8kw工業(yè)用低溫液體冷卻器 ——畢業(yè)論文

1、<p><b>　　鄭州輕工業(yè)學(xué)院</b></p><p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　題 目 8KW工業(yè)用低溫液體冷卻器 </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　專(zhuān)業(yè)班級(jí) 熱能 &l

2、t;/p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　院 （系） 機(jī)電工程學(xué)院 </p><p>　　指導(dǎo)教師(職稱(chēng)) </p><p>　　完成時(shí)間 </p&

3、gt;<p>　　8KW工業(yè)用低溫液體冷卻器</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　低溫液體冷卻器又稱(chēng)低溫箱，它有一個(gè)小型化的獨(dú)立的制冷系統(tǒng)和載冷劑循環(huán)系統(tǒng)兩部分組成。其中制冷系統(tǒng)采用蒸汽壓縮式制冷，制冷劑發(fā)生氣液相變吸收載冷劑氯化鈣(CaCl2)水溶液所放出的熱量。載冷劑由于被冷卻使其溫度降低來(lái)對(duì)一些實(shí)驗(yàn)用品進(jìn)行保溫和降

4、溫。根據(jù)設(shè)計(jì)的不同，溫度能達(dá)到不同的要求。</p><p>　　本設(shè)計(jì)主要關(guān)注的是制冷劑的選擇和制冷系統(tǒng)中各部件的設(shè)計(jì)及選取。由于現(xiàn)如今“溫室效應(yīng)”和臭氧層破壞等環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)重，采用環(huán)保型制冷劑已是迫在眉睫。本文中簡(jiǎn)要介紹了各種制冷劑的狀況，以及選取R404A作為制冷劑的緣由。主要介紹了制冷器件的設(shè)計(jì)，以及全封閉活塞式壓縮機(jī)的選型與校核，風(fēng)冷冷凝器的設(shè)計(jì)，風(fēng)機(jī)的選型與校核，套管式蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)，以及其他輔助設(shè)備

5、例如:干燥過(guò)濾器，視液鏡，熱力膨脹閥，電磁閥，水泵,等的選取。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 低溫液體冷卻器；制冷 ；蒸發(fā)器 ；冷凝器</p><p>　　8KW industrial cryogenic liquid coolers</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Low-t

6、emperature cooling liquid circulating pump is similar to a low-temperature box. It contains two parts that are a smaller, independent refrigeration system and a cooling agent circulatory system. Among this device, refrig

7、eration system makes use of vapor compression refrigeration, the system makes the refrigerant change from gas to liquid ,and the refrigerant absorbs energy that are released by the containing cooling agent (CaCl2). So th

8、e containing cooling agent’s temperature was cooled by </p><p>　　The design of the main concern is the choice of refrigerant and cooling system design and selection of the components. Because nowadays increa

9、singly serious "greenhouse effect" and the destruction of the ozone layer and other environmental issues, the use of environmentally friendly refrigerants is imminent. This paper briefly describes the various c

10、onditions of the refrigerant, and to select a reason for the refrigerant R404A. Introduces the cooling device design, and fully enclosed piston comp</p><p>　　KEY WORDS Cryogenic cooling； Refrigeration tech

11、nology；Evaporator；Condenser</p><p><b>　　1. 緒論</b></p><p>　　1.1 低溫液體冷卻器介紹</p><p>　　隨著改革開(kāi)放30,年的深入進(jìn)行,我國(guó)的制冷技術(shù)也有了突飛猛進(jìn)的快速發(fā)展。在高新技術(shù)飛速發(fā)展的二十一世紀(jì)，低溫與超低溫的實(shí)驗(yàn)和冷藏對(duì)許多行業(yè)和部門(mén)已成為必不可少的手段。例如:

12、在生物制藥廠、醫(yī)院、高等院校及科研院所的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行低溫生物、生化實(shí)驗(yàn)研究或產(chǎn)品小試、血漿、臟器和生物制品的保存，遠(yuǎn)洋制品、電子元件、化工材料、建筑材料等特殊材料的超低溫實(shí)驗(yàn)及儲(chǔ)存等[1]。</p><p>　　在生物制藥的研究和開(kāi)發(fā)部門(mén)，醫(yī)院的生理或病理實(shí)驗(yàn)室，細(xì)菌和病菌的標(biāo)本以及高等院校、科研院所的生物、生化、生物制藥實(shí)驗(yàn)室，為進(jìn)行低溫生物，生化試驗(yàn)等，需要進(jìn)行低溫試驗(yàn)，低溫生物實(shí)驗(yàn)的樣本大多是生命體，對(duì)溫度

13、非常敏感，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，有可能會(huì)使生命體死亡，如在進(jìn)行生物制品生產(chǎn)時(shí)，溫度如果過(guò)高，一方面效率會(huì)很低，另一方面，質(zhì)量會(huì)很差[2]。這類(lèi)情況所需的制冷量一般都很小。</p><p>　　低溫箱是用于低溫冷藏的主要設(shè)備，我國(guó)對(duì)于低溫實(shí)驗(yàn)的設(shè)備需求量很大，但是使用的低溫箱大多從國(guó)外進(jìn)口，主要原因是他們的產(chǎn)品性能穩(wěn)定、可靠性高、體積小并且能達(dá)到很低的溫度還容易操作。反觀我國(guó)生產(chǎn)的同類(lèi)產(chǎn)品體積不僅龐大并且可靠性也不高，

14、制冷溫度和精度也都達(dá)不到求。目前國(guó)內(nèi)進(jìn)行低溫實(shí)驗(yàn)一般采用消耗制冷劑法，如進(jìn)行-60℃~-80℃實(shí)驗(yàn)時(shí)大多 以丙酮為冷媒，在其中加入干冰來(lái)制冷降溫。消耗制冷劑法常用的制冷劑還有 液氮、液氦、液氫等。采用這種方法制冷劑的消耗量比較大，而且溫度不容易保證[3]。低溫液體冷卻器是近幾年問(wèn)世的一種低溫實(shí)驗(yàn)設(shè)備，能夠連續(xù)的、低成本的獲得所需的低溫。這類(lèi)產(chǎn)品大多數(shù)采用風(fēng)冷式全封閉壓縮機(jī)組制冷及微機(jī)智能控制系統(tǒng),提供低溫循環(huán)冷卻水(液)流或低溫恒溫

15、水(液)流,以滿(mǎn)足用冷卻水及低溫液體去降溫或恒溫儀器[4],如旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器、發(fā)酵罐、電子顯微鏡、低溫化學(xué)反應(yīng)釜、電子能譜儀、質(zhì)儀、密度儀、冷凍干燥儀、真空鍍膜儀、反應(yīng)等。也可把多種容積直接在槽內(nèi)低溫恒溫實(shí)驗(yàn)。它的特點(diǎn)主要有以下幾個(gè)。􀏟</p><p>　　􀏚1)采用了全封閉壓縮機(jī)組制冷，可以有效的防止制冷劑的泄露。微機(jī)智能控</p><p>　　制制冷系統(tǒng)

16、自動(dòng)開(kāi)啟、制冷系統(tǒng)具有延時(shí)、過(guò)熱、過(guò)電流等多重保護(hù)裝置。</p><p>　　􀏚2)循環(huán)泵可將槽內(nèi)冷卻液輸出冷卻產(chǎn)品或在恒溫機(jī)外實(shí)驗(yàn)容器中建立第二</p><p><b>　　恒溫場(chǎng)。</b></p><p>　　􀏚3)所有操作均可在微機(jī)智能控制儀上按動(dòng)觸摸軟鍵完成，操作簡(jiǎn)單􀏜方便</

17、p><p>　　隨著我國(guó)教育、科研、醫(yī)療和制藥事業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)低溫實(shí)驗(yàn)設(shè)備的需求量也不斷增加。本文針對(duì)-10℃溫區(qū)的需求，對(duì)低溫液體冷卻器進(jìn)行設(shè)計(jì)。著重關(guān)注的是對(duì)制冷各器件的設(shè)計(jì)及選取。</p><p>　　1.2 功能與總體結(jié)構(gòu)</p><p>　　低溫液體冷卻器的功能：1)將載冷劑冷卻到所需溫度,2)對(duì)外輸出載冷劑并進(jìn)行低溫冷卻循環(huán),3)直接冷卻燒瓶，試管，此時(shí)

