【文章內(nèi)容簡介】 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。由于水的溫度比較低，所以采用水冷式冷凝器可以得到較低的冷凝溫度。水冷式冷凝器按其結(jié)構(gòu)形式又可分為殼管式冷凝器、套管式冷凝器和焊接板式冷凝器，常見的是殼管式冷凝器和套管式冷凝器。 立式殼管式冷凝器立式冷凝器的冷卻水自上通入管內(nèi)，吸熱后排入下部水池，而高壓氣態(tài)制冷劑從冷凝器外殼的中部進入管束外部空間，冷凝后的液體沿管外壁流下，積于冷凝器的底部，從出液管流出。 臥式殼管式冷凝器[12]它與立式冷凝器有相類似的殼體結(jié)構(gòu)，主要區(qū)別在于殼體的水平安放和水的多路流動。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多采用光滑無縫鋼管，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。 臥式殼管冷凝器的優(yōu)點是傳熱系數(shù)較高，冷卻水用量較少，操作管理方便，但是，對冷卻水的水質(zhì)要求較高。目前大、中型氟利昂和氨制冷裝置普遍采用這種冷凝器。 套管式冷凝器套管式冷凝器是有不同直的管子直接套在一起，并彎成螺旋形或蛇形的一種水冷換熱器。該換熱器外套一般為無縫鋼管。制冷劑的蒸氣從上方進入內(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入，依次經(jīng)過各排內(nèi)管從上部流出，與制冷劑呈逆流方式。這種冷凝器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，便于制造，價格便宜且因系單管冷凝，介質(zhì)流動方向相反，故傳熱效果好，當(dāng)水流速為1～2m/s時傳熱系數(shù)可達800kcal/(m2h℃)。其缺點是金屬消耗量大，而且當(dāng)縱向管數(shù)較多時，不僅傳熱管內(nèi)流體的流動阻力較大。更由于下部的管子會充有較多的液體，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，多用于制冷量小于40kw的小型氟利昂制冷機組中。 焊接板式冷凝器板式換熱器是由一組不銹鋼波紋金屬板疊裝焊接而成，板上的四孔分別為冷熱兩種流體的進出口，在板四周的焊接線內(nèi)，形成傳熱板兩側(cè)的冷熱流體通道，在流動過程中通過版壁進行熱交換。兩種流體在流道內(nèi)形成逆流流動，而板片表面制成的各種形狀形成了旺盛湍流強化了傳熱。由于板式換熱器具有體積小、重量輕、傳熱效率高、可靠性好、加工過程簡單等優(yōu)點，近年來得到廣泛應(yīng)用。但是也存在內(nèi)容積小、難以清洗、內(nèi)部滲漏不易修復(fù)等缺點，在使用時要加以注意。 冷凝器類型選擇對于水冷冷水機組，常用的水冷冷凝器有套管式和臥式殼管式冷凝器，其中臥式殼管式冷凝器結(jié)傳熱系數(shù)較高，冷卻水用量較少，操作管理方便，但是，對冷卻水的水質(zhì)要求較高。目前大、中型氟利昂和氨制冷裝置普遍采用這種冷凝器。一般來說，臥式殼管式冷凝器的水耗量比套管式冷凝器的水耗量要大，但清洗相對方便。在冷水機組中，制冷量相對較大，應(yīng)優(yōu)先選用臥式殼管式冷凝器。在此選用臥式殼管式冷凝器較為合適，故選擇臥式殼管式冷凝器。 蒸發(fā)器類型選擇蒸發(fā)器的形式很多，按照載冷劑的不同可分為冷卻空氣和冷卻各種液體的蒸發(fā)器。根據(jù)供液方式的不同，蒸發(fā)器可分為以下四種：滿液式蒸發(fā)器、非滿液式蒸發(fā)器、循環(huán)式蒸發(fā)器和淋激式蒸發(fā)器。這里主要介紹滿液式蒸發(fā)器。非滿液式蒸發(fā)器根據(jù)冷卻介質(zhì)的不同可分為冷卻液體干式蒸發(fā)器和冷卻空氣干式蒸發(fā)器（直接蒸發(fā)式空氣冷卻器）。冷卻液體干式蒸發(fā)器主要有干式殼管蒸發(fā)器和焊接板式蒸發(fā)器，而焊接板式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)和焊接板式冷凝器相似這里不再詳細介紹。 干式殼管蒸發(fā)器[8]干式殼管蒸發(fā)器的構(gòu)造和滿液式殼管蒸發(fā)器相似，主要區(qū)別在于：制冷劑在管內(nèi)流動，被冷卻液體在管束外部空間流動，筒體內(nèi)橫跨管束裝有若干隔板，以加液體橫掠管束的流速。干式蒸發(fā)器按照管組的排列方式不同可分為直管式和U形管兩種。直管式蒸發(fā)器由于載冷劑側(cè)的對流換熱系數(shù)較高，一般不用外肋管，多采用光管或具有螺旋形微內(nèi)肋的高效蒸發(fā)器作為傳熱管。U形管干式殼管蒸發(fā)器采用U形管作為傳熱管，一個管口為進液端，另一管口為出氣端，由此構(gòu)成了載冷劑為二流程的殼管式結(jié)構(gòu)。