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1、 鄭州輕工業(yè)學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 200kw空調(diào)用水冷冷水機(jī)組設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 王 曉 寧 專業(yè)班級(jí) 建環(huán)07級(jí)1班 學(xué) 號(hào) 200702040142 院 （系） 機(jī)電工程學(xué)院 指導(dǎo)教師(職稱) 李 春 艷(副教授) 完成時(shí)間 2011 年

2、5 月27日 200kw空調(diào)用水冷冷水機(jī)組 目 錄 中文摘要 I 英文摘要 II 1 前言 1 1.1 現(xiàn)狀 1 1.2 存在問(wèn)題 1 1.3 發(fā)展趨勢(shì) 2 1.4 設(shè)計(jì)方向 2 2 冷水機(jī)組設(shè)計(jì)方案的論證 3 2.1 制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 2.1.1 制冷方法 3 2.2 冷水機(jī)組的設(shè)計(jì) 3 2.2.1 冷水機(jī)組的分類 3 2.2.2 各種冷水機(jī)組的優(yōu)缺點(diǎn) 4 2.2.3 冷水機(jī)組類型的確定 6 2.3 制冷劑 6 2.3.1 制冷劑的要求 6 2.3.2 常用制冷劑 6 2.3.3 制冷劑展望 9 2.3.4

3、制冷劑種類的確定 13 2.4 壓縮機(jī) 13 2.4.1 制冷壓縮機(jī)的分類 14 2.4.2 各類壓縮機(jī)的特點(diǎn) 14 2.4.3 壓縮機(jī)種類的確定 16 2.5 冷凝器 16 2.5.1 水冷式冷凝器的分類 16 2.5.2 冷凝器類型選擇 18 2.6 蒸發(fā)器類型選擇 18 2.6.1 干式殼管蒸發(fā)器 18 2.6.2 直接蒸發(fā)式空氣冷卻器 19 3 冷水機(jī)組的設(shè)計(jì)計(jì)算 19 3.1 系統(tǒng)的熱力計(jì)算 19 3.1.1原始資料及參數(shù)的確定 19 3.1.2 熱力計(jì)算 21 3.2 壓縮機(jī)的選擇及制冷劑流量校核 22 3.2.1 壓縮機(jī)選擇 22 3.2.2 壓

4、縮機(jī)校核 24 3.3.1冷凝器傳熱管的選擇及參數(shù)計(jì)算 25 3.3.2冷凝器熱負(fù)荷及冷卻水流量 26 3.3.3 冷凝器結(jié)構(gòu)的初步規(guī)劃 27 3.3.4 傳熱計(jì)算及所需傳熱面積確定 29 3.3.5 冷卻水側(cè)阻力計(jì)算 31 3.3.6 連接管管徑計(jì)算 32 3.4 蒸發(fā)器設(shè)計(jì)計(jì)算 32 3.4.1 初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 32 3.4.2 管內(nèi)R134a的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 33 3.4.3 水側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計(jì)算 35 3.4.4 傳熱系數(shù)的計(jì)算 37 3.4.5 管內(nèi)流動(dòng)阻力和平均傳熱溫差的計(jì)算 37 3.4.6 面積熱流量及傳熱面積的計(jì)算 38 3.4.7 冷水側(cè)流動(dòng)阻力計(jì)

5、算 38 4 系統(tǒng)制冷劑充注量的估算及冷凍油的選擇 39 4.1 制冷劑充注量的計(jì)算 39 4.2 冷凍油的選擇 40 5 節(jié)流機(jī)構(gòu)的選擇計(jì)算 41 5.1 節(jié)流機(jī)構(gòu)的工作原理及作用 41 5.2 熱力膨脹閥 42 5.3 熱力膨脹閥的設(shè)計(jì)選型 43 6 管道和其它輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)和選用 45 6.1 管道的設(shè)計(jì) 46 6.2 干燥過(guò)濾器的選擇 48 6.3 氣液分離器的計(jì)算選型 49 6.4 視液鏡選擇 51 6.5 冷卻塔選型 51 6.5.1 冷卻塔選型的一般原則 51 6.5.2 冷卻塔水流量計(jì)算公式 52 6.6 冷卻水泵計(jì)算選型 54 6.6.1 泵

6、的流量計(jì)算 54 6.6.2 冷卻水泵泵的揚(yáng)程確定 55 6.6.3 泵的功率計(jì)算 56 6.6.4 泵的選型 56 6.7 冷凍水泵計(jì)算選型 58 6.7.2 冷凍水泵泵的揚(yáng)程確定 58 6.7.3 泵的功率計(jì)算 60 6.7.4 泵的選型 60 7 自動(dòng)控制與電器元件的選用 60 7.1 溫度控制器的選擇 61 7.2 高低壓壓力控制器 61 7.3 電磁閥 62 7.4 單向截止閥的選擇 64 結(jié) 束 語(yǔ) 66 致 謝 67 參考文獻(xiàn) 68 200kw空調(diào)用水冷冷水機(jī)組 200kw空調(diào)用水冷冷水機(jī)組設(shè)計(jì) 摘 要 建筑能耗在發(fā)達(dá)國(guó)家

7、國(guó)民經(jīng)濟(jì)的總能耗中所占比例達(dá)到20%~30%，而空調(diào)系統(tǒng)能耗將占建筑能耗的45%~50%，[6]作為空調(diào)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，冷水機(jī)組性能的好壞直接影響著空調(diào)系統(tǒng)的能耗。為盡可能的降低能耗就對(duì)冷水機(jī)組的性能提出了相關(guān)要求。為降低能耗提高制冷系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，本文通過(guò)對(duì)不同制冷劑及制冷循環(huán)的對(duì)比，選定了適用于空調(diào)用水冷冷水機(jī)組的制冷循環(huán)。同時(shí)介紹了冷水機(jī)組重要組成部件：壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流閥及輔助設(shè)備的型式及其特點(diǎn)，并且綜合其優(yōu)缺點(diǎn)及限制條件，選定適合系統(tǒng)循環(huán)的各個(gè)部件，然后將選好的各部件組成水冷冷水機(jī)組，完成適用于200kw空調(diào)用水冷冷水機(jī)組設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞 空調(diào)用/水冷/制冷循環(huán)/冷水機(jī)

8、組/設(shè)計(jì) THE DESIGN OF 200KW COLD WATER CHILLER UNIT OF AIR CONDITION ABSTRACT National building energy consumption in developed countries the proportion of the total energy consumption 30% to 20%, while the air conditioning energy consumption equipment, chil

9、lers, direct impact on the performance the energy consumption of air conditioning systems. To reduce the energy consumption as much as possible the performance of the proposed chiller has been required. Refrigeration system to reduce energy consumption to improve the economy, through the different r

10、efrigerants and refrigeration cycle contrast, selected water cold water for air conditioning refrigeration unit. Chillers also introduced important components: compressor, condenser, evaporator, throttle and auxiliary equipment of the type and characteristics, and the combination of its advantages a

11、nd disadvantages and limitations, selected for the various parts of the system cycle, and then The composition of selected water-cooled chiller components to complete the cold water for 200kw Air conditioning water chiller design. KER WORDS air conditioning，water cooling，refrigeration cycle，ch

12、iller design II 1 前言 1.1 現(xiàn)狀 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和工業(yè)自動(dòng)化水平的快速提高，制冷空調(diào)設(shè)備在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門和人民生活中應(yīng)用日益廣泛。在所有能耗中，建筑能耗占有很大的比例，而在建筑能耗中，空調(diào)制冷用電的上升勢(shì)頭尤為迅猛，有資料表明，我國(guó)現(xiàn)階段住宅每平米的能耗是相同氣候條件下發(fā)達(dá)國(guó)家的3倍左右，因此建筑節(jié)能也就成為了節(jié)能工作中最有潛力的領(lǐng)域之一。大型公共建筑節(jié)能的最主要任務(wù)是空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能,冷水機(jī)組是空調(diào)系統(tǒng)的最主要用能部分，冷水機(jī)組的性能的好壞直接影響