18、可對(duì)瓶?jī)?nèi)液體進(jìn)行均勻攪拌，按功能所需，可分為制冷系統(tǒng)，載冷系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)等組成。</p><p>　　低溫液體冷卻器是利用制冷系統(tǒng)將載冷劑冷卻，再用載冷劑去冷卻被冷卻物品，以滿(mǎn)足所需要求。冷媒可以在容器內(nèi)部進(jìn)行循環(huán)，也可以向外輸出冷卻低溫恒溫冷卻，即進(jìn)行外循環(huán)。冷媒可以用數(shù)字式溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào)。裝置可為移動(dòng)整體式結(jié)構(gòu)，載冷劑容積，低溫用載冷劑泵以及電控系統(tǒng)，這些位于上部，制冷系統(tǒng)位于下部。&

19、lt;/p><p>　　制冷系統(tǒng)采用單級(jí)制冷系統(tǒng)，包括制冷壓縮機(jī)、冷凝器、軸流風(fēng)機(jī)、干燥過(guò)濾器、電磁閥、熱力膨脹閥、蒸發(fā)器等部件。</p><p><b>　　1.3 設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1)制冷溫度: -10℃</p><p>　　2)制冷量:8 kW</p><p>　　3)控溫

20、精度: ±1 ℃</p><p>　　4)使用環(huán)境溫度: 0-35℃</p><p>　　5)使用環(huán)境相對(duì)濕度:≤85􀏙</p><p>　　6)電源：3φ —380V 50Hz</p><p>　　7)名義工況: 室外空氣干球溫度32℃,出水溫度-10℃、回水溫度-5℃。</p><p>

21、　　8)冷卻方式：強(qiáng)制對(duì)流風(fēng)冷</p><p>　　9)制冷劑：HCFC 類(lèi)或HFC 類(lèi)</p><p>　　10)安全保護(hù)：高壓、低壓、斷水、凍結(jié)</p><p>　　1.4 制冷系統(tǒng)的選擇</p><p>　　制冷系統(tǒng)的重要性對(duì)于產(chǎn)品不言而喻。選擇一個(gè)合適的制冷系統(tǒng)不僅能使產(chǎn)品更容易的達(dá)到制冷要求,而且還能有效地降低成本和消耗，有利于節(jié)能

22、排。因此,我們要針對(duì)產(chǎn)品的要求，選擇合適的制冷系統(tǒng)。從課題的設(shè)計(jì)要求并綜合了各方面因素來(lái)看，現(xiàn)我擬采用最簡(jiǎn)單的制冷循環(huán)系統(tǒng)，即單級(jí)壓縮制冷循環(huán)。原因主要有以下幾個(gè)􀏟</p><p>　　􀏚1)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知,單級(jí)壓縮制冷所能達(dá)到的溫度大約為0—40℃。</p><p>　　􀏚2)設(shè)計(jì)要求的制冷溫度為-10℃，此溫度并不算高，用普通的中溫制

23、冷劑即可達(dá)到要求。</p><p>　　􀏚3)在單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)中，制冷器件數(shù)量少，易設(shè)計(jì)及選取，更有利于節(jié)約</p><p><b>　　成本。</b></p><p>　　􀏚4)系統(tǒng)組成簡(jiǎn)單、布置結(jié)構(gòu)緊湊、體積更小。綜合以上因素考慮，選定本設(shè)計(jì)產(chǎn)品采用單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)。</p><p&

24、gt;　　2. 制冷劑的選擇及熱力性質(zhì)計(jì)算</p><p>　　如果說(shuō)制冷系統(tǒng)是一個(gè)產(chǎn)品的靈魂，那么制冷劑就是它流動(dòng)的血液。毋庸置疑，選擇一種合適的制冷劑對(duì)產(chǎn)品的性能影響重大。制冷劑在整個(gè)制冷系統(tǒng)中起著紐帶作用，地位是不可替代的，制冷系統(tǒng)通過(guò)制冷劑狀態(tài)的變化與外界發(fā)生熱交換，進(jìn)行熱量傳遞,從而達(dá)到制冷的目的。</p><p>　　2.1 制冷劑的分類(lèi)</p><p>

25、;　　制冷劑又稱(chēng)制冷工質(zhì)，是制冷循環(huán)中的工作介質(zhì)，制冷劑在制冷機(jī)中循環(huán)流動(dòng)，通過(guò)自身熱力狀態(tài)的變化與外界發(fā)生能量交換，從而實(shí)現(xiàn)制冷的目的。簡(jiǎn)而言之，制冷劑就是制冷系統(tǒng)中傳遞能量、實(shí)現(xiàn)循環(huán)的工作介質(zhì)[5]。習(xí)慣上又稱(chēng)制冷劑為制冷工作介質(zhì)或簡(jiǎn)稱(chēng)工質(zhì)。乙醚是最早使用的制冷劑，當(dāng)前，能用作制冷劑的物質(zhì)有80多種，最常用的是氨、氟里昂類(lèi)、水和少數(shù)碳?xì)浠衔锏取１臼兰o(jì)30年代氟里昂制冷劑的出現(xiàn)，對(duì)制冷技術(shù)產(chǎn)生了推動(dòng)作用。由于其無(wú)毒、無(wú)味、不燃和無(wú)爆

26、炸等優(yōu)點(diǎn)，且腐蝕性小，熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好，逐步成為一種較理想的制冷劑，得到了廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)被采用的制冷劑約有二三十種,主要有氨、氟利昂、水等。目前，制冷劑大概有以下幾種類(lèi)型：無(wú)機(jī)物氨制冷劑、氟利昂制冷劑，如R11、R22、R23 等，共沸制冷劑，如：R507、R502，和非共沸制冷劑，如：R407C、R410A等。</p><p>　　氨作為一種無(wú)機(jī)物制冷劑，歷史上曾被廣泛使用，但是由于氨泄漏所引起的危害，一

27、度被禁止使用。直到最近，由于環(huán)保型制冷劑的發(fā)展，才又一次開(kāi)始使用。氨制冷劑多用于大型冷庫(kù)系統(tǒng)中。氟利昂是迄今為止應(yīng)用最為廣泛的制冷劑。雖然它有著優(yōu)越的熱力學(xué)性能，但是，隨著環(huán)境問(wèn)題的惡化，它有被逐漸代替的趨勢(shì)。共沸制冷劑和非共沸制冷劑是近年興起的環(huán)保型制冷劑。不同于單一的制冷劑，它是有幾種不同的制冷劑按照不同的配比所混合而得的。由于混合型制冷劑有著和單一制冷劑迥然不同的熱力學(xué)性能，它已經(jīng)開(kāi)始作為一種環(huán)保節(jié)能的制冷劑進(jìn)入人們的視野。<

28、;/p><p>　　特別是非共沸制冷劑，它是有幾種不同沸點(diǎn)的制冷劑混合而成。由于高、低沸點(diǎn)的不同、非共沸制冷劑存在有“溫度滑移”的現(xiàn)象。這樣當(dāng)使用冷卻水冷卻時(shí)，更容易實(shí)現(xiàn)“洛倫茲循環(huán)”，從而有利于提高制冷系數(shù)和節(jié)能性能。</p><p>　　從19世紀(jì)30年代,Perkins發(fā)明了蒸汽壓縮式制冷循環(huán)后,人類(lèi)迎來(lái)了制冷技術(shù)的發(fā)展期,而制冷劑的發(fā)明、更新和替換始終貫穿整個(gè)過(guò)程。目前根據(jù)新時(shí)期的發(fā)展

29、要求,制冷劑又將面臨新的挑戰(zhàn)。</p><p>　　表2-1所表示的是J . M. Calm所描述的制冷劑的發(fā)展的4個(gè)階段:</p><p>　　表2-1　制冷劑發(fā)展歷程</p><p>　?。?）按組成區(qū)分，有單一制冷劑和混合型制冷劑。單一制冷劑是指用作制冷劑的物質(zhì)在化學(xué)上是單一的、純凈的物質(zhì)，不包括溶液或其他混合物。包括無(wú)機(jī)化合物、鹵代烴、碳?xì)浠衔锖鸵颐鸭捌浞?/p>

