空调用制冷技术课程设计报告书.docx
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空调用制冷技术课程设计报告书
空调用制冷技术课程设计
前言
制冷课程设计是建筑环境与能源应用工程专业大学本科教育的一个重要教学环节,是全面检验和巩固课程学习效果的一个有效方式。
通过本次课程设计,可以使学生进一步加深对所学课程的理解和巩固;可以综合所学的制冷与空调的相关知识,解决实际问题;可以使学生的得到工程实践的实际训练,提高其应用能力和动手能力。
1设计目的
课程设计是《空气调节用制冷技术》教学中一个重要的实践环节,综合运用所学的有关知识,在设计中掌握解决实际工程问题的能力,进一步巩固和提高理论知识。
通过课程设计,了解工程设计的容、方法及步骤,培养确定空调冷冻站的设计方案、进行设计计算、绘制工程图、使用技术资料、编写设计说明书的能力。
2设计任务
(一)负荷计算
(二)机组选择
(三)方案设计
(四)水力计算
1、冷冻水循环系统水力计算
2、冷却水循环系统水力计算
(五)设备选择
1、冷却塔的选择
2、分水器及集水器的选择
3、水泵的选择
(六)机房布置
1、设备与管道布置平面图
2、机房系统图
3设计原始资料
(一)建筑物概况:
层高4.6米,层数6层,
总空调建筑面积:
为15990m2。
(二)参数条件:
空调冷冻水参数:
供水7℃,回水12℃;
冷却水参数:
进水32℃,出水37℃。
(三)空调负荷指标:
q=120~180W/m2。
(四)土建资料:
机房建筑平面图(见附图),选择其中部分作为制冷机房(以满足用途为原则,不要占用过大面积)。
4冷水机组的选择
4.1负荷计算
空调负荷指标取q=150W/m2,所以空调负荷为:
Q=q×A=15990×150=2398.5kW。
4.2机组的选择
根据空调负荷的大小,选择机组压缩机的型式,确定机组台数。
在选择制冷机的计算中,应考虑到管道系统及设备的冷损失,故间接供冷系统一般附加7%~15%富裕量。
取10%的富裕量,Q=2398.5×(1+10%)=2638.4kW。
根据Q选取上海联合开利空调有限公司生产的19XR系列离心式冷水机组19XR3132347CNS52两台,冷水机组参数见表一。
表一19XR系列离心式冷水机组性能参数
型号
19XR
制冷量(kw)
1407
电源
380V-3PH-50Hz
制冷剂
R134a
压缩机
型式
离心式
输入功率(kw)
278
额定电流(A)
481
冷凝器
型式
高效能外螺纹铜管壳管式
水流量(L/s)
80.8
水压损失(kpa)
86.2
水管规格
DN200
蒸发器
型式
高效能螺纹铜管壳管式
水流量(L/s)
67.2
水压损失(kpa)
107.1
水管规格
DN200
安全装置
过载保护、高低压力保护、排气过热保护、防冻保护、电源逆相保护、油压保护
机组尺寸
长L:
mm
4172
宽W:
mm
1707
高H:
mm
2073
吊装重量(kg)
5884
运行重量(kg)
6805
注:
1、制冷量是根据以下参数为标准:
冷凝器进出水温度32℃/37℃,蒸发器进出水温度12℃/7℃。
2、机器规格会因产品改良而变动,恕不另行通知。
5方案设计
根据流量选择上海联合开利空调有限公司生产的19XR系列离心式冷水机组为了减轻一台机组的承压,所以选择两台冷水机组。
冷冻水系统有两管制、三管制和四管制,四管制用于高层建筑,不适合本系统,三管制的由于公用一根回水管会导致冷热混合损失,所以该机房制冷系统为两管制系统,即冷却水供/回水管、冷冻水供/回水管系统。
冷冻水系统可分为一次泵系统和二次泵系统,一次泵系统用一级冷冻水泵克服制冷机组、输配管路以及末端设备的全部沿程和局部阻力,且系统组成简单,控制容易,运行管理方便,所以此设计采用一次泵系统,并对各管段进行水力计算,根据计算的流量与扬程选择相应的冷冻水泵与冷却水泵。
制冷机组与水泵的连接方式有“一机一泵”、“多泵共用”、“多泵备用”。
由于在“一机一泵”形式下的系统,当一台水泵发生故障时,机组也必须同时停止运行,这样会降低工作效率。
