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本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 題 目 150L 即熱式熱泵熱水器 學(xué)生姓名 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 學(xué) 號(hào) 院 系 指導(dǎo)教師 職稱(chēng) 完成時(shí)間 I 150L 即熱式熱泵熱水器 摘 要 本文簡(jiǎn)單介紹了空氣源熱泵熱水器的優(yōu)點(diǎn) 工作原理 分析了空氣源熱泵熱水器 的設(shè)計(jì)要點(diǎn) 空氣源熱泵熱水器具有節(jié)能 環(huán)保的特點(diǎn) 空氣源熱泵熱水系統(tǒng)利用 空氣作為低溫?zé)嵩粗迫崴?是可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)之一 空氣源是一種具有節(jié)能效益和地球環(huán)保效益的空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源 是可持續(xù)發(fā) 展的可行性技術(shù)之一 自 20 世紀(jì) 40 年代推出至今 已廣泛應(yīng)用于辦公樓 賓館 娛樂(lè)業(yè) 廠房 住宅等暖通工程中 空氣源熱泵熱水器作為一種以空氣為低溫?zé)嵩?經(jīng)電能做功從低溫側(cè)吸收熱量來(lái)加熱生活用水 熱水通過(guò)循環(huán)系統(tǒng)直接送入用戶(hù) 以此 作為熱水供應(yīng)或利用風(fēng)機(jī)盤(pán)管來(lái)進(jìn)行小面積采暖 本論文的主要內(nèi)容是空氣源熱泵熱水器的方案布置 參數(shù)的選擇以及制熱工 況下相關(guān)的理論計(jì)算 從而選擇出合適的壓縮機(jī)和節(jié)流機(jī)構(gòu) 并進(jìn)行冷凝器和蒸 發(fā)器的設(shè)計(jì) 本論文選擇的是渦旋式壓縮機(jī) 套管式冷凝器和翅片式蒸發(fā)器 通 過(guò)本次對(duì)空氣源熱泵熱水器的設(shè)計(jì)計(jì)算 為我們以后進(jìn)一步對(duì)其優(yōu)化與改善打下 了良好的基礎(chǔ) 關(guān)鍵詞 空氣源熱泵 熱水器 制熱循環(huán) II 150L HEAT PUMP WATER HEATER ABSTRACT This paper introduces the advantage and working principle of air water heat pump water heater Air source heat pump water heater is energy conservation and environmental protection Air sources heat pump water heater is one of sustainable technique which uses low temperature air as source to heat water Air source is a kind of energy efficiency and global environmental benefits of air conditioning systems and heat source the feasibility of sustainable development one of the technologies since the 20th century since its introduction 40 years has been widely used in office buildings hotels entertainment factories residential and other HVAC project air source heat pump water heater with air temperature a heat source power acting upon the side from the low temperature heat to heat water absorption hot water directly into the user through the circulatory system as water supply or use of fans coil for heating a small area The main contents of this paper is to air source heat pump water heater program layout the choice of parameters and heating condition related theoretical calculation and choose the appropriate compressor and throttle mechanisms and for the condenser and evaporator design The paper chose scroll compressor condenser and finned tube evaporator Through the air source heat pump water heater to the design and calculation for us to further optimize later and laid a good foundation Key words Air source heat pump water heater heating cycle 目 錄 摘 要 英文摘要 1 前言 1 1 1 選題背景 2 1 2 研究意義 3 1 3 熱泵熱水器運(yùn)行原理及研究發(fā)展現(xiàn)狀 3 1 3 1 熱泵熱水器的分類(lèi) 4 1 4 方案選擇與論證 9 2 設(shè)計(jì)計(jì)算 13 2 1 系統(tǒng)的熱力計(jì)算 13 2 2 壓縮機(jī)的選取 15 2 3 換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算 16 2 3 1 套管式冷凝器的設(shè)計(jì)計(jì)算 16 2 3 2 風(fēng)冷式換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算 19 3 節(jié)流機(jī)構(gòu)的選擇 27 3 1 節(jié)流機(jī)構(gòu)概述 27 3 2 節(jié)流機(jī)構(gòu)的分類(lèi) 27 3 3 電子膨脹閥的選擇 33 4 其他輔助設(shè)備的計(jì)算與選型 35 4 1 氣液分離器的計(jì)算與選型 35 4 2 電磁閥的選取 36 結(jié)論 36 結(jié)束語(yǔ) 36 致 謝 38 參考文獻(xiàn) 39 150L 即熱式熱泵熱水器 1 前 言 1 1 選題背景 18 空氣源是一種具有節(jié)能效益和地球環(huán)保效益的空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源 是可持續(xù)發(fā) 展的可行性技術(shù)之一 自 20 世紀(jì) 40 年代推出至今 已廣泛應(yīng)用于辦公樓 賓館 娛樂(lè)業(yè) 廠房 住宅等工程中 1 隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與人們生活水平的提高 生活熱水已成為人們生活的必需品 然而傳統(tǒng)的熱水 包括電熱水器 燃油熱水器 燃?xì)鉄崴?具有能耗大 費(fèi)用高 污染嚴(yán)重等缺點(diǎn) 太陽(yáng)能熱水器雖說(shuō)節(jié)能環(huán)保 但其運(yùn)行又受到氣象條件的制約 與此 相比 空氣源熱泵熱水器作為一種以空氣為低溫?zé)嵩?