Mpa时自动开启，以泄出过高的压力。

排气止回阀是一种蝶型阀。

止回阀使高压排气可以顺利地进入冷凝器，而当压缩机停机期间，冷凝器内高压气体不会立即进入油分离器。

总结

本次课程设计我的设计题目为首都体育馆冰球场制冷系统设计。

近些年来人们生活质量不断提高，娱乐行业发展迅速，人工冰场成为人们休闲娱乐的新潮流，故本次课程设计选择了这方面的题目。

在设计的初级阶段，我从图书馆借阅了大量的关于人工冰场的相关资料，进行翻阅、查找和记录。

在此之前我们进行了课程实习，对制冷系统有了深入的了解，这些为我能够顺利完成课程设计打下了理论和实践基础。

在这一阶段里，我还参考了大量的相关文献。

最后根据所学的专业知识以及在这段时间里查阅的设计资料和参考文献，在这些基础上我制定了切实可行的制冷系统设计方案。

在整个设计中，我进行了制冷系统冷负荷计算，管道的计算和设备的选型计算。

这些计算是相当复杂的。

通过详细手算而非电脑软件计算，使我又学到和了解到很多知识。

建筑中制冷系统冷负荷包括对流换热负荷、对流传质负荷、太阳辐射负荷、地下传热负荷、冻冰负荷的计算。

在计算过程中我的态度非常认真，为了准确合理，每步计算我都要查阅好几本相关资料，之后才开始进行计算。

尽管如此，但是由于没有生活经验，又没有相关资料，有些数据选取的有一定误差，所以导致部分计算并不是十分准确通过设备的选型计算，我学会了选型原则，对各种制冷设备的性能有了进一步的了解，同时对制冷产品和生产厂商也有了更多的了解。

在这次设计中，我绘制了制冷系统原理图。

在绘制图纸的过程中，我对制冷系统、制冷系统的原理，流程，各部件及相关的阀门，自控元件以及制图符号有了全方面的了解。

通过运用AutoCAD绘图，使我又巩固和熟悉了应用计算机绘图的各种操作，但是同时我也发现我还有许多不足之处，没有达到得心应手，熟能生巧的程度。

去会在以后的学习、工作中继续学习，不断加强训练。

历时三周的课程设计已接近尾声，虽然时间是短暂的，但对这次设计我的感触很深。

我觉得要想把课程设计做得相当好并不是一件容易的事，课程设计不同于以往的课程设计。

它需要各方面的知识。

课程设计相当于模拟训练，实战演习，我们每一位同学也转而变成了研究院里的一名设计师，承包了一项大工程，从实地考察到确定设计方案，从设计计算到施工绘图每个过程我们都要认认真真，实事求是，本着负责谨慎的态度，使我们的设计合理实用，经济舒适。

尽管如此，由于理论知识储备不足和实践经验的严重缺乏，设计中不可避免地出现了各种错误。

还好我们有所认识，有所领悟，我们会在以后的工作中加以改正，补充不足。

不管怎样，课程设计还算顺利，能够按时完成，其中和各位老师的悉心指导，同学们的热心帮助也是分不开的，在这里再次表示感谢。

通过这次课程设计，我对所学的专业知识和专业相关知识有了更系统的掌握，而且我从设计中也学习到了很多新知识。

现在我已经基本掌握了制冷系统设计的基本程序和设计构思，同时也锻炼了我绘图的基本功，这次设计将为我们以后的工作奠定一定的基础。

当然在设计中也走了不少弯路。

现在想一想，这是非常值得的。

俗话说：

实践出真知。

失败是成功之母。

从错误中吸取经验和教训，保证以后不再犯类似错误。

经验丰富了，知识也就成熟了。

随着课程设计的不断深入，我也逐渐发现自己所学的专业知识不够用，对制冷系统、制冷系统的了解并不透彻，总之有许多不足。

尽管以前我们也参观了许多制冷和冷库系统，但因为当时不知道什么是重点，对系统的概念模糊，所以参观时忽略了一些东西，错过了很好的学习机会。

如果再给我参观实习的机会，我一定会好好把握。

通过这次设计，我确实提高了各方面的能力，增长了许多知识，积累了丰富的经验，也增强了我对以后工作的信心和决心。

致谢

三周的课程设计即将结束。

在进行课程设计的过程中，我除了查阅大量相关资料外，更多的是请教老师和同学。

制冷教研室的几位老师给了我很大支持和帮助。

从设计之初到完成的全过程，各位老师总是亲临指导，提供资料，讲解知识，耐心解答同学们提出的各种疑难问题。

特别是我的设计指导老师王老师在设计的各个阶段都给了我不小的帮助，使我目标明确，材料充分，使得课程设计有序进行。

其他几位老师也给了我一定的帮助。

我的课程设计能够顺利完成与各位老师提供的帮助是分不开的，在此我向王老师及其他几位老师表示我最真挚的谢意，没有你们的辛勤工作，就没有我课程设计的最后胜利，再次感谢各位老师，向你们道一声：

“老师，您辛苦了！

”

参考文献

1.制冷工艺设计张萍中国商业出版社

2.实用制冷与空调工程手册尉迟斌中国建筑出版社

3.空气调节设计手册路延魁中国机械出版社

4.采暖空调制冷手册马九荣中国机械出版社

5.空气调节技术邢振福中国商业出版社