1、第3章 制冷压缩机与设备的选型计算,3.1 制冷压缩机的选型计算 3.2 换热设备的选型计算 3.3 辅助设备的选型计算,3.1 制冷压缩机的选型计算,3.1.1 制冷压缩机的选型原则 3.1.2 计算参数的确定 3.1.3 往复式压缩机的选型 3.1.4 回转式压缩机的选型,3.1.1 制冷压缩机的选型原则,1)所选制冷压缩机(以下简称压缩机)的制冷量应与制冷装置的机械负荷相等或接近，相近蒸发温度的冷间尽可能把必需的制冷量集中在一个机组中，按不同的蒸发温度系统分别选配压缩机，尽可能使每台(组)压缩机分别提供一种蒸发温度，以确保制冷系统运行可靠、经济合理。 2)为便于压缩机的维护和零部件的更换
2、，同一制冷系统中如需多台压缩机，应选同一系列，且台数要适宜，以满足高、低峰负荷变化的需要。 3)为使压缩机安全、可靠和经济地运行，当氨制冷系统中冷凝压力与蒸发压力的比、氟利昂制冷系统中冷凝压力与蒸发压力的比值10时，应采用双级压缩；但氨系统的压力比8、R134a系统的压力比10时，采用单级压缩。 4)压缩机在不同的工况下运行，消耗的功率也不同，压缩机配用电动机的功率应按照运行的工况校核。,3.1.2 计算参数的确定,1.蒸发温度 2.冷凝温度 3.压缩机的吸气温度 4.过冷温度,表3-1 冷却空气蒸发器的传热温差,表3-2 氨压缩机允许的过热度,3.1.3 往复式压缩机的选型,3.1.3.1
3、结构形式的选择 3.1.3.2 选型计算,图3-1 单级压缩制冷循环压焓图,表3-3 国家标准GB/I90982008中规定的制冷量试验条件 1)通过对制冷系统进行热力计算，求出在计算工况tk、t0时的制冷量Q0。 2)参照各种压缩机的性能曲线，选择压缩机。,表3-3 国家标准GB/I90982008中规定的制冷量试验条件,图3-2 压缩机的性能曲线,表3-4 泰州商业机械厂生产的冷库用低温压缩冷凝机组,表3-4 泰州商业机械厂生产的冷库用低温压缩冷凝机组,图3-3 =f()曲线,(2)压缩机的选型计算,1)按理论容积输气量选型计算。 2)按性能曲线或图表选型计算。,图3-5 制冷循环的ph图
4、,表3-5 各点的状态参数,表3-6 制冷循环性能指标的计算结果,表3-6 制冷循环性能指标的计算结果,表3-6 制冷循环性能指标的计算结果,表3-7 S812.5系列双级活塞式制冷压缩机的性能,3.复叠式循环压缩机的选型计算,表3-8 复叠式制冷循环的制冷工质与组合形式 (1)中间温度的确定 由两个单级压缩循环组成的复叠式制冷循环的中间温度，即为冷凝蒸发器的工作温度，有低温循环的冷凝温度和高温循环的蒸发温度，在确定中间温度时，要求每个循环的压力比不超过10。 (2)压缩机的选型计算,表3-8 复叠式制冷循环的制冷工质与组合形式,图3-7 N/C复叠式制冷系统,图3-8 R290/C复叠式制冷
5、系统, 找一个初始的低温循环冷凝温度t3(见图3-9)，使得高、低温循环的压力比不超过10，则高温循环的蒸发温度为 在t3的上、下按一定间隔(1左右)取若干个低温循环冷凝温度，对每个低温循环冷凝温度对应的复叠式制冷循环，按照上面的方法进行热力计算，计算出制冷系数=f(t3)。 作出=f(t3)曲线，如图3-10所示，从图上找出制冷系数最大值max，如果按照上述计算没有得到制冷系数最大值max，则重新选择初始的t3值，重新进行上述计算。直到找到制冷系数最大值max，对应的温度t3即为所求的最佳低温循环冷凝温度t3opt，与此对应的饱和压力即为最佳的低温循环冷凝压力p3opt，同时，得到最佳高温循
6、环蒸发温度t6opt。,图3-9 复叠式制冷循环的ph图,图3-10 =f(t3)曲线 =f(),3.1.4 回转式压缩机的选型,3.1.4.1 滚动转子式压缩机 3.1.4.2 涡旋式压缩机 3.1.4.3 螺杆式压缩机,3.1.4.1 滚动转子式压缩机,1.结构形式的选择 2.选型计算 (1)输气量的计算 1)容积系数V 2)压力系数p。 3)温度系数T。 4)泄漏系数1。 5)回流系数h滚动转子式压缩机的吸气孔口前边缘角，会造成压缩过程开始前吸入的气体向吸气口回流，导致输气量下降。 (2)能量损失 小型全封闭滚动转子式压缩机能量损失主要是电动机的电气损失、热力、气动损失及机械损失。,1)
