[2775]毕业设计-60KW模块式风冷冷水机组设计.docx

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1、郑州轻工业学院本科毕业设计（论文）题目60KW模块式风冷冷水机组学生姓名WJ专业班级热能与动力工程107班学号541002020112院（系）机电工程学院指导教师（职称）李春艳（副教授）完成时间2014年5月25日目录中文摘要I英文摘要II1绪论12原始设计资料和技术条件33方案论证43. 1制冷方式43.1.1 蒸气压缩式制冷的适用场合43.1.2 吸收式制冷的适用场合53.1.3 吸附式制冷的适用场合53.1.4 1.4热电制冷的适用场合63.2 压缩机63. 2.1活塞式压缩机74. 2.2螺杆式压缩机85. 2.3旋涡式压缩机96. 2.4离心式压缩机107. 2.5压缩机的选择133

2、.3 换热器133.3.1间壁式换热器的类型133.3.2混合式换热器153.3.3蓄热式换热器163.3.4换热器的选择163.4节流机构163. 4.1手动膨胀阀174. 4.2自动膨胀阀（恒压膨胀阀）175. 4.3热力膨胀阀176. 4.4毛细管187. 4.5浮球调节阀183.5 制冷剂193. 5.1制冷剂种类194. 5.2制冷剂性质的要求205. 5.3制冷剂的选择213.6 风冷式冷水机组目前遇到的问题233.7 目前研究现状233.8 模块式风冷式冷水机组发展方向243.8.1提高COP243.8.2制冷剂新工质244热力计算245压缩机的选择285.1 压缩机初步选择28

3、5.2 设计工况下主要性能参数305.3 压缩机校检306冷凝器的设计计算316. 1翅片管式冷凝器的设计计算326.1.1 冷凝器设计参数326.1.2 2翅片管簇参数选择及计算1此23336.1.3 冷凝器管排数的计算346.1.4 风机的计算及选择377蒸发器397.1常见的蒸发器397. 2木勾427. 2.1初步结构设计428. 2.2管外水的换热系数439. 2.3计算管内沸腾表面传热系数4410. .4计算阻力及传热温差4511. 2.5计算热流密度及传热系数4612. 2.6计算传热面积478节流装置计算选型489辅助设备计算选型499.1 干燥过滤器的计算选型499.2 -L

4、液分离器的算选型519. 2.1气液分离器计算选型529.3 压力控制器的选型549.4 分液器选型549.5 电磁阀选型559.5.1电磁阀的工作原理及作用559.5.2电磁阀的安装和使用55结束语58致谢5960KW模块式风冷冷水机组摘要本文主要介绍了60KW模块式风冷冷水机组的设计思路及主要部分的设计计算。包括目前市场上常用制冷剂的介绍，常见压缩机介绍。先后对制冷剂的选择、压缩机的选用、冷凝器的风冷换热方式的确定、蒸发器换热方式的确定、节流机构的选择以及相关辅助设备的选择进行了分析。详细介绍了热力计算、冷凝器的设计计算、蒸发器的设计计算、压缩机的选择计算、节流机构的选择计算、以及其他辅助

5、设备的选择过程。关键词模块式/风冷式/冷水机组60KWMODULARAIR-COOLEDWATERCHILLERSABSTRACTThispapermainlyintroducesthedesignideaof60kwmodularair-cledwaterchillers,andthecalculationinthedesignofmainparts.Includingtheintroductiononthemarketatpresentcommonlyusedrefrigerants,commoncompressorisintroduced.Successivelyfortheselect

6、ionofrefrigerant,theselectionofcompressor,air-cooledcondenserheattransfermode,theevaporatorheattransfermode,theselectionofthrottlebodyandrelatedauxiliaryequipmentselectionareanalyzed.Thermodynamiccalculation,thedesigncalculationofcondenserwasintroducedindetail,thedesigncalculationofevaporator,compre

7、ssorselection,thechoiceofthethrottlebodycalculation,andotherauxiliaryequipmentselectionprocess.KEY WORDSmodular,air-cooled,Waterchiller1绪论所谓风冷式冷水机组，是一种向空气释放热量的制冷装置。由于机械能的输入，使得压缩机推动制冷剂在制冷系统中流动，并且发生冷凝和蒸发，使得低温热源（冷媒水）中的热量传递到高温热源（空气）中，得到一定温度的冷媒水，进而可以实现制冷的效果。之所以称为风冷式，是由于其冷凝热向空气释放。风冷式冷水机组，顾名思义，就是用风来冷却，送冷水进

