制冷技术课程设计参考资料

制

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1 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，制

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2 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。 制

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3 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=2836X 10-3J/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制

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4 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 制

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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制

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6 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=92 m2

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=320 m2。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=3.6X Ql/（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制

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7 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制

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8 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Vp

=0.01886.056672.0X

=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