采用冰盤管的地熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計【含CAD圖紙+文檔】

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本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目 采用冰盤管蓄冷的地熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)生姓名 專業(yè)班級 學(xué) 號 院 （系） 指導(dǎo)教師(職稱) 完成時間 采用冰盤管蓄冷的地熱泵空調(diào)系統(tǒng) 摘 要 冰蓄冷和地熱泵是兩種截然不同的技術(shù)。為了克服蓄冷技術(shù)與地熱泵技術(shù)單獨應(yīng)用時的局限性，真正使二者結(jié)合起來起到“削峰填谷”的功效，本文基于具體工程設(shè)計了水源熱泵與冰蓄冷聯(lián)合運行的空調(diào)系統(tǒng)。對系統(tǒng)的運行策略，流程配置進行了分析，確立了系統(tǒng)的最優(yōu)化設(shè)計方案。充分分析了水源熱泵技術(shù)與冰蓄冷技術(shù)結(jié)合的優(yōu)勢。通過實例介紹了水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)制冷壓縮機及設(shè)備、管道的計算與選配。同時介紹了冰蓄冷設(shè)計計算程序，關(guān)鍵參數(shù)的選擇，結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)考慮的問題，探討了冰蓄冷器設(shè)計時關(guān)鍵參數(shù)的內(nèi)在聯(lián)系和選用范圍。設(shè)計了一個采用冰盤管蓄冷的水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞 地熱泵 冰盤管蓄冷 I COLD STORAGE OF WATER SOURCE HEAT PUMP AIR-CONDITIONING SYSTEM USING ICE COIL ABSTRACT Ice storage and water source heat pump are two different technologies.In order to overcome the limitations of single application of cold storage technology and water source heat pump technology and to play the "cut the peak and valley" effect by combining the two , this paper presents the design calculation program of an air conditioning system based on the water source heat pump and ice cold joint operation. By analyzing the operation strategy and process configurations of the system, the optimal design scheme is determined. A full analysis of the advantages of the combination of the water source heat pump technology and ice storage technology.Using an actual engineering to introduce the calculation and selection of refrigeration compressors,equipment and pipeline of the water source heat pump air conditioning system . At the same time,the paper introduces the program design of ice storage cold, the selection of key parameters and the problem should be considered in the structural design and discusses the internal relation and the selection range of ice storage tank design of key parameters. KEYWORDS water source heat pump ice-on-coil thermal storage I 目 錄 中文摘要 I 英文摘要 II 1 前言 1 2 已知條件及可行性方案 1 2.1已知條件 1 2.2制冷劑選擇方案分析 1 2.3 制冷系統(tǒng)方案分析 3 2.3.1 水源熱泵 3 2.3.2 壓縮機 5 2.3.3 冷凝器 7 2.4 蓄冷方案分析 10 2.4.1 蓄冷系統(tǒng) 10 2.4.2 蓄冷材料 12 2.5 方案選擇 12 3 設(shè)計計算 12 3.1 熱力循環(huán)計算 12 3.2 壓縮機選擇 14 3.3 實際工況下的熱力循環(huán)計算 15 3.4 冷凝器設(shè)計計算 16 3.4.1 計算各種參數(shù) 16 3.4.2 冷凝器的結(jié)構(gòu)設(shè)計 19 3.5 隔熱計算 23 3.5.1 隔熱層材料的選擇 23 3.5.2 隔熱層厚度的計算 24 3.6 冰盤管蒸發(fā)器的設(shè)計計算 25 3.6.1 冰蓄冷器結(jié)構(gòu)設(shè)計 25 3.6.2 冰蓄冷器傳熱計算 26 3.6.3 傳熱面積校核 27 4 零部件的選擇 27 4.1 節(jié)流裝置 27 4.1.1 常用的節(jié)流機構(gòu)的種類和用途 27 4.1.2 膨脹閥的選擇 32 4.2 干燥過濾器的選擇 33 4.3 散流器的選擇 34 4.4 風機盤管的選擇 35 結(jié) 束 語 36 致 謝 37 參考文獻 38 附 錄 39 采用冰盤管蓄冷的地熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計 I 1 前言 我國是一個能源供應(yīng)較為緊張的國家，政府雖投入了大量的財力建設(shè)電廠，但隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和人民生活水平的提高，大中城市制冷空調(diào)的用電量與日俱增，因此仍出現(xiàn)電力供應(yīng)高峰不足，低谷過剩的矛盾。 