30、代物等。而混合型制冷劑又可分為共沸混合制冷劑和非共沸混合制冷劑兩類(lèi)。</p><p>　?。?）按化學(xué)成分，主要有三類(lèi)：無(wú)機(jī)物、氟利昂和碳?xì)浠衔?。其中本世紀(jì)30年代氟里昂制冷劑的出現(xiàn)，對(duì)制冷技術(shù)產(chǎn)生了推動(dòng)作用。由于其無(wú)毒、無(wú)味、不燃和無(wú)爆炸等優(yōu)點(diǎn)，且腐蝕性小，熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好，逐步成為一種較理想的制冷劑，得到了廣泛的應(yīng)用。但是氟里昂有其缺點(diǎn)，它是一種"溫室效應(yīng)氣體"，而且它會(huì)一定程度的

31、破壞大氣層中的臭氧（氟氯碳化合物擴(kuò)散至同溫層時(shí)<大氣層由對(duì)流層、平流層（同溫層）與電離層構(gòu)成>），被太陽(yáng)的紫外線(xiàn)照射而分解，放出氯原子，與同溫層中臭氧進(jìn)行連鎖反應(yīng)，使臭氧層遭到破壞，危及人類(lèi)健康及生態(tài)平衡。</p><p>　　（3）按標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)分，可分為高溫制冷劑，中溫制冷劑和低溫制冷劑三類(lèi)。標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)在0℃以上的稱(chēng)為高溫制冷劑，冷凝壓力Pk≤2～3Kg/cm2（絕對(duì)），T0 >0℃ </p

32、><p>　　如Ｒ11（CFCl3），其T0＝23.7℃，適用于空調(diào)系統(tǒng)的離心式制冷壓縮機(jī)中，通常30℃時(shí)，Pk≤3.06Kg/cm2 。標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)在-46℃以上的稱(chēng)為中溫制冷劑，冷凝壓力Pk< 20Kg/cm2（絕對(duì)），-60℃< T0< 0℃。如Ｒ717、Ｒ12、Ｒ22等， 一般用于普通單級(jí)壓縮和雙級(jí)壓縮的活塞式制冷壓縮機(jī)中；而標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)在-46℃以下的稱(chēng)為低溫制冷劑，冷凝壓力Pk≥20Kg/cm2

33、（絕對(duì)），T0≤－70℃，如Ｒ13（CF3Cl）、Ｒ14（CF4）、二氧化碳、乙烷、乙烯等，這類(lèi)制冷劑適用于復(fù)迭式制冷裝置的低溫部分或－70℃以下的低溫裝置中。</p><p>　　2.1.1 制冷劑的選擇原則</p><p>　　由于制冷劑有著許多不同的種類(lèi)。因而，在選取制冷劑的時(shí)候，我們應(yīng)采用“具體問(wèn)題，具體分析”的方法。針對(duì)不同的設(shè)計(jì)要求，選取相應(yīng)的制冷劑類(lèi)型。現(xiàn)將選取原則大致陳述

34、于下[6]。</p><p>　　􀏚1)制冷劑必須是環(huán)境可接受物質(zhì)，并且價(jià)廉易獲得。應(yīng)對(duì)環(huán)境無(wú)破壞作用或</p><p><b>　　破壞作用輕微。</b></p><p>　　􀏚2)應(yīng)有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，不燃燒、不爆炸、無(wú)毒、不腐蝕常用</p><p>　　的工程材料、與潤(rùn)

35、滑油不起化學(xué)反應(yīng)。在使用溫度下不分解、不變性。</p><p>　　􀏚3)有合適的飽和蒸氣壓。希望在使用條件下蒸發(fā)壓力最好不低于大氣壓，以</p><p>　　避免空氣漏入制冷系統(tǒng)內(nèi)部，還希望冷凝壓力不太高，通常應(yīng)低于2.5MPa，以免壓縮機(jī)和冷凝器等設(shè)備過(guò)于龐大，同時(shí)冷凝壓力與蒸發(fā)壓力之比不過(guò)大，以免壓縮終溫過(guò)高，壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)過(guò)低，冷凝壓力與蒸發(fā)壓力之差也希望盡可能

36、的小以降低對(duì)壓縮機(jī)強(qiáng)度的要求。</p><p>　　􀏚4)臨界溫度要高。臨界溫度是指制冷劑可以加壓液化的最高溫度、臨界溫度</p><p>　　低的制冷劑在常溫或普通低溫下有可能不會(huì)液化，此時(shí)將需要溫度很低的冷卻介質(zhì)，且由于當(dāng)制冷劑在節(jié)流前的溫度接近臨界溫度時(shí)，制冷劑的氣化潛熱很小、節(jié)流損失就會(huì)很大，循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性將很差，因此希望制冷劑的臨界溫度比環(huán)境溫度高的多。</

37、p><p>　　􀏚5)粘度和密度要小，目的是減小制冷劑的流動(dòng)阻力。</p><p>　　􀏚6)凝固溫度要低，以免制冷劑在蒸發(fā)溫度下凝固。</p><p>　　􀏚7)絕熱指數(shù)要小，可使壓縮過(guò)程耗功減少，降低壓縮終溫。</p><p>　　􀏚8)導(dǎo)熱系數(shù)要高，這樣可提高換熱器的傳

38、熱系數(shù)，減小傳熱面積，降低材料消耗。</p><p>　　􀏚9)氣化潛熱要大，可獲得較大的單位制冷量，同時(shí)節(jié)流后的干度較小。</p><p>　　􀏚10)液體比熱要小，這樣在節(jié)流時(shí)液體降溫放出的熱量少，節(jié)流產(chǎn)生的閃發(fā)蒸汽量小，節(jié)流損失較小。</p><p>　　11)其它 原料來(lái)源充足，制造工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。除了以上共同要求外，

39、不同型式的制冷系統(tǒng)和制冷壓縮機(jī)對(duì)制冷劑還有一些特殊要求，比如說(shuō)：</p><p>　?。?）離心式壓縮機(jī)要求制冷劑的相對(duì)分子質(zhì)量要大，以提高壓縮比，減少級(jí)數(shù)。</p><p>　?。?）制冷量在200W以下的制冷機(jī)要求制冷劑的單位制冷量要小，以免壓縮機(jī)的尺寸過(guò)小，加工困難；制冷量大于1000W的制冷機(jī)要求制冷劑的單位容積制冷量要大，以減少壓縮機(jī)的尺寸和制冷劑容積流量。</p>

40、<p>　?。?）小型制冷系統(tǒng)要求制冷劑與潤(rùn)滑能相互溶解，以便利用回氣夾帶回油，簡(jiǎn)化系統(tǒng)。</p><p>　?。?）全封閉和半封閉式制冷壓縮機(jī)要求制冷劑電絕緣性能好。</p><p>　　完全滿(mǎn)足上述各種要求的制冷劑并不存在，各種制冷劑都是某些方面較優(yōu)，而在另一些方面不足。應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際需要，在滿(mǎn)足特定要求的前提下，權(quán)衡取舍，找出最佳方案?？偠灾侥壳斑€沒(méi)有找到一種可用于

41、替代的理想制冷劑，各種研究仍在努力。</p><p>　　2.1.2 制冷劑的確定</p><p>　　R404A是一種近共沸混合制冷劑，其組成成分為R125/R143A/R134A，質(zhì)量配比為44/52/4。R404A相對(duì)分子質(zhì)量為97.6，臨界溫度為72.1℃，臨界壓力3.73Mpa，標(biāo)準(zhǔn)泡點(diǎn)-46.5℃，可用于-60～-25℃的制冷溫度范圍，如低溫冷、速凍機(jī)等裝置的制冷系統(tǒng)。在本系

42、統(tǒng)中考慮到經(jīng)濟(jì)成本問(wèn)題，壓縮機(jī)選型計(jì)算以及截流機(jī)構(gòu)等其他零部件的選擇問(wèn)題，可選用R404A作為高溫級(jí)制冷劑[7]。</p><p>　　R23，又名三氟甲烷，分子式為CHF3，無(wú)色無(wú)臭氣體。分子量為70.01， 蒸汽壓 2504kPa(20℃)，熔點(diǎn) -155℃， 沸點(diǎn)-84℃， 溶于水相對(duì)密度(水=1)1.52(-80℃)；相對(duì)密度(空氣=1)2.43， 性質(zhì)穩(wěn)定。為不燃?xì)怏w，主要用作低溫致冷劑及作為滅火劑和制

