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冷库设计


绪论................................................................................................................................ 2

1 设计概述..................................................................................................................... 3 1· 1 冷库的设计要求和条件.................................................................................. 3 1· 1· 1 武汉地区的各项气象参数................................................................... 3 1· 1· 2 冷却物冷藏间设计条件....................................................................... 3 1· 2 制冷系统设计方案的拟定及理由.................................................................. 3 1· 2· 1 压缩机的选用....................................................................................... 3 1· 2· 2 冷却物冷藏间的相关设计................................................................... 4 1· 2· 3 蒸发部分的设计................................................................................... 5 1· 2· 4 该制冷系统的自动控制....................................................................... 6 2 负荷计算及总汇......................................................................................................... 6 2· 1 冷库的设计参数.............................................................................................. 6 2· 1· 1 冷库的温度、湿度等基本参数........................................................... 7 2· 1· 2 各墙面的材质以及传热系数............................................................... 7 2· 2 冷库的冷负荷计算及汇总.............................................................................. 8 2· 2· 1 围炉结构冷负荷计算........................................................................... 8 2· 2· 2 库房冷负荷计算................................................................................... 8 2· 2· 3 通风换气冷负荷................................................................................... 9 2· 2· 4 冷间的电机运转冷负荷..................................................................... 10 2· 2· 5 操作管理冷负荷................................................................................. 10 2· 2· 6 冷却设备负荷和机械负荷计算......................................................... 11 3 机器设备选型计算................................................................................................... 11 3· 1 压缩机选型及辅助设备选用........................................................................ 11 3· 1· 1 计算制冷机组的各项参数................................................................. 11 3· 1· 2 压缩机的选择..................................................................................... 12 3· 1· 3 辅助设备选用..................................................................................... 13 3· 2 冷凝器、蒸发器的选择................................................................................ 14 3· 2· 1 蒸发器的选择..................................................................................... 14 3· 2· 2 冷凝器的选择..................................................................................... 15 4·设计体会................................................................................................................ 15

绪论
冷库是发展冷藏业的基础设施,也是在低温条件下贮藏食品的建筑群。食品 保鲜主要以食品冷藏链为主,将易腐肉类、水产、果蔬、速冻食品通过预冷、加 工、贮存和冷藏运输等手段,有效地保持食品的品质和外观,以达到食品长期保 质保鲜的目的,同时按照供求关系将食品或投放市场,或冷库储存,减少生产与 销售过程中的经济损耗。 冷库有多种分类方法,一般按照其使用性质、建筑特点、温度等级和规模进 行分类。按照冷库的性质可以分为生产性冷库、分配性冷库、服务性冷库、中转 性冷库、综合性冷库五种类型;按照冷库建筑特点可分为土建库和组合库(装配 式冷库) ;按照冷库的温度分类等级土建库可再划分为:库温高在零度以上的高 温库和库温-18 度的低温冷库,装配式冷库通常按照温度范围分级,我国的室内 装配式冷库专业标准 ZBX99003-86 详细的划分了三个等级,如表 1-1 所示.。在 我国按照规模分类通常分为四类[1],见表 1-2。
表 1-1 我国室内用装配式冷库的温度分级

库温等级代号 库内温度 (℃)

L -5~+ 5

D -18~-10 23 -

J

表 1-2 冷库规模的习惯分类

分类

冷藏容量 (t) ≥10000 3000~10000 500~3000 ≤500

冻结能力 肉类生产 性 120~160 80~120 30~80 5~30 水产生产 性 300~500 200~300 80~160 10~80 分配 性 40~80 40~60 10~40 ≤10

