制冷装置设计课件-七.ppt
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1、第三节 冷凝器的选型计算,一、冷凝器的选型计算 1.选型原则:立式冷凝器适于水质较差,水源丰富的地方。卧式冷凝器适于水温低(t=46较高),水质较好的地区。蒸发式冷凝器适用于缺水室外空气相对较低的地方。 在冬季要考虑防止卧式冷凝器中的水被冻结,必要时可采用把卧式冷凝器放于室内安装。 二、冷凝器的热负荷计算 单级压缩 冷凝负荷: Ql= G ( h2-h3 ) KW (p88页) 双级压缩 冷凝负荷: Ql = Gg ( h4-h5 ) KW (p79页) 当一个制冷机房负担有多个蒸发回路时,应将各回路的冷凝负荷合并计算。 * *总冷凝负荷Ql总=ii=1 Ql i各回路 (见P89,公式3-3
2、-3),冷凝器的冷凝面积计算: A = 1.1 Ql / qf = 1.1 Ql / Ktm (m2) qf : 单位冷凝面积的负荷值见表 33-1 ,P89 tm:冷却水与冷凝温度之间的对数温度差。 1.1 :取作为安全系数.,冷却水量 qv = 3.6Ql/1000 Ct= Fl qvm ( m3/h) Ql: 冷凝负荷(W); C:水的比热容, 4.1868kJ/Kg; t: 冷却水进出水温差 ; Fl: 冷凝器面积 m2; qvm: 冷凝器单位面积用水量 m3/m2 h。,tl = t 1+t冷却水温升(t2-t1) + t2 = t2 + t2 (为讨论方便,现 以t2一般取比冷凝器
3、的冷却出水温高35(P89推荐46 ,以4 计),立式冷凝器 t2- t1 = 23; 卧式冷凝器 t2- t1 = 46,例:当冷却水进口均为30,出口:立式冷凝器32;卧式冷凝器34 ,冷凝器的对数温差各是多少? t2 均取4 解:立冷: 卧冷:,结论:卧冷比立冷温差可大18%。因此能够节省冷凝面积约18%;,由于卧冷的 “tm ”值大,进出水温差又高,使卧式冷凝器的 tl 值要高。,讨论与分析:冷凝温度、冷却水温升及冷却面积的关系。,冷却塔进水即为冷凝器的出水温度。t 进水= ts2 冷却塔出水即为冷凝器的进水温度。t 出水= ts1 冷凝器的温降也就是冷却塔处理水的温降值。 t塔进水
4、t塔出水 = t s2 t s1 =t 参见p50 表14 对于立式冷凝器,冷凝温度 tl = ts2 + (23) =27+t+2+(23 ) =(3435)济南 对于卧式冷凝器 ,冷凝温度 tl = ts2 + (46) =27+t+4+5=39济南 对于蒸发式冷凝器,冷凝温度 tl = t湿球温 + (510) = 27+8= 35济南 对于风冷式冷凝器 ,冷凝温度 tl = t干球温 + 15 = 32+15=47济南,第四节、冷却设备的选型计算,规范规定:各 种 蒸发器均称为“冷却设备”,用于制冷装置中直接输出冷量。 常用的冷却设备有: 冷却液体的蒸发器:卧式壳管式蒸发器、立管式蒸发
5、器、型管式及螺旋管式蒸发器(162);冷却空气的蒸发器:自然对流墙排管、顶排管蒸发器;和强制对流的冷风机。 一、选型原则 根据食品加工要求,以传热效率高节省费用进行确定。 1. 冷却间、冻结间以加快传热,降温为主,采用传热换热效能较高的冷风机作为冷却设备。(P92,P140145) 2. 冷却物冷藏间为了避免冷凝水的影响,应当采用冷风机作为冷却设备。(P137), 3. 冻结物品为盘装、箱装可采用搁架式排管(P146)或平板式冻结装置(一种带有液压的板式紧密接触式蒸发器),4. 冻结物冷藏间冷却设备采用墙排管、顶排管,当有包装时也可采用冷风机作为冷却设备。 5. 包装车间、加工车间 - 5以下
6、,可采用墙排管或顶排管; - 5以上,应采用冷风机。 排管制作麻烦,但造价不高,使用费用低,但存在融霜不方便的缺点。,二、 冷却设备的传热面积计算,冷却设备的选用,就是要满足冷间设备负荷的要求。 主要参数就是冷却面积的确定. 1. 冷却液体载冷剂的蒸发器传热面积 m2 tm=46;冷却设备中制冷剂与载冷剂之间计算对数温度差。 K值:408580 W/m2 、 qf: 蒸发器单位面积负荷值 W/m2 ,2. 顶、墙排管冷却面积的计算 A =Qz/K t Qz : 蒸发器的负荷(W) t: 冷间空气与蒸发器中的制冷剂之间计算温差,冷藏间一般取 810,冷却间、冻结间取10 。 K: 墙顶排管传热系
