第3章-冷库制冷系统的设计3

制冷专业核心课程冷库设计与运行南京化工职业技术学院机械系3.3制冷压缩机及设备的选型计算12345冷凝器选型计算制冷压缩机选型计算冷却设备选型计算辅助设备选型计算节流装置选型计算3.3.1制冷压缩机选型计算•选型原则•主要工作参数确定•选型计算台数、系列、使用条件蒸发温度、冷凝温度、吸气温度、过冷温度、中间温度单极制冷压缩机双级制冷压缩机一、制冷压缩机选型原则机房压缩机BECDA所选机器制冷量大于或等于机械负荷选择台数合适尽量同系列压力比超过8或10时选双级注意在压缩机的使用条件内二、基本参数的确定冷凝温度tk蒸发温度to资料BA吸气温度t1’C过冷温度t4’D间接冷却系统：比载冷剂温度低5℃。直接冷却系统：比库房温度低10℃左右。可通过蒸发温度确定取决于冷凝器的形式、冷却方式和冷却介质的温度。单级氨系统：比过冷器进水温度高3℃。双级系统：比中间温度高3～5℃。双级压缩系统中间压力和中间温度的确定1）比例中项计算法kmppp02）经验公式计算法双级压缩系统3）经验查图法三、单级制冷压缩机选型计算单级压缩机选型计算步骤4、选型3、计算2、确定1、汇总各蒸发系统的机械负荷确定工作参数计算出所需的理论输气量根据厂家提供的技术参数和性能曲线确定压缩机的型号、台数。（1）以压缩机的理论输气量选型vjjPqhhvV6.3)(6.3512（2）以压缩机的标准工况制冷量选型压缩机的制冷量随运行工况变化而不同，为了以统一的工况表示压缩机的制冷量，因此国家规定了标准工况压缩机产品样本中的制冷量为标准工况下的制冷量，而由冷负荷计算所求得的机械负荷是设计工况下所需的制冷量，因此，不能用机械负荷直接选取压缩机，而应把折算成标准工况下的制冷量。jvjjvbbbqq'vbbPbqVvPjqV（3）根据压缩机性能曲线选型压缩机厂对其制造的各种压缩机都要在实验台上针对其某种制冷剂和一定的工作转速，测出不同工况下的制冷量和轴功率，并据此作出压缩机的性能曲线，附在产品说明书中。在压缩机选型时，先确定设计参数，然后根据设计参数和压缩机性能曲线，可确定压缩机的型号和台数。例题选型确定设计工况下的qr和λ的值。根据tz=-10℃，t1=35℃，查表、查图分别得qr=2588.2kJ/m3，λ=0.75。已知：某氨制冷系统，蒸发温度为-10℃，冷凝温度为35℃，机械负荷Φj=185000W，试对制冷压缩机进行选型计算。代入数据确定参数将已知数据带入公式Ｖ=3.6×185000/(0.75×2588.2)m3/h=343.1m3/h查得，一台6AW10型制冷压缩机的理论输气量为190.2m3/h，选两台6AW10型制冷压缩机可满足，即：V=2×190.2m3/h=380.4m3/h解：(1)理论输气量法例题在设计工况下，8AS10压缩机制冷量为125kW,折合成6AW10压缩机制冷量为93.75kW选2台制冷量为93.75×2=187.5kW，也满足计算负荷的需要(2)性能曲线法(1)配组双级压缩机的选型计算：四、双级压缩机的选型计算配组双级压缩机的选型，关键是确定双级压缩机在设计工况下运行时的中间温度，前面提到的最佳中间温度是在理想条件下求得的数值，故不能直接用最佳中间温度确定制冷循环，而应根据高低压级压缩机理论排气量之比用图解法求出中间温度。然后根据确定高、低压级的理论输气量之比，由此再据机械负荷选择高压级和低压级压缩机的型号和台数。1.配组双级压缩机的选型计算：四、双级压缩机的选型计算（1）根据设计工况的蒸发温度和冷凝温度按式（3-19）计算得出的最佳中间温度，假定两个中间温度、（一般取－5℃、+5℃），在压焓图上作出制冷循环的过程线，如图3-17所示，并分别查出两个不同中间温度条件下相关的状态参数1mt2mt'1mmtt'2mmtt（2）分别求出高低压级的输气系数gd（3）按表3-28的格式，分别求出两个中间温度下组成的制冷循环计算项目1.