水果公司冷藏水果冷库设计

水果公司冷藏水果冷库 目 录 第一章 绪论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 3 1.1设计目的„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 1.2设计资料„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 1.2.1冷库平面图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 1.2.2设计参数„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 1.2.3库房围护结构构的介绍„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 第二章库房冷负荷计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 2.1 维护结构传热量Q1„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 2.2食品冷加工的耗冷量Q2„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 2.2.1各种参数的表 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 2.2.2冷藏葡萄的冷藏库1的吨位计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 2.2.3冷藏葡萄的冷藏库2的吨位计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 2.2.4冷库库容的介绍 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 2.2.5 葡萄的食品耗热量„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 2.2.6 橙子的食品耗热量„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 2.2.7 食品的耗热总量„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 2.3库内通风换气热量Q3的计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 11 2.3.1冷藏间通风换气热量„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 2.3.2冷藏库1通风换气热量„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 2.3.3葡萄的换气量„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 2.3.4橙子的唤起量„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 2.3.5水果的总唤起量„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13 2.4电动机运转热量Q4的计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13 2.5操作热量Q5的计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13 2.5.1冷藏间1的操作热量„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14 2.5.2冷藏间2的操作热量„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14 2.5.3冷藏间的总操作热量„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14 2.6总耗冷量„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14 2.6.1冷藏间机械负荷„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15 2.6.2设备负荷和机械负荷汇总„„„„„„„„„„„„„„„„„„„16 第三章 冷库制冷方案的确定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„16 3.1确定制冷压缩机的级数和冷凝器的类型„„„„„„„„„„„„„„„„ 17 3.1.1蒸发和冷凝温度的确定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17 3.1.2压缩机级数和冷凝器类型的确定„„„„„„„„„„„„„„„„18 1 第四章 冷凝压缩机组的选择计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„18 4.1冷凝压缩机的选型计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18 第五章 辅助设备的选型计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18 5.1贮液器„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21 5.2干燥过滤器„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„22 5.3分液器„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 22 5.4油分离器„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„22 第六章 