【導(dǎo)讀】下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的。獲得及其它教育機構(gòu)的學位或?qū)W歷而使用過的材料。權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人。和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由。涉密論文按學校規(guī)定處理。單等），文科類論文正文字數(shù)不少于萬字。符合國家技術(shù)標準規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒。本課題以南京火天食品機械公司的220L速凍柜為例，通過實地實驗測量。產(chǎn)的成本和運行時的能耗，達到節(jié)能節(jié)材的目的。

　　

【正文】 ，造價比較低廉；④技術(shù)上較為成熟，生產(chǎn)使用上積累了豐富的經(jīng)驗。不足之處：①轉(zhuǎn)速受到限制，因此機器的體積和重量較大；②結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易損件多，維修工作量大；③由于往復(fù)慣性力不能完全平衡，運轉(zhuǎn)時有振動；④輸氣不連續(xù)，氣體壓力有波動等。 小型滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機的特點是：①結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，同往復(fù)式壓縮機比較，體積可減少 40%～ 50%，重量也可減 輕 40%～ 50%；②零部件少 1/3，特別是易損件少，同時相對運動部件之間的摩擦損失少，因而可靠性較高；③僅滑片有較小的往復(fù)慣性力，旋轉(zhuǎn)慣性力可完全平衡，因此這種機器振動小，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)；④效率高。由于滾動轉(zhuǎn)子壓縮機沒有吸氣閥，吸氣時間長，吸氣過程流動阻力小，所以指示效率高，一般比往復(fù)式高 20%～40%。此外由于直接吸氣，因此吸氣有害過熱小；余隙容積也小，故壓縮機輸氣系數(shù)高于往復(fù)式壓縮機 10%～ 20%。對于冰箱用滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機在冰箱工況下，它的能效比一般可達 ～ 左右；⑤便于大量 生產(chǎn)。由于滾動轉(zhuǎn)子壓縮機大部分零件的幾何形狀為圓柱形，便于加工和生產(chǎn)，可做到產(chǎn)量大，成本低；⑥加工及裝配精度高。 近年來，在速凍柜中使用小型滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機越來越多。本設(shè)計中采用滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機，臥式結(jié)構(gòu)。 2)壓縮機臺數(shù)的選擇 () 因此該型號速凍柜選擇一臺壓縮機能夠滿足理論制冷需求。 3)壓縮機級數(shù)的選擇 壓縮機級數(shù)應(yīng)該根據(jù)設(shè)計工況的冷凝壓力與蒸發(fā)壓力之比來確定。一般采用常規(guī)中溫制冷劑的系統(tǒng)，當 Pk/P0 8 的時候，采用單價壓縮；當 Pk/P0 8 的時候，采用兩級壓縮。本系統(tǒng)中， () 東南大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 因此該型號速凍柜宜采用兩級壓縮。 4)壓縮機的節(jié)能優(yōu)化措施 ①采用兩級壓縮 該型號速凍柜實際采用的 3 匹單級 滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機，在冷凝壓力與蒸發(fā)壓力的比值為 12 大于 10 的情況下 [13]，單機壓縮受到排氣溫度和制冷劑熱物理性質(zhì)的限制，會使壓縮機的效率降低，壓縮過程不可逆損失增加，能夠獲得的低溫程度受限。單機壓縮為獲得更低溫度而超亞比運行時，會使壓縮過程偏離等熵壓縮過程，引起壓縮機排氣溫度升高、效率降低、功耗增大。嚴重時甚至造成系統(tǒng)內(nèi)制冷劑和潤滑油的分解，運轉(zhuǎn)條件惡化，危害壓縮機的正常工作。因此該型號速凍柜可以采用雙級壓縮，避免壓比過大和排氣溫度過高帶來的危害，在保障系統(tǒng)效率的同時獲得更低的蒸發(fā)溫度。 