大型 中型 中小 型 小型

从冷库的发展现况来说,国外冷库行业发展较快的国家主要有日本、美国、 芬兰、加拿大等。国外冷库系统大致分为一下几个阶段,20 世纪 70 年代以前国 外冷库以 R717 为制冷剂的集中式制冷系统, 20 世纪 70 年代后期逐渐采用以 R22 为制冷剂的分散式制冷系统。 美国和加拿大 80%以上的冷库继续沿用 R717 为制 冷剂。20 世纪 80 年代以来分散式制冷系统在国外发展很快,冷却设备由冷风机 逐步取代了排管,贮藏水果用的冷库中近 l/3 为气调库,在冷库建造方面土建 冷库正向组合库发展,自动化控制程度比较高。我国自 1958 年开始建造第一座 贮藏肉制品冷库起,冷库方面的发展有了很大的进步。我国自 1958 年开始建造 第一座贮藏肉制品冷库,1968 年建成第一座贮藏水果冷库,1978 年建成第一座 气调库。1995 年由开封空分集团有限公司首次引进组合式气调库先进工艺,并 在山东龙口建造 1500t 气调冷库获得成功,开创了国内大型组装式气调冷库的成 功先例, 用户亦取得了较好的经济效益。 1997 年又在陕西西安建造了一座 10000t

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气调冷库,气密性能达到国际先进水平。近几年来,我国冷库行业有了较大的发 展[3]。

1 设计概述
1·1 冷库的设计要求和条件
冷库位于武汉地区(水果或蔬菜) ,冷库冷却物冷藏间 80 吨,含均匀送风管 的设计(如送风管截面积、喷咀直径、风机压头) ,同时要考虑通风换气(如确 定新风量、新风引入和排风的方法) 1·1·1 武汉地区的各项气象参数 查找气象数据库,找出武汉地区主要设计气象参数:室外计算温度(夏季空 气调节日平均温度) 、室外计算相对湿度(最热月月平均相对湿度)等,查找结 果在表 1-1 中列出。
表 1-1 武汉地区气象参数表

地 区

室外计算干球温度/℃

夏季室外 平均每年 不保证 50h 的湿 球温度 /℃ 28.2

室外 计算 相对 湿度% 最热 月平 均 79

武 汉

夏季 通风 33

夏季空气调 节日平均温 度 32

1·1·2 冷却物冷藏间设计条件 在冷却间冷却的水果或蔬菜最终在冷却物冷藏间保存, 本设计仅设计水果或 蔬菜的保存,冷却物冷藏间的设计条件包括:室内设计温度、室内设计的相对湿 度、冷加工时间、冷却物冷藏间的入库与出库温度,具体数值在表 1-2 列出。
表 1-2 冷间设计条件表

室内设计 温度/℃ 0

室内设计相对 湿度% 90

冷加工 时间 h 24

入库温 度/℃ 32

出库 温度 /℃ 0

1·2 制冷系统设计方案的拟定及理由
1·2·1 压缩机的选用 本设计用于储存水果或蔬菜,查阅相关资料可得其室内设计温度在 0℃左右 为了保持果蔬的良好品质蒸发温度是相对稳定的、单一的。单级压缩完全可以满 足该冷库的需要,为了简化系统,减少设备,减少初投资,该系统选用单级压缩 方式,选用活塞式压缩机。

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1·2·2 冷却物冷藏间的相关设计 该冷却物冷藏间仅有一个冷间,室内设计温度为 0℃蒸发温度单一,库房储 存货物 80t。 根据公式:
G?

?V ??
1000

(1-1)

式中:G——冷库公称吨位(t); V——冷藏间的公称容积(m?); γ ——食品计算重度(㎏/m?); η ——冷藏间的容积利用系数。 查找文献得到水果、 蔬菜的公称容积γ =230(㎏/m?); 冷藏间的容积利用系 数η =0.4 带入数据可得:该冷藏库的公称容积 V=870 (m?) 根据冷藏间分间表格,公称容积在 500~1000 m?的冷库可分为两间,两个冷 间各存储货物 40t, 同时两个冷间没有温差所以不会有热量的传递, 制冷量配比, 表 1-3。
表 1-3 冷负荷配比

外围护 结构消 耗冷量

货物 消耗 冷量

通 风 消 耗 冷 量

电机运 转消耗 冷量

操作管 理消耗 冷量

制 冷 量

Q1

Q2

Q3

Q4

Q5

Q

冷却物冷藏间内采用筐包装,由表 1-4 可以确定堆码方式为人工堆码,堆码 高度选用 2.8m,库房高度比货物高出 0.6~0.9m,确定库房高度为 3.5m。
表 1-4 冻结物堆码高度和冻结物冷藏间高度