冷却设备的选型计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„22 6.1冷却方式确定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„22 6.2冷风机的选型计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„23 6.2.1冷藏库1的风机选型„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„23 6.2.2冷藏库2的风机选型„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24 6.3盘管的相关设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24 6.4冷藏库顶盘管设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„25 第七章 制冷剂管道系统的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 26 7.1制冷剂管道系统的设计原则„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 26 7.2氟立昂制冷系统管道的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 26 7.3吸气管道设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 27 7.4排气管道的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„27 7.5冷凝器至贮液器之间的液管设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„27 7.6贮液器至蒸发器之间的管道设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„28 7.7制冷剂管道管径的选择设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 28 7.7.1制冷排气管道选择的„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„28 7.7.2管径的确定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„29 制冷系统图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„33 电器控制图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„34 水系统图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„35 建筑平面图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„36 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 37 2 第一章 绪论 1.1设计目的: 冷库对于创造满足工艺性要求的作用不容忽视，因而在各大、中、小型企业的生产加工起着关键的作用。特别是随着现代人们生活水平的提高，对各中生活食用品的要求越来越高。而温度在食品保鲜中起着关键作用，所以保证温度，达到工艺要求。是各大生产厂家首要考虑的问题，冷库在食品保鲜方面起到了置关重要的作用。而冷库保温的工艺好坏，直接影响到电耗的大小，所以冷库保温材料须选用经济性好的材料。随着世界能源的日益紧张，能源问题将成为人们重要的关注对象。所以冷库的能量调节，节约能源是我们制冷专业所必须认真考虑的问题。 1.2设计资料 本设计为某城市一个水果公司设计的用于冷藏水果的冷库，冷库设计在一个大型的农贸市场里，市场是一个很大的简单建筑，上面只有一个大棚，四周均可通风。本冷库分为两个冷藏库体，都是用来保鲜水果的冷库，主要用来冷藏葡萄和橙子两种水果，其中葡萄和橙子各占其中的50%，用于冷藏葡萄的冷库1长是10米，宽是10米，，高是2.5米。用于冷藏橙子的冷库2长是10米，宽是10米，高是2.5米。 1.2.1 冷库平面图 库房工程平面布置。见库房工程平面布置图(附后)，库房内净高为2.5米。 1.2.2设计参数: 1、夏季室外气象参数:最高温度是30度。最低温度2度。 室外的相对湿度是70% 。 2、库房内设计温湿度: 3 Φn 冷藏间1温度为0? 相对湿度为=90% Φn 冷藏间2温度为4? 相对湿度为=90% 材料名称 规格 密度热导率比热容设计采用热 3(W/(M. ?) (J/KG. ?) 导率(KG/) M (W/M.?) 19 0.035 1214.17 0.047 泡沫塑料 自发性 40 0.022 0.028 聚氨酯塑料硬质 1.2.3库房 板 围护结构 构的介绍: 由于冷 库为室外冷 库，四周均通 风且无墙，只 有一个简单 的大棚，所以 库板全部用 10CM的聚 氨脂保温库 板，在一般的 冷库设计中 对太阳的辐 射热都有详 细的讨论，此 冷库为小型 冷库，为简单 起见，考虑经 济情况将太4 阳辐射热的 作用折合成 当量温度，它 实际上与太 阳辐射具有 等同作用的 效果 1-1 1256.04 186 0.038 837.36 0.076 岩棉半硬板 ——— 540 0.15 1549.12 0.17 胶合板 三合板 18 0.036 1172.30 0.047 聚苯乙烯 普通型 _______ 2710 202.94 837.36 202.94 铝 _______ 660 0.170 837.36 0.290 炉渣 _______- 650 0.220 1632.85 0.220 纤维板 第二章 库房冷负荷计算 库房冷负荷可用公式计算: Q,Q1，Q2，Q3，Q4，Q5(KW) 5 式中:Q1,围护结构传热量，KW; Q2,货物热量，KW; Q3,通风换气的运转热量，KW; Q4,电动机的运转热量，KW;(高温间和冻结间的计算) Q5,操作热量，包括照明热量和开门耗冷量，KW。 