13、冷水機(jī)組的能耗，有必要對(duì)冷水機(jī)組的運(yùn)行性能進(jìn)行科學(xué)的評(píng)價(jià)，使冷水機(jī)組處于高效的運(yùn)行，降低能耗。 冷水機(jī)組的運(yùn)行性能通常用COP作為評(píng)價(jià)指標(biāo),COP是指單位耗電量能提供的制冷量，其值越高,機(jī)組的效率越高，因此，COP很直觀地反映了冷水機(jī)組的整體運(yùn)行性能。在實(shí)際運(yùn)行中,中央空調(diào)冷水機(jī)組大部分時(shí)間都處于部分負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，傳統(tǒng)的用COP描述冷水機(jī)組性能常采用的方法是將COP擬合成負(fù)荷率的函數(shù)。這種方法有其不足，它認(rèn)為冷水機(jī)組的COP只與負(fù)荷率有關(guān)，而與機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行工況無(wú)關(guān)，比如冷卻水溫度、冷凍水溫度等。實(shí)際上，冷水機(jī)組的性能不僅與所處的環(huán)境有關(guān)，還與它的實(shí)際運(yùn)行工況有關(guān)。因此，有必要考慮其他因素的

14、影響，更科學(xué)的研究冷水機(jī)組的運(yùn)行性能。 1.2 存在問(wèn)題 中國(guó)正處于工業(yè)化過(guò)程中，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)能源的依賴要比發(fā)達(dá)國(guó)家大得多，社會(huì)發(fā)展受到資源約束的矛盾日益突出。近幾年來(lái)，我國(guó)電力生產(chǎn)增長(zhǎng)迅猛，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)有21個(gè)省市區(qū)采取了拉閘限電的措施來(lái)保證基本的電力供應(yīng)，而隨著空調(diào)的進(jìn)一步普及，冷水機(jī)組已日漸成為能耗大戶。同時(shí)由于冷水機(jī)組的使用時(shí)間比較集中，造成巨大電力供應(yīng)的峰谷差別，造成高峰時(shí)的供不應(yīng)求，低谷時(shí)的電力閑置浪費(fèi)。在我國(guó)許多城市，在夏季用電高峰時(shí)期，都出現(xiàn)了由于用電緊張而導(dǎo)致拉閘限電；近幾年來(lái)供電部門被迫實(shí)施強(qiáng)制性錯(cuò)峰用電措施，影響了居民的正常生活和企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)。 中國(guó)是世界上的能

15、耗大國(guó)，每年消耗約14億噸的標(biāo)煤，電能75%來(lái)源于煤，SO2、NOX、CO2等污染物的排放量已到必須治理的程度。我國(guó)東部的大部分地區(qū)都受到酸雨的威脅。我國(guó)的酸雨和其他環(huán)境污染，一年損失大約是國(guó)民生產(chǎn)總值的1.6%，節(jié)能是減少污染的有效措施之一。 現(xiàn)在全球變暖，臭氧空洞，自然災(zāi)害不斷都已嚴(yán)重威脅到人類的生存。 1.3 發(fā)展趨勢(shì) 由于冷水機(jī)組耗能較大，制冷劑造成溫室效應(yīng)和全球變暖，其市場(chǎng)市場(chǎng)占有率已略有下降，針對(duì)此現(xiàn)象變頻等其他節(jié)能技術(shù)和尋找新的環(huán)保型的制冷劑是冷水機(jī)組發(fā)展的主要趨勢(shì)。 1.4 設(shè)計(jì)方向 針對(duì)運(yùn)行中冷水機(jī)組存在的問(wèn)題，在接下來(lái)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)著重在以下方面做出該進(jìn)：冷水機(jī)組設(shè)

16、計(jì)嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范設(shè)計(jì)；在冷水機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)著重節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，通過(guò)不同制冷系統(tǒng)循環(huán)對(duì)比確定能效比高的制冷循環(huán)；在制冷機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選用自動(dòng)化程度較好的零部件，使系統(tǒng)的自動(dòng)化程度較高，滿足家用水冷冷水機(jī)組運(yùn)行的需要；制冷劑的選用應(yīng)充分考慮制冷劑性質(zhì)對(duì)環(huán)境及商品的影響，保證商品的經(jīng)濟(jì)性。 2 冷水機(jī)組設(shè)計(jì)方案的論證 2.1 制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì) 制冷系統(tǒng)是利用逆向循環(huán)的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，通過(guò)能量補(bǔ)償，使制冷劑在循環(huán)中不斷地從溫度較低的被冷卻對(duì)象中吸收熱量，并向溫度較高的冷卻介質(zhì)排放熱量。 2.1.1 制冷方法[8] 現(xiàn)在市場(chǎng)大部分冷水機(jī)組采用蒸汽壓縮式制冷。蒸

17、汽壓縮式制冷中液體蒸發(fā)制冷以流體為制冷劑，通過(guò)一定的機(jī)械設(shè)備構(gòu)成制冷循環(huán)，可以對(duì)被冷卻對(duì)象進(jìn)行連續(xù)制冷，是制冷技術(shù)中應(yīng)用最主要的方法。本系統(tǒng)采用單級(jí)蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)。 單級(jí)蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)是由壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器組成，用管道將它們連接成一個(gè)密封的系統(tǒng)。在蒸發(fā)器內(nèi)處于低溫低壓的制冷劑液體與被冷卻對(duì)象發(fā)生熱交換，吸收被冷卻對(duì)象的熱量而汽化。產(chǎn)生的低壓蒸氣被壓縮機(jī)吸入，經(jīng)壓縮后以高壓排出。壓縮機(jī)排出的高壓氣態(tài)的制冷劑進(jìn)冷凝器，被常溫的冷卻水或空氣冷卻，凝結(jié)成高壓液體。高壓液體流經(jīng)膨脹閥時(shí)節(jié)流，變成低壓低溫的氣、液兩項(xiàng)混合物，進(jìn)入蒸發(fā)器，其中的液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器中蒸發(fā)制冷，產(chǎn)生的低壓氣

18、體再次被壓縮機(jī)吸入。如此周而復(fù)始，不斷循環(huán)。[6] 2.2 冷水機(jī)組的設(shè)計(jì) 2.2.1 冷水機(jī)組的分類[6] 冷水機(jī)組是生產(chǎn)冷水的制冷裝置，廣泛應(yīng)用于空調(diào)工程和生產(chǎn)工藝中。根據(jù)冷水機(jī)組所用的動(dòng)力種類不同分為電力驅(qū)動(dòng)冷水機(jī)組和熱力驅(qū)動(dòng)冷水機(jī)組。電力驅(qū)動(dòng)冷水機(jī)組又多是采用蒸汽壓縮制冷原理的冷水機(jī)組，又稱為蒸汽壓縮式冷水機(jī)組；熱力驅(qū)動(dòng)冷水機(jī)組多是采用吸收式制冷原理的冷水機(jī)組，又稱為吸收式冷水機(jī)組。 壓縮式冷水機(jī)組根據(jù)所用的壓縮機(jī)的種類不同可分為活塞式、螺桿式、離心式和渦旋式冷水機(jī)組等。根據(jù)其冷凝器的冷卻方式的不同又可分為水冷式、風(fēng)冷式和蒸發(fā)冷卻式冷水機(jī)組。根據(jù)使用的制冷劑種類不同又可分為氟利

