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确定管层数。以下是计算部分:
制冷量:Q0?1134.4kw
在一定的过冷度下,且蒸发器出口为饱和蒸气时可以确定单位制冷量:
q0??h?171kj.kg
制冷剂循环量:Gr?Q0/q0?1134.4/171?6.63kg/s
确定传热面积之后即可根据生产经验对蒸发器的结构进行初步结构设计,干式蒸发器的制冷剂走管程并在管内完全汽化,所需的充注量较小。布置折流板、纵向翅片是为了控制载冷剂流速,保证工作效率。
设内肋片热流量:qf0?5400w/m2
*所需外接触面面积:A0?Q0/qf0?1134.4?1000/5400?210.06m2
二流程直管可以给较大的热流量提供空间,故采用 蒸发管直管段:L?2586mm
为了优化流动降低水侧阻力,需要引入折流板,不仅可以提高传热效果,还可以起支撑作用,故还需减去折流板厚,实际换热长度:Lt?2440mm
*蒸发器管数:nt?A0/?d0Lt?210.06/(3.14?0.016?2.24)?1887根
设管子中心距s?1.3d0?1.3?16?20.8mm,可以设计蒸发管结构尺寸 壳体外径及壁厚、管侧流程数、管子总数、管板厚度、折流板厚度。
初步规划可以得到一定的有效传热面积,这将在之后的计算中起参考作用。 由热力膨胀阀调节进入蒸发管的制冷剂量,制冷剂在管内完全蒸发,且应设定制冷剂流速超过4m/s以便回油。折流板的开口在15~50%之间,同时注意间隙控制,这在低温情况下尤为重要。
?142-52)-8?4.5?1.15?93mm2 (2-28) 内肋片流道面积:A?(4周界长:U?2?4.5?8?(14??1.5?8)?(5??0.8?8)?113.3mm
deq?管内当量直径:
4A?4?93/113.3?3.28mm (2-29) UR22质量流量:g?2Gr2.022??125.5kg/(m?s) (2-30) ?6ntA173?93?10
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单根管流量:Gd?2Gr?2.02/1887?0.007kg/s (2-31) nt1/3管内表面传热系数:?i?762(Gdqi)1/3?135.76qi (2-32)
图2-5 蒸发器工艺图
标准冷冻水流量只与制冷量有关,而冷却水流量是制冷量与机组输入功率的组合关系。传统的冷水机组水系统设计,一般需要定流量运行,保证换热效果,也可以使流动状态稳定,当流速过小时,机器可能冻结,而且也可能发生腐蚀。不过随着技术发展,冷水机组基本可以变流量运行。
'Q01134.4冷冻水流量:Gw???54.02kg/s (2-33)
Cpn(tw1?tw2)4.2(12?7)冷冻水定性温度:tfw?(tw1?tw2)/2?(12?7)/2?9.5℃ (2-34)
3查得:?w?999.45kg/m
水横向流过管束流速:wc?Gw18.1??1.0m/s (2-35) ?wAc999.75?0.018水横向流过管束流速和水流过缺口速度作模糊处理,近似相等,故 水侧平均流速:wm?1.02m/s 考虑管外的流动状态:Rew?wmd0?1.02?0.016/(1.332?10?6)?12255
?w确定换热计算公式,在冷冻水侧传热系数:
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0.61/30.61/3?0?0.22Re?0.58/0.016?4819W/(m2?k)可efprf?f/d0?0.22?12250?9.66能密封不严故取一个折损系数:
'?0?0.9?0?0.9?4819?4337.1W/(m2?k) (2-36)
为保证冷水机组在高效区运行,考虑两侧垢阻 取水侧:r0?0.000175(m2?k)/W 取制冷剂侧:ri?0
传热面积取整体管外表面,由此计算传热系数:
11K0??f?f160.001?16111??0.000175?(?ri)0?0?r0?'4337?ifi?fm?014?152.4q1/3384?15?104
75?4.0541/3qi制冷剂在蒸发管内流动,流体温度随着流动方向变化,而流体相变主要包括干度、压力和温度的变化,平均温差与其流动路径有关。而传热过程的平均温差就是发生相变的流体饱和温度差值。 管程长:L?2Lt?2?2.44?4.88m
