壳管式冷凝器课程设计
第一部分：
一：设计任务：用制冷量为KW 6.273的水冷螺杆式冷水机组，制冷
剂选用a R 134，蒸发器形式采用冷却液体载冷剂的卧式蒸发器，冷凝器采用卧式壳管式。
二：工况确定 1：冷凝温度k t 确定：
冷却水进口温度c t w ?=321，出口温度c t w ?=372，冷凝温度k t ：由
c t t t m k ?=++=++=
405.52
37
32221θ。 2：蒸发温度0t 确定:
冷冻水进口温度c t s ?=121，出口温度c t s ?=72，蒸发温度0t ：由
c t t t m s s ?=-+=-+=
25.72
7
122210θ。 3：吸气温度c ?7，采用热力膨胀阀时，蒸发器出口温度气体过热度为c ?-53。过冷度为c ?5，单级压缩机系统中，一般取过冷度为c ?5。 三：热力计算：
1： 热力计算：制冷循环热力状态参数经过查制冷剂的参数可知，作表格如下：
2热力计算性能
（1）单位质量制冷量o q
1542494035
1
=-=-=h
h q Kg KJ
（2）单位理论功o w
65.2440365.4271'
20=-=-=h h w s Kg KJ
（3）制冷循环质量流量m q
s Kg q
Q q
m
517.1154
6
.2330
==
=
（4）实际输气量vs q
s m v q q
m
vs
/1.0066.0517.131=?=?=
（5）输气系数λ：取压缩机的输气系数为0.75 （6）压缩机理论输气量vh q
s m q
q
vs
vh
3133.075
.01
.0==
=
λ
（7）压缩机理论功率o p
Kw w
q p m
4.376
5.24517.10
=?=?=
(8)压缩机指示功率i p
Kw i
i
p p 4485.04.370
===η
（9）制冷系数及热力完善度 理论制冷系数：25.665
.24154000===
w q ε 实际制冷系数：78.444
9.06.2330=?===
i m m i s p Q ηηεε 卡诺循环制冷系数：24.715
.27515.31315
.27500=-=-=
T T T K c ε
故热力完善度为：66.024
.778.4===c s εεη （10）冷凝器热负荷 由=-+
=i
s h h h h η1
212kg kJ /432，
则kg kJ h h q Q m k /268)255432(517.1)(32=-=-=
（11）压缩机的输入电功率 由kw w q p mot
m o
m 3.4886
.09.065
.24517.1=??=
=
ηη，取86.0,9.0==mot m ηη
（12）能效比 p Q EER 0=
836.43
.486.233== 循环的热力计算如下：
3.压缩机的选型
在制冷系统中，压缩机起到非常大的作用。它是整个系统运行的心脏，带动整个系统的正常运行。压缩机的作用主要是：从蒸发器中吸出蒸汽，以保证蒸发器内一定的蒸发压力；提高压力（压缩），以创造在较高温度下冷凝的条件；输送制冷剂，使制冷剂完成制冷循环。制冷系统所需要的制冷量Q0=233.6KW,需要选配制冷压缩机。
压缩机的种类很多，可分两大类—容积式和速度型。容积式压缩机是靠工作腔容积改变实现吸气、压缩、排气等过程。这类压缩机又分往复式和回转式压缩机。往复式又称活塞式。速度型压缩机是靠旋转的叶轮对蒸汽做功，使压力升高以完成蒸汽的输送，这类压缩机又分离心式和轴流式。
活塞式压缩机是问世最早的一种机型，至今已发展到几乎完善的程度，由于其压力范围大，能够适合较广的能量范围，有高速，多缸能量可调，热效率高，适用多种制冷制等优点。并且我国对此机的加工制造已有数十年的经验，加工较容易，造价也较低，国内应用极为普遍，有成熟的运行管理，维护经验。
本设计初步选择螺杆式冷媒压缩机。螺杆压缩机一般都是指双螺杆压缩机，它由一对阳、阴螺杆构成，是回转压缩机中应用最广泛的一种，在化工、制冷及空气动力工程中，它所占的比重越来越大。螺杆式热泵机组无论是COP值还是维护费用、振动频率、噪音等性能均优于活塞式热泵机组。该产品有以下特点：
1.四段容调或连续卸载控制设计，随负荷变化调整压缩机的输出，节省能源消耗。
2.转子经专用研磨加工及动力平衡校正，配合进口德国FAG及瑞典SKF高精密轴承，运行平顺，振动小，噪音低。
3.采用法国进口高效率耐氟电机，效率高、可靠性好。
4.采用最新的第三代非对称齿形，公称子五齿，母转子六齿，齿间压力落差及回吹孔小，容积效率高，节省能源。采用全新高效油分离器，分油效果达99.7％，有利于提高机组蒸发器效率，并适用于满液式蒸发器设计。
