7.5HP制冷机组设计计算

7.5HP制冷机组设计计算 30HP制冷机组设计计算 3.制冷机组技术参数的计算 该试验箱所需最低制冷温度为-65℃，蒸发器、冷凝蒸发器的传热温差都取为5℃，水冷凝器的传热温差取为7℃，即蒸发温度=-70℃。 冷凝器用水冷，环境温度取为32℃，冷凝温度Tk=40℃ 3.1中间温度的确定： 中间温度即复叠制冷机组冷凝蒸发器的平均温度，其表征高温级工质蒸发温度和低温级工质冷凝温度的大小。中间温度的选取直接影响高温级和低温级部分的效率，也直接关系到整个复叠机组的制冷效率。中间温度的确定应根据制冷系数最大和各个压缩机压力比大致相等的原则。前者对能量利用最经济，后者对压缩机气缸工作容积的利用率较高。按各级压力比大致相等的原则来确定中间温度，根据迈勒普拉萨特公司，低温复叠机组的中间温度（低温段冷凝温度）： Tm=（Tc*Te）0.5-0.5ΔT+0.125ΔT2/（Tc*Te）0.5 其中，ΔT-冷凝蒸发器传热温差，K； Tc-冷凝温度，K； Te-蒸发温度，K； 所以：Tm=（203*313）0.5-0.5*8+0.125*82/（203*313）0.5=-24℃. 选择高温级蒸发温度为-25℃，低温级的冷凝温度取为-20℃。 R23：蒸发温度：-70℃；冷凝温度：-20℃；吸气温度-30℃，过热度40℃ R404a：蒸发温度：-25℃；冷凝温度：40℃；吸气温度-15℃，过热度10℃

3.2 制冷系统制冷量计算 3.2.1 R23单位制冷量q0=h1-h4 在-70℃时，蒸发压力为0.194MPa，h1=330.62 KJ/kg； -20℃时，冷凝压力为1.4015 MPa，h4=h3=168.76 KJ/kg； q0=330.62 KJ/kg-168.76 KJ/kg=161.86 KJ/kg。 查得-30℃，0.194 MPa条件下，质量体积v1 =0.14419 m3/kg，h1a=358.33 KJ/kg 单位容积制冷量qv = q0 / v1 = 161.86 / 0.14419 m3/kg = 1122.55KJ/m3 R23的冷凝热负荷： Qk=qk*qm 本机组要求制冷量为15kw，则： 质量流量qm=Q/(h1-h4)=15kw/161.86 KJ/kg=0.0927kg/s 单位冷凝热负荷：qk=h2a-h3