圖 42 雙級壓縮及系統(tǒng)壓焓圖 ② 采用變頻壓縮機 “變頻 ”通俗地講就是改變輸入電流的頻率 [14]，通過變頻輸入電頻率來改變壓縮機的轉(zhuǎn)速。變頻空調(diào)能根據(jù)當前室內(nèi)溫度自行改變其工作頻率，當室溫達到設(shè)定溫度后，它不會像定速空調(diào)器那樣停止運行，而會以較低的頻率運轉(zhuǎn)，以維持設(shè)定溫度。 圖 43 壓縮機變頻控制對系統(tǒng)性能的影響 19 速凍柜的主要工作特點是快速的冷凍食品，工作的負荷變化較大，以本課題研究的 220L速凍柜為例，其工作要求是在 1h 內(nèi)將一定量的冰淇淋冷凍到 40℃，此間速凍柜工作負荷最大；當柜內(nèi)冰淇淋的溫度降到 40℃左右而沒有更換柜內(nèi)的冰淇淋時，速凍柜的符合只是 維持柜內(nèi)溫度恒定，負荷較小。隱刺如果采用變頻壓縮機，根據(jù)負荷大小自動調(diào)節(jié)壓縮機轉(zhuǎn)速，能夠起到較好的節(jié)能效果。 冷凝器的選型 本課題選用的絲管式冷凝器。選擇合適的傳熱管，包括傳熱管的直徑、厚度、翅片厚度和間距、排列方式，并計算表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) ? 和表面效率 0? ；根據(jù)確定的冷凝溫度和計算的冷凝熱負荷 Qk=,查得此時的冷負荷系數(shù) Co，求得冷凝器負荷 Q；計算 對數(shù)平均溫差 m? ， 根據(jù) 冷凝器負荷 Q，冷凝溫 度 Tk、對數(shù)平均溫差 m? 等因素計算傳熱面積 A；根據(jù)確定的傳熱管形式，確定傳熱管管長、根數(shù)等參數(shù) [12]。 冷凝器按冷卻方式可以分為三類：水冷式冷凝器、空氣冷卻式冷凝器、蒸發(fā)式冷凝器。水冷式冷凝器主要有殼管式和套管式，一般立式殼管式冷凝器適用于大型氨制冷裝置，而臥式殼管式冷凝器則普遍使用大中型氨或氟利昂制冷裝置中；套管式冷凝器一般只在小型氟利昂制冷裝置中使用。強制通風的空氣冷卻式冷凝器適 用于缺水或無法供水的場合，特別是在以氟利昂為制冷劑的小型制冷裝置；自然對流空氣冷卻式冷凝器主要用于容積為300L 以下的家用冰箱或其它制冷量小于 的小型氟利昂制冷機中。蒸發(fā)式冷凝器一般應(yīng)用于大、中型氨制冷裝置。本課題選用強制對流空氣冷卻式冷凝器。 冷凝器的計算 1)冷凝器的熱負荷 Qc （ ） 式中為 壓縮機實際排氣比焓 （ ） 2)冷凝器傳熱面積 Ac （ ） 式中 K為平均傳熱系數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗取值 K=150W/(m2 K), 為冷凝器凈出口的對數(shù)溫度差， 所以冷凝器的理論傳熱面積 （ ） 冷凝器的傳熱面積 東南大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 （ ） 裕量取 ，則理論算出所需要的實際傳熱面積 （ ） 該型號速凍柜采用的冷凝器結(jié)構(gòu)圖如圖 43 所示，算出實際換熱面積 Aca=， AcaAc(s)，滿足理論制冷需求。但實際選擇的冷凝器面積較理論計算面積仍有較大盈余，在滿足系統(tǒng)制冷要求的前提下，可以適當減小冷凝器的傳熱面積，以減小耗材成本。 圖 44 速凍柜選用的冷凝器結(jié)構(gòu)圖 冷凝器的節(jié)能優(yōu)化措施 制冷機組在制冷 工 況 下 運行時要 向 大氣環(huán)境排放大 量 的冷凝熱 [15]， 可以安裝 應(yīng)用制冷系統(tǒng) 熱力回收系統(tǒng)的熱氣回收系統(tǒng)，將冷凝器的工質(zhì)放熱回收。 該系統(tǒng)主要包括制冷系統(tǒng)設(shè)備、熱 回 收裝置以及軸助設(shè)備等二熱回收裝置的關(guān)鍵設(shè)備是換熱器，用來回收壓縮機 組排氣熱量 ，包括顯熱和潛熱部分。該系統(tǒng)可以節(jié)約更多的能源，使冷凝熱得到更合理 的 應(yīng)用且降低能耗，同時，使用該系統(tǒng)也可以提高機 組 的運行效率，改善制冷壓縮機 組 的運行工況。 熱回收裝置的關(guān)鍵設(shè)備是換熱器，用來回收壓縮機組排氣熱量，包括顯熱和潛熱部分。熱水箱、換熱器和熱水管路都加保溫層，所選用的保漏材料為 Class I armaflex 保溫管材和板材，熱回收三通閥門是美國 Sparlan 公司專為熱回收制冷系統(tǒng)研發(fā)，當電磁閥關(guān)閉、熱同收裝置停用時，可以通過內(nèi)部的泄放孔裝置將換熱器盤管里的制冷劑降到吸氣壓力，保證盤管里不積存液態(tài)制冷 劑，同時，可以防止液態(tài)制冷劑和高壓排氣混合產(chǎn)生大的液錘效應(yīng)。