8、用户的机组。传统的中央空调，是用水来冷却，有冷却塔，每天要消耗大量的水，假设一个1千千瓦制冷量的机组，如果每天开10小时，85%的使用率，每天消耗水大约12吨。一般这样的系统，冷却水管道里总水量大约5吨，若自来水停水，大约1小时，就会由于冷却水泵抽空而不得不停机。而且冷却水还要做水质处理，否则，在水质较硬的地区，一般水冷机组使用三个月，就开始报高压故障。而风冷机组，就没有以上问题，比较合适使用在缺水、水质十分恶劣的地区。风冷冷水机普遍比较小，500千瓦以下，能效比一般在3左右，水冷冷水机组，能效比一般在4以上。风冷机组特别是热泵机组，管道系统比较复杂，故障率比水冷机组高。风冷式冷水机组，主要包

9、括制冷剂循环系统，载冷剂（水）循环系统，电器自控系统。制冷剂通过冷凝器向空气释放热量，通过蒸发器冷却载冷剂（水），被冷却的水为用户提供冷量。冷水机组按照压缩机的不同又可分为往复式冷水机组，涡旋式冷水机组，离心式冷水机组，螺杆式冷水机组。所谓模块式是指机组的制冷设备全部封闭在立柜内，柜内一般有一个或两个独立的制冷系统，称为模块，每个立柜（模块）能够提供一定的冷量，可以根据用户的需冷量灵活的选用模块个数。此外还可以通过特定的连接方式将各个模块中的冷却水管和冷媒水管相互连接。先进的模块式冷水机组装有一套微机处理机，制冷装置的有关运行参数可从液晶显示屏上显示出来，该微机具有保护和监视双重作用。这种机电

10、一体化的方式，是现代所有制冷机组的发展方向。在二十世纪六、七十年代，美国地区发生罕见的干旱天气，使得水冷式冷水机组由于水的缺乏而无法使用。为解决干旱缺水地区的空调冷热源问题，美国率先研制出用空气散热代替冷却塔的风冷式冷水机。小型风冷式冷水机的制冷能力可以很小，范围一般在350HP,属于商用空调范围，又称为单元机。欧美的小型风冷式冷水机一般都设计成卧式结构，如约克1995年就开始在中国生产的阳光系列中小型中央空调，就是来自意大利的设计，麦克维尔1999年投产的风冷冷水机就是来自法国的设计。大约在20多年前，空调业根据地区的住宅条件设计开发出了一种用于家庭的立式风冷冷水机（又称阳台机），能力范围在

11、330HP.随着外资空调企业进入中国，这种立式风冷冷水机很自然的就进入了中国市场，如天津开利，太仓特灵，上海新晃，福建国本等台资或有台湾市场经历的美资公司，七、八年前就已经在中国大陆生产这种立式风冷冷水机了。遗憾的是虽然他们带着立式风冷冷水机技术很早就进入了中国市场，但只注重了开发商用市场，忽略了庞大的家用空调市场。1995年YOrk公司推出的阳光系列中小型中央空调，第一次大胆地将小型风冷冷水机命名为中小型中央空调而进入了家用空调市场，获得了巨大的成功。国内的企业也纷纷跟随，猛然间在1999年短短的一年时间内，所谓“别墅中央空调”，“家用中央空调”，“户用中央空调”,“家用中央空调”等等名称的

12、空调产品如雨后春笋般地在中国大地冒出来了。2原始设计资料和技术条件1、制冷量：60KW2、制冷量输出方式：输出冷媒水冷媒水出口温度：7；冷媒水进口温度：I2C；3、冷凝器冷却方式：强制风冷风进口温度：32；风出口温度：40；4、控温精度：；5、气候环境类型：空气干球温度32,空气湿球温度27.8;6、使用环境温度：038；7、使用环境相对湿度：85%8、电源：380V50Hz9、制冷剂：自选3方案论证本设计的题目为60KW模块式风冷冷水机组的设计。风冷冷水机组是一种应用非常广泛的制冷装置，机构简单，使用方便，特别是在干旱缺水、水质恶劣的地区尤为适合。风冷模块式冷水机组是以空气源为冷热源，采用电

13、驱动制冷，可实现全年性气候运行的一种机型。它是一种能够提供冷源的独立完整机组，又可充分利用空气这个自然能源，因此较之传统的冷水机组更具有优势和特点：首先，由于采用风冷模块式，可省去传统空调系统中一般都需要的冷却水系统，即不需要设计安装冷却塔、冷却水泵及相关管道，系统设计简单，施工方便，安装快捷；其次，机组可放置于屋顶、阳台、庭院及其它适合的露天位置，不必专门建造冷冻机房，可为投资者节约宝贵的建筑空间；第三，机组为模块化结构，可灵活组合，形成不同的机组容量，满足用户不同的需要；最后，因为机组制冷制热均使用电力这一清洁的能源，避免了由于燃煤、燃油与燃气所带来的排放污染或消防问题，也无冷却塔的噪音和