43、造四氟乙烯的原料。屬低毒類(lèi)，但受熱分解釋出劇毒的煙霧。</p><p>　　氨具有優(yōu)良的熱力性能、ODP = 0和GWP <1，但有毒,在化學(xué)工業(yè)和食品工業(yè)中以及中央空調(diào)(歐洲) 都重新得到了應(yīng)用；二氧化碳—ODP = 0和GWP = 1 ,用于跨臨界循環(huán)熱泵提供熱水,當(dāng)它作為復(fù)疊循環(huán)低壓級(jí)和低溫載冷劑時(shí)具有優(yōu)良性能。碳?xì)浠衔铩狾DP =0和GWP < 1 ,用于冰箱制冷劑和發(fā)泡劑,也可用于冷水機(jī)組

44、,RAC 和PAC等,但易燃易爆,這非常不利。水的ODP = 0和GWP < 1 ,用于冷凝溫度較低的水冷冷水機(jī)組以及冰蓄冷機(jī)組。</p><p>　　R22是氫氯氟烴化合物（HCFCs）制冷劑的代表，被廣泛用于空調(diào)系統(tǒng)。R22無(wú)色，無(wú)味，不燃燒，不爆炸，毒性比R12略大，但仍然是安全的制冷劑，安全分類(lèi)為A10它的傳熱性能與R12差不多，流動(dòng)性比R12好；溶水性比R12稍大，但仍然屬于不溶于水的物質(zhì)。對(duì)R2

45、2，含水量仍然限制在0.01％以?xún)?nèi)。同時(shí)系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)裝設(shè)干燥器。R22化學(xué)性質(zhì)不如R12穩(wěn)定，它對(duì)有機(jī)物的膨潤(rùn)作用更強(qiáng)，密封材料可采用氯乙醇橡膠。 R22能夠部分地與礦物油相互溶解，而且其溶解度隨著礦物泊的種類(lèi)及溫度而變[8]。礦物油在R22制冷系統(tǒng)各部分中產(chǎn)生不同的影響。R22制冷劑比CFCs多含了氫，使得它的化學(xué)性質(zhì)也不如CFCs穩(wěn)定，被釋放到較低的大氣中就會(huì)分解，只有很少的部分會(huì)到達(dá)臭氧層。所以雖然氫氯氟烴化合物也含有氯，它的臭氧消耗

46、潛能為R12的5％。同時(shí)R22是目前在全球被廣泛應(yīng)用的最高能效比的冷媒[7]。</p><p>　　從以上的介紹來(lái)看􀏜這兩種非共沸制冷劑都可以作為R22 的替代品􀏜它們有著各自不同的優(yōu)特點(diǎn)􀏜但究竟哪一種更好一些呢􀏡這就要對(duì)R410A 和R404A 的熱力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行計(jì)算比較。</p><p>　　2.2 初步確定制冷工況

47、</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求可知􀏜該低溫冷卻液循環(huán)泵的最高環(huán)境使用溫度為35℃􀏜采用強(qiáng)制對(duì)流風(fēng)冷式，室外空氣干球溫度即冷凝器進(jìn)風(fēng)溫度為32℃。由于一般情況下，冷凝溫度與進(jìn)風(fēng)口溫度之差為15℃左右[8]。在此可初步選定冷凝溫度為50℃。其中，為了保證制冷系統(tǒng)能有更大的制冷量，制冷劑可以有一定的過(guò)冷度，現(xiàn)取為5℃。</p><p>　　從設(shè)計(jì)要求的制冷

48、溫度-10℃來(lái)看，應(yīng)使蒸發(fā)溫度比制冷溫度稍低一些，一般為3¬5℃。但是考慮到該裝置要使用載冷劑，要求回水溫度-5℃，出水溫度為-10℃，并且為了防止制冷劑的“液擊”現(xiàn)象，要求應(yīng)有一定的過(guò)熱度。綜合這幾方面的因素，􀏜 擬定蒸發(fā)溫度為-15℃；􀏜有效過(guò)熱2℃。</p><p>　　故制冷工況如下：􀏟</p><p>　　蒸發(fā)溫度

49、-15℃，有效過(guò)熱2℃；冷凝溫度50℃，過(guò)冷5℃。</p><p><b>　　3 設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p>　　3.1　制冷劑熱力學(xué)性能計(jì)算</p><p>　　在第二部分“制冷系統(tǒng)的選擇”中,我們確定采用單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)。但是并沒(méi)有探討是否采用回?zé)崞鬟M(jìn)行過(guò)熱?，F(xiàn)探討如下:􀏟當(dāng)使用回?zé)崞鲿r(shí),雖然有利于節(jié)能,利用了回?zé)?/p>

50、,但是考慮到此時(shí)制冷劑的排氣溫度過(guò)高,可高達(dá)140℃,不利于潤(rùn)滑油的穩(wěn)定性,并且造成冷凝壓力升高等因素,故針對(duì)此小型制冷設(shè)備不采用回?zé)崞鳌?lt;/p><p>　　綜上可知,該制冷系統(tǒng)采用單級(jí)壓縮制冷循環(huán)沒(méi)有回?zé)崞?。其制冷劑熱力學(xué)性能計(jì)算的壓焓圖如下:</p><p>　　表3-1 各狀態(tài)點(diǎn)的參數(shù)值</p><p><b>　　單位質(zhì)量制冷量</b>

51、;</p><p><b>　　(3-1)</b></p><p><b>　　單位理論功</b></p><p><b>　　(3-2)</b></p><p><b>　　單位實(shí)際功</b></p><p><b>　

52、　(3-3)</b></p><p><b>　　單位冷凝負(fù)荷</b></p><p><b>　　(3-4)</b></p><p><b>　　制冷劑循環(huán)質(zhì)量流量</b></p><p><b>　　(3-5)</b></p>

53、<p><b>　　實(shí)際輸氣量</b></p><p><b>　　(3-6)</b></p><p><b>　　單位容積制冷量</b></p><p><b>　　(3-7)</b></p><p>　　壓縮機(jī)實(shí)際功率

54、 </p><p><b>　　(3-8)</b></p><p>　　冷凝器實(shí)際功率 </p><p><b>　　(3-9)</b></p&

55、gt;<p><b>　　實(shí)際制冷系數(shù)</b></p><p><b>　　(3-10)</b></p><p>　　3.2 冷凝器設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　冷凝器是制冷系統(tǒng)中主要的熱交換設(shè)備之一。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，該冷凝器的冷卻方式采用強(qiáng)制對(duì)流風(fēng)冷，它的主要優(yōu)點(diǎn)是不需要冷卻水，安裝和使用都很方便。風(fēng)冷

56、冷凝器的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)制冷系統(tǒng)的額定工況確定冷凝器的結(jié)構(gòu)和換熱面積，并選擇合適的風(fēng)機(jī)類(lèi)型。</p><p>　　3.2.1　冷凝器概述</p><p>　　冷凝器是空調(diào)裝置的主要換熱設(shè)備之一。其功能是將壓縮機(jī)排出的高溫過(guò)熱蒸汽冷卻成液態(tài)制冷劑，所放出的熱量被冷卻介質(zhì)吸收后排至周?chē)h(huán)境中。過(guò)熱蒸汽在冷凝器中放熱而變成液體時(shí)，過(guò)程一般如下。</p><p>　　制冷劑在

57、冷凝器中先由過(guò)熱蒸汽冷卻為干飽和蒸汽，放出濕熱，再由干飽和蒸汽冷凝為飽和液體，放出大量潛熱。如果飽和液體繼續(xù)得到冷卻，就成為過(guò)冷液體。按冷卻方式的不同，冷凝器可分為空氣冷卻式冷凝器、水冷卻式冷凝器、蒸發(fā)式冷凝器三大類(lèi)[9]。</p><p>　　3.2.2　冷凝器的比較</p><p>　　3.2.2.1　空氣冷卻式冷凝器</p><p>　　空氣冷卻式冷凝器用于電