7、数(W/m2), K=K C1 C2 C3 K :见(p90) C1: 构造换算系数 S,是管子之间的间距与管外径之比变化时的修正。 C2: 管径不是 D=38mm时的修正。 C3: 供液方式的修正。,(3-4-3),3.冷风机的选型,.冷风机冷却面积 A = Qz /Ktm K:冷风机的传热系数(W/m2) 见 P92 表:3-4-4。 t: 冷间空气与制冷剂蒸发温度差(),见公式(3-4-3) 冷风机的计算温度差应按对数平均温度差确定。见公式(3-4-4) 冻结间、冻结物冷藏间tm = 10 冷却物冷藏间 tm = 8 10 (冷间中的湿度要求高取小值) 冷却间 取 tm = 10 (P9
8、4), .冷风机的风量V (m3/h)的计算: V = Qz Qz:蒸发器的负荷(W) 有: t C空气比热 V/3600 = Qz V = Qz = Qz 3600 / ( t C空气比热 ) 由(推荐: 冻结间=0.91.1;冷却间、冷藏间=0.5 0.6 ) = 3600/ ( C空气比热 t ) =3.6/1.21 t =0.91.1 得出 :冻结间进出冷风机空气的温降t =3.32.7 ; (注:风量配的大) 冷却间、冷藏间冻结间进出冷风机空气的温降t =56 (注:风量配的小),.通风机全风压 P= (Pc+ Pm )/1.2 ( Pa),:冷间温度下空气的密度(Kg/m3) Pc
9、: 循环风通过冷风机翅片时的阻力损失(Pa) Pm: 循环风通过风口、风道、管件时的阻力损失(Pa) . 通风机功率的计算 轴流式通风机 N = V P K/1000 3600 (KW) K 表示电机的安全储备系数。离心式风机的功率计算,制冷工 程方面用的较少,不多介绍。 4. 搁架式排管(冻结间使用)的K值:(与冻结间内的气流组织有关)自然对流:K=17 . 5W/m2 K 冻品间的风速1.5m/s : K=21 W/m2 K 冻品间的风速2.0m/s : K=23.3 W/m2 K,第五节 节流阀的选型计算,通过节流阀通道截面积A( m2) 的流量G (Kg/s),CD: 流量系数,无因次
10、, CD=0.02005(l)1/2 + 0.63 v2 氨CD=0.35 (3-5-2) l: 节流前的液体密度Kg/m3。 V2:节流阀出口(两相区)比容 m3/Kg。 A: 通道截面积 Amax= D2/4 P: 表示节流阀前后压力差(Pa),Gmaxq0 Q0n (对应回路制冷负荷) 为了阀的调节需要,应使 阀的通道截面积 在 Gmax q0 = (1.52.0) Q0n为宜, 进而确定出节流阀 的通道直径。,思考题-8,1.工程上对于冷却设备的计算温度差都是如何确定的? 2.小型冷库采用了“冻藏”合一的 -33蒸发回路,为什么冷藏间计算温度差仍采用 10 计取? 3.节流阀的容量应在
11、设计容量的多少为宜? 4.回气桶与氨液分离器作用有哪些是相同的? 5.计算循环桶容积时,为什么要考虑回气管的容积,不用考虑供液管的容积?回气管容积应是如何计算,进取一路,还是以蒸发系统中所有的回气总管都进行计算? 6.有一制冷装置中采用双级压缩,高压级排气量Vpg=245m3/h;采用单级压缩回路的排气量Vpg=490m3/h,输气系数分别是g= 0.78; = 0.68,求:油氨分离器的直径=? 7.选择制冷辅助设备是按计算的负荷选用,还是按照确定的制冷主机进行匹配? 8.如何确定冷凝温度?,三、中间冷却器的选择计算,中间冷却器的是二级压缩的吸入来源地,所以必须对中冷器的桶体截面积进行计算,