14、飞水污染，是典型的“环境友好”产品；由于上述优点，近些年来，风冷模块式冷热水机组在宾馆、写字楼、商场、中高档住宅等各类场所都得到了广泛的应用，并且随着城市能源结构的改变，电力供应的日趋充沛，风冷模块式冷热水机组的市场占有率正日趋增长。1.1 制冷方式目前常用的制冷方式有蒸气压缩式制冷、吸收式制冷、吸附式制冷、热电制冷、空气膨胀制冷、涡流管制冷、蒸气喷射式制冷、磁制冷（高温磁制冷，低温磁制冷、绝热放气制冷（G-M制冷机、脉管制冷机、电化学制冷）等。尽管任何伴随有吸热的物理现象在原则上都有可能用来制冷，但不同的制冷方式所获得的制冷效果，或者同样的制冷效果所需的经济代价是不同的。所以，在不同的场合采

15、用何种最合适的制冷方式已成为当今制冷行业研究的焦点。当今应用最为广泛的蒸气压缩式制冷、吸收式制冷、吸附式制冷、热电制冷方式的各自性能、特点分析适应性，从制冷设备占地面积、初期投资、动力配套和运行费用四个方面，分析评价经济效益，为不同场合下选择最佳制冷方式、减少能源浪费提供依据。1.1.1 蒸气压缩式制冷的适用场合蒸气压缩式制冷方式具有悠久的应用历史，技术十分成熟。根据在标准工况下单机制冷量不同，将蒸气压缩式制冷分为小型蒸气压缩式制冷（制冷量小于25kW,主要用于商业零售，公共饮食，科研，卫生和一般民用小型制冷装置和空调；中型蒸气压缩式制冷制冷量是25kW-550kW,主要广泛应用于冷库，冷藏运

16、输，一般工业和民用制冷和空调装置；大型蒸气压缩式制冷制（冷量大于550kW）,用于石油化工物质恒温储藏、大型空调。1.1.2 吸收式制冷的适用场合与蒸气压缩式制冷一样，吸收式制冷也是利用制冷剂汽化潜热制取冷量。两者主要区别在于前者依靠消耗热能作为补偿实现制冷，后者是通过消耗机械能作为补偿实现制冷。吸收式制冷有多种分类方法，按驱动热源可分为蒸气型、热水型、直燃型；按驱动热源利用方式可分为单效、双效、多效：按溶液循环流程可分为串联流程、并联流程、串并联流程。在化工业、冶金业及轻工业中可依靠大量废弃蒸气或热水做为驱动能源进行制冷，不仅提高能源综合利用率，而且也能减轻环境污染，还能降低运行成本。在电力

17、资源紧张且燃料充足的场合，如气矿、油矿、煤矿等可以采用直燃型的吸收式制冷机组，可以就地取材，减少燃料的运输费用，也避免能量之间转换浪费。在太阳能充足场合，通过改变工质对的使用可以直接利用太阳能进行驱动，如使用水一澳化锂一硫氟酸锂三元溶液、硫氟酸钠一氨、R22-E818等工质对。在氨、乙醇作为制冷剂时，可以实现低温制冷（0以下）。吸收式制冷的热力系数比蒸气压缩式制冷低，在有多余的驱动能源场合使用，可通过降低运行成本体现经济效益。所以应该因地制宜选择合理、高效方式。1.1.3 吸附式制冷的适用场合吸附式制冷是依靠太阳能进行工作，在太阳能充足场合使用最为理想，既没有污染，又是一次性投资。此种制冷方式

18、的效率低且间断性大，也受天气影响，不适用于需要连续大制冷量场合。对于个体家庭来说，使用吸附式制冷，在提供制冷同时，还可以利用吸附剂吸附吸附质时放出的吸附热，提供家庭热水或充当冬季采暖热源。使用化学吸附工质对以及对吸附床进行热传递强化改造，可以实现利用吸附式制冷制冰，若将此方法与冰蓄冷方法结合，作为空调系统冷源，可以实现全天性提供冷量。吸附式制冷在采用不同的固体吸附剂（如：低温热源的硅胶一水系统，较高温热源的沸石一水系统）后可进行大部分低品位余热资源回收，进行制冷，如车辆尾气、渔船柴油机尾气、锅炉烟气等方面。这样提高了燃料的综合利用，也减少了环境的污染。3.1.4热电制冷的适用场合热电制冷是一种

19、利用温差电效应（即帕尔贴效应）来实现制冷。由于体积较小，使崩在微型场合，发挥其它制冷方式所不能发挥到的作用。热电制冷在电子器件上使用，使其能够在恒温及较小精度中工作；热电制冷在工业上的运用，可以提供高真空场合，以及对工业气体含水量测定与控制；热电制冷在医学上应用，如手术麻痹、冷冻止血、冷冻切除白内障等，还可以制作药用的热电冷藏箱，用于保存血浆、疫苗、血清、药品等；在电源充足，运行经济性不作为首要考虑问题的应用场合，取热电制冷可靠、简单、无噪声、无振动、无工质泄漏长处，用以空调或冷藏装置，如核潜艇、卫星站、飞机、地下建筑的空调器。经过分析可知在电力资源比较丰富的区域可采用蒸气压缩式制冷；在拥有丰