t0?4℃时,饱和物性参数:?r\?22.53kg/m3,?r?12.03?10?6kg/(m?s)经过节流调节,R22制冷剂压力变低,节流膨胀,温度也变低。由于假定的是蒸发器出口得到饱和蒸气,故出口干度为1.0,已知进口干度为0.18 R22平均干度:xm?阻力系数:?1?x1?x2?(0.18?1)/2?0.59 250?0.177 (2-38)
gdedxm0.6()\2deq?r在端盖内由于不能做到完全密封,故会提供额外阻力,这部分阻力由于过小也不易计算故忽略
R22蒸发所受阻力主要来自突破液膜时所受的阻力:
2?1Lg2xm0.177?4.88?75.62?0.592?p0???11.60kPa (2-39)
2?0.00328?22.592deq?r\
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蒸发温度和冷凝温度对循环效率是都有影响的,而且在控制变量的情况下,蒸发温度的影响力更大。在效用恒定时,尽量提高蒸发温度有助于提高效能。查得R22在4℃左右的蒸发温度变化率:ci?0.06℃/kPa, 进出口温差:?tm?ci?p0?0.06?11.6?0.696℃ 蒸发器蒸发温度:t01?t02??t0?4?0.696?4.696℃ 平均传热温差:?tm?(tw1?tw0)?(tw2?t02)(12?4.696)?(7?4)??4.8℃
tw1?t0112?4.696InIn7?4tw2?t02热流量:qf04.8?104 (2-40) ?K0?tm?75?4.054qi1/3解得: qfi?6855W/m2,qf0?0.875qf0?0.875?6855?5995W/m2
K0?qf0?tm?5995/4.8?1250W/(m2?k) (2-41)
在出口处,蒸气温度将高于一定压力下饱和温度,即过热,并且存在最佳过热度,这时热力膨胀阀工作稳定不会大幅波动。如果贸然增加过热度可能会导致蒸发器中的制冷剂供应不上热负荷,而脱离最佳工况。考虑将传热系数减小5%
A0?Q0*?(1134.4?1000)(/0.95?1250?4.8)?199.0m2?A0?210.0m2
0.95K0?tm裕度5.27%
2.4 压缩机的选型
压缩机在整个制冷循环(压缩;冷凝;膨胀;蒸发)中起着不可替代的作用,压缩制冷剂蒸气使之回到高压状态,是转化得到冷量的关键。它的工作流程是阴阳转子啮合旋转,在内腔的螺旋空间内,周期性发生容积变化。
结合设计参数,定位于大型商场和建筑使用,故首选螺杆式压缩机。主流的压缩机还有活塞压缩机、离心压缩机、直线压缩机等。主要元件包括:缸体、连杆、曲轴、定子、转子等。按原理分类:容积型、速度型。容积型指的是压缩机的容积在周期性变化,有活塞式的往复也有螺杆、滑片式的单方向回转。而螺杆式压缩机的突出优点在于无故障运行时间相当长,运行相当平稳,即便需要维修
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费用也相对低,同时可以组合使用,非常适用于一定范围内的中央空调变工况调节。
螺杆式压缩机还有两个特点可以深入讨论。分段容调以及回气冷却。分段容调表明冷水机组可以实现变工况调节,以25%启动机器,根据负荷可调节为50%、75%、100%。目前也有向无级调节发展的趋势。回气冷却的意义是可以延长使用时间并且抗湿能力有进一步提升,但是前提是消耗一部分工作效率。
图2-6 螺杆式压缩机压缩原理图
经计算压力比??5.7?10且制冷量为1134.4kw
可采用单级压缩机。现在冷水机组行业的趋向是多机头机组,螺杆机半封闭化与智能控制技术的成熟使多机头机组有了长足的发展,制冷范围尤其适合250~1500kW,而且负荷可调节,更加节能环保,大大节省运算成本。且当出现故障时不至于全部制冷能力失效。
由于冷凝器采用壳管式,压缩机可采用水冷式。
单级压缩机选型有几个基本思路:理论输气量法,压缩机的入口是制冷剂蒸气,确定一定的输气量就可以确定制冷量;标准工况制冷量,标准工况指人为规定的特定工作温度下的运转,可以用于比较压缩机制冷能力,一定的工质即对应一定的蒸发温度、冷凝温度、吸气温度和过冷度;按性能曲线选型,即参考所需达到的出口压力和温度,由此选择工况较优的压缩机类型。按冷凝器性能选型,多出现在不需要节流的冷水机组。
选择标准工况制冷量选型
在标准工况下的制冷量:QB?qVT?VBq0vb (2-42)
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