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岛型开启式商用制冷系统设计TOC\o1-3\h\u摘要1第一章绪论
31.1冷藏陈列柜的简介
31.2本课题的发展趋势5第二章制冷负荷计算
62.2开启式冰冻柜的热负荷计算
62.
2.1通过柜体维护结构的传热量
72.
2.2通过陈列室冰冻柜敞开口从外界辐射进入的热量
82.
2.3风幕热负荷
82.
2.4柜内热负荷
102.
2.5岛型开启式冰冻柜柜内总热负荷计算11第三章制冷系统热力计算
113.1制冷工况的确定
113.
1.2运用压焓图求各参数
113.2制冷系统的热力计算12第四章制冷设备的选型与热力计算
144.1压缩机的分类及选型
144.
1.1压缩机的分类
144.
1.2压缩机的选型
154.2冷凝器的选型与热力计算
204.
2.1冷凝器的结构形式选型
204.
2.2冷凝器的选型计算
224.4毛细管的选型及热力计算
294.
4.2毛细管的选型计算
304.5制冷剂充注量计算
314.
5.2求制冷剂最佳充注量32第五章辅助设备的选型
325.1干燥过滤器的选择
325.2气液分离器选择
335.3压力控制器选择34第六章陈列柜的节能性与环保性讨论
346.1节能性讨论
346.2环保性讨论37结束语37致谢38参考文献39摘要为了满足市场对陈列柜的需求,本设计简要的介绍了1400L岛式食品冷藏陈列柜的设计情况,其中制冷剂采用R134a探讨了食品冷藏陈列柜的分类以及其发展前景为了更好的设计,首先对陈列柜行业发展的现状以及今后的发展趋势做了简要的阐述,然后进行了负荷计算和制冷系统热力计算,接着进行了制冷设备的热力计算和选型,最后对本设计产品的节能性和环保性做了简单的讨论本设计说明书重点介绍了1400L岛型商用陈列柜的制冷系统,以及其辅助设备的设计制冷系统选用蒸气压缩式制冷循环系统,文中涉及了压缩机、冷凝器、毛细管和蒸发器的设计计算这种制冷系统结构简单,在商用冷藏陈列柜中得到了广泛的应用关键词制冷系统;压缩机;冷凝器;蒸发器AbstractInordertomeettheneedsofthemarketdisplaycasesabriefintroductiontothedesign1400LIsland-typefoodrefrigerateddisplaycasedesignofwhichuserefrigerantR134a.Refrigerateddisplaycasesofthebenefitsoffoodaswellasitsdevelopmentprospects.Inordertobetterdesigndevelopmentoftheindustrysfirstshowcasestatusandfuturetrendsarebrieflydescribedfollowedbyaheatloadcalculationandthecalculationofrefrigerationsystemsrefrigerationequipmentfollowedbyathermodynamiccalculationandselectionthelastofthedesignofenergy-savingproductsandenvironmentalprotectiondoasimplediscussion.Thisdesign-guidesfocuseonthe1400LIsland-typecommercialshowcaserefrigerationsystemanditsauxiliaryequipmentdesignwhichslectsthevaporcompressionrefrigerationsystemrefrigerationcyclesystem.Thispaperdiscussedthedesignsandcalculationsofthecompressorcondenserevaporatorandcapillary.Becauseofitssimplestructuretherefrigeratingsystemhasgainedawidelyapplicationincommercialareas.Keywords:refrigerationsystem;compressor;condenser;evaporator第一章绪论
1.1冷藏陈列柜的简介冷藏陈列柜顾名思义,也就是冷藏易腐败的食品的装置,样式是陈列放置所以叫冷藏陈列柜,作为食品冷藏链最后一个环节的制冷装置—冷藏陈列柜,具有有效的保存易腐败商品和食品的功能和展示与销售商品或食品的功能在易腐败商品或食品的销售环节中,使其始终保持设定的低温环境下,最大程度地保证食品质量、减少食品损耗冷藏陈列柜通常使用于酒店和超市的新鲜食品销售与展示,根据其用途、使用温度、适用场所等具有各种不同的结构和形式;其目的就是在陈列柜内维持适当的湿度和温度,以保证食品或商品的新鲜度和品质,为消费者提供良好的购物环境和可靠地食品品质保障在零售商店和超市内,为了提高商品的展示效果和品质保证,冷藏陈列柜应用与各种生鲜食品,包括蔬菜、水果、精肉、鲜鱼、乳制品、蛋糕、饮料等各种熟食品和半熟食品等的低温保鲜与销售由于储存与展示的商品种类繁多,冷藏陈列柜的结构形式也有很多种类,准确的分类很困难,所以下面用按照陈列柜的使用温度、制冷机组布置、外形结构等,对其分类方法分别介绍
1.根据冷藏陈列柜的使用温度分类根据冷藏陈列柜的使用温度分类,冷藏陈列柜大体可分为冷却型、冷冻型、冷却冷冻型及温热型等⑴冷却型陈列柜柜内温度为-6℃以上,主要用于储藏陈列蔬菜、鲜鱼、肉制品、猪肉、水果、饮料等⑵冷冻型陈列柜柜内温度为-6℃以下,主要用于储藏陈列冰激凌、冻鱼、冻肉等冷冻食物⑶冷却冷冻型陈列柜有冷藏和冷冻功能并存,同时保存不同的食物⑷温热型陈列柜柜内温度35℃以上,用于储存陈列各种熟食
