0040-制冷系統(tǒng)綜合試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)（量換熱器及總體設(shè)計(jì)）,制冷系統(tǒng),綜合,試驗(yàn)臺(tái),設(shè)計(jì),換熱器,總體,整體 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 1 制冷系統(tǒng)綜合試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)（量熱器及總體設(shè)計(jì)） 摘 要 該試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)是為了研究在不同工況下各輸入?yún)?shù)的變化對(duì)壓縮機(jī)或制冷 系統(tǒng)綜合性能的影響大?。换蛟诓煌评鋭┕べ|(zhì)下，檢驗(yàn)制冷系統(tǒng)的性能，并提 出針對(duì)性的改善措施，最終使系統(tǒng)的性能得到優(yōu)化。 該試驗(yàn)臺(tái)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(dá)到平衡時(shí)，通過(guò)測(cè)量電加熱量而得出制冷量的一 種間接實(shí)驗(yàn)方法。校核實(shí)驗(yàn)方法采用水冷冷凝器量熱法。該試驗(yàn)臺(tái)設(shè)置有數(shù)據(jù)自 動(dòng)采集系統(tǒng)，通過(guò)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(dá) 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(jì)的主要任務(wù)是對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的一個(gè)主要部件——量熱器進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算， 并對(duì)該試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行總體布置。通過(guò)熱力計(jì)算，得出制冷量等性能指標(biāo)。再根據(jù)傳 熱學(xué)和換熱器設(shè)計(jì)等有關(guān)文獻(xiàn)，計(jì)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(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。同時(shí)還根據(jù)量熱器設(shè)計(jì)壓力，計(jì)算出量熱器的 壁厚，并對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核。接下來(lái)，進(jìn)行了制冷系統(tǒng)節(jié)流機(jī)構(gòu)和附屬設(shè)備的選 型。 關(guān)鍵詞：量熱器，試驗(yàn)臺(tái)，第二制冷劑，制冷系統(tǒng) 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)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(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 III refrigeration system 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 IV 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 V 目 錄 第 一 章 前 言 1 第二章 制冷系統(tǒng)的熱力計(jì)算 .3 §2.1 循環(huán)特征點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù) .3 §2.2 計(jì)算循環(huán)的各性能指標(biāo) .4 第三章 量熱器的結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 .5 §3.1 關(guān)于量熱器 .5 §3.2 蒸發(fā)盤管的計(jì)算與結(jié)構(gòu)選取 .5 §3.2.1 管外換熱系數(shù)的計(jì)算 .5 §3.2.2 管內(nèi)換熱系數(shù)的計(jì)算 .6 §3.2.3 總傳熱系數(shù)的計(jì)算 .6 §3.2.4 傳熱面積的計(jì)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(jì) .8 §3.5 量熱器殼體及封頭設(shè)計(jì)計(jì)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(jì)算 .13 第四章 節(jié)流機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備的選擇 .16 §4.1 節(jié)流機(jī)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(guò)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(shí)驗(yàn)臺(tái)操作規(guī)程 .20 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 VI §5.1 啟動(dòng)前的準(zhǔn)備工作 .20 §5.2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)啟動(dòng)程序 .20 §5.3 實(shí)驗(yàn)臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)中檢測(cè)項(xiàng)目 .21 §5.4 停機(jī)操作程序 .21 第六章 試驗(yàn)中相關(guān)計(jì)算及規(guī)定 .22 §6.1 目的 .22 §6.2 試驗(yàn)規(guī)定 .22 §6.3 試驗(yàn)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(jì)算 .27 §6.4.1 電動(dòng)機(jī)輸入功率 .27 §6.4.2 壓縮機(jī)輸入功率計(jì)算 .27 §6.5 壓縮機(jī)單位功率制冷量 KE 值 .27 §6.6 