19、昂冷水機(jī)組和氨冷水機(jī)組。模塊化冷水機(jī)組通常采用活塞式制冷壓縮機(jī)，所以也屬于活塞式冷水機(jī)組，但具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)獨(dú)特，系統(tǒng)構(gòu)成方便的特點(diǎn)。 吸收式冷水機(jī)組根據(jù)熱源方式不同可分為蒸汽型、熱水型和直燃型冷水機(jī)組。根據(jù)所用工質(zhì)不同可分為氨吸收式和溴化鋰吸收式冷水機(jī)組。根據(jù)熱能利用程度不同又可分為單效和雙效吸收式冷水機(jī)組。根據(jù)各換熱器的布置情況分為單筒型、雙筒型和三筒型吸收式冷水機(jī)組。根據(jù)應(yīng)用范圍又分為單冷型和冷熱水型吸收式冷水機(jī)組。 2.2.2 各種冷水機(jī)組的優(yōu)缺點(diǎn) 2.2.2.1 活塞式冷水機(jī)組 優(yōu)點(diǎn)：1) 用材簡(jiǎn)單，可用一般金屬材料，加工容易，造價(jià)低 2) 系統(tǒng)裝置簡(jiǎn)單，潤(rùn)滑容易，

20、不需要排氣裝置 3) 采用多機(jī)頭，高速多缸，性能可得到改善 缺點(diǎn)：1) 零部件多，易損件多，維修復(fù)雜，維護(hù)費(fèi)用高 2) 壓縮比低，單機(jī)制冷量小 3) 單機(jī)頭部分負(fù)荷下調(diào)節(jié)性能差，卸缸調(diào)節(jié)不能無(wú)極調(diào)節(jié) 4) 屬上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)較大 5) 單位制冷量重量指標(biāo)較大 2.2.2.2 螺桿式冷水機(jī)組 優(yōu)點(diǎn)：1) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)部件少，易損件少，僅是活塞式的十分之一，故 障率低 2) 圓周運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無(wú)“喘振”現(xiàn)象，噪音低，振動(dòng)小 3） 壓縮比可高達(dá)20，EER值高 4） 調(diào)節(jié)方便，可在10%到100%范圍內(nèi)無(wú)極調(diào)節(jié)，

21、部分負(fù)荷效率高。 5） 體積小，重量輕，可做成立式全封閉大容量機(jī)組 6） 對(duì)濕沖程不敏感 7） 屬正壓運(yùn)行，不存在外氣侵腐蝕問(wèn)題 缺點(diǎn)：1） 價(jià)格比活塞式高 2） 單機(jī)容量比離心式小，轉(zhuǎn)速比離心式低 3） 潤(rùn)滑油系統(tǒng)較復(fù)雜，耗油量大 4） 大容量機(jī)組噪聲比離心式高 5） 要求加工精度和裝配精度高 2.2.2.3 離心式冷水機(jī)組 優(yōu)點(diǎn)：1） 葉輪轉(zhuǎn)速高，輸氣量大，單機(jī)容量大 2） 易損件少，工作可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，振動(dòng)小，噪聲低 3） 單位制冷量重量指標(biāo)小 4） 制冷劑中不混有潤(rùn)滑油，蒸發(fā)器和冷凝器的傳熱性能好 5） EER值高，理論值可

22、達(dá)6.99 6） 調(diào)節(jié)方便，可在10%到100%范圍內(nèi)無(wú)極調(diào)節(jié) 缺點(diǎn)：1） 單機(jī)壓縮機(jī)在低負(fù)荷時(shí)會(huì)出現(xiàn)“喘振”現(xiàn)象，在滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn) 2） 對(duì)材料強(qiáng)度，加工精度和制造質(zhì)量要求嚴(yán)格 3） 當(dāng)運(yùn)行工況偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)效率下降較快，制冷量隨蒸發(fā)溫度降 低而減少幅度比活塞式快 4） 離心負(fù)壓系統(tǒng)，外氣易侵入，有產(chǎn)生化學(xué)變化腐蝕管路的危險(xiǎn) 2.2.2.4 渦旋式冷水機(jī)組 優(yōu)點(diǎn)：1） 效率高，振動(dòng)小，噪聲低 2） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小。重量輕，易損件少，可靠性高 缺點(diǎn)：1） 由于需要高精度的加工設(shè)備和精確的調(diào)心裝置和技術(shù)，制造成本和價(jià)格比活塞式高 2） 冷量范圍較

23、小，適用于小型中央空調(diào)工程 2.2.2.5 模塊化冷水機(jī)組 優(yōu)點(diǎn)：1） 系活塞式和螺桿式的改良型，它是由多個(gè)冷水單元組合而成 2） 機(jī)組體積小，重量輕，高度低，占地小 3） 安裝簡(jiǎn)單，無(wú)需預(yù)留安裝孔洞 缺點(diǎn)：1） 價(jià)格較貴 2） 模塊片數(shù)一般不宜超過(guò)8片，否則冷凝器和蒸發(fā)器水側(cè)流動(dòng)阻力過(guò)大 2.2.3 冷水機(jī)組類型的確定 綜合以上冷水機(jī)組的特點(diǎn)、現(xiàn)在市場(chǎng)的發(fā)展方向以及自己課題的相關(guān)要求，本課題選用螺桿式冷水機(jī)組。 2.3 制冷劑 2.3.1 制冷劑的要求[8] 制冷劑根據(jù)其不同的使用場(chǎng)合有著不同的要求，通常需要滿足下列要求： 1) 制冷劑的熱力性質(zhì)

24、好。要求工質(zhì)在相同的工作條件（即相同的環(huán)境溫度和制冷空間溫度）下，用同樣的輸入功率，產(chǎn)生較大的制冷量。 2) 制冷劑具有適宜的飽和壓力和壓力比。在工作溫度范圍內(nèi)，其蒸發(fā)壓力不要低于大氣壓力，否則容易使空氣進(jìn)入制冷系統(tǒng)，致使制冷機(jī)的制冷能力下降，功耗增加。此外，其冷凝壓力不宜過(guò)高，否則會(huì)導(dǎo)致設(shè)備笨重。冷凝壓力和蒸發(fā)壓力比也不宜過(guò)大，否則會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)排氣溫度過(guò)高和往復(fù)式壓縮機(jī)輸氣系數(shù)降低。 3) 對(duì)容積式壓縮機(jī)，希望有較大的單位體積制冷量 ，這有利于減小壓縮機(jī)的尺寸；對(duì)離心式壓縮機(jī)，因過(guò)小的尺寸反而會(huì)造成制造上的困難，故需要單位體積制冷量較小的制冷機(jī)。 2.3.2 常用制冷劑[21] 2.