2.按制冷机组的不置分类陈列柜的制冷机组可分为内置式和分离式两种类型由于大型制冷机组规模比较大,所以占用显示食品和商品空间是安装在柜,操作将产生的废热,噪声,振动,直接影响购物环境为了避免这些不利的影响,大型制冷机组是放置在一个特殊的房间,称为分离式机组陈列分离单元柜制冷压缩机,冷凝器和电气控制柜,柜体内分别安装,制冷压缩机,房间里的橱柜,室外冷凝器放置在通风良好的地方这套机组具有噪音低,振动小有助于创造一个良好的购物环境,易于实现压缩机,蒸发器制冷系统相结合,有助于降低设备成本和运行成本缺点是密切相关的性能和施工质量,需要有专业的施工队伍安排,并再次定位,是很难打动所以,它特别适合与大型超市使用内置式制冷机组与陈列柜体合成一体,缺点是对室内空气冷却冷凝器的制冷机组,增加室内空调冷负荷系统,和噪声大,适合中小型便利店和小商店
3.按陈列柜的外形结构分类冷藏陈列柜根据结构形式的不同可分类为封闭式和敞开式陈列柜⑴封闭型陈列柜该陈列柜的四周封闭,并有多层玻璃做成门或盖,供展示食品或为顾客拿取商品之用优点是柜内温度波动小、冷藏条件好、能耗低、制造成本低、对环境的敏感度低,所以该陈列柜适合于陈列对环境要求高、要求储存温度稳定、比较讲卫生的食品或商品,比如冰激凌、奶食品、医药品等⑵敞开型陈列柜该陈列柜是拿取货物的部分是敞开的,顾客可以自由的拿取或放入商品或食品,即为消费者创造良好的购物条件同时满足商品或食品的存放要求所以它适合于大型超市、酒店等场所由于拿取商品的部分是敞开的所以外部热量很容易进入柜内,导致能源损失,为了防止热量不断地渗入柜内设计一层或多层风幕形成柜内与外界隔开的屏障达到防止外部热量渗入,但由于风幕会带走柜内一部分热量所以这样的陈列柜比封闭型陈列柜能耗大此外,陈列柜又可以按其结构形式分为立式陈列柜和卧式陈列柜立式柜和卧式柜的机构形式上的差别大,而且在功能和种类也不同,立式陈列柜的柜内空气温度一般-10℃左右,多用于蔬菜、奶食品、水果等食品的冷藏与保鲜而卧式陈列柜的柜内空气温度一般-15℃左右,因外形结构多为箱体式结构,对于双面卧式陈列柜又可称为岛式陈列柜卧式陈列柜使用于存储商品时商品易于堆积,不如立式陈列柜存取方便;但卧式陈列柜的上开门方式可以减小冷量损失,结构比立式陈列柜简单,价格便宜多用于周转量比较大的冻结商品、冰激凌等食品的冻藏
1.2本课题的发展趋势现代科学和技术的突飞猛进的发展在为人类带来巨大的利益和便利的同时,也带来极大地对环境和自然资源破坏环境和自然资源是现代社会和全人类的生存和发展的基础与资本环境污染问题、能源紧张问题和食品安全问题越来越引世界各国各界人士的关注保护生态环境,节约自然资源,与自然和谐发展,是制冷行业面临的严峻挑战采用新的制冷设备与技术工艺,对于提高制冷装置的效率、节约能源、保护环境、实现行业的可持性续发展具有重要意义
1.制冷压缩机技术
(1)应用变频制冷压缩机用变频控制器根据设计的温度及热负荷的变化,自动的控制制冷压缩机的转速,实现制冷系统的制冷量供需的基本平衡和制冷系统的高效率运行,具有高效、节能和控温精度高等优点,比不变频制冷压缩机可节能30%以上,可以减轻制冷设备在非全负荷条件下工作及频繁开停机对电网电压造成的影响
(2)应用并联制冷压缩机组高效的油分离器和油位控制器的并联压缩机组,利用微电脑单片机控制器,可根据设计温度及负荷的变化实现分级能量调节,最高地发挥单台制冷压缩机的效率,同时多台并联,如果其中一台压缩机出现故障时不影响其他的制冷压缩机的正常工作,提高制冷压缩机的可靠性,增强了制冷机组的制冷能力
(3)应用回转式制冷压缩机涡旋式和螺杆式制冷压缩机由于没有吸气阀和排气阀,具有吸、排气连续,启动力矩低以及抗液击能力好的特性,将得到广泛的应用
2.制冷装置的自动控制制冷装置的自动控制,已从单机自动安全保护单机自动运行发展到多机组自动控制,利用计算机检测和控制,有制冷压缩机自动控制系统、冷凝压力自动控制系统、供液自动控制系统、冷间温度自动控制系统、融霜自动控制系统及计算机集中监控系统组成的集散控制系统,实现运行工况最佳化,降低能源消耗
4.利用自然工质常规制冷装置中使用的人工合成制冷工质CFCs和HCFCs,引起的臭氧层破坏和全球温暖化,已经成为日益严峻的全球环境问题,对人类的生态环境造成去大的威胁而R134a等若干人工合成的HFC机器混合物,大都有较高的温室效应并存在某些安全缺陷,未能达到“长期”替代要求从对环境的长期安全来看,起用自然工质是一种非常安全的选择
(1)氨的应用氨具有优良的热力性质,广泛应用于带载冷剂的中央空调系统和间接制冷系统中
(2)碳氢化合物的应用目前作为制冷剂应用的碳氢化合物主要有丙烷(R290)、丁烷(R600)和异丁烷(R600a)等,碳氢化合物的优点是ODP=0,GWP很小,和所有带用的工程材料和润滑油都能兼容,且价格低廉,已广泛用于冷藏箱和冷冻箱中第二章制冷负荷计算
2.1岛型开启式冰冻柜的设计参数冷藏陈列柜的总体布置是设计陈列柜的一个重要环节必须认真考虑这个问题本设计的总体布置是以国家标准GB
8059.1-3-78为依据现根据所提出的任务给出如下设计条件;1)使用环境条件;环境温度=25℃,相对湿度=55±5%2)箱内温度柜内的平均温度=—1℃3)箱内有效容积总容积为
0.464)制冷系统为单级蒸汽压缩式制冷系统,冷却方式采用直冷式,冷藏室蒸发器采用单脊翅片式冷凝器选用丝管式冷凝器,选用毛细管为节流元件5)箱体结构外形尺寸为2000*1100*1180(宽*深*长)绝热层用聚氨酯发泡,其厚度根据理论计算和冰箱厂家的实际经验选取其值如表2-1所示表2-
1.电冰箱各面的绝热层厚度箱面侧面背面底部冷臧室
4545502.2开启式冰冻柜的热负荷计算热负荷计算是冷臧陈列柜设计中的一个重要环节与其相关的因素有陈列柜的柜体结构、陈列柜的内容积、柜体隔热层的厚度和隔热材料的隔热性能等冷藏陈列柜的总热负荷包括1)通过柜体支架结构的传热量;2)通过陈列柜敞开口从外界渗入柜内的热量;3)风幕热负荷,由于风幕吹时柜内外的热质交换引起的热损失;4)柜内热负荷,包括风机发热量、柜内照明辐射热量、融霜加热器热量等即(2-1)式中,为总热量(W);为通过柜体支架结构的传热量(W);为通过陈列柜敞开口从外界渗入柜内的热量(W);为风幕热负荷(W);为柜内热负荷(W)
2.