經(jīng)電能做功從低溫側(cè)吸收熱量來(lái) 加熱生活用水 熱水通過(guò)循環(huán)系統(tǒng)直接送入用戶(hù) 以此作為熱水供應(yīng)或利用風(fēng)機(jī)盤(pán)管來(lái) 進(jìn)行小面積采暖 2 1 2 研究意義 熱泵熱水器與傳統(tǒng)熱水器的耗能經(jīng)濟(jì)比特性顯著 與傳統(tǒng)太陽(yáng)能相比 熱泵熱水 器不僅可吸收空氣中的熱量 還可吸收太陽(yáng)能 熱泵熱水器通過(guò)制冷劑溫差吸熱和壓 縮機(jī)壓縮制熱后 與水換熱 大大提高熱效率 充分利用了新能源 是將電熱水器和太陽(yáng) 能熱水器的各自?xún)?yōu)點(diǎn)完美的結(jié)合于一體的新型熱水器 由于太陽(yáng)能熱水器受天氣影 響顯著 因此分配電輔助加熱型與配熱水鍋爐型 其投資年費(fèi)用與太陽(yáng)能節(jié)能效果相近 3 空氣源熱泵熱水系統(tǒng)在節(jié)能與環(huán)境保護(hù)方面的優(yōu)勢(shì)明顯 其效能的發(fā)揮受使用 條件限制 當(dāng)室外氣溫 5 時(shí) 空氣源熱泵機(jī)組的 COP 值一般在 2 6 平均可以達(dá) 到 3 以上 其能源利用效率為電加熱器的 3 4 倍以上 比一般熱源節(jié)能 30 80 是效率最高 節(jié)能最多的供熱方式 4 1 3 熱泵熱水器運(yùn)行原理及研究發(fā)展現(xiàn)狀 1 3 1 空氣源熱泵熱水機(jī)組運(yùn)行原理和特點(diǎn) 空氣源熱泵熱水機(jī)組通常由壓縮機(jī) 冷凝器 蒸發(fā)器和膨脹閥 4 部分構(gòu)成 傳熱工質(zhì)在機(jī)組內(nèi)封閉運(yùn)行 并通過(guò)冷凝器和蒸發(fā)器與外部發(fā)生熱交換 如圖 1 所示 150L 即熱式熱泵熱水器 2 傳熱工質(zhì)通過(guò)蒸發(fā)器從空氣中吸收熱量 由低壓汽 液混合態(tài)變成低壓汽態(tài) 進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮后變成高溫高壓氣體 再通過(guò)冷凝器向水中釋放熱量 冷凝后傳熱 工質(zhì)變成高壓液體 經(jīng)膨脹閥后變成低壓汽 液混合態(tài) 同時(shí)溫度降低 回到蒸發(fā) 器 完成循環(huán) 如此周而復(fù)始 達(dá)到制熱水的目的 空氣源熱泵熱水機(jī)組目前常用的傳熱工質(zhì)有 R22 和 R134a 機(jī)組用性能系數(shù) COP 來(lái)評(píng)價(jià)其運(yùn)行效率 COP 的計(jì)算公式如下 COP 制熱功率 輸入功率 在標(biāo)準(zhǔn)工況下 機(jī)組的 COP 值通常 4 對(duì)不同的傳熱工質(zhì) 壓縮機(jī)類(lèi)型 容量 和種類(lèi)的機(jī)組 其 COP 值會(huì)有些差異 在運(yùn)行中 影響熱泵機(jī)組 COP 值的主要因素 是蒸發(fā)器和冷凝器外部介質(zhì) 空氣或水 的工作溫度 以及它們之間的溫差 兩者 之間的溫差越大 COP 值就越低 反之 COP 值就越高 空氣源熱泵熱水機(jī)組的運(yùn)行特點(diǎn)是機(jī)組出水溫度過(guò)高 當(dāng)需要高溫?zé)崴畷r(shí) 需 采用輔助熱源 被加熱水 1 次溫升通常為 5 故采用蓄熱運(yùn)行 另外 機(jī)組均有 最佳運(yùn)行工況 這時(shí)的 COP 值最高 當(dāng)運(yùn)行工況偏離時(shí) COP 值降低 偏離過(guò)大時(shí) 甚至不能正常工作 4 1 3 2 熱泵熱水器的分類(lèi) 熱泵熱水器有很多種分類(lèi) 目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)熱泵熱水器按其低溫?zé)嵩磥?lái)分主要有 150L 即熱式熱泵熱水器 3 兩種 一種是以空氣為熱源的熱水機(jī) 稱(chēng)為空氣源熱泵熱水器 另一種是以水為直接熱 源或作為傳熱介質(zhì)傳遞熱量的熱泵熱水機(jī) 稱(chēng)為水源熱泵熱水器 由于空氣熱源是一 種廣泛存在 平等給予和可以自由利用的低品位能源 所以空氣源熱泵熱水器的應(yīng)用 較為廣泛 5 1 3 3 空氣源熱泵熱水器的結(jié)構(gòu) 熱泵熱水器有戶(hù)內(nèi)整體機(jī) 戶(hù)內(nèi)分體機(jī) 戶(hù)外分體機(jī) 3 種 其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 3 5 6 戶(hù)內(nèi)整體機(jī) 戶(hù)內(nèi)整體機(jī)的主機(jī)和蓄水箱為一體 置于室內(nèi) 由于冬夏季室內(nèi)溫度均比較穩(wěn)定 空 氣源熱泵熱水器的性能受室外溫度的影響較弱 戶(hù)內(nèi)整體機(jī)主要有兩種結(jié)構(gòu) 下置式 戶(hù)內(nèi)整體機(jī) 主機(jī)置于蓄水箱下部 冷凝器盤(pán)管位于蓄水箱下部 上置式戶(hù)內(nèi)整體機(jī) 主機(jī)置于蓄水箱上部 冷凝器盤(pán)管位于水箱上部 150L 即熱式熱泵熱水器 4 兩種結(jié)構(gòu)的戶(hù)內(nèi)整體機(jī)的壓縮機(jī)回油方式不同 主機(jī)置于蓄水箱下部有利于壓 縮機(jī)的回油 主機(jī)置于蓄水箱上部時(shí) 壓縮機(jī)回油較困難 潤(rùn)滑油易沉積在冷凝器盤(pán) 管內(nèi)影響傳熱 壓縮機(jī)因缺油增加磨損 可采取安裝油分離器等措施 戶(hù)內(nèi)整體機(jī)工 作時(shí)吸取室內(nèi)空氣中的熱量 對(duì)室內(nèi)溫度略有影響 夏季吹出的冷風(fēng)有利于降低室內(nèi) 溫度 冬季工況下則對(duì)保持室內(nèi)溫度不利 戶(hù)內(nèi)分體機(jī) 戶(hù)內(nèi)分體機(jī)與戶(hù)內(nèi)整體機(jī)的不同在于蒸發(fā)器與主機(jī)分離 安裝在外墻上或室內(nèi)排 風(fēng)口處 蒸發(fā)器與主機(jī)連接的制冷劑管道較長(zhǎng) 需要保溫 蒸發(fā)器安裝在室內(nèi)衛(wèi)生間 排風(fēng)口時(shí) 換熱后的空氣直接排放至排風(fēng)豎井內(nèi) 蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)單獨(dú)控制 可省去原有 的換氣扇 戶(hù)外分體機(jī) 戶(hù)外分體機(jī)將主機(jī)置于室外 蓄水箱置于室內(nèi) 降低了室內(nèi)噪聲 主機(jī)置于室外 時(shí) 必須考慮低溫環(huán)境和高溫環(huán)境對(duì)機(jī)組制熱性能的影響 7 150L 即熱式熱泵熱水器 5 根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容 我最后選擇戶(hù)外分體機(jī)結(jié)構(gòu)的熱泵熱水器 1 3 4 蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)形式 熱泵熱水器的蒸發(fā)器主要有三種形式 強(qiáng)制空氣對(duì)流換熱翅片式盤(pán)管 與空 調(diào)換熱盤(pán)管類(lèi)似 自然空氣對(duì)流換熱平板 與冰箱散熱板類(lèi)似 太陽(yáng)能加熱平板 與平板式太陽(yáng)能吸熱板類(lèi)似 后兩種蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)因加工工藝復(fù)雜 吸熱能力小 只適用于家用小型機(jī) 安裝不方便 除霜困難 因而很少采用 而翅片式盤(pán)管加 工工藝成熟 工作可靠 能適應(yīng)各種大小換熱量的要求 故應(yīng)用最廣泛 8 1 3 5 空氣源熱泵熱水器在我國(guó)的應(yīng)用情況 國(guó)外的空氣源熱泵熱水器市場(chǎng)已經(jīng)相當(dāng)成熟 在歐美大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家使用的比 例有的高達(dá) 70 與我國(guó)的毗鄰國(guó)家如新加坡 馬來(lái)西亞等也是熱泵熱水器使用比較 普遍的國(guó)家 而在中國(guó)的香港和臺(tái)灣地區(qū)也有將近 50 的推廣使用力度 據(jù)市場(chǎng)的統(tǒng) 計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看 2002 年 不到 1000 萬(wàn)元 2003 年 達(dá)到了 3000 萬(wàn)元 2004 年達(dá)到 1 個(gè)億 2005 年 超過(guò)三個(gè)億 2003 年以來(lái) 在廈門(mén)投入使用的熱泵熱水機(jī)的工程項(xiàng)目超過(guò) 100 項(xiàng) 今后必將有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用空間 9 1 3 6 提高空氣源熱泵熱水器性能途徑 1 優(yōu)化空氣源熱泵熱水器控制系統(tǒng) 1 設(shè)計(jì)多模式流程控制 提高系統(tǒng)全年運(yùn)行性能 空氣源熱泵熱水器產(chǎn)品標(biāo)示的性能系數(shù)是名義工況時(shí)的性能系數(shù) 研究表明環(huán) 境溫度對(duì)空氣源熱泵熱水器的性能系數(shù)影響顯著 環(huán)境溫度 30 附近時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行性 