冷冻水制冷系统设计-课程设计

冷冻水制冷系统设计

摘要：为了理论与实际相结合，更好的掌握《制冷技术》这门课程的知识，现对其进

行冷冻水制冷系统的课程设计。 设计内容包括以下几点：

1、根据设计要求和任务，合理拟定制冷系统总体方案。

2、根据制冷系统设计方案要求，选择制冷剂、制冷压缩机、节流阀及制冷辅助设备等部件。

3、依据热力学、传热学及流体力学原理，设计计算制冷换热器（主要是冷凝器和蒸发器）。

4、制冷管道计算及保温层结构、厚度等设计。

5、绘制制冷系统流程图和机器设备布置图，并注明有关尺寸和技术要求。 设计资料：

冷冻水工艺需冷量

Q0=（150+50×N）KW，

N=34，Q0=150+5034=1850KW 载冷剂为冷媒水：

供水温度t1=+5℃ ；回水温度t2=+10℃，冷媒水采用闭式系统。冷凝器采用水冷却式，冷却水进水温度tw=32℃ 。

关键字：蒸发器；压缩机；保温层；冷负荷

0 / 26

冷冻水制冷系统设计-课程设计

目 录

第一章 设计说明 ................................................ 2

1.1确定制冷剂种类和系统型式 .................................................................................................. 2 1.2制冷系统的设计工况确定 ...................................................................................................... 2 1.3制冷系统热力计算 .................................................................................................................... 2 1.4选配制冷压缩机 ......................................................................................................................... 3

第二章 蒸发器与冷凝器的设计选型 ..................................... 5

2.1卧式壳管式蒸发器的计算 ...................................................................................................... 5 2.2冷凝器设计 .................................................................................................................................. 7

第三章 制冷辅助设备选型 ............................................. 11

3.1油分离器的选择 ....................................................................................................................... 11 3.2贮液器的选择 ........................................................................................................................... 12 3.3空气分离器的选择 .................................................................................................................. 12 3.4紧急泄氨器的选择 .................................................................................................................. 13 3.5 氨液分离器的选择 ................................................................................................................. 13 3.6 集油器的选择 .......................................................................................................................... 14

第四章 冷冻站制冷设备布置 ........................................... 15

4.1冷冻站位置选择 ....................................................................................................................... 15 4.2制冷设备的布置 ....................................................................................................................... 15

第五章 制冷系统的管路设计 ........................................... 17

5.1管路布置要点 ........................................................................................................................... 17 5.2 管路管径的选择 ..................................................................................................................... 18

5.3设备及管道的保温 ........................................................................................................................ 21

设计体会 ............................................................... 23 参考文献 ............................................................... 24

1 / 26

冷冻水制冷系统设计-课程设计

第一章 设计说明

1.1确定制冷剂种类和系统型式

制冷剂为氨；单级蒸汽压缩式制冷；供冷方式为直接供液；冷凝器的冷却方式为水冷却。

1.2制冷系统的设计工况确定

供水温度为t1=5℃，所以to=5-5=0℃。

2.冷凝温度tk：由冷却水进出口温差为4~10℃，取Δt=6℃，而冷却水进水温度为tw=32℃，可得冷却水出水温度为tn=32+6=38℃；则tk=

tntk540℃ 21.蒸发温度to：一般比冷冻水供水温度低3~5℃，由所给条件知冷冻水

3.吸气温度tx：氨制冷压缩机吸气的过热度一般为5~8℃，取5℃，故tx=0+5=5℃ 4.过冷温度tg：再冷度一般为3~5℃，取5℃，故tg=40-5=35℃ 蒸汽温度to 0℃

5.绘制制冷LgP-h图并查出各点参数：

冷凝温度tk 40℃ 吸气温度tx 5℃ 过冷温度tg 35℃

图1.2 LgP-h图

查焓湿图可得：h1=1761kJ/kg ,h2=1950 kJ/kg ,h3=h4=523kJ/kg ,v1=0.29m3/kg ,

Pk=1.5MPa ,Po=0.41MPa

1.3制冷系统热力计算

2 / 26

冷冻水制冷系统设计-课程设计

1、单位质量制冷能力：qo=h1-h4=1761-523=1238kJ/kg 2、单位容积制冷能力： qv= q0/v1=1238/0.29=4269kJ/m3 3、制冷剂的质量流量：MR=Qo/qo=1850/1238=1.494kg/s 4、制冷剂的体积流量：VR=MRv1=1.494×0.29=0.433m3/s 5、冷凝器的热负荷：Qk=MR(h2-h3)=1.494×(1950-523)=2132KW

6、压缩机的理论耗功率：Pth=MR(h2-h1)=1.494×(1950-1761)=282.366KW 7、理论制冷系数：εth=Qo/Pth=1850/282.366=6.55

1.4选配制冷压缩机 设计工况下的输气系数：

（1）余隙系数 v=1-C{[pc/p0]1/m-1}

其中相对余隙容积C取0.035，膨胀系数 m取1。p0=0.27Mpa, pc=1.735Mpa

v=1-0.035[（1.735/0.27-1）]=0.81 （2）节流系数 p

v=1-(1+C) Δp1/( v p1)；一般氨制冷压缩机Δp1/p1=0.03到0.05 取0.04。其中, p=0.81, C=0.035.所以 p=1-（1+0.035）0.04/0.81=0.948 （3）预热系数 tT0 TkT0=261/313=0.834 TkT0=273-12=261 K ； t0=-12℃；Tk=273+40=313 K；所以：t（4）气密系数 m