2.1通过柜体维护结构的传热量通过柜体围护结构的传热量,大约占总热量的10%~15%,可按式(2-1)作近似的计算,即(2-2)式中,为围护壁面传热系数[W/㎡▪k];为围护壁面外表面积(㎡);为环境温度(K);为柜内温度(K),=(+)/2;、为蒸发器进口温度和出口空气温度(K)表2-2冷冻室箱体各表面的传热箱面计算值侧面背面底部面积/㎡
1.
0621.
8002.360传热系数//㎡▪K
0.
3330.
2990.322箱面计算值侧面背面底部传热温差/℃292910传热量
10.
2557315.
60787.5992Q2-
32.
2.2通过陈列室冰冻柜敞开口从外界辐射进入的热量1.辐射热量通过陈列柜的敞开口从外界辐射进入的热量,可由式(2-4)确定,即(2-4)式中,为柜内陈列食品的包装材料以及柜内壁的黑度(一般可取
0.9~
1.0);为辐射系数;为斯忒藩-波耳兹曼常量[W/㎡▪k4],=
5.67W/㎡▪k4;为开口面积(m2),即照明面积;为环境温度(K);为柜内最上层物品的表面温度或柜内侧壁面表面温度(K)
2.辐射热流强度由于辐射传递的热量数值不大,故计算时可取=1辐射热流强度的数值,取决于室空气内温度和柜内货物表面温度当==时,虽然辐射传递的热量提高了柜内货物的表面温度,但由于货物表面因导热方式吸收的热量的数值并不大,因而可以忽略不计所以可以认为,所有的辐射热量均由风幕带走,则(2-5式中,为风幕与货物表面间的传热系数[W/㎡▪k];为柜内空气温度(K)
2.
2.3风幕热负荷环境热空气通过风幕渗入柜内的热量,对于高温陈列柜约占总热量的60%~70%;对低温陈列柜约占总热量的50%~60%假设
①风幕与环境存在的质量交换,有环境空气状态变为柜内空气状态,并形成显热负荷和潜热负荷;
②空气风幕本身产生的热量热传导负荷完全传递到柜内则风幕总的热负荷为(2-6)式中,为风幕总的热负荷(W);为风幕的显热负荷(W);为风幕潜热负荷(W);为风幕的热传导负荷(W)
1.风幕同环境空气质量交换量(㎏/s)由于影响风幕同环境空气质量交换量的因素很多,不易于计算求取通常根据经验值确定,各企业针对不同的产品有不同的经验值,也可以应用相应的参考材料进行估算
2.空气风幕的显热负荷和潜热负荷⑴空气风幕的显热负荷(2-7)式中,为空气比定压比热容[J/kg·K]⑵空气风幕的潜热负荷(2-8)式中,为水比定压热容[J/kg·K];为融霜比定压热容[J/kg·K];为水蒸发潜热(J/kg);为水冻结潜热(J/kg)3.空气风幕的热传导负荷⑴空气风幕单位面积换热系数(2-9)式中,为空气风幕同柜内货物之间的表面传热系数[W/m2·K];为空气风幕同环境空气之间的表面传热系数[W/m2·K];为空气风幕的厚度(m);为空气风幕的导热率[W/m2·K]⑵空气风幕的热传导负荷(2-10)式中,为空气风幕的传热面积(m2)由式(2-6)得风幕热负荷,即=12+67+100=
1792.
2.4柜内热负荷冷臧陈列柜的柜内热负荷包括风机电动机的散热量、防结霜热负荷、融霜热负荷和照明热负荷等即(2-11)
1.风机电动机的散热量由于强迫空气循环的风机安装在陈列柜中,因而风机电动机工作时散发的热量是陈列柜的柜内热负荷的一部分,可按式(2-11)计算,即2-12式中,为柜内风机电动机的数量;为风机电动机消耗的功率(W)
2.柜体四侧壁面的绝热层厚度很薄,因此只要对它们进行露点校核即可传热计算的温度系数,空气温度箱,盒体外部空气中的表面传热系数
11.63W/(m2·K),外表面温度(2-13)可见箱四侧不会凝露查h-d湿空气焓湿图得,环境温度,相对湿度60%其露点温度为,因此不会凝露,也不必设计融霜设备3.照明热负荷2-14式中为照明灯数量;为照明灯功率(W);为照明灯和镇流器位置散入柜内的热量的影响系数由式(2-11)得柜内总热负荷等于各个部位的热负荷的总和,即2-
152.
2.5岛型开启式冰冻柜柜内总热负荷计算2-17第三章制冷系统热力计算
3.1制冷工况的确定
3.
1.1确定制冷系统的额定工况表3-1制冷系统额定工况工况参数冷凝温度蒸发温度回气温度过冷温度设计值35-625
(80)10参数来源=25+10环境温度加上传热温差=-1-5冷冻室温度减去传热温差取为环境温度括号值为实际吸入气缸前的过热蒸汽=25-15环境温度减去过冷度
3.
