1、,第十三章,制冷站工艺设计基础,13.1 制冷设备的选择计算,制冷站工艺设计是制冷技术课程中很重要的一项综 合性实际训练项目。在进行制冷站工艺设计之前，必须 了解和收集以下原始资料： （1）用户要求：包括用户需要的冷量及其变化情况，供 冷方式，冷水的供回水温度，用户使用场所及其安装方 面的要求。,（2）水源资料：是指制冷站附近的地表水、地下水的水 量、水温、水质等情况。 （3）气象条件：指当地的最高和最低气温、大气相对湿 度、当地冰冻线的深度以及全年主导风向和当地大气压 力等。 （4）地质资料：是指制冷站所在地区土壤等级、承压能 力、地下水位和地震烈度等资料。 （5）发展规划：设计制冷站时，应
2、该了解制冷站的近期 和远期发展规划，以便在设计中考虑制冷站的扩建余地。,13.1.1 制冷设备的选择计算,制冷设备的选择计算主要是根据工艺的要求和系 统总制冷量来确定的，是在耗冷量计算的基础上进行的。 制冷设备选择的恰当与否，将会影响到整个制冷装置的运 行特性、经济性指标以及运行管理工作。制冷设备的选择 计算一般按下列步骤进行：,1确定制冷系统的总制冷量制冷系统的总制冷量，应包括用户实际所需要的制冷量，以及制冷系统本身和供冷系统冷损失，可按下式计算：Q0=（1+A）Q Q0制冷系统的总制冷量(kW)；Q用户实际所需要的制冷量(kW)，（1kcal/h=1.163W，美国冷吨1USRt=3.51
3、7kW，英国冷吨1JRt=3.861kW，1P马力=2500W）；A冷损失附加系数。一般对于间接供冷系统，当空调制冷量小于174kW时，A=0.150.20；当空调制冷量为l74l744kW时，A=0.100.15；当空调制冷量大于l744kW时，A=O.05O.07；对于直接供冷系统，A=0.050.07。,2确定制冷剂种类和系统形式 制冷剂的种类、制冷系统形式以及供冷方式，一般根据系统总制冷量、用户所需的冷水流量、水温以及使用条件来确定。一般说来，对于空调工况制冷量大于350kW，而且对卫生、安全没有特殊要求时，均宜采用氨为制冷剂。当空调工况制冷量小于350kW，而且对卫生、安全要求较高的
4、系统，或直接供冷系统，均应采用对大气环境无公害或低公害的氟利昂类制冷剂或替代工质。在热源条件合适或有废热可供利用的情况下，也可考虑采用吸收式或蒸汽喷射式制冷方式。,所谓制冷系统形式，是指使用多台制冷压缩机时，采用并联系统还是单机组系统。制冷系统形式除与使用条件和使用要求有关外，还与整个系统的能量调节与自动控制方案有关。一般说来，对于制冷量较大，连续供冷时间较长，自动化程度要求较高的系统，均应采用多机组并联系统。供冷方式是指直接供冷还是间接供冷，一般根据工程的实际需要来确定。例如，大中型集中式空调系统，均宜采用间接供冷方式；而冷库的冷排管，则宜采用直接供冷方式。此外，应根据总制冷量的大小和当地的
5、气候条件及水源情况，初步确定冷凝器的冷却方式以及冷凝器的形式，并根据供冷方式和使用冷媒的种类，初步确定蒸发器的形式。,3确定系统的设计工况 制冷系统的设计工况包括蒸发温度、冷凝温度、以及压缩机的吸气温度和过冷温度。 （1）冷凝温度tk冷凝温度是指制冷剂在冷凝器中液化时的温度，其值与冷却介质、冷凝器的形式以及传热温差有关。 采用水冷式冷凝器时tk=ts2+(46) ()ts2=ts1+t ()或： ()公式中： ts1冷却水进冷凝器的水温()，根据冷却水的使用情况确定，对于使用冷却塔的循环水系统，ts1 =ts+ts,ts当地夏季室外平均每年不保证50h的湿球温度()；ts安全值，对于自然通风冷