水源熱泵是利用地球水體所儲藏的太陽能資源作為冷熱源進行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)具有環(huán)保效益顯著特征。地表土壤和水體不僅是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47%的太陽輻射能量，比人類每年利用能量的500倍還多（地下的水體是通過土壤間接地接受太陽輻射能量），而且是一個巨大的動態(tài)能量平衡系統(tǒng)，地表土壤和水體自然地保持能量接受和發(fā)散的相對的均衡。這使得利用儲存于其中的近乎無限的太陽能或地熱能成為可能。水源熱泵機組以水一載體，在冬季采集來自湖水、河水、地下水及地熱尾水，甚至工業(yè)廢水、污水的低品位熱能，取得能量供給室內(nèi)取暖；在夏季把室內(nèi)的熱量取出，釋放到水中，以達到夏季空調(diào)供冷的目的。 冰蓄冷是指用水或有機鹽溶液作為蓄冷介質(zhì)，在電力非峰值期用于制成冰或冰晶（即一種冰水混合物）借助其凝固相變過程的放熱作用將冷量蓄存起來，在電力峰值期內(nèi)，利用冰或冰晶融解相變過程的潛熱吸熱作用，再將冷量釋放出來，用以滿足用戶的冷量需求。 本次設(shè)計的水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，通過方案論證，選擇了最優(yōu)設(shè)計方案。采用雙冰盤管空調(diào)蓄冷的方法，經(jīng)過嚴格的設(shè)計計算，選用了合適的零部件，并且合理安排了整體布局，最終達到了設(shè)計要求。 隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，水源熱泵和冰蓄冷應(yīng)用會越來越廣。怎樣選擇最經(jīng)濟的制冷方式，怎樣使系統(tǒng)運行更節(jié)能是一個值得認真研究和實踐的課題。 2 已知條件及可行性方案 2.1已知條件 使用負荷：民用住宅， 峰值制冷功率6KW 氣候環(huán)境類型：N(空氣干球溫度32℃、空氣露點溫度28.2℃) 使用環(huán)境相對濕度：≤85％ 電源： 380V 50Hz AC 2.2制冷劑選擇方案分析 在空調(diào)制冷機組中，不斷循環(huán)并交替進行集態(tài)變化（液化和汽化），以實現(xiàn)制冷的物質(zhì)是制冷劑。在蒸汽壓縮式制冷裝置中，制冷劑在低溫低壓的蒸發(fā)器內(nèi)由液態(tài)變成氣態(tài)而吸收被冷卻物質(zhì)的熱量，而在高溫高壓的冷凝器內(nèi)有氣態(tài)變成液態(tài)而放出熱量。 制冷劑物理性能的要求：制冷劑應(yīng)有低的凝固點，能在低溫下工作；制冷劑應(yīng)有高的臨界溫度；制冷劑的比重和黏度要小，以減少在制冷系統(tǒng)中的流動阻力；制冷劑應(yīng)有一定的吸水性，以防止制冷系統(tǒng)的冰堵現(xiàn)象。 制冷劑化學(xué)性能的要求：制冷劑應(yīng)無毒、無刺激性，對人體健康誣害；制冷劑應(yīng)不燃燒、不易爆炸；制冷劑對金屬的腐蝕應(yīng)小；制冷劑在高溫下應(yīng)不分解，化學(xué)性能穩(wěn)定；制冷劑與潤滑油互溶，不起化學(xué)反應(yīng)，不改變潤滑油的特性。 制冷劑熱力學(xué)性能的要求：制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)溫度要低，這樣相應(yīng)的蒸發(fā)壓力也低；制冷劑的冷凝壓力不宜過高，一般應(yīng)為1.2MPa-1.5MPa；絕熱指數(shù)要小，以便于使壓縮機耗功減少，并且在壓縮結(jié)束時氣體的溫度不會過高；液體比熱小，以便于節(jié)流過程的損失減少；制冷劑蒸汽的比容要小，蒸發(fā)潛熱和單位容積制冷量要大，以減少制冷劑的循環(huán)量；循環(huán)的熱力完善度要高。 制冷劑經(jīng)濟性能的要求：要求制冷劑價格便宜，易于獲得。 R12 R407C R717 制冷劑的名稱 二氟二氯甲烷 HFC型致冷劑 氨 分子量 120.9 52.0 17 標準大氣壓下的沸點（℃） -29.8 -40.8 -33.4 凝固溫度（℃） -157.8 -160 -77.7 臨界溫度（℃） 111.7 96 132.4 臨界壓力（kPa） 4113 4974 11417 臨界比容(dm3/kg) 1.792 1.904 4.245 汽化潛熱(0℃)(kJ/kg) 151.5 205.4 1257.3 絕熱指數(shù)(20℃) 1.138 1.19 1.32 飽和液體(kJ/kg. ℃) 0.96 2.0 4.734 飽和氣體(kJ/kg℃) 0.69 2.6 2.963 飽和液體密度(300K)(kg/m3) 1304.2 1183.5 600.19 飽和氣體密度(300K)(kg/m3) 38.79 46.67 8.25 飽和液體 231 70 157.7 飽和氣體 12.46 21.3 11.07 導(dǎo)熱系數(shù)(290K) 飽和液體(mW/m.K) 72.4 58.4 500 飽和氣體(mW/m.K) 9.23 23.5 25.6 表1 常用制冷劑的主要性能 制冷劑R22是常用的制冷劑，在相同的蒸發(fā)溫度冷凝溫度下，R407C的壓力比R12要高65%左右，在常溫下的冷凝壓力和單位容積制冷量與胺差不多，而比R12大。 R407C無色、無味，不燃燒、不爆炸，毒性比R22略大，但仍是安全的制冷劑。傳熱性能與R12相近：溶水性比R12稍大，但仍屬于不溶水工質(zhì)，含水量仍然控制在0.0025%以內(nèi)，同時系統(tǒng)內(nèi)也應(yīng)裝干燥器。 R407C能夠部分地與潤滑油互溶解，且起溶解度與潤滑油的種類和溫度有關(guān)。 R407C對金屬與非金屬的作用與R12相似，其泄露特性也與R12相似。 R407C對有機物的膨潤作用更強，密封材料可采用氯乙醇橡膠。 R407C對大氣臭氧層的破壞作用比R12弱一些。 所以選用R407C制冷劑。 2.3 制冷系統(tǒng)方案分析 2.3.1地熱泵 地熱是一種可再生的自然能源。盡管目前它的應(yīng)用還不能像傳統(tǒng)能源(煤、石油、天然氣、水力能和核能)那樣廣泛，但由于地殼里蘊藏著豐富的地熱能，特別是在傳統(tǒng)能源越來越缺乏的今天，地熱能利用在許多國家已得到了相當?shù)闹匾?。地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)是利用了地球表面淺層地熱資源(通常小于400米深)作為冷熱源，進行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。