20、富的燃料或是温度较高的废弃蒸气、热水场合可以考虑使用吸收式制冷；在太阳能比较丰富或环保要求较高的区域可以采用吸附式制冷；在空间微小或是温度要求比较低的场合可以采用热电制冷。因此本装置选用蒸气压缩式制冷。1.2 压缩机目前常见的压缩机主要有往复式、螺杆式、涡旋式、滚动转子式、离心式。滚动转子式压缩机属于回转式压缩机，其历史非常悠久。20世纪60年代以后，精密加工技术的迅速发展，使得滚动转子式压缩机技术也逐渐完善起来，特别是70年代以后在国内外有了很大的发展。涡旋式制冷压缩机是20世纪70年代发展起来的一种新型容积式压缩机，以其效率高，体积小，重量轻，噪声低，结构简单且运转平稳等特点，广泛用于各类

21、空调和制冷设备中。螺杆式压缩机最早由德国人在1878年提出，直到1934年瑞典皇家理工学院的AJLyshoIm奠定了螺杆式压缩机SRM技术后，才取得迅速发展。世界上第一台整体式离心式制冷机组，是在1922年由美国开利博士设计，由开利建筑公司和德国一家制造公司合作试制成功的。1934年美国开利公司制造出以RII为制冷剂的空调用离心式冷水机组，为现代离心式制冷机组的发展奠定了基础叫目前常用于冷水机组的压缩机主要包括往复式、涡旋式，螺杆式、离心式。冷水机组的各类压缩机有各自的特点和使用范围。中小型制冷系统中，往复式，泯旋式占主要地位，在大中型制冷量范围内主要使用螺杆式和离心式。由于往复式压缩机对“液

22、击”敏感，因此相比涡旋式、螺杆式和离心式处于劣势。由于涡旋式压缩机没有吸气/排气阀，所以相比于螺杆式、离心式压缩机，涡旋式在于中小型制冷系统中具有优势。在中小型制冷设备中，常选用涡旋式压缩机，大型制冷设备中常使用螺杆式、离心式压缩机。制冷压缩机根据其对制冷剂蒸气的压缩热力学原理可以分为容积型和速度型两大类。也有按工作的蒸发温度范围分类：对于单级制冷压缩机，一般可按其工作蒸发温度的范围分为高温、中温和低温压缩机三种，但在具体蒸发温度区域的划分上并不统一；也可按密封结构形式分类：开启式压缩机、半封闭压缩机、全封闭式压缩机H叫3.2.1活塞式压缩机按所采用的工质分类，一般有氨压缩机和氟利昂压缩机两种

23、。按压缩级数分类，有单级压缩和双级压缩。单级压缩机是指压缩过程中制冷剂蒸气由低压至高压只经过一次压缩。而所谓的双级压缩，是指压缩过程中制冷剂蒸气由低压至高压要连续经过两次压缩。按作用方式分类，有单作用压缩机和双作用压缩机。其制冷剂蒸气仅在活塞的一侧进行压缩，活塞往返一个行程，吸气排气各一次。而双作用压缩机制冷剂蒸气轮流在活塞两侧的气缸内进行压缩，活塞往返一个行程，吸、排气各两次。所以同样大小的气缸，双作用压缩机的吸气量较单作用的大。但是由于双作用压缩机的结构较复杂，因而大都是采用单作用压缩机。按制冷剂蒸气在气缸中的运动分类，有直流式和逆流式。所谓直流式是指制冷剂蒸气的运动从吸气到排气都沿同一个

24、方向进行，而逆流式，吸气与排气时制冷剂蒸气的运动方向是相反的。从理论分析来看，直流式与逆流式相比，由于蒸气在气缸中温度及比容的变化较少，故直流式性能较好。但是由于直流式压缩机的进汽阀需装在活塞上，这样便相对增加了活塞的长度和重量，因而功的消耗就增加、检修也麻烦，所以生产的压缩机大都采用逆流式。按气缸中心线的位置分类，有立式压缩机、卧式压缩机、V型压缩机、W型压缩机和S型压缩机等。立式压缩机气缸中心线呈垂直位置而卧式压缩机气缸中心线是水平的。V型、W型和S型是高速、多缸、现代型压缩机，其速度一般为960-1440转/分，气缸数目多为2、4、6、8四种，其中，字母表示气缸的排列形式。活塞式制冷压缩