6、却塔， ts = 57 ()；对于机械通风冷却塔， ts = 34 ()。 ts2冷却水出冷凝器的水温()，一般不超过35，并且与冷却水在冷凝器中的温升t 有关， t 值因冷凝器结构不同而异。立式壳管式冷凝器： t = 24 ()卧室或组合式冷凝器： t = 48 ()淋激式冷凝器： t = 23 () 采用风冷式或蒸发式冷凝器时冷凝温度可用下式计算：tk=ts+(510) (),（2）蒸发温度to蒸发温度是指制冷剂在蒸发器中沸腾时的温度，其值与所采用的冷媒种类以及蒸发器的形式有关。 以淡水或盐水为冷媒，采用螺旋管或直立管水箱式蒸发器时， to=tl2-(46) ()采用卧式壳管式蒸发器时，t
7、o=tl2-(24) ()tl2冷媒出蒸发器的温度()； 以空气为冷媒，采用直接蒸发式空气冷却器时to=t2-(812) ()t2空气冷却器出口空气的干球温度()； 冷藏库用冷排管to=t-(510) ()t冷库温度，库温越低，温差越小。,（3）过冷温度tu过冷温度是指系统中设置过冷器，或当系统中使用卧式壳管式或套管式冷凝器时，用增大冷凝面积5%10%的方法过冷，使制冷剂在冷凝压力下，其温度低于冷凝温度的温度。 tu=tk-(35) ()对于立式壳管式冷凝器，则不考虑过冷。（4）压缩机吸气温度t1 压缩机吸气温度一般与压缩机吸气管的长短和保温程度有关。一般以氨为制冷剂时：t1=to+(58)
8、()以氟利昂为制冷剂，采用回热循环时，则应根据回热器中热平衡关系式，确定吸气温度，或取t1=15 ()工况确定后，就可在制冷剂的P-h图上确定整个制冷的理论循环，并进行理论循环的热力计算。,4选择制冷压缩机和电动机压缩机的选择计算，主要是根据制冷系统总制冷量及系统的设计 工况，确定压缩机的台数、型号和每台压缩机的制冷量以及配用电动 机的功率。（1）压缩机的选择原则1）压缩机型式的选择常用的制冷压缩机有活塞式、离心式和螺杆式等不同型式。对一 般小型冷藏库、小型空调冷冻站的设计多采用活塞式和螺杆式；用作 空调冷源的大、中型冷冻站的设计，一般采用离心式和螺杆式制冷压 缩机。,2）压缩机台数的选择压缩
9、机台数应根据系统总制冷量来确定：m 一压缩机台数；QOg一每台压缩机设计工况下的制冷量(kW)。选择压缩机时，台数不宜过多，除全年连续使用的以外，一般 不考虑备用。对于制冷量大于l 744 kW的大、中型冷冻站，压缩机不 宜少于两台，而且应选择相同系列的压缩机。这样压缩机的备件可以 通用，也便于维护管理。,3）压缩机级数的选择压缩机级数应根据没计工况的冷凝压力与蒸发压力之比来确 定。一般若以氨为制冷剂，当 时，应采用单级压缩机； 当 时，则应采用两级压缩机，若以Rl2、R22或Rl34a 为制冷剂，当 时，应采用单级压缩机；当 时，则应采用两级压缩机。,（2）压缩机制冷量的计算每台活塞式制冷压
10、缩机在设计工况下制冷量的计算方法有三种：1）根据压缩机的理论输气量计算制冷量 压缩机的制冷量Q0g可由压缩机的理论输气量qv.th乘以设计工况下 的输气系数及单位容积制冷量qV求得： Q0g = qv.thqV,2）由冷量换算公式计算压缩机的制冷量同一台压缩机在不同的工况下，制冷量是不同的。压缩机铭牌上 的制冷量，一般是指名义工况或标准工况下的制冷量。工况改变后的 制冷量可进行换算。冷量的换算公式是根据同一台制冷压缩机在不同 工况下理论输气量不变的原则推导的，即 qv.th(A) = qv.th(B)(A)、(B)分别表示两种不同的工况。设(A)为名义工况（或标准工 况），则压缩机在该工况下的
11、制冷量为： Q0(A) = qv.th(A)(A)qV (A),设(B)为设计工况，则压缩机在该工况下的制冷量为： Q0(B) = qv.th(B)(B)qV(B)由于qv.th(A) = qv.th(B) ，则 如果已知工况(A)的制冷量，则工况(B)时的制冷量为Ki一压缩机制冷量换算系数， 可查制冷工程设计手册，或空调 工程设计手册。,每一种型号的制冷压缩机 都有其特定的性能曲线，因此 可以根据设计工况，在性能曲 线图上查得该工况下的制冷量。利用压缩机的性能曲线图， 不但能求出不同工况下的制冷 量，而且还能确定不同工况下 的轴功率。,3）根据压缩机的特性曲线确定压缩机的制冷量,（3）压缩机