一般取为0.95~0.98，取m=0.96。

输气系数：1plm0.810.9480.8340.960.66 ⑵ 理论排气量：qV,th⑶ 压缩机功率计算: 制冷压缩机的轴功率：PePiqV,s =

0.671.016m3/s=3658m3/h 0.66mptimd；实际的制冷量o18501.152127.5kW，

现选用两台大连冷冻机场生产JZLG25开启螺杆压缩机而JZLG25压缩机的技术规格为：

3 / 26

冷冻水制冷系统设计-课程设计

表1-4 JZLG25压缩机的技术规格 型号 项目 单位 空调工况 标准工况 低温工况 制冷量 低温工况带经济器 长 宽 机组 外形尺寸 高 mm kW JZLG25 R717 8730.9 1300.7 451.5 8.9 4775 1975 3070 压缩机型式 转子名义直径 能量调节方式 压缩机 能量调节范围 进水温度 水冷式 油冷却器 液氨冷却 最大循环水量 最大循环氨量 型 式 排 量 油泵 功 率 空调工况 标准工况 功率 电动机 低温工况 电 源 mm % ℃ m³/h l/min kW 开启式喷油螺杆制冷压缩机 250 无级调节 10～100 ≤ 32 51 960 齿轮泵 330 5.5 560 kW 450 3P、6kV、50Hz

4、验证压缩机：

所以选用两台JZLG25压缩机 则Qc=1300.7×2=2601.4>2127.5KW

4 / 26

冷冻水制冷系统设计-课程设计 第二章 蒸发器与冷凝器的设计选型

2.1卧式壳管式蒸发器的计算

采用满液式卧式壳管蒸发器，传热管采用Φ323.0mm的无缝钢管，排列采用正三角形错排，冷冻水流速为1.5 m/s。 2.1.1冷冻水侧放热系数的计算

冷冻水的平均温度为 tft1t25107.5 ℃；以此为定性温度，从附录查得 226f0.515 W/（m.K）,vf1.710kg/(m.s),Prf1.6 得，w fdNuffd0.023Ref0.8Prf0.3

0.5151.50.0260.80.30.023()1.6 60.0261.710 1551W/m2•K

2.1.2制冷剂侧的放热系数的计算

因为tk=40℃，查物性表可得：

f0.455 W/（m.K）,vf1.301810kg/(m.s),Prf1.356

得，c1681w/m2k

2.1.3传热系数计算

根据《制冷空调原理与设备》，取污垢系数Rf=0.00035，制冷剂为氨，偏于安全，考虑取Roil0.35103~0.6103m2k/w，取油垢热阻Roil=0.0006 则， K ==[

5 / 26

[1]

61cRoilpA01A0RfpAwAi1wm2k

10.0030.03210.03210.0006(0.00035)]324.1w2

mk168146.20.02915510.026冷冻水制冷系统设计-课程设计

2.1.4蒸发器的传热面积的计算

FQ0 Ktm式中：Q0——蒸发器的热负荷( kW)；K ——蒸发器的传热系数 [W/(m2.K)] Δtm——制冷剂与载冷剂的对数平均温差(oC)。

其中传热温差:在蒸发器中制冷剂和载冷剂之间的温差按对数平均温差计算: tmtl1tl27.2 ℃

tl1tolntl2to式中：tl1--载冷剂进蒸发器的温度(oC)Tl2--载冷剂出蒸发器的温度(oC)

Qo1850103t0--蒸发温度(C) F422m2

Ktm608.827.2o

2.1.5载冷剂循环量的计算 qm,lQ0

c(tl1tl2)式中：c——载冷剂的比热容，kJ/(kg.k)；tl1,tl2——载冷剂在蒸发器进出口处的温度，(oC)；qm,lQ01850=100.9kg/s；载冷剂的循环流量按容积来计算

c(tl1tl2)53.6678qV,l；查水的密度密度为ρ=1000kg/m3

qV,l=Q0/cρ(tl1-tl2)=

2.1.6蒸发管的计算

18500.1009m3/s

53.66781000冷冻水流速对氨蒸发器一般取1.0到1.5m/s,所以取管内水流速V=1.5m/s，则每一流程的管子根数m为

m=qm,l/(di2ρv/4) =100.9/(3.140.026210001.5/4)=127 v=

4qm,lmdi2=

4100.91.5m/s

3.14126.760.02621000取m=124,则管内流速v=1.5m/s.管子流程数n与管子有效长度了l之间的关系

6 / 26

冷冻水制冷系统设计-课程设计

nl=

A422=33.1 Aolm3.140.032127经布置v=1.5m/s，z=8，n=9，则lnl33.13.68；而管子的总根数n9N=mn=1279=1143根。通常工程上为了检修方便，冷冻水管接口希望设置在同一侧，因此行程数n取偶数为宜。

采用大连冷冻机厂的卧式蒸发器，型号如下：

表2-1 卧式蒸发器型号

型号 卧式DWZ-120

2.2冷凝器设计

2.2.1冷凝器的型式选择

冷凝器的型式很多，目前最常用的是立式壳管式冷凝器，卧式壳管式冷凝器。蒸发式冷凝器由于耗水量少，故被人们所重视。冷凝器的选择取决于水质，水温，水源，气候条件以及布置个的要求等。一般应根据下列原则选择：