校核試驗(yàn)和主要試驗(yàn)之間的偏差 .28 第七章 結(jié)論 .29 參考文獻(xiàn) .30 致 謝 .32 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 1 第 一 章 前 言 從二十世紀(jì)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(yàn)臺(tái)作為 各制冷系統(tǒng)部件的標(biāo)準(zhǔn)之一的檢驗(yàn)與實(shí)現(xiàn)更是得到前所未有的高速發(fā)展，從手動(dòng) 到半自動(dòng)，再到高精度全自動(dòng)測(cè)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(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在制冷系統(tǒng)研究與優(yōu)化設(shè)計(jì)中的運(yùn)用以及建模方法與仿真研 究在復(fù)雜制冷系統(tǒng)中的運(yùn)用。隨著電子計(jì)算機(jī)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(yàn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)控制，即借助與人們對(duì)量熱 器試驗(yàn)臺(tái)長(zhǎng)期受的手動(dòng)控制的經(jīng)驗(yàn)，也就是手動(dòng)控制吸氣溫度，吸排氣壓力來(lái)調(diào) 到規(guī)定工況下的參數(shù)值的經(jīng)驗(yàn)，引入模糊控制理論，以語(yǔ)言形式定性描述這些參 數(shù)的被控過(guò)程，來(lái)實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)臺(tái)的全自動(dòng)控制。 另外計(jì)算機(jī)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(yàn)中的運(yùn)用， 使得對(duì)系統(tǒng)和過(guò)程的仿真模擬方法結(jié)合或取代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法，大大提高產(chǎn)品開發(fā) 效率，縮短開發(fā)時(shí)間，節(jié)省大量人力、物力。同時(shí)采用動(dòng)態(tài)分析法取代傳統(tǒng)的靜 態(tài)分析法，使建立的數(shù)學(xué)模型更加接近實(shí)際的系統(tǒng)或過(guò)程，提高了準(zhǔn)確性。另外 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)能方便的變以往典型工況設(shè)計(jì)為全過(guò)程工況設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的 可靠性和運(yùn)行效率。 該試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)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(guò)冷溫度、吸排氣溫度等）對(duì)壓縮機(jī)或制冷系統(tǒng)綜合性能的影 響大??；同時(shí)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(yàn)、研究制冷系統(tǒng)的性能，并提出針對(duì)性的改善措施，進(jìn)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(yàn)臺(tái)采用“第二制冷劑電量熱器法”作為主測(cè)，其原理是利用量熱器內(nèi) 充注的與被測(cè)壓縮機(jī)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(dá)到平衡時(shí)，通過(guò)測(cè)量加熱電量而 得出制冷量的一種間接試驗(yàn)方法；同時(shí)采用液體質(zhì)量流量計(jì)法作為輔測(cè)，計(jì)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(jì)所遵 循或參照的相應(yīng)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)：《制冷裝置用壓力容器》 （JB/T6917-93 ） 、 《單元式 空氣調(diào)節(jié)機(jī)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(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 2 （GB151） 、 《制冷設(shè)備通用技術(shù)規(guī)范》 （GB9237）等。 對(duì)于該制冷系統(tǒng)綜合性試驗(yàn)臺(tái)，我們通過(guò)第二制冷劑量熱器法以及數(shù)據(jù)自動(dòng) 采集系統(tǒng)，通過(guò)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(dá)到設(shè) 定工況，同時(shí)采集記錄各工況參數(shù)。如通過(guò)測(cè)得吸排氣壓力、過(guò)冷溫度、量熱器 出口溫度等參數(shù)，進(jìn)而得出制冷量、輸入功率、EER 值。對(duì)比分析各工況的這些 量值，從而得出與壓縮機(jī)相匹配的最佳工況。 本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的一個(gè)主要部件——量熱器進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算， 并對(duì)該試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)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(jì)與制造必須符合相關(guān)的 《壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)范》 ，在設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程中應(yīng)參考有關(guān)的《工程壓力容器的設(shè)計(jì) 與計(jì)算》等標(biāo)準(zhǔn)。