它只需要一個將制冷劑進出口分隔開的端蓋，這有利于消除材料因溫度變化而引起的內(nèi)應(yīng)力，延長其壽命，而且傳熱效果較好，但不宜采用內(nèi)肋管。 直接蒸發(fā)式空氣冷卻器直接蒸發(fā)式空氣冷卻器按照空氣的運動狀態(tài)分為自然對流和強制對流兩種形式。自然對流形式常用于冰箱、冷藏柜、冷藏車、冷藏庫等處。采用氨制冷系統(tǒng)，多為滿液式或循環(huán)式；采用氟利昂系統(tǒng)多為非滿液式或循環(huán)式。由于空氣側(cè)為自然對流，故這種冷排管的傳熱系數(shù)很低。為了增強傳熱，在簡冷式冰箱的冷凍室、空調(diào)機組、冷藏庫及除濕機等處多采用強制對流式的直接蒸發(fā)式空氣冷卻器。強制對流式蒸發(fā)器與自然對流蒸發(fā)器相比，具有傳熱效果好，結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點，在冷凍、空調(diào)設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。在此選用強制對流空氣冷卻式蒸發(fā)器，簡稱為表面式蒸發(fā)器。3 冷水機組的設(shè)計計算 系統(tǒng)的熱力計算 原始資料（1） 制冷量： 200kw（2） 制冷量輸出方式： 輸出冷媒水冷媒水進口溫度： 12 ℃冷媒水出口溫度： 7℃（3） 冷凝器冷卻方式： 強制對流水冷冷卻水進口溫度： 32℃冷卻水出口溫度： 36℃（4） 控溫精度： 177。2℃（5） 氣候環(huán)境類型： 空氣干球溫度32℃、℃（6） 使用環(huán)境溫度： 0～35℃（7） 使用環(huán)境相對濕度： ≤85％（8） 電源： 380 V 50Hz 各狀態(tài)點參數(shù)的確定[2](1) 壓縮機的名義制冷量為200kw。冷凝溫度:蒸發(fā)溫度：其中：水冷式冷凝器：冷卻液體的蒸發(fā)器：取 △T0=3K △TK=4K 那么蒸發(fā)溫度 冷凝溫度 取過熱度3K過冷度5K(取有效過熱、過冷)循環(huán)的lgph圖如圖31所示圖31系統(tǒng)循環(huán)的壓焓圖（2）各點參數(shù)值表31 R134A各點的狀態(tài)參數(shù)參數(shù)t/ocp/kPav/(m3/kg)h/(kJ/kg)s/( kJ/kg．k)0338173382s1017310174101754338 熱力計算由表31中各狀態(tài)點的參數(shù)進行以下熱力計算單位質(zhì)量制冷量 單位理論功 制冷劑循環(huán)質(zhì)量流量 實際輸氣量輸氣系數(shù)取λ=壓縮機理論輸氣量壓縮機理論功率壓縮機指示功率（取壓縮機指示效率為ηi=）壓縮機軸功率（取機械效率ηm=）壓縮機電機即輸入功率（取電動機效率ηmo=） 壓縮機的選擇及制冷劑流量校核 壓縮機選擇表32 HY螺桿式壓縮機性能參機型HY110WHY150WHY190WHY230WHY290WHY300WHY400WHY470W制冷量Kw110150190230290360400470運行控制方式PLC可編程控制器全自動控制制冷劑R22（R1334a R407c）電源380v/50HZ型式55非對稱半封閉單螺桿壓縮機旋轉(zhuǎn)方向順時針數(shù)量1臺啟動類型Y△啟動轉(zhuǎn)速（r/min）2960參量調(diào)節(jié)025%50%75%100%或無極調(diào)節(jié)輸入功率Kw2539487598額定電流A理論輸氣量m3/h170220296358379402440486吸氣管直徑mm80100100100100125125150排氣管直徑mm6565808080100100125注：冷凝溫度、蒸發(fā)溫度7℃ /45℃由表32知可選用單螺桿式制冷壓縮機。額定制冷量為230kW，電動機輸出功率為48kW，理論輸氣量358m3/h，均能滿足設(shè)計工況的要求。 壓縮機校核 壓縮機實際工況：制冷量230kW冷凝溫度：45℃ 冷凝壓力： 焓值 h1=蒸發(fā)溫度：7℃ 蒸發(fā)壓力： 焓值 h2= 輸氣系數(shù)1）壓力系數(shù)壓力系數(shù)的計算公式為：對于氟利昂壓縮機，取，則得到制冷壓縮機的壓力系數(shù)為。2.）容積系數(shù)和泄漏系數(shù)取13.）溫度系數(shù)有經(jīng)驗公式實際溫度系數(shù)實際輸氣系數(shù) 壓縮機工況的換算及選型故所選壓縮機HY230W滿足使用條件。 冷凝器的設(shè)計計算[1]設(shè)計參數(shù)：冷凝溫度tk=40℃ 傳熱管的選擇表33幾種低翅片管的結(jié)構(gòu)參數(shù)序號12345直徑mm壁厚mmФ16Ф16Ф16Ф19Ф19sf/mmδt/mmh/mmdi/mm11111414db/mm13df/mm16φ20176。20176。