库容

堆码方 式 人工 机械 机械 距顶排管下 端

堆码高度(m ?) 1.8~3.0 3.0~3.8 3.8~4.8 距墙排管外 侧

库房净高 (m) 2.5~3.6 3.6~4.5 4.5~4.6

≤2000 2001~15000 ≥15000 距冷却物冷 藏间屋顶 距墙

表 1-5 货垛与墙或设备的间距

距风道出风 口下侧

距冷风 机周围

4

0.3

0.2 箱装蛋类、果 蔬 0.3

0.3

0.4
表 1-6 货垛间距

0.3 其他 0.2

1.5

篓装蛋类、果 蔬 0.4
表 1-7 库内直道宽度

人工搬运 1.2

机械搬运 1.8

根据表 1-4,1-5,1-6,1-7 以及 80t 货物的库容量得到冷却物冷藏间,以及机房 的平面图,图 1-1 库房座南面北,减少太阳辐射吸收量。具体尺寸在表 1-8 中列 出。
表 1-8 冷却物冷藏间设备及货物放置

距墙 0.2

货垛间距 0.4

距冷风出 口 0.3

距冷风机 1.5

货垛大小 5.4×5.4

距后墙 0.6

冷却面 积 26×22

图 1-1 库房平面图

1·2·3 蒸发部分的设计 直接冷却系统结构简单,设备少,出投资较低。对于强制对流蒸发器,其传

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热系数高,使用冷场所温度均匀,因此该冷库用直接冷却方式,冷却设备选用冷 却空气式蒸发器(风机) 。 该冷却物冷藏间蒸发温度单一,用简单的直接膨胀供液就能满足要求,而且 直接膨胀供液设备少,结构简单,初投资较其他供液系统少。 制冷剂的选择方面,选用氨制冷剂(R717) 。氨制冷剂(R717)合成工艺成 熟, 价格低、 易制取。 氨制冷剂(R717)作为中温制冷剂其单位容积制冷量比较大; 热力性质好:相同温度及制冷量时压缩机尺寸小。对环保来说,氨制冷剂(R717) 对臭氧层没有破坏(ODP=0) ,不会产生温室气体(GWP=0) 。其缺点也是显而 易见的,它有轻微毒性,泄漏量达到一定比例会发生爆炸(针对氨制冷剂的这一 特性做好紧急泄氨装置, 危害还是可控的,同时氨制冷剂具有刺激性气味一旦泄 露容易发现) 。 1·2·4 该制冷系统的自动控制 1、蒸发器制冷剂供液量调节,利用热力膨胀阀控制控制制冷剂的流量。 2、蒸发系统的压力控制 (1)蒸发压力调节 采用蒸发压力调节阀(背压阀) ,控制蒸发压力。 (2)冷凝压力调节 冷凝压力过高会导致压缩机做功增加,经济性下降,同时超过了设备的允许 压力还会有爆炸的危险。 为保证设备的正常运行采用热力膨胀阀调节流量,以达 到调节压力的目的。 (3)吸气压力调节 吸气压力调节的目的是为了避免压缩机在高吸气状态下工作。 在这冷机运行 时,采用吸气压力调节阀防止吸气压力超过允许值。 3、压缩机的能量调节 该制冷机组只有一台压缩机,所以不用进行能量调节。 4、液位控制 在制冷系统中采用的储液器,油分离器等设备,需要保证有一定的液位,同 时液位不能太高。需要根据液位的高低自动进行调解放液。 5、制冷系统的安全保护 为保证制冷装置的可靠运行,制冷系统的安全保护不可缺少。制冷系统安全 保护的内容包括: (1)压缩机排气压力及吸气压力保护; (2)油压差保护器; (3)压缩机排气温度保护;

