制冷系統(tǒng)綜合試驗臺設(shè)計（量換熱器及總體設(shè)計）【包含CAD圖紙】
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河南科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告（學生填表）院系： 車輛與動力工程學院 2007年4月12日課題名稱制冷系統(tǒng)綜合試驗臺設(shè)計（量換熱器及總體設(shè)計）學生姓名潘茂輝專業(yè)班級制冷031課題類型工程設(shè)計指導教師薛玉卿職稱助教課題來源科研1. 設(shè)計（或研究）的依據(jù)與意義依據(jù)：國際標準ISO917-1974制冷壓縮機的試驗和國家標準GB5773-87“容積式制冷壓縮機性能試驗方法”。，該試驗臺采用“第二制冷劑電量熱器法”作為主測，其原理是利用量熱器內(nèi)充注的與被測壓縮機制冷系統(tǒng)相隔離的第二制冷劑作為熱交換介質(zhì)，將制冷系統(tǒng)產(chǎn)生的冷量與電加熱器產(chǎn)生的熱量相互交換，達到平衡時，通過測量加熱電量而得出制冷量的一種間接試驗方法；同時采用液體質(zhì)量流量計法作為輔測，計算出它在規(guī)定工況條件下轉(zhuǎn)換成氣態(tài)所必須吸收的熱量，即制冷量。換熱器設(shè)計所遵循或參照的相應(yīng)規(guī)定和標準：制冷裝置用壓力容器（JB/T6917-93）、單元式空氣調(diào)節(jié)機組用冷凝器型式與基本參數(shù)（JB/T5444-91）、鋼制殼管式換熱器（GB151）、制冷設(shè)備通用技術(shù)規(guī)范（GB9237）等。設(shè)計的關(guān)鍵是蒸發(fā)器的大小，它影響制冷系統(tǒng)內(nèi)制冷劑的充注量。意義：該綜合性試驗臺采用第二制冷劑法以及數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)通過控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開啟度和冷凝器冷卻水閥的開啟度達到設(shè)定工況時采集記錄各工況參數(shù)，如，吸排氣壓力、過冷溫度、量熱器出口溫度等，進而得出制冷量、輸入功率、EER值，進行對比分析各工況的這些量值，得出與壓縮機相匹配的最佳工況，所以該試驗臺可以滿足產(chǎn)品檢測的需要。在該試驗臺上通過改變各輸入?yún)?shù)的變化得出各參數(shù)對壓縮機或制冷系統(tǒng)其他部件性能的影響大小，對于影響大的，通過針對性的改善這些部件的某些部分從而使其性能得到改善，最終使部件的設(shè)計優(yōu)化，制冷系統(tǒng)的性能優(yōu)化。此外，可以進行不同制冷劑的變工況性能實驗，得到各種性能參數(shù)隨蒸發(fā)溫度和冷凝溫度的變化關(guān)系，得出各制冷劑的同工況下相應(yīng)制冷量、輸入功率、EER值等，進行比較找出最佳的制冷劑，為將來無氟技術(shù)的徹底實現(xiàn)提供參考。還可以在其上進行研究制冷劑充注量與各種工況的關(guān)系等多種科研過程。2. 國內(nèi)外同類設(shè)計（或同類研究）的概況綜述從二十世紀后半葉開始，隨著制冷行業(yè)的發(fā)展，有關(guān)制冷系統(tǒng)的試驗臺作為各制冷系統(tǒng)部件的標準之一的體驗與實現(xiàn)更是得到前所未有的高速發(fā)展，從手動到半自動，再到全自動。但綜述起來，其研究方向主要集中在以下幾個方面。1 模糊控制在制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用。隨著電子計算機以及控制的發(fā)展，特別是模糊控制在制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用，制冷系統(tǒng)試驗臺實現(xiàn)了全自動控制，即借助與人們對量熱器試驗臺長期受的手動控制的經(jīng)驗，也就是手動控制吸氣溫度，吸排氣壓力來調(diào)到規(guī)定工況下的參數(shù)值的經(jīng)驗，引入模糊控制理論，以語言形式定性描述這些參數(shù)的被控過程，來實現(xiàn)試驗臺的全自動控制。2 計算機仿真技術(shù)在制冷系統(tǒng)研究與優(yōu)化設(shè)計中的運用。自20世紀60年代，仿真技術(shù)在制冷領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，仿真技術(shù)是計算機技術(shù)的一種，它的產(chǎn)生和發(fā)展有著濃厚的工程實際應(yīng)用。計算機仿真就是在計算機上用數(shù)字形式表達實際系統(tǒng)的運動規(guī)律，具有以下特點：a，用對系統(tǒng)和過程的仿真模擬方法取代傳統(tǒng)實驗方法，可以節(jié)省大量人力，物力，同時還能提高開發(fā)效率，縮短開發(fā)時間；b，強了對過程特性的研究和分析，即逐步以動態(tài)分析法取代傳統(tǒng)的靜態(tài)分析法，使建立的數(shù)學模型更加接近實際的系統(tǒng)或過程，準確性提高；c，單個部件的仿真和對整個系統(tǒng)的仿真使得人們對部件特性和系統(tǒng)特性均能進行比較詳盡的研究，可對產(chǎn)品開發(fā)和改進提供方向性指導；d，最優(yōu)化 方法的廣泛應(yīng)用，包括最優(yōu)化設(shè)計和最佳工況調(diào)節(jié)和控制等，大大提高了系統(tǒng)設(shè)計和過程控制的質(zhì)量；e，變以往典型工況設(shè)計為全過程工況設(shè)計，提高了系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)運行的效率。3 建模方法與仿真研究在復(fù)雜制冷系統(tǒng)中的運用。采用基于圖形法的變頻壓縮機和膨脹閥的仿真模型以及分布參數(shù)法換熱器和管路模型，使得模型可以用來分析系統(tǒng)制冷劑充注量，壓縮機頻率，連接管路結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)換熱器結(jié)構(gòu)，風量與環(huán)境溫濕度條件對整個系統(tǒng)以及每個支路的影響，并具有較高的精度和計算效率。相關(guān)文獻有：冷空調(diào)系統(tǒng)計算機仿真技術(shù)綜述邵雙全 石文星 陳華俊 李先庭 彥啟森 清華大學建筑技術(shù)科學系；小型全封閉活塞式制冷壓縮機穩(wěn)態(tài)仿真肖浩 胡益雄 中南大學長沙；空調(diào)器制冷系統(tǒng)仿真技術(shù)實用化研究陶建辛 春蘭集團 孫慶寬 楊亞東 春蘭電器研究所；復(fù)雜制冷系統(tǒng)通用建模方法與仿真研究邵雙全 石文星 李先庭 清華大學建筑技術(shù)科學系。3. 課題設(shè)計（或研究）的內(nèi)容設(shè)計用于測量5HP以下蒸汽壓縮式制冷機在不同工況下的制冷量、消耗功率、能效比以及制冷系統(tǒng)各關(guān)鍵參數(shù)的綜合性試驗臺。該性能試驗臺按照國際標準SIO917-1974制冷壓縮機的試驗和國家標準GB5773-87“容積式制冷壓縮機性能試驗方法”進行設(shè)計。主要試驗方法采用第二制冷劑量熱器法。校核實驗方法采用水冷冷凝器量熱器法。同時還可進行風冷冷凝器的試驗，風冷冷凝器放置在一風洞，進風溫度可調(diào)。主要技術(shù)參數(shù)如下：1 系統(tǒng)工質(zhì)：R22；2 第二制冷劑：R12；3 容量范圍：1750-15000W；4 試驗工況范圍：蒸發(fā)溫度-2515；5 試驗壓縮機功率：5kW；6 試驗壓縮機電源：380V；7 整機功率：30kW。4. 設(shè)計（或研究）方法根據(jù)第二制冷劑量熱器發(fā)，設(shè)計試驗臺各種設(shè)備，并進行布置。5. 實施計劃第6-7周查閱相關(guān)資料，健碩國內(nèi)外相關(guān)文獻，明確課題內(nèi)容和預(yù)期目標第8-12周詳細分析計算風冷式和水冷式冷凝器的換熱機理，以及量熱器內(nèi)部的流體流動與傳熱機理；然后繪制必要的加工制作圖第13-15周繪制綜合試驗臺的總體布置圖，并現(xiàn)場參與安裝第16周對綜合試驗臺的總體測控方案進行考慮，并寫出控制原理第17周翻譯英文文獻，撰寫論文，進行畢業(yè)答辯。指導教師意見指導教師簽字： 年 月 日研究所（教研室）意見研究所所長（教研室主任）簽字： 年 月 日車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 1 制冷系統(tǒng)綜合試驗臺設(shè)計（量熱器及總體設(shè)計） 摘 要 該試驗臺的設(shè)計是為了研究在不同工況下各輸入?yún)?shù)的變化對壓縮機或制冷 系統(tǒng)綜合性能的影響大??；或在不同制冷劑工質(zhì)下，檢驗制冷系統(tǒng)的性能，并提 出針對性的改善措施，最終使系統(tǒng)的性能得到優(yōu)化。 該試驗臺采用“第二制冷劑電量熱器法” ，其原理是制冷系統(tǒng)產(chǎn)生的冷量與 電加熱器產(chǎn)生的熱量相交換，達到平衡時，通過測量電加熱量而得出制冷量的一 種間接實驗方法。校核實驗方法采用水冷冷凝器量熱法。