58、冰箱、冷藏柜、窗式空調(diào)器、汽車(chē)及鐵路車(chē)廂用空調(diào)裝置、冷藏等運(yùn)輸式制冷裝置，冷卻介質(zhì)為空氣，適用于干旱缺水或水質(zhì)低劣的地區(qū)?？諝饫鋮s式冷凝器根據(jù)空氣的流動(dòng)情況還可分為自然對(duì)流冷卻和強(qiáng)制對(duì)流冷卻兩種。前者主要用做300L以下家用冰箱的冷凝器，后者主要用于中小型氟利昂機(jī)組。</p><p>　　自然對(duì)流空氣冷卻式冷凝器依靠空氣受熱后產(chǎn)生的自然對(duì)流，將制冷劑放出的熱量帶走。這種冷凝器的傳熱效果低于強(qiáng)制流動(dòng)空氣冷卻式冷凝器

59、。由于不用風(fēng)機(jī)，節(jié)省了風(fēng)機(jī)電耗，還避免了風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的噪音，但是這種冷凝器的傳熱系數(shù)很低一般為9～16W/(m·K)。</p><p>　　強(qiáng)制對(duì)流空氣冷卻式冷凝器一般都制作成套片管式，由一組或者幾組蛇形管組成?？諝庠谳S流風(fēng)機(jī)的作用下橫向流過(guò)翅片管。強(qiáng)制通風(fēng)用的風(fēng)機(jī)常用軸流式風(fēng)機(jī)。這種冷凝器的傳熱系數(shù)同樣也較小，一般約為23～35 W/(m·K) 。它必須使用風(fēng)機(jī)，要消耗一定的電能。</p

60、><p>　　3.2.2.2　水冷式冷凝器</p><p>　　水冷式冷凝器是用水作為冷卻介質(zhì)來(lái)對(duì)壓縮機(jī)的排汽進(jìn)行冷卻使其冷凝，冷卻水可用江、湖、河、海及井水等。由于水的溫度較低，所以采用水冷式冷凝器可以得到較低的冷凝溫度和壓力，從而有利于提高制冷裝置的制冷能力及其運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。目前常用的水冷式冷凝器有立式殼管式、臥式殼管式、套管式三種[10]。</p><p>　?。?/p>

61、1）立式殼管式冷凝器在中型或大型的制冷系統(tǒng)中應(yīng)用較廣。立式殼管式冷凝器的優(yōu)點(diǎn)是：占地面積小，可露天安裝，對(duì)水質(zhì)要求較低，清洗方便，傳熱效果比較好，冷卻能力大。其缺點(diǎn)為：冷卻水用量大，耗水量多，流速較高，且比較笨重。</p><p>　?。?）臥式殼管式冷凝器在氨和氟利昂中等或大容量的制冷裝置中都用的很普遍。臥式殼管式冷凝器的優(yōu)點(diǎn)是：傳熱系數(shù)高，結(jié)構(gòu)緊湊，空間高度低，有利于機(jī)組化；冷卻水循環(huán)使用，耗水量相對(duì)立式殼管

62、式冷凝器少；操作方便，運(yùn)行可靠。缺點(diǎn)是：耗水量大，冷卻水流動(dòng)阻力大，水泵耗電多；對(duì)水質(zhì)要求較高，清洗水垢不方便，且需要停止運(yùn)行。</p><p>　?。?）套管式冷凝器由兩根或幾根大小不同的管子組成。大管子內(nèi)套小管子，小管子可以是一根，也可以是數(shù)根。套管式冷凝器一般應(yīng)用于制冷量在40kW以下的小型氟利昂制冷裝置中。運(yùn)行時(shí)制冷劑蒸汽從上部進(jìn)入，凝結(jié)液從下部流出。冷卻水從上部進(jìn)入內(nèi)管，吸熱后從上部流出。制冷劑與冷卻水

63、之間為逆流換熱。在套管式冷凝器中，制冷劑同時(shí)受到冷水及管外空氣的冷卻，因而它的傳熱效果好，但是金屬的消耗量較大。套管式冷凝器的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳熱效果好。缺點(diǎn)是制冷劑和冷卻水的流動(dòng)阻力大，對(duì)水質(zhì)要求較高。</p><p>　　3.2.2.3　蒸發(fā)式冷凝器</p><p>　　蒸發(fā)式冷凝器的換熱主要是靠冷卻水在空氣中蒸發(fā)吸收氣化潛熱而進(jìn)行的[11]。蒸發(fā)式冷凝器的耗水量較少，空氣流量也不大。

64、蒸發(fā)式冷凝器具有以下一些優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　?。?）節(jié)水,一般在水冷式冷凝器中，每1kg冷卻水能帶走16.75～25.12kJ熱量，而1kg水在常壓下蒸發(fā)能帶走約2428kJ熱量，蒸發(fā)式冷凝器正是利用水的蒸發(fā)潛熱來(lái)帶走制冷劑熱量，因而蒸發(fā)式冷凝器理論耗水量?jī)H為一般水冷式冷凝器的1%；考慮到飛濺損失等因素，實(shí)際耗水量約為水冷式的5%-10% 。</p><p>　?。?）節(jié)電，蒸發(fā)式冷

65、凝器的制冷系統(tǒng)冷凝溫度比用風(fēng)冷式或水冷式冷凝器低。因而采用蒸發(fā)式冷凝器將使壓縮機(jī)的輸入功率減少，冷凝器的總耗功率（水泵、風(fēng)機(jī)）也顯著降低。</p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)緊湊，蒸發(fā)式冷凝器本身起了冷卻塔的作用，因此不需配備冷卻塔，由于不需要設(shè)置冷卻塔，故整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、占地面積小。</p><p>　?。?）不污染環(huán)境，不少化工廠以往采用殼管式或者淋激式冷凝器，夏季時(shí)由于冷凝壓力

66、過(guò)高，常常采用“放空降壓”[12]，但每次放出的并不全是不凝性氣體，其中含有大量的氨氣，不僅氨損失相當(dāng)嚴(yán)重，還造成環(huán)境污染，但采用蒸發(fā)式冷凝器后不存在這種現(xiàn)象。</p><p>　　綜上所述，由于裝置所特有的低溫、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、傳熱系數(shù)較小等特點(diǎn)，且制冷量為8KW。故可選用翅片管冷凝器。</p><p>　　3.2.3 確定溫度參數(shù)</p><p>　　在上述公式

67、中，可以查知R404A制冷劑的冷凝熱負(fù)荷Qk=12.024KW。冷凝器設(shè)計(jì)中的各項(xiàng)溫度參數(shù)如下：􀏟</p><p>　　冷凝溫度tk=50℃ 進(jìn)口空氣干球溫度ta1=32℃</p><p>　　為保證進(jìn)出口風(fēng)溫差在8-10℃左右，這里取出口風(fēng)溫度為ta2=42℃</p><p>　　進(jìn)出口空氣溫差ta2—ta1=10℃</p><

68、;p><b>　　則對(duì)數(shù)平均溫差􀏟</b></p><p>　　3.2.4 （3-11）</p><p>　　3.2.4 冷凝器的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　選擇翅片管冷凝器，壓縮機(jī)潤(rùn)滑油用聚酯油。</p><p>　　(1)選定蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)參數(shù) </p><p&g

69、t;　　選用Φ120.5mm的紫銅管，肋片選用縫隙式=0.15mm的鋁片，肋片節(jié)距=2.7mm。管束為正三角型排列，管間距=30mm；迎面風(fēng)速，采用三角形、叉排。</p><p>　　(2)計(jì)算幾何參數(shù)</p><p>　　肋片為平直套片，考慮套片后的管外徑為</p><p><b>　?。?-12）</b></p><p

70、>　　以圖3-2示出的計(jì)算單元為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，沿氣流流動(dòng)方向的管間距為：</p><p><b>　　圖3-2</b></p><p>　　每米管長(zhǎng)肋片的外表面積</p><p><b>　?。?-13）</b></p><p>　　每米管長(zhǎng)肋片間的管子表面積</p><p

71、><b>　?。?-14）</b></p><p>　　每米管長(zhǎng)的總外表面積</p><p><b>　?。?-15）</b></p><p><b>　　每米管長(zhǎng)的內(nèi)表面積</b></p><p><b>　?。?-16）</b></p>

72、;<p><b>　　由以上計(jì)算可得</b></p><p><b>　?。?-17）</b></p><p>　　(3)計(jì)算空氣側(cè)干表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)</p><p>　　取當(dāng)?shù)卮髿鈮簽橐粋€(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓強(qiáng)，有空氣熱物性參數(shù)得查空氣平均溫度為</p><p><b>　　（3-18）