地表淺層地熱資源可以稱之為地源，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽能、地熱能而蘊藏的低溫位熱能。地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47％的太陽能，比人類每年利用能量的500倍還多。它不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無處不在。這種儲存于地表淺層近乎無限的可再生能源，使得地源也成為清潔的可再生能源一種形式。 地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)是利用水與地源(地下水、土壤或地表水)進行冷熱交換來作為水源熱泵的冷熱源，冬季把地源中的熱量“取”出來，供給室內(nèi)采暖，此時地源為“熱泵”；夏季把室內(nèi)熱量“取”出來，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時地源為“冷源”。地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)通過輸入少量的高品位能源(如電能)，實現(xiàn)低溫位熱能向高溫位轉(zhuǎn)移。與鍋爐(電、燃料)供熱系統(tǒng)相比，鍋爐供熱只能將90％以上的電能或70—90％的燃料內(nèi)能轉(zhuǎn)化為熱量供用戶使用，因此地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)要比電鍋爐加熱節(jié)省三分之二以上的電能，比燃料鍋爐節(jié)省二分之一以上的能量；由于地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的熱源溫度全年較為穩(wěn)定，一般為9—16℃，其制冷、制熱系數(shù)可達3.5—6.3，與傳統(tǒng)的空氣源熱泵相比，要高出40％左右，其運行費用為普通中央空調(diào)的50—60％。 地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當于減少40％以上，與常規(guī)電供暖相比，相當于減少70％以上，如果結(jié)合其他節(jié)能措施減排會更明顯。雖然也采用制冷劑，但比常規(guī)空調(diào)裝置減少25％的充灌量。該裝置的運行沒有任何污染，可以建造在居民區(qū)內(nèi)，沒有燃燒，沒有排煙，也沒有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場地，且不用遠距離輸送熱量。 中國的建筑行業(yè)正處于飛速發(fā)展的階段，人們對生活環(huán)境的要求也越來越高，而生活環(huán)境最主要的就是居住環(huán)境，這種需求帶動了中國的空調(diào)制冷業(yè)的發(fā)展，特別是在“非典”之后，人們對室內(nèi)空氣品質(zhì)（IAQ）有了更深刻的認識，室內(nèi)空氣的好壞直接影響到人們的健康，原來使用的空調(diào)技術(shù)已經(jīng)不能滿足人們的要求，對環(huán)境的需求意識已經(jīng)不是簡單的冷熱意識，而是趨向于健康化、衛(wèi)生化的需求。因此采用更先進的空氣調(diào)節(jié)方法提高空氣品質(zhì)滿足人們的要求成了當前制冷行業(yè)發(fā)展的熱點和重點。 從2001年至今，電力緊缺的問題一直困擾著我們，現(xiàn)在的情形更為嚴重，一方面是我國的經(jīng)濟每年以兩位數(shù)的飛速發(fā)展，另一面是全球性的能源緊缺，再加上去年的全國性的冰災(zāi)，據(jù)有關(guān)部門預(yù)計，今年我國南方尤其是經(jīng)濟發(fā)達的廣東地區(qū)缺電達30%，不少工廠被迫“開四停三”，嚴重影響到了經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展。電廠的發(fā)展又不能盲目的增加發(fā)電量，或者增建新的電廠，必須依靠宏觀的發(fā)展才能不至于發(fā)生電力過剩的尷尬局面，而且電廠發(fā)電對環(huán)境的污染也會隨著電廠的增加而增加，在這種情況下，空調(diào)作為用電大戶，充分利用現(xiàn)有的自然能，如太陽能、地熱能、生活垃圾等可利用的能量資源既減輕了當前電力的負擔，又增加了空調(diào)的環(huán)保能力，因此，利用自然資源，保護環(huán)境也成了當前各國空調(diào)制冷行業(yè)的研究方向。 當前空調(diào)行業(yè)的已經(jīng)在這些方面有了一定的進步，許多節(jié)能性空調(diào)如變頻空調(diào)正越多的得到使用，而在中央空調(diào)方面，溴化鋰雙吸收式制冷等保護環(huán)境的制冷劑設(shè)備也發(fā)展的越來越快。熱泵技術(shù)的使用既有效利用了自然能源，節(jié)省了能量，同時又保護了環(huán)境。 2.3.1. 閉式環(huán)路土壤熱泵系統(tǒng) 閉式環(huán)路土壤熱泵系統(tǒng)也使用一個閉式的水環(huán)路，將此水環(huán)路埋入地下，以土壤作為吸熱源和排熱源。通常用水平或垂直的塑料管群埋入地下作為換熱器。由于土壤具有很大的熱容量，因而使閉式環(huán)路中的水溫非常穩(wěn)定。 經(jīng)過比較得出結(jié)論：本次設(shè)計的是對民用兩間住宅供冷，獲得地下水比較以得，并可將回水回灌到水井中，因此采用地下水源熱泵系統(tǒng)。 2.3.2壓縮機 2.3.2.1往復(fù)式制冷壓縮機 往復(fù)式制冷壓縮機迄今還是應(yīng)用最廣泛的一種機型，廣泛應(yīng)用于中、小型制冷裝置中，但由于往復(fù)式機器跟其他形式的機器相比，在可靠性、容積效率、壓力穩(wěn)定等性能方面都有所不及。所以，可以預(yù)料，除了在小冷量應(yīng)用場合，往復(fù)式壓縮機的市場份額已被其他形式的壓縮機占去了一部分。并且失去率還有擴大的趨勢由于采取了計算機輔助設(shè)計的手段使壓縮機的設(shè)計、氣閥的改進等方面更加合理，對其整體的性能的預(yù)料更加精確。目前：其性能系數(shù)約為2—2.5W/W（制冷）和2.9—3.4W/W（空調(diào)）。 2.3.2.2 轉(zhuǎn)子式制冷壓縮機 這類壓縮機如今廣泛應(yīng)用于家用電冰箱和空調(diào)器中，它從結(jié)構(gòu)上看主要是因為不需用吸氣閥而顯得可靠性更高。