aof/mmψ注:表中aof為每米管長管外總面積，ψ為增強系數(shù)，其余符號參見圖32圖32 低翅片管的結(jié)構(gòu)參數(shù)及在冷凝器的應(yīng)用形式a)斜翅 b）直翅 c）應(yīng)用形式根據(jù)工藝要求，選用Ф19mm，且選用表33所示的5號管，其管型結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：翅節(jié)距sf=、翅厚δt=、管內(nèi)徑di=14mm、翅根管面外徑db=、翅頂直徑df=、φ=20o， 傳熱管的參數(shù)計算根據(jù)以上選擇的的換熱管參數(shù)進行初步設(shè)計計算每1m肋管長的肋片數(shù)：每1m管長肋頂面積為每1m管長肋片面積為每1m管長肋間基管面積為每1m肋片管外表面積為每1m管長內(nèi)表面積為肋片當(dāng)量高度為 冷凝器的熱負荷計算單位冷凝負荷冷凝器負荷 冷卻水流量冷卻水的定性溫度為℃查水的物性比定壓熱容CP =(),密度ρw=106m2/s， 所以，冷卻水流量為 冷凝器結(jié)構(gòu)的初步規(guī)劃由于低肋螺紋管傳熱效率高，故初步取管外表面面積熱負荷qf=6000w/m2。故初步規(guī)劃的所需冷凝器外表面積為所需上述規(guī)格低肋管管長為設(shè)管內(nèi)流速為ω=，則每流程管數(shù)為 取每流程管根數(shù)數(shù)Z=38根對流程數(shù)N，總根數(shù)NZ、有效單管長l、殼體內(nèi)徑Di及長徑比l/Di進行計算，組合計算結(jié)果如表34所示表34 不同流程計算結(jié)果流程數(shù)N總根數(shù)NZ有效單管長l/m殼體內(nèi)徑Di/m長徑比l/Di27641526228其中，在組合計算中，當(dāng)傳熱管總跟數(shù)較多時，殼體內(nèi)徑（單位為m）可按下式估算式中 S —相鄰管中心間距，s=(~ )do，單位為 do —管外徑，單位為m~：當(dāng)殼體內(nèi)管子基本布滿不留空間時取下限，當(dāng)殼體內(nèi)留有一定空間時取上限。（ do）當(dāng)長徑比為4~10時，換熱器有較好的換熱性能和經(jīng)濟性，因此這里選擇如下參數(shù)：流程數(shù)N=4,有效單管長l=，考慮與蒸發(fā)器相匹配，取冷凝器有效管長l=?？偣軘?shù)為153，具體分布如圖32所示：傳熱管安正三角形排列，管板上相鄰管孔中心距為24mm，考慮最近殼體的傳熱管與殼體的距離不小于5mm，則則所需最小殼體內(nèi)徑為365mm，根據(jù)無縫鋼管規(guī)格，選用Ф377mm10mm的無縫鋼管作為殼體材料。冷凝器采用管板外徑與殼體外徑相同的主體結(jié)構(gòu)形式，排管布置及管板尺寸能夠保證在管板周邊上均勻布置12個端蓋螺釘孔以裝配端蓋，且能避免端蓋內(nèi)側(cè)裝配孔周邊的密封面不致遮蓋管孔，同時殼體內(nèi)部留有一定空間起儲液作用，冷凝器的結(jié)構(gòu)尺寸能滿足壓縮冷凝機組的裝配要求和限制。圖 32 傳熱管分布圖 傳熱計算及所需傳熱面積確定水側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計算：從水物性表知水在平均溫度tm=34℃時，運動粘度v=106m2/s 物性集合參數(shù)管內(nèi)平均水速則雷諾數(shù)，亦即水在管內(nèi)的流動狀態(tài)為湍流，則可根據(jù)下式計算水側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)氟利昂側(cè)冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計算：根據(jù)管排布置，管排修正系數(shù)由下式計算根據(jù)所選管型，低翅片管傳熱增強系數(shù)由下式計算表35 幾種氟利昂的B值Tk/℃2030405060R12R134aR22~查表35知R134a在冷凝溫度tk=40℃時, B=,計算氟利昂側(cè)冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)對數(shù)平均溫差計算取水側(cè)污垢系數(shù)ri=()，將有關(guān)各值代入式和計算熱流密度qo（單位為w/m2）選取不同的θo（單位為℃）進行試湊計算，計算結(jié)果列于表36表36 不同θo的計算結(jié)果θo/℃第一式第二式qo (w/m2）2當(dāng)θo=℃，兩式的qo誤差已很小，取qo=5766 w/m2計算所需實際的傳熱面積初步結(jié)構(gòu)設(shè)計中實際布置冷凝傳熱面積為，%，可作為冷凝器傳熱的富裕量，初步結(jié)構(gòu)設(shè)計所布置的冷凝傳熱面積滿足負荷傳熱要求。 冷卻水側(cè)阻力計算按式