此系统采用“多泵备用”系统,即采用三台泵,两用一备。
冷却水系统有直流式、混合式和循环式,由于循环式水的消耗量相对较小,所以本系统采用循环式,所需要的冷却装置采用冷却塔,由于“一机对一塔”的单元式冷却水系统无法充分利用其他冷却塔填料的换热面积,也无法实现全年室外气候条件变化和制冷机组负荷变化下的冷却塔风机的转速调节,所以采用“多机对多塔”即多台冷却塔并联、共同为制冷机组服务的冷却水系统,所以本系统采用两台冷却塔。
6水力计算
(一)冷却水循环系统水力计算
(6-1)
式中:
d
——
管径,m;
——
水流量,
;
——
水流速,
。
1、主干管/集管流速围为1.2-4.5m/s,
由附表一可知冷冻水水流量为67.2L/s即0.0672m3/s,水管规格为DN200,流速可取3.0m/s。
选取管径为DN250,代入公式计算得到流速为2.1m/s,符合条件。
2、冷冻水泵吸水管流速围为1.2-2.1m/s,
冷冻水水流量为0.0672m3/s,取10%的富裕量,则流量为0.0739m3/s,取流速为1.5m/s,
选取管径为DN200,代入公式计算得到流速为1.36m/s,符合条件。
3、冷冻水泵出水管流速围为2.4-3.6m/s,
冷却水水流量为0.0672m3/s,取10%的富裕量,则为0.0739m3/s,取流速为,2.8m/s。
选取管径为DN200,代入公式计算得到流速为2.35m/s,符合条件。
(二)冷却水循环系统水力计算
1、主干管/集管流速围为1.2-4.5m/s,
由附表一可知冷凝器的水流量为80.8L/s即0.0808m3/s,水管规格为DN200,流速可取2.8m/s。
选取管径为DN250,带入计算得到流速为2.57m/s,符合条件。
2、冷却水泵吸水管流速围为1.2-2.1m/s,
冷却水水流量为0.0808m3/s,取10%的富裕量,则为0.0.0889m3/s,取流速为2m/s,
选取管径为DN200,代入公式计算得到流速为1.81m/s,符合条件。
3、冷却水泵吸水管流速围为2.4-3.6m/s,
冷却水水流量为0.0808m3/s,取10%的富裕量,则为0.0.0889m3/s,取流速为2.8m/s,
选取管径为DN200,代入公式计算得到流速为2.83m/s,符合条件。
7设备选择
7.1冷却塔的选择
根据“一塔对一机”选择冷却塔2台,不考虑备用,考虑1.2的安全系数选择冷却塔的处理水流量。
Mv=80.8×1.2=96.96L/s,即349.1m3/h
根据处理水流量及设计供回水温度选择上海台益机械设备有限公司生产的TY系列圆形冷却塔TY-350T,详细参数见表7-1:
表7-1冷却塔标准选型
机型
标准水量(m³/h)
高度
(mm)
外径
(mm)
电动机(kW)
风叶直径(mm)
TY-350T
350
4550
5600
11
2745
7.2分水器和集水器的选择
集水器和分水器实际上是一段大管径的管子,只是在其上按设计要求焊接在若干不同管径的管接头,一般是为了便于连接通向各个环路的许多并联管道而设置的,分水器用于供水管上,集水器用于回水管路上,在一定程度上也起到了均压作用。
集水器和分水器的直径,可按并联接管的总流量通过集水器和分水器时的断面流速V=0.5~1m/s来确定。
流量特别大时,允许增大流速,但最大不宜超过4m/s。
直径不得小于最大接管直径的2倍,接管间距可以考虑管直径之和加上120,最大长度不要超过3米。
集水器和分水器应设温度计、压力表,底部应有排污管接口,取集水器和分水器的尺寸为最大接管直径的两倍,即DN500。
由计算得到:
所以取管径为DN500。
由相关资料给出分集水器的参数见表7-2:
表7-2分集水器性能参数表
公称直径DN(mm)
曲面高度
h1(mm)
直边高度
h2(mm)
厚度
δ(mm)
质量
m(kg)
容积
V(m3)
500
125
40
10
26.62
0.0242
7.3水泵的选择
水泵的选择根据流量和扬程选择