12、防止二级吸入流速过大,使二级吸气中带走液体。另外,中冷器还承担高压液体的过冷的功能,需要验算中冷器蛇形盘管冷却面积配置大小。 中冷器蛇形盘管冷却面积:A= Gd (h5-h6)/Ktm,tg: 表示盘管出液温度比中冷温度高出5计算。(t6=tg) K: 蛇形盘管传热系数约等于(465-581)W/m2 K,中冷器桶体直径计算 有中冷器的汽液分离截面积: F=D2/4 D=(4Vgg/)1/2 =1.128 (Gg v3/)1/2 = 1.596 (P98, 3-6-1) (式中:Vgp:m3/h , Gg :Kg/h ,=0.5m/s ),第三节、 辅助设备的选型计算 一、分离捕捉设备的选型计
13、算, 油氨分离器的选型计算 油分离效果取决于桶体内被吸出的流速()不能过大,填料式油分=0.3 0.5m/s;其他类型的油分离器 0.8 m/s。 F=( D2 /4 ) = Vp Vp:压缩机 排入高压系统的输气量 m3/h,(m ) ;=0.30.5m/s,对于单级压缩与双级压缩共用一个油氨分离器时: F=( D2 /4 ) = V = V1(单级) + g V2(双级), 也有采用:p: 压缩机排气时的比容 x:压缩机吸气时的比容 = 0.1 0.2m/s,(m ) ;=0.30.5m/s,(m ) 3-6-8式, 氨液分离器的计算,1.机房氨液分离器(注:每一个蒸发回路只需要设置一台机
14、房氨液分离器,与层数、蒸发器形式、距离没有关系) 桶体直径 D:,Vp: 该系统制冷机的理论吸气量 m3/h 。 :压缩机的输气系数,=0.5m/s, 2.库房氨液分离器(按回路、楼层、供液半径等情况设置) 桶体直径:,=0.5m/s, 空气分离器: 每个制冷系统可设置一台空气分离器。, 集油器:为了制冷系统的安全、经济的正常运行,应采用集油器集中进行放油,对于制冷系统较大( 200KW),可对制冷系统的放油,分成为高压、低压系统分别设置集油器进行放油,(即选用两个D=325mm的集油器分别进行对高压、低压系统放油) 对于制冷系统较小,可以只采用一个集油器进行系统的放油。,二、贮存设备的选择计
15、算 高压贮液桶 (P99) 高压贮液桶用于系统负荷变化进行调剂,同时还要起到液封作用。高压 贮液桶的容积应与制冷机的循环量有关,还与制冷系统的大小有关系。 高压贮液桶的容积:,V:贮氨器的容积(m3 ) G: 制冷机的总循环量(Kg) : 氨液在冷凝温度下的比容(l/Kg) : 贮氨器的充满度, =0.7 :表示贮氨器的容积系数,以公称容积(V)的大小进行取值。V2000m3, =1.2; V=200010000m3, =1.0; V=1000120000m3, =0.8; V=200010000m3, = 0.5, 排液桶的选型与计算,排液桶用于热氨融霜时蒸发器的排液,也可以作为机房氨液分离
16、器(回气桶)下面所设的低压贮液桶使用。 其容积计算: V= Vp/ =0.7 Vp: 最大一冷间内蒸发器的总容积(m3) :蒸发器的贮氨量百分比,见表36-2 低压循环贮液桶的选型计算 见P100页 注意: 当一个系统很大,计算得出的桶体直径“D”较大,实际上安装设备、选购设备都有困难,一般采用两个或两个以上的循环桶并联使用,应按照 确定出实际的桶径D1、D2 , 氨泵的选型计算,1. 氨泵的流量计算 Vb= nVz = n Gz= n Qz 1/q0 (m3/s) n : 供液回路的循环倍数,冷藏间负荷稳定,n = 34;冻结间负荷波动大,n = 56。 2.氨泵的扬程计算 泵的扬程包括氨液
17、流体克服最不利环路产生的摩阻Pm、局部阻力P、泵中心至最高蒸发器之间液柱高度。 为了能使调节站,对各路蒸发器进行调整供液量,需要预留100KPa的压头。 扬程 H = P/(g ) = 1/(g ) Pm + P+ Ph + 100KPa :氨液的密度(Kg/m3) g = 9.8m/s2,思考题-9,1.当集油器高低压系统分别设置时,高压系统放油都有哪些制冷设备,低压系统放油又有哪些设备? 2.如何确定氨泵供液系统的扬程和流量? 3.排液桶可以兼作低压贮液桶吗?(p102) 4.计算排液桶的容积仅仅考虑最大冷间的蒸发器的贮氨量就可以了吗?还应该注意哪些情况?,第四章 制冷系统的管道设计,第一