2.1冷库围护结构传热面引起的冷耗量Q1: Q顶1 = 1.3X(0.028 / 0.1)X 100 X(30—0)= 1.092KW Q侧1 = 1.3X(0.028 / 0.1)X 75 X(30—0)=0.819KW Q低坪1= 0.028 / 0.1X 100 X(30—0)= 0.728 KW Q顶2 = 1.3X(0.028 / 0.1)X(30—4) = 0.9464KW Q侧2 =1.3X(0.028 /0.1)X(30—4)X 75 = 0.7098KW Q低坪2 =0.028 /0.1 X 100 X(30—4)=0.728KW Q总=1.092+0.819+0.728+0.946+0.7098+0.728=5.1352KW 经计算库外围护结构的数据汇总如下:2-1 参室外冷面积导热系数库板厚室外温室内温耗冷量 (W/(M. ?) (KW) 数 库修正(m2) 度(CM) 度(?) 度(?) 位置 系数 1.3 100 m2 0.028 10CM 30? 0? 1.344KW 库顶1 1.3 75 m2 0.028 10CM 30? 0? 0.819KW 侧1 1 100 m2 0.028 10CM 30? 0? 0.84 KW 第坪1 1.3 100 m2 0.028 10CM 30? 4? 1.1648KW 库顶2 6 1.3 75 0.028 10CM 30? 4? 0.7098KW 侧2 1 100 m2 0.028 10CM 30? 4? 0.728KW 地坪2 2.2 食品冷加工的耗冷量Q2 食品加工耗冷量可以用下面公式计算: ,，，，QQQQQabcd2222 '''' ((,)G(,)m，)''QQ1Ctt12hh12,，[，m]，，(,)QmmBz3.63.6T2t其中式中: 为货物热流量;为包装材料和运载工具热流量; QQ2b2a 为货物冷却时呼吸热流量;为货物冷藏时呼吸热流量; QQ2c2d式中:Q—食品放热量(W)。 2a Q—包装材料和运载工具热流量(W)。 2b Q—食品冷加工过程的呼吸热(W)。 2c Q—食品冷藏过程的呼吸热(W)。 2d G’—冷间的每日进货量(Kg)。 h—货物进入冷间初始温度时的比焓(KJ/Kg)。 1 h—货物在冷间终止降温时的比焓(KJ/Kg)。 2 T—货物冷加工时间(h)。 B—货物包装材料或运载工具质量系数。 C—包装材料或运载工具的比热容(KJ/Kg?)。 b t—包装材料或运载工具进入冷间时的温度(?)。 1 t—包装材料或运载工具在冷间内终止降温时的温度(?)。 2 7 q q—货物冷却初始、终止温度时的呼吸热w/kg 12 Gn—冷却物冷藏间的冷藏量(kg)。1/3.6,1KJ/h换算为W的值。 注:仅水果和蔬菜要算Q和 Q。 2c2d 2.2.1各种参数的表: 冷库计算吨位按公式:吨位=公称体积 X 利用系数 X 重度系数 下面的表是容积利用系数表:2-2 0.40 0.55 500—1000 m3 2001——10000 m3 0.50 0.6 1001——2000 m3 1001——15000 m3 下面是各种货物的重度系数: 0.25吨 / m3 冻肉0.40吨 / m3 冻鱼0.47吨/ m3 果蔬0.23吨/ m3 制冰0.75吨/ m3/ 货物包装材料和运载工具重量系数如下表:2-3 序号 食品类别 重量系数 1 0.1 肉类 冷藏 2 0.25 鲜蛋类 冷藏 3 0.25 鲜水果 冷藏 4 0.25 鲜蔬菜 冷藏 食品包装材料和运载工具比热容如下表:2-4 材料名称 C 材料名称 C 木板类 2.51 布类 1.26 8 铁皮类 0.42 竹器类 1.51 玻璃容器 0.84 黄油纸类 1.51 瓦楞纸类 1.47 铝类 0.88 包装材料和运载材料进入冷间的温度的修正数:2-5 入库1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 月份 修正0.10 0.15 0.33 0.53 0.72 0.86 1.00 1.00 0.83 0.62 0.41 0.20 系数 各种食品的焓值表具体数据如下:2-6 食品的温度 葡萄 橙子 鱼 羊肉 116.1 108.1 67 55.7 —5? 236.3 247.2 282 224.2 0? 254.3 261.5 296.7 236.7 4? 271.9 282.8 318.4 255.6 10?0 289.9 300.8 336.9 271.5 15? 307.5 318.4 355.3 287.0 20? 325.06 336.5 373.3 302.9 25? 343.5 354.5 392.4 319.8 30? 各种水果的呼吸热:2-7 食品名称 0? 4? 10? 20? 25? 30? 9 24 36 78 98 120 葡萄 9 10 19 35 69 76 98 橙子 52 98 155 182 215 香蕉 —— 10 21 31 73 89 117 苹果 20 28 43 102 132 168 香瓜 20 34 60 213 242 289 番茄 20 47 63 278 302 367 梨子 20 24 26 44 52 63 土豆 33 51 78 194 224 258 洋白菜 3mV总=10 X 20 X 2.5 = 500 冷库吨位=500 X 0.23 X 0.4 = 46吨 2.2.2冷藏葡萄的冷藏库1: 3mV1=10 X 20 X 2.5 X 50% = 250 V1冷库吨位=250 X 0.23 X 0.4 = 23吨 2.2.3冷藏葡萄的冷藏库2: 3mV2=10 X 20 X 2.5 X 50% = 250 V2冷库吨位=250 X 0.23 X 0.4 = 23吨 2.2.4 冷库为一般的冷库，为了考虑经济性和营业的正常性，每天的进货量按照冷 库吨位的8%计算，就是说葡萄和橙子各占50%。 