能最佳 因此對(duì)同樣的空氣源熱泵熱水器產(chǎn)品使用時(shí)間及環(huán)境不同 運(yùn)行時(shí)性能系 150L 即熱式熱泵熱水器 6 數(shù)也不同 若采用單一控制模式 由于環(huán)境的變化 空氣源熱泵熱水器大部分時(shí)間 運(yùn)行性能系數(shù)不高 為了充分發(fā)揮空氣源熱泵熱水器的節(jié)能優(yōu)勢(shì) 在空氣源熱泵熱 水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí) 可根據(jù)用戶(hù)需求不同 典型的季節(jié)變化特點(diǎn)及每天的溫度變 化規(guī)律設(shè)計(jì)午間模式 冬季節(jié)能模式 谷電模式等多模式流程控制系統(tǒng) 供用戶(hù)選 擇 可有效提高空氣源熱泵熱水器全年的運(yùn)行性能 午間模式 在冬季及過(guò)渡季節(jié) 由于全天環(huán)境溫度的峰值出現(xiàn)在午間 此時(shí) 系統(tǒng)運(yùn)行性能系數(shù)通常比夜間高 0 5 以上 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)午間模式 即熱泵熱水器 只在這個(gè)時(shí)段加熱 其余時(shí)段采取保溫措施 有利于提高系統(tǒng)運(yùn)行性能系數(shù) 冬季節(jié)能模式 研究表明 對(duì)于空氣側(cè)的進(jìn)風(fēng)溫度為 15 的應(yīng)用條件而言 在水箱輸出熱水溫度為 45 時(shí)的單位制熱量消耗的電力只為水箱輸出熱水溫度為 55 時(shí)的 77 因此空氣源熱泵熱水器熱水出口溫度低一些有利于提高系統(tǒng)運(yùn)行效 率 特別是在冬季工況下 水箱設(shè)定溫度取較小值時(shí)保溫散熱損失小 系統(tǒng)運(yùn)行節(jié) 能效果顯著 故設(shè)計(jì)控制方案時(shí) 可單獨(dú)設(shè)置一種冬季節(jié)能運(yùn)行模式 即設(shè)定低的 水箱溫度 45 48 并在午間時(shí)段加熱 供不需長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用熱水的家庭選擇 可最大程度提高系統(tǒng)運(yùn)行性能 谷電模式 隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能減排的重視 實(shí)行峰谷電費(fèi)差價(jià)政策的地區(qū)越來(lái) 越多 一方面在夏季中午的室外環(huán)境溫度過(guò)高導(dǎo)致熱水器性能系數(shù)降低 另一方面 中午電價(jià)高 因此控制系統(tǒng)設(shè)置夏季谷電模式 即系統(tǒng)在運(yùn)行性能系數(shù)較高的夜間 或傍晚時(shí)段加熱 其余時(shí)段保溫 既可提高運(yùn)行性能系數(shù) 又可大大降低運(yùn)行費(fèi)用 2 優(yōu)化除霜控制 目前從空氣源熱泵熱水器的實(shí)際運(yùn)行效果來(lái)看 機(jī)組在氣溫偏低且相對(duì)濕度比 較大的地區(qū)運(yùn)行時(shí)性能不理想 主要原因是蒸發(fā)器結(jié)霜及除霜造成的供熱能力下降 因此 必須使用有效的除霜方法及時(shí)除霜 目前 空氣源熱泵最常用的除霜方式是 逆循環(huán)熱氣除霜 而除霜自動(dòng)控制方法是影響除霜效果的關(guān)鍵 目前除霜自動(dòng)控制 方法較多 較為先進(jìn)實(shí)用的有模糊智能控制除霜法 模糊智能控制除霜法將模糊控 制技術(shù)引入空氣源熱泵熱水器的除霜控制 整個(gè)除霜控制系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集與 AID 轉(zhuǎn) 換 輸入量?；?模糊推理 除霜控制 除霜監(jiān)控及控制規(guī)則調(diào)整五個(gè)功能模塊組 成 通過(guò)對(duì)除霜過(guò)程的相應(yīng)分析 對(duì)除霜監(jiān)控及控制規(guī)則進(jìn)行修正 以使除霜控制 150L 即熱式熱泵熱水器 7 自動(dòng)適應(yīng)機(jī)組工作環(huán)境的變化 達(dá)到智能除霜的要求 3 設(shè)置水箱蓄水量智能控制系統(tǒng) 為了減少水箱的散熱損失 避免不必要的重新加熱 減少保溫加熱次數(shù) 節(jié)約 能源 將模糊控制和其它優(yōu)化理論方法和控制技術(shù)相結(jié)合 設(shè)計(jì)蓄水量智能控制系 統(tǒng)是較好的解決辦法 蓄水量智能控制系統(tǒng)能根據(jù)一周用水規(guī)律 自動(dòng)保證每天最 適宜的熱水加熱量 蓄水量智能控制過(guò)程為 A D 轉(zhuǎn)換器將水流量傳感器測(cè)的水流量模擬值 f 轉(zhuǎn)換 為數(shù)字量 F 再存入系統(tǒng)的定長(zhǎng)數(shù)據(jù)移位存儲(chǔ)器中 該存儲(chǔ)器以循環(huán)移位的方式來(lái) 存儲(chǔ)前 7 日的熱水量 存儲(chǔ)器將數(shù)字量 F1 F7 傳給模糊控制器進(jìn)行模糊處理 其輸 出量為欲設(shè)定水箱的水位 H0 經(jīng) D A 轉(zhuǎn)換為 h0 水箱中的水位傳感器測(cè)量值 h 與標(biāo) 準(zhǔn)值 h0 送入供水控制模塊 由模塊自動(dòng)比較來(lái)驅(qū)動(dòng)水泵的運(yùn)行 2 采用高效換熱器 目前市場(chǎng)上家用空氣源熱泵熱水器因成本考慮普遍采用等徑螺旋盤(pán)管沉浸在水 箱下部的熱水換熱器作為冷凝器 其換熱性能較差 影響空氣源熱泵熱水器的整體 性能 經(jīng)過(guò)不少專(zhuān)業(yè)人員對(duì)優(yōu)化熱水換熱器性能進(jìn)行深入研究 采用帶導(dǎo)流套筒的 熱水換熱器及非等徑螺旋盤(pán)管是較為有效的方法 3 合理配置節(jié)流裝置 提高系統(tǒng)穩(wěn)定性 小型熱泵系統(tǒng)一般采用毛細(xì)管作為節(jié)流部件 實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)采用不同的毛細(xì)管 熱泵系統(tǒng)在各種環(huán)境下的性能差別較大 環(huán)境溫度較高時(shí) 粗而短的毛細(xì)管性能更 好 環(huán)境溫度較低時(shí) 細(xì)而長(zhǎng)的毛細(xì)管性能更好 在 35 的環(huán)境溫度下 短毛細(xì)管 系統(tǒng)性能比長(zhǎng)毛細(xì)管性能高 21 而在 15 時(shí) 長(zhǎng)毛細(xì)管系統(tǒng)性能比短毛細(xì)管高 3 為解決這個(gè)問(wèn)題 小型家用熱泵熱水器的改進(jìn)方法是采用雙毛細(xì)管 但即使是 雙毛細(xì)管 其中某一根的內(nèi)徑和長(zhǎng)度是不變的 所以其前后壓差也不會(huì)隨水溫而改 變很大 即同一根毛細(xì)管的制冷能力在運(yùn)行中幾乎不變 但是熱泵熱水器的熱水一 側(cè)是不斷升溫的 這就需要工質(zhì)流量隨之變大 以滿足制熱量需求 因此用熱力膨 脹閥代替雙毛細(xì)管是穩(wěn)定系統(tǒng)性能的較合理配置 為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的匹配性能 和可靠性 應(yīng)采用調(diào)節(jié)范圍更寬和反應(yīng)更靈敏的電子膨脹閥 雖然成本高一些 但 能顯著提高穩(wěn)定系統(tǒng)性 改善運(yùn)行性能 10 150L 即熱式熱泵熱水器 8 1 4 方案選擇與論證 1 4 1 熱泵熱水器的冷凝器的選型 一 冷凝器的種類(lèi)及特點(diǎn) 冷凝器按其冷卻介質(zhì)不同 可分為水冷式 空氣冷卻式 蒸發(fā)式三大類(lèi) 一 水冷式冷凝器 水冷式冷凝器是以水作為冷卻介質(zhì) 靠水的溫升帶走冷凝熱量 冷卻水一般循 環(huán)使用 但系統(tǒng)中需設(shè)有冷卻塔或涼水池 水冷式冷凝器按其結(jié)構(gòu)形式又可分為殼 管式冷凝器和套管式冷凝器兩種 常見(jiàn)的是殼管式冷凝器 1 立式殼管式冷凝器 立式冷凝器的主要特點(diǎn)是 1 由于 冷卻流量 大流速高 故傳熱 系數(shù)較高 一般 K 600 700 kcal m2 h 2 垂直安裝占地面積小 且可以安裝在室外 3 冷卻水直通流動(dòng)且流速大 故對(duì)水質(zhì)要求不高 一般水源都可以作為冷卻水 4 管內(nèi)水垢易清除 且不必停止制冷系統(tǒng)工作 5 但因立式冷凝器中的冷卻水溫升一般只有 2 4 對(duì)數(shù)平均溫差一般在 5 6 左右 故耗水量較大 