h2a=398.94 KJ/kg（40℃，1.4015 MPa）

qk=h2a-h3=398.94 KJ/kg-168.76 KJ/kg=230.18 KJ/kg R23冷凝热负荷: Qk= qk* qm =230.18 KJ/kg *0.0927kg/s=21.34kw 由1到1a过热过程中， Q回热=（h1a-h1）*qm =（358.33-330.62）KJ/kg * 0.0927kg/s=2.57kw 所以，需要高温级压缩机提供的冷量为： Q冷凝=21.34-2.57=18.77kw R23的logP-h图上查的，P1=0.194Mpa，由P1=0.194Mpa的延长线与t1= -30℃的等温线的交点即为压缩机吸入状态1a的状态，此时熵值S1=1.847 KJ/kg，压缩机出口状态由1a的等熵线与P3=P2=1.4015 MPa的交点得出。h2=423.54 KJ/kg。 所以，低温级预冷负荷： Q预冷=（h2-h2a）*qm =（423.54-398.94）KJ/kg * 0.0927kg/s=2.28kw 3.2.2 R404a制冷剂 对于R404a循环来说，其制冷量相当于R23的冷凝热负荷.查R404a热力性质表： -25℃时，蒸发压力为0.2499MPa，h1=353.41 KJ/kg； 40℃时，冷凝压力为1.8157 MPa，h4=263.20 KJ/kg； q0=353.14 -263.2 =89.94 KJ/kg -15℃，0.2499MPa条件下，v1=0.08262m3/kg，h1b=361.45 KJ/kg R404a单位容积制冷量： qv = q0 / v1 = 89.94 / 0.08262 = 1088.60 KJ/m3 R404a的logP-h图上查的，P1=0.2499Mpa，由P1=0.2499Mpa的延长线与t1= -15℃的等温线的交点即为压缩机吸入状态1b的状态，此时熵值S1=1.659 KJ/kg，压缩机出口状态由1的等熵线与P3=P2=1.8157 MPa的交点得出。h2=403.71 KJ/kg。 R404a单位冷凝热负荷：qk=h2-h3=403.71-263.20=140.51 KJ/kg qm=Q/(h1-h4)=18.77/89.94KJ/kg=0.209kg/s R404a冷凝热负荷： Q404a= qm * qk=0.209kg/s*140.51KJ/kg=29.37kw 3.3. 选择制冷压缩机 根据制冷压缩机的单位排气量和环境试验箱的总耗冷量及需要 的单位制冷量来选择制冷机组。 对于R23压缩机： 压缩机排气量为：v=Q总/qv，m3/h； V=15*3600/(1122.55 KJ/m3)=48.10m3/h。 对于R404a压缩机： V=18.77kw*3600/( 1088.60 KJ/m3)=62.07m3/h 由比泽尔半封闭压缩机样本查出，4PCS-10.2Y的排气量为48.5m3/h。其在R23设计工况下制冷量为： QR23=48.5m3/h*1122.55 KJ/m3=15.12kw，大于15kw 由比泽尔半封闭压缩机样本查出，4J13. 2Y的排气量为63.5m3/h。其在R404a设计工况下的制冷量为： QR404a=63.5 m3/h*1088.60 KJ/m3=19.20kw>18.77kw。 4 冷凝器的设计计算 4.1. 技术参数 R404a冷凝温度tk：40℃ 冷却水进口温度ta1：32℃ 冷却水出口温度ta2：36℃ 冷却水进出口温差ta2- ta1：4℃ 对数平均温差： tm= (ta2- ta1)/ln(tk- ta1)/(tk- ta2) =4/ln8/4=4/0.69=5.80℃ 4.2. 氟利昂用卧式管壳式冷凝器的计算 1.管型选择 选择3号滚轧低翅片管为传热管，有关结构参数为di=10.4mm，dt=15.1mm，δt=0.4mm，db=12.4mm，Sf=1.2mm。 计算每米管长管外总面积aof=0.139m2/m。 2传热计算 取按关外面积计算的热流密度qo=5800W/m2，则应布置传热面积： Aof=Qk/qo=58450w/5800W/m2=10.08m2 应布置的有效管总长L= Aof/aof=10.08m2/0.139m2/m=72.52m 取冷却水进口温度ta1=32℃，出口温度ta2=36℃，平均温度34℃ 时水的密度ρ=994.4kg/m3，比定压热容Cp=4179J/(kg·k)，则所需水量 qv=Qk/（ρCp（tw2-tw1））=58450/（994.4*4179（36-32））=0.0035m3/s 取冷却水流速w=2.5m/s，则每流程管数： Z= qv/(di2ωπ/4)=4*0.0035/（3.14*0.01042*2.5）=16.49根 取整数Z=16根。 3.冷凝器结构设计计算 对流程数N、总根数NZ、有效单管长l（=L/NZ）、壳体内径Di、及长径比l/Di进行组合计算，组合计算结果如表所示。 对流程数N 总根数NZ 有效单管长l/m 壳体内径Di/m 长径比l/Di

2 32 2.266 0.112 20.232 4 64 1.133 0.2 5.665 6 96 0.755 0.245 3.08 8 128 0.566 0.283 2 在组合计算中，当传热管总根数较多时，壳体内径Di可按下式估算。 Di=（1.15~1.25）s(NZ)0.5 式中 s—相邻管中心间距，s=（1.25~1.30）d0,单位为米，d0为管外径，单位为米，d0=0.016m。s=1.25d0, Di=1.25×1.25×0.016(NZ)0.5=0.025(NZ)0.5 l/Di一般在6--8较为适宜。本方案选择4流程。 为使传热管排列有序及左右对称，共布置64根管，传热管按正 三角形排列，管板上相邻管孔中心距为s=21.5mm，管数最多的一排管不在壳体中心线上。考虑最靠近壳体的传热管与壳体的距离不小于5mm，则所需最小壳体内径为210mm，根据无缝钢管规格，选用Ф219mm×7mm的无缝钢管作为壳体材料。冷凝器采用管板外径与壳体外径相同的主体结构型式，管排布置及管板尺寸能够保证在管板周边上均匀布置6个螺钉孔以装配端盖，且能避免端盖内侧装配孔周边的密封面不至遮盖管孔，同时，壳体内部留有一定空间起贮液作用。从整体上看，冷凝器的整体结构尺寸能满足压缩冷凝机组的装配要求和限制。 4. 连接管管径计算 取冷却水在进出水接管中的流速ω为1m/s，则进出水接管管内径： di=[（4qv）/（πω）]0.5=[（4*0.0035）/（π×1）]0.5=0.0668m 根据无缝钢管规格，选Ф68mm×3mm无缝钢管为进出水接管。 现将所设计的卧室壳管式冷凝器的主体结构及有关参数综述如下： 低翅片管总极数为64根，每根传热管的有效长度为1133mm，管板的厚度取30mm，考虑传热管与管板之间胀管加工时两端各伸出3mm，传热管的实际下料为1199mm。壳体长度为1133mm（等于传热有效单管长），壳体规格为Ф219mm×7mm的无缝钢管。取端盖水腔深度50—60mm，端盖铸造厚度为10mm，则冷凝器外形总长度为1320—1340mm。冷却水流动的流程数为6，由于总的传热管根数为64根，则每流程管数可分别为每回程16根管。