葡萄每天的入库量为M1=23吨 X 1000 X 8% =1840 KG 橙子每天的入库量为M2=23吨 X 1000 X 8% = 1840 KG 10 2.2.5 葡萄的食品耗热量为 其中T1 =30? X 0.62 =18.6 ? T1=291.6 k B=0.25 C=1.51kj/kg H1=343.5kj/kg H2=236.3kj/kg Q1 =120w/t Q2=9w/t 331840X(343.5,236.3)X101840X0.25X(18.6,0)X10X1.51Qp,，，224X360024X3600 ,31840X(120，9)X10,3，(23000,1840)X9X10,2.74371KW2 2.2.6 橙子的食品耗热量为 其中T1 =30? X 0.62 =18.6 ? T1=291.6 k B=0.25 C=1.47kj/kg H1=354.5kj/kg H2=261.5kj/kg Q1= 120w/t Q2=9w/t 331840X(354.5,261.5)X101840X0.25X(18.6,0)X10X1.47Q2c,，，24X360024X3600 ,31840X(98，10)X10,3，(23000,1840)X10X10,2.4371KW2 2.2.7 食品的耗热总量为: Q总,Q2P，Q2C,2..7416，2.4371,5.1787KW2 2.3库内通风换气热量Q3的计算 可根据下面公式计算库内通风气热量 (),n,1hhVwnnn [30()],，,，，,QQQ,nhhrwnn333ab3.624 为冷间换气热流量; Q3a 为操作人员需要的新鲜空气热流量; Q3b 式中:Q,冷间换气热量KW; 3a 11 Q,操作人员需要的新鲜空气热量W; 3b h,室外空气焓KJ/Kg; w h,室内空气焓KJ/Kg; n n,换气次数一般取3次; 3V,冷间净容积m; 3ρ,冷藏间空气密度Kg/ m; n 24,表示24h; 330,每个操作人员每小时需要的新鲜空气量m/h; n,操作人员数量。 r (注:换气热量只适用于储存有呼吸的货物的冷藏间;有操作人员长期停留的冷间应计算新鲜空气的热量Q，其余冷间可不计) 3b 2.3.1冷藏间通风换气热量: 因此房间不用通风换气，且工作人员不长期停留，所以不计通风换气热量和操作人员需要的新鲜空气热流量。 空气的焓值表:2-8 温度 50% 60% 70% 80% 90% 100% -5? -1.97 -1.34 -0.75 -0.13 0.5 1.13 0? 4.69 5.61 6.57 7.49 8.46 9.38 4? 10.30 11.56 12.81 14.07 15.32 16.58 10? 19.55 21.48 23.40 25.33 27.26 29.22 20? 38.48 42.29 46.06 49.82 53.59 57.36 30? 64.06 71.18 77.88 84.99 92.11 99.65 2.3.2冷藏库1通风换气热量: 12 设计通风次数3次，工作人员为4人，但不长期停留工作操作人员需要的新鲜空气 3热流量，不计操作人员需要的新鲜空气热流量，其中=1.293 Kg/ m，,n 3=77.88KJ/kg， =8.46 KJ/kg， =250m; hhVwnn nWWT=30? Q=70% T=0? Q=90% 2.3.3葡萄的换气量: 3(77.88,8.46)X3X250X1.293X10Q3P,0.7792KW24X3600 2.3.4橙子的唤气量: 3 =1.320 Kg/ m， =77.88KJ/kg， =8.46 KJ/kg， ,hhwnn 3nW=250m; T=30? Q=70% T=4? Q=90% WVn 3(77.88,8.46)X3X250X1.320X10QC,,0.7954KW 324X3600 2.3.5水果的总唤气量为: Q总,0.7792，0.7954,1.5746KW 3 2.4电动机运转热量Q4的计算 计算式为 Q,1000?P×ξ×ρ 4 式中: P,电动机的额定功率KW; ξ,热转化系数电动机在冷间内取1，在外取0.75; ρ,电动机运转时间系数，对冷风机配用的电动机取1，对冷间内其他设 备配用的电动机可按实际情况取值，一般按操作8h算，则ρ,8/24,0.33; 1000,1KW换算成W的数值。 2.4.1两个冷藏间都没什么电机，只有两台风机，风机电动机运转热量Q4。 初步采用1KW风机两台计算, ζ=1,ρ=1,b=1 Q=1000?Pζb=1000×1×1×1×2=2KW 4 13 Q2.5操作热量的计算 5 VnhhM(),,3wnn计算式为 QQQQqFnq,，，,,，，,0.27785555abcdrr2424式中: Q,照明热量W。 5a Q,开门热量W。 5b Q,操作人员热量W。 5c 22q—冷间每平方米地板面积照明热量W/m，高温间和冷藏间为3W/m，冻d 2结间为7W/m。 2F—冷间地板面积m。n,每日开门换气次数。 3V,冷间公称容积m。 h,室外空气焓KJ/Kg; w h,室内空气焓KJ/Kg。 n M,空气幕修正系数可取0.5。 24,每日小时数。 3ρ,冷间空气密度Kg/ m。 n 3/24,每日操作时间系数，按每日操作3小时计。 n,操作人员数量。(4人) r q,每个操作人员产生的热量W/h。冷间设计温度?,5?时取280W/h，r <,5?时取410W/h。 2.5.1(1)冷藏间1: A=100?，V=250 m3， qd=3W/?, hw=77.88KJ/kg, hn=8.46/kg,M=1, ρ n=1.293?/ m3,nr=5 ,qr=280W/个 ,nk=4. 14 3250X5X(77.88,8.46)X1.293X10Q5,3X100，，0.125X4X280P24X3600 ,1.7386KW 2.5.2(2)冷藏间2: 3A=100?，V=250 m， q=3W/?, h=77.88KJ/kg, dw 3h=8.46/kg,M=1, ρ=1.320?/ m,n=5 ,q=280W/个 ,nk=4. nnrr 3250X5X(77.88,8.46)X1.320X10Q5,3X100，，0.125X4X280P24X3600 ,1.7657KW 2.5.3冷藏间的总操作热量Q5 Q5 =1.74KW + 1.76KW =3.5 KW 2.6 冷库的总冷负荷为: Q总=5.1352+5.1787+1.5746+2+3.5043=17.3928 KW 2.6.1冷库冷负荷的汇总如下:2-9 库名 温度 (KW) (KW) Q(KW) QQQ(KW) Q(KW) Q(KW) 35总241 冷藏库1 0? 2.751 2.7416 0.7792 1.000 1.7386 9.0104 冷藏库2 4? 2.3842 2.4371 0.7954 1.000 1.7657 8.3824 ——— ——— 5.1352 5.1787 1.5746 2.000 3.5043 17.3928 2.6.1 冷藏间机械负荷计算 : 冷却设备负荷是作为选择冷间冷却设备(冷却排管或冷风机)所需要的能量的依据。