電磁閥受溫度控制器控制，當水箱內(nèi)水溫度達到 55℃時，關(guān)閉電磁閥。 通過控制熱回收三通閥、水泵及閥門等，可以控制熱回收裝置的工作一況。當三通閥 21 得點，機組高壓排氣經(jīng)過三通閥上出口進入到換熱器中，同時打開循環(huán)水泵，熱回收裝置開始工作。 蒸發(fā)器的選型 課題選用管板式蒸發(fā)器。采用總體分析法，首先選擇蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，包括管的規(guī)格、翅片厚度、間距和排列方式，計算出制冷劑在管內(nèi)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) s? 、空氣表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 0? 、 翅片效率 f? 、 翅片表面效率 s? ；然后按公式 0sKe??? 計算蒸發(fā)器的傳熱系數(shù) K；根據(jù)速凍柜熱負荷 大小 、 蒸發(fā)溫度 T0=40℃ 和選擇的蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，計算所需要的傳熱面積。最后對傳熱面進行設(shè)計，計算實際的傳熱面積并進行校核 [12]。 冷凝器的計算 1)蒸發(fā)器傳熱面積的計算 （ ） 蒸發(fā)器的的傳熱面積 裕量取 ，則理論算出所需要的實際傳熱面積 （ ） 該型號速凍柜采用的冷凝器結(jié)構(gòu)圖如圖 44所示，算出實際換熱面積 Aza=， AzaAz(s)，滿足理論制冷需求。 東南大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 圖 45 速凍柜選用蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)圖 蒸發(fā)器的優(yōu)化匹配 對蒸發(fā)器來講，制冷劑流動阻力的增加造成蒸發(fā)溫度下降，系統(tǒng)耗能增大，效率降低，采用大內(nèi)徑的蒸發(fā)盤管可減小流動阻力，提高效率；增加蒸發(fā)器的傳熱面積（例如，翅片蒸發(fā)器）、合理布置蒸發(fā)器位置，可以提高換熱效果和避免過低蒸發(fā)壓力，達到節(jié)能目的。 圖 45回熱制冷循環(huán)理論理論分析圖 制冷循環(huán)在制冷劑 lgPh圖中表示如圖 ４－５ 示，可以看出，過低的蒸發(fā)壓力（如圖中虛線 ab）會引起單位制冷量和制冷系數(shù)的減小，同時，由于傳熱溫差加大，也會增加箱體熱負荷，引起能耗增加。在保持冰箱各間室溫度一定情況下，應(yīng)盡可能提高蒸發(fā)壓力（溫度），也即降低蒸發(fā)器與箱內(nèi)的溫差。蒸發(fā)溫度的提高對提高冰箱能效至關(guān)重要 ［ 16］ ，采用大內(nèi)徑蒸發(fā)管以減小阻力，通過增大蒸發(fā)器傳熱面積來保證箱內(nèi)所需冷量，從而提高蒸發(fā)溫度。項目研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)合理調(diào)節(jié)冷藏、冷凍蒸發(fā)面積，太大或太小皆不可取，應(yīng)控制在最佳點。原因有三方面，其一，蒸發(fā)面積過大時，制冷劑充注量也必須加大，否則會出現(xiàn)蒸發(fā)器出口溫度過高，影響溫度場穩(wěn)定性，而制冷 劑量的加大必然使耗功增加；另一方面，增大蒸發(fā)面積在提高蒸發(fā)溫度的同時，壓縮機排氣量增加，造成在毛細管中流動阻力更大，從而又降低蒸發(fā)溫度，同時，冷凝器的散熱能力也限制、制約了系統(tǒng)的制冷能力。其二，受到安裝空間及使用空間限制，蒸發(fā)面積不能太大或太小。其三，由于設(shè)計成本及銷售影響制約，蒸發(fā)器面積應(yīng)控制在最佳點。 為了提高回氣換熱器的換熱效果，采用毛細管和回氣管逆流布置的方式，或適當增加毛細管和回氣管的換熱長度加強兩者之間的換熱，或采用毛細管和回氣管用錫焊料并焊的方法來提高兩者間的換熱效率。 節(jié)流機構(gòu)的選型 和匹配方法 節(jié)流機構(gòu)用于節(jié)流降壓、調(diào)節(jié)供液量。本課題選用電子膨脹閥，電子膨脹閥較熱力膨脹閥在能量調(diào)節(jié)上有很大的優(yōu)勢，能夠提高制冷系統(tǒng)的 COP。 