在第一章中進(jìn)行了制冷系統(tǒng)的熱力計(jì)算，得出了制冷循環(huán)的各 性能指標(biāo)。在第二章中，根據(jù)傳熱學(xué)和換熱器設(shè)計(jì)等有關(guān)文獻(xiàn)，計(jì)算出蒸發(fā)盤管 的傳熱系數(shù)，并根據(jù)第一章計(jì)算所得制冷量等參數(shù)，從而計(jì)算出所需蒸發(fā)盤管面 積，并對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。同時(shí)還根據(jù)量熱器設(shè)計(jì)壓力，計(jì)算出量熱器的壁厚， 并對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核。在接下來(lái)的第三章中，主要進(jìn)行了制冷系統(tǒng)節(jié)流機(jī)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(yàn)臺(tái)的操作規(guī)程和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 3 第二章 制冷系統(tǒng)的熱力計(jì)算 在進(jìn)行制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先要進(jìn)行系統(tǒng)的熱力計(jì)算，熱力計(jì)算采用查 壓－焓圖確定各循環(huán)點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)并計(jì)算各個(gè)過(guò)程的焓差，最后可得到系統(tǒng)的冷 熱負(fù)荷等重要參數(shù)。該設(shè)計(jì)用于測(cè)量 5HP 以下蒸汽壓縮式制冷機(jī)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(yàn)臺(tái)。該性能試 驗(yàn)臺(tái)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(yàn)工況范圍：蒸發(fā)溫度 -25～15℃；5 試驗(yàn)壓縮機(jī)功率： ≤5kW；6 試驗(yàn)壓縮機(jī)電源：380V；7 整機(jī)功率：≤30kW。 §2.1 循環(huán)特征點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù) 該設(shè)計(jì)所涉及的的制冷循環(huán)為單機(jī)壓縮機(jī)單級(jí)壓縮循環(huán)，其試驗(yàn)工況范圍： 蒸發(fā)溫度-25 ～ 15℃，按標(biāo)準(zhǔn)工況計(jì)算。標(biāo)準(zhǔn)工況制冷系統(tǒng)溫度參數(shù)如下： 蒸發(fā)溫度 ℃ 冷凝溫度 ℃150??t 30?kt 吸氣溫度 ℃ 過(guò)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(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)，如表 2-1 所示。 表 2-1 循環(huán)特征點(diǎn)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(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 4 參數(shù) 點(diǎn)號(hào) 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(jì)算循環(huán)的各性能指標(biāo) 根據(jù)表 2-1 循環(huán)特征點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)計(jì)算循環(huán)的各性能指標(biāo)，計(jì)算結(jié)果列于表 2-2 中。 表 2-2 循環(huán)的各性能參數(shù)計(jì)算 參數(shù) 公式 計(jì)算結(jié)果 單位質(zhì)量制冷量 0q=0q4'1h?kJ/g65.189 理論比功 w'2w?W73 實(shí)際比功 i ii?/ /.4 2s 點(diǎn)的焓值 sh2 ishh)'(12'12?kJg596 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(fù)荷 KkKqW 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 5 第三章 量熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 §3.1 關(guān)于量熱器 量熱器為該試驗(yàn)臺(tái)中主要部件之一，內(nèi)部包括被試驗(yàn)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(yàn)臺(tái)工作過(guò)程中，制冷劑在蒸發(fā) 盤管內(nèi)蒸發(fā)，對(duì)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(dāng) 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(huì)找到一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡點(diǎn)，此時(shí)冷凝下來(lái)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(shí)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(guò)調(diào)整電加熱器的輸入電功率，可以很方 便的測(cè)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(yàn)得到順利進(jìn)行 保證。 §3.2 蒸發(fā)盤管的計(jì)算與結(jié)構(gòu)選取 §3.2.1 管外換熱系數(shù)的計(jì)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(lái)考管 外換熱系數(shù)。