該試驗臺設(shè)置有數(shù)據(jù)自 動采集系統(tǒng)，通過控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開起度和冷凝器冷卻水閥的開啟度，達 到在設(shè)定工況下采集記錄各工況參數(shù)的目的。 本次設(shè)計的主要任務(wù)是對試驗臺的一個主要部件量熱器進行設(shè)計計算， 并對該試驗臺進行總體布置。通過熱力計算，得出制冷量等性能指標。再根據(jù)傳 熱學和換熱器設(shè)計等有關(guān)文獻，計算出蒸發(fā)盤管的傳熱系數(shù)，從而得出所需蒸發(fā) 盤管面積，并對其進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。同時還根據(jù)量熱器設(shè)計壓力，計算出量熱器的 壁厚，并對其進行強度校核。接下來，進行了制冷系統(tǒng)節(jié)流機構(gòu)和附屬設(shè)備的選 型。 關(guān)鍵詞：量熱器，試驗臺，第二制冷劑，制冷系統(tǒng) 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 II DESIGN OF TEST BENCH FOR REFRIGERATION SYSTEM (DESIGN AND APLACATION OF CALORMETER AND WHOLE BENCH) ABSTRACT The comprehensive experimental bench of refrigeration system was set up to investigate the impact on performance of compressor or refrigeration system with the change of input parameter on different operating mode; or to check the performance of refrigeration system and introduce the improved method to optimize the performance of the system. The experimental bench was designed following to the second refrigerant electro- calorimeter. The principle is that measuring the quantity of the electricity to get the refrigerating output when the exchange of the refrigerating output produced by the refrigeration system equaled with the heat quantity produced by the electric heater. The method of checking test is water-cooled condenser calorimeter method. This experimental bench was set up automatic date acquisition system. By means of control system to set the open level of the throttle and the condenser cooling water valve, we can collect every parameter of different work condition. The primary mission of this design is to calculate the calorimeter, which is one important part of the experimental. First, through heat calculation, we can get refrigerating output, then according to heat transfer and design of heat exchanger, we can get the coefficient of heat transmission. So we get the area of coil pipe and make design of it. Also, according to the design pressure, I calculate the wall thickness of the calorimeter and make strength checking. Followed it, I select the model number throttle flap and appurtenance. KEY WORDS：calorimeter，experimental bench，the second refrigerant， 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 III refrigeration system 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 IV 目 錄 第 一 章 前 言 .1 第二章 制冷系統(tǒng)的熱力計算 .3 2.1 循環(huán)特征點的狀態(tài)參數(shù) .3 2.2 計算循環(huán)的各性能指標 .4 第三章 量熱器的結(jié) 構(gòu)設(shè)計與計算 .5 3.1 關(guān)于量熱器 .5 3.2 蒸發(fā)盤管的計算與結(jié)構(gòu)選取 .5 3.2.1 管外換熱系數(shù)的計算 .5 3.2.2 管內(nèi)換熱系數(shù)的計算 .6 3.2.3 總傳熱系數(shù)的計算 .6 3.2.4 傳熱面積的計算 .7 3.3 蒸發(fā)盤管的面積校核 .7 3.4 蒸發(fā)盤管結(jié)構(gòu)設(shè)計 .8 3.5 量熱器殼體及封頭設(shè)計計算 .9 3.6 支座的選擇 .12 3.7 保溫材料的選擇 .12 3.8 漏熱系數(shù)的計算 .13 第四章 節(jié)流機構(gòu)和輔助設(shè)備的選擇 .16 4.1 節(jié)流機構(gòu) .16 4.2 輔助設(shè)備 .17 4.2.1 油分離器 .17 4.2.2 氣液分離器 .18 4.2.3 干燥過濾器 .18 4.2.4 電磁閥 .18 4.2.5 水泵 .19 4.2.6 貯液器 .19 第五章 實驗臺操作規(guī)程 .20 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 V 5.1 啟動前的準備工作 .20 5.2 實驗臺啟動程序 .20 5.3 實驗臺運轉(zhuǎn)中檢測項目 .21 5.4 停機操作程序 .21 第六章 試驗中相關(guān)計算及規(guī)定 .22 6.1 目的 .22 6.2 試驗規(guī)定 .22 6.3 試驗方法 .24 6.3.1 第二制冷劑量熱器法 .24 6.3.2 水冷式冷凝器量熱器法 .25 6.4 輸入功率計算 .27 6.4.1 電動機輸入功率 .27 6.4.2 壓縮機輸入功率計算 .27 6.5 壓縮機單位功率制冷量 KE 值 .27 6.6 校核試驗和主要試驗之間的偏差 .28 第七章 結(jié)論 .29 參考文獻 .30 致 謝 .32 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 6 第 一 章 前 言 從二十世紀后半葉開始，隨著制冷行業(yè)的發(fā)展，有關(guān)制冷系統(tǒng)的試驗臺作為各制 冷系統(tǒng)部件的標準之一的檢驗與實現(xiàn)更是得到前所未有的高 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 1 制冷系統(tǒng)綜合試驗臺設(shè)計（量熱器及總體設(shè)計） 摘 要 該試驗臺的設(shè)計是為了研究在不同工況下各輸入?yún)?shù)的變化對壓縮機或制冷 系統(tǒng)綜合性能的影響大??；或在不同制冷劑工質(zhì)下，檢驗制冷系統(tǒng)的性能，并提 出針對性的改善措施，最終使系統(tǒng)的性能得到優(yōu)化。 該試驗臺采用“第二制冷劑電量熱器法” ，其原理是制冷系統(tǒng)產(chǎn)生的冷量與 電加熱器產(chǎn)生的熱量相交換，達到平衡時，通過測量電加熱量而得出制冷量的一 種間接實驗方法。校核實驗方法采用水冷冷凝器量熱法。該試驗臺設(shè)置有數(shù)據(jù)自 動采集系統(tǒng)，通過控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開起度和冷凝器冷卻水閥的開啟度，達 到在設(shè)定工況下采集記錄各工況參數(shù)的目的。 本次設(shè)計的主要任務(wù)是對試驗臺的一個主要部件量熱器進行設(shè)計計算， 并對該試驗臺進行總體布置。通過熱力計算，得出制冷量等性能指標。再根據(jù)傳 熱學和換熱器設(shè)計等有關(guān)文獻，計算出蒸發(fā)盤管的傳熱系數(shù)，從而得出所需蒸發(fā) 盤管面積，并對其進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。