73、</b></p><p>　　空氣在37下的物性為</p><p>　　則冷凝器所需的空氣體積流量為</p><p><b>　?。?-19）</b></p><p>　　選取迎風(fēng)面積風(fēng)速為wy=2.5m/s </p><p>　　則 （3-

74、20）</p><p>　　選取冷凝器迎風(fēng)面積寬度即有效管長(zhǎng)為L(zhǎng)=0.962m</p><p>　　則迎風(fēng)面高度為 （3-21）</p><p>　　則迎風(fēng)面上管排數(shù)為排 （3-22）</p><p>　　現(xiàn)在假設(shè)冷凝器在空氣的流通方向上管排數(shù)為n=

75、5，則</p><p><b>　　（3-23）</b></p><p><b>　　最窄截面處空氣流速</b></p><p><b>　?。?-24）</b></p><p><b>　　最窄截面當(dāng)量直徑</b></p><p>

76、;<b>　?。?-25）</b></p><p><b>　　又</b></p><p><b>　　查文獻(xiàn)，用插值法得</b></p><p><b>　?。?-26）</b></p><p>　　因?yàn)镽404A與R22性質(zhì)相近，則可查的當(dāng)溫度為50度

77、時(shí)，B=1325.4</p><p>　　所以在管內(nèi)凝結(jié)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為</p><p><b>　　（3-27）</b></p><p>　　翅片的相對(duì)高度有以下計(jì)算得出</p><p><b>　?。?-28）</b></p><p><b>　　取鋁片的熱導(dǎo)率

78、為</b></p><p>　　則翅片的參數(shù)為 （3-29）</p><p><b>　　翅片效率</b></p><p><b>　　（3-30）</b></p><p><b>　　表面翅片效率為</b></p><p&

79、gt;<b>　　（3-31）</b></p><p>　　忽略各有關(guān)污垢熱阻及接觸熱阻的影響，則twi=tw0=tw</p><p><b>　?。?-32）</b></p><p>　　則管內(nèi)凝結(jié)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為</p><p>　　取管壁與翅片管之間的接觸熱阻為rb=0.004m2.k/w ,

80、則空氣側(cè)的污垢熱阻為ro=0.0001m2.k/w</p><p><b>　　紫銅管的熱導(dǎo)率為</b></p><p><b>　　則總的傳熱系數(shù)為</b></p><p><b>　?。?-33）</b></p><p><b>　　則所需的總面積為</b&

81、gt;</p><p>　　所需的有效翅片管長(zhǎng)度為</p><p>　　空氣流動(dòng)方向上管排數(shù)</p><p>　　取圓整后n=5，與預(yù)計(jì)相符。</p><p>　　則實(shí)際總有效翅片管長(zhǎng)</p><p><b>　　實(shí)際傳熱面積為</b></p><p>　　比所需傳熱面積大

82、，足夠冷凝符合所需。</p><p>　　3.3 風(fēng)機(jī)的選型計(jì)算</p><p>　　由于冷凝器的迎風(fēng)面寬度l=0.962m,高度H=0.43m，故從尺寸上考慮，該冷凝器安裝兩臺(tái)小型軸流風(fēng)機(jī)即可滿(mǎn)足要求。</p><p><b>　　動(dòng)壓：</b></p><p><b>　　靜壓：</b><

83、/p><p>　　風(fēng)機(jī)采用電動(dòng)機(jī)直接傳動(dòng)，由于是小型軸流風(fēng)機(jī)，現(xiàn)取傳動(dòng)效率 ， 取風(fēng)機(jī)全壓效率,則電動(dòng)機(jī)輸入功率是</p><p><b>　?。?-34）</b></p><p><b>　　故風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)量􀏟</b></p><p>　　電機(jī)輸入功率為88.07W,風(fēng)壓為55.39Pa

84、。</p><p>　　根據(jù)以上所述的風(fēng)機(jī)要求􀏜現(xiàn)選用“鞍山風(fēng)機(jī)廠”的小型軸流風(fēng)機(jī)。選用的型號(hào)是􀏟T35，機(jī)號(hào)為3.15,其主要性能參數(shù)如下：􀏟</p><p>　　額定輸入功率259W,轉(zhuǎn)速2000r/min,進(jìn)風(fēng)量3416m3/h，電機(jī)型號(hào)為YSF-6372，電機(jī)功率為0,37KW，尺寸400×282×400.&

85、lt;/p><p>　　4. 壓縮機(jī)的選型與校核</p><p>　　壓縮機(jī)在蒸汽壓縮式制冷空調(diào)系統(tǒng)中，壓縮機(jī)是決定制冷系統(tǒng)能力大小的關(guān)鍵部件，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行性能、噪聲、振動(dòng)、維護(hù)和使用壽命等有著直接的影響。它是整個(gè)制冷系統(tǒng)的動(dòng)力來(lái)源，它在消耗一定的電功后，將蒸發(fā)器中的低壓制冷劑氣體吸入，并把它壓縮到冷凝壓力再進(jìn)入冷凝器中去，從而保證制冷劑蒸汽能在常溫下冷凝液化，從而使得制冷循環(huán)得以順利進(jìn)行，因

86、而人們形象地稱(chēng)之為制冷設(shè)備的心臟。</p><p>　　制冷壓縮機(jī)按密封結(jié)構(gòu)形式可分為開(kāi)啟式壓縮機(jī)、半封閉式壓縮機(jī)和全封閉式壓縮機(jī)。15KW以下的小容量制冷壓縮機(jī)大多采用全封閉式壓縮機(jī)。全封閉式壓縮機(jī)中電動(dòng)機(jī)和壓縮機(jī)連成一個(gè)整體，裝在一個(gè)不能拆開(kāi)的密封機(jī)殼中，使用可靠性高，壽命長(zhǎng)，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音低，體積小，使用于小制冷量系統(tǒng)中。由于此次設(shè)計(jì)的空調(diào)系統(tǒng)的制冷量為8kw，因此本設(shè)計(jì)選用全封閉式制冷壓縮機(jī)。</p

87、><p>　　由于壓縮機(jī)是制冷產(chǎn)品技術(shù)含量最高、生產(chǎn)代價(jià)最大的關(guān)鍵部件。因而，國(guó)際上對(duì)制冷壓縮機(jī)的研究從未停止、永無(wú)止境，從傳熱流動(dòng)、噪聲振動(dòng)、摩擦潤(rùn)滑、材料材質(zhì)、加工工藝到性能與可靠性，從機(jī)理分析、理論研究到機(jī)械結(jié)構(gòu)、測(cè)試技術(shù)等，幾乎無(wú)所不包。每年都有大量的研究成果和文獻(xiàn)出現(xiàn)，也能夠觀察到因之帶來(lái)的進(jìn)步和收益[13]。同時(shí)近年來(lái)，國(guó)內(nèi)制冷壓縮機(jī)的研究與技術(shù)進(jìn)步也取得了可喜的進(jìn)展，特別是冰箱壓縮機(jī)行業(yè)。在UNDP/G

88、EF 中國(guó)節(jié)能冰箱項(xiàng)目的推動(dòng)下，冰箱壓縮機(jī)的性能系數(shù)從幾年前的1.0 左右發(fā)展到今天有數(shù)家國(guó)內(nèi)冰箱壓縮機(jī)企業(yè)最高達(dá)到1.95，從而在一定程度上促進(jìn)了制冷設(shè)備的發(fā)展。</p><p>　　4.1 壓縮機(jī)的比較</p><p>　　4.1.1 滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)</p><p>　　滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)是家用空調(diào)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)型式之一。滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)比往復(fù)式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單得多

89、, 而且體積小、重量輕、零部件少,尤其易損件少,比同樣制冷量的往復(fù)式壓縮機(jī)體積可減少60%,重量減少35% ,零件減少50 %。這種壓縮機(jī)只進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),不需將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊鶑?fù)運(yùn)動(dòng),所以運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、振動(dòng)小、噪聲低、質(zhì)量穩(wěn)定、可靠性高。在結(jié)構(gòu)上,可把余隙容積做得很小,基本上沒(méi)有膨脹氣體的干擾。此外無(wú)吸氣閥,使流動(dòng)阻力小,導(dǎo)致容積效率高、性能好、能效比高。但這種壓縮機(jī)對(duì)零件加工精度要求高,比活塞式的壽命短；而且這種壓縮機(jī)只有一個(gè)轉(zhuǎn)子且為