計(jì)算公式為 [1] （3—1） 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(duì)應(yīng)于該定性溫度時(shí) R12 飽和液體的物性參數(shù)： 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 6 密度 ，導(dǎo)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(jì)算得管外換熱系數(shù) )/(9.220?? §3.2.2 管內(nèi)換熱系數(shù)的計(jì)算 管內(nèi)換熱過(guò)程是通過(guò)制冷劑在管內(nèi)的相變來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此，應(yīng)通過(guò)管內(nèi)沸騰 換熱的計(jì)算公式來(lái)計(jì)算管內(nèi)換熱系數(shù)，如式（3-2）所示 [1]。 （3—2）FGdpgcGCLSLLPSpli ????????????????????? ?? 3.026.045.53 ?????? 式中： ——管子材質(zhì)系數(shù)，對(duì)銅管取 ；s 01.?SC F——管子表面狀態(tài)系數(shù)，對(duì)普通管表面 F=1.7； ——液體的質(zhì)量流速， 。LS )skg/(m72.?L 對(duì)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(duì)壓K)J/(kg16??plc sPa0284.??l? 力 ，液體表面張力 ，液體導(dǎo)熱系數(shù)Pa295.0?Mp N/1.? ，飽和液體密度 。將上面數(shù)值代入式（3-K)W/(m1?l? kg4732l? 2）并計(jì)算得管內(nèi)沸騰換熱系數(shù) 。)W/(m1.56??i? §3.2.3 總傳熱系數(shù)的計(jì)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(dǎo)熱系數(shù)三 部分組成，其計(jì)算公式為 [3] （3—3）0011???????????? ?mii dRk 式中： d。——紫銅管外徑， ；120?d ——紫銅管內(nèi)徑， ；i i ——管內(nèi)熱阻， =0.0001 ；iRiRK)W/(? —— 紫銅的導(dǎo)熱系數(shù)， 。?m392? 代入式（3-3）計(jì)算得總傳熱系數(shù) k=809.5 。)/(? 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 7 §3.2.4 傳熱面積的計(jì)算 由以上的計(jì)算結(jié)果知當(dāng)壓縮機(jī)功率為 5HP 時(shí)制冷循環(huán)的制冷量為 ，則當(dāng)壓縮機(jī)的功率為 5HP 時(shí)所需傳熱面積為kw034.1?Q (3—4)tKQF???0 計(jì)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(zhǎng) L 為2m （3—5）0d??? 將參數(shù)值代入式（3-5）計(jì)算得管長(zhǎng) L=79.6m。 §3.3 蒸發(fā)盤管的面積校核 該試驗(yàn)臺(tái)所能滿足的試驗(yàn)工況的蒸 發(fā)溫度-25~15℃，為滿足在整個(gè)試驗(yàn)工 況范圍下所需的傳熱面積，須對(duì)其進(jìn)行 校核，校核時(shí)，選取極限蒸發(fā)溫度-25℃ 進(jìn)行校核，即校核工況： 、℃250??t 、 、℃45?kt℃15?at℃4s 查 R22 熱力性質(zhì)表和壓焓圖，得循 環(huán)特征點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)如表 3-1 所示。 表 3-1 各循環(huán)特征點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù) 參數(shù) P( )aMPｔ（℃） ｈ（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(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 8 點(diǎn)號(hào) 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(jì)算循環(huán)的各性能指標(biāo)如表 3-2 表 3-2 循環(huán)的各性能指標(biāo) 參數(shù) 公式 計(jì)算結(jié)果 單位質(zhì)量制冷量 0q=0q4'1h?kJ/g163 理論比功 w'2?W49 實(shí)際比功 i 'i /25. 2s 點(diǎn)的焓值 sh2 ishh?/)'(12'12?kJg37 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(fù)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(zhǎng) m 605 1573.5 838.3 2 53.1 由上面計(jì)算結(jié)果可知，在該工況下，所需蒸發(fā)盤管面積小于標(biāo)準(zhǔn)工況下所需 面積，所以按標(biāo)準(zhǔn)工況下計(jì)算所得面積設(shè)計(jì)既能滿足要求。 §3.4 蒸發(fā)盤管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 考慮到 5HP 及以下壓縮機(jī)兼容問(wèn)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(jī)工作時(shí)，兩組盤管同時(shí)使用，使用功率為 1HP 或 1HP 以下 的壓縮機(jī)工作時(shí)，只采用其中的一組盤管即可。 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)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 （3—6）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 （3—7）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(jì)計(jì)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Ⅱ類壓力容器，設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算與校核。壓力容器的 失效準(zhǔn)則有強(qiáng)度失效準(zhǔn)則和剛度失效準(zhǔn)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(jì)算依據(jù)：參考文獻(xiàn)[7] 2、材料選擇：根據(jù)國(guó)標(biāo) GB6654-86，選取強(qiáng)度較大，耐低溫的材料 16MnR，并進(jìn)行熱軋?zhí)幚?。