对于某一冷间的冷却设备负荷，一般是由于上面所说的五大方面组成的。因此在确定冷间冷却间的时候为了使冷却设备的能力适应冷却或冷冻结过程中某个阶段的较大制冷负荷的需要，应要对货物流量的Q乘以负荷系数。冷间空冷却设备负荷计算公式为 2 15 Q,Q，PQ，Q，Q，Q (KW) S12345 式中:——负荷系数，系数如下: P (1) 冷藏间:P=1.3 (2) 冻结间:P=1.5 (3) 高温间:P=1.5 Q,Q，PQ，Q，Q，QS12345=5.1352+5.1787 X 1.3+1.5746+2+3.5043 = 18.9464 KW 冷藏间机械负荷计算: 机械负荷不同于冷间的冷却设备负荷。冷却设备负荷是按最不利的生产条件计算的，而在实际生产中各种不利的因素同时出现的概率很小。如Q和Q最大值出现在夏季，而31 Q的最大值随食品冷加工品种不同出现在不用的季节。因此，计算机械负荷时应对各种2 热量加以修正，使其概率满足冷库全奶奶生产的要求，又能充分考虑冷库常年经营的费用，为选择制冷压缩机和设备提供可靠的理论依据，目前，机械负荷应根据不同的蒸发温度按先烈公式分别计算: 冷间机械负荷分别根据不同蒸发温度计算. (1) 低温冷藏间,冻结间共用一个,33?蒸发温度. Q机械负荷是合理配备制冷压缩机和辅助设备的依据。 J (kW) Q,(nQ，Q，Q，Q，nQ)R,,,,,J1123425 n式中:——围护结构耗冷量的季节修正系数，查表取1 1 2nn,0.5——冷间同期操作系数，库房面积,100m的冷藏间，，其它冷间，22 n,0.75 2 ——制冷装置和管道等冷损失补偿系数，, RR,1.051.10Q,,,(1.3X5.1352，0.5X5.1787，0.7X1.5746，0.5X2，0.5X3.5043X1.07,13.4837KWJ 2.6.2设备负荷和机械负荷汇总: 16 耗冷量汇总表2-10 库名 库温(?) 耗冷量(kW) QQSJ设备() 机器() 冷藏库1 0? 9.8328 7.3422 冷藏库2 4? 9.1135 6.1415 总量 ------ 18.9464 13.4837 第三章 冷库制冷方案的确定 制冷系统一般按可能出现的最大制冷负荷设计。设计工况取环境可能达到的最高温度情况(如水冷时冷却水的设计温度为32?)，为了安全起见. 设计过程中还要考虑足够的安全系数。因此所设计的制冷系统的制冷量，即使在最大负荷工况下往往仍有富裕。 但在制冷系统的运行过程中，制冷负荷，运行工况总是变化的。以一个肉联厂的预冷库为例，受到淡旺季和货源的影响，其预冷量也就是预冷负荷可能在100%,20%之间变化.而在预冷过程中，负荷也是在不断变化着的，根据资料实验显示:从预冷开始至结束，负荷的变化范围大约也在100%和20%之间.综合考虑上述因素，制冷系统负荷大约在100%至3%的范围内变化。 由此可以看出，制冷系统在绝大多数时问内都是在部分负荷下运行。为了满足制冷工艺的要求，并最大限度的降低运行费用.在制冷系统设计时就必须考虑到其在部分负荷时运行的效率，并采取必要的能量调节措施，在确保制冷系统可靠性的前提下，使制冷装置的制冷量能随时与制冷负荷相匹配。 3.1确定制冷压缩机的级数和冷凝器的类型 3.1.1蒸发和冷凝温度的确定 蒸发温度主要取决于被冷却环境式介质所要求的温度。在采用盘管为蒸发器的冷藏 17 间中，蒸发温度比冷藏间温度(0?)低10?即取蒸发温度为,10?;在采用冷风机为蒸发器的冷藏间中，蒸发温度比冷藏间温度低8?，即高温库(4?)取,4?;当要求温度变化幅度小的冷藏间，蒸发温度比冷藏间温度低7,8?.因为两个冷藏库的温差不大，我们算的是压缩机的级数，为比较简单的设计，所以把两个冷藏库的蒸发温度都设为-10?。 冷凝温度主要取决于冷凝器的型式、冷却方式和冷却介质的温度，以及制冷压缩机允许的排气温度和压力。用制冷剂R一般冷凝水温度不超过40?。(本系统采用水冷) 22 tt12，t计算式为:;一般为5,7?，冷凝器进水口温度取为30?，冷km'tt,,，,t'mt2t1k2 30，34凝器出水口温度t,t，(4,6)?，取为34?。则有?。因为两T,6，,3821K2 个冷藏库的温差不大，我们算的是压缩机的级数，为比较简单的设计，所以把两个冷藏库的冷凝温度都设为38?。这样算起来比较简单。 3.1.2压缩机级数和冷凝器类型的确定 在一个制冷回路中，可以采用多台压缩机并联的运行方式。根据制冷负荷的大小自动或手动调节压缩机的运行数量，从而达到能量调节的目的. 通常，各种形式的压缩机都可以应用在这种并联系统中。由于活塞式压缩机在部分负荷时有较高的效率，所以在活塞式压缩机并联系统中，每台压缩机本身也可以带有能量调节机构。而螺杆式压缩机由于其部分负荷时效率低，故在这类机组中通常不对压缩机本身进行能量调节。 用这种系统.在各种部分负荷下压缩机本身均在满负荷下运行，故在整个运行范围内系统均具有和满负荷下同样高的效率。 制冷剂采用R，卧式冷凝器适用于水质较好的地区，冷凝器采用卧式冷凝器。由22 3.1.1知道蒸发温度为,10?(最不利条件)，冷凝温度为38?。查得冷凝压力P为k1.5336MP，蒸发压力P为0.2568MP。 0 Pk1.5336,,5.97,10由于采用的是R制冷剂，且有故本系统采用单极压缩机。(一般22P0.25680 18 用压缩机的冷凝压力除以蒸发压力所得的结果如果小于10宜选用单级压缩机，如果大于10宜选用双极压缩机。) 第四章 冷凝压缩机组的选择计算 整个库房的耗冷量计算完毕后,可按机器总负荷Q进行制冷压缩机的选择. j 4.1冷凝压缩机的选型计算 ;;制冷量在标况(t=38C，t=-10C)下折算公式 k: ,q2v2Q= Q 0201,q1v1 式中Q，Q----分别在工况2和1时的压缩机制冷量(KW) 0201 ，----分别在工况1和2时的压缩机输气系数 ,,12 3q， q----分别在工况1和2时的制冷剂单位容积制冷量(kg/ m) v1v2 3R制冷剂单位容积制冷量 表4-1 (单位 KJ/ m) 22 蒸发节流前液体的温度(单位?) 