且由于設(shè)備置于空氣中 管子易被腐蝕 泄漏時(shí)比易 被發(fā)現(xiàn) 2 臥式殼管式冷凝器 它與立式冷凝器有相類(lèi)似的殼體結(jié)構(gòu) 主要區(qū)別在于殼體的水平安放和水的多 路流動(dòng) 臥式冷凝器不僅廣泛地用于氨制冷系統(tǒng) 也可以用于氟利昂制冷系統(tǒng) 但 其結(jié)構(gòu)略有不同 氨臥式冷凝器的冷卻管采用光滑無(wú)縫鋼管 而氟利昂臥式冷凝器 的冷卻管一般采用低肋銅管 這是由于氟利昂放熱系數(shù)較低的緣故 值得注意的是 有的氟利昂制冷機(jī)組一般不設(shè)貯液筒 只采用冷凝器底部少設(shè)幾排管子 兼作貯液 筒用 150L 即熱式熱泵熱水器 9 3 套管式冷凝器 制冷劑的蒸氣從上方進(jìn)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 從下端流入貯液器中 冷卻水從冷凝器的下方進(jìn)入 依次經(jīng)過(guò)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(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 便于制 造 且因系單管冷凝 介質(zhì)流動(dòng)方向相反 故傳熱效果好 當(dāng)水流速為 1 2m s 時(shí) 傳熱系數(shù)可達(dá) 800kcal m2h 其缺點(diǎn)是金屬消耗量大 而且當(dāng)縱向管數(shù)較多時(shí) 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(duì)于小型氟利昂空調(diào)機(jī)組仍廣泛使用套管式冷凝器 二 空氣冷卻式冷凝器 空氣冷卻式冷凝器是以空氣作為冷卻介質(zhì) 靠空氣的溫升帶走冷凝熱量的 這 種冷凝器適用于極度缺水或無(wú)法供水的場(chǎng)合 常見(jiàn)于小型氟利昂制冷機(jī)組 根據(jù)空 氣流動(dòng)方式不同 可分為自然對(duì)流式和強(qiáng)迫對(duì)流式兩種 三 蒸發(fā)式冷凝器 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 按 空氣流動(dòng)方式可分為吸入式和壓送式 蒸發(fā)式冷凝器由冷卻管組 給水設(shè)備 通風(fēng)機(jī) 擋水板和箱體等部分組成 冷 卻管組為無(wú)縫鋼管彎制成的蛇形盤(pán)管組 裝在薄鋼板制成的長(zhǎng)方形箱體內(nèi) 箱體的 兩側(cè)或頂部設(shè)有通風(fēng)機(jī) 箱體底部兼作冷卻水循環(huán)水池 蒸發(fā)式與殼管式冷凝器的 并聯(lián) 四 淋水式冷凝器 淋水式冷凝器的主要優(yōu)點(diǎn)為 1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 制造方便 2 漏氨時(shí)容易發(fā)現(xiàn) 維修方便 3 清洗方便 4 對(duì)水質(zhì)要求低 其主要缺點(diǎn)是 1 傳熱系數(shù)低 2 金屬消耗量高 3 占地面積大 淋水式冷凝器是靠水的溫升和水在空氣中蒸發(fā)帶走 冷凝熱量 這種冷凝器主要用于大 中型氨制冷系統(tǒng)中 它可以露天安裝 也可安 裝在冷卻塔的下方 但應(yīng)避免陽(yáng)光直射 在這個(gè)設(shè)計(jì)中 我選擇套管式冷凝器 因?yàn)樘坠苁綋Q熱器的傳熱效率高 1 4 2 制冷劑的選擇 150L 即熱式熱泵熱水器 10 制冷系統(tǒng)里必須還要充注一定量的專(zhuān)用的工作介質(zhì) 制冷裝置才能工作 制冷 而且充注不同的工作介質(zhì)制冷裝置制冷的效率也有很大的不同 這個(gè)介質(zhì)就是制冷 劑 只有在工作溫度范圍內(nèi)能夠汽化和凝結(jié)的物質(zhì)才有可能作為制冷劑使用 1 制冷劑的作用 制冷劑在制冷系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)流動(dòng) 制冷劑在循環(huán)流動(dòng)中 通過(guò)自己的熱力狀態(tài)的變 化與外界發(fā)生能量交換 從而實(shí)現(xiàn)制取冷量的目的 2 對(duì)制冷劑的要求制冷劑應(yīng)具備安全 可靠 易得 價(jià)廉 一般要求制冷劑 應(yīng)滿足下列要求 1 臨界溫度較高 在常溫或制冷溫度下能夠液化 2 在蒸發(fā)器和冷凝器內(nèi)制冷劑的壓力要適中 3 單位容積制冷量 qv 要大 4 凝固溫度要低 以避免制冷劑在蒸發(fā)溫度下凝固 5 粘度和密度要小 以保證制冷劑在系統(tǒng)中的流動(dòng)阻力損失小 6 導(dǎo)熱系數(shù)要高 可以提高各個(gè)換熱器制冷劑側(cè)的換熱系數(shù) 7 與潤(rùn)滑油的溶解性 8 等熵指數(shù)要小 可使壓縮過(guò)程耗功減小 壓縮終了時(shí)氣體的溫度不致 過(guò)高 9 液體比熱容小 可使節(jié)流過(guò)程損失減小 10 不燃燒 不爆炸 無(wú)毒 對(duì)金屬不起腐蝕作用 與潤(rùn)滑油不起化學(xué)作用 高溫下不分解 對(duì)人體無(wú)毒害 價(jià)格便宜 便于獲得 1 制冷劑的分類(lèi) 150L 即熱式熱泵熱水器 11 在本設(shè)計(jì)中 我選擇 R22 作為制冷劑 因?yàn)?R22 比較常見(jiàn)和普遍 而其也 比較適合我設(shè)計(jì)的條件 1 4 3 蒸發(fā)器的選擇 1 干 式 氟 利 昂 蒸 發(fā) 器 干式蒸發(fā)器是一種制冷劑液體在傳熱管內(nèi)能夠完全汽化的蒸發(fā)器 11 蒸發(fā)器傳 熱管外側(cè)的被冷卻介質(zhì)是載冷劑或空氣 制冷劑則在管內(nèi)吸熱蒸發(fā) 蒸發(fā)器流量約為傳 熱管內(nèi)容積的百分之二十到三十 增加制冷劑的質(zhì)量流量 可增加制冷劑液體在管內(nèi)的 濕潤(rùn)面積 同時(shí)其進(jìn)出口處的壓差隨流動(dòng)阻力增大而增加 以致使制冷系數(shù)降低 干式 蒸發(fā)器按其被冷卻介質(zhì)的不同分為冷卻液體介質(zhì)型和冷卻空氣介質(zhì)型兩類(lèi) 而冷卻 空氣的干式蒸發(fā)器又可分為冷卻自由運(yùn)動(dòng)空氣的蒸發(fā)器和冷卻強(qiáng)制流動(dòng)空氣的蒸發(fā) 器 自由運(yùn)動(dòng)型一般被制成光管蛇形管管組 通常稱(chēng)作冷卻排管 一般用于冷藏庫(kù) 和低溫的實(shí)驗(yàn)裝置中 強(qiáng)制對(duì)流型則是在自由型的管外設(shè)置肋片以提高傳熱系數(shù) 其多用于空氣調(diào)節(jié)裝置和大型冷藏庫(kù)以及大型低溫實(shí)驗(yàn)環(huán)境場(chǎng)合 干式蒸發(fā)器的優(yōu) 點(diǎn)是應(yīng)用相對(duì)要成熟很多 而且采用干式蒸發(fā)器不需要單獨(dú)的換熱器回油設(shè)計(jì) 但是 其缺點(diǎn)是系統(tǒng)效率會(huì)有所降低 12 2 滿 液 式 蒸 發(fā) 器 滿液式蒸發(fā)器按其借個(gè)分為殼管式 直管式 螺旋管式等幾種結(jié)構(gòu)形式 它們 的共同特點(diǎn)是在蒸發(fā)器中充滿液態(tài)制冷劑 運(yùn)行中吸熱蒸發(fā)產(chǎn)生的制冷劑蒸汽不斷 地從液體中分離出來(lái) 其優(yōu)點(diǎn)是制冷劑與傳熱面充分接觸 具有較大的傳熱系數(shù) 但不足之處是制冷劑充注量大 液柱靜壓會(huì)給蒸發(fā)溫度造成不良影響 且當(dāng)鹽水濃 度降低或鹽水泵因故停機(jī)時(shí) 鹽水在管內(nèi)有被凍結(jié)的可能 若制冷劑為氟利昂 則 氟利昂內(nèi)溶解的潤(rùn)滑油很難返回壓縮機(jī) 此外清洗時(shí)需停止工作 150L 即熱式熱泵熱水器 12 4 循 環(huán) 式 蒸 發(fā) 器 這種蒸發(fā)器中 制冷劑在其管內(nèi)反復(fù)循環(huán)吸熱蒸發(fā)直至完全汽化 故稱(chēng)做循環(huán)式蒸 發(fā)器 循環(huán)式蒸發(fā)器多應(yīng)用于大型的液泵供液和重力供液冷庫(kù)系統(tǒng)或低溫環(huán)境試驗(yàn) 裝置 循環(huán)式蒸發(fā)器的優(yōu)點(diǎn)在于蒸發(fā)器管道內(nèi)表面能始終完全潤(rùn)濕 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 很高 其不足之處在與體積較大 制冷劑充注量較多 綜上所述 由于在此次設(shè)計(jì)中的制冷劑為 R22 故而可選擇干式氟利昂蒸發(fā)器 1 5 設(shè)計(jì)任務(wù)和內(nèi)容 主要任務(wù) 1 