12、轴功率及配用电动机功率的计算 每台活塞式制冷压缩机在设计工况下制冷量的计算方法有三种：制冷压缩机的轴功率Pe(kW)可按第12章有关公式计算：pt 压缩机的理论功率(kW)。制冷压缩机配用电动机的功率P (kW)可按第12章有关公式计算：,（4）压缩机气缸套冷却水量的计算 冷却压缩机气缸套的冷却水量可按下式计算：Gy压缩机气缸套冷却水量(kgs)；一冷却水带走的热量占全部热量的百分比，一般取 0.130.18；t 气缸水套进、出水的温度差，一般为510。此外，对于氨和R22压缩机的冷却水量，还可以按压缩机理论 排气量计算，即1 m3h排气量需冷却水约5kgh。,13.1.2 冷凝器的选择计算,
13、冷凝器的选择计算主要是确定冷凝器的传热面积，选定适当型号 的冷凝器，并计算冷凝器的冷却水用量。1. 冷凝器的选择原则 冷凝器的选择取决于当地的水温、水质、水源、气候条件，以及 压缩机房布置要求等因素。一般在冷却水水质较差、水温较高、水量 比较充裕的地区，宜采用立式冷凝器；水质较好且水温较低的地区， 宜采用卧式壳管式或组合式冷凝器；在缺乏水源或夏季室外空气湿球 温度较低的地区，可采用蒸发式冷凝器。如果冷却水采用循环冷却供 水方式，可根据制冷设备布置的要求进行合理选择。,2. 冷凝器热负荷计算 冷凝器的热负荷可按下式进行计算： Qk = qm (h2-h3) Qk一冷凝器的热负荷(kW)； qm一
14、冷凝器的制冷剂质量流量(kgs)；h2一压缩机排气的比焓(kJkg)；h3一制冷剂液体出冷凝器的比焓(kJkg)。冷凝器热负荷也可近似按下式进行计算：Qk = Q0 + Pi =(1.151.20) Q0Q0 制冷剂在计算工况下的制冷量(kW)； Pi 压缩机在计算工况下的指示功率(kW)。,3. 冷凝器传热面积计算 冷凝器的传热计算公式如下： Qk = k AK tmQk一冷凝器的热负荷(kW)； k一冷凝器的传热系数W(m2.K)；AK一冷凝器的传热面积(m2)；tm一制冷剂与冷却介质之间的对数平均温差()，计算公式如 下： ts1 冷却水进冷凝器的温度() ； ts2冷却水出冷凝器的温度
15、()。,所以，只要知道了Qk 、 k、 tm就可以计算出所需要的传热 面积AK了。此外，冷凝器的传热面积还可以根据冷凝器的热流密度来计算：qA一冷凝器的单位面积热负荷(Wm2)。,鉴于冷凝器使用一段时间后，由于污垢的影响，会降低其传热性 能，因此，选择冷凝器时，其计算面积应有1015的裕量。此外，若系统中不设过冷器时，卧式壳管式冷凝器的传热面积也 可再加大510，以保证液态制冷剂有35的过冷度。根据所确定的冷凝器的传热面积，并参考压缩机台数及系统形式 等因素，确定冷凝器的台数，并查有关设计手册或设备样本，选择合 适型号的冷凝器。,4. 冷凝器冷却水量计算 冷凝器的冷却水量是根据冷凝器的热负荷和
16、冷却水的进出口温差 来确定： Gs一冷凝器的冷却水量(kg/s)； Cp一冷却水的定压比热kJ(kg.K)，淡水的Cp=4.186kJ(kg.K)，海水的Cp=4.312 kJ(kg.K)p根据冷凝器的冷却水量Gs和压缩机气缸套的冷却水量Gy之和， 查制冷工程设计，或空调工程设计，或设备样本，即可选择出合适型 号的冷却塔或其他冷水设备。,13.1.3 蒸发器的选择计算,蒸发器的选择计算主要是确定蒸发器的传热面积，选择适当型号 的蒸发器，并计算载冷剂的循环量。1. 蒸发器的选择原则 蒸发器型式的选择，应根据制冷剂和载冷剂的种类，以及空调系 统空气处理室的结构型式而确定。若空气处理室使用水冷式表面