冷冻水泵扬程=空调需用压头(取40~60kPa)+冷冻机房所需压头(包括机房的局部损失+沿程损失+冷冻机组损失)
冷却水泵的扬程=冷却塔进塔水压+局部损失+沿程损失+机组损失
1)局部阻力公式如下:
(7-1)
式中:
——
局部阻力损失,kpa;
——
局部阻力系数;
——
密度,kg/m3;
v
——
流速,m/s。
2)沿程阻力计算如下:
(7-2)
式中:
——
沿程阻力损失,kpa;
——
沿程阻力系数;
——
管长,m;
R
——
比摩阻,Pa/m。
7.3.1冷冻水泵选型
冷冻水管道布置图如图7-1所示:
图7-1冷冻水管布置图
冷却水管水力计算见表7-3:
表7-3冷冻水管水力计算(ρ=1000kg/m3)
管段编号
水量
假定流速
管径
管长
实际流速
比摩阻
沿程阻力ΔPm
动压v2ρ/2
局部阻力系数
局部阻力Z
管段阻力ΔPm+Z
m3/h
(m/s)
mm
(m)
(m/s)
(Pa/m)
(Pa)
(Pa)
(Pa)
(Pa)
2-3
242
2
DN
200
4.5
2.14
220
990
2289.8
90。
弯头
0.72
1648.66
2638.66
3-4
242
2
DN
200
3
2.14
220
660
2289.8
1
2289.80
2949.80
4-5
484
3
DN
250
15.64
2.74
310
4848.4
3753.8
90。
弯头+90。
弯头
1.56
5855.93
10704.33
5-6
484
3
DN
250
4.5
2.74
310
1395
3753.8
90。
弯头
0.78
2927.96
4322.96
8-9
242
2
DN
200
4.5
2.14
220
990
2289.8
1
2289.80
3279.80
9-10
242
2
DN
200
3
2.14
220
660
2289.8
1
2289.80
2949.80
10-
11
484
3
DN
250
21
2.74
310
6510
3753.8
90。
弯头+90。
弯头
1.56
5855.93
12365.93
11-
12
242
2
DN
200
2
2.14
220
440
2289.8
1
2289.80
2729.80
12-
13
242
2
DN
200
4.5
2.14
220
990
2289.8
1
2289.80
3279.80
14-
15
242
2
DN
200
2
2.14
220
440
2289.8
1
2289.80
2729.80
15-
16
484
3
DN
250
2.5
2.74
310
775
3753.8
90。
弯头
0.78
2927.96
3702.96
51.65
空调需用压头取50kpa,据表7-3计算得冷冻水泵的流量及扬程如下:
流量Q=242×1.1=266.2m³/h
扬程P=(50+51.65+107)×1.1=229.5kpa(23.0mH2O)
根据流量和扬程选用上海上诚泵阀制造有限公司生产的S型单级离心泵3台(两用一备),型号为200S63A,具体参数见表7-4。
表7-4冷冻水泵参数
型号
流量
m³/h
扬程
m
功率
kW
转速
r/min
电压
V
气蚀量
m
效率
%
200S63A
270
30
45.1
2950
380
5.3
75
7.3.2冷却水泵选型
冷却管道布置图如图7-2所示:
图7-2冷却管道布置图
冷却水管水力计算见表7-5:
表7-5冷却水管水力计算(ρ=1000kg/m3)
管段编号
水量
假定流速
管径
管长
实际流速
比摩阻
沿程阻力ΔPm
动压v2ρ/2
局部阻力系数
局部阻力Z
管段阻力ΔPm+Z
m3/h
(m/s)
mm
(m)
(m/s)
(Pa/m)
(Pa)
(Pa)
(Pa)
(Pa)
2-3
290
2
DN
200
4.5
2.57
420
1890
3302.45
1
3302.45
5192.45
3-4
290
2
DN
200
3
2.57
420
1260
3302.45
1
3302.45
4562.45
4-5
580