配组双级压缩机的选型计算：四、双级压缩机的选型计算（4）以中间温度为纵坐标，以压缩机的理论输气量之比为横坐标作坐标图。1.配组双级压缩机的选型计算：四、双级压缩机的选型计算（5）根据最佳中间温度，在坐标图上找出相应的理论输气量之比。参照高低压级的输气量的大致范围，选择高低压级压缩机，并使所选压缩机的理论输气量之比尽量与接近，然后按所选定的压缩机的理论输气量之比由坐标图上查出相应的中间温度，这个中间温度是与所选压缩机相配的最适中间温度。'mt''mt1.配组双级压缩机的选型计算：四、双级压缩机的选型计算（6）通过试算求得中间温度后，结合冷凝温度和蒸发温度作出实际制冷循环图，查出各有关参数进行热力计算，以便验算所选压缩机在设计工况条件下的制冷量。如制冷量大于系统的机械负荷，那么所选压缩机满足设计要求。但若超过量太大，则应选较小制冷量的压缩机重新核算。如压缩机在设计工况下的制冷量小于系统的机械负荷，则必须重新选型，直至满足设计要求。以上的选型计算实际更着重于配组双级机的选型计算。在选用单机双级压缩机时，因为高低压缸的容积比，即两级压缸的输气量之比已为确定的值，有时也可直接由产品样本选型。因为我国生产的单机双级压缩机的产品样本上制冷量的工况条件是：蒸发温度-30~-35℃，冷凝温度35~40℃，设计工况条件一般不会超出此范围，所以在选型时可省略繁琐的中间温度计算，直接根据系统的机械负荷和设计工况以及选机原则，由产品样本确定所选机器的型号和台数，一般可满足设计要求。以上的压缩机选型计算是以活塞式压缩机为原型来考虑的，如果是螺杆式压缩机的选型，基本计算过程是一样的在选型时应特别注意以下几点：①单级螺杆式制冷压缩机的经济压缩比为4.7~5.5,在此范围内经济性最佳。②单级螺杆式制冷压缩机不宜用于我国南方地区的低温工况。③蒸发温度在－20℃以下时，单级螺杆式压缩机的运行经济性差。蒸发温度越低，效率越低，能耗越大，长期运行会带来能源的过量消耗，并使压缩机过早损坏。④优先选择带经济器的螺杆式压缩机。带经济器的螺杆式压缩机有较宽的运转条件，单级压缩比大，比双级螺杆式制冷系统容易控制，系统简单，占地面积小；与单级螺杆式压缩机相比，优越性更加明显。3.3.2冷凝器的选型计算1.冷凝器选型原则蒸发式冷凝器缺水地区，水质较差时须进行处理建库地区的水温、水质、水量及气候条件，机房布置，还要考虑运行费用和一次投资。2.冷凝负荷计算(1)单级压缩制冷循环冷凝器的负荷：6.3/)(43hhqmk2.冷凝负荷计算(2)双级压缩制冷循环冷凝器的负荷：6.3/)(65hhqmgk对于既有单级又有双级压缩的制冷循环，冷凝负荷为单、双级压缩回路冷凝负荷之和。3.冷凝面积计算FkmkqtKA式中A——冷凝器传热面积，单位为m2；Φk——冷凝负荷，单位为W；K——冷凝器传热系数，单位为W/（m2·℃）；qF——冷凝器热流密度，单位为W/m2；△tm——对数平均温度差，单位为℃。2112lg3.2skskssmttttttt根据上述方法，求出冷凝器冷却面积后，即可利用产品样本或说明书直接确定出冷凝器的型号、台数。冷却设备是制冷系统中排管、冷风机和其他类型蒸发器的总称，是制冷系统中产生冷效应的低压换热设备。选型步骤：选择型式→计算冷却面积→确定具体的型号和台（组）数。3.3.3冷却设备的选型计算1.型式的选择冷却间、冻结间和冷却物冷藏间：应采用冷风机.冻结物冷藏间：宜选用冷风机；食品无良好包装时，可采用顶排管、墙排管.根据不同食品的冻结工艺要求选用合适的冻结设备.包装间：室温高于-5℃时宜选用冷风机，低于-5℃时应选用排管。冰库：光滑顶排管。2.冷却面积式中A——冷却设备传热面积，单位为m2；Φs——冷却设备负荷，单位为Ｗ；Ｋ——冷却设备传热系数，单位为W/（m2·℃）；△t——库房空气温度与蒸发温度之差，单位为℃。tKAs冷排管结构3.3.4辅助设备选型计算面积或体积流速、直径供液设备或贮液器必须保证一定面积或液位，保证压缩机运行安全。