17、冷却 器，以氨为制冷剂时，宜采用卧式壳管式蒸发器；以氟利昂为制冷剂 时，宜采用干式壳管式蒸发器。采用卧式壳管式蒸发器以淡水作载冷 剂时，应注意控制好蒸发温度，以防止载冷剂水冻结损坏蒸发器。如果空气处理室采用喷淋冷水处理空气时，则宜采用直立管式或 螺旋管式蒸发器。当蒸发器被用来直接冷却空气时，则应采用冷却排 管或冷风机。,2. 蒸发器传热面积计算 蒸发器的传热面积计算公式如下：k一蒸发器的传热系数W(m2.K)；A0一蒸发器的传热面积(m2)；qA一蒸发器的单位面积热负荷(W/m2)；tm一制冷剂与载冷剂之间的对数平均温差()，计算公式 如下： tl1 冷水进蒸发器的温度() ； tl2冷水出蒸
18、发器的温度()。,一般若以盐水作载冷剂，进出蒸发器的盐水温差约取tl1-tl2 =23；若以淡水作载冷剂，则取tl1-tl2=5。根据计算出的蒸 发器传热面积，并考虑1015的裕量，再参考压缩机台数、 系统形式、运行要求等，确定蒸发器台数，并选择合适型号的蒸 发器。,3. 载冷剂水循环量计算 载冷剂水循环量是根据蒸发器的热负荷和载冷剂水的进出口温 差来确定的： GL一载冷剂水循环量(kg/s)； Cp一载冷剂水的定压比热kJ(kg.K)，与冷却水相同，淡水的 Cp=4.186kJ(kg.K)，海水的Cp=4.312 kJ(kg.K) 。,13.1.4 其他辅助设备的选择计算,1. 油分离器的选
19、择计算一些压缩机组配套生产厂家已提供了油分离器，例如125系列 及100系列的制冷压缩机，大都配有油分离器，因而不必另行选配。如果压缩机本身没有配套的油分离器，则需要另行选配油分离 器。油分离器的尺寸，可以根据进、出气管管径选择，也可以根据 所需要的桶体直径选择。两种选择方法均可按下式进行计算：,d一油分离器进、出气管管径(m)； D一油分离器筒体直径(m)；qv.th一压缩机理论输气量(m3s)；v1 一压缩机吸人气体的比体积(m3kg)；一压缩机的输气系数；v2一压缩机排出气体的比体积(m3kg)；一油分离器进气管内气流速度，一般=1025 mS。一可以表示油分离器简体内气流速度，填料式油
20、分离器气流通 过填料层的速度为0.40.5 ms，其他型式的油分离器筒体内气流 速度要求不超过0.8ms。,根据计算出的油分离器筒体直径D或进气管管径d，查有关制冷 工程设计手册，即可选择出合适型号的油分离器。此外，对于单台压缩机的油分离器，也可按压缩机排气管管径直 接进行选配。2. 贮液器的选择计算贮液器容积按制冷剂循环量进行计算，但最大贮存量应不超过每 小时制冷剂总循环量的1/31/2。同时，应考虑当环境温度变化时， 贮液器内的液体制冷剂因受热膨胀造成的危险，故其贮存量一般不超过 整个容积的7080。,贮液器的容积可按下式计算：V 一贮液器的容积(m3)； qm一系统内制冷剂质量流量(kg
21、s) ；vR一冷凝温度下液态制冷剂的比体积(m3kg)；一液体充满度，一般取0.70.8。根据计算结果，并参考系统型式，可选用单台或几台并联使用的 贮液器。几台贮液器并联使用时，应选用同一型号的产品。应该指出，并不是所有的制冷系统都必须设置贮液器。对于小型制 冷系统，由于系统内制冷剂量较少，当选用卧式壳管式冷凝器时，可利 用冷凝器下部空间贮存部分制冷剂，在这种情况下可不再单独设置贮液 器。,3. 气液分离器的选择计算气液分离器的桶体直径可按下式计算：D一气液分离器筒体直径(m)；qv.th一压缩机理论输气量(m3s)；一压缩机的输气系数；一气液分离器内气流速度，一般=0.5 mS。,4. 集油