2 负荷计算及总汇
2·1 冷库的设计参数
设计冷库的温度、湿度、库容及生产能力等参数,确定冷库的建造材料,计

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算出各墙面的传热系数。 2·1·1 冷库的温度、湿度等基本参数 在上面的设计中, 根据表 1-1 得出武汉地区室外计算温度为 32℃, 相对湿度 为 79%;同时在表 1-2 中室内设计温度为 0℃,设计相对湿度为 90%;仅存在一 个冷冻冷藏间,不设计相邻冷间的换热。 根据上式 1-1,得出的库容量为 870m?,生产能力为 80t,设计的库房总体 积为 22×26×3.5(m?) 2·1·2 各墙面的材质以及传热系数 首先确定该冷库为土建冷库, 冷库很大一部分的冷负荷来自于库房内部通过 围护结构与外界环境进行的热交换,因此墙面材质首先考虑的是传热系数小(保 温性能好)的建材;考虑到库房是用来存放水果或蔬菜,所用建材还需要有较低 的吸水率、耐水性好;库房要有一定的承重能力,选用在低温条件下机械强度好 的建材;针对氨制冷剂,在发生重大泄露会发生爆炸这一特点,所选用的材料要 具有防火阻燃的特性;再就是选材经济、环保。综上考量列出墙体材质从外向内 分别为 1、2、3…,在表 2-1 中列出。
表 2-1 墙体材质分层

第一层 白灰砖墙体

第二层

第三层

隔气层(刷一层沥青) 隔热层(泡沫混凝土)

在设计中围护结构的热流密度取值在 8.1~11.7W/(m·K) ,取热流密度 q=10.5 W/(m·K). 根据: (2-1) q ? K (tw ? tn ) ? K ?tr 式中:q——单位面积传热量 ; ?tr ——室内外计算温差 ,室内温度 0℃,室外温度 32℃, ?tr 为 32℃; 计算得:K=0.33 W/(m ?·K)

? r ? ?r (

? 1 1 ? ? ? i ? ?n ) K ?w ?i

(2-2)

式中: ?r ——隔热层导热系数; ?i ——出去隔热层外其他构造层导热系数; ? n 、 ? w ——围护结构内外表面对流换热系数;

? r ——隔热层厚度; ? i ——除隔热层以外其他构造层厚度。 库内空气为强制对流,对流换热系数取 ? n =17.45W/(m ?·K) ,室外为自 然对流对流换热系数取 ? w =23.3W/(m ?·K) ,隔热层导热系数为 ?r =0.151 W
/(m·K) ,隔气层导热系数为 0.2W/(m·K) ,厚度为 2mm 白灰砖(灰砂砖 240)墙体导热系数为 1.1W/(m·K) ,墙体厚度为 0.25m,将数值带入计算得 出围炉结构的导热系数绝热材料厚度为 150mm。 屋顶以及地坪隔热层以下均有通风通道屋顶设隔热、防水层,查屋顶以及地

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坪的换热系数表[4]查得本设计中需要屋顶及地坪的导热系数及厚度以及绝热材 料种类在,表 2-2 中列出
表 2-2 屋顶及地坪传热系数表

围炉结构部 位 屋顶 地坪

绝热材料种 类 沥青 矿质棉薄板

绝热材料厚 度 mm 150 200

总的导热系 数 W/ (m ?·K) 0.30 0.33

2·2 冷库的冷负荷计算及汇总
冷库的冷负荷大致分为以下几个部分: 围护结构冷负荷 Q1、 货物冷负荷 Q2、 通风冷负荷 Q3、电机运转冷负荷 Q4 及操作管理冷负荷 Q5 2·2·1 围炉结构冷负荷计算 围炉结构的符合主要由外界的传热引起的,根据公式: (2-3) Q1 ? KF? (tw ? tn ) t w ——室内设计温度为 t w =0℃; t n ——室外为温度为 t n =32℃; F ——围炉结构的面积㎡; ? ——温差修正系数。 对于外墙来说根据在 2·1·2 中得出的 K=0.33 W/(m ?·K)外墙设计为 长 26m 宽 22.m 高 3.5m,查找文献[4]可得温差修正系数 ? =1.10,将以上数值带 入计算得: Q1' ? 3902.976W 对于屋顶来说,查找文献[4]可得温差修正系数 ? =1.3,根据 2·1·2 中得出 K=0.33W/(m ?·K) ,屋顶为面积 F =22×26 m?,将以上各数值带入(2-3) '' 可得: Q1 =7138.56W。 对于地坪来说土壤温度在 20℃左右,取值土壤温度 t =20℃;温差修正系数 地坪面积为 F =22×26 m?, 将以上数值带入 (2-3) 上式得: Q1''' =4118.4W。 ? =0.60; 围炉结构总的冷负荷 (2-4) Q1 ? Q1' ? Q1'' ? Q1''' 将数值代入(2-4)得: Q1 =1.52KW 2·2·2 库房冷负荷计算 本设计的冷库为冷却物冷藏库,消耗冷量的地方在:货物降温的冷负荷、包 装材料和运输工具的冷负荷,货物呼吸的冷负荷。 1、货物降温的冷负荷 根据:Q2 aj ?
Ghj (h1 ? h2 ) 3.6T

