制冷装置课程设计.docx
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制冷装置课程设计
仲恺农业工程学院
课程设计
设计题目200吨土建果蔬冷藏库
姓名何雨
院（系）机电工程学院热能与动力工程系
专业班级热能091
学号2
指导教师邓玉艳
时间2012.11.25
1目录………………………………………………………………………………………………2
2原始资料………………………………………………………………………………………4
2.1建筑概况…………………………………………………………………………………4
2.2设计依据…………………………………………………………………………………4
2.2.1气象参数………………………………………………………………………………4
2.2.2设计参数………………………………………………………………………………4
2.3主要符号、单位说明……………………………………………………………………4
3制冷系统设计方案概述………………………………………………………………………12
3.1制冷系统流程…………………………………………………………………………
3.2蒸发温度回路的划分…………………………………………………………………….12
3.3系统的供液方式………………………………………………………………………….12
3.4冷却水方式…………………………………………………………………………………12
3.5融霜方式…………………………………………………………………………13
3.6自动控制方法………………………………………………………….
4机房的机器、设备的布置情况………………………………………………………………
5库房特征………………………………………………………………………………
6设计计算书………………………………………………………………………
6.1设计依据…………………………………………………………………………
7.6辅助设备的选型计算…………………………………………………………………
8.2管材的选用…………………………………………………………………
9设计总结…………………………………………………………………
10参考文献…………………………………………………………………
2原始资料
2.1建筑概况
土建库的主体一般为钢筋混凝土结构或混合结构。
其维护结构属于重体性结构，热惰性大，易于稳定。
地点在广州市，冷库仅含冷却物冷藏间，用于冷藏水果和蔬菜，设计室温要求为+3℃。
冷间要求设置均匀送风管。
货物纸箱包装。
所以只需设计冷藏库，相对较简单。
在设计中有确定冷库容积与尺寸；确定各围护结构层；冷负荷计算；制冷系统各设备选型；以与库房平面图与制冷系统原理图。
设计中采用的是压缩式制冷，它是根据制冷原理将压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器，以与为了使制冷效能更高、运行更安全的辅助设备（如油分离器、贮液器、气液分离器、集油器、放空气器、阀件、仪表等）用管道连接组成的一个闭合制冷循环。
2.2设计依据
2.2.1气象参数
库址
站台位置
夏季空调室外计算干球温度
室外计算相对湿度
室外计算焓值
室外风速
大气压力
东经
北纬
广州
113°19’
23°08’
30.℃
84%
88.51kJ/kg
1.8m/s
1004.5mbar
2.2.2设计参数
冷藏间设计温度：
+3℃
2.3主要符号、单位说明
符号名称国际单位常用单位
冷（热）负荷W
K传热系数
N功率w
压差Pa
流量
t温度
流速
动力粘滞系数
导热率
密度
d直径m
L长度m
g重力加速度
C比热
相对湿度%
A面积
效率
焓值
厚度m
围护结构温度修正系数
比容
3制冷系统设计方案概述
3.1制冷系统流程
由空气分离器出来的低压蒸汽被低压制冷剂压缩机吸入后压缩至中间压力，被压缩后的过热蒸汽进入中间冷却器，被来自膨胀阀的液态制冷剂冷却至饱和状态，在经过高压制冷剂压缩机继续压缩。
经高压压缩机出来的氨气经过油分离器，分离出氨气和油。
其中油就进入到集油箱里面。
氨气则进入到冷凝器中，两个冷凝器与高压贮液器中设置了均压管（平衡管）使两个设备压力平衡利用液位差将冷凝器的液体流入贮液器。
放空管和放油管分别与空气分离器和集油器相连通。
一部分压缩至低压压缩机压缩。
一部分进入到回液器中，经过回液器中的热氨冲霜供气管在进入到冷凝器中形成一个循环。