(1)在水质较差，水温较高，水源充足时，宜采用立式壳管式冷凝器。 (2)在水质较好，水温较低，宜采用卧式壳管式冷凝器。

(3)缺乏水源或夏季室外空气含湿量较低时，宜采用蒸发式冷凝器；冷却水质较差时，宜进行处理。

2.2.2冷凝器的选择计算

冷凝器的选择计算主要是确定冷凝器的传热面积,选定适用型号的冷凝器. 因为采用的是卧式壳管式冷凝器。冷凝器的传热计算式为:Φc=KAtm 2.2.3冷凝器的热负荷的计算

冷凝器的热负荷Φc=Φ0+Pi

由于压缩机的指示功率Pi与制冷量有关,因此Φc=φΦ0 由t0=0℃,tc=40℃, 查得：φ=1.27 Φc=φΦ0 =1.27×1850=2349.5KW 2.2.4传热的计算

7 / 26

蒸发面积 m2 420 容器类别 EM-1 重量KG 15985 冷冻水制冷系统设计-课程设计

传热温差：设水的进出口温差为tw=4℃,则冷却水出水温度: t2=t1+tw=32℃+4℃=36℃

tmt2t1=9.8℃ tkt1lntkt2传热面积：A=Φk/Kt根据《空调与制冷技术手册》[1]，表15.3 查得氨卧式壳管冷凝器传热系数K=700—900W/M2×K，现K=750 w/m2×k

2349.5103F320m2

Ktm7509.8c

2.2.5冷凝器冷却水循环量的计算

qms(ts1ts2)2349.5140.3kg/s

4.18642.2.6初步规划冷凝器结构

因为采用卧式壳管式冷凝器，传热管采用Φ323.0mm的无缝钢管。排列采用正三角形错排

取管内水流速v=2m/s，则每一流程的管子根数m为； m=qm,s//4di2v=140.3/[(3.14/4)× 0.026210002]=132 v=

4qm,lmdi2=

4140.32m/s 23.141320.0261000取m=33，则管内水流速v=2m/s。由管内流程数n与管子有效长度l之间的关系：nl=

A320=29.7 Aolm3.140.026132经布置v=2m/s，z=8，n=9，则l=

nl29.7=3.3 n9而管子的总根数N=MN =339=297根。通常工程上为了检修方便，冷却水管希望设

置在同一侧，因此行程数n取偶数为宜。

2.2.7其他相关数据计算

0.83236（1.99）w=(143022)7837W/m2k 0.22(0.026)8 / 26

冷冻水制冷系统设计-课程设计

1.制冷剂侧的冷凝放热系数的计算：

因为tk=40℃，查物性表可得：

0.455wm.k;579.47kgm3;r1103.52kjkg;0.126103n.sm2

32gr则系数：==2.7171015

于是 ：CtdM00.252.71710150.25)8751W/m2K =0.725(40.032

2.实际的传热系数的计算：

根据《制冷空调原理与设备》[1]，取污垢热阻Rf=0.00035，根据课本，制冷剂为氨，偏于安全考虑取Roil0.35*103~0.6*103m2k/w，取油垢热阻Roil=0.0006 则，K ==[

3.实际的热流密度的计算：

pA01A0RoilRcpAfwAi11wm2k

10.0030.03210.03210.0006(0.00035)]780W/m2k 875185.20.02978370.026Kt Kt

KK780750100%3.8%5%与所设的值基本一致，||100=||100=

780K故计算的K’值适用。

4.实际传热面积的计算：

2349.5103F'307m2

Ktm7809.8c根据大连冷冻机厂的产品选择卧式冷凝器型号如下

表2-2 卧式冷凝器

型号 Ⅱ 型 DWN-100

9 / 26

热交换面积 m2 360 容器类别 EM-2 重量KG 17265 冷冻水制冷系统设计-课程设计

5.浮球膨胀阀公称直径的计算：

G=2CoAC*pV

式中A通道截面积 ρc截流阀前液体的密度 ⊿pv截流阀前后的压力差 Co流量系数 取0.35；⊿Pv=15.3-3.0=12.3bar=12.3×105Pa ；ρc=587kg/m3 Gmax=2Co4又Gmaxq0≥Qo

Dn2cPv=20.350.25Dn25871.25106=10525.1Dn2

所以 10525.1Dn21088.4900 Dn8.9 mm A=

4Dn23.148.9262.18mm2 4

选择Dn时，一般考虑使Gmax在1.5—2.0Qo之间 所以取Dn为9mm

所以G=10525.1 Dn2=10525.1（9103）2=0.85kg/s=19.16m3/s

由下表可确定浮球式膨胀阀的公称直径为32mm

表2-3 浮球式膨胀阀

公称直径Dg（㎜） 流量（L/min） 10 0～3 15 3.78 20 7.56 25 11.3～15 32 18.9～28.4

10 / 26

冷冻水制冷系统设计-课程设计 第三章 制冷辅助设备选型

制冷装置除了装有必须具备的四大部件外,通常根据各种制冷系统的运行特点和要求还设置了一些辅助设备和自控装置,安装这些附件的主要目的有以下几个方面：

1、使制冷装置能更有效和安全地运行;

2、简化管理,节省操作人员,提高制冷装置运行的经济性; 3、提高用户的用冷质量,稳定用冷场合所需要的冷量和温度.