(2-5)

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式中: Ghj ——冷间的日进货量,进货量 Ghj =80t;

h1 、 h2 ——货物进入冷间的初始与最终焓值。查找文献[4]果蔬的出库焓 值为 h1 =217.7kj/kg,进库焓值为 h2 =392.6 kj/kg; T——货物的冷却时间,冷却时间为 24h。 将数值代入(2-5)得: Q2aj =16.2KW 2、包装材料和运输工具的冷负荷
Q2bj ? Ghj Bb 3.6T Chd (tb1 -t2)

(2-6)

其中: Bb ——包装材料和运输工具重量系数,取值 0.25; 为竹器类取值 1.51kj/ (kg· K) ; Chd ——包装材料和运输工具的比热容, ; Q2bj ——包装材料和运输工具产生的冷负荷(W) tb1 ——包装材料和运输工具进入冷间初始温度初始温度为室外温度 tb1 =32℃。 将数值代入(2-6)得: Q2bj =1.12KW 3、货物呼吸的冷负荷 根据:
Q2cj ? Ghj qh1 ? qh2 · 3.6T 2

(2-7)

式中: qh1 、 qh2 ——货物冷却初始温度和货物冷却终止温度时的呼吸热 (W/kg) ,查找文献[4]分别取值为 qh1 =0.078W/kg 和 qh2 =0.008W/kg。 。 Q2cj ——货物冷却时产生的热负荷(W) 将数值代入(2-7)得: Q2cj =0.04KW 货物总的耗热量为 Q2 ? Q2aj ? Q2bj ? Q2cj =17.36KW 2·2·3 通风换气冷负荷 通风换热量包括货物保质、保鲜的通风量还有操作人员的通风换热量。 根据: 1 (hw ? hn )nV ? n Q3 ? Q3a ? Q3b ? [ ? 30nr ? n (hw ? hn )] (2-8) 3.6 24 式中: hw 、 hn ——室外、内空气比焓,查焓湿图分别为 8kj/kg,91 kj/kg; n——每日换气次数,查文献[4]取值为 2; V——冷藏间内净容积, (m?)取值为 22×23×3.5; 30——每个操作人员每小时需要的新鲜空气量,m?/h; nr ——操作人员人数,取值为 3;

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ρ n——冷藏空间内的空气密度,查表得 1.27kg/m?; 将数值代入(2-8)得:

Q3 =0.0687KW 2·2·4 冷间的电机运转冷负荷 电动机在冷间内运转时本身发出热量,所做的功也转变成热量,电机运转热 计算公式:

Q4 ? 1000? P??

(2-9)

式中:P——电动机额定功率,KW;取值为 Y132M 一 6 型电动机,其额定 功率 Pe=5.5kW ? ——热转化系数,本设计中电动机在冷间外,查找文献[4]取 ? =0.75; ? ——电动机运转时间系数, 参考文献[4]冷风机配用的电机为 1, 对冷 间内其他设备配用的电动机可按实际情况取值,一般按照一昼夜 8h,则ρ =8/ 24=0.33 将数值代入(2-9)计算得: Q4 =0.136KW 2·2·5 操作管理冷负荷
Q5 ? Q5 a ? Q5b ? Q5c ? qd F ? 0.2778 Vn(hw ? hn ) M ? n 3 ? nr qr 24 24

(2-10)

式中:

Q5 a ——照明热量,W; Q5b ——开门热量,W; Q5c ——操作人员热量,W; qd ——单位地板面积照明热量,冷间可取 1.8~2.3W/㎡,操作工人长时间停 留的加工车间取 5.8W/㎡。
3 24 ——每日操作 3 小时计算
F ——冷间换热面积;

n——每日开门换气次数; V——冷间内公称容积;

hw 、 hn —— 冷间外、内空气焓值; M——空气幕效率修正系数,kj/kg; qr —— 操作人员产生的热量,参考文献[4]冷间温度为<5℃ 时取 410W/ 人。 将数值代入(2-10) ,求得: Q5 =3.63KW

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2·2·6 冷却设备负荷和机械负荷计算 冷间冷却设备负荷计算: (2-11) Qz ? Q1 ? PQ2 ? Q3 ? Q4 ? Q5 式中: Qz ——冷却设备负荷,KW; Q1 ——围护结构冷负荷 KW, Q1 =1.52KW; Q2 ——货物冷负荷,KW, Q2 =17.36KW; Q3 ——通风冷负荷,KW, Q3 =0.0687KW; Q4 ——机运转冷负荷,KW, Q4 =0.136KW; Q5 ——操作管理冷负荷 KW, Q5 =3.63KW; P——货物热流量系数,冷冻冷藏间货物未经冷却进却,查文献[4]流量系数 取值 1.3; 将数值代入(2-11)计算,得: Qz=26.42KW 机械负荷计算: (2-12) Qj ? (n1Q1 ? n2Q2 ? n3Q3 ? n4Q4 ? n5Q5 )R 式中: n1 ——围炉结构传热量季节修正系数,取值 1; n2 ——货物热量的机械负荷折减率,取值 0.6; n3 ——同期换气系数,一般取值 0.5~1,此次取值为 0.8; n4 ——冷间用的电动机同期运转系数,取值为 0.5 ; n5 ——冷间同期操作系数 0.5; R ——制冷装置和管道等冷损耗补偿系数,选用直冷系统取 1.12. 将数值代入(2-12) ,解得: Q j =13.8734KW

3 机器设备选型计算
根据冷间的冷却设备负荷和蒸发系统的机械负荷选择冷间的蒸发器、 压缩机 以及其他辅助设备。

3·1 压缩机选型及辅助设备选用
3·1·1 计算制冷机组的各项参数 1、蒸发温度 蒸发温度对制冷系数产生较大的影响,根据储存物品的种类、冷藏工艺的需 要和对冷间温度、湿度的要求,确定合理的计算温差。前面提到冷却系统采用的 是直接冷却的方式, 同时用了风机强制对流增加热扰动。对于冷却空气式蒸发器 [4] 来说,参考文献 蒸发温度为: (8~10) (3-1) t0 = tn - 式中:

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t n ——室内设计温度,℃,室内设计温度为 t n =0℃; 8~10——为传热温差的取值范围,℃,查找表 3-1[4]传热温差取值为 8℃; t 0 ——冷却空气式蒸发器的蒸发温度,℃。 将数值代入(3-1) 得 t 0 =﹣8℃ (其中 t n 为室内设计温度)同时该蒸发器冷却空气的蒸发器,表 3-1 有所要 求。选择传热温差为 8℃,室内设计温度为 t n =0℃,则蒸发温度 t 0 =﹣8℃
表 3-1 冷却空气蒸发器的传热温差[4]

冷间名称 冷却物冷藏间

蒸发器形式 风机

传热温差℃ ≤8

2、冷凝温度 冷凝温度与冷凝器的形式、冷却方式、冷却介质的温度有关。蒸发式冷凝器 利用潜热带走热量带热量大,用水少,所以该系统采用蒸发式冷凝器。蒸发式冷 凝器的冷凝温度: (5~10) (3-2) t k =τ + t k ——蒸发器式冷凝器的冷凝温度,℃。 τ ——夏季室外平均每年不保证 50h 的湿球温度,℃,查表 1-1 得到τ =28.2℃; 5~10——蒸发式冷凝器的传热温差,℃,参考文献[4]传热温差取值为 10℃。 将数值代入(3-2) ,得:

t k =38.2℃
3、压缩机的吸气温度 压缩机的吸气温度不可过高也不可过低,过低会导致压比增大,过高导致排 气温度过高两者都会降低制冷机组的制冷效率。选用 R717 做制冷剂可以允许有 一点的过热度以防止液击,但不宜过大。参照文献[2]R717 可以允许有 2℃的过热 ' 度,所以吸气温度可以允许为 t 0 =﹣6℃。 4、过冷温度 过冷是在制冷剂液体进去节流阀之前过冷,一方面减少闪发气体,另一方面 过冷可以增加工质在蒸发器中的吸热量, 对于氨单级压缩制冷系统可以安装一个 水冷式过冷器增加过冷度,氨液出过冷器的温度比进口水的温度高 3℃[2]。 3·1·2 压缩机的选择 采用 R717 做制冷剂, 根据冷凝温度 t k =38.2℃与蒸发温度 t 0 =﹣8℃查找 R717 [4] 物性参数表 可以查到冷凝压力 P 0 =0.297MPa、蒸发压力 P k =1.643MPa,冷凝压 力与蒸发压力的比值:

Pk 1.643 = <8,压力比在合适的范围内,选用 R717 做制冷剂是合理的。 P0 0.297
前面提到由于该冷库的蒸发温度较为稳定,单级压缩就可以满足要求,所以 选用单级活塞式压缩机。

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对于压缩机的选型, 按照理论输气量的大小选择压缩机。压缩机的理论输气 量式子为:

qvt ?

Q j v1

?v (h0 ? h4 ) ?v q0v

?

Qj

(3-3)

式中: Q j ——蒸发系统的机械热负荷, Q j =13.8734KW; v1 ——吸入气体的比体积,根据文献[4]查找 R717 气体物性表,查得: v1 =0.388m?/kg; h4 ——节流前后制冷剂液体比焓,kj/kg,查文献[4]得到 h4 =284.78 kj/kg; h0 ——蒸发器出口温度干饱和蒸汽的比焓,kj/kg 查文献[4]得到:

h0 =1453.14kj/kg; ?v ——压缩机的容积效率,取值[4]为 70%; q0 v ——单位容积制冷量,kj/m?; 将数值代入(3-3) ,解得: qvt =10m?/h 选用谷轮活塞式压缩机参照表 3-2[5]选择压缩机型号为 ZR57KC-TFD。
表 3-3 谷轮压缩机参数表
[5]

型号 ZR49KC-TFD ZR54KC-TFD ZR57KC-TFD ZR61KC-TFD ZR68KC-TFD 三相 ZR72KC-TFD ZR81KC-TFD ZR84KC-TFD ZR94KC-TFD ZR108KC-TFD ZR125KC-TFD ZR90K3-TWD

马力 HP 4.08 4.50 4.75 5.08 5.75 6.00 6.75 7.00 8.00 9.00 10.00 7.50

排气量 ARI 工况 7.2/54.4℃ 重量 Kg m3/h 制冷量 W 输入功率 W 11.45 12.73 13.42 14.34 16.18 17.05 19.20 19.75 22.14 25.15 28.77 20.90 11700 12900 13700 14600 16400 17400 19690 20330 22940 26250 30470 21540 3600 4030 4160 4430 4970 5250 5830 6140 7000 7830 9060 6620 35.4 35.4 35.4 35.8 38.1 38.1 40.9 56.7 58.0 72.6 78.0 91.0

高度 mm 456.9 456.9 456.9 456.9 456.9 456.9 462.4 495.3 495.3 533.4 533.4 542.0

3·1·3 辅助设备选用 1、该冷库的供液系统选用的是直接膨胀供液,所以选用的排液器用来接受 冷藏间的热气融霜时由冷风机和冷却排管来的液体制冷剂。排液器容积为:

13

V?

V1? 1000?