3
DN
250
11.4
3.29
490
5586
5412.05
90。
弯头+止回阀
1.08
5845.01
11431.01
5-18
348
3
DN
200
27
3.08
480
12960
4743.2
1
4743.20
17703.20
7-8
290
2
DN
200
4.5
2.57
420
1890
3302.45
90。
弯头
0.72
2377.76
4267.76
8-9
290
2
DN
200
3
2.57
420
1260
3302.45
1
3302.45
4562.45
9-10
580
3
DN
250
16
3.29
490
7840
5412.05
90。
弯头+90。
弯头
1.56
8442.80
16282.80
10-
11
290
2
DN
200
2
2.57
420
840
3302.45
1
3302.45
4142.45
11-
12
290
2
DN
200
4.5
2.57
420
1890
3302.45
1
3302.45
5192.45
13-
14
290
2
DN
200
2
2.57
420
840
3302.45
1
3302.45
4142.45
14-
15
580
3
DN
250
3.3
3.29
490
1617
5412.05
90。
弯头
0.78
4221.40
5838.40
15-
16
580
3
DN
250
4.5
3.29
490
2205
5412.05
90。
弯头
0.78
4221.40
6426.40
16-
17
580
3
DN
250
4
3.29
490
1960
5412.05
90。
弯头+止回阀
1.08
5845.01
7805.01
17-
19
348
3
DN
200
27
3.08
480
12960
4743.2
1
4743.20
17703.20
79.85
根据表表7-5计算得冷却水泵的流量及扬程如下:
流量Q=290×1.1=319m³/h
扬程P=(35.4+79.85+86)×1.1=221.4kpa(22.1m)
根据流量和扬程选用上海上诚泵阀制造有限公司生产的S型单级离心泵3台(两用一备),型号为250S24,具体参数见表7-6。
表7-6冷却水泵参数
型号
流量
m³/h
扬程
m
功率
kW
转速
r/min
电压
V
气蚀量
m
效率
%
250S24
485
24
36.9
1450
380
3.5
85.8
8小结
维持了两周的课课程设计已接近尾声。
前期,主要是通过水力计算对冷水机组、冷却塔、分集水器、冷冻水泵、冷却水泵进行选型。
并编写说明书。
后期主要是绘制制冷机房平面图及系统图。
通过这次制冷机房的设计,对制冷机房的系统运行和平面布置有了更深一步的了解,从对制冷理论认识的基础上,又进一步从实践上加深了实体概念。
通过初步接触设备、管材的选择,管线布置等,丰富了实践经验。
对于平面布置图的设计和绘制,熟练了CAD的使用。
这次设计也在一定程度上磨练了自己有耐心、有毅力,认真仔细,一丝不苟的品质。
但在设计中也发现自己有许多的不足。
如:
水力计算中局部阻力的计算有待进一步提高;管线布置过程忽略细节,考虑不周,这是经验不足,对规不熟的表现;绘图过程对图层的应用没有把握好,以致使过程复杂化。
这次设计过程是在老师的严格要求和指导下完成的。
在设计过程中,给予了很多帮助和建议,付出了宝贵的时间。
在此表示忠心的感谢。
由于本人初次做该方面的设计,经验不够充足,在设计中难免出现一些错误或不足,恳请老师指正!
参考文献
1、彦启森等编,《空气调节用制冷技术》(第四版),中国建筑工业,2010年7月。
2、付祥钊肖益民主编,《流体输配管网》(第三版),中国建筑工业,2010年2月。
3、陆亚俊主编,《空调工程中的制冷技术》,工程大学,1997年。
4、民旭主编,《空调与制冷技术手册》(第二版),同济大学,1999年4月。
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