認(rèn)真進(jìn)行實(shí)習(xí) 調(diào)研 完成實(shí)習(xí) 調(diào)研 報(bào)告 2 閱讀文獻(xiàn)寫(xiě)出文獻(xiàn)綜述 3 按統(tǒng)一格式完成開(kāi)題報(bào)告 4 閱讀英文文獻(xiàn) 并譯成中文 不少于 5000 漢字 5 規(guī)范繪制圖樣 上機(jī)繪圖不少于二張裝配圖 一張零件圖 6 英中文對(duì)照摘要 中文不少于 400 字 7 按統(tǒng)一格式編制設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 不少于 30000 字 8 有全部設(shè)計(jì)的紙介質(zhì)文檔和電子文檔 工作內(nèi)容 1 設(shè)計(jì)計(jì)算 貯水箱幾何參數(shù)計(jì)算 隔熱計(jì)算 負(fù)荷計(jì)算 熱水產(chǎn)量計(jì)算 循環(huán) 熱力計(jì)算 壓縮機(jī)選擇計(jì)算及說(shuō)明 冷凝器設(shè)計(jì)計(jì)算 蒸發(fā)器設(shè)計(jì)計(jì)算 輔助 設(shè)備選擇計(jì)算 節(jié)流機(jī)構(gòu)選擇計(jì)算及說(shuō)明 2 零部件選擇 溫度控制儀選擇 壓力控制器選擇 其他零部件選擇 3 設(shè)計(jì)圖樣 總裝圖 主要零部件圖 系統(tǒng)流程圖 電控原理圖 150L 即熱式熱泵熱水器 13 11 設(shè)計(jì)計(jì)算 2 1 系統(tǒng)的熱力計(jì)算 2 1 1 系統(tǒng)循環(huán)壓焓圖 150L 即熱式熱泵熱水器 15 2 1 2 熱力計(jì)算 單位質(zhì)量制冷量 4 1 單位理論功 4 2 查閱一些廠家的資料 根據(jù)已經(jīng)生產(chǎn)成型的空氣源熱泵熱水器的制熱量 定適 合本設(shè)計(jì) 150L 的制熱量 Qk 9800W 制冷劑循環(huán)質(zhì)量流量 4 4 實(shí)際輸氣量 4 5 輸氣系數(shù) vpTL 取 150L 即熱式熱泵熱水器 16 壓縮機(jī)的理論輸氣量 4 6 壓縮機(jī)理論功率 4 7 壓縮機(jī)指示功率 取壓縮機(jī)指示效率為 0 75i 4 8 壓縮機(jī)軸功率 取機(jī)械效率 92 0 m 4 9 壓縮機(jī)電機(jī)即輸入功率 電動(dòng)機(jī)效率 86 0 mo 4 10 COP 的計(jì)算 4 11 2 2 壓縮機(jī)的選取 13 根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果知 選用谷輪 ZR 系列柔性渦旋壓縮機(jī) 其型號(hào)為 ZR34K3 PFJ 522 制冷量 8200W 輸入功率為 2520W 均能滿足設(shè)計(jì)要求 其特點(diǎn)為 1 超高能效 能較比以前市場(chǎng)上最先進(jìn)的活塞式壓縮機(jī)還高 12 150L 即熱式熱泵熱水器 17 2 杰出的可靠性 運(yùn)動(dòng)部件少軸向及徑向的谷輪專(zhuān)利柔性設(shè)計(jì)提供了前所未有的耐液擊和容忍雜 質(zhì)的能力 3 內(nèi)置電機(jī)斷路裝置 能有效保護(hù)電機(jī)免受高溫及高電流之損壞 4 低噪音 低排氣脈沖 噪音值比活塞式壓縮機(jī)低 5 分貝以上 5 簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 獨(dú)特的卸載啟動(dòng)設(shè)計(jì)使單相壓縮機(jī) 啟動(dòng)時(shí)無(wú)須啟動(dòng)電容 繼電器 在大多數(shù)應(yīng) 用中無(wú)需曲軸加熱器和氣液分離器 6 近 100 的容積效率帶來(lái)超常的制熱能力 2 3 換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算 13 2 3 1 套管式冷凝器的設(shè)計(jì)計(jì)算 1 有關(guān)參數(shù)的選擇與計(jì)算 選擇冷卻水進(jìn)口溫度 出水溫度w1t 32C w2t 40C 則對(duì)數(shù)平均溫差 4 21mt8 7wkIn 17 選取管內(nèi)水速為 2 s 選取管內(nèi)冷卻水污垢系數(shù) 20 86 i mKW 選用的 的紫銅管軋制的低翅片管為內(nèi)管 且選用了如圖 3 4T 號(hào)管 其16 5m 管型結(jié)構(gòu)參數(shù)如下 翅節(jié)距 翅厚 翅高 管內(nèi)徑 翅根 2fs 0 23t 1 5h 1idm 管面外徑 齒頂直徑 186bd 86tdm 每米管長(zhǎng)各有關(guān)換熱面積分別為 220 0 34 iiam 150L 即熱式熱泵熱水器 18 2 0 1586 23 0 15 089 dtfas m 2 2 2 6 15 0 83 ftbf m 3bftfs 22 089130 0 4 ofdfbaam 參考小型制冷裝置 有圖 3 1 查的 當(dāng) 時(shí) 冷凝負(fù)荷參數(shù) 則冷凝熱負(fù)5ktC 0t 01 8C 荷 4 18 k0 1 28354 2QW 2 確定內(nèi)管根數(shù) 水在平均溫度 時(shí) 密度 比定壓熱容mt36C 39 kg m 則冷卻水體積流量4179 pcJkg 4 19 43124801 80 9 317 32 KvpwQq sct 根據(jù)所選管型 及管內(nèi)水速 則所需內(nèi)管的根數(shù) dim ms 4 20 42241 380 791viqnd 根 3 傳熱計(jì)算 先計(jì)算水側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 水在 時(shí) 運(yùn)動(dòng)粘度t36mC 620 741 ms 因?yàn)?4 4620 1Re95 1074id 21 故水在管內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)為湍流 考慮將套管盤(pán)成曲率半徑為 的螺旋盤(pán)25Rm 管 盤(pán)管水側(cè)修正系數(shù) 4 id1 1 7 7 625R 22 150L 即熱式熱泵熱水器 19 則水側(cè)表面換熱系數(shù) 4 0 80 8 2wi22 1716084 dRiBWmK 23 查表 3 11 得 R22 在 時(shí) 物性幾何參數(shù)5ktC 3B 查表 3 4 得 1 號(hào)管增強(qiáng)系數(shù) 1 3 取蒸氣流速影響系數(shù) 6 套管管間 R22 冷凝器表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)由式 3 9 計(jì)算得 4 24 0 25 0 250 250 25 70136813614kobBd 取紫銅熱導(dǎo)率 9 Wm 將有關(guān)各值代入傳熱方程組得 4 0 250 75001414kq 25 00ofifwm01 r18 725 930 18 06 18446 4 027 26 上式中 的單位為 的單位為0q2 Wm0C 解聯(lián)立方程式 當(dāng) 22001 5q 357 578 mCW 時(shí) 兩 式 和 取 2q 237 150L 即熱式熱泵熱水器 20 則冷凝器所需傳熱面積 4 27 22kof0483 m 0 8q57QA 所需低翅片管有效總管長(zhǎng) 4 28 of 2184 05L 4 冷凝器的整體結(jié)構(gòu) 冷凝器的外管采用 51mm 3mm 將每根套管式成型為曲率半徑的 無(wú) 縫 鋼 管 R 160mm 的螺旋盤(pán)管 并使換熱器的進(jìn)出口朝同一方向 盤(pán) 3 5 圈 冷凝器總高度 為 178 5mm 2 3 2 風(fēng)冷式換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算 10 設(shè)計(jì)參數(shù)及條件 冷凝熱負(fù)荷 冷凝溫度 進(jìn)風(fēng)溫度4 57kQW 5ktC 空氣溫升 傳熱管選用 材料為 的銅管 132atC 10atC 9 20 3m 2T 材料為 的鋁翅片 迎風(fēng)面上的管間距 排間距 管外LF1 s2 16sm 徑 管內(nèi)徑 翅片間距 翅片厚度309 5dm 8id 8f 片寬 進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算 18f 04b 1 基本結(jié)構(gòu) 空氣流動(dòng)方式 受迫對(duì)流 吸風(fēng)式 基本結(jié)構(gòu)型式 正三角形排列 片型 平式翅片 管排數(shù) n 4 下圖 4 4 所示為翅片管管簇排列結(jié)構(gòu)參數(shù)示意圖 150L 即熱式熱泵熱水器 