25、3.2.1 氨, R-717 氨(NH3)被認(rèn)為是一種效率最高的天然制冷劑。它是一種今天仍在使用的“原始”制冷劑。多用于正位移壓縮機(jī)的蒸氣壓縮過(guò)程。 ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)34將其分類為B2 制冷劑 (毒性高低可燃). ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)15要求對(duì)氨制冷站有特殊的安全考慮。盡管在商業(yè)空調(diào)也使用很多，但氨在工業(yè)制冷上的應(yīng)用更廣泛些。 2.3.2.2 二氧化碳, R-744 二氧化碳(CO2)是一種天然制冷劑. 它在19世紀(jì)末20世紀(jì)初停止使用，現(xiàn)在正在研究重新對(duì)它的使用。用于蒸氣壓縮循環(huán)正位移壓縮機(jī)。在32℃ 時(shí)CO2的冷凝壓力超過(guò)6MPa，這是一個(gè)挑戰(zhàn)。而且，CO2的臨界點(diǎn)很低，能效

26、差。盡管如此，仍可能有一些應(yīng)用，如復(fù)疊制冷，CO2將是有用的。 2.3.2.3 烴類物質(zhì) 丙烷(R-290)和異丁烷(R-600a),以及其他氫碳物質(zhì),能夠在蒸氣壓縮過(guò)程中作為制冷劑使用。在北歐，大約有35%的制冷機(jī)使用氫碳物質(zhì)。它們毒性低且能效高，但容易燃燒。后者嚴(yán)重限制了它們?cè)诒泵赖氖褂?，因受現(xiàn)今安全規(guī)范的制約。 2.3.2.4氯氟碳族 (CFC族) 氯氟碳族(CFC族)有許多物質(zhì)，但在空調(diào)中最常用的是R-11、R12、R-113和R-114. CFC族到20世紀(jì)中葉時(shí)已經(jīng)普遍使用。發(fā)達(dá)國(guó)家在1995應(yīng)蒙特利爾議定書的要求停止了CFC族的生產(chǎn)。在發(fā)展中國(guó)家它們?nèi)员簧?/p>

27、產(chǎn)和使用（按時(shí)間表將很快淘汰）。它們用于蒸氣壓縮過(guò)程的所有型式的壓縮機(jī)中。常用CFC族物質(zhì)都穩(wěn)定、安全（從制冷劑標(biāo)準(zhǔn)的角度看）、不可燃且能效高。不幸的是，它們破壞臭氧層。 2.3.2.5 氫氯氟碳族 (HCFC族) 氫氯氟碳族(HCFC族)幾乎和CFC族同時(shí)出現(xiàn)。 HCFC-22是世界上使用最廣泛的制冷劑。HCFC-123是CFC-11的過(guò)渡替代制冷劑。它們用于蒸氣壓縮過(guò)程的所有型式的壓縮機(jī)中。 HCFC-22能效高，被分類成A1 (低毒不燃). HCFC123能效高，被分類成B1 (高毒不燃).和CFC族一樣, 這些制冷劑按蒙特利爾議定書的要求將逐步淘汰。在發(fā)達(dá)國(guó)家已被限量生產(chǎn)且很快

28、將減產(chǎn)。發(fā)展中國(guó)家也有一個(gè)淘汰時(shí)間表，但淘汰時(shí)限延長(zhǎng)。 2.3.2.6 氫氟碳族(HFC族) 氫氟碳族(HFC族)是相對(duì)較新的制冷劑，因CFC族的淘汰將日益受到關(guān)注。HFC族制冷劑無(wú)臭氧消耗潛值(ODP=0). HFC-134a是CFC-12和R-500的替代制冷劑. 它們用于蒸氣壓縮過(guò)程的所有型式的壓縮機(jī)中。 常用HFC族制冷劑能效高被分類成A1 (低毒不燃).但對(duì)全球變暖有影響。 表 2–1 制冷劑常用性質(zhì) 制冷劑 化學(xué)名稱 化學(xué)式 分子量 安全分組 大氣壽命(年) ODP GWP 11 三氯一氟甲烷 CCl3F 137.4 A1 50

29、 1 3800 12 二氯二氟甲烷 CCl2F2 120.9 A1 102 1 8100 22 一氯二氟甲烷 CHClF2 86.5 A1 12.1 .055 1500 32 二氟甲烷 CH2F2 52 A2 5.6 0 650 123 二氯三氟乙烷 CHCl2CF3 153 B1 1.4 .02 90 125 五氟乙烷 CHF2CF3 120 A1 32.6 0 2800 134a 1,1,1,2-四氟乙烷 CF3CH2F 102 A1 14.6 0 1300 245a 1,1,2,2,3

30、-五氟丙烷 CHF2CH2CF3 134.05 B1 8.8 0 820 290 丙烷 CH3CH2CH3 44 A3 <1 0 ~0 404a R-125/143a/134a (44/52/4) A1 3260 407C R-32/125/134a(23/25/52) A1 0 1530 410A R-32/125 (50/50) A1 0 1730 500 R-12/152a (73.8/26.2) A1 .74 6010 507a R-125/143a (50/50)

31、 A1 600 丁烷 CH3CH2CH2CH3 58.1 A3 <1 0 ~0 717 氨 NH3 17 B2 N/A 0 0 718 水 H2O 18 A1 N/A 0 <1 744 二氧化碳 CO2 44 A1 N/A 0 1 表2-2具體物理性質(zhì) 制冷劑 標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn) (F ) 臨界點(diǎn) 泡點(diǎn) (F) @ psi 露點(diǎn) (F) @ psi 溫度滑差 (F) 粘度 Lbm/ft*h @ 40 F 液體 比熱 at Btu/ib.R @ 40F 液體 導(dǎo)熱系數(shù)

32、 Btu/h*ft*F @ 40F 液體 溫度(℃ ) 壓力 (MPA) R11 23.7 198 4.41 1.304 .2059 .0548 R12 -21.55 233.55 599.89 .574 .2253 .0429 R22 -41.46 205.06 723.74 .503 .2825 .0537 R32 -60.97 172.59 838.61 .361 .3106 .0872 R123 82.08 362.63 531.1 1.292 .

33、2379 .0476 R125 -54.64 150.83 526.34 .457 .3044 .0397 R134a -14.93 213.91 588.75 .620 .2194 .0521 R245fa 58.82 309.2 527.1 1.296 .3121 .0506 R290 -43.75 206.06 616.07 .291 .6077 .0600 R404a -51.66b 162.5 548.18 38.8 @ 100 39.8 @ 100 1.0 .

34、405 .3349 .0438 R407C -46.82b 186.9 672.2 37.0 @ 90 47.8 @ 90 10.8 .479 .3403 .0582 R410A -60.83b 158.4 694.87 42.9 @ 140 43.2 @ 140 0.3 .380 .3652 .0652 R500 -28.31 222.0 641.9 .557 .2579 .0480 R507a -52.79 159.34 538.79 .401 .3331 .0432 R600 31

35、.04 305.62 550.56 .469 .5588 .0665 R717 -27.99 270.05 1643.71 .392 1.1094 .3155 R718 211.95 705.1 3200.1 3.738 1.0555 .3293 R744 -109f 87.76 1069.9 .222 .6460 .0607 2.3.3 制冷劑展望[21] 90年代中期，空調(diào)和制冷工業(yè)因蒙特利爾議定書要求淘汰CFC族物質(zhì)而發(fā)生了巨大改變。許多那時(shí)未聽(tīng)說(shuō)過(guò)的制冷劑(R-134a和R-123

36、)進(jìn)入了老制冷劑如R-12和R-11的替代前沿。即將發(fā)生的另一個(gè)改變是HCFC族將被禁用 (R-22 到2010年將在美國(guó)被禁用)。人們也開(kāi)始感覺(jué)到京都議定書生效后給HVAC行業(yè)帶來(lái)的新的挑戰(zhàn)。盡管可獲得許多種制冷劑，但只有幾種被認(rèn)真考慮。 氨(R-717) 氨的性能優(yōu)良，ODP值為零且GWP值很小。但因?yàn)橹钡慕】岛鸵兹紗?wèn)題，限制了其在工業(yè)上的應(yīng)用，有一些在商業(yè)上使用。 預(yù)測(cè)：氨將繼續(xù)在工業(yè)和商業(yè)中有一些應(yīng)用。 二氧化碳(R-744) 二氧化碳無(wú)毒、不可燃，且ODP等于零，GWP較低。但是其低臨界點(diǎn)特性，使得它在典型的商用工況下的性能也很差。而且，工作壓力也相當(dāng)高（6MPa）。目前