1.2运用压焓图求各参数根据设计冰箱确定的工况和选用的制冷剂,运用压-焓图或热力性质表或计算公式求取有关压力、各点比焓值和过热蒸气比体积计算时采用图3-1的压-焓图=47℃=-6℃=2580℃=10℃图3-1R134a压焓图
3.2制冷系统的热力计算
3.
2.1热物性参数计算表3-2热物理性参数表参数名称符号单位参数来源设计值冷凝压力查热力性质表
0.886蒸发压力查热力性质表
0.235出蒸发器时饱和蒸汽比焓查热力性质表2432进压缩机前过热蒸汽比焓查热力性质图280进入压缩机前过热蒸汽比体积查热力性质图
0.0126进入气缸前过热蒸汽比焓查热力性质图320进入气缸前过热蒸汽比体积查热力性质图
0.13排出过热蒸汽温度℃=PK/P0k-1/kt1'+273155冷凝温度下饱和蒸气比焓=35℃查热力性质图272制冷剂过冷至10℃时比焓=10℃90毛细管节流前液体比焓(10℃)=10℃60蒸发器入口制冷剂比焓=60定熵压缩蒸气比焓值(35℃)=35℃335定熵压缩蒸气比焓值(80℃)=80℃375循环各性能指标计算值如下1单位制冷量(3-1)2单位体积制冷量(3-2)3单位等熵压缩功(3-3)4制冷系数(3-4)5单位冷凝热量(3-5)6制冷剂循环量(3-6)式中陈列柜的总热负荷值7冷凝器循环量(3-7)8压缩机实际吸入过热蒸汽量(3-8)第四章制冷设备的选型与热力计算
4.1压缩机的分类及选型
4.
1.1压缩机的分类
1.按提高气体压力的原理的不同,制冷压缩机分为容积型制冷压缩机和速度型制冷压缩机1).容积型制冷压缩直接压缩制冷剂在一个封闭的容积可变容积,体积更小,从热压缩的目的这种压缩机称为容积型压制冷缩机属于溶剂型压缩机的主要有往复式、螺杆式、涡旋式、滑片式、旋叶式和滚动转子式等形式
2.速度型制冷压缩机速度型制冷压缩机提高制冷剂蒸汽压力的途径是先提高气体动能,在将动能转变为位能,提高压力速度型制冷压缩机有离心式和轴流式两种由于轴流压缩机的压力小,不适用于制冷系统,使压缩机的转速,一般指的是离心式压缩机
2.按使用制冷剂种类分类按制冷机剂种类不同,制冷压缩机可以分为有机制冷剂压缩机和无机制冷剂压缩机两大类前者包含的制冷剂有氟利昂制冷剂和碳氢化合物,如R
22、R404A、R134a、R410A、R600a、R290等;后者包含的制冷剂如R
717、R744等
3.按密封方式分类按密封方式的不同,可以分为开启式、半封闭式、全封闭式制冷压缩机等三类
(1)开启式制冷压缩机开启式制冷压缩机是一种靠原动机驱动其伸出机壳外的轴或其他运行零件的压缩机它的特点是容易拆卸、维修因为原动机与制冷剂和润滑油不接触,原动机不需要具备耐制冷剂和耐油的要求,因此可用于氨制冷系统但是开启式制冷压缩的缺点是密封性能比较差,制冷剂容易通过轴承向外漏,因此必须有轴封装置
(2)半封闭式制冷压缩机半封闭式制冷压缩机是一种外壳可以在现场拆卸修理内部元件的无轴封的制冷压缩机电动机和压缩机连城一体装在机体壳内,共用一根主轴
(3)全封闭式制冷压缩机全封闭式制冷压缩机是一种压缩机和电动机装在一个由熔焊或钎焊死的外壳内的制冷压缩机焊接的外壳保证制冷剂不会外漏,但也因此使机壳不易拆卸、修理
4.按使用的蒸发温度范围分类使用的蒸发温度范围与制冷压缩机的种类、规格和合适用的制冷剂有关例如,国家标准GB/T10079—2001规定了活塞式单级压缩机的适用范围,该标准适用于有机制冷剂(R
22、R404A、R134a、R407C、R410A等)无机制冷剂(R717),以及气缸直径不大于250mm的单级活塞式全封闭、半封闭、开启式制冷压缩机
4.
1.2压缩机的选型电冰箱压缩机均采用全封闭式压缩机对于冰箱厂,一般无制造冰箱压缩机的能力,只能在进行电冰箱设计时,直接根据设计任务书所提出的制冷量的大小从已有产品中选择压缩机压缩机选型时,主要的参考资料是各种压缩机的全性能曲线,全性能曲线见图4-1图中为蒸发温度为冷凝温度压缩机制造厂提供每种型号压缩机的全性能曲线图4-
1.压缩机全性能曲线
1.设计工况下的输气系数其输气系数等于容积系数,压力系数,温度系数和泄露系数的乘积1容积系数(4-1)其中相对余隙容积c取
2.5%,膨胀系数m取1,冷凝压力pk取
886.82kpa,蒸发压力p0取
234.36kpa,排气压力损失Δpk为
0.1pk,则容积系数(4-2)2压力系数(4-3)其中进气阀的压力损失,其余取值同容积系数,则压力系数(4-4)3温度系数(4-5)系数a取
1.15,b取
0.25,回气热力学温度了取353K,冷凝热力学温度取308K,蒸发温度取-6℃压缩机吸入前过热度(4-6)(4-7)4泄漏系数取
0.975输气系数为
2.理论输气量实际输气量(4-8)(4-9)
3.压缩机的制冷量(4-10)
4.压缩机的功率
1.理论绝热功率(4-11)
2.指示功率(4-12)式中指示效率,可以用下面公式计算(4-13)上式中的为采用摄氏温度为单位的蒸发温度系数b凭经验选取则指示效率(4-14)
3.摩擦功率摩擦功率按下式计算(4-15)式中为平均摩擦压力,取,(4-16)
4.压缩机的轴功率(4-17)
5.电功率和电机效率(4-18)取则(4-19)根据以上求得的数据,现选择压缩机型号为SC10C,额定制冷量945W,输入功率470w,电源电压220/240V、50Hz压缩机外形如图4-2图4-2压缩机外形图通过选型计算和查压缩机全性能曲线图及压缩机型号表得出本课题采用螺杆式全封闭压缩机
4.2冷凝器的选型与热力计算
4.