22、器的选择除了氟利昂制冷系统中不单独设置集油器外，氨制冷系统中均应 设置集油器。集油器一般不进行计算，而是根据经验来选用。目前国内生产的集油器有三种规格，其桶体直径分别为159mm、 219mm和325mm 。当冷冻站的制冷量小于250300 kW时，采用159mm的集油器 一台即可；当制冷量为300600 kW时，宜选用219mm的集油器一 台；当制冷量大于600kW时，则应选用一台325 mm的集油器。,5. 不凝性气体分离器的选择一般蒸发温度比较低，蒸发压力小于大气压力的制冷系统，都应 设置不凝性气体分离器；对于空调用氨制冷系统，由于运行时系统压力 总是高于大气压力，所以可以不设不凝性气体
23、分离器。但由于制冷系统 排空不彻底，充灌制冷剂或补充润滑油，以及设备检修、更换零件等过 程中，都会有空气残留或混入系统，因而，氨制冷系统一般均应设置 不凝性气体分离器。对于中小型氟利昂制冷系统，不凝性气体排放是用冷凝器上的放 空阀，很少单独设置不凝性气体分离器。,不凝性气体分离器一般不进行计算，而是根据经验选用。目前生 产的不凝性气体分离器主要有两种规格，其筒体直径分别为108mm (小号)和219 mm(大号)。当冷冻站总制冷量小于1163 kW时，宜采 用一台小号不凝性气体分离器；当冷冻站制冷量大于1163 kW时，则 应采用一台大号不凝性气体分离器。6. 紧急泄氨器 目前生产的紧急泄氨器
24、品种较少，多为SA-25型，简体直径 D=108mm，任何规模的氨制冷系统均可采用。,13.2 冷冻站的设计要求及 制冷设备的布置原则,1冷冻站的设计要求1) 冷冻站应尽量靠近空调机房，以便缩短载冷剂水管道，减少 冷损失和节省基建投资。规模较小的氟利昂制冷设备可以设置在空 调机房内；小型氨冷冻站可以附设在一些不重要的厂房的一端，但 需要用墙隔开，机器设备问不宜与厂房直接连通，并且应尽量避免 西晒；规模较大的冷冻站，特别是氨冷冻站，应该单独修建。2) 冷冻站应布置在全厂厂区夏季主导风向的下风侧。在动力站 区域内，一般应布置在乙炔站、锅炉房、煤气站、堆煤场等散发尘 埃建筑物的上风侧，以保证冷冻站的
25、清洁和安全。,3) 冷冻站的位置应尽量靠近冷却水源和电源，以节省管线。4) 氨冷冻站应远离人员密集的场所，以及有贵重设备的房间，以 免在发生事故时造成重大损失。 5) 规模较小的冷冻站一般不分间。规模较大的冷冻站可按不同情 况分别设置机器问、设备间、水泵间、变电间，以及维修室、值班 室、贮存室等。机器间用以布置制冷压缩机、电动机和调节站。设 备间用以布置卧式冷凝器、蒸发器及贮液器等辅助设备。水泵间用 以布置载冷剂水泵和冷却水泵。变电间用以布置专用变压器等。机 器间和设备问考虑设备安装及拆修时的起吊高度，氟利昂制冷机房 的净空高度应不小于3.6 m；氨制冷机房不小于4.8m。,6) 冷冻站一般要
26、求为单层建筑，采用二级耐火材料或不燃材料 建造，并设有两个不相邻的出人口，其中一个出入口应考虑设备安 装要求的净面积。冷冻站的门窗均应向外开启。氨冷冻站一般不宜 设置在楼内地下室中。7) 冷冻站应有每小时不少于3次换气的自然通风。氨冷冻站还应 有每小时不少于7次换气的事故通风设备。8) 氨制冷压缩机配用的电动机必须采用防爆型，同时应在站房 内设置必要的消防和安全器材。,2设备布置原则1) 冷冻站内的设备布置应保证操作、检修方便，同时尽可能使设 备布置紧凑，以节省建筑面积。2) 压缩机必须设置在室内，并应有减振基础。若有数台压缩机， 可根据压缩机的台数，在机器间排成一列或双列。机器间的操作通 道