5.半密闭设计不需要轴承，无轴封泄漏问题、可靠性佳，且马达与机体为分离式设计，易于维护与保养。
6.除一般的冷水机组和空调储冰系统以外，依使用工况不同另设计高压缩比机种，效率高。可靠性佳，适用于风冷机组、热泵机。 根据已知条件进行计算选型：
吸气状态的比体积：kg m v /106.6321?= 压缩机的实际输气量：s m v q q m vs /1.01=?=
压缩机的理论输气量：h m s m q q vs vh /8.478133.033===λ
制冷压缩机的理论功率0p 、指示功率i p ：
kw w q p o m 4.370=?=
i
o
i p p η=
=
kW 4485
.04
.37= 选用比泽尔CSH8573-110Y-40P 型号螺杆式 压缩机机组，制冷量为243kw 。
第二部分：壳管式冷凝器设计
2.2 结构的初步规划
2.2.1：结构型式
系统制冷量为233.6kw ，制冷量相对较大，本次设计选用壳管式器较为合适。
2.2.2 污垢系数的选择
参看文献，可取氟利昂侧 0r = 0.086 ?2m ℃/kW ，冷冻水侧 1r = 0.086
?2m ℃/kW 。
2.2.3 冷冻水的流速：
初步设计机组每天运行10小时，则每年运行小时数约为3000～4000。参看文献数据，取冷冻水流速 u = 2m/s 。 2.2.4 管型选择：
参考文献[1,70-71]中所述及文献[1]表3-4。本次设计选取表3-4中的4号管：
?16mm ×1.5mm ，因其增强系数相比较大，有利换热。其有关结构参数如下：
管内径i d =11mm ，翅顶直径t d =15.86mm ，翅厚t δ=0.223mm ，翅根管面外径b d =12.86mm ，翅节距f s =1.25mm ，翅高h ＝1.5mm 。 单位管长的各换热面积计算如下：
每米管长翅顶面积：d a =t t f d s πδ=0.015860.0002230.00125π??= 0.0089 m m /2
每米管长翅侧面积：f a =
22()2t b f
d d s π-=
22(0.015860.01286)
20.00125
π-?= 0.1083m m /2
每米管长翅间管面面积：
b a =
d ()b f t f
s s s π-=
0.01286(0.001250.000223)
0.00125
π??- = 0.0332 m m /2
每米管长管外总面积：of a =d a +f a +b a = 0.1504m m /2 每米管长管内面面积：i a = πi d =π?0.014= 0.0345m m /2 2.2.5 冷却水流量：
取冷却水进出口温度的平均温度为定性温度，m t =2
37
32+ ℃=34.5 ℃。 由传热学附录9中查得其有关物性参数如下：
ρ水= 994.33/m kg c 水= 4.174)/(K kg kJ ?
冷却水流量为：
v q =
）（水水21w w k
t t c Q -ρ=()
01292.03237174.43.994268＝-?? s m /3 （2.8）
2.2.6 估算传热管总长
参看文献[1，75]，按管外面积计算热流密度0q ，在设计条件下，热流密度0q 可在5000～70002/m W 范围内取值。本设计假定 0q = 50002/m W 。
则应布置的传热面积：of A = 0k Q q = 236.535000
10268m ＝?
应布置的有效总管长： L =
of of
A a =
m 4.3561504
.06
.53= 2.2.7 确定每流程管数Z ，有效单管长l 及流程数N
冷却水的流速u = 1.5m/s ，冷却水流量v q = 01292.0s m /3，则每流程管数 Z =
2
4v
i q d u π=5
.1011.014.301292.042???= 90.68（根），圆整后取Z =91根。 则实际水流速s m Z d q u i v /495.191
011.014.301292
.0442=???==
π 对流程数N 、总根数NZ 、有效单管长l 、壳体内径i D 及长径比i D l /进行组合计算，组合计算结果如表3.2所示
表3.2 组合计算结果
参看文献[1，76]，在组合计算中，当传热管总根数较多时，壳体内径i D 可按下式估算： (1.15 1.25i D =～）式中 s ——相邻管中心距，0(1.25 1.30s d =～），单位为 m ； 0d ——管外径，单位为 m 。
系数1.15 1.25～的取法：当壳体内管子基本布满不留空间时取下限，当壳体