2.1冷凝器的结构形式选型制冷设备装置当中,按照冷却介质和冷凝方式的区别,分为空气冷却式、水冷却式、蒸发式等三种类型空气冷却式冷凝器是空气作为冷却介质,按其通风形式的不同,有自然对流式和强制通风式两种类型强制通风空气冷却式冷凝器可用于冷藏柜、商用食物陈列柜、小型颗粒冰机、冰激凌机等商用制冷装置自然对流空气冷却式冷凝器的传热效率低于强制通风空气式冷凝器,但由于不使用风机,节省风机的电耗,避免风机旋转引起的振动和噪声,适用于小型制冷装置由于空气冷却式冷凝器安装、维修方便,目前在商用制冷装置中应用最广泛,特别是适用于缺水、干燥地区或运输式制冷系统,其应用范围甚至扩大到制冷量在350kW以上的制冷装置图4-3冷凝器结构图为了减少和降低焊接弯头和换热管的工作量,换热管(铜)宜采用U形管,所以,在弯头管端将传热管依次连接弯头与传热管之间的连接方式见图4-4,小型制冷装置用空冷式冷凝器大多采用图4-4b、c所示连接方式图4-4冷凝器弯头结构图空冷式冷凝器的翅片管组是依靠左右固定端扳支撑,端板与上下封板采用螺栓或焊接连接在特殊情况下,其中一块封板可以利用制冷装置上的框板代替上下封板和左右端板能保证所需空气量全部流通过冷凝器的截面封板与端板间的固定连接方式见图4-5因为端板及封板材料都为较薄板不宜采用焊接方式连接图4-5端板与封板的连接方式图4-6翅片翻边示意图
4.
2.2冷凝器的选型计算冷凝器的选型计算,主要是通过热力计算和传热计算,确定其传热面积,从而选定使用型号的冷凝器;以及通过流体动力计算,确定冷却介质的流量和流过冷凝器的阻力损失,从而选择泵或风机的容量及功率空冷式冷凝器的翅片管一般由紫钢管套铝片构成,也有铝管铝片结构常用紫铜管规格有舶、、和等数种为减少金属材料消耗量及减小冷凝器的重量,在强度允许条件下,应尽量避免使用厚壁铜管所采用的铝片厚度及翅片节距依紫铜管管径不同而有所区别表4-1列出目前空冷式冷凝器中常用的铝片厚度及翅片节距范围同样,为减少金属材料消耗量及减轻整机重量,宜尽量使用厚度较薄的翅片表4-1铝片厚度及翅片节距范围紫铜管规格翅片厚度翅片节距8×
0.
50.15~
0.
21.8~
2.210×
0.
50.15~
0.
21.8~
2.212×
10.2~
0.
32.2~3由于空气通过又诽管簇时的扰动程度大于顺排管族,空气通过叉诽管簇时的表面传热系数较顺诽管族高10%以上,因而,空冷式冷凝器的管簇排列以叉排为好为了使弯头的规格统一一般管簇都按等边三角形排列为了使组片管有较高的翅片效率,保证弯头的加工工艺要求,管中心距h应是传热管外径的
2.5倍表4-2冷凝器温度参数表项目参数值/℃项目参数值/℃冷凝温度35进出口空气温差8进口空气干球温度25出口空气干球温度33为了有效利用空冷式冷凝器的传热面积,沿空气流动方向上的管排数M一般为2<M<61有关温度参数及冷负荷确定各有关温度参数见表4-2(4-20)2翅片管簇结构参数选择及计算选择的紫铜管为传热管,选用的翅片是厚度的波纹形整张铝制套片取翅片节距,迎风面上管中心距,管簇排列采用正三角形叉排每米管长各有关传热面积分别为当地大气压,由空气(干空气)热物理性质表,在空气平均温度的条件下,、、,在进风温度条件下冷凝器所需空气体积流量(4-21)选取迎面风俗,则迎风面积(4-22)取冷凝器迎风面宽度即有效单管长,则冷凝器的迎风面高度(4-23)迎风面上管排数(4-24)3进行传热计算,确定所需传热面积、翅片管总厂L及空气流通方向上的管排数n采用整张波纹翅片及密翅距的叉排管簇的空气侧传热系数由式乘以
1.1计算预计冷凝器在空气流通方向上的管排,则翅片宽度(4-25)微元最窄截面的当量直径(4-26)最窄截面风速(4-27)因为(4-28)(4-29)(4-30)(4-31)(4-32)(4-33)则空气侧的传热系数(4-34)查表得,R134a在物性集合系数,氟利昂在管内凝结的表面传热系数(4-35)翅片相当高度计算(4-36)取铝片热导率翅片参数(4-37)翅片效率(4-38)表面效率(4-39)忽略各有关污垢热阻及接触热阻的影响,则,将计算所得有关值代入下式(4-40)则R134a在管内的凝结表面传热系数(4-41)取管壁与翅片间接触热阻、空气侧尘埃够层热阻、紫铜管热导率冷凝器的总传热系数(4-42)冷凝器的所需传热面积(4-43)所需有效翅片管总长(4-44)空气流通方向上的管排数(4-45)取整数,与计算空气侧表面传热系数时预计的空气流通方向上的管排数相符这样,冷凝器的实际有效总管长为,实际传热面积为,较传热计算所需传热面积大,能满足冷凝负荷的传热要求此外,冷凝器的实际迎风面风速与所取迎风面风速相一直4风机的选择计算由于冷凝器的迎风面宽度、高度动压(4-46)静压(4-47)风机采用电动机直接传动,则传动效率;取风机全压效率,则电动机输入功率(4-48)
4.3蒸发器的选型及热力计算
4.