同時還根據(jù)量熱器設(shè)計壓力，計算出量熱器的 壁厚，并對其進行強度校核。接下來，進行了制冷系統(tǒng)節(jié)流機構(gòu)和附屬設(shè)備的選 型。 關(guān)鍵詞：量熱器，試驗臺，第二制冷劑，制冷系統(tǒng) 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 II DESIGN OF TEST BENCH FOR REFRIGERATION SYSTEM (DESIGN AND APLACATION OF CALORMETER AND WHOLE BENCH) ABSTRACT The comprehensive experimental bench of refrigeration system was set up to investigate the impact on performance of compressor or refrigeration system with the change of input parameter on different operating mode; or to check the performance of refrigeration system and introduce the improved method to optimize the performance of the system. The experimental bench was designed following to the second refrigerant electro- calorimeter. The principle is that measuring the quantity of the electricity to get the refrigerating output when the exchange of the refrigerating output produced by the refrigeration system equaled with the heat quantity produced by the electric heater. The method of checking test is water-cooled condenser calorimeter method. This experimental bench was set up automatic date acquisition system. By means of control system to set the open level of the throttle and the condenser cooling water valve, we can collect every parameter of different work condition. The primary mission of this design is to calculate the calorimeter, which is one important part of the experimental. First, through heat calculation, we can get refrigerating output, then according to heat transfer and design of heat exchanger, we can get the coefficient of heat transmission. So we get the area of coil pipe and make design of it. Also, according to the design pressure, I calculate the wall thickness of the calorimeter and make strength checking. Followed it, I select the model number throttle flap and appurtenance. KEY WORDS：calorimeter，experimental bench，the second refrigerant， 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 III refrigeration system 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 IV 目 錄 第 一 章 前 言 .1 第二章 制冷系統(tǒng)的熱力計算 .3 2.1 循環(huán)特征點的狀態(tài)參數(shù) .3 2.2 計算循環(huán)的各性能指標 .4 第三章 量熱器的結(jié) 構(gòu)設(shè)計與計算 .5 3.1 關(guān)于量熱器 .5 3.2 蒸發(fā)盤管的計算與結(jié)構(gòu)選取 .5 3.2.1 管外換熱系數(shù)的計算 .5 3.2.2 管內(nèi)換熱系數(shù)的計算 .6 3.2.3 總傳熱系數(shù)的計算 .6 3.2.4 傳熱面積的計算 .7 3.3 蒸發(fā)盤管的面積校核 .7 3.4 蒸發(fā)盤管結(jié)構(gòu)設(shè)計 .8 3.5 量熱器殼體及封頭設(shè)計計算 .9 3.6 支座的選擇 .12 3.7 保溫材料的選擇 .12 3.8 漏熱系數(shù)的計算 .13 第四章 節(jié)流機構(gòu)和輔助設(shè)備的選擇 .16 4.1 節(jié)流機構(gòu) .16 4.2 輔助設(shè)備 .17 4.2.1 油分離器 .17 4.2.2 氣液分離器 .18 4.2.3 干燥過濾器 .18 4.2.4 電磁閥 .18 4.2.5 水泵 .19 4.2.6 貯液器 .19 第五章 實驗臺操作規(guī)程 .20 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 V 5.1 啟動前的準備工作 .20 5.2 實驗臺啟動程序 .20 5.3 實驗臺運轉(zhuǎn)中檢測項目 .21 5.4 停機操作程序 .21 第六章 試驗中相關(guān)計算及規(guī)定 .22 6.1 目的 .22 6.2 試驗規(guī)定 .22 6.3 試驗方法 .24 6.3.1 第二制冷劑量熱器法 .24 6.3.2 水冷式冷凝器量熱器法 .25 6.4 輸入功率計算 .27 6.4.1 電動機輸入功率 .27 6.4.2 壓縮機輸入功率計算 .27 6.5 壓縮機單位功率制冷量 KE 值 .27 6.6 校核試驗和主要試驗之間的偏差 .28 第七章 結(jié)論 .29 參考文獻 .30 致 謝 .32 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 1 第 一 章 前 言 從二十世紀后半葉開始，隨著制冷行業(yè)的發(fā)展，有關(guān)制冷系統(tǒng)的試驗臺作為 各制冷系統(tǒng)部件的標準之一的檢驗與實現(xiàn)更是得到前所未有的高速發(fā)展，從手動 到半自動，再到高精度全自動測試階段，主要表現(xiàn)有模糊控制在制冷系統(tǒng)中的應(yīng) 用，計算機仿真技術(shù)在制冷系統(tǒng)研究與優(yōu)化設(shè)計中的運用以及建模方法與仿真研 究在復(fù)雜制冷系統(tǒng)中的運用。隨著電子計算機以及控制的發(fā)展，特別是模糊控制 在制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用，制冷系統(tǒng)試驗臺實現(xiàn)了全自動控制，即借助與人們對量熱 器試驗臺長期受的手動控制的經(jīng)驗，也就是手動控制吸氣溫度，吸排氣壓力來調(diào) 到規(guī)定工況下的參數(shù)值的經(jīng)驗，引入模糊控制理論，以語言形式定性描述這些參 數(shù)的被控過程，來實現(xiàn)試驗臺的全自動控制。 另外計算機仿真技術(shù)以及建模方法與仿真研究在復(fù)雜制冷系統(tǒng)試驗中的運用， 使得對系統(tǒng)和過程的仿真模擬方法結(jié)合或取代傳統(tǒng)實驗方法，大大提高產(chǎn)品開發(fā) 效率，縮短開發(fā)時間，節(jié)省大量人力、物力。同時采用動態(tài)分析法取代傳統(tǒng)的靜 態(tài)分析法，使建立的數(shù)學模型更加接近實際的系統(tǒng)或過程，提高了準確性。另外 計算機仿真技術(shù)能方便的變以往典型工況設(shè)計為全過程工況設(shè)計，提高了系統(tǒng)的 可靠性和運行效率。 該試驗臺的設(shè)計主要目的為了研究在不同工況下各輸入?yún)?shù)的變化（如蒸發(fā) 溫度、冷凝溫度、過冷溫度、吸排氣溫度等）對壓縮機或制冷系統(tǒng)綜合性能的影 響大小；同時也可以在不同制冷劑工質(zhì)、不同制冷劑流量、充注量等條件下，檢 驗、研究制冷系統(tǒng)的性能，并提出針對性的改善措施，進一步研究影響制冷系統(tǒng) 性能的各種因素，最終使系統(tǒng)的性能得到優(yōu)化。 