25、机，根据其结构特征，还可分为开启式、半封闭式和全封闭式三种。虽然构造各异，但它们之间也有许多共同之处，只是其结构特征不同。开启式制冷压缩机的结构特征在于：压缩机的动力输入轴伸出机体外，通过联轴器或皮带轮与电动机联结，并在伸出处用轴封装置密封。氨压缩机和容量较大的氟利昂压缩机都采用这种结构形式。半封闭式制冷压缩机的结构特点是：压缩机与电动机共用一主轴，并共同组装于同一机壳内，但机壳为可拆式，其上开有各种工作孔用盖板密封。全封闭式制冷压缩机的结构特点在于：压缩机与其驱动电动机共用一个主轴，二者组装在一个焊接成型的密封罩壳中。这种压缩机结构紧凑，密封性好，使用方便；振动小、噪音小，广泛使用在小型自动

26、化制冷和空调装置中。其工作原理是靠活塞的往复运动来改变汽缸的工作容积。依外部构造分为全封闭、半封闭、开启式。优点：它应用比较广泛，制造技术成熟，结构简单，而且对加工材料和加工工艺要求较低，造价比较低，适应性强，能适应广阔的压力范围和制冷量要求，可维修性强。缺点：无法实现较高转速，机器大而重，不容易实现轻量化，排气不连续，气流容易出现波动，而且工作时有较大的振动。由于曲轴连杆式压缩机的上述特点，已经很少有小排量压缩机采用这种结构形式，曲轴连杆式压缩机目前大多应用在客车和卡车的大排量空调系统中。1.2.1 螺杆式压缩机螺杆式压缩机又称螺杆压缩机，分为单螺杆式压缩机及双螺杆式压缩机。单螺杆式压缩机是

27、在70年代由法国辛恩开发出来，因其的结构更加合理，迅速的应用到国防领域，并被开发国家保护起来，技术一直都在相对独立。双螺杆式压缩机最早由德国人H.Krigar在1878年提出，直到1934年瑞典皇家理工学院A.Lysholm才奠定了螺杆式压缩机SRM技术，并开始在工业上应用，取得了迅速的发展。螺杆式压缩机常见的产品有螺杆式空气压缩机俗称螺杆空压机，螺杆式制冷压缩机及螺杆式工艺压缩机。螺杆式压缩机应用越来越广泛，各种开启式和半封闭式螺杆压缩机已形成系列，近几年又出现全封闭系列螺杆压缩机。双螺杆压缩机简称螺杆压缩机，由两个转子组成，而单螺杆压缩机由一个转子和两个星轮组成，它们制冷和制热的输入功率范

28、围已发展到10-1000KW,基于螺杆式和单螺杆式压缩机一系列优点，其研究和开发领域十分广泛，性能优化潜力大。螺杆式压缩机是一种回转式容积式压缩机。它利用螺杆的齿槽容积和位置的变化来完成蒸气的吸入、压缩和排气过程。螺杆式压缩机分为双螺杆和单螺杆两大类，双螺杆压缩机习惯上称为螺杆式压缩机。螺杆式压缩机的优点：首先.螺杆式压缩机只有旋转运动，没有往复运动，因此压缩机的平衡性好，振动小，可以提高压缩机的转速。其次.螺杆式压缩机的结构简单、紧凑，重量轻，无吸、排汽阀，易损件少，可靠性高，检修周期长。第三.在低蒸发温度或高压缩比工况下，用单级压缩仍然可正常工作，且有良好的性能。这是由于螺杆式压缩机没有余

29、隙，没有吸、排汽阀，故这种不利工况下仍然有较高的容积效率。第四.螺杆式压缩机对湿压缩不敏感。第五.螺杆式压缩机的制冷量可以在10%100%范围内无级调节,但在40%以上负荷时的调节比较经济。缺点为噪声较大，以及需要设置一套润滑油分离、冷却、过滤和加压的辅助设备，机组体积大。螺杆压缩机与活塞压缩机相同，都属于容积式压缩机。就使用效果来看螺杆空压机有如下优点：首先，可靠性高。螺杆压缩机零部件少，没有易损件，因而它运转可靠，寿命长，大修间隔期可达4-8万小时。其次，操作维护方便。螺杆压缩机自动化程度高，操作人员不必经过长时间的专业培训，可实现无人值守运转。第三，动力平衡好。螺杆压缩机没有不平衡惯性力

30、，机器可平稳地高速工作，可实现无基础运转，特别适合作移动式压缩机，体积小、重量轻、占地面积少。最后，适应性强。螺杆压缩机具有强制输气的特点，容积流量几乎不受排气压力的影响，在宽阔的范围内能保持较高效率，在压缩机结构不作任何改变的情况下，适用于多种工况。螺杆式压缩机和往复的重型水冷却式压缩机相比，每单位马力的原始投资要低30%o这自然在操作上，螺杆压缩机是压缩机中最简单的类型之一。用喷油来控制压缩机排气温度是如此地有效，使得压缩机的负荷允计在宽广的范围内变化。常见品牌：德BITZER比泽尔、GRASSO格拉索、意大利FRASCOLD富士豪、REFCoMP莱富康、DoRlN多菱，BHITACHI日