3.1油分离器的选择

油分离器用以分离从压缩机排出的气体所带的油气，以防止冷凝器及蒸发器内油过多而影响传热效果。

油分离器现在较常用的有：惯性式、洗涤式、离心式、填料式和过滤式等几种。洗涤式油分离器适用于氨制冷系统。润滑油的分离是依靠排汽减速、流动方向改变、排汽在氨液中冷却、和洗涤四种作用分离出来的。分出的润滑油沉淀在分离器底部，定期排入集油器，以防止冷凝器及蒸发器内油过多而影响传热效果。

油分离器一般可按接管直径的大小来选择。如排气管管径为Φ*4，则可选进口直径为Dg80的油分离器。

下列公式计算其所需的筒身直径，按直径选择适当的油分离器。

D4Vpqw3600 (m)

式中，Vp——压缩机排气量， m2/h q——压缩机吸气系数

w——氨气流速，一般取0.6～0.8 m/s 取0.8

q上已求得，蒸发温度0℃时为0.72

则筒身直径 ：D4Vpqw3600436580.721.03m

3.140.83600现选用大连冷冻机厂生产的冰山牌YF—200型洗涤式油分离器1台。

表3-1 YF—200型油分离器技术规格

型号 容积类别 Ⅱ型YF—200 SM—2 11 / 26

冷冻水制冷系统设计-课程设计

壳体尺寸(mm) 接管 工称 尺寸 （mm） 地脚尺寸（mm） 重量 Kg 高H0 直径D 进气d1 出气d2 放油排污d3 D0 d0 2400 1000 150 150 15 1000 23 1210 所以YF—200型油分离器的筒身直径D=1000mm与390mm相差无几，符合设计要求。

3.2贮液器的选择

贮液器在制冷系统的流程中，位于冷凝器与蒸发器之间。它的功用是贮存和供应制冷剂，以使工况变化时补偿循环制冷剂数量的改变，使系统各设备内有均衡的氨液量，以保证压缩机的正常运转。

贮液器容积一般可按下列原则确定：贮液器应能贮藏工质每小时循环量的1/3到1/2。

其计算公式如下：

V=0.5×MR×v3′/0.8 (m3)

式中 v3′——冷凝温度下氨液的比容 (m3/kg)

MR——系统氨液循环量 （kg/h） MR=1.576kg/s=1.576×3600=5673.6kg/h 查表得v3′=1.2×10-3m3/kg

V=0.5×5673.6×2×1.2×10-3/0.8=8.5m3 现选用大连冷冻机厂生产的ZA—5.0B型贮液器

表3-2 ZA—5.0B型贮液器的结构参数

项目 容积 m3 型号 ZA-5.0B 4.6

3.3空气分离器的选择

在制冷系统中，空气分离器用于排除系统中的不凝性气体（主要是空气）。一般压缩机总制冷量在100万标准千卡/小时以下时，采用冷却面积0.45平方米空气分离器一

12 / 26

容器类别 重量 kg 1715 Cn-2 冷冻水制冷系统设计-课程设计

台，总制冷量在100万标准千卡/小时以上时，采用冷却面积1.82平方米空气分离器一台。

现在选用大连冷冻机厂生产的冰山牌KF—50B型空气分离器一台。

表3-3-1 KF—50B型空气分离器技术规格

外径 260 高度 900 20 接 管 通 径 进液 回气 20 混合气体进口 20

表3-3-2 KF—20型空气分离器附件规格及数量

氨直通阀DN20 2 氨直通阀DN15 2

表3-3-3 KF—50B型空气分离器附件规格及数量

配带附件名称 直角式截止阀 直角式截止阀 直通式节流阀 直通式截止阀 每台数量 1 1 1 1 配带附件的规格用途说明 （mm） 15 10 10 25

3.4紧急泄氨器的选择

为防止制冷设备在产生意外事故时引起爆炸，把制冷系统中有大量‘氨存在的容器（如贮氨器、蒸发器）用管路与紧急泄氨器联接，当情况紧急时，可将紧急泄氨器的液氨排出阀和通往紧急泄氨器的自来水阀打开排出。紧急泄氨器的作用是在紧急情况下，从系统中把氨液泄放。泄放时，每1公斤氨约需通入8升水。通常一个制冷系统设一个紧急泄氨器。现在选用XA—100型紧急泄氨器。

3.5 氨液分离器的选择 1、氨液分离器桶身直径

Df=0.0266[（Vp2×λq）/2] 1/2=0.0266[（G×v1/2] 1/2 =0.0266[（3600×0.15625×2×0.435）/2] 1/2=0.416m 式中v1为蒸发压力下氨饱和蒸汽的比容。查表得v1=0.435m3/kg 2、氨液分离器桶身高度

h=(3 ——4) Df

现取h=3.5×0.416=1.456m

13 / 26

重量 出液 25 放空气 6 52 氨调节阀DN6 2 进气 放空气 供液 出气 冷冻水制冷系统设计-课程设计

3、氨液分离器出液管面积为供液管面积的2倍。 可选用AFA—800型氨液分离器两台

表3-5 AFA—800型氨液分离器的结构参数

型 号 外 径 接管 通径 mm 重量 Kg

3.6 集油器的选择

在氨制冷系统中，除了油分离器以外，冷凝器、贮液器和蒸发器等设备的底部均积存润滑油，为了收集和放出这些润滑油，应装置集油器。

目前生产的集油器有三种规格，其直径分别为150、200和300mm。制冷量小于250～300 KW，采用直径150mm者；制冷量大于600～700 KW ，采用直径300mm者。故本设计系统选用直径为300mm的集油器。

参照《制冷空调设备产品样本》，现选用由大连冷冻机厂生产的冰山牌JY-300型集油器。选用一台JY-300型集油器氨液分离器符合要求.