常溫?qiáng)度指標(biāo)： ， ，許用MPa510?b?Pa345?s? 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(jì)參數(shù) 設(shè)計(jì)壓力：一般為最大工作壓力的 1.05～1.5 倍，在該設(shè)計(jì)中取設(shè)計(jì)壓力 P=2.5MPa。 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 10 設(shè)計(jì)溫度：對(duì)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(jì)溫度，即 T=Ti（介質(zhì)溫度） ，最高溫度 T=T2=400℃。 5、殼體壁厚計(jì)算及液壓試驗(yàn)、應(yīng)力校核。 （1）桶體壁厚計(jì)算及液壓試驗(yàn)、應(yīng)力校核。 當(dāng)滿足 0.4 時(shí)，壁厚計(jì)算可采用下面公式 [7]??P???? (3—8)??PDi??????2 式中： ——焊縫系數(shù)，桶體縱焊縫系數(shù)采用雙面焊，100%無(wú)損探傷，故 ；? 0.1?? ——桶體內(nèi)徑， ；iDm40?i P——設(shè)計(jì)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(jì)算得 。94.? 由于 R22，R12 屬輕微腐蝕，量熱器桶體耐腐蝕等級(jí) 4～5 級(jí)，腐蝕速率不大 于 0.1mm 每年，一般使用壽命 8～10 年。根據(jù) JISB-8243-81，腐蝕速率 0.05～0.13mm/每年時(shí) [5]，取鋼板腐蝕裕度 ，結(jié)合試驗(yàn)條件，本設(shè)計(jì)取m12?C ，鋼板負(fù)偏差可取 mm（下文中的參數(shù) ， 取值相同） 。故m0.12?C.01?1C2 桶體設(shè)計(jì)厚度 ，其中 。7489.2??Cd? m8.?? 先取名義厚度 ，則有效厚度n 6.8?ne? 應(yīng)力計(jì)算公式為 （3—9）??eiDP???2? 代入?yún)?shù)計(jì)算得 ，所以滿足強(qiáng)度要求。Ma9.81?????? 液壓試驗(yàn)時(shí)，圓筒的薄膜應(yīng)力按公式 （3—10）??eiTP2)(?? 其中 ??MPa134.09.5.125.1???靜PT?? 將有關(guān)參數(shù)代入式（3-10）計(jì)算得 。7.2?T? 由文獻(xiàn)[7]，查得 MPa、 0.96 =310.5MPa，所以滿足液壓試驗(yàn)34?s s 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 11 時(shí)強(qiáng)度要求。 （2）封頭壁厚計(jì)算及液壓試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核 采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，其幾何尺寸如圖 3-3 所示。 封頭壁厚計(jì)算公式 （3—11）??PKDti5.02????? 式中：K ——標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，K=1； φ——焊縫系數(shù)，對(duì)整體封頭 。1 將參數(shù)值代入式（3-11）計(jì)算得 m0.3?? 根據(jù) GB150—89 有關(guān)規(guī)定，封頭各厚度如下： 設(shè)計(jì)厚度 ；81.40.3??Cd? 其中 。m8.121??C 名義厚度 ；n 有效厚度 。2.6?e? 封頭許用應(yīng)力計(jì)算采用如下公式 （3—12）??eiKDP????5.0?? 將參數(shù)值代入式（3-12） ，計(jì)算得 。MPa23 液壓實(shí)驗(yàn)時(shí)壓力 ，所以滿足實(shí)驗(yàn)時(shí)強(qiáng)??][14.25.1'T ?靜?? 度要求。 h1=100 h2=25 DN=400 δ n=8 圖 3-3 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭幾何尺寸 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 12 §3.6 支座的選擇 對(duì)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(biāo)準(zhǔn) JB/T4713—1992 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(cè)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(shí)驗(yàn)結(jié)果才能準(zhǔn)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(dǎo)熱系數(shù)低 的聚氨酯，其導(dǎo)熱系數(shù)為 范圍為 0.02~0.03 ，設(shè)計(jì)中選取保溫材料厚???WmK? 度，100mm, 應(yīng)用時(shí)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(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 13 根據(jù)以上量熱器各部件的設(shè)計(jì)計(jì)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(jì)算 一、計(jì)算量熱器外換熱系數(shù) 量熱器外為大空間自然對(duì)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 ℃。??241???wmtt 大自然空間對(duì)流試驗(yàn)關(guān)聯(lián)式為 （3—13）??nCPrGNu 查 30℃時(shí)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? （3—14）2 3Gr??tlg? 