同樣的原因亦使它用于變速運行，在家用空調(diào)中其變速比可達10/1（從10～15Hz到100～150Hz），機器的零部件少，尺寸緊湊重量輕也是它的明顯優(yōu)點單缸的轉(zhuǎn)子式壓縮機在很低的轉(zhuǎn)速不均勻度會增大，因而開發(fā)了雙缸機來克服這個缺點。轉(zhuǎn)子式壓縮機的研究集中在降低能耗，采用替代工質(zhì)（如HFC—134a）采用新的潤滑油，電動機變速控制和降低噪音等方面，其性能系數(shù)可達2.9W/W（制冷）和3.4W/W（制熱）在全封閉式滾動轉(zhuǎn)子壓縮機中，制冷劑蒸氣先通過氣液分離器直接吸入至氣缸內(nèi)，經(jīng)壓縮過程再通過排氣閥、消聲罩進入殼體巾，再流經(jīng)電動機周圍通道，至壓縮機機殼頂部排氣管排出。滾動轉(zhuǎn)予壓縮機與全封閉式往復(fù)壓縮機一樣，將潤滑油存在機殼底部，依靠直立的偏心軸將潤滑油沿曲軸內(nèi)通道提升到各軸承潤滑點，再回流至機殼底部。壓縮機電動機定子與壓縮機鋼殼體緊密配合，殼體成為電動機的散熱面。 氣液分離器的作用主要是為避免在熱泵運行工況中可能出現(xiàn)的液擊現(xiàn)象，導(dǎo)致壓縮機受損。它是個圓柱形鋼殼，吸氣管位于中央．在吸氣管上部加設(shè)濾網(wǎng)，吸入氣體中的液滴流經(jīng)濾網(wǎng)后，沿鋼殼內(nèi)壁流至殼體底部，在吸氣管下部開一小孔，以便使少量的潤滑油與制冷劑進入氣缸，既能逐步帶走積存在氣液分離器中的潤滑油或制冷劑液體，又不會造成液擊。同時也避免了潤滑條件的惡化。 由于滾動轉(zhuǎn)子壓縮機電動機定子與外殼以“緊配合”的形式相連、呈剛性結(jié)合，壓縮機的振動會直接傳至殼體，引起壓縮機的振動。為此，滾動轉(zhuǎn)子壓縮機在電動機轉(zhuǎn)子的上、下端部加設(shè)平衡塊。有些壓縮機，如變頻壓縮機，還加設(shè)下部副軸承處的平衡塊，以有效克服由于偏心滾動轉(zhuǎn)子帶來的徑向的不平衡力和力矩．特別有助于減低變頻壓縮機在高中速運轉(zhuǎn)時帶來的振動和噪聲。 目前,廣泛使用的滾動轉(zhuǎn)子式制冷壓縮機主要是小型全封閉式，通常有臥式和立式兩種，前者多見于冰箱，后者在空調(diào)器中常見。 2.3.2.3 渦旋式壓縮機 渦旋式制冷壓縮機是20世紀80年代才發(fā)展起來的一種新型容積式壓縮機，它以其效率高、體積小、質(zhì)量輕、噪音低結(jié)構(gòu)簡單且運轉(zhuǎn)平穩(wěn)等特點，被廣泛應(yīng)用于空調(diào)和制冷機組中。機器中沒有吸氣閥，也可不帶排氣閥，從而提高了其可靠性。跟往復(fù)式機器相比，沒有余隙容積損失，盡管渦旋式壓縮機的優(yōu)點很多，但是需要高精度的加工設(shè)備和精確的裝配技術(shù)，導(dǎo)致其價格偏高，限制了它的普遍應(yīng)用。目前：還僅限于功率在1～15kW的空調(diào)器中應(yīng)用。 2.3.2.4. 螺桿式壓縮機 隨著近年來螺桿式壓縮機工作可靠性的不斷改進，使之在中等制冷量范圍內(nèi)的制冷空調(diào)應(yīng)用中，盡管其價格偏高，還是得到教普遍的應(yīng)用。并可望取得更廣泛的推廣，它已經(jīng)開始取代一些較大的往復(fù)式壓縮機（小至50kW，甚至更?。?，同時也取代了一些中等冷量的離心式壓縮機(大至1500kW)它之所以能擠入原來一直由離心式壓縮機主宰的領(lǐng)域（350～1500kW）是由于其部分負荷的良好性能，其效率一般可高出8%～10%，并且沒有離心式壓縮機所特有的“喘振”問題，跟往復(fù)式相比，其裝配零件少，還有尺寸小，重量輕和易于維修保養(yǎng)等優(yōu)點。 2.3.2.5 離心式壓縮機 離心式壓縮機在大冷量范圍內(nèi)（大于1500kW）仍保持優(yōu)勢，這主要是受益于在這個冷量范圍內(nèi)，它具有無可比擬的系統(tǒng)總效率。離心式壓縮機的運動零件少而簡單，且其制造精度要比螺桿式壓縮機低的多，這些都帶來制造費用相對低且可靠的特點。此外，大型離心式壓縮機 如應(yīng)用在工作壓力變化范圍狹小的場合中，可以避開由喘振所帶來的問題，在不久的將來，總體和部分負荷（Integrated part lode value）將愈來愈被重視，從而要求離心式壓縮機要在較寬廣的應(yīng)用工況中工作效率高。但是，相對來講，離心式壓縮機的發(fā)展近來有所緩慢，因為受到螺桿式壓縮機和吸收式制冷機的挑戰(zhàn)，離心式壓縮機自1993年就開始根據(jù)CFCS替代的需要進行著重新的設(shè)計，以使其熱力和氣動力性能得到更好的改善。因而已有很多離心式壓縮機的工質(zhì)替代轉(zhuǎn)向從HCFC—22置換為HFC—134方面，其制冷量范圍為90～1250kW。 從以上分析可知：（1）就性能來講，渦旋式最好，滾動轉(zhuǎn)子式次之，往復(fù)式最差。（2）就成本價格而言，相同制冷能力的壓縮機，渦旋式＞滾動轉(zhuǎn)子式＞往復(fù)式。 2.3.3冷凝器 根據(jù)冷卻介質(zhì)種類的不同，冷凝器可分為以下種類： 2.3.3.1 水冷式冷凝器 水冷卻式冷凝器：在這類冷凝器中，制冷劑放出的熱量被冷卻水帶走。冷卻水可以是一次性使用，也可以循環(huán)使用。水冷卻式冷凝器按其不同的結(jié)構(gòu)型式又可分為立式殼管式、臥式殼管式和套管式等多種。 (1) 立式殼管冷凝器 立式殼管冷凝器由一直立的圓筒形外殼，內(nèi)設(shè)有上下管板封閉，而上下管板之間連接著數(shù)根無縫鋼管。冷卻制冷劑的水從頂部進入配水箱中，配水箱內(nèi)裝有能均勻分配進入到每根冷卻管水量的導(dǎo)流管嘴，使水能沿著切線方向進入管內(nèi)，并以螺旋線狀沿冷卻水管的內(nèi)壁向下流動，形成一層水膜，冷卻制冷劑從底部后流人主水池內(nèi)，可通過涼水設(shè)備循環(huán)使用。而氣體制冷劑約從圓筒中部進入筒體，在筒體與冷卻水管之間的縫隙流動，與冷卻水進行熱交換，被冷凝成高壓液態(tài)制冷劑積存在冷凝器底部流出。 (2)臥式殼管冷凝器 臥式殼管式冷凝器由臥式筒體、前蓋、后蓋三部分組成。臥式殼管式氨冷凝器筒體兩端焊有管板，在管板上，也用擴脹法或焊接法將無縫鋼管進行固定。臥式殼管式氨冷凝器前、后蓋均為帶有隔板（分水筋）的鑄鐵件。蓋板與筒體之間均夾有橡膠墊片，用螺栓連接固定。前蓋除有冷卻水進、出管外，有的在下部還設(shè)有放水旋塞；后蓋上、下部分別設(shè)有放氣旋塞和放水旋塞。當冷凝器開始運行時，可打開放氣旋塞以排除冷卻水管中的空氣，使管內(nèi)充滿冷卻水。當冷凝器停止運行或檢修時，可打開放水旋塞，以便將冷卻水全部排出。? 當冷凝器運行時，氨蒸氣由筒體頂部進入冷凝器管間的空隙中，冷凝后的氨液從筒體下部排出。