90、偏心布置,轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)振動(dòng)和噪聲仍較大,特別是對(duì)于較大功率機(jī)組,其氣缸排量一般在6～44cm3/ r。它分成幾個(gè)系列,從小功率到中功率, 品種較多。而且為了便于管理和降低成本，使零、部件通用化程度較高,每個(gè)系列產(chǎn)品外形基本相似,均為定功率段的產(chǎn)品。</p><p>　　提高壓縮機(jī)COP 值的措施主要是提高加工和裝配精度,對(duì)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì),改進(jìn)排氣閥結(jié)構(gòu),增大電機(jī)疊片厚度,采用特低鐵損高磁通量的硅鋼片和提高槽

91、前率等多方面來(lái)實(shí)現(xiàn)；降低壓縮機(jī)噪聲主要通過(guò)更好的動(dòng)、靜平衡來(lái)減小振動(dòng), 緩沖壓力脈動(dòng),以及設(shè)計(jì)更好的消聲器等途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)；而提高壓縮機(jī)的可靠性主要采用改進(jìn)材料、加強(qiáng)工藝控制,強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)手段,特別加工和設(shè)計(jì)保護(hù)元件和連接元件等來(lái)確保電機(jī)可靠性。利用徹底清除垃圾、應(yīng)用高強(qiáng)度材料、進(jìn)行各種試驗(yàn)以及根據(jù)不同情況配以不同儲(chǔ)液器來(lái)確保壓縮機(jī)的可靠性。</p><p>　　4.1.2　渦旋式壓縮機(jī)</p><p

92、>　　渦旋式壓縮機(jī)是一類(lèi)較新型的壓縮機(jī)，它也是家用空調(diào)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)型式之一。長(zhǎng)期以來(lái), 由于軸向力不能穩(wěn)定平衡, 防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)不靈活,軸向、徑向密封不完善, 以及渦形盤(pán)加工困難, 故未達(dá)到實(shí)用化程度。直至70年代后, 經(jīng)美、日等國(guó)的研究, 才使渦旋式壓縮機(jī)走上實(shí)用化道路?？计仗m、開(kāi)利、日立、三菱公司均生產(chǎn)這種壓縮機(jī)。其主要特點(diǎn)有:①無(wú)吸、排氣閥,吸氣壓力損失小,壓縮室壓差小, 無(wú)余隙容積, 容積效率高, 可靠性高,功耗小, COP 大

93、；②渦旋回旋運(yùn)動(dòng)能形成幾對(duì)壓縮腔,因此力矩變化小,振動(dòng)小,噪音低；③結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,零部件少, 尤其易損件少，體積小，重量輕；④對(duì)液擊不敏感;⑤轉(zhuǎn)速高,有利于實(shí)現(xiàn)變頻控制的方式來(lái)調(diào)節(jié)制冷量；⑥采用一種背壓可自動(dòng)調(diào)節(jié)的可控推力機(jī)構(gòu),這樣可保持軸向密封, 減少機(jī)械損失,防止異常高壓, 確保壓縮機(jī)安全；⑦便于采用氣體注入循環(huán),從而可提高節(jié)能效果,減少壓縮機(jī)開(kāi)、停頻率,控制室溫變化，實(shí)現(xiàn)舒適空調(diào)；⑧制造、加工精度高,成本較高?？傮w來(lái)說(shuō),其綜合性能稍好

94、于滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式,特別適合于低噪聲要求。目前主要用在3～5HP3大功率高檔空調(diào)器上,是當(dāng)前產(chǎn)品中最先進(jìn)的。</p><p>　　目前渦旋式壓縮機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)主要在：①進(jìn)一步改進(jìn)渦旋盤(pán)加工制造工藝, 降低成本；②提高加工和裝配精度, 合理考慮實(shí)際運(yùn)行中密封間隙，降低泄漏損失, 進(jìn)一步提高效率；③研究變轉(zhuǎn)速下渦旋式壓縮機(jī)性能, 提高工作轉(zhuǎn)速；④研究開(kāi)發(fā)自轉(zhuǎn)型渦旋式壓縮機(jī)等。</p><p>　　4.

95、1.3 往復(fù)式活塞式壓縮機(jī)</p><p>　　往復(fù)式制冷壓縮機(jī)迄今還是應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)型，廣泛應(yīng)用于中、小型制冷裝置中，按其結(jié)構(gòu)分為滑管式和連桿式壓縮機(jī)兩類(lèi)。</p><p><b>　?。?）滑管式壓縮機(jī)</b></p><p>　　滑管式壓縮機(jī)產(chǎn)生于20 世紀(jì)60 年代,它是往復(fù)活塞式壓縮機(jī)的一種類(lèi)型。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 工藝性好,成

96、本較低,對(duì)零部件的加工精度要求不高,制造和裝配都比較容易,所以發(fā)展較快。目前這類(lèi)壓縮機(jī)在國(guó)內(nèi)外的電冰箱等小型制冷設(shè)備生產(chǎn)中應(yīng)用比較普遍。缺點(diǎn)是活塞與缸壁間的側(cè)力較大、磨擦功耗大、能效比偏低,因此目前滑管式壓縮機(jī)正在進(jìn)入衰退期,將逐漸被連桿式壓縮機(jī)或旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)所取代。</p><p><b>　?。?）連桿式壓縮機(jī)</b></p><p>　　連桿式壓縮機(jī)也屬往復(fù)活塞

97、式,是制冷設(shè)備中采用時(shí)間較早的一種。其特點(diǎn)是運(yùn)轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)、噪聲低、磨損小、使用壽命長(zhǎng)、能效比較高、工作可靠、綜合性能優(yōu)良。但由于零部件形狀復(fù)雜,加工精度要求較高,工藝難度較大,因此其發(fā)展一度受到限制,在電冰箱及其它小型制冷設(shè)備中被滑管式和旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)所取代[14]。近幾年來(lái)隨著機(jī)械工業(yè)的不斷發(fā)展,對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了多方面的技術(shù)改進(jìn)。目前連桿式壓縮機(jī)已成為電冰箱壓縮機(jī)的主導(dǎo)產(chǎn)品,總需求是有較大的提高。</p><p>

98、　　4.1.4 離心式壓縮機(jī)</p><p>　　離心式壓縮機(jī)是一種速度型壓縮機(jī)。氣體在高速旋轉(zhuǎn)的葉輪中獲得高速度后，再在環(huán)形通道中將速度動(dòng)能變?yōu)閴毫ξ荒埽瑥亩岣邭怏w的壓力。根據(jù)壓縮機(jī)中安裝的工作輪數(shù)量的多少，分為單級(jí)式和多級(jí)式。如果只有一個(gè)工作輪，就稱(chēng)為單級(jí)離心式壓縮機(jī)，如果由幾個(gè)工作輪串聯(lián)而組成，就稱(chēng)為多級(jí)離心式壓縮機(jī)。在空調(diào)中，由于壓力增高較少，所以一般都是采用單級(jí)，其它方面所用的離心式制冷壓縮機(jī)大都是

99、多級(jí)的。單級(jí)離心式制冷壓縮機(jī)的構(gòu)造主要由工作輪、擴(kuò)壓器和蝸殼等所組成，壓縮機(jī)工作時(shí)制冷劑蒸汽由吸汽口軸向進(jìn)入吸汽室，并在吸汽室的導(dǎo)流作用引導(dǎo)由蒸發(fā)器(或中間冷卻器)來(lái)的制冷劑蒸汽均勻地進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)的工作輪(工作輪也稱(chēng)葉輪，它是離心式制冷壓縮機(jī)的重要部件，因?yàn)橹挥型ㄟ^(guò)工作輪才能將能量傳給汽體)。汽體在葉片作用下，一邊跟著工作輪做高速旋轉(zhuǎn)，一邊由于受離心力的作用，在葉片槽道中作擴(kuò)壓流動(dòng)，從而使汽體的壓力和速度都得到提高。由工作輪出來(lái)的汽體再