21 圖 4 4 等邊三角形叉排 按等邊三角形叉排布置的整套片翅片管簇 對(duì)每根管而言 其翅片形式相當(dāng)于 正六角形翅片 2 翅片管幾何參數(shù)計(jì)算 單位管長(zhǎng)翅片面積 4 29 21 224 0 5 60 9520 18 867f bfsdm 由 4 202 9 1 8bfd m 30 得肋間管外單位表面積 為bf 4 31 20 1810 98 0791fbfd ms 管外總單位表面積 為tf 4 20 516247 091 5468tfb 150L 即熱式熱泵熱水器 22 32 管內(nèi)單位表面積 為if 4 33 20 93 765iifdm 肋化系數(shù) 為 4 34 54189 675027tif 3 空氣側(cè)傳熱系數(shù)計(jì)算 1 空氣進(jìn)出冷凝器的溫差及風(fēng)量 出風(fēng)溫度 4 35 213204aattC 空氣平均溫度 4 36 217amt 風(fēng)量 4 37 3348 0 4251 1 3051kVampaQq msct 平均溫度下空氣物性參數(shù)為 密度 比定壓熱容 mkg 運(yùn)動(dòng)粘度 熱導(dǎo)率 1 05 packJgK 628vs 27mW 2 肋片效率及空氣側(cè)傳熱系數(shù) 根據(jù)肋片參數(shù) 冷凝器的空氣最窄流通面積與迎風(fēng) 面積之比 為 4 38 1 801259 80 432ffbsd 取迎面風(fēng)速 則最小流通面的風(fēng)速2 fwm 4 39 max23 674 0 5fwms 當(dāng)量直徑 150L 即熱式熱泵熱水器 23 4 40 122 59 8 10 2 9645bffeqsd m 空氣的雷諾數(shù) 4 41 3max 63 6742 910Re 4 858eqfwdv 單元空氣流道長(zhǎng)徑比 4 42 0 41 03527296eqLd 根據(jù)流體流過(guò)整張平套片管管簇時(shí)的換熱公式 有 2362630 518 230 453107 5715 027 eqeqeqLAddd 4 43 4 44 0 24Re0 246 83 1 36 581 3 0 21fCA 4 45 56 5 7 49eqLnd 4 46 R64 830 280 280 211fm 平直翅片的管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 4 47 0 0 549230 2821 e7 0 3861 79645531 mnmfqqLaCdWK 對(duì)于叉排管有 4 48 1 70 3 其中 150L 即熱式熱泵熱水器 24 4 49 10 25 306498bsd 所以 2 6859 肋片當(dāng)量高度 4 50 10 35ln20 98 61 l2 6859 bdhm 肋片特性參數(shù) 4 51 103259 17 058fam 其中 203 fWmK 肋片效率 4 52 57 1 023 857ftht 冷凝器外表面效率 4 53 0 516247 850 291 856fbst 當(dāng)量表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 4 54 20 89156 352 906 jsaWmK 4 管內(nèi) R22 冷凝時(shí)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算 首先設(shè)管壁的溫度 則平均溫度47 wtC 4 55 47512wkmtC 根據(jù) R22 管內(nèi)冷凝換熱有關(guān)計(jì)算公式 4 56 1 41 4 0 683ismkwiarBtd 其中 為綜合物性參數(shù) 為氣化熱 mBsr 150L 即熱式熱泵熱水器 25 查表知 3 62 107kg m4 5 8sWCsrkJ 綜合物性參數(shù) 為mB 4 57 1 43 1 4389 807 5 0 mmm 又 1 41 4538 25sr 代人上式中 則 4 58 1 41 41 40 63 78 30 8219542i kwkwatt 由熱平衡可得管壁溫度平衡方程 4 1 4195 20 8252 906 41836ikwjtamkww adtft t 59 整理得 4 60 3 454 1628 136wwtt 由試湊法得 時(shí) 等式成立 與設(shè)定值近似相等 證明合適 6wtC 得 4 61 1 421954 2628 iaWmK 5 計(jì)算所需傳熱面積 考慮到傳熱管為純銅管 取傳熱管導(dǎo)熱熱阻 接觸熱阻和污垢熱阻之和 20 48rmK 以管外面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)為 150L 即熱式熱泵熱水器 26 4 02119 648751 9506 3ofijKraWmK 62 平均溫差為 4 2143217 5lnlamkt C 63 所需管外面積及結(jié)構(gòu)參數(shù) 管外面積 4 64 245710 682 3 koffmQAmKt 所需的肋片管總長(zhǎng)度 4 65 10 689 45oftL 冷凝器每列管數(shù) 12 根 總管數(shù)為 48 根 單管有效長(zhǎng)度 0 6m 總有效管長(zhǎng)為 裕度為 3 7 冷凝器高度為 實(shí)際迎風(fēng)面340 62 m 170 25 Hm 積 實(shí)際迎面風(fēng)速 與初取值接近 250 A 49 VaqwsA 設(shè)計(jì)合理 6 風(fēng)機(jī)的選擇計(jì)算 9 空冷式冷凝器所用風(fēng)機(jī)應(yīng)根據(jù)冷凝器的結(jié)構(gòu)形式 所需風(fēng)量以及風(fēng)壓選配 風(fēng) 壓包括動(dòng)壓 及靜壓 p 風(fēng)機(jī)的動(dòng)壓 4 66 221 58 910apPa 150L 即熱式熱泵熱水器 27 式中 冷凝器進(jìn)口空氣的密度 單位為 a 3kgm 迎面風(fēng)速 單位為 ms 當(dāng)空冷式冷凝器采用平片整套片翅片管簇時(shí) 空氣流過(guò)冷凝器的阻力即 靜壓 4 67 1 7 max1 70 184 583492 29eqbpdPa 風(fēng)機(jī)采用電動(dòng)機(jī)直接傳動(dòng) 則傳動(dòng)效率 取風(fēng)機(jī)全壓效率 m 0 65fan 則電動(dòng)機(jī)輸入功率 4 0 4251 07 42612 vfanmqpW 68 根據(jù) 可選用 YDWF74S4 422N 350 型號(hào)的軸流330 450 6vqsh 風(fēng)機(jī) 其風(fēng)量為 輸入功率為 150W 風(fēng)葉直徑 350mm 電壓為 220V 1mh 頻率為 50Hz 轉(zhuǎn)速為 38inr 25 3 節(jié)流機(jī)構(gòu)的選擇 3 1 節(jié)流機(jī)構(gòu)概述 2 作為制冷循環(huán)的四大部件之一 節(jié)流裝置在系統(tǒng)中起著非常關(guān)鍵的作用 通過(guò) 選擇應(yīng)用合適的節(jié)流機(jī)構(gòu)與制冷系統(tǒng)匹配是整個(gè)制冷設(shè)備降低能耗的重要一環(huán) 節(jié) 流的工作原理是制冷工質(zhì)流過(guò)閥門(mén)時(shí)流動(dòng)截面突然收縮 流體流速加快 壓力下降 壓力下降的大小取決于流動(dòng)截面收縮的比例 節(jié)流機(jī)構(gòu)的作用如下 1 節(jié)流降壓 當(dāng)常溫高壓的制冷劑飽和液體流過(guò)節(jié)流閥 變成低溫低壓的制 冷劑液體并產(chǎn)生少許閃發(fā)氣體 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)向外界吸熱的目的 2 調(diào)節(jié)流量 節(jié)流閥通過(guò)感溫包感受蒸發(fā)器出口處制冷劑過(guò)熱度的變化來(lái)控 制閥的開(kāi)度 調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量 使其流量與蒸發(fā)器的熱負(fù)荷相匹配 當(dāng)蒸發(fā)器熱負(fù)荷增加時(shí)閥開(kāi)度也增大 制冷劑流量隨之增加 反之 制冷劑流量減 少 3 控制過(guò)熱度 節(jié)流機(jī)構(gòu)具有控制蒸發(fā)器出口制冷劑過(guò)熱度的功能 既保持 蒸發(fā)器傳熱面積的充分利用 又防止吸氣帶液損壞壓縮機(jī)的事故發(fā)生 4 控制蒸發(fā)液位 帶液位控制的節(jié)流機(jī)構(gòu)具有控制蒸發(fā)器液位的功能 既保 持蒸發(fā)器傳熱面積的充分利用 又防止吸氣帶液降低吸氣過(guò)熱度 