31、立、DAKIN大金、MrrSUBISHl三菱重工、KOBELCO神钢、MYCOM,韩国CENTURY,FRICK,HOWDEN,台湾复盛、汉钟，重庆嘉陵、大连冰山等。1.2.2 旋涡式压缩机旋涡式压缩机的机理早在20世纪初由法国人所发明，但是由于当时加工精度不高和结构上存在问题，而一直未得到推广使用。到了20世纪70年代，这项技术在美国才开始得到应用。自20世纪80年代以来，涡旋压缩机以其机构紧凑、高效节能、微振低噪以及工作可靠性等特点，开始在小型制冷及空调领域获得越来越广泛的应用，也因此成为压缩机技术发展的主要方向之一4。涡旋式压缩机的独特设计，使其成为当今世界最节能的压缩机。涡旋压缩机主要

32、运行件涡盘只有龊合没有磨损，因而寿命更长，被誉为免维修压缩机。涡旋压缩机运行平稳、振动小、工作环境宁静，又被誉为超静压缩机泯旋式压缩机结构新颖、精密，具有体积小、噪音低、重量轻、振动小、能耗小、寿命长、输气连续平稳、运行可靠、气源清洁等优点。被誉为新革命压缩机和无需维修压缩机是风动机械理想动力源，广泛运用于工业、农业、交通运输、医疗器械、食品装潢和纺织等行业和其它需要压缩空气的场合。涡旋式压缩机，包括：驱动轴，可向顺时针或逆时针方向进行旋转，并具有既定大小的偏心部；气缸，形成既定大小的内部体积；滚轮，接触于气缸的内周面，并可旋转安装于偏心部的外周面，可沿着内周面进行滚动运动，并与内周面一同形成

33、用于流体的吸入及压缩操作的流体腔室；叶片，弹性安装于气缸，使其与滚轮持续进行接触；上部及下部轴承，它们分别安装在气缸的上下部，用于可旋转支撑上述驱动轴，并封闭内部体积；机油流路，是设置于轴承及驱动轴之间，并使其之间均匀流动有机油；排出端口，它们连通于流体腔室；吸入端口，它们连通于流体腔室，并相互以既定角度进行隔离；阀门组件，它根据驱动轴的旋转方向，而选择性开放各吸入端口中的一个吸入端口。涡旋压缩机虽然是近十余年来才开始实用化的一种新型压缩机，但因其没有吸气阀和排气阀，因而工作可靠、寿命长久；其效率比活塞式压缩机高10%以上，比转子式压缩机高5%以上；对液击不敏感，可允许少量带液压缩；运转平衡，

34、振动小；吸排气过程连续、大大降低排气脉冲等优点使其成为目前最先进的一种压缩机，其制冷量范围一般在440kWO涡旋式压缩机优点：首先，容积效率高，因为相邻的月牙形空间之间的压差小，泄漏少，无吸汽和排汽阀，阻力小，无余隙容积的再膨胀。其次.绝热效率高，在同样制冷量情况下，旋涡式比往复式约高10%o第三.动涡盘与主轴等运动部件的受力变化小，整机振动小。第四.零部件少。约为往复式的40%o第五.驱动动涡盘运动的偏心轴可以高速旋转，因此涡旋式压缩机体积小、重量轻，约比往复式轻15%。最后.涡旋压缩机运转可靠，而且容易实现变转速运动和变排量技术。缺点：要求加工精度高。1.2.3 离心式压缩机离心式制冷机组

35、是蒸气压缩式制冷机组中的一种。它是由离心式制冷压缩机为主机和包括冷凝器、节流装置、经济器、蒸发器等辅助设备一起组成的机组。这种机组大致可以分成两大类：一类为冷水机组，其蒸发温度在5C以上，大多用于大型空调或制取5C以上冷水或略低于0盐水的工业过程用场合；另一类是低温机组，其蒸发温度为5-4(C,多用于化工过程。离心式制冷机组的主机是离心式制冷压缩机，它不同于当前大量生产的容积式制冷压缩机，而属于速度型制冷压缩机。由于该机械的流动是连续的，其流量比容积式机械要大得多。为了产生有效的动量转换，其旋转速度必须很高。一般都用于大容量的制冷装置中。离心式制冷压缩机吸气量0.0315ms,转速18OO-3

36、OOOOrmin,吸气压力14-700kPa,排气压力小于2MPa,压缩比在230之间，几乎可采用所有制冷剂.图3-1是典型的空调用离心式制冷压缩机。它由进口能量调节机构、叶轮转子、扩压器、蜗室、增速器、轴承等部件组成。气缸为垂直剖分型，由蒸发器来的气体从吸气管吸人，流经进口导叶1进入叶抡2,经无叶扩压器扩压后由蜗室6引出排至冷凝器。这是一种半封闭式结构，压缩机、增速器和主电动机均密封在同一个壳体中，省去了轴端密封，因此，气密性好、噪声低、振动小、结构紧凑。图3-1单级离心式制冷压缩机1一进口导叶2一叶轮3压缩机壳体4一增速齿轮5电动机6蜗室7一扩压器卤代烧类制冷剂的空调用离心式制冷机，每级叶