該試驗臺采用“第二制冷劑電量熱器法”作為主測，其原理是利用量熱器內(nèi) 充注的與被測壓縮機制冷系統(tǒng)相隔離的第二制冷劑作為熱交換介質(zhì)，將制冷系統(tǒng) 產(chǎn)生的冷量與電加熱器產(chǎn)生的熱量相互交換，達到平衡時，通過測量加熱電量而 得出制冷量的一種間接試驗方法；同時采用液體質(zhì)量流量計法作為輔測，計算出 它在規(guī)定工況條件下轉(zhuǎn)換成氣態(tài)所必須吸收的熱量，即制冷量。換熱器設(shè)計所遵 循或參照的相應(yīng)規(guī)定和標準：制冷裝置用壓力容器 （JB/T6917-93 ） 、 單元式 空氣調(diào)節(jié)機組用冷凝器型式與基本參數(shù) （JB/T5444-91 ） 、 鋼制殼管式換熱器 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 2 （GB151） 、 制冷設(shè)備通用技術(shù)規(guī)范 （GB9237）等。 對于該制冷系統(tǒng)綜合性試驗臺，我們通過第二制冷劑量熱器法以及數(shù)據(jù)自動 采集系統(tǒng)，通過控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開啟度和冷凝器冷卻水閥的開啟度達到設(shè) 定工況，同時采集記錄各工況參數(shù)。如通過測得吸排氣壓力、過冷溫度、量熱器 出口溫度等參數(shù)，進而得出制冷量、輸入功率、EER 值。對比分析各工況的這些 量值，從而得出與壓縮機相匹配的最佳工況。 本次設(shè)計的主要任務(wù)是對試驗臺的一個主要部件量熱器進行設(shè)計計算， 并對該試驗臺進行總體布置。由于量熱器內(nèi)部充有第二制冷劑的氣液混合物，其 內(nèi)部壓力較高，屬于壓力容器。因此有關(guān)量熱器的設(shè)計與制造必須符合相關(guān)的 壓力容器設(shè)計規(guī)范 ，在設(shè)計計算過程中應(yīng)參考有關(guān)的工程壓力容器的設(shè)計 與計算等標準。在第一章中進行了制冷系統(tǒng)的熱力計算，得出了制冷循環(huán)的各 性能指標。在第二章中，根據(jù)傳熱學和換熱器設(shè)計等有關(guān)文獻，計算出蒸發(fā)盤管 的傳熱系數(shù)，并根據(jù)第一章計算所得制冷量等參數(shù)，從而計算出所需蒸發(fā)盤管面 積，并對其進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。同時還根據(jù)量熱器設(shè)計壓力，計算出量熱器的壁厚， 并對其進行強度校核。在接下來的第三章中，主要進行了制冷系統(tǒng)節(jié)流機構(gòu)和附 屬設(shè)備的選型。在第四、第五章中介紹了有關(guān)試驗臺的操作規(guī)程和相關(guān)標準。 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 3 第二章 制冷系統(tǒng)的熱力計算 在進行制冷系統(tǒng)設(shè)計過程中，首先要進行系統(tǒng)的熱力計算，熱力計算采用查 壓焓圖確定各循環(huán)點的狀態(tài)參數(shù)并計算各個過程的焓差，最后可得到系統(tǒng)的冷 熱負荷等重要參數(shù)。該設(shè)計用于測量 5HP 以下蒸汽壓縮式制冷機在不同工況下的 制冷量、消耗功率、能效比以及制冷系統(tǒng)各關(guān)鍵參數(shù)的綜合性試驗臺。該性能試 驗臺主要技術(shù)參數(shù)如下：1 系統(tǒng)工質(zhì)：R22；2 第二制冷劑：R12；3 容量范圍： 175015000W ；4 試驗工況范圍：蒸發(fā)溫度 -2515；5 試驗壓縮機功率： 5kW；6 試驗壓縮機電源：380V；7 整機功率：30kW。 2.1 循環(huán)特征點的狀態(tài)參數(shù) 該設(shè)計所涉及的的制冷循環(huán)為單機壓縮機單級壓縮循環(huán)，其試驗工況范圍： 蒸發(fā)溫度-25 15，按標準工況計算。標準工況制冷系統(tǒng)溫度參數(shù)如下： 蒸發(fā)溫度 冷凝溫度 150t 30kt 吸氣溫度 過冷溫度 a 25s 系統(tǒng)采用的制冷劑為 R22，制冷循環(huán)的壓焓圖如圖 2-1 所示。 根據(jù) R22 的壓焓圖和熱力性質(zhì)表，得循環(huán)特征點的狀態(tài)參數(shù)，如表 2-1 所示。 表 2-1 循環(huán)特征點的狀態(tài)參數(shù) 圖 2-1 制冷循環(huán)壓-焓圖 1 2 2s3 4 h p 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 4 參數(shù) 點號 P( )Mat（） h（kJ/kg ） )/kgm(3 1 2 3 0.295 0.295 1.19 1.19 -15 15 25 399.61 419.90 459.65 230.25 0.07774 0.08957 0.02599 0.83765 310 2.2 計算循環(huán)的各性能指標 根據(jù)表 2-1 循環(huán)特征點的狀態(tài)參數(shù)計算循環(huán)的各性能指標，計算結(jié)果列于表 2-2 中。 表 2-2 循環(huán)的各性能參數(shù)計算 參數(shù) 公式 計算結(jié)果 單位質(zhì)量制冷量 0q=0q41hkJ/g65.189 理論比功 w2wW73 實際比功 i ii/ /.4 2s 點的焓值 sh2 ishh)(1212kJg596 單位冷凝熱量 kq3qsk/3.2 單位制冷劑流量 mimwW/s074 制冷量 0Q00Q k.1 冷凝負荷 KkKqW 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 5 第三章 量熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算 3.1 關(guān)于量熱器 量熱器為該試驗臺中主要部件之一，內(nèi)部包括被試驗制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器、第 二制冷劑、量熱器底部的電加熱器三部分。在試驗臺工作過程中，制冷劑在蒸發(fā) 盤管內(nèi)蒸發(fā)，對外輸出冷量以冷卻盤管外介質(zhì)，即第二制冷劑。第二制冷劑充當 熱量由電加熱器到蒸發(fā)器傳遞的媒介。首先第二制冷劑被裝在量熱器底部的電加 熱器加熱蒸發(fā)成為氣體，上升到在蒸發(fā)盤管處被蒸發(fā)器冷凝成為液體。調(diào)整電加 熱器的輸入功率，將會找到一個動態(tài)平衡點，此時冷凝下來的第二制冷劑液體量 與第二制冷劑液體在電加熱器處的蒸發(fā)量相同，即第二制冷劑液體的液面保持不 變。由能量守恒知，此時電加熱器的輸入電功率與制冷循環(huán)的制冷量相同。 由以上分析可知，有了量熱器，通過調(diào)整電加熱器的輸入電功率，可以很方 便的測量出制冷循環(huán)的制冷量。故量熱器是制冷系統(tǒng)綜合性能試驗得到順利進行 保證。 3.2 蒸發(fā)盤管的計算與結(jié)構(gòu)選取 3.2.1 管外換熱系數(shù)的計算 初選量熱器的蒸發(fā)盤管為外徑 12mm，壁厚 1.0mm 的紫銅管，彎曲成螺旋0d 狀。選取制冷系統(tǒng)的第二制冷劑為 R12。 1、管外換熱為第二制冷劑在管外冷凝換熱，因此，應(yīng)該從冷凝換熱來考管 外換熱系數(shù)。計算公式為 1 （31） 410230)(75.wltdg 2、確定 R12 的狀態(tài)參數(shù) 蒸發(fā)溫度為-15，管內(nèi)外溫差取 3，則第二制冷劑溫度為-12，管外壁 溫度近似取為-14，定性溫度為第二制冷劑溫度和管外壁溫度的算術(shù)平均值， 即為-13。 對應(yīng)于該定性溫度時 R12 飽和液體的物性參數(shù)： 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 6 密度 ，導熱系數(shù) ，汽化潛熱3kg/m807.145 K)w/(m0875. ，粘度 。J/76.8 s)kg/(17. 將以上數(shù)值代入式（3-1）計算得管外換熱系數(shù) )/(9.220 3.2.2 管內(nèi)換熱系數(shù)的計算 管內(nèi)換熱過程是通過制冷劑在管內(nèi)的相變來實現(xiàn)的。因此，應(yīng)通過管內(nèi)沸騰 換熱的計算公式來計算管內(nèi)換熱系數(shù)，如式（3-2）所示 1。 （32）FGdpgcGCLSLLPSpli 3.026.045.53 式中： 管子材質(zhì)系數(shù)，對銅管取 ；s 01.SC F管子表面狀態(tài)系數(shù)，對普通管表面 F=1.7； 液體的質(zhì)量流速， 。LS )skg/(m72.L 對定性溫度為-15的 R22，查得在定性溫度下的制冷劑的相關(guān)參數(shù)如下： 飽和液體的比熱容 ，液體粘度 ，沸騰絕對壓K)J/(kg16plc sPa0284.l 力 ，液體表面張力 ，液體導熱系數(shù)Pa295.0Mp N/1. ，飽和液體密度 。將上面數(shù)值代入式（3-K)W/(m1l kg4732l 2）并計算得管內(nèi)沸騰換熱系數(shù) 。)