若節(jié)流機(jī)構(gòu)向蒸發(fā)器的供液量與蒸發(fā)負(fù)荷相比過(guò)大 部分液態(tài)制冷劑一起進(jìn)入 壓縮機(jī) 易引起濕壓縮或沖缸事故 相反若供液量與蒸發(fā)器負(fù)荷相比太少 則蒸發(fā) 器部分傳熱面積未能充分發(fā)揮其效能 甚至?xí)斐烧舭l(fā)壓力降低 而且使制冷系統(tǒng) 的制冷量降低 制冷系數(shù)減小 制冷裝置能耗增大 因而說(shuō)節(jié)流機(jī)構(gòu)流量的調(diào)節(jié)對(duì) 制冷裝置節(jié)能降耗起著非常重要的作用 3 2 節(jié)流機(jī)構(gòu)的分類(lèi) 24 常用的節(jié)流機(jī)構(gòu)有手動(dòng)膨脹閥 浮球式膨脹閥 熱力膨脹閥以及阻流式膨脹閥 毛細(xì)管 等 它們的基本原理都是使高壓液態(tài)制冷劑受迫流過(guò)一個(gè)小過(guò)流截面 產(chǎn) 生合適的局部阻力損失 或沿程損失 使制冷劑壓力驟降 與此同時(shí)一部分液態(tài)制 冷劑汽化 吸收潛熱 使節(jié)流后的制冷劑成為低壓低溫狀態(tài) 1 手動(dòng)節(jié)流閥 手動(dòng)節(jié)流閥是最老式的節(jié)流閥 其外形與普通截止閥相似 它由閥體 閥芯 26 閥桿 填料壓蓋 上蓋 手輪和螺栓等零件組成手動(dòng)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(gè) 適當(dāng)?shù)倪^(guò)流截面積上以產(chǎn)生恰當(dāng)?shù)墓?jié)流作用 而節(jié)流閥的閥芯為針型錐體或帶缺口 的錐體 閥桿為細(xì)牙螺紋 所以當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪時(shí) 閥芯移動(dòng)的距離不大 過(guò)流截面積 可以較準(zhǔn)確 方便地調(diào)整 節(jié)流閥的開(kāi)啟度的大小是根據(jù)蒸發(fā)器負(fù)荷的變化而調(diào)節(jié) 通常開(kāi)啟度為手輪的 1 8 至 1 4 周 不能超過(guò)一周 否則 開(kāi)啟度過(guò)大 會(huì)失去膨脹作用 因此它不能隨 蒸發(fā)器熱負(fù)荷的變動(dòng)而靈敏地自動(dòng)適應(yīng)調(diào)節(jié) 幾乎全憑經(jīng)驗(yàn)結(jié)合系統(tǒng)中的反應(yīng)進(jìn)行 手工操作 目前它只裝設(shè)于氨制冷裝置中 在氟利昂制冷裝置中 廣泛使用熱力膨 脹閥進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié) 2 浮球節(jié)流閥 浮球節(jié)流閥的工作原理 浮球節(jié)流閥是一種自動(dòng)調(diào)節(jié)的節(jié)流閥 其工作原理 是利用一鋼制浮球?yàn)閱㈤]閥門(mén)的動(dòng)力 靠浮球隨液面高低在浮球室中升降 控制一 小閥門(mén)開(kāi)啟度的大小變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)供液量 同時(shí)起節(jié)流作用的 當(dāng)容器內(nèi)液面降 低時(shí) 浮球下降 節(jié)流孔自行開(kāi)大 供液量增加 反之 當(dāng)容器內(nèi)液面上升時(shí) 浮 球上升 節(jié)流孔自行關(guān)小 供液量減少 待液面升至規(guī)定高度時(shí) 節(jié)流孔被關(guān)閉 保證容器不會(huì)發(fā)生超液或缺液的現(xiàn)象 浮球節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)型式與安裝要求 浮球節(jié)流閥是用于具有自由液面的蒸發(fā) 器 液體分離器和中間冷卻器供液量的自動(dòng)調(diào)節(jié) 在氨制冷系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的是一 種低壓浮球閥 低壓浮球閥按液體在其中流通的方式 有直通式和非直通式兩種 直通浮球節(jié)流閥的特點(diǎn)是 進(jìn)入容器的全部液體制冷劑首先通過(guò)閥孔進(jìn)入浮球室 然后再進(jìn)入容器 因此 結(jié)構(gòu)和安裝比較簡(jiǎn)單 但浮球室的液面波動(dòng)大 非直通式 浮球節(jié)流閥的特點(diǎn)是 閥座裝在浮球室外 經(jīng)節(jié)流后的制冷劑不需要通過(guò)浮球室而 沿管道直接進(jìn)入容器 因此 浮球室的液面較平穩(wěn) 但其結(jié)構(gòu)與安裝均較復(fù)雜 目前我國(guó)冷凍機(jī)廠生產(chǎn)的浮球節(jié)流閥都是這種非直通式的 這種浮球節(jié)流閥的 結(jié)構(gòu)是由殼體 浮球 杠桿 閥座 平衡管 閥芯和蓋等組成 浮球節(jié)流閥在安裝時(shí)的要求是浮球室的氣體平衡管應(yīng)接在筒身上 而不應(yīng)接在 液體分離器的吸氣管上 液體平衡管不應(yīng)接在液體分離器與蒸發(fā)器之間的供液管 27 上 也不應(yīng)接在低壓循環(huán)貯液筒的氨泵吸液管上 以免浮球室內(nèi)液面波動(dòng)過(guò)大 蒸 發(fā)器中的液體往往呈氣泡沸騰狀態(tài) 致使氣液混合物的密度顯著降低 造成蒸發(fā)器 中的實(shí)際液面要高于浮球室的液面 因此將浮球節(jié)流閥安裝到蒸發(fā)器上時(shí) 最好把 浮球節(jié)流閥適當(dāng)降低一些 浮球節(jié)流閥的管路系統(tǒng)中一般應(yīng)裝置液體過(guò)濾器 采用 250 孔 cm 2 的鋼絲網(wǎng) 以保證進(jìn)入浮球閥內(nèi)的液體無(wú)雜質(zhì) 避免閥門(mén)堵塞 此外 還要裝設(shè)旁路手動(dòng)節(jié)流閥 以便在浮球節(jié)流閥發(fā)生故障或清洗過(guò)濾器時(shí)仍可繼續(xù)供 液 熱力膨脹閥 熱力膨脹閥是氟利昂制冷裝置中根據(jù)吸入蒸氣的過(guò)熱程度來(lái)調(diào) 節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的液態(tài)制冷劑量 同時(shí)將液體由冷凝壓力節(jié)流降壓到蒸發(fā)壓力的 熱力膨脹閥的型式很多 但在結(jié)構(gòu)上大致相同 按膨脹閥中感應(yīng)機(jī)構(gòu)動(dòng)力室中 傳力零件的結(jié)構(gòu)不同 可分為薄膜式和波紋管式兩種 按使用條件不同 又可分為 內(nèi)平衡式和外平衡式兩種 目前常用的小型氟利昂熱力膨脹閥多為薄膜式內(nèi)平衡熱 力膨脹閥 內(nèi)平衡式熱力膨脹閥 內(nèi)平衡式熱力膨脹閥一般都由閥體 閥座 閥針 調(diào)節(jié) 桿座 調(diào)節(jié)桿 彈簧 過(guò)濾器 傳動(dòng)桿 感溫包 毛細(xì)管 氣箱蓋和感應(yīng)薄膜等組 成 感溫包里灌注氟利昂或其它易揮發(fā)的液體 把它緊固在蒸發(fā)器出口的回氣管上 用以感受回氣的溫度變化 毛細(xì)管是用直徑很細(xì)的銅管制成 其作用是將感溫包內(nèi) 由于溫度的變化而造成的壓力變化傳遞到動(dòng)力室的波紋薄膜上去 波紋薄膜是由很 薄的 0 1 0 2mm 合金片沖壓而成 斷面呈波浪形 能有 2 3mm 的位移變形 波 紋薄膜由于動(dòng)力室中壓力的變化而產(chǎn)生的位移通過(guò)其下方的傳動(dòng)桿傳遞到閥針上 使閥針隨著傳動(dòng)桿的上下移動(dòng)而一起移動(dòng) 以控制閥孔的開(kāi)啟度 調(diào)節(jié)桿的作用是 在系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)轉(zhuǎn)中 用以調(diào)整彈簧的壓緊程度來(lái)調(diào)整膨脹閥的開(kāi)啟過(guò)熱度的 系統(tǒng) 正常工作后不可隨意調(diào)節(jié)且應(yīng)擰上調(diào)節(jié)桿座上的帽罩 以防止制冷劑從填料處泄漏 過(guò)濾網(wǎng)安裝在膨脹閥的進(jìn)液端 用以過(guò)濾制冷劑中的異物 防止閥孔堵塞 至于其工作原理 我們首先分析一下熱力膨脹閥工作時(shí)波紋薄膜的受力情況 由下圖 5 1 可知 金屬波紋薄膜受有三種力的作用 在膜片的上方 為感溫包中 液體 與其感受到的溫度相對(duì)應(yīng)的 的飽和壓力 P 對(duì)膜片產(chǎn)生的向下推力 P 在膜片的 下方 受閥座后面與蒸發(fā)器相通的低壓液體對(duì)膜片產(chǎn)生一個(gè)向上的推力 制冷劑的0 150L 即熱式熱泵熱水器 28 蒸發(fā)壓力 和彈簧的張力 W 的作用 此外還有活動(dòng)零件之間的摩擦 力等因素構(gòu)成的作用力 因?yàn)槠渲瞪跣?