37、轮的温度头(冷凝温度与蒸发温度之差）大约为40o这恰好能满足空调的要求，因此空调用离心式制冷机大都是单级的。但如果要求更低的蒸发温度或制冷工质为低分子量时，则必须应用二级以上的压缩级。级是组成压缩机的一个基本单元。它由一个叶轮和与之相配合的固定元件构成。从构成来看，可分为中间级和末级二种。中间级由叶轮、扩压器、弯道和回流器等组成。末级是由蜗室取代中间级的弯道和回流器，有时还取代级中的扩压器。离心式制冷压缩机的各部件的作用原理：吸气室：每段第一级入口都有吸气室，将气体从进气管均匀地引人叶轮。进口导叶：用来调节制冷量，当导叶旋转时，改变了进入叶轮的气流的流动方向和气流量的大小。叶轮：它随主轴高速旋

38、转，由于受旋转离心力和叶片的作用，气体在流经叶轮流道的整个过程中，压力和速度都不断得到了提高。叶轮是使气体提高能量的唯一元件，是压缩机中最主要的部件。扩压器：气体从叶轮流出时，有很高的流动速度。为了将这部分动能充分地转变为压力能，同时为了使气体在进入下一级时有较低的合理的流动速度，在叶轮后面设置了扩压器。对于无叶扩压器，一般情况下它是由前、后隔板组成的通道，随着直径的增大，通流面积增加，使气体速度逐渐减慢，压力得到提高。弯道和回流器：为了把扩压器流出的气体引导到下一级继续压缩，设有使气体拐弯的弯道和将气体均匀引入下一级叶轮入口的回流器。弯道是由隔板和气缸组成的通道，回流器则由两块隔板和装在隔板

39、之间的叶片组成。蜗室：它把从扩压器或从叶轮后的气体汇集起来，并引向机外。在大多数情况下，由于蜗室外径逐渐增大、通流面积也增大，对气体还起一定的降速扩压作用。其他部件：除上述组成级的基本部件外，还有减少气体从叶轮出口倒流到叶轮入口的轮盖密封；减少级间漏气的级间密封；减少或杜绝气体向机外泄漏的轴端密封；减少轴向推力的平衡盘；承受转子剩余轴向推力的推力轴承以及支撑转子的径向轴承等。为了使压缩机持续、安全、高效率地运行，还必须设有一些辅助设备和系统，如增速器、油路系统、冷却系统、自动控制和监测及安全保护系统等。离心式压缩机制冷量最大可达3OOOOKW,用于大型空调、制冷设备中。工作稳定，性能高寿命长，

40、制冷能力大，可进行无级调节。常见品牌：美TRANE特灵、CARRIER开利、YORK约克和MCQUAY麦克维尔，日本MITSUBISHI三菱重工、HITACHI日立和EBARA,瑞士SULZER,韩国和中国厂家等1.2.4 压缩机的选择目前螺杆式压缩机制冷量范围为150KW-1400KW,离心式制冷量在350KW以上，涡旋式制冷量为4-40KW,活塞式制冷量为100W200KW,由于本冷水机组总制冷量为60KW,如果分为两个模块，每个模块制冷量为30KW,因此只有活塞式和涡旋式压缩机满足要求。由于活塞式体积巨大，笨重，排气不连续，气流容易出现波动，而且工作时有较大的振动。由于活塞式压缩机的上述

41、特点，己经很少有小排量压缩机采用这种结构形式。因此选用涡旋式压缩机。1.3 换热器换热器是化工，石油，动力，食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位.在化工生产中换热器可作为加热器，冷却器，冷凝器，蒸发器和再沸器等，应用更加广泛.换热器种类很多，但根据冷，热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类，即间壁式,混合式和蓄热式.在三类换热器中，间壁式换热器应用最多3.3.1间壁式换热器的类型3. 3.1.1沉浸式蛇管换热器这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状，并沉浸在容器内的液体中。蛇管换热器的优点是结构简单，能承受高压，可用耐腐蚀材料制造；其缺点是容器内液体湍动程度低,

42、管外给热系数小。为提高传热系数，容器内可安装搅拌器。4. 3.1.2套管式换热器套管式换热器是由直径不同的直管制成的同心套管，并由U形弯头连接而成.在这种换热器中，一种流体走管内，另一种流体走环隙，两者皆可得到较高的流速，故传热系数较大。另外，在套管换热器中，两种流体可为纯逆流,对数平均推动力较大。套管换热器结构简单，能承受高压,应用亦方便（可根据需要增减管段数目）。特别是由于套管换热器同时具备传热系数大，传热推动力大及能够承受高压强的优点，在超高压生产过程（例如操作压力为3000大气压的高压聚乙烯生产过程）中所用的换热器几乎全部是套管式.5. 3.1.3管壳式换热器管壳式（又称列管式）换热器