经过冷凝器出来的高压的氨液利用液位差将液体压入高压贮液器中，其中高压贮液器中设置了有压力表、安全阀、泄氨口等。
其中来自冷凝器的混合气体就进入到了空气分离器中，经过中间冷却器出来氨液经过节流阀进入空气分离器。
经分离的氨气通过低压贮液器循环桶进入到低压压缩机。
其中低压贮液循环桶中设置了出气管、出液管（它与集油箱连通）、安全阀、压力表。
其中一部分经回气管进入到氨泵中，从中间冷却器中出来的氨液经过过滤器进入到低压贮液循环桶中，其中的氨液通过热氨冲霜回气管进入到分液器中。
而从低压贮液循环器中排液的经过滤器进入到氨泵中，最后在进入到分液器中。
3.2蒸发温度回路的划分
库房为单一的冷却物冷藏间，系统就只有一个温度回路，不用划分。
3.3系统的供液方式
氨泵供液系统的特点：
（1）由于蒸发器内氨液流量远大于蒸发量。
制冷剂有较高的流速和更大的湿周，在蒸发器内制冷剂 大体上呈“雾环流”，这样既加强了蒸发器内表面的热交换强度又减轻了润滑油对管壁的污染程度，从而使蒸发器全部换热面积得以比较充分的发挥作用。
提高了蒸发器的实际换热量。
（2）氨泵强制输送氨液，蒸发器内制冷剂流量大，进液压力高，对蒸发回路复杂、 流程长、蒸发器高差大的情况仍能够确保蒸发器有比较均匀的供液。
（3）循环桶的体积大，提供了充分的气液分离条件，虽然进气管有数倍于蒸发量的二次液体进入，压缩机仍然能够吸入干饱和蒸汽，在确保循环桶正常工作液面的情况下不会出现湿压缩。
（4）循环桶可以兼做排液桶，简化了系统和融霜操作程序，通过融霜过程自蒸发器冲霜回的润滑油与由供液管中的氨液带入的润滑油大部分在循环桶中沉积下来，由循环桶下部的放油管放出，减少了进入蒸发器的机会。
（5）设备和调节站均集中于制冷机房内，便于操作和集中管理。
由于循环桶直径大、液面稳定，加之氨泵启闭和保护简单很容易实现自动控制。
直接膨胀式供液的特点：
1.利用了高压液体能量，减少了无功损耗。
2.由于设备少，系统简单，一次投资低于其他系统。
3.高压液体节流过程中的闪发气体被送入蒸发器内影响传热效果。
重力供液的特点：
1.高压氨液节流后产生的闪发气体被彻底分离，进入蒸发器的是完全的液体，避免了闪发气体对传热的影响。
2.液柱高度影响蒸发温度。
由以上的分析可知，氨泵供液制冷系统比直接膨胀供液或重力供液系统要优越的多，所以，选用这种供液方式。
3.4冷却水方式
采用一般生活用水并进行循环流动，节约用水。
3.5融霜方式
冻结间和冷藏间设有热氨融霜，平时采用人工扫霜。
热氨融霜前应停止向融霜冷间供液，以减少蒸发器的排液量。
冲霜时，蒸发器内的氨液全部排入排液桶，冲霜完毕后液体可通过加压，使氨液进入低压循环桶继续向冷间供液。
3.6 自动控制方法
（1）液位控制
每个低压循环桶装设两套UQK-40型遥控液位计，如下图所示，其中一套UQK-40与供液电磁阀ZCL-25YB配套，以维持低压循环桶的正常液面（30％～35％）。
另一套UQK-40起安全保护作用，当桶内液位内超过高液位（70％）时报警，并与压缩机电机线路连锁，经延时切断电源，做事故停车。
图3-1
（2）流量旁通
氨泵排出管道上装设ZZRP-32旁通阀，以旁通多余的流量，避免出现蒸发器中液面升高，库房温度反而难以降温，又增加动力消耗的不正常现象的出现。
根据经验，一般把旁通阀调至泵的排出管压力表读数与低压循环桶的压力表读数的差值为0.24～0.27MPa，当泵的排除压力超高时，旁通阀开启。
（3）氨泵保护
屏蔽泵不能断液，并且对气体特别敏感，液位波动或压力剥夺能引起气蚀而导致断液。
因此，须设置压差保护器（CWK-11），用以控制进出口压差，压差（压差取50～60kPa）低于某一调定值时，发出报警信号，停止氨泵运转。
4机房的机器、设备的布置情况
机房分成机器间和设备间两部分。
1.制冷压缩机安装在机房内，仪表盘应面向主要操作通道；
2.油分离器可随压缩机安装；
3.冷凝器安装在室外离机房出入门较近的地方；
4.高压贮液器布置在室外靠近冷凝器，且安装高度应与冷凝器配合，保证液体自流进入；
5.油分离器应根据冷凝器和高压贮液器的标高来布置；
6.总调节站设在机器间便于观察、操作的地方；
7.液氨分离器设在机房之上；
8.低压循环桶设在设备间利用金属固定的平台上；
9.氨泵布置在低压循环桶的下面近处；
10.其余设备均按照有关资料的要求布置。
5库房特征
5.1.库房温湿度条件
室外计算温度tw=30℃，夏季通风室外设计计算温度31℃，冷间设计温度nt=+3℃，冷间设计相对湿度85%.