3.1蒸发器的结构形式选择蒸发器是使液体制冷剂吸热汽化的一种热交换器低温低压的液体制冷刑在电冰箱蒸发器内迅速蒸发转变为气体,同时吸收被冷却物体的热量,使冷藏食品的温度下降,从而达到食品保鲜的目的用冰箱常用的蒸发器都属于空气冷却式,按空气循环对流方式可分为自然对梳式和强制对流式两种其结构型式除管板式、铝一铝欢胀式、单脊翅片式及翅片盘管式外,还有串联板式蒸发器和多层搁架式蒸发器串联板式蒸发器其材料和制法同铝一铝吹胀式蒸发器,它用于直冷式双门双温电冰箱多层搁架式蒸发器的其特点是蒸发器兼作搁架,具有结构紧凑,传热性能好等优点,主要用于立式冷凉箱的制冷系统冷却空气蒸发器,在商业制冷装置中,自然对流型冷却空气式蒸发器主要有管板式、吹胀式和冷却排管等几种,本课题采用冷却空气管板式蒸发器
4.
3.2蒸发器的选型计算陈列柜的热负荷为,柜内的平均温度,蒸发器管内温度为,冷藏室蒸发器采用单脊翅片盘管式蒸发器,一般用厚度为
0.25mm的铝板,使它弯曲成φ
6.5mm的管形通道,其翅高h在20~26mm之间选择,本设计翅高选为25mm,翅厚1单脊翅片式蒸发器管外表面传热系数,本设计陈列柜属于直冷式冰箱,冷藏室蒸发器选用单脊翅片式蒸发器,其空气侧表面传热系数应按自然对流换热计算,计算公式如下(4-49)式中-冷藏室内空气的平均温度,单位为-蒸发器管内制冷剂R134a的蒸发温度-定型尺寸,取单脊翅片的翅高则管外表面传热系数2管外纵向平直翅片的翅片效率(4-50)式中-翅片高度,单位-定义参数,当翅片的深度比厚度大的多的时候(4-51)上述的计算式中,,,分别为管外表面传热系数,翅厚,肋片的热导率(4-52)3翅片的表面效率翅片的表面效率按下式计算(4-53)其中为一次传热面,为二次传热面,为总的传热面积设翅片的长度为,则可列出如下关系(4-54)(4-55)(4-56)表面效率为(4-57)4由于R134a在管内蒸发时的传热系数远大于空气自然对流表面传热系数,因此可以不计算管内表面传热系数5传热系数由于空气侧表面传热系数远小于管内制冷剂侧的表面传热系数,因此传热系数的计算可简化为(4-58)6传热面积及翅片长度冷藏室蒸发器总的供热量(4-59)其中黑度为
0.9,辐射系数为,发射体热力学温度为,接受体热力学温度为,传热温度,则传热面积为(4-60)除于冷藏室蒸发器中连接管和连接板的传热面积,翅片盘管的传热面积,因为,则翅片长度(4-61)
4.4毛细管的选型及热力计算
4.
4.1毛细管的结构形式选择目前国内外电冰箱的节流机构一般都是采用毛细管,它是一根内径为
0.5~1mm、外径为2~3mm,长度为2~4m的紫铜管.在制冷系统中的作用是控制制冷剂的流量和保持冷凝器与蒸发器的合理压差液态制冷剂进入毛纫管后压力逐渐降低,由开始的过冷液体逐步转变为饱和液体,此段称为液相段,压力呈线性变化在毛细曾中从开始气化至毛细管出口为气液共存段,亦称两相流动段在此段内蒸气的干度沿流动方向逐步增加,而压力降是非线性交化,越接近毛细管出口,其单位长度内的压力降越大在毛细管内压力降至低丁当时温度相应的饱和压力时,就要产生闪发现象,使液体降温降压如果随着制冷剂的压力降能从外界得到充分的冷却如与回气管进行热交换,保持一定的过冷度,则可延迟“闪发”现象,减少蒸气含量,从而提高制冷剂的流量实践证明,对于R12制冷剂,制冷剂在毛细管人口的过冷度每增加l℃,制冷量约提高
0.8%
4.
4.2毛细管的选型计算毛细管节流具有结构简单,无运动部件,不易产生故陈等优点;停机后高低压力逐渐起于平衡状态,故易于压缩机启动,可选用启动转矩较小的驱动电机但是,毛细管的流量调节范围小,因此不适用于热负荷变化较大的制冷装置,只能用于热负荷比较稳定的家用冰箱、空调器、除湿机等小型全封闭型制冷系统毛细管计算的经验公式如下(4-62)式中-压力差,-雷诺数-毛细管长度,-制冷剂流速,-制冷剂密度,-毛细管内径,制冷剂R134a的压力差查制冷剂R134a饱和状态下的热力性质图表,发现温度对液体比体积的影响不大,本设计所取温度为冷凝温度和蒸发温度的平均值,,查得液体比体积,蒸气比体积凭经验取干度,则平均比体积,其密度,下液体粘度,而气体粘度则平均粘度,已知制冷工质循环量,选用内径
0.66mm的毛细管,则制冷剂的流速可按下式计算(4-63)雷诺数(4-64)则毛细管长度
4.5制冷剂充注量计算
4.
5.1根据给定工况查R134a所需参数冷藏陈列柜设计制造中,制冷剂加入量过多或过少,对于陈列柜的运行都是不利的制冷剂量不足时,蒸发器未完全充满,蒸发压力降低,压缩机吸气过热度增加,因此蒸发器的传热系数和陈列柜制冷量减小另一方面制冷剂量过多时,将导致冷凝器参与换热的有效表面减少,结果引起冷凝温度和压力增加,陈列柜制冷量下降,能耗也增加,而且充注量过多时,传热系数K值的下降速度比充注量不足时更快
1、根据给定工况在R134a制冷剂压-焓图和热力性质表中查所需参数时液体密度蒸汽密度、时液体密度蒸汽密度蒸发器入口干度,出口干度,平均干度因此蒸发器内饱和液体平均值占容积的30%,干蒸汽占70%冷凝器内液体按经验取15%,干蒸汽占85%
4.