37、正在進(jìn)行超臨界工況使用的研究。另外，二氧化碳被成功地應(yīng)用于復(fù)疊式制冷系統(tǒng)中。 預(yù)測(cè)：將來(lái)可能應(yīng)用于汽車空調(diào)和復(fù)疊式制冷系統(tǒng)中。 丙烷 (R-290) 和異丁烷 (R-600a) 丙烷和異丁烷毒性低、性能好、無(wú)ODP值且GWP值低。但它們易燃。北歐已經(jīng)將它們用于冰箱中?？煽诳蓸?lè)公司宣布將放棄HFC而考慮使用可燃制冷劑。但在美國(guó)，更加關(guān)注可燃性引起的安全問(wèn)題。 有一些研究評(píng)價(jià)了可燃制冷劑冷卻鹽水再將鹽水泵送到用冷點(diǎn)（類似于干式冷卻）的效率。研究報(bào)告顯示丙烷和異丁烷比傳統(tǒng)的R22干式系統(tǒng)效率要低些，但應(yīng)想到這是在冷卻鹽水。目前在世界上只有不到十處安裝了大型可燃制冷劑制冷設(shè)備。 預(yù)測(cè)

38、：可燃制冷劑最有可能繼續(xù)用于家用和小型系統(tǒng)上。 R-134a R-134a是A1類 (低毒性不可燃) 制冷劑，ODP值為零但GWP為1300。它的換熱性能很好，是螺桿和離心壓縮機(jī)的一種好的備選制冷劑。它在汽車空調(diào)上已被廣泛接受。 R-134a在蒙特利爾議定書和京都議定書中都提及了。蒙特利爾議定書正在全面地排除ODP值大于0的常用制冷劑，議定書正在將ODP=0 如R-134a制冷劑推向市場(chǎng)。 R-134a是一種最好的解決方案。它的ODP值為0，因此在蒙特利爾議定書中沒(méi)有規(guī)定其要淘汰。盡管HFC族是京都議定書的目標(biāo)氣體，但只有排放控制而沒(méi)有淘汰日期。雖然 CFC族和HCFC族物質(zhì)是

39、臭氧消耗的主要貢獻(xiàn)者 (占人為臭氧消耗的28%), HFC族、CFC族和HCFC族對(duì)氣候改變的影響非常小 (占人為全球變暖的4%)。 所有新一代離心和螺桿制冷機(jī)都已經(jīng)圍繞R-134a 展開(kāi)設(shè)計(jì)。 預(yù)測(cè)：在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，R-134a將繼續(xù)是大型空調(diào)工業(yè)的主要制冷劑。 R-22的替代 R-22是A1類 (低毒性不可燃) 制冷劑。它是世界上最受歡迎的制冷劑。 R-22也是一種HCFC物質(zhì)而將被淘汰。在美國(guó)，R-22 已被限產(chǎn)并將在2010年完全淘汰，除了少量用于維修。R-22非常通用，它被用于超市冷凍、溜冰場(chǎng)、各種形式的壓縮制冷機(jī)、單元屋頂機(jī)組和大部分家用空調(diào)中 。 R-22沒(méi)有直接

40、的替代物。不同制冷劑將替代R-22的不同應(yīng)用需要。表2-3列出了R-22 的幾種替代物及它們的相對(duì)性能。圖2-1顯示了替代制冷劑在54℃ 冷凝溫度下的COP值。 圖 2-1 R-22替代物的COP 表2-3 R-22替代物的相對(duì)性能 R-290 R-134a R-404A R-407C R-410A R507 制冷量 85% 67% 106% 95% 141% 109% 效率 99% 100% 93% 98% 100% 94% 吸氣壓力（絕壓） 94% 59% 121% 91% 159% 125% 冷凝壓力（絕壓）

41、 90% 68% 120% 115% 157% 122% 溫度滑差 0 0 0.5℃ 4.4℃ 0.5℃ 0 離心機(jī)中使用的R-22已經(jīng)大部分轉(zhuǎn)移成R-134a。現(xiàn)在螺桿機(jī)也正向R-134a轉(zhuǎn)移，所有新一代螺桿壓縮機(jī)都將用R-134a為工質(zhì)。R404A和R-507正用于替代冷凍裝置中的R-22。 R-407C R-407C是一種由HFC-32、HFC-125和 HFC-134a組成的非共沸混合物。其性質(zhì)已被調(diào)配到很接近R-22但有4.4℃ 的溫度滑差。 R-407C能方便地置換原有制冷系統(tǒng)的R22，雖然性能有些損失。很多時(shí)候只要將制冷系統(tǒng)的部件作一些細(xì)微的改

42、變（如將冷凝器面積加大些），就可增強(qiáng)性能。 較大的溫度滑差將R-407C限制在只能用于干式系統(tǒng)如屋頂機(jī)組和溫度滑差不成問(wèn)題的場(chǎng)合。R-407C常被看作是，將原有系統(tǒng)升級(jí)為HFC系統(tǒng)的一種順便拿來(lái)的替代物。有限的幾種新產(chǎn)品是基于R-407C開(kāi)發(fā)的。 預(yù)測(cè)：R-407C將是原有R-22 系統(tǒng)的一種隨便替代物，是新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)出來(lái)之前原有產(chǎn)品升級(jí)的一種過(guò)渡方案。 R-410A R-410A是一種由HFC-32和HFC-125組成的非共沸混合物，溫度滑差小 (小于0.5℃ )，且容積制冷量大，工作壓力比R-22高（為3MPa）。它不能隨便置換原有R-22系統(tǒng)而必須進(jìn)行全新設(shè)計(jì)。 在小系統(tǒng)中

43、替代R-22而設(shè)計(jì)新產(chǎn)品時(shí)R-410A引起了人們的廣泛興趣。壓縮機(jī)供應(yīng)商已開(kāi)始提供R410A的小壓縮機(jī)(0.5~ 5冷噸)，這種壓縮機(jī)已開(kāi)始用于家用市場(chǎng)（開(kāi)利推出了稱為Pureon的R410A家用系統(tǒng)）。如果開(kāi)發(fā)出大壓縮機(jī)的話， R-410A 將擴(kuò)展到商用產(chǎn)品。因?yàn)镽-410A的工作壓力高，所有二級(jí)部件（閥、視鏡、過(guò)濾干燥器等）都需要重新設(shè)計(jì)，這將減緩R-410A 進(jìn)入商用市場(chǎng)的步伐。 R-410A的一個(gè)問(wèn)題是臨界點(diǎn)低。如風(fēng)冷設(shè)備用于高溫環(huán)境時(shí)，性能將下降很多。R-410A用于水冷機(jī)組一般不會(huì)受影響，因?yàn)槠淅淠郎囟鹊汀? 預(yù)測(cè)：由于更多的二級(jí)部件可以買到，新得家用和小型商用產(chǎn)品將使用R-4

44、10A。關(guān)于低臨界點(diǎn)問(wèn)題也將獲得技術(shù)突破。 R-123的替代 ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)34將R-123歸入B1 類制冷劑 (毒性較高不可燃)。它是CFC-11的 HCFC替代物，即將被淘汰。在美國(guó)， R-123 已經(jīng)被限產(chǎn)，并將在2020年產(chǎn)量減少到0.5%，在2020年到2030年之間只準(zhǔn)用于維修。 R-123特別適合于負(fù)壓離心式制冷機(jī)。 R-123沒(méi)有清楚的替代物。本來(lái)R-601 (N-戊烷)或 R-601a (異戊烷)可能用于代替，但這兩種物質(zhì)非常易燃，在離心機(jī)中的充注量很大而極可能發(fā)生爆炸，而且，運(yùn)行時(shí)的負(fù)壓將漏入空氣，極易在機(jī)組中聚集爆炸混和物，要替代R-123似乎不可能。 兩種