43、是最典型的间壁式换热器，它在工业上的应用有着悠久的历史，而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。管壳式换热器主要有壳体，管束，管板和封头等部分组成，壳体多呈圆形，内部装有平行管束，管束两端固定于管板上。在管壳换热器内进行换热的两种流体，一种在管内流动，其行程称为管程；一种在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。为提高管外流体给热系数，通常在壳体内安装一定数量的横向折流档板。折流档板不仅可防止流体短路，增加流体速度，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍动程度大为增加。常用的档板有圆缺形和圆盘形两种，前者应用更为广泛。流体在管内每通过管束一次称为一个管程，每通过壳体一次称为一个壳程。

44、为提高管内流体的速度，可在两端封头内设置适当隔板，将全部管子平均分隔成若干组。这样，流体可每次只通过部分管子而往返管束多次,称为多管程。同样，为提高管外流速，可在壳体内安装纵向档板使流体多次通过壳体空间，称多壳程。在管壳式换热器内，由于管内外流体温度不同，壳体和管束的温度也不同.如两者温差很大，换热器内部将出现很大的热应力，可能使管子弯曲，断裂或从管板上松脱.因此，当管束和壳体温度差超过50C时，应采取适当的温差补偿措施，消除或减小热应力.3.3.1.4翅片管式换热器翅片管式换热器是人们在改进管式换热而的过程中最早也是最成功的发现之一。直至目前，这一方法仍是所有各种管式换热面强化传热方法中运用

45、得最为广泛的一种。它不仅适用于单相流体的流动，而对相变换热也有很大的价值。但20世纪60年代以前，普通的翅片管式换热器多采用表面结构未做任何处理的平翅片，这种形式的翅片除增大换热面积来达到强化传热的效果以外，再无其他强化传热的作用。由于空冷技术的发展，以及在换热器中使用气体介质的趋向日益增加，因此翅片管式换热器越来越受到了人们的重视。特别是在BergleS关于强化传热的报告在第六次国际传热学会议上发表以来，大量的高效换热翅片表面结构不断地被研制出来。目前，大部分用于洁净气体的翅片管式换热器采用了新型高效的翅片表面结构，获得了显著的强化传热效果。3.3.1.5板（片）式换热器1878年德国人发明

46、了板片式换热器，现在都通常称之为板式换热器，它经过了50余年的发展，上世纪30年代，由薄金属板压制的板片组装而成的板式换热器问世，并将该换热器应用于工业中，显示出了优异的性能，从此就迅速地得到了广泛的推广应用，成为紧凑、高效的换热设备之一，与螺旋板式和板翅式共称为紧凑式换热器6O板片是传热元件，一般由0.60.8mm的金属板压制成波纹状，波纹板片上贴有密封垫圈。板片按设计的数量和顺序安放在固定压紧板和活动压紧扳之间，然后用压紧螺柱和螺母压紧，上、下导杆起着定位和导向作用。固定压紧板、活动压紧板、导杆、螺柱、螺母、前支杆可统称为板式换热器的框架；众多的板片、垫片可称为板束。分析以上的结构和零部件

47、的组成，可见其零部件品种少，且通用性极强，这十分有利于成批生产及使用维修R。1. 3.2混合式换热器混合式热交换器是依靠冷、热流体直接接触而进行传热的，这种传热方式避免了传热间壁及其两侧的污垢热阻，只要流体间的接触情况良好，就有较大的传热速率。故凡允许流体相互混合的场合，都可以采用混合式热交换器，例如气体的洗涤与冷却、循环水的冷却、汽-水之间的混合加热、蒸汽的冷凝等等。它的应用遍及化工和冶金企业、动力工程、空气调节工程以及其它许多生产部门中。按照用途的不同，可将混合式热交换器分成冷却塔、气体洗涤塔、喷射式热交换器、混合式冷凝器等。3. 3.2.1冷却塔（或称冷水塔）在这种设备中，用自然通风或机

48、械通风的方法，将生产中已经提高了温度的水进行冷却降温之后循环使用，以提高系统的经济效益。例如热力发电厂或核电站的循环水、合成氨生产中的冷却水等，经过水冷却塔降温之后再循环使用，这种方法在实际工程中得到了广泛的使用。4. 3.2.2气体洗涤塔（或称洗涤塔）在工业上用这种设备来洗涤气体有各种目的，例如用液体吸收气体混合物中的某些组分，除净气体中的灰尘，气体的增湿或干燥等。但其最广泛的用途是冷却气体，而冷却所用的液体以水居多。空调工程中广泛使用的喷淋室，可以认为是它的一种特殊形式。喷淋室不但可以像气体洗涤塔一样对空气进行冷却，而且还可对其进行加热处理。但是，它也有对水质要求高、占地面积大、水泵耗能多等缺点：所