23 目前國內(nèi)外電冰箱的節(jié)流機構(gòu)一般都是采用毛細管，它是一根內(nèi)徑為 ～ 1mm、外徑為 2～ 3mm，長度為 2～ 4m的紫銅管，在制冷系統(tǒng)中的作用是控制制冷劑的流量和保持冷凝器與蒸發(fā)器的合理壓差。 選配原則 根據(jù) R、 Q0、 t0、 tk、液體管路及閥件的阻力損失來進行。 選配 步驟 1)確定閥兩端的壓力差 Δ P=PKΣ Δ PiPo(KPa) 式中： PK――冷凝壓力， KPa， Σ Δ Pi――為 Δ P1+Δ P2+Δ P3+Δ P4(Δ P1 為液體管路阻力損失 。Δ P2 為彎頭、閥件等得阻力損失 。Δ P3 為液體管升高得壓力損失，Δ P3=ρ gh。Δ P4為分液頭及分液毛細管得阻力損失，通常各為 . 2）確定閥的形式 選擇內(nèi)平衡還是外平衡，由蒸發(fā)器中的壓力降而定。對 R404A 系統(tǒng)，當壓力降超過相應(yīng)蒸發(fā)溫度 1℃，均宜采用外平衡式熱力膨脹閥 。 3）選擇閥的型號與規(guī)格 制冷劑選擇與填充量計算 制冷劑選擇 以往電冰箱所使用的制冷劑都采用 R12， R12 屬于氯氟烴工質(zhì)，由于氯氟烴工質(zhì)對大氣臭氧層的破壞作用，目前世界各國正在大力開展對氯氟烴替代物的研究工作。在電冰箱中有可能替代 R12 的是 R134a、 R152a 和近共沸混合工質(zhì) R22/R152a/R114， R22/R152a/R124和 R22/R152a 等。它們的物性與 R12很相近，其中 R134a 是最有前途的，傳熱性能好，有良好的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，而且不可燃。由于它不含氯原子，其臭氧消耗潛能（ ODP）的值為零。為此，有很多國家已試制出用 R134a 的電冰箱，我國由廣東珠江冰箱廠試制的R134a 為工質(zhì)的電 冰箱已于 1993 年通過鑒定，這對保護生態(tài)環(huán)境具有重大意義。 本設(shè)計中，選用環(huán)保無氟 R4044a 為制冷工質(zhì)。 東南大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 制冷劑充注量的計算 貯液器的容積按制冷劑 循環(huán) 量 進 行 計算，但最大貯存 量 應(yīng)不超過每小時制冷劑總循環(huán)量 的 1/3—1/2 同時， 應(yīng) 考慮當環(huán)境溫度變化時，貯液器內(nèi)的液體制冷劑因受熱膨脹造成的危險， 故 其貯存 量 一般不超過熬個容積的 70%一 80%。 本章小結(jié) 本章在驗證了速凍柜各個設(shè)備的選型的同時，對部分選型不合理的地方進行優(yōu)化，選擇更加節(jié)能節(jié)材的設(shè)備，并提出幾點系統(tǒng)改進措施，是系統(tǒng)更加完備節(jié)能。 第六章 總結(jié)與展望 25 第 五 章 總結(jié)與展望 經(jīng)過幾個月的努力，在查閱了大量的相關(guān)文獻和數(shù)次實地實踐測量后，透徹分析了關(guān)于小型制冷系統(tǒng)設(shè)計的匹配計算和系統(tǒng)優(yōu)化，在傳統(tǒng)的設(shè)計基礎(chǔ)上，通過理論數(shù)據(jù)分析，得出小型制冷系統(tǒng)匹配選型優(yōu)化選擇和節(jié)能措施，使系統(tǒng)更加完備。本章對做出的成果和展望做一些總結(jié)。 總結(jié) 目前國內(nèi)外許多學者在制冷系統(tǒng)或系統(tǒng)部件的設(shè)計、計算、模擬等方面的技術(shù)研究已經(jīng)有很多成果，但很多技術(shù)并沒有在實際生產(chǎn)中被采用，生產(chǎn)廠家更多的仍然是按照傳統(tǒng)的經(jīng)驗設(shè)計方法，沒有能夠從節(jié)能節(jié)材的角度開展對小型制冷系統(tǒng)的優(yōu)化匹配設(shè)計。本課題主要針目前國內(nèi)小型制冷設(shè)備（尤其是制冷溫度在 20℃ ~ 50℃ 的中低溫食品冷凍設(shè)備）在設(shè)計過程中存在設(shè)備選型誤差較大，設(shè)備選擇時只單向滿足設(shè)計需求但相互之間不能夠形成良好匹配，從而造成系統(tǒng)效率低，成本和運行功耗較高。 課題以南京火天食品機械有限公司 220L 速凍柜為研究對象， 在明確其實際工作需求的前提下，分析該設(shè)備目前的制冷效果，驗證該系統(tǒng)是否能夠滿足設(shè)計要求。課題