温度 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 -40 1005 980 950 925 892 858 830 796 762 729 695 602 -35 1264 1231 1193 1160 1122 1084 1043 1005 963 921 879 833 -30 1562 1520 1478 1436 1386 1294 1244 1193 1143 1089 1038 --- -25 1901 1851 1800 1750 1696 1673 1578 1520 1457 1398 1336 1273 -20 2320 2357 2198 2135 2068 1997 1930 1859 1786 1708 1633 1558 -15 --- 2721 2650 2575 2495 2416 2328 2244 2156 2068 1980 1888 -10 --- --- 3190 3102 3006 2910 2809 2709 2600 2495 2391 2286 -5 --- --- --- 3697 3584 3471 3354 3236 3107 2985 2860 2734 0 --- --- --- --- 4262 4228 3990 3848 3701 3555 3408 3257 19 5 --- --- --- --- --- 4873 4710 4547 4375 4204 4032 3860 ;;Q工况(t=38C，t=-10C) 时有: 01k: Q=13.4837 KW(11.5939kcal/h)， 01 =0.61， =0.59， ,,12 3q=975 kJ/ m， v1 3q=945 kJ/ m v2 0.61，975Q=11.5939 X =13.3675KW=11.5341kcal/ h 020.59，945 美优乐压缩机的制冷量与蒸发温度对应的数据表: 20 QJ由计算出来的数据Q=13.3675KW和=13.4885KW蒸发温度为-10?和冷凝温度为02 21 38?。 查表知道选配2组MT50美优乐压缩机冷凝机组比较合适。 第五章 辅助设备的选型计算 5.1贮液器 贮液器在制冷系统中用于贮存冷凝器里冷凝后导出的制冷剂液体，它作用于调节冷凝器与蒸发器之间制冷剂液体供需关系;防止过多的液体制冷剂贮存在冷凝器里，否则会减少冷凝器传热面积，导致冷凝压力上升;在贮液器里保持一定液封，防止高压系统的制冷剂气体及混合气体等不凝性气体窜到低压系统中去。高压贮液器工作时放油阀关闭，其它阀门开启，液面保持在30%,80%之间。经常观察桶内液面情况，以判断系统供液情况。贮液器有油或空气时要及时放出。贮液器工作压力不超过1.5MPa。 ?mv3体积计算式为 m V,β 式中?m,制冷剂每小时的循环量Kg。 3,3 v,冷凝温度下液体制冷剂的比容m/kg;查得v,0.852×10。 β,贮液器的充满度取0.70. 计算?m,Q/q 0 式中: Q为制冷量W 。 q为单位质量制冷量，KJ/Kg。 0 经查表得h1,399.16 KJ/Kg，h2,236.62KJ/Kg。 单位质量制冷能力为q,h1,h2,399.16,236.62,162.54 KJ/Kg。 0 总的制冷量为13.3675KW。 故有?m,13.3675KW /162.54,0.082Kg/s,296.069Kg/h 则有: 296.069，0.852，0.0013V,,0.36 m 0.7 3选3台贮液器每台的体积为v,0.17m。选用储液器的型号为ZA,0.25B.其相关参 3数为:容器内别C,2，筒体尺寸为φ400×2000，容积为0.254 m，接管的公称尺寸为M 制冷剂的入口的出口直径均为25mm。 22 注:储液器的台数可根据容积的大小、外形尺寸以及布置等因素来确定。一般，小型系统选用一台，大型系统选用多台并联使用。但值得注意，多台并联使用时，应采用相同型号、相同规格的储液器，且互相之间要设置气体、液体连通管，保证各台储液器中的液位平衡。 5.2干燥过滤器 干燥过滤器的作用是除去制冷液体中的杂质和水分，一般装在节流机构前的液体管路上。可以防止管路截面狭窄处(特别是热力膨胀阀处)形成冰塞。根据制冷剂管路的管径来选配。选用大小为DN25的干燥过滤器。 5.3气液分液器: 气液分液器的作用是保证各管路制冷液体的分配均匀，平衡各组蒸发排管的压力。分液器选用2个4路分液器和1个10路分液器。 5.4油分离器 油分离器的作用是分离制冷系统所带的润滑油。在制冷装置中，制冷剂气体经压缩机压缩后成为高温高压过热蒸汽，气体排出时流速大，温度高，致使气缸壁的润滑油被雾化带出，进入冷凝器和蒸发器等热交换设备中。润滑油进入冷凝器和蒸发器，管壁上会形成一层油膜，这样会影响传热效率，降低制冷效果。 由于上述原因，所以在压缩机和冷凝器之间装设油分离器，以便将高温高压制冷剂蒸气中的润滑油分离出去。本设计选用氟立昂惯性油分离器与压缩机对应配置。 第六章 冷却设备的选型计算 6.1冷却方式确定 冷却设备的选型原则: 23 (1)冷却间、冷冻间和冷却物冷藏间的冷却设备采用冷风机; (2)冻结盘装、听装式箱装食品时，可采用搁架式排管; (3)冻结物冷藏间采用墙盘管、顶盘管等冷却设备;当食品包装良好时可采用冷风机; (4)对包装间，当室温低于,5?时采用墙盘管;高于,5?时宜选用冷风机。 在本设计中，两个冷藏间采用冷风机。 6.2冷风机的选型计算 两个冷藏库均放置有冷风机，其中冷藏库1的设备负荷为9.83288 KW; 冷藏库2的设备负荷为9.11352 KW 。 1.冷风机的制冷量与标准工况下的制冷量的转化: Q,CFQ 00标 式中: CF,冷风机工况修正系数，对DD系列冷风机和DJ系列冷风机可查参考中的表8,11。查表知道:DL型冷风机适用于库温为0,5?左右的冷库。DD型的冷风机适用于库温为,15,,18?左右的冷库，作为肉类等冷冻食品的冷藏用。DJ型的冷风机适用于库温为,23,,30?的冻结库库，作为鲜肉等的冻结用。所以两个冷藏库宜选用DL型冷风机。 Q22.冷风机冷却面积计算: A, mK,t 式中:Q,库房冷却设备负荷W; 2 K,冷风机传热系数，W/m?. Δt,冷库温度与制冷剂蒸发温度之差?，一般采用10?。 qQv,β3.冷风机的风量计算: 3式中:q,冷风机的风量，m/h。 v 3 β,配风系数，冻结间采用0.9,1.1，冷藏间、冷却间采用0.5,0.6 mW/h。 6.2.1冷藏库1的风机选型: 设备负荷为Q,9832.88W 1.标准工况下的制冷量:高温库0用DL型冷风机。经查参考文献书得CF为1.17。 Q,Q/CF,9832.88/1.17,8404.17W 0标0 24 2.