5.2求制冷剂最佳充注量蒸发器内液体量(4-65蒸发器内干蒸汽量4-66冷凝器内液体量4-67冷凝器内干蒸汽量4-68总计:4-69第五章辅助设备的选型
5.1干燥过滤器的选择干燥过滤器位于毛细管或膨胀阀和冷凝器之间干燥过滤器的作用是过滤和干燥通过毛细管进入蒸发器的制冷剂在制冷剂管路中如果混有杂质和水分,就很容易使毛细管堵塞杂质造成的堵塞对制冷系统的循环十分不利,严重时会使压缩机停止运行,使压缩机轴承和滑动部分划伤过滤干燥器作用是用于清除系统内的机械杂质、金属屑、氧化皮以及制冷剂液体中的水分氟利昂用的过滤干燥器一般采用无缝钢管作为壳体,内装
0.1~
0.2mm网孔的黄铜丝或不绣钢丝网,再装些干燥剂,干燥剂一般采用无水氯化钙、硅胶、活性氧化铝和分子筛等,然后两端盖用螺纹与筒体连接并用锡焊焊牢本设计产品所用过滤干燥器决定采用AKG系列干燥过滤器该系列干燥过滤器采用优质铜管、优质铜丝挡网和高档分子筛精制而成适用R
12、R134a、R
22、R502和用毛细管节流的冰箱,冷柜和中小型全封闭制冷系统中,用作吸附系统内的残余水分和滤除系统中的残留杂质、异物、避免系统产生“冰堵”和“脏堵”该系列的结构图如图5-1所示图5-1干燥过滤器结构图
5.2气液分离器选择本设计产品所用气液分离器采用KFR型气液分离器该气液分离器采用内部弯管设计,防止内部喷溅,有助于分离器底部液体的聚集图5-2气液分离器结构图其型号为RA-
2045.3压力控制器选择压力控制器是一种受压力信号控制的电开关用于制冷机组上,当压缩机的吸排气压力发生剧烈变化并超出其正常工作压力范围时,高低压控制器的电触头分别切断电源,使压缩机停机以起到保护和自动控制的作用压力控制器的用途和性能该KD型压力控制器的主要用途是控制压力范围的装置在高压端压力超过调定值或低压力低于调定值时(带S型按下复位钮)控制器就能切断电路使被控制系统停止工作以起保护和自动控制作用第六章陈列柜的节能性与环保性讨论
6.1节能性讨论中国的节能减排未来将依靠三大途径来完成一是通过技术进步来完成节能,目前初步估算,技术节能对“十一五”节能减排目标实现的贡献率在40%左右;二是结构节能,换句话说就是依靠产业结构调整,贡献率在50~60%;三是制度节能,依靠政府出台节能降耗的相关措施、能源价格的政策标准等来实现节能降耗总的来说,要实现节能减排的目标还需要政府实施更有效的措施,加强管理和监督,出台更高的节能标准以及系统性政策当然包括陈列柜的节能而通过改进技术来提高能源利用的效率一直是陈列柜节能研究的重中之重敞开式陈列柜的技术改进主要可以从结构优化设计和系统设计两方面来进行考虑
1.结构优化设计结合国内外对低温敞开式陈列柜的研究以及能耗现状对低温敞开式陈列柜提出了一些节能优化设计分析了陈列柜的热负荷组成并从结构设计和制冷系统两方面着手对陈列柜的风幕和蒸发器提出了优化设计方案并且研究了融霜方式、压缩冷凝机组和制冷剂过冷对陈列柜能耗的影响
2.风幕优化设计敞开式陈列柜与外界接触面积大,对流强烈,为了保证柜内温度恒定,必须采用冷风幕来阻止外界的热湿空气渗入柜内采用高效蜂巢式出风口能减弱出风口射流扰动的强度,出风速度均为均匀,整流效果也较好,因而减弱了冷空气同环境空气的换热理论上可用偏离数表示冷风幕对敞口的封闭能力,其值为风幕出风口处的空气动量于风幕两侧空气压力差之比,为了保证风幕的,即需要保证最小偏离数偏离数受到风幕的送风速度和温度的影响较大,若送风速度过小,泽丰木齐不到很好的封闭作用一般为了保证风幕对敞口的封闭能力,陈列柜的送风速度会设计的偏大,则会导致风幕外侧与环境空气的相接处速度梯度较大,卷吸到柜内的热湿空气和外衣的冷空气量因此会大大增加,从而增加陈列柜的制冷负荷及融霜次数和融霜时间敞开式陈列柜一般采用双层风幕的设计,这样的可以适当地提高内层风幕的风俗,而适当的降低外层风幕的风速,同时风幕厚度也可增加一倍,风幕从内到外逐步递减,使得风幕效率大大地提高如果还在蜂巢式出风口之前安装合理的整流板,调整出风口的风速场,是出风口的送风速度从柜内到柜外递减,降低出风口外侧的速度梯度,使外侧的空气扰动尽可能减小,那么卷入柜内的热湿空气和在陈列柜外溢的冷空气就会相应地减小,从而降低陈列柜的能耗,从而节能
3.蒸发器优化设计国内的蒸发器一般会做成一个整体的形式,在融霜时制冷系统会停止工作,融霜加热器启动,融霜的时间会较长,柜内温度波动比较大,能耗也随着增大如果使用模块化蒸发器采用不间断制冷的热蒸汽融霜方式,可以明显降低能耗,柜内温度波动也比较小,即可保证食品质量,又可延长食品储存的时间这种陈列柜一般做两个或三个蒸发器模块,融霜时各模块采用依次融霜,及总有蒸发器处于制冷状态为保证制冷中蒸发器冷风机循环于风道之中,要设置切换风门,在风道中需要设置自动控制线路和电磁阀等装置,融霜结束后,几个模块的蒸发器又同时开始制冷
4.制冷系统设计陈列柜在制冷系统设计方面的节能主要有合理的融霜方式以及融霜控制方式,液体制冷剂过冷河并联机组等