气体分离设备必须保证气体的流速足够低。中冷器油分器氨泵排液桶低压循环桶贮液器氨液分离器根据桶径和冷却面积选型。用于双级压缩制冷系统，冷却低压机排气，将冷凝后的饱和液体过冷，分离低压机排气所夹带的润滑油及液滴。1、中间冷却器(1)中间冷却器桶径式中λ——高压机输气系数；V——高压机理论输气量，单位为m3/h；W——中间冷却器内的气体流速，一般不大于0.5m/s；dZj——中间冷却器内径，单位为m。wλVwVd0188.0π36004zj(2)蛇形盘管冷却面积式中A——蛇形盘管所需的传热面积，单位为m2；ΦZj——蛇形盘管的热流量，单位为W；△td——蛇形盘管的对数平均温度差，单位为℃；K——蛇形盘管的传热系数。dΔtKΦAzj(3)中间冷却器选型根据计算求得的djz、A，从产品样本中选取同时满足djz、A的中间冷却器的型号、台数。根据桶径选型。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。2、油分离器式中dy——油分离器的直径，单位为m；λ——压缩机输气系数，双级压缩时为高压级压缩机的；V——压缩机理论输气量，单位为m3/h（双级压缩时为高压级压缩机的）;W——油分离器内气体的流速。wλVwVd0188.0π36004y贮液器以体积选型。又称高压储液桶，用于储存由冷凝器来的高压液体制冷剂，以适应冷负荷变化时制冷系统中所需制冷剂循环量的变化，并起到液封的作用。3、高压贮液器式中V——储液器体积，单位为m3；∑qm——制冷装置中每小时制冷剂液体的总循环量，单位为kg；v——冷凝温度下液体的比体积，单位为m3/kg；——储液器的体积系数；β——储液器的液体充满度，宜取70%。mqvV大系统可选多台储液器并联使用，并联时最好选用相同型号的，安装时贮液桶顶部水平。氨液分离器有机房、库房之分，均以桶径选型。气液分离，防止压缩机发生液击现象。4、氨液分离器机房氨液分离器:式中d——机房氨液分离器的直径，单位为m；λ——压缩机输气系数，双级压缩时为低压级压缩机；V——压缩机理论输气量，双级压缩时为低压级压缩机，单位为m3/h；W——氨液分离器内气体流速，一般采用0.5m/s。wλVwVd0188.0π36004根据桶径选型。气液分离，防止压缩机发生液击现象；将蒸气分离，只让液氨进入蒸发器；保持一定的液位，利用高差向蒸发器供液。氨液分离器库房氨液分离器:式中d——库房氨液分离器直径，单位为m；v——蒸发温度相对应的饱和蒸气比体积，单位为ｍ3/kg；qm——通过氨液分离器的氨液量，单位为kg/h；w——氨液分离器内气体流速，一般采用0.5m/s。wVqwVqdmm0188.0π36004根据桶径和体积选型。液泵供液系统的专用设备，储存并给液泵提供低压液体，对库房回气进行气液分离，兼作排液桶。5、低压循环桶式中dd——低压循环桶的直径，单位为m；V——压缩机理论输气量，双级压缩时为低压级压缩机，单位为m3/h；λ——压缩机输气系数，双级压缩同上；w——低压循环桶内气体流速；ξ——截面积系数；n——低压循环桶气体进气口的个数。nwV0188.0n36004ddwV低压循环桶桶径低压循环桶体积1）上进下出式供液系统式中V——低压循环桶体积，单位为m3；θq——冷却设备设计注氨量体积的百分比(%)；Vq——冷却设备的体积，单位为m3；Vh——回气管体积，单位为m3。)6.0(5.01hqqVVV2）下进上出式供液系统式中V/q——各冷间中冷却设备注氨量最大一间蒸发器的总体积，单位为m3；qv——一台氨泵的流量，单位为m3/h；tb——氨泵由启动到液体自系统返回低压循环桶的时间;Vh——回气管体积，单位为m3。)6.02.0(7.01vbhq/qtVVV6、氨泵氨泵的选型应从流量、扬程、吸入压头三方面考虑。(1)流量式中qv——氨泵的体积流量，