在分析時(shí)可以忽略不計(jì) 由以上分析可 圖 5 1 熱力膨脹閥原理簡(jiǎn)圖 知 當(dāng)三力處于平衡狀態(tài) 即滿足 時(shí) 膜片不動(dòng) 則閥口處于一定的開(kāi)WP 0 啟度 而當(dāng)其中任何一個(gè)力發(fā)生變化時(shí) 就會(huì)破壞原有的平衡 則閥口的開(kāi)啟度也 就隨之發(fā)生變化 直到建立新的平衡為止 當(dāng)外界情況改變 如由于供液不足或熱負(fù)荷增大 引起蒸發(fā)器的回氣過(guò)熱度增 大時(shí) 則感溫包感受到的溫度也升高 飽和壓力 P 也就增大 因此形成 P P0 W 這樣就會(huì)導(dǎo)至膜片下移 使閥口開(kāi)啟度增大 制冷劑的流量也就增大 直至供液量與蒸發(fā)量相等時(shí)達(dá)到另一平衡 反之 若由于供液過(guò)多或熱負(fù)荷減少 引起蒸發(fā)器的回氣過(guò)熱度減小 使感溫包感受到的溫度也降低時(shí) 則飽和壓力 P 也 就減小 因此形成 P P0 W 這樣就會(huì)導(dǎo)至膜片上移 使閥口開(kāi)啟度減小 制冷 劑的供液量也就減少 直至與蒸發(fā)器的熱負(fù)荷相匹配為此 熱力膨脹閥的工作原理 就是利用與回氣過(guò)熱度相關(guān)的 P 力的變化來(lái)調(diào)節(jié)閥口的開(kāi)啟度的 從而控制制冷劑 的流量 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié) 另外 從上述關(guān)系也可看出 調(diào)節(jié)不同的彈簧張力 W 便能獲得使閥口開(kāi)啟的 不同過(guò)熱度 與調(diào)定的彈簧張力 W 相對(duì)應(yīng)的制冷劑的過(guò)熱度稱(chēng)為靜裝配過(guò)熱度 又 稱(chēng)關(guān)閉過(guò)熱度 一般希望蒸發(fā)器的過(guò)熱度維持在 3 5 的范圍內(nèi) 外平衡式熱力膨脹閥 外平衡熱力膨脹閥與內(nèi)平衡熱力膨脹閥在結(jié)構(gòu)上略有不 同 其不同處是感應(yīng)薄膜下部空間與膨脹閥出口互不相通 而且通過(guò)一根小口徑的 平衡管與蒸發(fā)器出口相連 換句話說(shuō) 外平衡熱力膨脹閥膜片下部的制冷劑壓力不 是閥門(mén)節(jié)流后的蒸發(fā)壓力 而是蒸發(fā)器出口處的制冷劑壓力 這樣可以避免蒸發(fā)器 29 阻力損失較大時(shí)的影響 把過(guò)熱度控制在一定的范圍內(nèi) 使蒸發(fā)器傳熱面積充分利 用 內(nèi) 外平衡式熱力膨脹閥工作原理完全相同 只是適用的條件不同 如果蒸發(fā) 器中制冷劑的壓力損失較大 使用內(nèi)平衡式熱力膨脹閥時(shí) 就會(huì)造成蒸發(fā)器供液量 不足 出口處氣態(tài)制冷劑的過(guò)熱度增大 也就使蒸發(fā)器的傳熱面積的利用率降低 制冷量相應(yīng)減小 所以在實(shí)際應(yīng)用中 蒸發(fā)器壓力損失較小時(shí) 一般使用內(nèi)平衡式 熱力膨脹閥 而壓力損失較大時(shí) 當(dāng)膨脹閥出口至蒸發(fā)器出口制冷劑的壓力降相應(yīng)的 蒸發(fā)溫度降低超過(guò) 2 3 時(shí) 應(yīng)采用外平衡式熱力膨脹閥 安裝熱力膨脹閥時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題 首先應(yīng)檢查膨脹閥是否完好 特別注意檢查 感溫動(dòng)力機(jī)構(gòu)是否泄漏 膨脹閥應(yīng)正立式安裝 不允許倒置 感溫包安裝在蒸發(fā)器 的出氣管上 緊貼包纏在水平無(wú)積液的管段上 外加隔熱材料纏包 或插入吸氣管 上的感溫套內(nèi) 當(dāng)水平回氣管直徑小于 25mm 時(shí) 感溫包可扎在回氣管項(xiàng)部 當(dāng)水 平回氣管直徑大于 25mm 時(shí) 感溫包可扎在回氣管下側(cè) 45 處 以防管子底部積油 等因素影響感溫包正確感溫 外平衡膨脹閥的平衡管一般都安裝在感溫包后面 100mm 處的回氣管上 并應(yīng)從管頂部引出 以防潤(rùn)滑油進(jìn)入閥內(nèi) 一個(gè)系統(tǒng)中有多 個(gè)膨脹閥時(shí) 外平衡管應(yīng)接到各自蒸發(fā)器的出口 毛細(xì)管 在電冰箱 空調(diào)器等小型制冷設(shè)備中 常用毛細(xì)管做節(jié)流裝置 它 主要是靠其管徑和長(zhǎng)度的大小來(lái)控制液體制冷劑的流量以使蒸發(fā)器能在適當(dāng)?shù)臓顩r 下工作 制冷工程中一般稱(chēng)內(nèi)徑 0 5 2mm 左右 長(zhǎng)度在 1 4m 左右的紫鋼管為毛 細(xì)管 與節(jié)流閥相比毛細(xì)管作為節(jié)流裝置的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)運(yùn)動(dòng)件不會(huì)磨損不易泄漏 制 造容易價(jià)格便宜 安裝省事 缺點(diǎn)是流量小且不能隨時(shí)隨意進(jìn)行人為調(diào)整 在內(nèi)徑及長(zhǎng)度已確定后 毛細(xì)管的流量主要受進(jìn) 出口兩側(cè)即高 低壓兩端壓 力差大小的影響 與來(lái)液過(guò)冷度大小 含閃發(fā)氣體多少以及管彎曲程度 盤(pán)繞圈數(shù) 等也有關(guān) 因此機(jī)組系統(tǒng)一定時(shí) 不能任意改變工況或更換任意規(guī)格的毛細(xì)管 據(jù) 有關(guān)實(shí)驗(yàn)表明 在同樣工況和同樣流量條件下 毛細(xì)管的長(zhǎng)度與其內(nèi)徑的 4 6 次方 近似成正比 即 當(dāng)環(huán)境溫度升高或制冷劑充加量過(guò)多時(shí) 冷凝器壓6 42121 dl 力變高 毛細(xì)管流量增大會(huì)使蒸發(fā)器壓力及蒸發(fā)溫度隨之升高 反之 當(dāng)環(huán)境溫度 降低或制冷劑充加量不足時(shí) 冷凝器壓力變低 毛細(xì)管流量減小會(huì)使蒸發(fā)器壓力及 150L 即熱式熱泵熱水器 30 蒸發(fā)溫度隨之降低 導(dǎo)致制冷量下降 甚至降不到所需的溫度 因此 采用毛細(xì)管的制冷設(shè)備 必須根據(jù)設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格控制制冷劑的充加量 根據(jù)毛細(xì)管進(jìn)口處制冷劑的狀態(tài)分為過(guò)冷液體 飽和液體和稍有氣化等情況 從毛細(xì)管的安裝方式考慮 制冷劑在其進(jìn)口的狀態(tài)按毛細(xì)管是否與吸氣管存在熱交 換而分為回?zé)嵝秃蜔o(wú)回?zé)嵝蛢煞N 回?zé)嵝图疵?xì)管內(nèi)制冷劑在膨脹過(guò)程對(duì)外放熱 無(wú) 回?zé)嵝图疵?xì)管內(nèi)制冷劑為絕熱膨脹 電子膨脹閥 3 電子膨脹閥 吸氣過(guò)熱度控制 吸氣過(guò)熱度控制系統(tǒng)由電子膨脹閥 壓力傳感器 溫度傳感器 控制器組成 工作時(shí) 壓力傳感器將蒸發(fā)器出口壓力 P1 溫度傳感器將壓縮機(jī)吸氣過(guò)熱度傳給控 制器 控制器將信號(hào)處理后 隨后輸出指令作用于電子膨脹主閥的步進(jìn)電機(jī) 將閥 開(kāi)到需要的位置要 以保持蒸發(fā)器需要的供液量 電子膨脹閥的步進(jìn)電機(jī)是根據(jù)蒸 發(fā)器出口壓力 P1 變化 壓縮機(jī)吸氣過(guò)熱度變化實(shí)時(shí)輸出變化的動(dòng)力 這個(gè)實(shí)時(shí)輸出 變化的動(dòng)力能及時(shí)克服各種工況和各種負(fù)荷情況下主膨脹閥變化的彈簧力 使閥的 開(kāi)度滿足蒸發(fā)器供液量的需求 進(jìn)而蒸發(fā)器的供液量能實(shí)時(shí)與蒸發(fā)負(fù)荷相匹配 即 電子膨脹閥可通過(guò)控制器人為設(shè)定 有效地控制過(guò)熱度 另外 電子膨脹閥從全閉 到全開(kāi)狀態(tài)其用時(shí)僅需幾秒鐘 反應(yīng)和動(dòng)作速度快 開(kāi)閉特性和速度均可人為設(shè)定 電子膨脹閥可在 10 100 進(jìn)行精確調(diào)節(jié) 且調(diào)節(jié)范圍可根據(jù)不同產(chǎn)品的特性進(jìn)行 設(shè)定 選用電子膨脹閥 吸氣過(guò)熱度控制 機(jī)組無(wú)論在標(biāo)準(zhǔn)工況下 變工況 滿負(fù) 荷 變負(fù)荷運(yùn)行均維持較高的 COP 值水平 電子膨脹閥 吸氣過(guò)熱度控制制冷系 統(tǒng)原理圖如圖 5 2 所示 電子膨脹閥 液位控制 液位控制系統(tǒng)由電子膨脹閥 液位傳感器 液位控制器組成