5.2冷却设备形式冷藏间采用干式冷风机配均匀送风道，送风道由水平送风主管和喷嘴组成。
表3-2自然对流与有组织的冷风循环的对比
对比项目
设备形式
优点
缺点
结论
自然对流
1.设计制作简单、食品干耗小，耗电少。
1..库内温度不均匀，不便除霜
2，排管金属消耗量大，制作期长。
综合考虑到冷库的净面积较小，且冻结物包装简单，选用自然对流方式。
由于采用氨泵供液，采用盘管式排管。
有组织的冷风循环
1.有冷风机使库内温度均匀
2.不用人工冲霜
3.节省钢材和投资，安装方便。
4.易于实现自动化。
适于贮藏包装冻品。
1.增加干耗
5.3气流组织形式采用送风管上的喷咀往两边喷射，由下部回到中间通道，然后回风至门口的回风口。
6设计计算书
6.1设计依据
6.1.1冷库的平面布置
该冷库的冷藏吨位为200吨，冷藏间的容量不宜太小，一般取400吨左右，且布置近似为方形，所以只需一间冷藏间即可。
据公式：
式中：
G—各冷库计算吨位（t）；
V1—各冷藏间的公称体积（m3）；
η—冷藏间的容积利用系数；
s—食品的计算密度（kg/m3）
根据《制冷装置设计》表2-1-4查得水果的密度（箱装）为
s=300kg/m3，其中η=0.55。
根据上式得，
公称容积：
冷库高度的确定：
净高为4.8m，堆码高度为3.5m。
冷间的堆货有效容积为1212*60%=727.2m3，则有效使用面积为727.2/3.5=207.77㎡，则冷却物冷藏间使用面积为207.77/0.8=259.71㎡（式中0.8为修正系数）则净长和净宽分别为20m和13m。
6.1.2设计参数
冷间
室外计算温度tw
夏季通风室外设计计算温度
冷间设计温度tn
冷间设计相对湿度
冷间进库温度
冷间出库温度
冷间冷加工时间τ
冷藏间
30℃
31℃
3℃
85%
25℃
0℃
24h
6.2制冷负荷计算
6.2.1维护结构传入热Q1
根据公式：
式中K—维护结构传热系数，单位W/㎡·K；
F—维护结构传热面积，㎡；
a—维护结构两侧温差修正系数，查《制冷装置设计》表2-2-2可得；
tw—维护结构外侧计算温度℃，当计算外墙、顶棚时，按规定值取；当计算内墙地坪时，按邻室温度规定值取；
tn—冷间设计温度℃。
表1各构造层的传热系数KW/（m2·C）
围护结构名称
冷却物冷藏间
北外墙
0.33
东外墙
0.33
西外墙
0.33
南外墙
0.33
屋顶（整体式）
0.33
地坪
0.58
表2各冷间围护结构传入热Q1计算表
冷间与库温
围护结构
面积
m2
传热系数K
W/（m2·C）
计算温度tw℃
库内外温差tw-tn℃
修正系数ɑ
Q1
W
备注
冷藏间
tn=3℃
北外墙
62.4
0.33
30
27
1.30
722.78
东外墙
96
0.33
30
27
1.30
1111.97
西外墙
96
0.33
30
27
1．30
1111.97
南外墙
62.4
0.33
30
27
1.30
722.78
屋顶（整体式）
260
0.33
30
27
1.60
3706.56
地坪
260
0.58
0
27
0.6
0
小计
7376.06
6.2.2货物放热量Q2
式中Q2a—食品放热量；
Q2b—食品包装材料和承载工具的热量；
Q2c—食品冷加工过程的呼吸热；
Q2d—食品冷藏过程中的呼吸热；
G′—冷间每天进货量（kg）；
h1、h2—货物进出冷间的焓值kJ/kg；
τ—货物冷加工时间，s；
B—货物包装材料和运载工具的重量系数；
Cb—包装材料或运载工具的比热，kJ/kg·K；
t1—包装材料或运载工具进入冷间时的温度，℃；
t2—包装材料或运载工具在冷间内降温终止时的温度一般为库房设计温度，℃；
q1、q2—鲜果冷却初始、终止温度时的呼吸热，W/kg；
Gn—冷却物冷藏间的冷藏量，kg。
冷间货物放热量Q2
冷间
G′
h1
h2
τ
B
Cb
t1
t2
q1
q2
Gn
Q2
冷藏间
10000
336.5
247.2
86400
0.25
2.51
25
0
0
0.082
200000
28141.33
6.2.3通风换气冷负荷Q3
式中：