冷藏库1的冷风机冷却面积计算:经查参考文献书得冷风机传热系数K为 213.9W/m? 9832.882 mA,,70.7413.9，10 33.冷风机风量计算:因为是冷藏库β取为0.6 mW/h。 ,0.6，9832.88,5899.728qV 3宜选用冷风机型号为DL,6.0/30。名义制冷量为6000W，风量为2×3000m/h，冷 2却面积为80m。风机功率为1000W。 6.2.2冷藏库2的风机选型: 设备负荷为Q,9113.52 W 1.标准工况下的制冷量:高温库0用DL型冷风机。经查参考文献书得CF为1.17。 Q,Q/CF,9113.52/1.17,7789.33W 0标0 2.冷藏库2的冷风机冷却面积计算:经查参考文献书得冷风机传热系数K为 213.9W/m? 9113.522 mA,,65.5613.9，10 33.冷风机风量计算:因为是冷藏库β取为0.6 mW/h。 ,0.6，9113.52,5468.112qV 3宜选用冷风机型号为DL,6.0/30。名义制冷量为6000W，风量为2×3000m/h，冷 2却面积为80m。风机功率为1000W。 6.3盘管的相关设计 冷藏库用顶排管。顶排管吊装在冷藏间的楼板或顶棚下面;光滑顶排管一般是用直径38mm×2.2mm的无缝钢管制作，每组排管上各有上下两根集管，对氟立昂制冷剂上集管进液，下集管回气。 QLF,排管冷却面积计算式为: Kt, 25 式中: Q,排管的设计冷负荷W; L 2K,排管的传热系数W/m?; ,冷藏间温度与蒸发温度之差，宜按算术平均温差计算，且宜不大,t 于10 ?。取值按照,1,P217表7,26选取;对于用光滑排管的冻,t 结物冷藏间取8,10?(此设计取为8?);搁架排管取12,15?(此 设计取为12?) FL,排管用钢管总长度及排管结构尺寸确定: f 2 式中: F,排管的冷却面积m; 2f,每米长无缝钢管的外表面积m。 根据排管用管子的长度来确定排管的长度、根数和高度等结构尺寸。 6.4冷藏库顶盘管设计 2 冷藏库1，库温0?，采用蛇型光排管，查表得K,9.28 W/m?。 冷藏库1的设备负荷为9832.88W 9832.882 排管冷却面积计算式为: m F,,132.459.28，8 2无缝钢管的规格为Dg38×2.2，所以有f,0.119m。 132.45 排管用钢管总长度为:L,,1113.03 m 宜取为1114 m 0.119 按照冷藏库1的尺寸，分为三组蛇形顶盘管。每组的盘管长为371.3m。每根排管蛇形绕成30个等长，水平间距为150mm，每组盘管宽度为3.58m。每组盘管布置2根排管，每根排管长度为371.3/2,186m。每组盘管长度为5.5m，。每组盘管的顶部距冷藏间的楼板或顶棚300mm。相应的回气管和供液管的规格均为Dg57×3.5mm。选用一个4路分液器。 冷藏库2的设备负荷为9113.52 W 9113.522F,,122.756 排管冷却面积计算式为: m 9.28，8 2无缝钢管的规格为Dg38×2.2，所以有f,0.119m。 122.756 排管用钢管总长度为:L,,1031.563m 取为1032m。 0.119 按照冷藏库2的尺寸，分为三组顶盘管。每组的盘管长为344m。每根排管蛇形绕成 26 26个等长，水平间距为120mm，每组盘管宽度为3.28m。每组盘管布置2根排管，每根排管长度为344/2,172m。每组盘管长度为4.55m，。每组盘管的顶部距冷藏间的楼板或顶棚300mm。相应的回气管和供液管的规格均为Dg57×3.5mm。选用一个4路分液器 第七章 制冷剂管道系统的设计 7.1制冷剂管道系统的设计原则 制冷剂管道布置应考虑以下要求: (1) 保证各个蒸发器得到充分供液; (2) 管径的选择合理，避免过大的压力损失; (3) 根据制冷系统的不同特点和不同管段，必须设计有一定的坡度和坡向; (4) 制冷系统在运行中，如发生有部分停机或全部停机时，必须防止液态制冷剂 进入制冷压缩机; (5) 防止制冷压缩机曲轴箱内缺少润滑油; (6) 应能气密，清洁和干燥; (7) 按工艺流程合理，操作，维修，管理方便的原则进行管道的配置; (8) 输送液体的管段，除了特殊要求外，不允许设计成倒“U”字形管段，以免形 成阻碍流动的气囊; (9) 输送气体的管段，除了特殊要求外，不允许设计成“U”字形管段，以免形成 阻碍流动的液囊; 必须按照制冷系统所用不同制冷剂的特点，选用管材，阀件和仪表等。 7.2氟立昂制冷系统管道的设计 氟立昂制冷剂的主要特点是与润滑油的相互溶解，因此，必须保证从每台制冷压缩机带出来的润滑油在经过冷凝器，蒸发器和一系列的设备，管道之后，能全部回到制冷压缩机的曲轴箱里来。 管材的确定: 不同氟立昂制冷剂应该采用不同材质的管道，各种氟立昂制冷剂使用管材及连接方式见下表: 27 表7-1 制冷剂名称 管材 连接方式 备注 R11 纯铜管或无缝钢管 钢管与钢管采用焊接 管壁内不宜镀锌，法 兰处不用天然橡胶，R12 当DN<25mm选用纯铜管 钢管与铜管采用银焊 也不得涂矿物油 R22 当DN?25mm选用无缝钢管 铜管与铜管采用银焊 本设计采用R22制冷剂 7.3吸气管道设计 (1)考虑到润滑油能从蒸发器不断流回压缩机，压缩机的吸气管应有不小于0.01的坡度，坡向压缩机。 (2)当蒸发器高于制冷压缩机时，为了防止停机时液态制冷剂从蒸发器流入压缩机，蒸发器回气管应先向上弯曲到蒸发器的最高点再向下通至压缩机，如下图A。 (3)氟立昂压缩机并联运转时，回到每台制冷压缩机的润滑油不一定和从该台压缩机带走的润滑油量相等，因此，必须在曲轴箱上装有均压管和油平衡管，使回油较多的制冷压缩机曲轴箱里的油通过油平衡管流入回油较少的压缩机中。 (4)上升吸气立管中的氟立昂气体必须具有一定的流速，才能把润滑油带回压缩机内。 (5)多组蒸发器的回气支管接至同一吸气总管时，应根据蒸发器与压缩机的相对位置采用不同的方法处理。 7.4排气管道的设计 制冷压缩机排气管的实际也应该考虑带油问题，此外，还应避免停机后在排气管中可能凝结的液滴流回制冷压缩机。 (1)为了防止润滑油或可能冷凝下来的液体回流到压缩机，制冷压缩机排气管应有0.01,0.02的坡度，坡向油分离器或冷凝。 图B (2)在不用油分离器时，如果压缩机低于冷凝器，排气管道应设计成一个U型弯管，以防止冷凝的液体制冷剂和润滑油返回制冷说东道西为机内。 