表3-6 JY-300型集油器尺寸表

容器类别 CM-2 尺寸（mm） D 325 H0 804 H 1 主要尺寸（mm） H1 H2 H3 7 H4 914 底座尺寸（mm） d0 B0 b0 重量（kg） 进出气口d 进液口d 出液口d AFA—800 816 150 40 80 620

14 / 26

冷冻水制冷系统设计-课程设计 第四章 冷冻站制冷设备布置

4.1冷冻站位置选择

冷冻站位置选择时应考虑下列因素：

1、冷冻站宜布置在全厂厂区夏季主导风向下风向，动力区域内。一般应布置在锅炉房和散发尘埃站房的上风向。

2、力求靠近冷负荷中心，并尽可能缩短冷冻管路和冷却水管网。

3、氨冷冻站不应设在食堂、托儿所等建筑物附近或人员集中的场所。其防火要求应按现行的《建筑设计防火规范》执行。

4、机器间夏季温度较高，其朝向尽量选择通风较好，夏季不受阳光照射的方向。 5、考虑发展的可能性。

要同时满足上述条件是困难的，因此，必须根据具体情况，与建筑、结构一起作综合分析比较，最后确定冷冻站的位置。 4.2制冷设备的布置 4.2.1制冷设备布置的原则

1、设备布置应符合工艺流程及操作检修的要求，并尽可能使设备布置紧凑，及节省建筑面积。

2、机房内的主要通道和操作走道宽度≥1.5米；

压缩机突出部分与配电盘或总调节站之间的距离≥1.5米； 二台压缩机突出部分之间距离≥1米； 机房内外主要通道的宽度≥0.8米；

3、压缩机的高度，应根据压缩机的型号，考虑在检修是便于抽出活塞所需的空间。压缩机的一般高度不得低于4米。

4、为了安全，压缩机要有两个通向外面的门，冷冻站的门、窗均应向外开启。 5、设备管路上的压力表、温度计及电动机的电流表等，应设置在便于观察的地方。 4.2.2压缩机的布置

1、压缩机的压力表及其他操作仪表应面向操作通道。 2、压缩机的进气、排气阀应位于主要操作通道。

3、压缩机进气、排气阀的设置高度在1.2～1.5米之间，超过高度时应在压缩机旁设立操作台。现有4台8AS17压缩机，机组靠墙留有1.4m的空隙，排气阀高度为1.8米，进气阀高度为1.6米。压缩机布置在一层楼。 4.2.3油分离器的布置

1、除了压缩机附带的油分离器外，油分离器应设在室外。但当采用卧式冷凝器时，油分离器可以一起放在室内。

2、凡洗涤式油分离器，其进液口必须较冷凝器出液口低200～250毫米。该油分离器的进液管应从冷凝器出液管的底部接出。

3、油分离器上不必装压力表和安全阀。

15 / 26

冷冻水制冷系统设计-课程设计

现有1台YF-200型油分离器，因选用卧式冷凝器，故设在室外，布置在一层楼。 4.2.4冷凝器的布置

1、立式冷凝器布置在室外，离冷冻站外墙约为3米并离机房出入口较近的地方。应设置操作平台。

2、卧式冷凝器设在室内，应考虑其清洗和更换管子的可能。 3、蒸发式冷凝器一般设在室外或顶棚上，应避免太阳的直接照射。 4、冷凝器的安装高度必须考虑其液体能自流入贮液器内。 5、冷凝器应装设压力表和安全阀。

现有1台Ⅱ 型 DWN-360冷凝器，设在三层楼。 4.2.5贮液器的布置

1、贮液器一般设在室内，如果要设在室外时，应防止太阳的直接照射。 2、贮液器应布置在冷凝器近侧，其安装高度必须与冷凝器配合，使冷凝器冷凝的冷剂液体能借重力通畅地自流入贮液器。

3、设置两个或两个以上的贮液器时，必须利用其底部的接口用管子接通，连通管上应装关闭阀，以平衡各个贮液器的液位。

4、贮液器与冷凝器之间应装设均压管。每个贮液器上应装设压力表、安全阀和液面指示器。

现有1台烟台冷冻机厂生产的烟机牌ZA-5.0B型贮液器， 设在室外一楼 4.2.6蒸发器的布置

1、立式蒸发器安装在设备间内，三台以下蒸发器可以靠墙安装，多台蒸发器可以连成一片，台数很多时亦可以分成二组，以便于通行。

2、立式蒸发器的基础高度一般为200毫米，在箱底下均匀设置150*150或200*200毫米的枕木，枕木的长度与水箱宽度相同，其中心距离约为800～1000毫米，枕木之间用隔热材料填实。