45、最接近的HFC物質(zhì)是R245ca和 R-245fa (兩者互為同分異構(gòu)體-原子種數(shù)一樣但排列不同)。起先人們集中于R-245ca的研究，但后來(lái)發(fā)現(xiàn)它易燃。而R-245fa 是一種B1類 制冷劑(毒性較高不可燃)，其工作壓力比R-123要高些。R-123不需作為壓力容器設(shè)計(jì)（常壓容器），但R-245fa的冷凝器將是壓力容器 (見(jiàn)圖2-2)。R-245fa不能置換原有R-123制冷機(jī)，除非原制冷機(jī)符合壓力容器規(guī)范。 圖 2-2 低壓制冷劑的蒸發(fā)壓力 對(duì)制冷劑制造商而言，用于負(fù)壓離心機(jī)的R-123是一個(gè)小市場(chǎng)。幸運(yùn)的是，R-123可從制造其他更常用制冷劑的副產(chǎn)品中得到。而R-245a是一種更

46、加昂貴的制冷劑，從現(xiàn)實(shí)的角度講，R-245a需要擴(kuò)展其應(yīng)用范圍（如發(fā)泡），來(lái)提高產(chǎn)量降低成本。 預(yù)測(cè)：R-123將用于副壓離心制冷機(jī)，直到被蒙特利爾議定書淘汰。由于R-123的效率高，ODP和GWP值很低，大氣存活時(shí)間短，一些人們?nèi)缣仂`公司正在積極爭(zhēng)取將R-123從淘汰清單中拿掉。但由于可以有替代技術(shù)，又需要大部分蒙特利爾議定書成員投票同意，看起來(lái)比較困難。 2.3.4 制冷劑種類的確定 由于R-134a是A1類 (低毒性不可燃) 制冷劑，ODP值為零但GWP為1300。它的換熱性能很好，是螺桿和離心壓縮機(jī)的一種好的備選制冷劑。現(xiàn)在螺桿機(jī)也正向R-134a轉(zhuǎn)移，所有新一代螺桿壓縮機(jī)都將

47、用R-134a為工質(zhì)。所以本課題選用R134a制冷劑。 2.4 壓縮機(jī)[2] 壓縮機(jī)是制冷系統(tǒng)的心臟，無(wú)論是空調(diào)、冷庫(kù)、化工制冷工藝等工況都要有壓縮機(jī)這個(gè)重要的環(huán)節(jié)來(lái)做保障。壓縮機(jī)在系統(tǒng)中的作用在于：抽吸來(lái)自蒸發(fā)器的制冷劑蒸汽，并提高其溫度和壓力后，將它排向冷凝器。在冷凝器中，高壓制冷劑過(guò)熱蒸汽在冷凝溫度下放熱冷凝。而后通過(guò)節(jié)流元件，降壓后的氣液混合物流向蒸發(fā)器，在那里制冷劑液體在蒸發(fā)溫度下吸熱沸騰，變?yōu)檎羝筮M(jìn)入壓縮機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)了制冷系統(tǒng)中制冷劑的不斷循環(huán)流動(dòng)。 2.4.1 制冷壓縮機(jī)的分類 制冷壓縮機(jī)種類和形式很多，按工作中的蒸發(fā)溫度范圍分可分為高溫、中溫、低溫壓縮機(jī)。某些著名壓縮

48、機(jī)產(chǎn)品沿用的大致工作蒸發(fā)溫度的分類范圍如下：高溫制冷壓縮機(jī)（-10—0）℃中溫制冷壓縮機(jī)（-15—0）℃ 低溫制冷壓縮機(jī)（-40—-15）℃ 按密封結(jié)構(gòu)形式分類可分為開(kāi)啟式壓縮機(jī)、半封閉式壓縮機(jī)、全封閉式壓縮機(jī)。開(kāi)啟式壓縮機(jī)的制冷量一般比較大，其最明顯的特征是利用軸封裝置的隔離作用使原動(dòng)機(jī)獨(dú)立于制冷劑系統(tǒng)之外，若原動(dòng)機(jī)是電動(dòng)機(jī)，因它與制冷劑和潤(rùn)滑油不接觸而無(wú)需具備耐制冷劑和耐油的要求。因此開(kāi)啟式壓縮機(jī)可用于以氨為工質(zhì)的制冷系統(tǒng)中。半封閉式壓縮機(jī)的特點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)室內(nèi)充有制冷劑和潤(rùn)滑油，內(nèi)置電動(dòng)機(jī)的所用材料必須與制冷劑和潤(rùn)滑油相容共處。另一特點(diǎn)是機(jī)體上的各種端蓋都是用墊片和螺栓擰牢壓緊來(lái)防止泄

49、露，因而壓縮機(jī)內(nèi)零部件易于拆卸修理更換。而全封閉式壓縮機(jī)是將電動(dòng)機(jī)和壓縮機(jī)連成一起安裝在一個(gè)密閉的薄壁機(jī)殼中，這樣既取消了軸封裝置有大大減輕和縮小了整個(gè)壓縮機(jī)的尺寸和重量不過(guò)缺點(diǎn)是不易打開(kāi)進(jìn)行內(nèi)部修理。 按原理可分容積型和速度型兩類。容積型壓縮機(jī)是靠工作腔容積的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)吸氣、壓縮、排氣等過(guò)程。屬于這類壓縮機(jī)的有往復(fù)活塞式壓縮機(jī)和回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)。其中往復(fù)活塞式是通過(guò)活塞在氣缸內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)改變氣體工作容積；活塞式壓縮機(jī)歷史悠久，生產(chǎn)技術(shù)成熟；主要包括滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)、渦旋式壓縮機(jī)、螺桿式壓縮機(jī)，目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的空調(diào)器多數(shù)采用渦旋式壓縮機(jī)；螺桿式壓縮機(jī)主要用于大型制冷設(shè)備,現(xiàn)在一些大型商場(chǎng)辦

50、公樓內(nèi)也有很多采用螺桿式壓縮機(jī)。 2.4.2 各類壓縮機(jī)的特點(diǎn) 2.4.2.1 往復(fù)活塞式壓縮機(jī) 活塞式壓縮機(jī)應(yīng)用最為廣泛，但是由于活塞和連桿的慣性力 較大，限制了活塞運(yùn)動(dòng)速度和氣缸容積的增加，故排氣量不會(huì)太大。適用于制冷量比較小的場(chǎng)合。其中半封閉活塞式制冷壓縮機(jī)用途廣泛，單機(jī)制冷量從3kw-100kw,同時(shí)可以多機(jī)頭并聯(lián)使用，因此可提供制冷量范圍從3kw-1000kw,多工況使用，既可用于制冷工況，又可以適用于空調(diào)工況。開(kāi)啟活塞式制冷壓縮機(jī)只常用于冷庫(kù)，極少數(shù)空調(diào)工況的冷水機(jī)組。 2.4.2.2 滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī) 滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)的容積效率比往復(fù)式壓縮機(jī)高，其值大約為0.7-0.