7.5冷凝器至贮液器之间的液管设计 28 直通式贮液器的接管应考虑在贮液器内有气体反向流入冷凝器时，冷凝器内的液体制冷剂仍能顺利地流入贮液器，其管径大小应按照满负荷运行时液体流速不大于0.5m/s来选择。在接管的水平管段应有不小于0.01的坡度，坡向贮液器。该管段应尽量的减少弯头和弯管，贮液器的进液阀最好采用角阀(角阀阻力较小)。贮液器低于冷凝器，角阀中心与冷凝器出液口的距离不小于200mm。采用直通式贮液器时，从冷凝器出来的过冷液体进入贮液器后将失去过冷度。 7.6贮液器至蒸发器之间的管道设计 为了避免在液管中产生闪发气体，有条件时，应把来自贮液器的供液管与压缩机的吸气管贴在一起，并应用隔热材料保温。必要时可装设回热器。 (1)蒸发器位于冷凝器或贮液器的下面时，如液管上不装设电磁阀，则液体管道应该设有倒U字型液封，其高度应不小于2m。以防止制冷压缩机停止运行时液体继续流向蒸发器。 (2)多台不同高度的蒸发器位于冷凝器或贮液器的上面时，为了避免可能形成闪发 气体都进入最高一个蒸发器，应按左图所示方法接管。 (1)直接蒸发式空气冷却器的空气流动方向应使热空气与蒸发器出口排管首先接触。 (2)在压力降允许的条件下，冷却排管可以串联连接。用热力膨胀阀供液的氟立昂冷却排管，一般采用上进下出式以保证回油。串联排管只要保持最后一组排管供液的方式为上进下出，不要求每一组排管都采用上进下出的供液方式。 7.7制冷剂管道管径的选择设计 7.7.1制冷剂排气管道选择的要求: 氟立昂制冷系统管道通常采用紫铜管或无缝钢管，一般直径在20mm以下时用紫铜管，管径较大时用无缝钢管。 在氟立昂制冷系统中，应尽量减少连接管件以避免泄露，制冷管道一般采用焊接连接。在管道与设备或阀件之间可用法兰连接，但是注意不要使用天然橡胶塑料，也不能涂矿物油，必要时可涂甘油。管径在20mm以下的紫铜管需拆卸部位采用带螺纹和喇叭口的接头丝扣连接。 29 制冷剂管道管径的选择应按照其压力损失相当于制冷剂饱和蒸发温度的变化值确定，相应的选用图表可供使用。制冷剂饱和蒸发温度的变化值，应符合下列要求: (1) 氟立昂吸气管，不应大于1?; (2) 氟立昂排气管，宜采用0.5,1?; 7.7.2管径的确定: 制冷剂管道的直径按下式计算: 4MvRWd mn,() MR=ω,q 式中: ,制冷剂的质量流量，Kg/s; MR W—吸气管的负荷功率;(低压循环至压缩机的吸气管负荷大概为20KW) Q—单位制冷量的比焓;(327.134-190.822 =176.312) 3v ,制冷剂的比体积，m/Kg; (0.70004) ω ,制冷剂的流速，m/s。 R12饱和液体及饱和蒸气的热力性质表:表7-2 温度(单位:?) 压力(单位:P/KPa) 比体积 Vf Vg -14 189.50 0.69407 87.8951 -12 203.90 0.69703 82.0344 -10 219.12 0.70004 76.6464 -8 235.19 0.70310 71.6864 -6 252.14 0.70622 67.1146 -4 270.01 0.70939 62.8952 -2 288.82 0.71261 58.9963 0 308.61 0.71590 53.3892 30 制冷系统中制冷剂的允许流速见下表:表7-3 管道名称 排气管 吸气管 冷凝器至贮液器的液体管 贮液器至膨胀阀的液体管 氨 15,25 10,20 0.5 0.5,1.25 R12 10,16 6,15 0.5 0.5,1.25 R22 10,16 6,15 0.5 0.5,1.25 制冷剂的质量流量的计算: W40M,,,0..293Kg/S Rq136.312 4MvRdn, m()制冷剂管道的直径按公式计算: ,ω 4MV0.293X4X0.70004Rd,,,0.016m n3.14X,3.14X13 所以制冷系统的排气管道应该选择16mm的铜管。 按上式计算出管径后，还要校核其压力损失是否超过允许数值。如压力损失大于许 可值，则要选择较小的流速重新计算，直到符合要求为止。 制冷剂管道的压力损失包括沿程损失和局部阻力两部分。 制冷管道允许的压力降表:7-4 类别 工作温度(?) 允许压力降(KPa) 排气管或出气管 -45 2.99 排气管或出气管 -40 3.75 排气管或出气管 -33 5.05 排气管或出气管 -28 6.16 31 排气管或出气管 -15 9.86 排气管或出气管 -10 10.93 排气管或出气管 -5 12.96 排气管或出气管 0 13.79 沿程阻力按下式计算: 2LωmmPa,,Pfρ() n2d 式中:,沿程阻力损失，Pa; ,Pm ,沿程阻力系数; fm L,管段长度，m; ,管道内径，m; dn ω ,管内制冷剂流速，m/s; 3 ,制冷剂密度，Kg/m。 ρ 计算压力降。查表知道沿程摩擦阻力因数fm=0.035 33直通截止阀，4mmρ=1/v=1/0.508kg/=1.969 kg/.系统中用了4个气体的密度 个止回阀和4个扩径接口。 m 管的当量总长L= 100 + 0.16 X 32 X 4 + 0.16 X 280 X 4 + 0.16 X 2 X 150 =348 经计算知道管段长度为L是348m 22,L34813 ,p,m,,0.025XXX1.969,9046.94Pa,9.05KPa,d20.162n 由表知道允许的压力降是10.93 KPa,而求得的结果排气压力是9.05 KPa，比允许压 力降小，所以选的管径符合要求。 32 常用管件的当量长度与管道内径的比值:表7-5 管件名称 L/d 管件名称 L/d dndn 0直通截止阀(全开) 280 三段焊成90弯头 20 0角阀(全开) 150 四段焊成90弯头 15 闸阀(全开) 8 扩径d/D,1/4 30 止回阀(全开) 80 扩径d/D,1/2 20 0丝扣弯头90 30 扩径d/D,3/4 17 0丝扣弯头45 14 缩径d/D,1/4 15 0两段焊成45弯头 15 缩径d/D,1/2 11 0两段焊成60弯头 30 缩径d/D,3/4 7 0两段焊成90弯头 60 33 参考文献 【1】 《中小型冷裤技术》李明忠 孙兆礼 上海交通大学出版社 【2】 《冷库技术》李建华 王春 机械工业出版社 【3】 《制冷技术与应用》第二版 陈汝东 同济大学出版社 【4】 《传热学》第四版 中国建筑工业出版社 【5】 《无公害制冷设备选用手册》林毅 石油工业出版社 【6】 《实用制冷工程设计手册》郭庆堂 中国建筑工业出版社 34