冷卻水由前蓋板下部的進水管流入冷凝器，并按分水盤形成的流動路線自下而上在管內(nèi)順序流動，最后由前蓋板上部的出水管流出空氣冷卻式冷凝器臥式殼管式氨冷凝器由臥式筒體、前蓋、后蓋三部分組成。臥式殼管式氨冷凝器筒體兩端焊有管板，在管板上，也用擴脹法或焊接法將無縫鋼管進行固定。臥式殼管式氨冷凝器前、后蓋均為帶有隔板（分水筋）的鑄鐵件。蓋板與筒體之間均夾有橡膠墊片，用螺栓連接固定。前蓋除有冷卻水進、出管外，有的在下部還設(shè)有放水旋塞；后蓋上、下部分別設(shè)有放氣旋塞和放水旋塞。當冷凝器開始運行時，可打開放氣旋塞以排除冷卻水管中的空氣，使管內(nèi)充滿冷卻水。當冷凝器停止運行或檢修時，可打開放水旋塞，以便將冷卻水全部排出。? 當冷凝器運行時，氨蒸氣由筒體頂部進入冷凝器管間的空隙中，冷凝后的氨液從筒體下部排出。冷卻水由前蓋板下部的進水管流入冷凝器，并按分水盤形成的流動路線自下而上在管內(nèi)順序流動，最后由前蓋板上部的出水管流出。 (3)殼管水冷冷凝器 采用高效外肋片紫銅管，換熱效率高，傳熱性能穩(wěn)定，冷凝器內(nèi)冷媒在傳熱管外流動，冷卻水于傳熱管內(nèi)流動。同時傳熱管為直通管型式，卸下冷凝器兩側(cè)蓋既可對冷凝器進行清洗，而且傳熱管內(nèi)壁為光滑面，內(nèi)壁塵垢便于清理，維護方便。 制冷劑的蒸氣從冷凝器上方進入內(nèi)外管之間的空腔，在內(nèi)管外表面上冷凝，液體在外管底部依次下流，從冷凝器下端流入貯液器中。冷卻水從冷凝器的下方進入，依次經(jīng)過各排內(nèi)管從上部流出，與制冷劑呈逆流方式。這種冷凝器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，便于制造，且因系單管冷凝，介質(zhì)流動方向相反，故傳熱效果好。套管式冷凝器缺點是金屬消耗量大，而且當縱向管數(shù)較多時，下部的管子充有較多的液體，使傳熱面積不能充分利用。另外緊湊性差，清洗困難，并需大量連接彎頭。因此，這種冷凝器在氨制冷裝置中已很少應(yīng)用。對于小型氟利昂空調(diào)機組仍廣泛使用套管式冷凝器。 (4)套管式冷凝器 高效套管式冷凝器的內(nèi)、外管材均選用優(yōu)質(zhì)紫銅管，極大滿足了提高導(dǎo)熱率的需要，并對套管式冷凝器設(shè)備機體內(nèi)、外要求(如防蝕、抗震防裂等)的工作運行條件提供了可靠的保障。 套管式冷凝器合理地選擇冷凝器內(nèi)、外管材的壁厚，使長期處于高溫高壓密封狀態(tài)的運行環(huán)境下，套管式冷凝器承受頻繁開停和疲勞振動等擾襲而所需的管材強度得到保證。 套管式冷凝器卓越的性能： （1）套管式冷凝器在相近配備機組負荷條件下，其具換熱效率高，水耗量低，結(jié)構(gòu)緊湊，體積輕巧。 （2）套管式冷凝器適用范圍廣，可制作成單回路或多回路系統(tǒng)的靈活組合，安裝簡便。 （3）套管式冷凝器滿足不同的使用環(huán)境，具較佳的抗疲勞能力，耐腐蝕，經(jīng)久耐用。 2.3.3.2 空冷式冷凝器 這種冷凝器以空氣為介質(zhì)，制冷劑在管內(nèi)冷凝，空氣在管外流動，吸收管內(nèi)制冷劑蒸氣放出的熱量。由于空氣的換熱系數(shù)較小，管外（空氣側(cè)）常常要設(shè)置肋片，以強化管外換熱。這種冷凝器按空氣流動的方式不同，此類冷凝器分為空氣自由運動和空氣強制運動兩種型式。 空氣式冷凝器的原理及工作過程：空氣式冷凝器是靠空氣將氣態(tài)制冷刑劑熱量帶走使其冷凝成為液態(tài)。具體過程是空氣氣流利用軸流風機或離心風機使空氣以2至3m/s的流速與冷凝器的管束迎面掠過，冷凝器是由多根管束組成，管束上附有金屬呈螺旋狀纏繞的散熱肋片，管束由銅管、鋼脅片或銅管、銅制肋片組成。 (1) 水-空氣冷卻式冷凝器 水—空氣冷卻式冷凝器，在這類冷凝器中，制冷劑同時受到水和空氣的冷卻，但主要是依靠冷卻水在傳熱管表面上的蒸發(fā)，從制冷劑一側(cè)吸取大量的熱量作為水的汽化潛熱，空氣的作用主要是為加快水的蒸發(fā)而帶走水蒸氣。所以這類冷凝器的耗水量很少，對于空氣干燥、水質(zhì)、水溫低而水量不充裕的地區(qū)乃是冷凝器的優(yōu)選型式。這類冷凝器按其結(jié)構(gòu)型式的不同又可分為蒸發(fā)式和淋激式兩種。? (2) 蒸發(fā)-冷凝式冷凝器 蒸發(fā)—冷凝式，在這類冷凝器中系依靠另一個制冷系統(tǒng)中制冷劑的蒸發(fā)所產(chǎn)生的冷效應(yīng)去冷卻傳熱間壁另一側(cè)的制冷劑蒸汽，促使后者凝結(jié)液化。 (3) 絲管式冷凝器 絲管式冷凝器的邦迪管彎成多個S形,并與多根鋼絲點焊在一起。這種冷凝器體積小, 重量輕, 散熱效果好, 便于機械化生產(chǎn), 換熱系數(shù)高于平板式冷凝器約50%, 也比百葉窗式冷凝器高10%至15%, 其換熱系數(shù)k=12至15kcal/m2·h·℃, 因而成為20世紀80年代中期以后生產(chǎn)的電冰箱普遍采用的形式。絲管式冷凝器需專門生產(chǎn)設(shè)備和邦迪管。邦迪管分單層卷制管和雙層卷制管兩種。單層卷制管只在內(nèi)表面鍍銅, 鋼絲直徑為1.6～2.0 mm,鋼絲間距約為5～8 mm。水平鋼絲冷凝器的效率高于垂直鋼絲冷凝器的效率。 (4) 百葉窗式冷凝器 百葉窗式冷凝器也可算是翅片管式冷凝器的一種，一般是由φ5～6mm鍍銅管式或銅管, 其上抱有φ0.5～0.6mm厚沖孔鋼板組成，工藝簡單，幾乎與絲管式冷凝器同時開始應(yīng)用，鑒于其結(jié)構(gòu)和散熱效果皆弱于前者，因而自上世紀八十年代末期已經(jīng)開始減少。 2.4蓄冷方案分析 2.4.1蓄冷系統(tǒng) 2.4.1.1 水蓄冷 水蓄冷就是利用水的顯熱進行冷量的儲存。具體來講，就是利用4-7℃的低溫水進行蓄冷。這種蓄冷方式的優(yōu)點是：投資省、技術(shù)要求低、維護費用低，可以使用常規(guī)的空調(diào)制冷機組，而且冬季可以用來制熱，適宜于即可蓄冷又可蓄熱的空調(diào)熱泵機組。但由于水的蓄冷密度低，只能利用8℃的溫差，故系統(tǒng)有占地面積大、冷損耗大、防水保溫麻煩等缺點，這在人口密度大、土地利用率高的城市是一個問題，是水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的使用受制約的主要原因。 2.4.1.2 盤管外蓄冰 盤管外蓄冰系統(tǒng)是空調(diào)系統(tǒng)中常用的一種蓄冰方式，即冰直接凍結(jié)在蒸發(fā)盤管上，盤管深入蓄冰槽內(nèi)構(gòu)成結(jié)冰時的主干管，而融冰方式有盤管外融冰和盤管內(nèi)融冰兩種。蓄冷裝置充冷時，制冷劑或乙二醇水溶液在盤管內(nèi)循環(huán)，吸收儲槽中水的熱量，直至盤管外形成冰層。