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(gè)）9—測(cè)壓孔 10—隔熱層 1— 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 14 表 3-4 式（3-13）中的常數(shù) C 和 n[3] 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(shí)用范圍 豎平板 及豎圓柱 層流 過(guò)渡流 湍流 0.59 0.0292 0.11 1/4 0.39 1/3 104～3×10 9 3×109～2×10 10 〉2×10 10 橫圓柱 層流 過(guò)渡流 湍流 0.48 0.0445 0.10 1/4 0.37 1/3 104～5.76×10 8 5.76×108～4.65×10 9 〉4.65×10 9 由表 3-4 知為過(guò)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) （3—15）lh?Nu0? 將數(shù)值代入（3-15）得 K)W/(m917.220? 二、計(jì)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(lái)考求管內(nèi)換熱系數(shù)，管內(nèi)冷凝換 熱計(jì)算公式如下： （3—16）4 123)(9.0tlghLi ?????? 式中：L—— 管長(zhǎng)， ；m5.1L ——膜溫下凝液的導(dǎo)熱系數(shù)， ；L? K)W/(m875.? ——膜溫下凝液密度， ；? 3kg014?L? ——黏度， ；L?s)/(02.?L? ——飽和蒸汽溫度與壁內(nèi)溫度 差值， ℃；t?wt1?t ——冷凝潛熱， ；?kJ/g716.59? 代入式（3-16） ，計(jì)算得 。)(m43??h 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 15 管的總傳熱系數(shù)計(jì)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(guò)雙層圓管的傳熱 L?i? r3 r2 r1 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 16 第四章 節(jié)流機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備的選擇 §4.1 節(jié)流機(jī)構(gòu) 節(jié)流機(jī)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(gè)，一是對(duì)高壓制冷劑液體進(jìn)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(dá)到制冷目的；二是調(diào)節(jié)進(jìn) 入蒸發(fā)器的制冷劑流量，以適應(yīng)蒸發(fā)器負(fù)荷的變化，使制冷裝置更加有效地運(yùn)行。 節(jié)流機(jī)構(gòu)的形式有很多種，常用的節(jié)流機(jī)構(gòu)有手動(dòng)膨脹閥、浮球膨脹閥、熱 力膨脹閥及毛細(xì)管等。根據(jù)壓縮機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的特點(diǎn)，選熱力膨脹閥為節(jié)流機(jī)構(gòu)。 熱力膨脹閥可根據(jù)蒸發(fā)器出口處制冷劑蒸汽過(guò)熱度的大小，自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門的 開啟度，達(dá)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(fù)荷相匹配，有效 防止壓縮機(jī)產(chǎn)生“液擊”現(xiàn)象。根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)，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(dòng)阻力等因 素來(lái)確定膨脹閥的形式和閥的孔徑。選配時(shí)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 ；Ctk?30? Pa109.5??k （2）根據(jù)制冷量 =14.034kW，供液管內(nèi)徑 =10mm，供液管長(zhǎng)度Qid =79.6m，查閱參考文獻(xiàn)[3] 表 7-28 得 =0.12 Pa；l 1p?5 （3）假定安裝在液管上的彎頭，閥門，干燥過(guò)濾器等總的阻力損失 Pa；5210.???p （4）液管進(jìn)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；554??p （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(jì)算公式 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 17 （4—1）kk ppp?????4321 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(hào)及冷量規(guī)格 由 、 、 、 的具體數(shù)值查參考文獻(xiàn)[3]表 7-13，可選用國(guó)產(chǎn) RF22W-kt0p?0Q 4.5 型熱力膨脹閥。 §4.2 輔助設(shè)備 在整個(gè)制冷系統(tǒng)中，除了必不可少的壓縮機(jī)、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(rùn)滑油的分離與收集設(shè)備、制冷工質(zhì)的儲(chǔ)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(yùn)轉(zhuǎn)，提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。 §4.2.1 油分離器 為了防止壓縮機(jī)排出的潤(rùn)滑油大量進(jìn)入制冷系統(tǒng)，一般在壓縮機(jī)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(rùn)滑油在氟利昂中溶解度大，因此 潤(rùn)滑油易隨著壓縮機(jī)排出的制冷劑氣體而進(jìn)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(dòng)返回潤(rùn)滑 油的能力。 油分離器的選型計(jì)算公式為 [15] （4—2）??hVD018.? 式中：D——油分離器直徑：m； ——氟壓縮機(jī)的理論輸氣量，hV ；/hm924.630259.074. 