W/(m1.56i 3.2.3 總傳熱系數(shù)的計算 管的總傳熱系數(shù)由管內(nèi)沸騰換熱系數(shù)、管外冷凝換熱系數(shù)和管體導熱系數(shù)三 部分組成，其計算公式為 3 （33）0011 mii dRk 式中： d。紫銅管外徑， ；120d 紫銅管內(nèi)徑， ；i i 管內(nèi)熱阻， =0.0001 ；iRiRK)W/( 紫銅的導熱系數(shù)， 。m392 代入式（3-3）計算得總傳熱系數(shù) k=809.5 。)/( 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 7 3.2.4 傳熱面積的計算 由以上的計算結(jié)果知當壓縮機功率為 5HP 時制冷循環(huán)的制冷量為 ，則當壓縮機的功率為 5HP 時所需傳熱面積為kw034.1Q (34)tKQF0 計算中的傳熱溫差取為 6，將制冷量 、傳熱系數(shù) K 和傳熱溫差 的數(shù)t 值代人式(3 -4)得傳熱面積 F=2.89 2m 圓整為 3 ，則所需管長 L 為2m （35）0d 將參數(shù)值代入式（3-5）計算得管長 L=79.6m。 3.3 蒸發(fā)盤管的面積校核 該試驗臺所能滿足的試驗工況的蒸 發(fā)溫度-2515，為滿足在整個試驗工 況范圍下所需的傳熱面積，須對其進行 校核，校核時，選取極限蒸發(fā)溫度-25 進行校核，即校核工況： 、250t 、 、45kt15at4s 查 R22 熱力性質(zhì)表和壓焓圖，得循 環(huán)特征點的狀態(tài)參數(shù)如表 3-1 所示。 表 3-1 各循環(huán)特征點的狀態(tài)參數(shù) 參數(shù) P( )aMP（） （kJ/kg） )/kgm(3 圖 3-1 制冷循環(huán)壓-焓圖 1 2 2s3 4 h p 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 8 點號 1 2 3 0.20111 0.20111 1.729 1.729 -25 -15 40 395.329 413.0 462.0 230.25 0.130 計算循環(huán)的各性能指標如表 3-2 表 3-2 循環(huán)的各性能指標 參數(shù) 公式 計算結(jié)果 單位質(zhì)量制冷量 0q=0q41hkJ/g163 理論比功 w2W49 實際比功 i i /25. 2s 點的焓值 sh2 ishh/)(1212kJg37 單位冷凝熱量 kq3qsk/.4 單位制冷劑流量 mimwW/s06 制冷量 0Q00Q k3.1 冷凝負荷 KkKqW7 蒸發(fā)盤管各相關(guān)參數(shù)如下 表 3-3 蒸發(fā)盤管各相關(guān)參數(shù) 管外傳熱系數(shù) k)W/(m2管內(nèi)傳熱系數(shù) k)/(2總傳熱系數(shù) k)W/(m2傳熱面積 2管長 m 605 1573.5 838.3 2 53.1 由上面計算結(jié)果可知，在該工況下，所需蒸發(fā)盤管面積小于標準工況下所需 面積，所以按標準工況下計算所得面積設(shè)計既能滿足要求。 3.4 蒸發(fā)盤管結(jié)構(gòu)設(shè)計 考慮到 5HP 及以下壓縮機兼容問題，采用兩組大小不等的蒸發(fā)盤管，使用功 率為 5HP 的大壓縮機工作時，兩組盤管同時使用，使用功率為 1HP 或 1HP 以下 的壓縮機工作時，只采用其中的一組盤管即可。 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 9 大盤管直徑取 300mm，小盤管直徑取 200mm，兩層盤管間的間隔取為 4mm。設(shè)該大小盤管均饒制 n 圈，則有 （36）21DnL 將 L、 、 的數(shù)值代入式（3-6）得 n=50.6，取 n=51 圈，則所需的盤管1D2 的高度為 （37）012.4.)1(H 將 n 值代入得 H=0.812m=812mm。 3.5 量熱器殼體及封頭設(shè)計計算 量熱器內(nèi)充注第二制冷劑 R12，在冷凝壓力為 1.19MPa 作用下，可能發(fā)生制 冷劑泄露，屬于類壓力容器，設(shè)計時要對其進行強度計算與校核。壓力容器的 失效準則有強度失效準則和剛度失效準則兩種，壓力容器的破壞方式有延性斷裂， 脆性斷裂和疲勞斷裂三種。 1、計算依據(jù)：參考文獻7 2、材料選擇：根據(jù)國標 GB6654-86，選取強度較大，耐低溫的材料 16MnR，并進行熱軋?zhí)幚?。常溫強度指標?， ，許用MPa510bPa345s 應(yīng)力 170MPa。 3、桶體結(jié)構(gòu)尺寸如圖所示 圖 3-2 量熱器殼體尺寸圖 4、設(shè)計參數(shù) 設(shè)計壓力：一般為最大工作壓力的 1.051.5 倍，在該設(shè)計中取設(shè)計壓力 P=2.5MPa。 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 10 設(shè)計溫度：對于不加熱或者冷卻的殼體壁，取介質(zhì)的最高溫度或最低溫度為 設(shè)計溫度，即 T=Ti（介質(zhì)溫度） ，最高溫度 T=T2=400。 5、殼體壁厚計算及液壓試驗、應(yīng)力校核。 （1）桶體壁厚計算及液壓試驗、應(yīng)力校核。 當滿足 0.4 時，壁厚計算可采用下面公式 7P (38)PDi2 式中： 焊縫系數(shù)，桶體縱焊縫系數(shù)采用雙面焊，100%無損探傷，故 ； 0.1 桶體內(nèi)徑， ；iDm40i P設(shè)計壓力，P=2.5MPa； 鋼板許用應(yīng)力， 由表 1-7-12 查得 。MPa170 0.4 5.2Pa680.174. 將上面各參數(shù)值代入式（3-8）計算得 。94. 由于 R22，R12 屬輕微腐蝕，量熱器桶體耐腐蝕等級 45 級，腐蝕速率不大 于 0.1mm 每年，一般使用壽命 810 年。根據(jù) JISB-8243-81，腐蝕速率 0.050.13mm/每年時 5，取鋼板腐蝕裕度 ，結(jié)合試驗條件，本設(shè)計取m12C ，鋼板負偏差可取 mm（下文中的參數(shù) ， 取值相同） 。故m0.12C.011C2 桶體設(shè)計厚度 ，其中 。7489.2Cd m8. 先取名義厚度 ，則有效厚度n 6.8ne 應(yīng)力計算公式為 （39）eiDP2 代入?yún)?shù)計算得 ，所以滿足強度要求。Ma9.81 液壓試驗時，圓筒的薄膜應(yīng)力按公式 （310）eiTP2)( 其中 MPa134.09.5.125.1靜PT 將有關(guān)參數(shù)代入式（3-10）計算得 。7.2T 由文獻7，查得 MPa、 0.96 =310.5MPa，所以滿足液壓試驗34s s 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 11 時強度要求。 （2）封頭壁厚計算及液壓試驗時應(yīng)力校核 采用標準橢圓形封頭，其幾何尺寸如圖 3-3 所示。 封頭壁厚計算公式 （311）PKDti5.02 式中：K 標準橢圓形封頭，K=1； 焊縫系數(shù)，對整體封頭 。1 將參數(shù)值代入式（3-11）計算得 m0.3 根據(jù) GB15089 有關(guān)規(guī)定，封頭各厚度如下： 設(shè)計厚度 ；81.40.3Cd 其中 。m8.121C 名義厚度 ；n 有效厚度 。2.6e 封頭許用應(yīng)力計算采用如下公式 （312）eiKDP5.0 將參數(shù)值代入式（3-12） ，計算得 。MPa23 液壓實驗時壓力 ，所以滿足實驗時強14.25.1T 靜 度要求。 h1=100 h2=25 DN=400 n=8 圖 3-3 標準橢圓形封頭幾何尺寸 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 12 3.6 支座的選擇 對立式量熱器，可以選用 A 型腿式支座，腿式支座的具體尺寸可按標準 JB/T47131992 選用，其結(jié)構(gòu)和尺寸如下圖所示。 3.7 保溫材料的選擇 電量熱器法是間接測定制冷量的一種裝置，電量熱器為密封的受壓絕熱容器， 它利用安置于量熱器內(nèi)的電加熱器放出的熱量消耗蒸發(fā)盤管所產(chǎn)生的制冷量。因 此要求量熱器與外界有良好的隔熱措施，這樣實驗結(jié)果才能準確，因此需要選擇 隔熱性能良好的保溫材料。參考各種保溫材料的性能，選擇密度小，導熱系數(shù)低 的聚氨酯，其導熱系數(shù)為 范圍為 0.020.03 ，設(shè)計中選取保溫材料厚WmK 度，100mm, 應(yīng)用時采取發(fā)泡處理。 650 6 260 100 200 圖 3-4 支座結(jié)構(gòu)尺寸圖 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 13 根據(jù)以上量熱器各部件的設(shè)計計算，畫出量熱器總體結(jié)構(gòu)圖，如圖 3-5 所示。 3.8 漏熱系數(shù)的計算 一、計算量熱器外換熱系數(shù) 量熱器外為大空間自然對流換熱，取外界環(huán)境溫度為 30，量熱器平均壁溫 為 18，則平均溫度 。