51、9范圍 內(nèi)。滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式內(nèi)部不需要吸氣閥從而降低了吸排氣過(guò)程中的流動(dòng)阻力損失，故指示效率比較高。此外還具有零部件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小重量輕，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，成本低，可靠性較高等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，小型全封閉滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)發(fā)展迅速，主要用于批量大的房間空調(diào)器、冰箱和商用制冷設(shè)備[5]。 2.4.2.3 渦旋式壓縮機(jī) 渦旋式壓縮機(jī)與往復(fù)式和滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)相比主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：效率較高，摩擦損失小，振動(dòng)小噪聲更低，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單可靠性更高。這些優(yōu)點(diǎn)很適合在小型熱泵系統(tǒng)中使用，目前還是以小容量為主，其制冷量在1-15kw范圍內(nèi)。 2.4.2.4 螺桿式制

52、冷壓縮機(jī) 螺桿式制冷壓縮機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是體積小，易損件少，容積效率高，對(duì)濕壓縮不敏感，同時(shí)雙螺桿式壓縮機(jī)還可以通過(guò)能量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)無(wú)極能量調(diào)節(jié)。單螺桿式壓縮機(jī)振動(dòng)小噪聲低軸承壽命長(zhǎng)。螺桿式壓縮機(jī)單機(jī)制冷量在30kw-1500kw，可用于冷庫(kù)、人造冰場(chǎng)、冷水機(jī)組中。 2.4.2.5 離心式壓縮機(jī) 它應(yīng)用比較廣泛，制造技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且對(duì)加工材料和加工lT藝要求較低，造價(jià)比較低，適應(yīng)性強(qiáng)，能適應(yīng)廣闊的壓力范圍和制冷量要求，可維修性強(qiáng)。其主要用于空調(diào)工況的冷水機(jī)組。但是離心式壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)很高，對(duì)于材料強(qiáng)度加工精度和制造質(zhì)量均要求嚴(yán)格，否則易于損壞其不安全，此外小型離心式壓縮機(jī)的總效率低于活塞

53、式壓縮機(jī)，故更適用于大型或特殊用途的場(chǎng)合。 表2-4 GB18430.1-2001中名義工況性能市場(chǎng)準(zhǔn)入值 壓縮機(jī)類型 往復(fù)活塞式 渦旋式 機(jī)組制冷量 kW >50~116 >116 >50~116 >116 水冷式 3.5 3.6 3.55 3.65 壓縮機(jī)類型 螺桿式 離心式 機(jī)組制冷量 kW ≤116 116~230 >230 ≤1163 >1163 水冷式 3.65 3.75 3.85 4.5 4.7 2.4.3 壓縮機(jī)種類的確定 結(jié)合以上壓縮機(jī)種類的優(yōu)缺點(diǎn),本課題200KW的制冷量要求及市場(chǎng)上已經(jīng)廣泛

54、應(yīng)用的R134a制冷劑的壓縮機(jī)種類,確定本冷水機(jī)組選用單螺桿式壓縮機(jī)。且與選用的螺桿式冷水機(jī)組相吻合。 2.5 冷凝器 冷凝器的功能是把由壓縮機(jī)排出的高溫高壓制冷劑蒸汽冷凝成液體制冷劑，把制冷劑在蒸發(fā)器中吸收的熱量以及與壓縮機(jī)功率相當(dāng)?shù)臒崃恐团湃胫車h(huán)境（水或空氣等）中。冷凝器是制冷裝置中的熱交換設(shè)備，即放熱設(shè)備，是制冷系統(tǒng)中的四大主要設(shè)備之一。 2.5.1 水冷式冷凝器的分類 水冷式冷凝器是以水作為冷卻介質(zhì)，靠水的溫升帶走冷凝熱量。冷卻水一般循環(huán)使用，但系統(tǒng)中需設(shè)有冷卻塔或涼水池。由于水的溫度比較低，所以采用水冷式冷凝器可以得到較低的冷凝溫度。 水冷式冷凝器按其結(jié)構(gòu)形式又可分為殼

55、管式冷凝器、套管式冷凝器和焊接板式冷凝器，常見(jiàn)的是殼管式冷凝器和套管式冷凝器。 2.5.1.1 立式殼管式冷凝器 立式冷凝器的冷卻水自上通入管內(nèi)，吸熱后排入下部水池，而高壓氣態(tài)制冷劑從冷凝器外殼的中部進(jìn)入管束外部空間，冷凝后的液體沿管外壁流下，積于冷凝器的底部，從出液管流出。 2.5.1.2 臥式殼管式冷凝器[12] 它與立式冷凝器有相類似的殼體結(jié)構(gòu)，主要區(qū)別在于殼體的水平安放和水的多路流動(dòng)。臥式冷凝器不僅廣泛地用于氨制冷系統(tǒng)，也可以用于氟利昂制冷系統(tǒng)，但其結(jié)構(gòu)略有不同。氨臥式冷凝器的冷卻管多采用光滑無(wú)縫鋼管，而氟利昂臥式冷凝器的冷卻管一般采用低肋銅管。這是由于氟利昂放熱系數(shù)較低的緣故

56、。值得注意的是，有的氟利昂制冷機(jī)組一般不設(shè)貯液筒，只采用冷凝器底部少設(shè)幾排管子，兼作貯液筒用。 臥式殼管冷凝器的優(yōu)點(diǎn)是傳熱系數(shù)較高，冷卻水用量較少，操作管理方便，但是，對(duì)冷卻水的水質(zhì)要求較高。目前大、中型氟利昂和氨制冷裝置普遍采用這種冷凝器。 2.5.1.3 套管式冷凝器 套管式冷凝器是有不同直的管子直接套在一起，并彎成螺旋形或蛇形的一種水冷換熱器。該換熱器外套一般為無(wú)縫鋼管。 制冷劑的蒸氣從上方進(jìn)入內(nèi)外管之間的空腔，在內(nèi)管外表面上冷凝，液體在外管底部依次下流，從下端流入貯液器中。冷卻水從冷凝器的下方進(jìn)入，依次經(jīng)過(guò)各排內(nèi)管從上部流出，與制冷劑呈逆流方式。這種冷凝器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，便

57、于制造，價(jià)格便宜且因系單管冷凝，介質(zhì)流動(dòng)方向相反，故傳熱效果好，當(dāng)水流速為1～2m/s時(shí)傳熱系數(shù)可達(dá)800kcal/(m2h℃)。其缺點(diǎn)是金屬消耗量大，而且當(dāng)縱向管數(shù)較多時(shí)，不僅傳熱管內(nèi)流體的流動(dòng)阻力較大。更由于下部的管子會(huì)充有較多的液體，使傳熱面積不能充分利用。另外緊湊性差，清洗困難，并需大量連接彎頭。因此，這種冷凝器在氨制冷裝置中已很少應(yīng)用，多用于制冷量小于40kw的小型氟利昂制冷機(jī)組中。 2.5.1.4 焊接板式冷凝器 板式換熱器是由一組不銹鋼波紋金屬板疊裝焊接而成，板上的四孔分別為冷熱兩種流體的進(jìn)出口，在板四周的焊接線內(nèi)，形成傳熱板兩側(cè)的冷熱流體通道，在流動(dòng)過(guò)程中通過(guò)版壁進(jìn)行熱交換

58、。兩種流體在流道內(nèi)形成逆流流動(dòng)，而板片表面制成的各種形狀形成了旺盛湍流強(qiáng)化了傳熱。由于板式換熱器具有體積小、重量輕、傳熱效率高、可靠性好、加工過(guò)程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)得到廣泛應(yīng)用。但是也存在內(nèi)容積小、難以清洗、內(nèi)部滲漏不易修復(fù)等缺點(diǎn)，在使用時(shí)要加以注意。 2.5.2 冷凝器類型選擇 對(duì)于水冷冷水機(jī)組，常用的水冷冷凝器有套管式和臥式殼管式冷凝器，其中臥式殼管式冷凝器結(jié)傳熱系數(shù)較高，冷卻水用量較少，操作管理方便，但是，對(duì)冷卻水的水質(zhì)要求較高。目前大、中型氟利昂和氨制冷裝置普遍采用這種冷凝器。 一般來(lái)說(shuō)，臥式殼管式冷凝器的水耗量比套管式冷凝器的水耗量要大，但清洗相對(duì)方便。在冷水機(jī)組中，制冷量相對(duì)