3????vq ——壓縮機(jī)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(hào)為 SRW-5203。 §4.2.2 氣液分離器 為防止壓縮機(jī)發(fā)生“液擊”現(xiàn)象，在壓縮機(jī)入口處都裝有氣液分離器。選擇 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 18 氣液分離器的桶體橫截面上的氣流速度不超過(guò) 0.5m/s。氣液分離器是根據(jù)計(jì)算出 來(lái)的織錦選擇其型號(hào)的。 氣液分離器的選擇計(jì)算公式 [15] D0= （4—3）???364V 式中：D 0——?dú)庖悍蛛x器筒體直徑，m； ——氟壓縮機(jī)的理論吸氣量， ，m ；Vvq??3 λ——壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)，取 =0.8；? ——所推薦的氣氣流速度，m/s，取 =0.5m/s[15]；?? 將各參數(shù)值代入（4-3）得 D0=0.130m，根據(jù)計(jì)算所得的筒體直徑和接管直徑 φ28 1.5mm 選擇使用。? §4.2.3 干燥過(guò)濾器 干燥過(guò)濾器只用于氟利昂制冷系統(tǒng)中，裝在節(jié)流機(jī)構(gòu)前的液體管路上，它是 用來(lái)過(guò)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(shí)可以減少對(duì)鋼制設(shè)備和管道的腐蝕，防止在低溫 時(shí)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(dòng)閥門，一般安裝在貯液器（或冷凝器）與膨脹閥之 間。當(dāng)壓縮機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行，電磁閥隨即開啟；壓縮機(jī)停止工作時(shí)，電磁閥馬上關(guān)閉， 以免大量制冷劑液體在停機(jī)時(shí)進(jìn)入蒸發(fā)器，防止壓縮機(jī)再次啟動(dòng)時(shí)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(lái)選。另外電磁閥的工作 電壓與電源電壓相符。在安裝時(shí)必須安裝在水平管道上，并注意介質(zhì)流動(dòng)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(guò)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(xiàn)[4]中圖 6-58，表 6-10 選擇型號(hào) FDF10 電磁閥。 §4.2.5 水泵 在制冷裝置中，冷凝器、壓縮機(jī)水套、再冷卻器的冷卻水供應(yīng)，都是用離心 水泵來(lái)輸送的。 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 19 水泵的選用是由水的流量和輸送的揚(yáng)程來(lái)決定的。揚(yáng)程如果用 H 來(lái)表示， H= （ m） （4—4）21? 式中：H ——自水泵起的揚(yáng)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(hào)水泵流量為vq ，揚(yáng)程為 ，轉(zhuǎn)速為 1480 。 /h30?O26??nin/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(diǎn)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(jì)選擇時(shí)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(shí)制冷劑循環(huán)量的 1/3～1/2 計(jì)算； 3、貯液器的貯液量不應(yīng)超過(guò)貯液器本身容量的 80%。 貯液器的容量可按下式計(jì)算： ～ （4—5）3/1(?V108.)2??vMR 式中： ——壓縮機(jī) 1h 制冷劑循環(huán)量的總和，kg，?RM ；kg4.6074.6??mq ——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（4—5）計(jì)算得 V=92.9～139.4L ，考慮到冷凝器可存儲(chǔ)部分制冷 劑液體，選取 V=100L 的貯液器。 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 20 第五章 實(shí)驗(yàn)臺(tái)操作規(guī)程 §5.1 啟動(dòng)前的準(zhǔn)備工作 1、檢查制冷壓縮機(jī)，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(chǔ)液器的制冷液位是否正常，一般液位不超過(guò) 80%。 3、啟動(dòng)前應(yīng)把壓縮機(jī)吸氣閥和儲(chǔ)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(dòng)壓縮機(jī)時(shí)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(yùn)轉(zhuǎn)部位有無(wú)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(shí)驗(yàn)臺(tái)啟動(dòng)程序 1、準(zhǔn)備工作完畢后點(diǎn)動(dòng)壓縮機(jī)，觀察壓縮機(jī)，注意防止“液擊”的產(chǎn)生。 再反復(fù)點(diǎn)動(dòng) 2～3 次，確認(rèn)正常后，則正式啟動(dòng)壓縮機(jī)。 2、正式啟動(dòng)后，緩慢打開壓縮機(jī)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(guò)程中應(yīng)注意觀察：機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)，震動(dòng)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(xiàng)目都正常后，啟 動(dòng)工作結(jié)束。 5、制冷裝置啟動(dòng)正常后，根據(jù)蒸發(fā)器的負(fù)荷逐步緩慢地開啟膨脹閥的開啟 度。 