hn，hw—室内外空气的焓值，kJ/kg；
n—每日换气次数，取3次；
V—冷间内的净容积，m3；
ρn—冷间内空气密度，kg/m3。
通风换气冷负荷Q3（w）
冷间
hn
hw
n
V
ρn
Q3
冷藏间
7.976
88.55
3
1212
1.293
4384.5
6.2.4电机运行热当量Q4
式中：
Ni—各电动机的额定功率，kW；
ξi—各热转化系数，取1；
ρi—各电机运转时间系数，取1。
电机运行热当量Q4
冷间
Ni（kW）
ξi
ρi
Q4
冷藏间
4
1
1
4000
6.2.5操作管理冷负荷Q5
式中：
qd—冷间每平方米地板面积照明热量，W/㎡；
F—冷间地板面积，㎡；
V—冷间内净容积，m3；
n—每日开门时引起换气次数；
hn，hw—室内外空气的焓值，kJ/kg；
M—空气幕修正系数；
rn—冷间内空气容重,kg/m3。
nr—操作人员数量；
qr—每个操作人员每秒的放热量。
操作管理冷负荷Q5
冷间
qd
F
V
n
hn
hw
M
rn
nr
qr
Q5
冷藏间
2
260
1212
2.2
7.976
88.55
0.5
0.773
2
280
1551.1
6.3库房冷却设备负荷Qq
式中，P—冷却或冻结加工负荷系数，取1。
冷间冷却设备负荷Qq汇总表
冷间
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Qq
冷藏间
7376.06
28141.33
4384.5
4000
1551.1
46190.6
假设冷间的单位制冷负荷为200W/t，则单个冷间Qq假设=200Gn=200×200=40000W，冷风机的蒸发面积为：
选用欣业食品机械有限公司的GJL（LFJ）-250落地顶吹风式冷风机，蒸发面积为250平方米，该风机配用两台电动机，每台机功率为2.2KW，共4.4kW，那么冷间电动机耗冷量的计算结果见表：
冷间冷却设备负荷Qq汇总表
冷间
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Qq
Q假设
冷藏间
7376.06
28141.33
4384.5
4000
1551.1
46190.6
40000
经校验，各冷间假设的冷却设备负荷Qq假设与实际计算得出的冷却设备负荷Qq的误差约为10%，说明选用的冷风机合理。
6.4机械负荷Qj
式中：
R—制冷装置管道和设备等冷量损耗补偿系数，取1.12；
n1k—维护结构传热量的季节修正系数，取1.00；
n2k—机械负荷折减系数，冷却物冷藏间取0.5；
n3k—同期换气次数，取1；
n4k—冷间电动设备的同期运转系数，冷却物冷藏间取1；
n5k—冷间同期操作系数，冷却物冷藏间取1；
机械负荷Qj
冷间
n1Q1
n2Q2
n3Q3
n4Q4
n5Q5
R
∑∑nikQik
Qj
冷藏间
7376.06
14070.67
4384.5
4000
1551.1
1.12
31382.33
35148.21
7机器设备的选型计算
整个冷库的耗冷量计算以后，便可按机器总负荷进行选择制冷压缩机与所配用的设备。
按这个冷库的设计条件，确定冷凝温度，氨液冷凝后的再冷温度以与制冷压缩机循环的级数，然后进行计算。
7．1制冷循环参数的确定
7.1.1蒸发温度tz的确定
由于蒸发器是直接布置在库房的，一般比库温低8～10℃，故冷藏间取-7℃。
7.1.2冷凝温度tl的确定
根据广州地区的水文地质条件与气象条件，采用冷却水循环冷却。
冷凝器的进水温度ts1=ts+△=28+3=31℃（其中ts为室外空气湿球温度，△为冷却塔的冷幅高），冷凝器的出水温度为ts2=ts1+2=31+2=33℃（立式冷凝器）
式中△tm—对数平均温差，取值范围为4～6℃，取4℃。
由此计算出冷凝温度为36℃。
7.1.3吸入温度tx的确定
对氨泵供液系统，设计工况的吸入温度冷藏间tx为-7℃。
7.1.4过冷温度tg的确定
冷却物冷藏间的过冷度tg为3℃。
7.1.5制冷循环压缩机的级数确定
这个冷库要求冷却物冷藏间的温度为3℃，蒸发温度为-10℃。