59、較大，，應(yīng)優(yōu)先選用臥式殼管式冷凝器。在此選用臥式殼管式冷凝器較為合適，故選擇臥式殼管式冷凝器。 2.6 蒸發(fā)器類型選擇 蒸發(fā)器的形式很多，按照載冷劑的不同可分為冷卻空氣和冷卻各種液體的蒸發(fā)器。根據(jù)供液方式的不同，蒸發(fā)器可分為以下四種：滿液式蒸發(fā)器、非滿液式蒸發(fā)器、循環(huán)式蒸發(fā)器和淋激式蒸發(fā)器。這里主要介紹滿液式蒸發(fā)器。 非滿液式蒸發(fā)器根據(jù)冷卻介質(zhì)的不同可分為冷卻液體干式蒸發(fā)器和冷卻空氣干式蒸發(fā)器（直接蒸發(fā)式空氣冷卻器）。冷卻液體干式蒸發(fā)器主要有干式殼管蒸發(fā)器和焊接板式蒸發(fā)器，而焊接板式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)和焊接板式冷凝器相似這里不再詳細(xì)介紹。 2.6.1 干式殼管蒸發(fā)器[8] 干式殼管蒸發(fā)器的

60、構(gòu)造和滿液式殼管蒸發(fā)器相似，主要區(qū)別在于：制冷劑在管內(nèi)流動(dòng)，被冷卻液體在管束外部空間流動(dòng)，筒體內(nèi)橫跨管束裝有若干隔板，以加液體橫掠管束的流速。 干式蒸發(fā)器按照管組的排列方式不同可分為直管式和U形管兩種。直管式蒸發(fā)器由于載冷劑側(cè)的對(duì)流換熱系數(shù)較高，一般不用外肋管，多采用光管或具有螺旋形微內(nèi)肋的高效蒸發(fā)器作為傳熱管。U形管干式殼管蒸發(fā)器采用U形管作為傳熱管，一個(gè)管口為進(jìn)液端，另一管口為出氣端，由此構(gòu)成了載冷劑為二流程的殼管式結(jié)構(gòu)。它只需要一個(gè)將制冷劑進(jìn)出口分隔開(kāi)的端蓋，這有利于消除材料因溫度變化而引起的內(nèi)應(yīng)力，延長(zhǎng)其壽命，而且傳熱效果較好，但不宜采用內(nèi)肋管。 2.6.2 直接蒸發(fā)式空氣冷卻器

61、 直接蒸發(fā)式空氣冷卻器按照空氣的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分為自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流兩種形式。 自然對(duì)流形式常用于冰箱、冷藏柜、冷藏車、冷藏庫(kù)等處。采用氨制冷系統(tǒng)，多為滿液式或循環(huán)式；采用氟利昂系統(tǒng)多為非滿液式或循環(huán)式。由于空氣側(cè)為自然對(duì)流，故這種冷排管的傳熱系數(shù)很低。 為了增強(qiáng)傳熱，在簡(jiǎn)冷式冰箱的冷凍室、空調(diào)機(jī)組、冷藏庫(kù)及除濕機(jī)等處多采用強(qiáng)制對(duì)流式的直接蒸發(fā)式空氣冷卻器。強(qiáng)制對(duì)流式蒸發(fā)器與自然對(duì)流蒸發(fā)器相比，具有傳熱效果好，結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，在冷凍、空調(diào)設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。在此選用強(qiáng)制對(duì)流空氣冷卻式蒸發(fā)器，簡(jiǎn)稱為表面式蒸發(fā)器。 3 冷水機(jī)組的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 系統(tǒng)的熱力計(jì)算 3.1.1原始資料及參數(shù)的確定

62、 3.1.1.1 原始資料 （1） 制冷量： 200kw （2） 制冷量輸出方式： 輸出冷媒水 冷媒水進(jìn)口溫度： 12 ℃ 冷媒水出口溫度： 7℃ （3） 冷凝器冷卻方式： 強(qiáng)制對(duì)流水冷 冷卻水進(jìn)口溫度： 32℃ 冷卻水出口溫度： 36℃ （4） 控溫精度： 2℃ （5） 氣候環(huán)境類型： 空氣干球溫度32℃、空氣濕球溫度23.7℃ （6） 使用環(huán)境溫度： 0～35℃ （7） 使用環(huán)境相對(duì)濕度： ≤85％ （8） 電源： 380 V 50Hz

63、3.3.1.2 各狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)的確定[2] (1) 壓縮機(jī)的名義制冷量為200kw。 冷凝溫度: 蒸發(fā)溫度： 其中： 水冷式冷凝器： 冷卻液體的蒸發(fā)器： 取 △T0=3K △TK=4K 那么 蒸發(fā)溫度 冷凝溫度 取過(guò)熱度3K過(guò)冷度5K(取有效過(guò)熱、過(guò)冷) 循環(huán)的lgp-h圖如圖3-1所示 圖3-1系統(tǒng)循環(huán)的壓焓圖 （2）各點(diǎn)參數(shù)值 表3-1 R134A各點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù) 參數(shù) t/oc p/kPa v/(m3/kg) h/(kJ/kg) s/( kJ/kg．k) 0 4.00 338 0.06036 40

64、0.8 1.7246 1 7 338 0.06131 403.5 1.7343 2s 46.74 1017 0.01231 426.77 1.8555 3 40.00 1017 0.000872 256.43 1.1897 4 35.00 1017 0.00086 249.08 1.1897 5 4 338 0.01409 249.08 1.177 3.1.2 熱力計(jì)算 由表3-1中各狀態(tài)點(diǎn)的參數(shù)進(jìn)行以下熱力計(jì)算 單位質(zhì)量制冷量 單位理論功

65、 制冷劑循環(huán)質(zhì)量流量 實(shí)際輸氣量 輸氣系數(shù) 取λ=0.85 壓縮機(jī)理論輸氣量 壓縮機(jī)理論功率 壓縮機(jī)指示功率（取壓縮機(jī)指示效率為ηi=0.8） 壓縮機(jī)軸功率（取機(jī)械效率ηm=0.9） 壓縮機(jī)電機(jī)即輸入功率（取電動(dòng)機(jī)效率ηmo=0.88） 3.2 壓縮機(jī)的選擇及制冷劑流量校核 3.2.1 壓縮機(jī)選擇 表3-2 HY螺桿式壓縮機(jī)性能參 機(jī)型 HY-110W HY-150W HY-190W HY-230W HY-290W HY-300W HY-400W HY-

66、470W 制冷量 Kw 110 150 190 230 290 360 400 470 運(yùn)行控制方式 PLC可編程控制器全自動(dòng)控制 制冷劑 R22（R1334a R407c） 電源 380v/50HZ 型式 5-5非對(duì)稱半封閉單螺桿壓縮機(jī) 旋轉(zhuǎn)方向 順時(shí)針 數(shù)量 1臺(tái) 啟動(dòng)類型 Y-△啟動(dòng) 轉(zhuǎn)速（r/min） 2960 參量調(diào)節(jié) 0-25%-50%-75%-100%或無(wú)極調(diào)節(jié) 輸入功率Kw 25 32.5 39 48 59.5 75 82.5 98 額定電流A 43.5 56.5 67.9 83.5 103.5 130.5 143.6 170.5 理論輸氣量m3/h 170 220 296 358 379 402 440 486 吸氣管直徑mm 80 100 100 100 100 125 125 150 排氣管直徑mm 65 65 80 80 80 100 100 125 注：冷凝溫度、蒸發(fā)溫度7℃ /45℃