27、不宜过长，一般不大于12m。两台压缩机之间的距离应满足抽出 压缩机曲轴所需要的地方，一般不小于1 m。其他制冷设备可根据 具体情况，设置在室内、室外或敞开式建筑物内。,3) 立式、蒸发式、淋激式冷凝器，应设置在室外并离机房出入口 较近的地方。冷凝器的冷却水水池离机房等建筑物墙面的距离，一 般应不小于3 m，以避免冷却水外溅时损坏墙面。冷凝器布置在室 外时，应尽量避免阳光的直接照射。蒸发式冷凝器的冷凝排管宜垂 直于该地区夏季的主导风向，以增强冷凝效果。卧式冷凝器和蒸发 器通常布置在室内。在布置卧式壳管式冷凝器和蒸发器时，应留有 清洗和更换传热管子的空间位置。,4) 辅助设备的布置应符合工艺流程。
28、贮液器的位置应靠近冷凝 器，其安装高度应能保证制冷剂液体依靠重力从冷凝器自行流入 贮液器。贮液器应尽量设置在室内，若布置在室外时，应特别注意 防止阳光的直接照射。,集油器应设置于各放油设备的附近或室外。不凝性气体分离器 一般靠墙设置。集油器和不凝性气体分离器布置在室内时，其放油 管和放空气管均应用金属管或橡胶管连于室外，以保证操作安全。紧急泄氨器及紧急泄氨器的泄氨阀，均应设置在外门附近便于 操作的地方。5) 制冷压缩机及其他设备的布置，必须符合流程顺序，并应尽 可能使连接管路简短，流向通畅。设备及管路上的压力表、温度计 等仪表，应设置在光线比较好且便于观察的地方。6) 设备布置的间距应符合下表
29、的要求。,13.3 制冷系统管路的设计,1制冷系统管路计算 制冷剂管道直径的确定，应综合考虑经济、压力损失和回油等 因素。从初投资的角度来看，管径小则比较经济，但是，管径的减小 将增加压力损失，从而引起压缩机的吸气压力降低，排气压力升高， 导致压缩机制冷能力降低和单位制冷量耗电量增加。对氟利昂系统， 如果吸气管径选择不当，会使润滑油回油不良，从而给系统的运行带 来不良影响，因此不希望管路的压力损失过大。,通常氨制冷压缩机的吸气管路压力损失，不宜超过相当蒸发 温度降低0.5；排气管压力损失，不宜超过相当冷凝温度升高 0.5 。氟利昂制冷系统的吸气管压力损失，不宜超过相当蒸发温度 降低1；排气管压
30、力损失，不宜超过相当冷凝温度升高1 。,制冷系统的管径可按下式计算：di一制冷剂管道的直径(m)；qm一制冷剂的质量流量压缩机理论输气量(kgs)；vR一制冷剂的比体积(m3kg)；一制冷剂在管道中的流速，见下表。,根据上述公式计算出制冷剂管径后，还应该参照上表校核其压力 损失是否超过允许的数值。如果压力损失大于允许值，则应选取较低的 流速重新计算，直至符合要求为止。,制冷剂管路的压力损失，包括直管段的沿程阻力损失和管件的局部阻力损失两部分。为了计算方便，常把各管件的局部阻力损失折合成某一管长的沿程阻力损失，所折合成的长度称为当量长度。这样，管路系统某管段的总计算长度，等于直线管段的长度与各管
31、件的当量长度之和。因此，该管段的压力损失为：,制冷系统管段的压力损失可按下式计算：p一计算管段的压力损失(Pa)； fm一摩擦阻力系数；一制冷剂的密度(kg/m3)；L一直线管段长度(m)；Ld一局部管件的当量长度(m)，常用管件的当量长度可参照下表计算。,摩擦阻力系数fm与制冷剂流态有关，当雷诺数Re=2300105时， 当Re2300时，当Re2300时，光滑的纯铜管或黄铜管，fr=1；新钢管， fr=1.11；旧钢管， fr=1.56。,氟利昂制冷系统的吸气管径，除应满足以上要求外，还有一个重要问题必须注，这就是应能保证润滑油顺利地返回制冷压缩机。压缩机工作过程中，被压缩机排气带人冷凝器