5.合理的融霜方式以及融霜控制方式敞开式陈列柜主要有的融霜方式,适用于中低温的陈列柜,热量散耗在陈列柜的内部,增大了制冷负荷由于在加热融霜时,空气跟真发器盘管上面的霜层进行的换热是对流换热,从外到内,换热较慢,融霜时间比较长,柜内空气温升快,影响到食品的品质电加热融霜简单可行,融霜可靠,控制回路也相对简单,但是需要额外的热量,且热量的利用效率低热气融霜多应用在两台以上陈列柜的集中供冷系统中,融霜时,把一部分的高温压缩机排气引到需要融霜的蒸发器于电加热融霜方式不同的是,热气融霜不用引入额外的热量,利用压缩机的高温排气来融霜,高温气体和蒸发器盘管进行的换热为对流换热,蒸发器盘管在和管外霜层进行传导换热,从内到外,换热效果好、融霜时间缩短、柜内温升较小、能耗也相对较小但是该系统的融霜控制复杂,同时高压蒸汽流经蒸发器,又对方式有电加热融霜和热气循环融霜两种电加热融霜是当前大多数的陈列柜所采用蒸发器盘管的耐压性要求更高啦融霜控制方式对柜内温度波动和陈列柜能量的利用效率影响都很大,目前大多采用定时融霜和温控融霜两种方式定时融霜方式简单且易行,但确无法准确的控制融霜的效果因为受到陈列柜结构、周围环境温湿度、柜内温度要求、陈列柜出口流浪以及季节变化等多种因素影响,蒸发器结霜量有所不同,每次融霜所需时间有所不同如果采用较长时间来确定彻底融霜,则导致能量的消耗增加,导致柜内温升较快,在融霜结束后还要除去过多的无效热量
6.液体制冷剂过冷在一定的蒸发温度和冷凝温度情况下,采用过冷循环式有利的,并且过冷度越大,循环越有利但仅靠冷凝器本身使液体制冷剂过冷,其过冷度是有限的,若采用辅助循环制冷剂过冷主循环中冷凝器出口处到节流阀入口处的液体制冷剂,能进一步的提高制冷剂循环效率,而到达节能的目的采用辅助循环所增加的制冷量可给陈列柜提供跟多的能量,或者在保持原来制冷量不变的情况下,选用小功率的机组
7.并联机组对于单台压缩冷凝机组,一般只在夏季的中午和下午才需要满负荷运行,其它时间负荷要小很多,若单台机组在这些时段运行就会造成能量的浪费而采用并联机组则可根据负荷的不同依次停止压缩机,提高运转效率,减少了能量的浪费
8.其他节能措施
(1)、合理布置商品不同的商品有不同的适应温度,不可把不属于用一个温度的商品或食品放在用一个陈列柜内
(2)、设置软线加热器冷冻冷藏陈列柜内空气温度要求较低,柜内外壁面、扶手以及蜂巢式出口凤处均容易结霜、结露,尤其是蜂巢式出风口的结霜会导致蜂窝孔的堵塞,严重降低冷风的送风量,所以这些位置均设置有软线加热器防止结霜、结露
(3)、照明灯的变压器外置于柜外照明为了提高陈列柜内商品的展示效果,照明热量也不容忽视,此时可以将柜内照明灯的变压器置于柜外,或者把柜内照明改为柜外照明,从而起到减少照明热负荷的目的
(4)、采用适当措施减少辐射热负荷对于岛式陈列柜来说,通过降低柜内壁或柜内货物包装材料的黑度与减少敞开口的面积,使得从敞开口进入的辐射热量可以尽量减少
6.2环保性讨论随着社会不断地发展,科学技术突飞猛进的现在,怎么理由科学技术克服解决遇到的难题是成为主流科学的进步给人类带来前所未有的财富和便利的同时也带来了我们生存环境的巨大的挑战,环保这个字在上世纪中叶到现在乃至未来的几十年几百年中跟我们生活紧紧连在一起,现在的人们的生活水平不断提高越来越关注环保问题,因为环境问题联系到整个地球的生态、气候、自然灾害等直接威胁人类的生存展望制冷系统的发展史从天然制冷到现在的人工制冷的一个多世纪结束语设计出的岛型开启式商用制冷系统,要求不仅要能够冷藏食物保证其品质,而且还要有美观的外形坚固的结构合理的布局其中冷岛型开启式商用制冷系统的制冷系数的大小标志着制冷系统的制冷效果好坏该设计的商用陈列柜采用岛型开启式布局,由于通过开口进入柜内的热量比较大,影响风幕的效果及其把整个系统的效率下降所以在工作过程中漏热量比较多,这对节能有很大的影响,所以对风幕的优化设计对岛型开启式商用制冷系统的效率和环保很重要由于设计者水平有限,该设计还存在着不少问题有待改进致谢半年的辛苦与忙碌,毕业设计终于已经接近了尾声大学四年,我们从大一的高数,制图最基本的学科一步步学起,经过四年的磨炼,终于掌握了制冷原理,传热学,压缩机等一系列的专业课程这次毕业设计,可以说是对大学四年的所有所学课程的一个总结,是一次大检阅作为一个本科生,由于实际经验的匮乏,难免有许多考虑不周全的地方,如果没有导师的督促指导,以及一起工作的同学们的支持和帮助,完成设计几乎是不可能的下面,我就对在毕业设计中帮助过的我的人们表示一下我由衷的感谢在这里,首先要感谢我的导师老师老师平日里工作十分繁忙,但在我做毕业设计的每个阶段,从查阅资料,设计草案的确定和修改,中期检查,后期详细设计等整个过程中都给予了我悉心的指导我还要感谢大学四年来所有的老师,没有他们我们就得不到这四年来的专业知识,他们为我们打下了公共基础知识、专业知识基础,另外我们还从他们那里学到了很多课外知识,为我们以后的人生道路及工作提供了很有利的帮助饮水思源,我能有今天的成绩,要感谢我的家人和我的母校—内蒙古工业大学的培养,我表示最真诚的感谢!参考文献
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