盤管外蓄冷過程中，開始時管外冰層很薄，其傳熱過程很快，隨著冰層厚度的增加，冰底導(dǎo)熱熱阻增大，結(jié)冰速度將逐漸降低，到蓄冰后期基本上處于飽和狀態(tài)，這時控制系統(tǒng)將自動停止蓄冰過程，以保證制冷機組安全運行。 冰蓄冷是利用水的相變潛熱進行冷量的存儲。由于0℃的冰的蓄冷密度達334kJ/kg，故存儲同樣多的冷量，冰蓄冷所需的體積比水蓄冷要小得多。用冰蓄冷的空調(diào)系統(tǒng)，水溫穩(wěn)定，不宜波動，這是因為蓄冷槽在融冰放冷時為一恒溫過程。 冰蓄冷的跑冷損失小。由于蓄冷槽的溫度低于周圍環(huán)境的溫度，因此蓄冷槽的蓄冷量會散失到周圍環(huán)境中去，即產(chǎn)生冷損失。其值與蓄冷槽的表面積、蓄冷槽的表面和周圍空氣的溫差，蓄冷槽的隔熱材料的種類、厚度、結(jié)構(gòu)以及蓄冷時間的長短有關(guān) 內(nèi)融冰方式：來自用戶或二次換熱設(shè)備的溫度較高的載冷劑仍在盤管內(nèi)循環(huán)，通過盤管表面把熱量傳給冰層，使盤管外表面的冰層自內(nèi)向外融化進行取冷。冰層自內(nèi)向外融化時，由于在盤管表面與冰層之間形成薄的水層，其導(dǎo)熱系數(shù)僅為冰的25%左右，故融冰換熱熱阻較大，影響取冷速率。 外融冰方式：溫度較高的空調(diào)回水直接送入盤管表面結(jié)有冰層的蓄冰水槽，使盤管表面的冰層自外向內(nèi)逐漸融化。由于空調(diào)回水直接與冰接觸，換熱效果好，取冷快，來自蓄冰槽的供水溫度可低于1左右。此外，空調(diào)用冷水直接來自蓄冰槽，故可不需要二次換熱設(shè)備裝置。但是為了使外融冰系統(tǒng)達到快速融冰換熱目的，蓄冰槽內(nèi)水的空間應(yīng)占一半，亦即蓄冰槽的蓄冰率不大于50%，故蓄冰槽的容積大。 沉浸在儲冰槽內(nèi)的盤管結(jié)構(gòu)形狀常用的有三種，即蛇形盤管、圓桶形盤管、U形立式盤管。冰蓄冷是利用水的相變潛熱進行冷量的存儲。由于0℃的冰的蓄冷密度達334kJ/kg，故存儲同樣多的冷量，冰蓄冷所需的體積比水蓄冷要小得多。用冰蓄冷的空調(diào)系統(tǒng)，水溫穩(wěn)定，不宜波動，這是因為蓄冷槽在融冰放冷時為一恒溫過程。 依據(jù)外融冰的這些優(yōu)點，本設(shè)計選用外融冰方式，盤管結(jié)構(gòu)形狀選用圓桶形盤管。 2.4.1.3 共晶鹽蓄冷 共晶鹽蓄冷（也稱為優(yōu)態(tài)鹽蓄冷）是利用固液相變特性蓄冷的一種蓄冷形式。蓄冷介質(zhì)主要由無機鹽、水、成核劑和穩(wěn)定劑組成的混合物，目前應(yīng)用較廣泛的是相變溫度為8-9℃的共晶鹽蓄冷材料，其相變潛熱為95kJ/kg。 一般來講，共晶鹽蓄冷槽的比冰蓄冷槽大，比水蓄冷槽小。其主要優(yōu)點是的相變溫度高，可以克服冰蓄冷要求很低的蒸發(fā)溫度低的弱點，并可以使用普通的空調(diào)冷水機組，雖然其相變溫度高，但由于蓄冷密度低、設(shè)備占地面積大，對設(shè)備要求較高，所以推廣應(yīng)用受到一定的限制。 2.4.1.4 氣體水合物蓄冷 氣體水合物蓄冷在20世紀80年代由美國橡樹嶺國家實驗室開始研究，以R11、R12等為工質(zhì)。在一定溫度下，水能在某些氣體分子周圍周圍形成堅實的網(wǎng)格狀結(jié)晶體。 氣體水合物蓄冷是一種新興的蓄冷空調(diào)技術(shù)，他不僅蓄冷溫度與空調(diào)工況相吻合，蓄冷密度高，而且蓄冷-釋冷的傳熱效率高，特別是直接接觸釋冷系統(tǒng)。但該方法還有一系列問題有待解決，如制冷劑蒸汽夾帶水分的清除，防止水合物膨脹堵塞等，離工程使用還有段距離。 冰蓄冷具有以下的優(yōu)點：蓄冷密度大，蓄冷溫度幾乎恒定，體積只有水蓄冷的幾十分之一，便于儲存，對蓄冷槽的要求也很低，占地空間小，容易作成標準化、系列化的標準設(shè)備。同時冰蓄冷槽可就地制造，為廣泛應(yīng)用提供了有利的條件，所以采用冰蓄冷。 2.4.2蓄冷材料 決定相變蓄冷材料的要求很多，主要有如下幾個方面。 熱力學(xué)方面的要求：蓄冷材料的相變溫度必須在空調(diào)工作溫度范圍內(nèi)，否則，冷量即無法儲存，也無法取用；較高的相變潛熱；密度較大，以便使用較小的容積蓄冷材料；比熱較大，能較多的存儲額外的顯熱；導(dǎo)熱系數(shù)較大，以使蓄冷和放冷時的溫度梯度較小，減少傳熱不可逆損失；融化一致，相變蓄冷材料應(yīng)融化安全，以使固相和液相組分相同，否則會改變材料的化學(xué)組成；相變過程中體積變化小，可簡化蓄冷單體和換熱器的幾何構(gòu)成。 相變動力學(xué)方面的要求：凝固過程中過冷度很小或脊背沒有，融化后結(jié)晶應(yīng)在它的凝固點溫度，這決定于它的高成核速率和晶體成速率；要有很好的相平衡性質(zhì)，不會產(chǎn)生相分離；有較高的固化結(jié)晶速率。 化學(xué)性能方面的要求：化學(xué)穩(wěn)定性要好；對容器材料無腐蝕性；不燃燒，不爆炸，無毒，對環(huán)境無污染。 冰是一種理想的蓄冷介質(zhì)，其優(yōu)點是相變潛熱大，性能穩(wěn)定，缺點是相變凝固溫度較低一些。選用冰作為蓄冷材料。 2.5 方案選擇 綜上所述：制冷劑選用制冷劑R407C；冷凝機組的部件選用中，壓縮機選用渦旋式壓縮機；冷凝器冷卻方式為地下水水冷，采用臥式殼管式冷凝器；蒸發(fā)器采用雙冰盤管式蒸發(fā)器；采用外融冰向室內(nèi)供冷，采用雙膨脹閥雙冰盤管的方式；節(jié)流機構(gòu)選用熱力膨脹閥和電磁閥；同時選用油分離器和過濾器。蓄冰裝置選用矩形蓄冰槽；用風機盤管向室內(nèi)供冷。制冷系統(tǒng)采用夜間蓄冷，白天供冷。 3設(shè)計計算 3.1熱力循環(huán)計算 由設(shè)計資料知:工質(zhì)R407C制冷量為Q=6KW,冷凝溫度為tk=29.8℃,蒸發(fā)溫度為t0=-10℃.