32、的那部分润滑油溶解在液态制冷剂中。然而在蒸发器中，由于液态氟利昂吸热气化，而润滑油仍为液态，这样就使润滑油与氟利昂几乎完全分离开来，低压气态制冷剂过热度越大，分离就越完全。因此，设计压缩机吸气管路时，应考虑如何使分离出的润滑油顺利返回压缩机。,向下的吸气管或水平吸气管，润滑油可靠重力流回压缩机。对于上升的吸气管，只有当管内气流速度足够大时，才能把润滑油带回压缩机。为了携带润滑油，R22上升立管中的最低气流速度如下 图所示。实际设计时，上升立管的气流速度应为图中所列数值的1.25倍。,为了简化管路计算，制冷系统管径的确定也可应用线算图进行。一些制冷设计手册和资料都给出了氨和氟利昂的线算图，可供制
33、冷管径计算时使用。,2制冷系统管路的布置原则 管路的布置力求简捷，符合工艺流程，缩短线路，减少部件，以达 到减少阻力、冷损失、泄漏及降低材料消耗的目的。此外，还应考虑 切换的灵活性、运行的可靠性及切断检修的可能性。1) 氨制冷系统的管道一律采用无缝钢管，禁止使用铜或铜合金管 及其管件。氟利昂制冷系统管道通常采用铜管。当管径超过2 5 mm 时，为了节约有色金属材料，一般也采用无缝钢管。,2) 为了缩短管线，减少系统的压力降和制冷剂的充灌量，配管 应尽可能短而直。同时应考虑操作和检修方便，不妨碍对压缩机和 其他没备的正常观察和管理，不妨碍设备的检修和交通通道及门、 窗的开关。3) 氨制冷系统的管
34、路一律采用焊接接口。设备或阀门带有法兰 的可用法兰连接。在氟利昂制冷系统中，管道一般也采用焊接连接。 管道与设备或阀件之间可用法兰连接，但注意不得使用天然橡胶垫 料，也不能涂矿物油，必要时可涂甘油。管径在20 mm以下的铜管 需要拆卸部位，应采用带螺纹和喇叭口的接头螺纹连接。,为了避免泄漏，应尽量减少连接管件。各种管路原则上均采用 煨制弯头，弯曲半径一般不小于4倍管道外径。如因敷设地方尺寸 限制，对管径较大的管路，允许弯曲半径不小于其外径的2.5倍。4) 管道布置时，除特殊要求之外，一般情况下液体管道不应 有局部向上凸起的弯曲现象，气体管道不应有局部向下凹陷的弯曲 现象，以免产生“气囊”和“液
35、囊”，阻碍液体和气体通过。5) 管道一般应用支架、吊架固定在梁、柱、楼板和墙上。支、 吊架的最大允许间距见下表。在布置需要保温的冷管路时，应考虑保温层的厚度。一般管道 外表面或保温层最外层距墙、柱不小于150 mm。,6) 压缩机的吸气管和排气管敷设在同一支架或吊架上时，应将 吸气管道敷设在排气管道的下面。数根平行管之间应留有一定的安 装、检修距离。一般情况下，管道间净距离不应小于200250mm。7) 管道的敷设高度应符合下表的要求，管路和支架、吊架布置 时，应考虑压缩机排气管路的热膨胀，一般均利用管路弯曲部分进行 自然补偿，不设置伸缩器。,8) 从液体主管接出支管时，一般应从主管的底部接出
36、。从气体 主管接出支管时，一般应从主管的上部或者从侧面接出。9) 管道穿过墙壁和顶棚时，应设置套管，以便管道因温度变化 而伸缩。如系低温管道，还应考虑留有足够厚度的隔热层。对于压缩 机排气管道，在穿过易燃墙壁和楼板时，应采用不燃材料进行隔离。10) 管道布置在地沟内时，沟底应有不小于0.0 1的排水坡度，并 应在沟底的最低点设置地漏或其他排水装置。11) 制冷设备之间连接管道的敷设坡度、坡向应符合下表的要求。,12) 当两台压缩机并联运行时，在压缩机的排气管上或在油分 离器的出口处，应装有止回阀，防止一台压缩机工作时，在未工作的 压缩机出口处有较多的氨气不断冷凝成液态，起动时造成液体冲缸事 故
37、。,13) 如果两台氟利昂压缩机并联运行，为了保证润滑油的均衡， 两台压缩机曲轴箱之间的上部，应装有均压管，下部应装有均油管，如图所示。,14) 对于不设油分离器的氟利昂压缩机，当冷凝器高于压缩机 2.5 m以上时，在压缩机的排气管上应设置一个分油环，如图所示， 以防止压缩机停止运行时，较多的润滑油经排气管返回压缩机，致 使再起动时造成冲缸事故。,15) 当蒸发器高于制冷压缩 机时，为了防止停机时液态制冷 剂从蒸发器流人压缩机，蒸发器 的出气管应首先向上弯曲至蒸发 器的最高点，再向下通至压缩机 如图所示。,16) 当冷凝器高于蒸发器 时，为了防止停机后液体进入 蒸发器，供液管至少应抬高 2m以