241wmtt 大自然空間對流試驗關(guān)聯(lián)式為 （313）nCPrGNu 查 30時空氣的物性參數(shù) ； ；Pr=0.701 ，將各參數(shù)值代入（3-14）得K)W/(0267./s1062 Gr=1.147 。1 （314）2 3Grtlg 9 2 3 4 5 6 78 1 10 圖 3-5 量熱器總體結(jié)構(gòu)圖 1封頭 2蒸發(fā)盤管 3筒體 4制冷劑充注口 5電加熱器 6排液口 7支座 8視液鏡（兩個）9測壓孔 10隔熱層 1 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 14 表 3-4 式（3-13）中的常數(shù) C 和 n3 系數(shù) C 及指數(shù) n加熱表面形狀與 位置 流態(tài) C n Gr 數(shù)實用范圍 豎平板 及豎圓柱 層流 過渡流 湍流 0.59 0.0292 0.11 1/4 0.39 1/3 104310 9 3109210 10 210 10 橫圓柱 層流 過渡流 湍流 0.48 0.0445 0.10 1/4 0.37 1/3 1045.7610 8 5.761084.6510 9 4.6510 9 由表 3-4 知為過渡流，C=0.0292，n=0.39 。 代入式（3-13）得 Nu=213.03 所以量熱器外換熱系數(shù) （315）lhNu0 將數(shù)值代入（3-15）得 K)W/(m917.220 二、計算量熱器內(nèi)換熱系數(shù) 量熱器內(nèi)為管內(nèi)冷凝換熱，應(yīng)從冷凝換熱來考求管內(nèi)換熱系數(shù)，管內(nèi)冷凝換 熱計算公式如下： （316）4 123)(9.0tlghLi 式中：L 管長， ；m5.1L 膜溫下凝液的導熱系數(shù)， ；L K)W/(m875. 膜溫下凝液密度， ； 3kg014L 黏度， ；Ls)/(02.L 飽和蒸汽溫度與壁內(nèi)溫度 差值， ；twt1t 冷凝潛熱， ；kJ/g716.59 代入式（3-16） ，計算得 。)(m43h 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 15 管的總傳熱系數(shù)計算公式為 2 （3-17）0231201lnl1hdLdhKLii 將各參數(shù)值代入（3-17）得總傳熱系數(shù)，即漏熱系數(shù) K)W/(m04.2 hi t r O ho 圖 3-6 通過雙層圓管的傳熱 Li r3 r2 r1 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 16 第四章 節(jié)流機構(gòu)和輔助設(shè)備的選擇 4.1 節(jié)流機構(gòu) 節(jié)流機構(gòu)是制冷裝置中的重要部件，是制冷系統(tǒng)的四大部件之一。它的作用 有兩個，一是對高壓制冷劑液體進行節(jié)流降壓，保證冷凝器與蒸發(fā)器之間的壓力 差，以使蒸發(fā)器中的制冷劑液體在低壓下蒸發(fā)吸熱，達到制冷目的；二是調(diào)節(jié)進 入蒸發(fā)器的制冷劑流量，以適應(yīng)蒸發(fā)器負荷的變化，使制冷裝置更加有效地運行。 節(jié)流機構(gòu)的形式有很多種，常用的節(jié)流機構(gòu)有手動膨脹閥、浮球膨脹閥、熱 力膨脹閥及毛細管等。根據(jù)壓縮機測試系統(tǒng)的特點，選熱力膨脹閥為節(jié)流機構(gòu)。 熱力膨脹閥可根據(jù)蒸發(fā)器出口處制冷劑蒸汽過熱度的大小，自動調(diào)節(jié)閥門的 開啟度，達到調(diào)節(jié)制冷劑流量的目的，使制冷劑流量與蒸發(fā)器負荷相匹配，有效 防止壓縮機產(chǎn)生“液擊”現(xiàn)象。根據(jù)系統(tǒng)的特點，熱力膨脹閥的選配主要是根據(jù) 制冷量、制冷劑種類、膨脹閥節(jié)流前后壓力差、蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑的流動阻力等因 素來確定膨脹閥的形式和閥的孔徑。選配時應(yīng)使閥的容量與蒸發(fā)器的產(chǎn)冷量相匹 配。 外平衡式熱力膨脹閥選擇步驟如下 3： 1、確定熱力膨脹閥兩端壓力關(guān)系 （1）由 查 R22 熱力性質(zhì)表得 ；Ctk30 Pa109.5k （2）根據(jù)制冷量 =14.034kW，供液管內(nèi)徑 =10mm，供液管長度Qid =79.6m，查閱參考文獻3 表 7-28 得 =0.12 Pa；l 1p5 （3）假定安裝在液管上的彎頭，閥門，干燥過濾器等總的阻力損失 Pa；5210.p （4）液管進口與出口高度差引起的阻力損失 ；Pa102.Pa8.9310253 gHp （5）分液器及分液管的阻力損失各取 0.5 10 Pa，即 Pa；554p （6）有 =-15,查 R22 熱力性質(zhì)表得 Pa。0t 0.p 膨脹閥兩端壓力差計算公式 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 17 （41）kk ppp4321 將以上各參數(shù)代入式（4-1）得 Pa504.7 2、選擇膨脹閥形式、型號及冷量規(guī)格 由 、 、 、 的具體數(shù)值查參考文獻3表 7-13，可選用國產(chǎn) RF22W-kt0p0Q 4.5 型熱力膨脹閥。 4.2 輔助設(shè)備 在整個制冷系統(tǒng)中，除了必不可少的壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器等四 大設(shè)備外，還包括一些輔助設(shè)備：如潤滑油的分離與收集設(shè)備、制冷工質(zhì)的儲存 及分離設(shè)備、制冷工質(zhì)的凈化及安全設(shè)備等。這些輔助設(shè)備的用途是保證制冷劑 的運轉(zhuǎn)，提高運行的經(jīng)濟性和安全性。 4.2.1 油分離器 為了防止壓縮機排出的潤滑油大量進入制冷系統(tǒng)，一般在壓縮機與冷凝器之 間設(shè)置油分離器。在氟利昂制冷系統(tǒng)中，由于潤滑油在氟利昂中溶解度大，因此 潤滑油易隨著壓縮機排出的制冷劑氣體而進入冷凝器和蒸發(fā)器，并在其表面形成 油污，影響其傳熱效果。因此需要設(shè)置油分離器。油分離器應(yīng)具有自動返回潤滑 油的能力。 油分離器的選型計算公式為 15 （42）hVD018. 式中：D油分離器直徑：m； 氟壓縮機的理論輸氣量，hV ；/hm924.630259.074. 3vq 壓縮機的輸氣系數(shù)，取 =0.8； 所推薦的氣氣流速度，m/s，取 =0.3m/s。 將各參數(shù)值代入（4-2）得 D=0.081m，因此選用通體直徑為 100mm 的油分 離器，型號為 SRW-5203。 4.2.2 氣液分離器 為防止壓縮機發(fā)生“液擊”現(xiàn)象，在壓縮機入口處都裝有氣液分離器。選擇 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 18 氣液分離器的桶體橫截面上的氣流速度不超過 0.5m/s。氣液分離器是根據(jù)計算出 來的織錦選擇其型號的。 氣液分離器的選擇計算公式 15 D0= （43）364V 式中：D 0氣液分離器筒體直徑，m； 氟壓縮機的理論吸氣量， ，m ；Vvq3 壓縮機的輸氣系數(shù)，取 =0.8； 所推薦的氣氣流速度，m/s，取 =0.5m/s15； 將各參數(shù)值代入（4-3）得 D0=0.130m，根據(jù)計算所得的筒體直徑和接管直徑 28 1.5mm 選擇使用。 4.2.3 干燥過濾器 干燥過濾器只用于氟利昂制冷系統(tǒng)中，裝在節(jié)流機構(gòu)前的液體管路上，它是 用來過濾氟利昂液體中的污物（油污、鐵屑等）和水分，以避免固體雜物堵塞電 磁閥、熱力膨脹閥的閥件，同時可以減少對鋼制設(shè)備和管道的腐蝕，防止在低溫 時可能產(chǎn)生的“冰堵”現(xiàn)象。根據(jù)接管直徑 16mm 選用 EK-165。 4.2.4 電磁閥 電磁閥是一種開關(guān)式自動閥門，一般安裝在貯液器（或冷凝器）與膨脹閥之 間。當壓縮機啟動運行，電磁閥隨即開啟；壓縮機停止工作時，電磁閥馬上關(guān)閉， 以免大量制冷劑液體在停機時進入蒸發(fā)器，防止壓縮機再次啟動時發(fā)生液擊沖缸 現(xiàn)象。 電磁閥的選用應(yīng)根據(jù)制冷裝置所需用的制冷量大小來選。另外電磁閥的工作 電壓與電源電壓相符。在安裝時必須安裝在水平管道上，并注意介質(zhì)流動的方向 與閥門所指箭頭方向是否一致（切勿裝反） ，閥門前必須安裝過濾器，以防止因 閥門節(jié)流孔的堵塞而造成閥門工作失靈。 根據(jù)參考文獻4中圖 6-58，表 6-10 選擇型號 FDF10 電磁閥。 4.2.5 水泵 在制冷裝置中，冷凝器、壓縮機水套、再冷卻器的冷卻水供應(yīng)，都是用離心 水泵來輸送的。 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 19 水泵的選用是由水的流量和輸送的揚程來決定的。揚程如果用 H 來表示， H= （ m） （44）21 式中：H 自水泵起的揚水高度，m；1 H 水泵以下的吸程，m。2 據(jù) ， 查樣本，選用 KTB150-125-315A 型水泵，該型號水泵流量為vq ，揚程為 ，轉(zhuǎn)速為 1480 。 /h30O26nin/r 4.2.6 貯液器 冷凝器把制冷劑氣體冷凝為液體，應(yīng)立即將液體排出，否則制冷劑液體將在 冷凝器內(nèi)占據(jù)一定的容積，相應(yīng)的減少了冷凝器的傳熱面積，而使冷凝壓力上升， 降低了制冷量。 貯液器按用途和所承受的工作壓力的不同，可分為高壓貯液器、低壓循環(huán)貯 液器和排液桶。按其外形可分為立式和臥式貯液器。 根據(jù)系統(tǒng)特點選用高壓貯液器。高壓貯液器除起貯存液體制冷劑作用外，還 起穩(wěn)定制冷循環(huán)量的作用。 高壓貯液器的容量在設(shè)計選擇時應(yīng)滿足下列條件： 1、其容量可以容納系統(tǒng)中的全部沖液量； 2、貯液器貯存的制冷劑最大量按每小時制冷劑循環(huán)量的 1/31/2 計算； 3、貯液器的貯液量不應(yīng)超過貯液器本身容量的 80%。 貯液器的容量可按下式計算： （45）3/1(V108.)2vMR 式中： 壓縮機 1h 制冷劑循環(huán)量的總和，kg，RM ；kg4.6074.6mq 冷凝溫度下液體的比體積，L/kg， L/kg；v 83765.0v 0.8貯液器的最大允許充滿度。 將參數(shù)代入（45）計算得 V=92.9139.4L ，考慮到冷凝器可存儲部分制冷 劑液體，選取 V=100L 的貯液器。 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 20 第五章 實驗臺操作規(guī)程 5.1 啟動前的準備工作 1、檢查制冷壓縮機，油面線應(yīng)在視液鏡中間位置或偏上。檢查油質(zhì)是否清 潔。 2、檢查儲液器的制冷液位是否正常，一般液位不超過 80%。 3、啟動前應(yīng)把壓縮機吸氣閥和儲液器出液閥關(guān)閉。打開系統(tǒng)中其他閥門使 之處于正常工作狀態(tài)，目的是啟動壓縮機時能夠控制制冷劑的流量，以防止“液 擊”的產(chǎn)生。 4、檢查水泵運轉(zhuǎn)部位有無障礙物。 5、檢查壓力表閥是否處于開啟位置。 6、接通電源并檢查電源電壓。 7、檢查制冷系統(tǒng)管路和水系統(tǒng)管路是否有泄露現(xiàn)象。 8、開啟冷凝器的冷卻水泵，是冷卻水系統(tǒng)提前工作。 5.2 實驗臺啟動程序 1、準備工作完畢后點動壓縮機，觀察壓縮機，注意防止“液擊”的產(chǎn)生。 再反復(fù)點動 23 次，確認正常后，則正式啟動壓縮機。 2、正式啟動后，緩慢打開壓縮機吸氣閥，如出現(xiàn)“液擊”應(yīng)立即關(guān)小甚至 關(guān)吸氣閥。待“液擊”清除后，再緩慢開啟氣閥。 3、開啟出液閥，向系統(tǒng)供液。 4、在開啟過程中應(yīng)注意觀察：機器運轉(zhuǎn)，震動情況；系統(tǒng)高低壓及油壓是 否正常，檢查電磁閥，膨脹閥的工作是否正常等。待這些檢查項目都正常后，啟 動工作結(jié)束。 5、制冷裝置啟動正常后，根據(jù)蒸發(fā)器的負荷逐步緩慢地開啟膨脹閥的開啟 度。 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 21 5.3 實驗臺運轉(zhuǎn)中檢測項目 1、電動機的工作電流不高于額定電流。工作電壓應(yīng)在額定電壓 10%范圍內(nèi)。 2、檢查電磁閥是否打開，可用手摸電磁閥線圈外殼，若感到發(fā)熱和輕微震 動，則表明電磁閥已被打開。 3、檢查油溫，在任何情況下氟利昂制冷機不超過 70 。油溫最低溫度不 低于 10。油溫過高或過低，都將影響潤滑效果。 4、檢查油分離器。用手摸自動回油管，若感到有周期性的發(fā)熱，則說明油 分離器的自動回油正常。否則表示浮球閥或管道發(fā)生故障。 5、檢查壓縮機的排氣壓力。正常情況下，排氣壓力與冷凝壓力，貯液器的 壓力相近。 6、檢查壓縮機的排氣溫度。不超過 145。 7、干燥過濾器前后不應(yīng)有明顯的溫差。更不能出現(xiàn)結(jié)霜結(jié)露。否則就是干 燥過濾器內(nèi)部出現(xiàn)了“臟堵“故障。 8、在制冷裝置中，膨脹閥應(yīng)呈 45o 結(jié)霜。若閥體結(jié)露水或進口嚴重結(jié)霜，則 屬于不正?，F(xiàn)象。 9、檢查壓縮機及制冷系統(tǒng)各連接處有無油漬。壓縮機任何部位都不應(yīng)出現(xiàn) 滲油現(xiàn)象。 10、檢查量熱器的液面是否在液位計高度的 50%左右。量熱器壓力不應(yīng)超過 0.4MPa，超過時應(yīng)采取降壓或排液措施。 11、水循環(huán)系統(tǒng)的水泵運轉(zhuǎn)正常，無異常聲響。水管及各連接處無嚴重漏水 現(xiàn)象。 5.4 停機操作程序 試驗完畢，調(diào)整溫控器至高溫檔以關(guān)閉節(jié)流閥、吸氣閥、切斷電加熱電源， 開大水量調(diào)節(jié)閥，至吸氣壓力趨向于 0.29MPa，關(guān)閉排氣閥，切斷電源，壓縮機 停止運轉(zhuǎn)，最后關(guān)閉水量調(diào)節(jié)閥。 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 22 第六章 試驗中相關(guān)計算及規(guī)定 GB5773-86 容積式制冷壓縮機性能試驗方法，本標準適用于名義功率不小于 0.75kW 的容積式制冷壓縮機的綜合性能試驗。 名義功率小于 0.75kW 的壓縮機和家用冰箱可參照本標準執(zhí)行。 本標準等效采用國際標準 ISO917-1974制冷壓縮機的試驗 。 6.1 試驗?zāi)康?由本試驗可以確定： 1、壓縮機的制冷量：由試驗直接測得的流經(jīng)壓縮機的制冷劑流量乘以壓縮 機吸氣口的制冷劑氣體比焓與排氣口壓力對應(yīng)的膨脹閥前制冷劑液體比焓的差之 值。 2、輸入功率：開啟式壓縮機為輸入壓縮機的軸功率，封閉式（半風式和全 封式）壓縮機為電動機輸入功率。 3、單位功率制冷量（Ke 值）：制冷量與輸入功率的比值。 6.2 試驗規(guī)定 1、一般規(guī)定 （1）排出試驗系統(tǒng)內(nèi)的不佞凝性氣體。確認沒有制冷劑的泄漏。 （2）系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)有足夠的符合有關(guān)標準規(guī)定的制冷劑。壓縮機內(nèi)保持正常運 轉(zhuǎn)用潤滑油量。 （3）循環(huán)的制冷劑液體內(nèi)含油量應(yīng)不超過 2%（以質(zhì)量計） ，測量方法見附 錄 A（補充件） 。 （4）壓縮機吸、排氣口的壓力與溫度在同一部位測量，該測電影在吸、排 氣截止閥外（不帶閥的封閉式壓縮機微距機殼體）0.3m 的直管段處。 （5）排氣管道上應(yīng)設(shè)置有效的油分離器。 （6）試驗系統(tǒng)裝置的周圍不應(yīng)有異常的空氣流動。 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 23 （7）試驗裝置環(huán)境溫度為 30 5。 （8）提供測量含油量而提取制冷劑有混合物樣品的設(shè)備。 2、 試驗規(guī)定 （1）制冷總和性能試驗包括主要試驗和校核試驗，二者應(yīng)同時進行測量。 （2）校核試驗和主要試驗的試驗結(jié)果之間見偏差在 4%以內(nèi)，并以主要試 驗的測量結(jié)果為計算依據(jù)。 （3）試驗時系統(tǒng)應(yīng)建立熱平衡狀態(tài)，試驗時間一般不少于 1.5 小時，測量數(shù) 據(jù)的記錄應(yīng)在試驗工況穩(wěn)定半小時后，每隔 20 分鐘測量一次，直至連續(xù)四次的 測量數(shù)據(jù)符合表 5-1 和 2.2.2 中的規(guī)定為止。第一次測量到第四次測量記錄的時間 稱為試驗周期，在該周期內(nèi)允許對壓力、溫度、流量和液面作微小的調(diào)節(jié)。 （4）主要試驗方法為第二制冷劑量熱器法。 （5）校核試驗方法為水冷冷凝器量熱器法。 3、試驗參數(shù)規(guī)定 試驗時允許試驗參數(shù)偏差的范圍按下表的規(guī)定。 表 6-1 試驗時允許試驗參數(shù)偏差的范圍 試驗參數(shù) 每一個測量值與規(guī)定值間的 最大允許偏差 測量值的任一個讀數(shù)相對于 平均值的最大允許偏差 1.0%0.5% 1.0% 0.5% 3.0% 1.0% 3.0% 1.0% 3.0%1.0%吸氣壓力排氣壓力吸氣溫度 軸轉(zhuǎn)速 電壓 頻率 1.0% 0.5% 6.3 試驗方法 介紹 6.3.1 第二制冷劑量熱器法 1、構(gòu)造：第二制冷劑量熱器有一組直接蒸發(fā)盤管作蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器置在 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 24 一個隔熱壓力容器的上部，電加熱器安裝在容器底部并被容器中的第二制冷劑 （R12 ）浸沒。 制冷劑流量由靠近量熱器安裝的膨脹閥調(diào)節(jié)。為了減少外界熱量的影響，膨 脹閥與量熱器之間的管道應(yīng)隔熱。 量熱器的漏熱量應(yīng)不超過壓縮及制冷量的 5%。 應(yīng)以 0.05kgf/cm 分度的壓力流量儀表測量第二制冷劑壓力。并應(yīng)使第二制2 冷劑壓力不超過量熱器的安全限度。 