3、卧式蒸发器设在室内，应考虑其清洗和更换管子的可能性。

4、卧式蒸发器上必须装设安全阀与压力表。在封头盖上，和卧式冷凝器一样，应装有放空气及放水阀门。

现有1台卧式DWZ-420蒸发器，设在室内一楼。 4.2.7机房氨液分离器的布置

1、氨液分离器的设置高度，应能保证其液体借液位差自流入低压贮液器。在氨液分离器与低压贮液器之间应专设气体均压管。

2、当氨液分离器兼作重力系统供液时，其设置高度应能保证其液体借液位差畅流入蒸发器（冷却排管、冷风机盘管）。

3、禁止在氨液分离器的气体进出管上另设旁通管。 4、氨液分离器上应装设压力表和液位指示器。 现有一台AFA—800型氨液分离器，设置高度为2.5米。

16 / 26

冷冻水制冷系统设计-课程设计

第五章 制冷系统的管路设计

5.1管路布置要点

1、管路布置应考虑操作和检修方便，经济合理，阻力小，并适当注意整齐。 2、管路坡度方向，可按表5-1选择。

表5-1 系统管道坡度方向

管道名称 的水平管段 与安装在室外冷凝器相连向冷凝器 结的排气管 压缩机吸气管的水平管段 液管水平管段 液体分配站至蒸发排管的向排管 供液水平管段 蒸发排管至气体分配站的向排管 回气管水平管段 3、管路布置时，供液管不应有局部向上凸起的弯曲现象，气体吸入管不应有局部向下凹的弯曲现象。以避免产生“气囊”和“液囊”，阻碍供液和气体的通过。 4、管路支、吊架的设置应注意允许最大距离。并且管路支、吊架布置应考虑热膨胀，一般均利用管道弯曲部分自然补偿。但当低压管直线管段长度超过100米和高压管段执行长度超过50米时，应适当设置伸缩器。在金属支、吊架上安装低压管路时，应根据保温层厚度设置木垫块。

5、吸入管与排气管在一起敷设时，其管壁间距不得小于250毫米，如布置在同一垂直面上，吸入管在排气管下面。

6、各种管路原则上采用煨制弯头，弯曲半径一般不小于4倍管道外径，对管径较大的管路，允许弯曲半径不小于其外径的2.5倍。

7、管路穿墙时应设套管，管子与套管之间应留有10毫米左右的空隙，在空隙内不填充材料。

5.1.1管路连接和管路附件设置

1、除阀门之类的附件允许采用法兰、丝扣连接外，其余管路的连接一律采用焊接。

17 / 26

倾斜方向 倾斜度参考数值（%） 0.3～0.5 0.3～0.5 压缩排气管至氨油分离器向氨油分离器 向氨液分离器或低压贮液器 0.1～0.3 0.3～0.5 0.1～0.3 0.1～0.3 冷凝器至高压贮液桶的出向高压贮液桶 冷冻水制冷系统设计-课程设计

2、法兰连接用垫片，采用浸过甘油和冷冻油的石棉橡胶板，板厚度1～3毫米。丝扣连接应涂料采用氧化铝和甘油调拌的混合剂。 3、阀门装设位置便于操作，阀门禁止朝下装设。 4、节流阀及静止阀等必须按介质的流向装设。

5.1.2设备部分安全阀口径的选择

安全阀的直径应与容器上安全管的直径相一致，自制容器按下表选用安全阀大小。

表5-1-2 安全阀选用表

设备内氨容量（kg） ＜1000 ＜2000 ＜3000 ＜4000 ≥4000 安全阀公称直径（mm） 15 20 25 32 50 设备的安全阀必须校正在下列压力时自动启开。

5.2 管路管径的选择

5.2.1管路管径的计算

1、氨系统的管路一律采用无缝钢管，水系统的管路可采用焊接钢管，盐水管路一律采用镀锌钢管。 2、管径计算

D= [4×G×v/（π×w×3600）]1/2 式中 G——管路中介质流量 Kg/h

v——介质比容 m3/Kg

w——介质在管路中的流速（m/s），可查表得

表5-2-1 管道允许流速

管 道 名 称 吸入管 排气管 氨压缩机的（气体）吸入管 氨压缩机的（气体）排气管 冷凝器至高压贮液器的液体管 冷凝器至膨胀阀的液体管 高压供液管 低压供液管 膨胀阀至蒸发器的液体管 溢液管 蒸发器至氨液分离器的回气管 3、压缩机出气管的直径:

18 / 26

允 许 流 速（m/s） 10～16 12～25 20～25 24～30 ＜0.6 1.2～2.0 1.0～1.5 0.8～1.0 0.8～1.4 0.2 10～16 冷冻水制冷系统设计-课程设计

D= [4×G×v/（π×w×3600）]1/2

一台压缩机的介质的质量流量G=0.15625×3600=562.5kg/h 介质比容v查表得0.12m3/kg 介质在管路中的流速w=24 m/s

D=[4×562.5×0.12/(3.14×24×3600)] 1/2=0.032m

因为0.032m小于125mm，所以8AS17型压缩机出气管的内径为170mm。 因为有四台压缩机，一台冷凝器和一台油分离器，所以从压缩机出口管道到油分离器的管道的直径相同，采用Ф38×3.5的热扎钢管。从油分离器到冷凝器的管道的直径相同，采用Ф70×4.5的热扎钢管。

由此可得介质在管路中的流速为

w1=562.5×0.12×4/（3.14×0.031×3600）=24.85 m/s w2=562.5×2×0.12×4/（3.14×0.0612×3600）=12.8 m/s