当冷凝温度为36℃时，相应的冷凝压力为Pl=1391.6Kpa，当冷却物冷藏间蒸发温度为-10℃时，相应的蒸发压力为Pz=291.06Kpa。
按照冷凝压力和蒸发压力的比值考虑:
冷却物冷藏间：
==4.78＜8，故宜采用单级压缩制冷循环。
7.2制冷压缩机的选型计算
如图1，取过冷度3℃，节流前氨液的温度tg=33℃。
根据《制冷原理与设备》附图3查得有关参数：
h0=1436.81kJ/kg；h1=1465.47kJ/kg；h2=1748.94kJ/kg；h3=h4=283.29kJ/kg；v1=0.59664m3/kg；h2′=366.41kJ/kg，λ=0.74
查看压缩机产品目录，选用3台4AS-10单级压缩机，均为大连冷冻机厂出品，其性能参数如下：
压缩机的型号
蒸发温度（℃）
冷凝温度（℃）
标准轴功率（kW）
4AS-10
5～-30
≤40
18.60
校核
a、制冷量的校核
实际制冷量：
式中∑Gc—制冷剂实际总流量，kg/s；；
其中，∑Vp—选用压缩机理论总输气量，m3/s。
b、电动机功率的校核
单台压缩机的理论功率：
式中h2，h1—进排出气体的焓值，kJ/kg。
指示功率：
式中，ηzs—指示效率，对开启式压缩机，按下式计算：
，其中：
Tz、Tl—绝对蒸发温度和冷凝温度，K；b—系数，取0.001。
摩擦功率
式中Pm—平均摩擦压力kPa，75kPa。
有效功率
电机轴功率
式中ηc—传动效率，取0.96。
配用电动机功率
7.3冷却水系统的选型计算
冷凝器的选型计算
①冷凝器的热负荷计算
Ql=0.03×（1748.94-283.29）=43.97kw
式中：
G—制冷剂质量流量
h2，h3—单级循环冷凝器进出口制冷剂的焓值，kJ/kg；
②冷凝器面积计算
式中：
F—冷凝器传热面积，㎡；
K—冷凝器传热系数，kW/㎡；
△tm—对数平均温差，取值范围为4～6℃；
qf—冷凝器单位面积热负荷，kW/㎡，取3.3kW/㎡。
③选用大连冷冻设备有限公司的冷凝器LN-30一台，其技术参数如下：
型号
换热面积（㎡）
壳体直径（mm）
高（mm）
重量（kg）
LN-30
30
450
3280
990
7.4冷却设备的选型计算
（1）冷却设备传热面积计算
式中：
F—冷却设备的传热面积，㎡；
K—冷却设备的传热系数，冻藏间取17.5，冷藏间取15.8，W/㎡·K；
△t—冷却设备的计算温差，冻藏间取10℃，冷藏间取9℃；
Qq—冷却设备负荷，W。
计算结果见表
冷却面积
冷间
K
△t
Qq
冷却面积F
冷藏间
15.8
9
35148
247.17
②冷藏间选用欣业食品机械有限公司的GJL（LFL）落地顶吹风式冷风机3台，其技术参数如下：
型号
蒸发面积（㎡）
制冷量（kcal/h）
台数
风量（m3/h）
全压（Pa）
装机容量（kW）
重量（t）
单台
总计
单台
总计
GJL（LFL）
200
28580
2
10000
20000
420
2.2
4.4
0.76
7.5节流阀的选型计算
（1）流量计算
（2）通道截面积计算
代入公式，有
式中G—流经节流阀的制冷剂流量，kg/s；
A—通道截面积，㎡；
ρl—节流阀前液体的密度，取604.5kg/m3；
△Pv—节流前后的压差，Pa；
CD—流量系数，取0.35。
（3）节流阀的的选型
冷藏间选用3个型号为DL61W-40P节流阀，其技术参数如下：
型号
公称通径mm
适用温度
（℃）
公称压力（MPa）
重量（kg）
DL21W-40T
2
-240-80
4
1.23
7.6辅助设备的选型计算
（1）油分离器的选型计算
式中ｖp，ｖpg—压缩机排气口制冷剂蒸汽的比容，m3/kg；
G，Gg—制冷剂流量，Kg/s；
ω—油分离器内气体流速，取0.2m/s。
型号
容器类别
外形尺寸（mm）
重量（kg）
壳体直径
高
YF-40
SM-2
273
3500
110
（2）高压贮液器的选型计算
式中υ′—冷凝温度下液态制冷剂的比容，m3/kg；
∑G—制冷系统制冷剂总循环量，
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