7、指示效率i。 2)制冷压缩机的机械效率m。 3)电动机效率mo。 4)电效率el,图3-11 不同制冷量时电效 率与压比的变化关系,3.1.4.2 涡旋式压缩机,1.结构形式的选择 2.选型计算,3.1.4.3 螺杆式压缩机,1.结构形式的选择 2.选型计算,3.2.1 冷凝器的选型计算,1.结构形式的选择 2.选型计算 3.水冷却塔 4.水泵 2.水头损失是在管长为100m的条件下得出的。 3.数据来自于Ingersoll Rand公司公布的资料。,3.2 换热设备的选型计算,表3-9 氨冷凝器的K值与值选取范围,表3-10 氟利昂冷凝器的K值与值选取范围,图3-12 R717冷凝器的负荷系
8、数,表3-11 值,表3-12 t的修正系数,表3-13 空气温度修正系数,表3-14 海拔高度修正系数,表3-15 湿工况时空气流动阻力修正系数,图3-13 冷却塔与水冷式冷凝器的管线连接 1制冷装置 2冷凝水排水管 3冷凝器 4冷却水 5排水管 6排泄开关 7吸水管 8补给水进口 9热水 10冷却塔 11溢流排水管,图3-14 冬季运行(设有室内水箱)的冷却塔管路系统 1冷凝器 2压缩机组 3放气阀 4排气管 5水泵 6旁通管 7室内储水箱 8水冷却塔 9补给水管 10溢流管 11浮球控制阀 12至下水道,表3-16 镀锌钢管和L形铜管的沿程阻力损失,表3-16 镀锌钢管和L形铜管的沿程阻
9、力损失,表格,表格,表3-17 冷却塔管路中使用的阀门和管件的当量长度(单位：m) 例3-4 有一台热负荷为22kW的冷却塔，塔净高是1.52m，循环水量是3.41m3/h，管路(使用镀锌钢管)总长为22.86m，标准弯头10个，闸阀4个，水通过冷凝器的压力损失是89.63kPa(制造厂提供)。试确定所需水泵的总扬程。 解：根据循环水量3.41m3/h，为保证水流速低于1.5m/s，故选32mm镀锌钢管。 3.2.2 蒸发器的选型计算 3.2.3 中间冷却器的选型计算 3.2.4 回热式热交换器的选型计算 3.2.5 冷凝蒸发器的选型计算,表3-17 冷却塔管路中使用的阀门和管件的当量长度,3
10、.2.2 蒸发器的选型计算,1.结构形式的选择 2.选型计算 3.通过蒸发器的风量及载冷剂流量的计算,图3-15 凝结水集水盘和管线 1风道 2气流方向 3蒸发器盘管 4集水管 5清理三通 6水封弯管 7清理口 8冷凝水漏斗 9排水口 10空气间隙,图3-17 冷饮水机的蒸发器结构 1冷水盘管 2水位 3冰层,表3-18 冷却介质侧的污垢系数,表3-19 C值(R22),图3-18 冲缝形翅片,表3-20 各种氨蒸发器的传热系数K和使用条件,表3-20 各种氨蒸发器的传热系数K和使用条件,表3-21 各种氟利昂蒸发器的传热系数K和使用条件,表3-21 各种氟利昂蒸发器的传热系数K和使用条件,表
11、3-21 各种氟利昂蒸发器的传热系数K和使用条件,表3-21 各种氟利昂蒸发器的传热系数K和使用条件,图3-20 DL系列冷风机的t1与关系 ,表3-22 DL系列冷风机的工况修正系数,Cf,表3-23 DD和DJ系列冷风机的工况修正系数Cf,图3-22 德国库宝冷风机选型图,图3-23 瑞泰克(RETECH)牌冷风机的SHR和D的修正系数f,表3-24 显热比SHR,表3-25 霜层修正系数,3.2.3 中间冷却器的选型计算,1.冷却面积的计算 2.中间冷却器筒体直径的计算,3.2.4 回热式热交换器的选型计算,3.2.5 冷凝蒸发器的选型计算,1.结构形式的选择 2.选型计算,1.结构形式
12、的选择,(1)立式壳管式冷凝蒸发器 它的结构与一般的壳管式冷凝器相似，高温循环的液体制冷剂在管内蒸发，低温循环的气体制冷剂在壳管间冷凝。 (2)盘管式冷凝蒸发器 该蒸发器有立式和卧式两种，是由一组多头盘管装在一个圆形壳体中构成，高温循环的液体制冷剂经过液体分配器后进入盘管，在管内蒸发后从另一端流出，低温循环的气体制冷剂在壳管间冷凝。 (3)套管式冷凝蒸发器 它是由两根直径不同的铜管套在一起后弯曲而成，低温循环的气体制冷剂在小管内冷凝，高温循环的液体制冷剂在管间蒸发。,3.3 辅助设备的选型计算,3.3.1 液体储存设备 3.3.2 分离捕集设备 3.3.3 节流机构 3.3.4 分液器 3.3