4、设计压缩机到油分蒸离器到冷凝器的最不利管长度为L1+L2=11m+16.5m=27.5m。再加上有10个焊接弯头（三节）,查《空气调节用制冷技术》得Ld/df=20,得Ld=20×0.061×10=12.2m。,两个直通截止阀Ld/d=340，Ld=340×0.061×2=41.48m。一个直通闸阀Ld/d=8，Ld=8×0.061=0.488m。一个渐缩变管径Ld/df =11,得Ld=11×0.125=1.375m 所以总计算长度为L=27.5+12.2+41.48+0.488+1.375=83.043m

因为不能使管路的压力损失过大，一般氨制冷剂的吸气管路和排气管路的压力损失希望不超过相当于蒸发温度降低0.5℃或冷凝温度升高0.5℃。现由冷凝温度为38℃的压缩机到冷凝器管路的压力损失不能超过20880Pa。

根据制冷剂流量0.498kg/s，管内径61mm及冷凝温度38℃查《空气调节用制冷技术》得每米当量管长中摩擦压力降为5.0kg/m2/m.所以压缩机到冷凝器管路的压力损失P=L×5.0×9.8=83.04×5×9.8=4069.0 Pa≤20880 Pa 5、冷凝器到贮液器的管径:

D= [4×G×v/（π×w×3600）]1/2

G=562.5×2=1125 kg/h。介质比容v查表得0.00169m3/kg；介质在管路中的流速w=0.5m/s；D=[4×1125×0.00169/(3.14×0.5×3600)] 1/2=0.037m。而冷凝器出口的接口直径为外径57mm，现在37mm小于57-9=48mm，所以用内径为57mm的钢管。所以选用Ф57×4.5的热扎钢管符合要求。 6、贮液器到膨胀阀的管径：

D= [4×G×v/（π×w×3600）]1/2

总介质的质量流量为G=1125 kg/h；介质比容v查表得0.00169 m2/kg；介质在管路中的流速w=1.2 m/s。D=[4×1125×0.00169/(3.14×1.2×3600)] 1/2=0.024 m。现选用Ф38×3.5的热扎钢管。

7、蒸发器至氨液分离器的回气管：

D= [4×G×v/（π×w×3600）]1/2

总介质的质量流量为G=1125kg/h；介质比容v查表得0.39 m3/kg ；介质在管路中

19 / 26

2

冷冻水制冷系统设计-课程设计

的流速w=12 m/s。D=[4×1125×0.39/(3.14×12×3600)] 1/2=0.114 m。而卧式蒸发器出口的接口直径为150mm，现在114mm小于150mm，所以用内径为150mm的钢管，所以选用Ф159×4.5的热扎钢管。 8、小型氨液分离器到压缩机的直径:

D= [4×G×v/（π×w×3600）]1/2

总的介质的质量流量为G=1125 kg/h；介质比容v查表得0.39 m3/kg 介质在管路中的流速w=14 m/s；D=[4×1125×0.39/(3.14×14×3600)] 1/2=0.105 m。而氨液分离器进出口的接口直径为150mm，现在105mm小于150mm，所以用内径为150mm的钢管，所以选用Ф159×4.5的热扎钢管。

9、设计贮液器到节流阀的最不利管长度为L4+L6=13.6m.再加上有4个焊接弯头（三节）,查《空气调节用制冷技术》得Ld/d=20,得Ld=20×0.15×4=12m。1个直通闸阀Ld/d=8，Ld=8×0.15×1=1.2m。1个直通截止阀Ld/d=340，Ld=340×0.15=51m。所以总计算长度为L=13.6+12+1.2+51=77.8m

从贮液器到节流阀的液流的压力损失，没有吸气管或排气管的压力损失那样大的危害，但压力降也不应过大，以免引起液态制冷在管内发生气化，造成节流阀供液量不足，降低系统的制冷量，压力损失应不大于50000 Pa。根据制冷剂流量0.498kg/s，管径204mm及蒸发温度-10℃查《空气调节用制冷技术》得每米当量管长中摩擦压力降为35Kg/m2/m.所以蒸发器到压缩机的压力损失P=L×35×9.8=77.8×35×9.8=26685.4Pa≤50000Pa。所以以上管道都符合要求。

10、设计蒸发器到压缩机的最不利管长度为L5+L6=15.3m.再加上有3个焊接弯头（三节）,查《空气调节用制冷技术》得Ld/d=20,得Ld=20×0.15×3=9m。2个直通闸阀Ld/d=8，Ld=8×0.15×2=2.4m。1个直通截止阀Ld/d=340，Ld=340×0.15=51m。所以总计算长度为L=15.3+9+2.4+51=77.7m

因为不能使管路的压力损失过大，一般氨制冷剂的吸气管路和排气管路的压力损失希望不超过相当于蒸发温度降低0.5℃或冷凝温度升高0.5℃。现由蒸发温度为-10℃的蒸发器到压缩机管路的压力损失不能超过5880Pa。

根据制冷剂流量0.498kg/s，管径150mm及蒸发温度-10℃查《空气调节用制冷技术》得每米当量管长中摩擦压力降为5Kg/m2/m.所以蒸发器到压缩机的压力损失P=L×5×9.8=77.7×5×9.8 =3807.3Pa≤5000Pa。所以以上管道都符合要求。