(3-4)

式中: V1 ——库房中最大一间的冷间冷量分配容积取值 22×26×3.5; ? ——为冷分配设备中的液体工质充满度,查文献[2]得到为风机式蒸发器 70%; β ——排液器的充满度,查文献[2]取值 0.7。 将数值代入(3-4) ,解得: V =1.54m?。 2、调节制冷剂的流量选用热力膨胀阀,通过阀门的开度控制制冷剂流量的 大小,达到控制制冷量的目的。 3、制冷剂的低压部分容易混进空气等不凝性气体,不凝性气体会使压缩机 做的无用功增加,制冷量减少,制冷系数降。为了排除空气等不凝性气体的影响 选用空气分离器,将空气等不凝性气体分离出来。 4、氨做制冷剂与润滑油不互溶,容易在换热设备表面形成一层油膜,使换 热热阻增大,影响换热效果。需要在压缩机的后面安装一个油分离器。

3·2 冷凝器、蒸发器的选择
3·2·1 蒸发器的选择 制冷剂选用的为氨制冷剂所以蒸发器选用风机作为蒸发器, 按照传热面积进 行计算,蒸发器的理论传热面积公式: Q A? 0 (3-5) K ?t 式中: K——蒸发器的传热系数,W/(m ?·K) ;查找文献[2]氨风机的传热系数 K,传热系数取值为:K=18~23 W/(m ?·K) ,取值为 20W/(m ?·K) ; ?t ——蒸发器的传热温差(℃) ,前面选择传热温差为 8℃; Q0 ——蒸发器的传热负荷,为冷却设备的负荷为 Q0 =26.42KW。 将数值代入(3-5) ,解得: A=165m? 根据约克风机目录表 3-4 选用蒸发器 YGFC14-3S(H), 制冷剂为氨, 回热装置 不会使制冷效率有所提到所以不选用回热器。
表 3-4 约克风机盘管参数

型号 YGFC08-3S(H) YGFC10-3S(H)

供冷量 (全热,kw) 7.92 9.07

供热量 (kw) 13.59 16.02

风量(中速 档,m3/h) 1020 1290

噪音(dB) 45(46.5) 47.5(49)

14

YGFC12-3S(H) YGFC14-3S(H)

11.49 12.94

20.29 22.86

1530 1790

49(51) 51(52)

3·2·2 冷凝器的选择 对于冷凝器的选用上面提到选用蒸发式冷凝器, 冷凝器的选用按照换热面积 进行选择,冷凝器的传热面积计算公式: Q A? k (3-6) K ?t 式中: A——冷凝器的传热面积,m?;

Qk ——冷凝器的冷凝传热量,根据蒸发温度与冷凝温度得到系统的制冷数
为? =
t0 =20%,同时冷却设备的负荷为: Qz =26.42KW,得到冷凝传热量为: t k ? t0

Qk =109.2KW;
K——冷凝器的传热系数 W/(m ?·K) ,参照氨冷凝器的 K 值取值范围, K 取值为 800 W/(m ?·K) ; ?t ——冷凝器的对数平均温差,℃,在冷凝温度的设定中给出温差为 10℃。 将数值代入(3-6) ,解得: A=13.65m?

4·设计体会
通过这个设计将自己所学的知识串联应用,让自己又懂了一点东西,向着简 单的基本理论进入更高一点的理论层次, 甚至是由理论进去应用的一次简单的尝 试。知识的串联,让以前学的东西不再是一个孤零零的部件,不再是单个的蒸发 器、冷凝器,而是一个五脏俱全的制冷装置。在设计的过程中也发现有好多不懂 不明白的地方。对于不明白的地方,在查找资料的过程中让自己明白。同时这个 设计还让我明白一样东西,设计就像是一个铁链一样任何一个步骤出现了错误, 这条铁链就废了。换句话就是我需要有一个好的严谨的态度,才有设计一个东西 成功的些许可能。 这个设计让我看到了自己太多不足的地方,为自己下阶段的学 习找到了方向。

参考文献
[1] 时阳、朱兴旺、姬鹏先、李春艳编著《冷库设计与管理》中国农业科 学技术出版社; [2] 申江· 《制冷装置设计》机械工业出版社; [3] 刘纯利 《130 吨小型冷库设计与控制》硕士毕业论文 合肥工业大学;

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[4] [5]

彦启森· 《制冷技术及其应用》中国建筑工业出版社; 百度文库 http://wenku.baidu.com/view/537403bef121dd36a32d8257.html

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