38、后再通至蒸发器，如图 所示。但是，如果膨胀阀前设 有电磁阀时，可不必如此连 接。,17) 当蒸发器上下分层布 置时，由于向上供液，管内压 力降低，并伴随有部分液体气 化，形成闪发蒸气。为了防止 闪发形成的蒸气集中进入最上 层蒸发器，供液管应如图配置。,当数个高差较大的蒸发器， 由一根供液管供液时，为了使闪 发蒸气得到均匀分配，应按右图 方式进行配管。,18) 对于非回热式氟利昂制冷系统，直将制冷装置的蒸发器 供液管与压缩机的吸气管并列安装，并进行整体保温即可达到回 热目的。,13.4 制冷设备与管路的隔热措施,为了减少制冷系统的冷损失，对低温设备和管路都必须进行保 温。需要保温的设备有卧式壳管
39、式蒸发器、水箱式蒸发器、氨液分 离器、立式不凝性气体分离器、空调载冷剂水回水箱等。须保温的管道有制冷压缩机吸气管、节流阀后的供液管，以及 空调载冷剂水的供、回水管道等。,1保温材料及性能制冷系统所使用的保温材料应具有热导率小、吸水率低且憎水 性能好、密度小、耐低温性能好，而且使用安全、无毒、无刺激性 气味、不燃烧、廉价易得、便于施工等特性。目前制冷系统中常用的保温材料有玻璃棉、泡沫塑料和软木等， 其性能见下表。,2保温层厚度的确定制冷设备和管道保温层厚度的确定，要考虑经济上的合理性。 最小保温层厚度应使其外表面温度，比最热月室外空气的平均露点 温度高2左右，以保证保温层外表面不至有结露现象发生
40、。设备壁面和管道保温层的厚度，可分别按照以下公式 进行计 算：,t 空气干球温度，以最热月室外空气平均温度计算()； tn 管道或设备内介质的温度()；tw保温层表面温度，比最热月室外空气的平均露点温度高2左右；a 空气与保温层外表面的表面传热系数，一般取a=5.8W(m2K) ； 保温层厚度(m)； 保温材料的热导率w(mK)；d0 圆形设备或管道外径(m) 。,在实际工程中，常将各种保温材料根据不同的保温目的，制成 保温层厚度选用表，可供设计时直接选用。至于空调载冷剂供、回水管道的保温层厚度还可以参考下表选 用。,3保温结构的组成 为了保证保温效果，保温层结构应由以下几部分组成：(1) 防
41、锈层。 为了防止设备和管道外表面的腐蚀，保温前首先 用钢丝刷将表面的铁锈除掉，然后在设备和管道外表面刷红丹防锈 漆或沥青清漆12遍。(2) 保温层。 粘贴保温层时，应根据保温材料的不同而选用不 同的粘合刹，如沥青或其他粘合剂。保温层粘贴后，应将其缝隙用 沥青填充。,(3) 隔汽层。 在保温层外面缠包油毡或塑料布等，使保温层与 空气隔开，防止空气中的水蒸气透入保温层内部结露，影响保温性 能和使用寿命。对于较大的设备和管道，还可在隔汽层外敷以铁皮或抹石棉水 泥保护层，使保温层不致被破坏。(4) 色层。 在保护层外表面涂以不同颜色的磁性调和漆，并标 明介质的种类和流向。氨制冷系统各种管段选用油漆的颜色可参考下表。,第十三章 习 题,简答题： 1.设计空调冷冻站应掌握哪些原始资料? 2.冷冻站内制冷设备布置的原则是什么? 3.氨制冷系统和氟利昂制冷系统的压缩机吸、排气管水平管段坡度 有什么不同?为什么? 4.确定制冷系统管道直径时应考虑哪些因素? 5.制冷系统中哪些管道与设备需要敷设隔热层?确定隔热层厚度的 原则是什么?,计算题：空调用户需要的总制冷量为540kW，要求供给空气处理器的冷水温度为7，回水平均温度为11。制冷系统以氨为制冷剂。当地室外夏季干求温度为31，湿球温度ts=26.6，利用自来水作为冷却水源，选用冷却塔循环使用，试选择有关制冷设备。,谢谢大家 ！,