5.2.2管路管径的选择

表5-2-2 管路管径的选择

管 道 名 称 JZLG25型压缩机出气管 压缩机到油分离器管道 油分离器到冷凝器管道 冷凝器到贮液器的液体管道 材料 热扎钢管 热扎钢管 热扎钢管 热扎钢管 20 / 26

管径 外径χ壁厚 mm Ф133×4 Ф38×3.5 Ф70×4.5 Ф57×4.5 冷冻水制冷系统设计-课程设计

贮液器至卧式蒸发器 卧式蒸发器到气液分离器 氨液分离器到压缩机 紧急泄氨器接管 均压管 安全管 卧式蒸发器高压排气管 放 卧式蒸发器排液口的直径 空气分离器接液管

5.3设备及管道的保温

凡属低温的设备和管道(在蒸发压力下工作)均须做保温结构.保温结构主要由下面几部分组成：防腐层，保温层，防潮层，保护层，色层。 保温计算

保温计算的目的是确定保温层的厚度，除满足保温层外表不产生凝结水外，还应使管道冷损失引起的温升不超过允许范围。

管道和设备保温层的最小厚度计算，可按下式进行： （tk-tn）/（tk-t1）=1+（1/2λ）×α（lnD1/D2）×D1

式中，tk——空气温度，当室外架空敷设时，可取最热月平均温度（℃），tk=30℃ tn——管内介质温度（℃）

t1——绝热层外表面温度；应采用稍高于周围空气露点温度(1到2℃) D1——保温层外径（米），D1= D2+2δ

D2——管子外径（米）， δ——保温层厚度（米）

α——空气至保温层表面的放热系数 室内管道，α=5～10千卡/米2.小时 室外管道，α=10+6w1/2千卡/米2.小时

w——空气流速 ，m/s λ——保温材料的导热系数，

空气最热月平均温度为28℃，相对湿度为80%，查空气焓湿图得露点温度：te=24.5℃，∴取t1=26.5℃

绝热材料取聚氨脂泡沫塑料：λ=0.03w/m.℃，a=6.978w/m.K，tk =28℃

采用聚氨酯泡沫塑料做隔热层一般用潜注法施工,这种方法效率高,易于达到质量要求,泡沫塑料能自贴于金属表面,而不需其他支撑物,表面为一整体,没有接连,特别适合于形状不规则的部位。 1、卧式蒸发器到氨液分离器：

21 / 26

热扎钢管 热扎钢管 热扎钢管 热扎钢管 热扎钢管 热扎钢管 热扎钢管 热扎钢管 热扎钢管 热扎钢管 Ф38×3.5 Ф159×4.5 Ф159×4.5 Ф38×2.5 Ф32×2.5 Ф38×2.5 Ф38×2.5 Ф32×2.5 Ф38×3.0 Ф38×3.5 冷冻水制冷系统设计-课程设计

（tk-tn）/（tk-t1）=1+（1/2λ）×α（lnD1/D2）×D1

其中D2=0.159，tn =-5℃。得（lnD1/D2）×D1=[（tk-tn）/（tk-t1）-1]× 2λ/ α =[（28+10）/（28-26.5）-1]×2×0.03/6.978=0.210。由D2=0.159，（lnD1/D2）×D1=0.030查《制冷工程设计手册》[4]隔热层厚度表得保温层厚度：δ=55mm 2、小型氨液分离器到压缩机：

（tk-tn）/（tk-t1）=1+（1/2λ）×α（lnD1/D2）×D1

其中D2=0.159，tn =-4℃。得（lnD1/D2）×D1=[（tk-tn）/（tk-t1）-1]× 2λ/ α=[（28+5）/（28-26.5）-1]×2×0.03/6.978=0.180。由D2=0.159，（lnD1/D2）×D1=0.118查《制冷工程设计手册》[4]隔热层厚度表得保温层厚度：δ=55mm

22 / 26

冷冻水制冷系统设计-课程设计

设计体会

这次设计，理论与实际相大结合，使我对制冷的专业只是有了更深的了解。 这次设计主要是根据制冷系统设计方案要求，选择制冷剂、制冷压缩机、膨胀阀及制冷辅助设备等部件，依据热力学、传热学及流体力学原理，设计计算制冷换热器，然后再布置等等。经过对制冷系统设计计算，使我学习到了很多东西，认识到了很多东西，包括压缩机、蒸发器、冷凝器以及其他辅助设备的选型，制冷设备选择的依据和原理等制冷系统方面的知识，更使得自己认识到需要在以后的日子里继续学习专业知识。

这次设计培养了我思考、分析能力，并且在调查研究、理论分析上有所提高，是正对专业就业的技能培训，为毕业后参加实际工作打下了一定的基础。

最后特别感谢洪兴龙老师的细心指导和同学的帮忙指点。

23 / 26

冷冻水制冷系统设计-课程设计

参考文献

[1] 张祉佑主编．《制冷空调原理与设备》［M］．北京：机械工业出版社．1999 [2] 彦启森主编．《空气调节用制冷技术》［M］．北京：机械工业出版社．1999 [3] 李树林主编．《空气调节用制冷技术》[M]．北京：中国建筑工业出版社．1999 [4]《制冷工程设计手册》[M]．中国建筑工业出版．1978

24 / 26

冷冻水制冷系统设计-课程设计

25 / 26