該循環(huán)在壓焓圖上的表示如圖1所示 圖1 表2 查的熱力性質(zhì)圖示表得循環(huán)各特征點的狀態(tài)參數(shù)如下 點數(shù) P(MPa) t(℃) v(L/kg) h(KJ/Kg) S 1 0.32 -10.00 72.43 404.54 1.7896 2 1.169 45 -- 428.64 1.7922 2’ 1.169 47.71 74.37 431.08 1.8060 3 1.169 24.34 0.88 235.82 1.8060 4 0.32 -15.15 15.55 223.86 1.0948 （1）單位質(zhì)量制冷量 q0=h1-h4=404.54-223.86=180.68kJ/kg （2）單位容積制冷量 =qo/v1=180.68/0.07243=2429.5kJ/m3 （3） 制冷劑質(zhì)量流量 M=Q/q0=6/180.68=0.033kg/s （4）制冷劑體積流量 V=Mr=0.033×0.07243=0.0024m3/s （5）冷凝負荷 Qk=Mqk=M（h2’-h3’）=0.049×（431.08-235.82）=6.4kw （6） 壓縮機理論耗功率 =0.033×（428.64-404.54）=0.80kw （7） 理論制冷系數(shù) 6/0.8=7.5 （8） 制冷效率 =7.5×=0.82 3.2壓縮機選擇 工況 蒸發(fā)溫度=-10℃ 冷凝溫度=30℃過熱度11.1K 過冷度8.3K時 圖2 表3 查的熱力性質(zhì)圖示表得循環(huán)各特征點的狀態(tài)參數(shù)如下 點數(shù) P(NPa) t(℃) v(L/kg) h(KJ/Kg) S 1 0.32 -10.00 72.43 404.54 1.7896 1’ 0.32 1.10 75.96 406.22 1.8201 2 1.186 61.00 25.72 417.22 1.8201 2’ 1.186 30.00 20.66 406.78 1.7245 3’ 1.186 30.00 0.93 236.12 1.1362 3 1.186 21.70 0.91 226.66 1.1217 4 0.32 -10.00 12.44 226.66 1.1142 4’ 0.32 -10.00 14.66 196.22 0.98 單位質(zhì)量制冷能力 404.54-226.66=177.88kj/kg 單位容積制冷能力 177.88/0.7596=2341.76kj/kg 則標準制冷量 查的=0.78 =0.785 =6=5.75kw 由壓縮比=3.710 故本設(shè)計制冷系統(tǒng)采用單級壓縮機。 選用渦旋式壓縮機：比澤爾ZDC-2.2Y-40S 型號 400V時電流A 排氣量m3/h 制冷量w 輸入功率w 凈量kg COP w/w ZDC-2.2Y-40S 5.75 18.72 6690 2130 72 3.15 表4 壓縮機工作性能說明 3.3 實際工況下的熱力循環(huán)計算 （1）單位質(zhì)量制冷量 q0=h-h=404.54-223.86=180.68kJ/kg （2）單位容積制冷量 =qo/v1=180.68/0.07243=2494.55kJ/m3 （3）制冷劑質(zhì)量流量 M=Q/q0=6.69/180.68=0.04kg/s （4）制冷劑體積流量 V=M=0.04×0.07243=0.0029m3/s （5）冷凝負荷 Qk=Mqk=M（）=0.04×（431.08-235.82）=7.81kw （6）壓縮機理論耗功率 =0.04×（431.08-404.54）=1.06kw （7）理論制冷系數(shù) 6.69/1.06=6.31 （8）制冷效率 =6.31×=0.954 3.4冷凝器設(shè)計計算 3.4.1計算各種參數(shù) 3.4.1.1冷凝器熱負荷Qk=7.81kw 3.4.1.2平均溫差Δtm 冷卻水進出口溫度選用其中進口溫度=35℃，出口溫度=43℃（取溫升為8求得） 3.4.1.3估算傳熱面積 介質(zhì) 制冷劑 冷凝器型式 傳熱系數(shù)W/(m2k) 單位面積熱量q/wm-2 相應(yīng)條件 水冷 R407C 殼管式 1000—1300 9600—12000 W=1.5-2.5m/s △t=7-9℃ 表5常用冷凝器的傳熱系數(shù)k及單位面積熱量q 根據(jù)經(jīng)驗先估算管殼式換熱器的總傳熱系數(shù)為1500W/(m2k) 則可選用銅管，規(guī)格為 Φ10×1mm，內(nèi)徑=8mm，長度L=2m 所以單管的傳熱面積為： 總管數(shù) 根 圓整后可取14根管子，初選換熱管為兩管程，同時設(shè)4根拉桿，所以管板上布置18個孔，其中4個拉桿孔，14個為換熱管孔。每管程管數(shù)n=14/2=9根。 3.4.1.4冷卻水流量 水的定性溫度tm==39℃，查水的物性參數(shù)有cp=4.18291kJ/(kg·K) ，ρ=998.175kg/m3 則冷卻水的容積流量 qv=/ρ=7.81/（998.1754.182918） =2.3×10-4m3/s 因為冷凝器中發(fā)生有相變的傳熱，為避免管內(nèi)氣液兩相流，所以設(shè)計蒸汽管外冷凝，即被加熱水走管內(nèi)，蒸汽走殼程。 則管內(nèi)水流速度 3.4.1.5校核總傳熱系數(shù) （1）管內(nèi)水側(cè)的傳熱系數(shù) 由定性溫度=20.1℃的水的物性參數(shù)為 則 Re>10000所以水流為湍流 則管內(nèi)冷卻水與壁面的傳熱系數(shù) （2）管外熱系數(shù)的計算 管外傳熱系數(shù) 其中取 B=1559.03 則 傳熱熱流密度 取水側(cè)污垢傳熱系數(shù)r=0.000086m.k/w 則熱流密度銅管導(dǎo)熱系數(shù) 則 由試湊計算的℃熱流密度q==14850w/ 管外傳熱系數(shù) （3）傳熱面積校核 實際所需傳熱面積 初步結(jié)構(gòu)設(shè)計中實際不至冷凝傳熱面積為1.14，較傳熱計算所需傳熱面積大9.6%，可作為冷凝傳熱面積的富裕量，初步設(shè)計結(jié)構(gòu)所布置的冷凝傳熱面積能滿足負荷傳熱要求。 3.4.2冷凝器的結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.4.2.1 冷凝器管程 由上面設(shè)計可知該冷凝器管程為2管程，因此管程結(jié)構(gòu)順序如下圖 流動順序： 管箱隔板： 圖3兩流程端蓋內(nèi)側(cè)圖 3.4.2.2 冷凝器管板的結(jié)構(gòu)形式 橫過管束中心的管數(shù) 根 圓整后取5根。 查換熱器設(shè)計手冊得： 換熱管外徑：d 10mm 換熱管中心距：t 20mm 分程隔板槽兩側(cè)換熱管的中心距：Sn 34mm 隔板槽寬：12mm 槽深不小于4mm 筒體內(nèi)徑D: 殼體內(nèi)留有一定的空間取上限即 圓整后D取150mm 查換熱器管板結(jié)構(gòu)圖： 管板參數(shù)： 公稱直徑 150 bf 16 D 270 b 30 D1 240 螺栓規(guī)格 M20 D2 220 螺栓數(shù)量 8 D3 130 D4 180 D5 130 d2 23 3.4.2.3 冷凝器殼體 根據(jù)冷凝器中最大的壓力p=1.186MPa,所以材料選擇16MnR,布管的時候已經(jīng)設(shè)計出殼體內(nèi)徑為D=150mm 查表可知：16MnR的溫差應(yīng)力：σt=170MPa 厚度附加裕量有兩部分組成：鋼板或鋼管厚度的負偏差C1和腐蝕裕度C2，取C=C1+C2=2mm. 所以 由于殼體不得低于6mm，所以取殼體厚度為6mm，殼體長度2m。 