100、進(jìn)入截面積逐漸擴(kuò)大的擴(kuò)壓器(因?yàn)槠w從工作輪流出時(shí)具有較高的流速，擴(kuò)壓器便把動(dòng)能部分地轉(zhuǎn)化為壓力能，從而提高汽體的壓力)。汽體流過(guò)擴(kuò)壓器時(shí)速度減小，而壓力則進(jìn)一步提高,經(jīng)擴(kuò)壓器后汽體匯集到蝸殼中，</p><p>　　離心式制冷壓縮機(jī)的特點(diǎn)與特性：離心式制冷壓縮機(jī)與活塞式制冷壓縮機(jī)相比較，具有下列優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)螜C(jī)制冷量大，在制冷量相同時(shí)它的體積小，占地面積少，重量較活塞式輕5～8倍；由于它沒(méi)有汽閥活塞環(huán)等易損部件，又沒(méi)

101、有曲柄連桿機(jī)構(gòu)，因而工作可靠、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音小、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)費(fèi)用低；工作輪和機(jī)殼之間沒(méi)有摩擦，無(wú)需潤(rùn)滑。故制冷劑蒸汽與潤(rùn)滑油不接觸，從而提高了蒸發(fā)器和冷凝器的傳熱性能；能經(jīng)濟(jì)方便的調(diào)節(jié)制冷量且調(diào)節(jié)的范圍較大；對(duì)制冷劑的適應(yīng)性差，一臺(tái)結(jié)構(gòu)一定的離心式制冷壓縮機(jī)只能適應(yīng)一種制冷劑；離心式壓縮機(jī)在大冷量范圍內(nèi)（大于1500kw）仍保持優(yōu)勢(shì)，這主要是受益于在這個(gè)冷量范圍內(nèi)，它具有無(wú)可比擬的系統(tǒng)總效率。離心式壓縮機(jī)的運(yùn)動(dòng)零件少而簡(jiǎn)單，且其制造精

102、度要比螺桿式壓縮機(jī)低的多，這些都帶來(lái)制造費(fèi)用相對(duì)低且可靠的特點(diǎn)。此外，大型離心式壓縮機(jī)如應(yīng)用在工作壓力變化范圍狹小的場(chǎng)合中，可以避開(kāi)由喘振所帶來(lái)的問(wèn)題，在不久的將來(lái)，總體和部分負(fù)荷（Integrated part lode value）將愈來(lái)愈被重視，從而要求離心式壓縮機(jī)要在較寬廣的應(yīng)用工況中工作效率高。但是，相對(duì)來(lái)講，離心式壓縮機(jī)的發(fā)展近來(lái)有所緩慢，因?yàn)?lt;/p><p>　　4.1.5　螺桿式壓縮機(jī)<

103、/p><p>　　螺桿式壓縮機(jī)是靠汽缸中一對(duì)含有螺旋齒槽的轉(zhuǎn)子相互嚙合，造成有齒形空間組成的基元容積的變化，進(jìn)行制冷劑氣體壓縮。螺桿式空氣壓縮機(jī)的工業(yè)生產(chǎn)始于1950 年，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易損件少、外形緊湊、排氣溫度低、質(zhì)量輕、不怕氣體中帶液和帶塵壓縮等優(yōu)點(diǎn),在國(guó)內(nèi)外得到了飛速的發(fā)展。在操作上, 螺桿壓縮機(jī)是壓縮機(jī)中最簡(jiǎn)單的類(lèi)型之一。在成本上，螺桿式壓縮機(jī)和往復(fù)的、重型水冷卻式壓縮機(jī)相比, 每單位馬力的原始投資要低30

104、 %[16]。</p><p>　　隨著螺桿式空氣壓縮機(jī)的更新?lián)Q代, 它更是具備了高性能配置、高效率、高可靠性、高度智能化、友好的人機(jī)界面、安裝費(fèi)用低、適應(yīng)國(guó)內(nèi)電源、運(yùn)行費(fèi)用低、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)。因此, 在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi), 小容量空氣壓縮機(jī)將以螺桿式為主。</p><p>　　針對(duì)本設(shè)計(jì)課題􀏜現(xiàn)擬采用全封閉活塞式制冷壓縮機(jī)􀏜原因有以下幾個(gè)：</p

105、><p>　　􀏚1)往復(fù)式壓縮機(jī)能適應(yīng)叫廣闊的壓力范圍和制冷量的要求。</p><p>　　􀏚2)熱效率高,單位耗電量較少,特別在偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)更明顯。</p><p>　　􀏚3)對(duì)材料要求低,多用普通鋼鐵材料,加工比較容易,造價(jià)較低廉。</p><p>　　􀏚4)技術(shù)上較為

106、成熟,生產(chǎn)使用上積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。</p><p>　　􀏚5)采用全封閉式,可以有效的防止制冷劑的泄露。</p><p>　　綜合以上五點(diǎn)，故選定采用全封閉活塞式制冷壓縮機(jī)。</p><p>　　4.2 壓縮機(jī)的選型計(jì)算</p><p>　　采用全封閉活塞式制冷壓縮機(jī)，現(xiàn)擬定根據(jù)以下兩點(diǎn)來(lái)選取壓縮機(jī)，理論排氣量和軸功率。&l

107、t;/p><p>　　4.2.1 理論排氣量的計(jì)算</p><p>　　從公式可以查知采用R404A時(shí)壓縮機(jī)的實(shí)際輸氣量理論排氣量􀏟 （4-1）</p><p>　　理論排氣量 （4-

108、2）</p><p>　　輸氣系數(shù)􀏟 􀀏 （4-3）</p><p>　　——壓縮機(jī)的容積系數(shù)</p><p>　　􀀏 ——壓縮機(jī)的壓力系數(shù)</p><p>　　􀀏 ——壓縮機(jī)的溫度系數(shù)</p&

109、gt;<p>　　——壓縮機(jī)的泄露系數(shù)</p><p>　　以上數(shù)據(jù)現(xiàn)分別計(jì)算于下􀏟</p><p>　　容積系數(shù)，C-相對(duì)余隙容積2.5%-6%,取3%</p><p>　　m-等端點(diǎn)膨脹多變指數(shù)，取m=1</p><p>　　壓比 （

110、4-4）</p><p><b>　　（4-5）</b></p><p>　　壓力系數(shù) （4-6）</p><p>　　——吸氣壓力相對(duì)損失，取0.06</p><p><b>　　泄露系數(shù)為</b></p><

111、p>　　溫度系數(shù) （4-7）</p><p><b>　　輸氣系數(shù)為</b></p><p><b>　?。?-8）</b></p><p><b>　　壓縮機(jī)理論輸氣量為</b></p><p><b>　　軸功率計(jì)算<

112、;/b></p><p>　　電機(jī)效率 ，機(jī)械效率</p><p>　　壓縮機(jī)的實(shí)際功率，即運(yùn)行時(shí)指示功率</p><p>　　壓縮機(jī)的軸功率為 （4-9）</p><p>　　電機(jī)輸入功率為 （4-10）</p><p>　　綜合以上計(jì)算

113、數(shù)據(jù)可知，壓縮機(jī)的軸功率</p><p><b>　　理論排氣量</b></p><p>　　制冷量為Qk=1 kW。</p><p>　　故在此選用法國(guó)丹弗斯的全封閉活塞式壓縮機(jī)，其型號(hào)是MTZ125HU4</p><p>　　主要性能參數(shù)如下：名義工況to =7.2 ℃， tk =54.4 ℃，過(guò)熱度10℃，過(guò)冷度0

114、℃.額定制冷量Qos =10751W，名義工況下的理論排氣量</p><p>　　名義工況下的軸功率氣缸數(shù)為4 個(gè)，壓縮機(jī)凈重64 kg。</p><p>　　4.2.2 壓縮機(jī)的校核</p><p>　　壓縮機(jī)一般有三個(gè)工況,名義工況、運(yùn)行工況和試驗(yàn)工況。名義工況即壓縮機(jī)的銘牌上所給出的工況,運(yùn)行工況是用戶(hù)在使用時(shí)的工況。一般說(shuō)來(lái),壓縮機(jī)的名義工況和運(yùn)行工況并不相

115、同。這時(shí)為了保障所選壓縮機(jī)能夠正常使用,故需要對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行校核。</p><p>　　4.2.2.1 壓縮機(jī)名義工況下的熱力計(jì)算</p><p>　　仍采用單級(jí)壓縮制冷循環(huán)，無(wú)回?zé)嵯到y(tǒng)，其壓焓圖如下所示:</p><p>　　表4-1 各狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)值</p><p><b>　　單位質(zhì)量制冷量</b></p>