18、节制冷管道的阻力计算,单相流体的阻力计算 摩擦阻力计算Pm f: 管道的摩擦阻力系数。按照表41制冷系统的工质流动控制在紊流光滑区至紊流过渡区之间,其摩阻系数见表42 。 但与雷诺数Re有关,制冷管道内流体流速均处于紊流光滑区(4000 Re 11dn/e)与紊流过渡区( 11dn/e Re 445dn/e)之间,(粘性底层厚接近或稍大于管壁的粗糙高 e) 沿程摩擦阻力计算Pm= f L 2/(2dn), 局部阻力计算P Pm= 2/2 , 把局部阻力系数折算到当量长度 Le Pm= 2/2 = Le f 2/(2 dn) (p105,4-1-13) =Le f /dn Le = (/ f )
19、 dn = n dn (n =/ f ),当量长度Le,是把局部阻力系数 所产生的管道压力降,转变成为某一管道上流体的长度摩擦压力降。以管道的管径的倍数 (n dn)表示。 如一个角阀全开,就可以认为其局部阻力相当与自身管径的170倍(170 dn = Le)的等长度( Le )管道,具有相同的沿程摩阻损失。 (P106),系统管道总阻力损失 P = Pm+ P = f (L+Le) 2/(2dn),两相流体的阻力计算 既有液体,又有气体存在共同流动的状态叫做:“两相流体”。氨泵供液系统的回气管中均处于两相流体的流动状态之中。 两相流体产生的管道阻力损失,要比纯气态或纯液态的单相流体产生的管道
20、阻力损失大和状态复杂。,两相流体管中,流体流态分为两种: 1. 流动过程中与外界没有热交换,气液的比例不变。如节流阀后至蒸发器前的管段,就可认为是气液比例不变的两相流管段。阻力计算按液体阻力计算为基础,根据气态的含量(干度x),乘以修正系数进行计算。 (P106, 4-1-15) P = 2(1-)1.75 P液体, :参数与X有关。 X = (1 / )1.8 (”/ )( / )0.2 0.5 ”、 :饱和汽、液的密度,Kg/m3 ; 、 :饱和液、汽的动力粘度,Kg/ms 由 :P液体 = f (L+Le) 2/ (2dn) (4-1-17),2. 两相流体在流动的过程中,不断与外界进行
21、进行热交换,流体汽液比例沿程变化。 如在蒸发器中,在流量不变、管径不变条件下,两相流体的比容会不断变大,比容的增加而引起流速加速。这部分加大的管内阻力损失叫做加速压力降Pa.。 P = Pm + P+Pa,加速压力降Pa : Pa = Gw2 () (4-1-19) Gw2:单位截面积上的重量流速(Kg/sm2) :管道进出口比容变化 m3/Kg, =(x2 - x1)(”-) ”、:气态比容、液态比容 (m3/Kg) 两相流中与外界不断有热交换,管道系统的阻力损失(总阻力)P : P = Pm + P+Pa = 2(1-x)1.75 P液体+ Gw2(x2 - x1)(”-) (P107,4
22、-1-21), 制冷系统管径的确定,1.已计算出管道中流量 G (Kg/s),根据流量的大小,限定出一个流速w, 由公式 : dn2 w/4 = G/ :流体密度(Kg/m3) 管道内径,P:允许压降,吸气管允许压降为蒸发温度1;排气管允许压降相当于用电量增加1%,相当饱和温度升高0.5,见表44, P108 页。 不同的长度,通过相同G的工质量,对应的管道直径(dn)应当有所变动。也就是说,w值应有所正确的估计。 Qz G w L dn P,第二节 制冷管道的设计计算,制冷管道的选择计算 主要管道管径选定,采用限定管段的流动阻力损失来确定对应管径的大小,依据把各管段流动阻力产生的额外能耗限制
23、在系统能耗的1%4%的范围内。对应的阻力所产生的饱和温度差正好在0.5 1的范围内。 P108表4-2-1;4-2-3把限定P转化为在一定长度下的限定的流速; P109图4-2-1;4-2-15 则把把限定的P,在定长度管段下通过不同的冷量(流量)转换为管经(流速控制),第三节 管道的伸缩和补偿 一、管道的伸缩与补偿 管道受到工作温度安装时的温度不同,产生热胀冷缩变化量 L = L ( t安装 t工作 ) :钢材的膨胀系数 = 1210-6 m/m(1/) 管道被固定不能产生自由的伸缩时,管道会产生热应力 = E = E L / L = E ( t2 - t1 ) 管材的许用拉力 (4-3-2
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