13、.5 制冷剂泵 3.3.6 干燥器和过滤器,3.3.1 液体储存设备,1.高压储液器 2.低压储液器 3.排液器 4.低压循环储液器,表3-26 氟利昂制冷系统中设备和管道的液体制冷工质充满度,表3-27 氨制冷系统中设备和管道的液体制冷工质充满度,表3-27 氨制冷系统中设备和管道的液体制冷工质充满度,3.3.2 分离捕集设备,1.油分离器 2.集油器 3.气液分离器 4.空气分离器,3.3.3 节流机构,1.热力膨胀阀 2.热电膨胀阀与电子膨胀阀 3.恒压膨胀阀与毛细管,1.热力膨胀阀,(1)热力膨胀阀的形式选择 根据其平衡方式，热力膨胀阀有内平衡式和外平衡式之分。 (2)热力膨胀阀的容量
14、(制冷能力)选择 热力膨胀阀的容量是指在某一压力差作用下，处于一定开度的膨胀阀通过的制冷剂流量，在一定蒸发温度下完全蒸发时所产生的制冷量。 (2)膨胀阀型号的确定 在液体过冷度tl10时，修正系数为1.07(参见相关资料)。,表3-28 热力膨胀阀形式选择允许的压力损失值,表3-29 压力损失p/kPa,图3-24 两个或更多个膨胀阀并联使用方式 1电磁阀 2热力膨胀阀 3分液器 4蒸发器,表3-30 R22液体管路压力损失和制冷量的关系,表3-31 配管中阀及接头的压力损失的当量长度/m,表3-32 R22制冷剂冷凝器/储液器与蒸发器之间高度差引起的静压损失,表3-33 蒸发温度对热力膨胀阀
15、容量的影响,表3-34 阀前液体过冷度对阀容量的影响,表3-35 不产生闪发气体时液体压力损失p与所需最小过冷度的关系,图3-25 R22制冷系统,2.热电膨胀阀与电子膨胀阀,(1)热电膨胀阀 热电膨胀阀是为了适应计算机控制而开发的一种制冷节流元件。 (2)电子膨胀阀 电子膨胀阀是20世纪80年代以后推出的一种较为先进的节流元件，其按计算机预设的程序进行流量调节，因电子式调节而得名“电子膨胀阀”。,表3-36 日本东芝公司电子膨胀阀的技术参数,3.恒压膨胀阀与毛细管,(1)恒压膨胀阀 恒压膨胀阀是依靠蒸发压力来调节供液量的一种自动膨胀阀。 (2)毛细管,1)由于毛细管的结构特点，小型商用制冷装
16、置，如小型冷饮水机、小型冰激凌机、电冰箱等，通常采用毛细管代替热力膨胀阀作为节流机构。 2)毛细管的选择计算方式有许多种，但大多以实测为准。 根据压缩机工况条件下的实际排气量和毛细管对氮气的流量来确定。即已知实际排气量qVa值，根据式(3-93)和式(3-94)求出氮气流量，选某一内径尺寸的毛细管后，再计算其长度。 实测法。将几台经过实测和经证实符合设计工况要求的制冷系统作为样机，拆除该机的毛细管作为标准品并测出其若干数据，作为生产中对毛细管的测定依据。, 图解法。即在稳定的工况下，对某种制冷剂按试验数据作出线图。实际应用时，根据已知的条件，通过线图选择适用的毛细管长度和内径。图3-26所示是
17、在进口温度为46.1，蒸发压力p0小于或等于临界压力时，制冷剂R22的毛细管初选曲线图。如果已知制冷剂种类、制冷量Q0、压缩机流量qm等条件，就可以从图上方便地确定适用的毛细管长度和内径。若采用R22制冷剂的制冷装置，当Q0=652W、qm=10kg/h时，即可在图中找到A、B、C三点，得到三种长度和三种内径的毛细管，其长度分别为0.86m、1.9m、3.35m，内径分别为0.7mm、0.8mm、0.9mm。可以看出，三种规格中毛细管管径越小，其长度越短；反之，则越长。实际应用时，可按装置的具体结构特点及要求，从三种规格中选取一种。,图3-26 毛细管初选曲线图,表3-37 丹麦丹佛斯(Dan
18、foss)公司小型全封闭式压缩机,表3-37 丹麦丹佛斯(Danfoss)公司小型全封闭式压缩机,图3-27 用氮气测定毛细管流量的装置 1瓶阀 2减压器 3截止阀 4压力计 5温度计 6毛细管 7流量计,图3-29 按毛细管的进口压力和过冷度确定流量,图3-30 确定毛细管的流量系数,图3-31 确定毛细管临界出口压力,图3-33 确定毛细管与吸气管有热交换时的液体过冷度,3.3.4 分液器,1.分液器的类型 2.分液管的选择,1.分液器的类型,图3-34 文丘里分液器 a)剖视图 b)流动过程图 1入口压力线 2流线 A渐缩部分 B最窄截面 C分流部分,图3-35 压力降式分液器 1卡管 2喷口板 3壳体 4分液管,表3-38 管长修正系数,表3-39 R22分液管的额定能力(管长L=1m，压降p=50kPa),表3-39 R22分液管的额定能力(管长L=1m，压降p=50kPa),表3-40 文丘里式分液器的压力损失p与冷量利用率百分比Q/的关系,3.3.5 制冷剂泵,1.泵的流量 2.泵的扬程 3.泵的吸入压头,