3.4.2.4 冷凝器封頭 采用標準橢圓封頭，材料選用與殼體一樣的材料，由于焊接原因，封頭厚度和殼體厚度一致為6mm。 3.4.2.5 容器法蘭墊片 由于本設(shè)備不屬于高壓容器，采用非金屬軟墊片結(jié)構(gòu)形式如下： 3.4.2.6 進出口管設(shè)計 （1） 管程進出口管設(shè)計： 設(shè)進口管管內(nèi)流速w=1m/s 根據(jù)無縫鋼管規(guī)格，選取無縫鋼管為進出水接管 （2） 殼程進出口管設(shè)計： 殼程進口：R22在冷凝溫度下的比潛熱為 取水的定性溫度tm==20.1℃，查水的物性參數(shù)有cp=4.18291kJ/(kg·K) ，ρ=998.175kg/m3 則R22的質(zhì)量流量 設(shè)進口管管內(nèi)流速：w=5m/s R22流體密度ρ=61.43kg/m3 選用管子規(guī)格為 殼程出口：出口密度ρ=1170.7kg/m3 ，設(shè)出口管內(nèi)流速：w=1m/s 選用管子規(guī)格為 3.4.2.7 進出管法蘭 公稱通徑 法蘭外徑 法蘭厚度 螺栓孔距 螺栓孔徑 螺栓公稱直徑 螺栓孔數(shù) 法蘭內(nèi)徑 DN25 115 16 85 14 M12 4 33 DN10 50 14 60 14 M12 4 15 DN20 105 14 75 14 M12 4 26 圖4進出口法蘭 各接管位置的確定（查表可取各接管伸出長度mm）： 具體示意圖如： 其中，由于殼體厚度為6mm 所以取C=30mm。 進出水接管位置為： 取60mm 出液管接管位置為： 取50mm 進汽接管位置為： 取60mm 3.4.3冷卻水側(cè)阻力計算 3.4.3.1沿程阻力 3.4.3.2冷卻水側(cè)流動阻力 =0.053 3.5 隔熱計算 3.5.1 隔熱層材料的選擇 蓄冰槽的隔熱材料選用聚苯乙烯泡沫塑料，它是用聚苯乙烯樹脂為基料加入發(fā)泡劑（丁烷或戊烷），并用水蒸汽加熱形成具有無數(shù)微小氣孔的發(fā)泡小球，在常壓下進行熟化，然后在模具中加熱融合成硬脂泡沫塑料，在產(chǎn)品制造過程中加入阻燃劑，自熄增效劑和紫外線吸收劑等成分。這種泡沫塑料的特點是質(zhì)輕、隔熱性能好、吸水率小、耐低溫性能好，具有一定的彈性，而為保護隔熱層不受機械損傷而失效，同時有能起到防潮作用，現(xiàn)采用隔熱材料需聚苯乙烯泡沫塑料內(nèi)外各加一層鍍鋅鋼板構(gòu)成保護層。 材料 密度（kg/s） 導(dǎo)熱系數(shù)[w/(m·k)] 防火耐熱性能 吸水率（重量%） 抗壓強度（Mpa） 聚苯乙烯泡沫塑料 41-162 0.043-0.056 自熄≤7s 耐熱140℃ 3 0.2 表6隔熱材料參數(shù)表 3.5.2 隔熱層厚度的計算 傳熱系數(shù)可用下式計算 K=0.638-0.0081(tw-tn) 式中：tw—蓄冰槽外計算溫度 tn—蓄冰槽內(nèi)計算溫度 蓄冰槽內(nèi)0℃之前水不結(jié)冰，出現(xiàn)冰層以后，水溫按計算，即；蓄冰槽外計算溫度按空氣干球溫度計算，即tw=32℃ 代入，得： k=0.638-0.0081×(32-0) =0.3788w/(m2k) 隔熱層厚度的設(shè)計計算應(yīng)滿足下面限定條件： 限定隔熱層外表面的最低溫度，使其高于環(huán)境空氣的露點溫度0.2℃，以保證保護層外表面不會出現(xiàn)凝露現(xiàn)象，即： tw1=+0.2℃ 式中：tw1—保護層外表面溫度 —保護層外空氣露點溫度 有設(shè)計原始資料知，使用環(huán)境相對濕度Фw≤85%，空氣露點溫度=28.2℃ 通過隔熱層的熱流密度 得保護層外表面無凝露時隔熱層的最小厚度： 式中:λ—隔熱層的導(dǎo)熱系數(shù) а1—保護層外表面的對流換熱系數(shù) а2 —保護層內(nèi)表面的對流換熱系數(shù) δi—鍍鋅鋼板的厚度 λi —鍍鋅鋼板的導(dǎo)熱系數(shù) 一般情況下取а1=8.7~11.7[w/(m2)], а2=8.7[w/(m2. ℃)] 本設(shè)計取=11.7[w/(m2)]鍍鋅鋼板的厚度取1mm，導(dǎo)熱系數(shù)=36.7(w/m)。 δ=0.056×[(28.2+0.2-0)/(32-28.2-0.2) ×1/8.7-1/11.7 -0.001/36.7] =109.5mm 所以，隔熱層的厚度取110mm 3.6 冰盤管蒸發(fā)器的設(shè)計計算 3.6.1 冰蓄冷器結(jié)構(gòu)設(shè)計 冰蓄冷器設(shè)計時必需滿足三條要求：要有足夠的儲冰量，滿足蓄冷量的要求；要滿足蓄冷時傳遞制冷量的要求；蓄冷時間要小于當?shù)仉娋W(wǎng)低谷時段的時間。 初步設(shè)計：冰盤管取Ф20×1.5mm的紫銅管，即，，紫銅管的導(dǎo)熱系數(shù)；結(jié)冰厚度，冰的導(dǎo)熱系數(shù)；螺旋盤管直徑為d=1m； 根據(jù)初步設(shè)計 蓄冰槽內(nèi)長可取2.25m 內(nèi)寬可取1.20m 假定冰盤管盤繞圈數(shù)n=32； 則冰盤管總長 盤管間距為 則總盤管高度 內(nèi)高可取1.148m 即蓄冰槽內(nèi)長2.25m，內(nèi)寬1.20m，內(nèi)高1.148m 冰的密度；冰的相變潛熱。 以盤管內(nèi)表面為基準的傳熱面積 蓄冰容積 儲冰量 蓄冷器冰的蓄冷量 3.6.2冰蓄冷器傳熱計算 3.6.2.1 傳熱計算的原始參數(shù) （1） 蒸發(fā)溫度 ℃ （2） 制冷量 （3） 冰層厚度 3.6.2.2 傳熱計算 （1） 管內(nèi)制冷工質(zhì)放熱系數(shù)計算 取制冷工質(zhì)流速則R407C在水平管內(nèi)的沸騰換熱系數(shù) （2）管外傳熱系數(shù)計算 蓄冰桶內(nèi)出現(xiàn)冰層，呈冰水兩相狀態(tài)，此時，對于盤管管外傳熱系數(shù)可視為無窮大 （3）傳熱系數(shù)K的計算（以傳熱管內(nèi)表面為基準） 3.6.3 傳熱面積校核 因循環(huán)水回水溫度為16℃，取蓄冰槽內(nèi)水溫可達10℃,則盤管的平均傳熱溫則所需傳熱管內(nèi)表面積 因為 所以所設(shè)計機構(gòu)尺寸及假設(shè)適合 4 零部件的選擇 4.1節(jié)流裝置 4.1.1 常用的節(jié)流機構(gòu)的種類和用途 4.1.1.1 手動節(jié)流閥 手動膨脹閥和普通的截止閥在結(jié)構(gòu)上的不同之處主要是閥芯的結(jié)構(gòu)與閥桿的螺紋形式。通常截止閥的閥芯為一平頭，閥桿為普通螺紋，所以它只能控制管路的通斷和粗略地調(diào)節(jié)流量，難以調(diào)整在一個適當?shù)倪^流截面積上以產(chǎn)生恰當?shù)墓?jié)流作用。而節(jié)流