2、漏熱量的標定：關(guān)閉量熱器制冷機進、出口截至閥后進行漏熱量的標定。 調(diào)節(jié)輸入第二制冷劑的電加熱量，使第二制冷劑壓力所對應(yīng)的飽和溫度比環(huán)境溫 度高 15左右，并保持其壓力不變。環(huán)境溫度應(yīng)在 40以下，保持其溫度波動 不超過 。1 電加熱器的輸入功率的波動應(yīng)不超過 %，每隔 1 小時測量一次第二制冷劑 壓力，直至連續(xù)四次相應(yīng)的飽和溫度值的波動不超過 0.5時，漏熱系數(shù)用下式 計算： （61）aptQK01 注：公式中符號見附錄 B（補充件） ，下同 3、試驗程序 （1）壓縮機制冷機吸氣壓力通過膨脹閥調(diào)節(jié)，吸氣溫度有輸入給第二制冷 劑的電加熱量調(diào)節(jié)。 （2）壓縮機制冷劑排除壓力通過改變冷凝器冷卻水量、換熱面或冷卻水溫 度進行調(diào)節(jié)，也可由排氣管道中壓力控制閥調(diào)節(jié)。 壓縮機 圖 6-1 第二制冷劑量熱法原理圖 Condensor f1g1g2 f2 Calorimeter Compressor 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 25 （3）在試驗周期內(nèi)，輸入電加熱量的波動引起壓縮機制冷量的變化應(yīng)不超 過 1%。 （4）附加數(shù)據(jù) a、量熱器出口制冷劑氣體壓力、溫度； b、膨脹閥前的制冷劑液體壓力、溫度； c、量熱器環(huán)境溫度； d、第二制冷劑壓力； e、輸入量熱器的電加熱量。 （5）制冷量計算 由試驗測得的制冷劑流量為： （62）21)(fRsatihKQm 規(guī)定工況制冷量： （63）110)(gfgiV 6.3.2 水冷式冷凝器量熱器法 1、構(gòu)造：水冷式冷凝器是組成被試驗壓縮機實驗系統(tǒng)設(shè)備之一，按照 2.4 的 規(guī)定，應(yīng)設(shè)置測量溫度、壓力、和冷卻水流量的儀表而作為量熱器。 作為量熱器的冷凝器的漏熱量應(yīng)不超過壓縮機制冷量的 5%。 2、漏熱量的標定：用截至閥將冷凝器與實驗系統(tǒng)隔絕或用統(tǒng)一型式和尺寸 的冷凝器進行。 （1）冷凝器中充入一定量的制冷劑液體，在冷卻水回路中輸入加熱水并維 持制冷劑溫度比環(huán)境溫度高 15以上，且接近于試驗時的制冷劑飽和溫度。環(huán)境 溫度應(yīng)在 40以上并保持溫度波動不超過 ，建立熱平衡后，每小時測量一1 次。直至連續(xù)四次制冷劑溫度波動不超過 。 （2）漏熱系數(shù)用下式計算： （64）aptQK01 3、試驗程序 （1）冷凝器壓力通過改變冷卻水量或溫度進行調(diào)節(jié)。 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 26 （2）附加數(shù)據(jù)： a、 冷凝器進口制冷劑氣體壓力、溫度； b、 冷凝器出口制冷劑氣體壓力、溫度； c、 冷卻水進口、出口溫度； d、 冷卻水流量； e、 冷凝器環(huán)境溫度。 4、制冷量計算 由試驗測得的制冷劑流量為： （65）312fgsrcf htKmtC 規(guī)定工況制冷量： （66）110)(gfgfVQ 6.4 輸入功率計算 6.4.1 電動機輸入功率 1、電動機輸入功率測量：電動機輸入功率應(yīng)在電動機入線端測量，測量方 法按 2.4.6.3 的規(guī)定，測量儀表精度按 2.4.5.2 和 2.4.5.3 的規(guī)定。 2、電動機輸入功率計算 N=P，W。 圖 6-2 水冷冷凝器量熱器法原理圖 Compressor Condenser Vaporator 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 27 6.4.2 壓縮機輸入功率計算 1、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀：直接測定壓縮機軸的輸入扭矩和轉(zhuǎn)速。 2、天平測功計：軸功率有下式計算 W （67）974ln1GNz 3、標準電動機：根據(jù)測得的輸入電流、電壓、輸入功率以及電動機實測效 率曲線選擇電動機。 6.5 壓縮機單位功率制冷量 Ke 值計算 （68）cNQKe 而 （69）10n 或 （610）fQc （611）1nNzc 或 （612）fc 6.6 校核試驗和主要試驗之間的偏差計算 （613）1010(%) 220mQ 式中： 用第二制冷劑量熱器法算出制冷系統(tǒng)的制冷量，kW；01Q 用水冷冷凝器法算出制冷系統(tǒng)的制冷量，kW；2 用第二制冷劑量熱器法算出制冷系統(tǒng)中制冷劑流量，kg/s；1m 用水冷冷凝器法算出制冷系統(tǒng)的制冷劑流量，kg/s。2 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 28 第七章 結(jié) 論 這次設(shè)計為制冷綜合性能試驗臺量熱器、蒸發(fā)盤管、各種附件以及總體布置 設(shè)計。由于該實驗平臺主要目的為測試壓縮機性能，故其設(shè)計遵照國際標準 ISO917-1974制冷壓縮機的試驗和國家標準 GB5773-87“容積式制冷壓縮機性 能試驗方法” 。試驗臺可測試全封閉活塞式、蝸旋式制冷壓縮機，兼容功率為 5HP 以下壓縮機。其中主要試驗方法采用第二制冷劑量熱器法，校核試驗方法采 用水冷冷凝器法。 在進行制冷劑的熱力參數(shù)計算（以標準工況為基準） ，確定系統(tǒng)各設(shè)備負荷。 我查閱了有關(guān)傳熱方面的資料，這主要包括傳熱學 、 小型制冷裝置設(shè)計指導 和制冷原理與設(shè)備 ，分析了標準工況下的傳熱系數(shù)和計算情景，選擇了相應(yīng) 的計算公式進行計算，計算出了管內(nèi)、管外的換熱系數(shù)之后，經(jīng)查得紫銅管的導 熱系數(shù)，接下來由傳熱學中查得總傳熱系數(shù)計算公式算出了總傳熱系數(shù)。然 后是傳熱溫差的選取和傳熱面積的計算過程，選擇了相應(yīng)的傳熱溫差。 由以上所計算出的在標況下各設(shè)備的熱負荷以及上面所計算出的總傳熱系數(shù) 和所選擇的傳熱溫差，可以計算出所需的傳熱面積。根傳熱面積，可計算出所需 的傳熱管總長。選擇了合適的蒸發(fā)盤管的加工制作圖，至此，蒸發(fā)盤管的設(shè)計計 算就完成了。在進行量熱器的設(shè)計計算和結(jié)構(gòu)選取的過程。由于量熱器屬于壓力 容器，必須查閱有關(guān)的壓力容器設(shè)計規(guī)范和相應(yīng)的國家標準，經(jīng)所查得文獻 提供的公式計算出了量熱器的壁厚、螺栓的選取的參數(shù)，確定了量熱器的結(jié)構(gòu)， 并繪制出了量熱器的結(jié)構(gòu)圖和零件圖，在進行試驗臺組裝圖過程中，繪制出了試 驗平臺組裝圖。 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 29 參考文獻 1 錢頌文. 換熱器設(shè)計手冊. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2002, 145-200 2 楊世銘, 陶文銓. 傳熱學（第三版）. 北京: 高等教育出版社, 2001, 4. 3 吳業(yè)正.小型制冷裝置設(shè)計指導. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2006,2. 110- 185 4 繆道平, 吳業(yè)正. 制冷壓縮機. 北京: 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車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計 31 致 謝 轉(zhuǎn)眼間，三個月的畢業(yè)設(shè)計時間已經(jīng)過去了，在這短暫的畢業(yè)設(shè)計期間，薛 玉卿老師給予了我寶貴的指導。薛老師自始至終都嚴格要求我們，并給予我們耐 心的指導，他多次幫助我查閱資料，指導我設(shè)計的思路，在設(shè)計后期，他一字一 字的幫我審閱論文，提出了許多修改意見，使我的論文得到了極大完善。并且還 教會了我許多關(guān)于畫圖和 word 排版的知識，使我受益匪淺。他嚴謹?shù)闹螌W作風、 高尚的學術(shù)品質(zhì)、熱情的待人態(tài)度更是我終生受益。在完成論文之際，我衷心地 向薛玉卿老師道一聲謝謝！ 另外，在設(shè)計期間，張保恒等其他老師也給予我大力支持，我的好友王艷紅 等同學給了我很大的幫助，在此，一并向他們表示衷心的謝意。 在即將離校之際，我將懷著一顆對母校感恩的心去走向新的生活，我愿在未 來的學習和工作中，以更加豐厚的成果來答謝曾經(jīng)關(guān)心、幫助和支持過我的所有 領(lǐng)導、老師、同學和朋友。 外文資料譯文 1 制冷技術(shù)發(fā)展的歷史 在史前時代，人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在食物缺少的季節(jié)里，如果把獵物保存在冰冷的 地窖里或埋在雪里，就能保存更長的時間。在中國，早在
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