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 21 §5.3 實(shí)驗(yàn)臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)中檢測(cè)項(xiàng)目 1、電動(dòng)機(jī)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(dòng)，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(jī)不超過(guò) 70℃ 。油溫最低溫度不 低于 10℃。油溫過(guò)高或過(guò)低，都將影響潤(rùn)滑效果。 4、檢查油分離器。用手摸自動(dòng)回油管，若感到有周期性的發(fā)熱，則說(shuō)明油 分離器的自動(dòng)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(jī)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(jī)的排氣溫度。不超過(guò) 145℃。 7、干燥過(guò)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(guò)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(jìn)口嚴(yán)重結(jié)霜，則 屬于不正?，F(xiàn)象。 9、檢查壓縮機(jī)及制冷系統(tǒng)各連接處有無(wú)油漬。壓縮機(jī)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(jì)高度的 50%左右。量熱器壓力不應(yīng)超過(guò) 0.4MPa，超過(guò)時(shí)應(yīng)采取降壓或排液措施。 11、水循環(huán)系統(tǒng)的水泵運(yùn)轉(zhuǎn)正常，無(wú)異常聲響。水管及各連接處無(wú)嚴(yán)重漏水 現(xiàn)象。 §5.4 停機(jī)操作程序 試驗(yàn)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(jī) 停止運(yùn)轉(zhuǎn)，最后關(guān)閉水量調(diào)節(jié)閥。 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 22 第六章 試驗(yàn)中相關(guān)計(jì)算及規(guī)定 GB5773-86 容積式制冷壓縮機(jī)性能試驗(yàn)方法，本標(biāo)準(zhǔn)適用于名義功率不小于 0.75kW 的容積式制冷壓縮機(jī)的綜合性能試驗(yàn)。 名義功率小于 0.75kW 的壓縮機(jī)和家用冰箱可參照本標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。 本標(biāo)準(zhǔn)等效采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ISO917-1974《制冷壓縮機(jī)的試驗(yàn)》 。 §6.1 試驗(yàn)?zāi)康?由本試驗(yàn)可以確定： 1、壓縮機(jī)的制冷量：由試驗(yàn)直接測(cè)得的流經(jīng)壓縮機(jī)的制冷劑流量乘以壓縮 機(jī)吸氣口的制冷劑氣體比焓與排氣口壓力對(duì)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(jī)為輸入壓縮機(jī)的軸功率，封閉式（半風(fēng)式和全 封式）壓縮機(jī)為電動(dòng)機(jī)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(yàn)規(guī)定 1、一般規(guī)定 （1）排出試驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)的不佞凝性氣體。確認(rèn)沒(méi)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的制冷劑。壓縮機(jī)內(nèi)保持正常運(yùn) 轉(zhuǎn)用潤(rùn)滑油量。 （3）循環(huán)的制冷劑液體內(nèi)含油量應(yīng)不超過(guò) 2%（以質(zhì)量計(jì)） ，測(cè)量方法見附 錄 A（補(bǔ)充件） 。 （4）壓縮機(jī)吸、排氣口的壓力與溫度在同一部位測(cè)量，該測(cè)電影在吸、排 氣截止閥外（不帶閥的封閉式壓縮機(jī)微距機(jī)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(yàn)系統(tǒng)裝置的周圍不應(yīng)有異常的空氣流動(dòng)。 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 23 （7）試驗(yàn)裝置環(huán)境溫度為 30 5℃。? （8）提供測(cè)量含油量而提取制冷劑——有混合物樣品的設(shè)備。 2、 試驗(yàn)規(guī)定 （1）制冷總和性能試驗(yàn)包括主要試驗(yàn)和校核試驗(yàn)，二者應(yīng)同時(shí)進(jìn)行測(cè)量。 （2）校核試驗(yàn)和主要試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果之間見偏差在 4%以內(nèi)，并以主要試? 驗(yàn)的測(cè)量結(jié)果為計(jì)算依據(jù)。 （3）試驗(yàn)時(shí)系統(tǒng)應(yīng)建立熱平衡狀態(tài)，試驗(yàn)時(shí)間一般不少于 1.5 小時(shí)，測(cè)量數(shù) 據(jù)的記錄應(yīng)在試驗(yàn)工況穩(wěn)定半小時(shí)后，每隔 20 分鐘測(cè)量一次，直至連續(xù)四次的 測(cè)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(cè)量到第四次測(cè)量記錄的時(shí)間 稱為試驗(yàn)周期，在該周期內(nèi)允許對(duì)壓力、溫度、流量和液面作微小的調(diào)節(jié)。 （4）主要試驗(yàn)方法為第二制冷劑量熱器法。 （5）校核試驗(yàn)方法為水冷冷凝器量熱器法。 3、試驗(yàn)參數(shù)規(guī)定 試驗(yàn)時(shí)允許試驗(yàn)參數(shù)偏差的范圍按下表的規(guī)定。 表 6-1 試驗(yàn)時(shí)允許試驗(yàn)參數(shù)偏差的范圍 試驗(yàn)參數(shù) 每一個(gè)測(cè)量值與規(guī)定值間的 最大允許偏差 測(cè)量值的任一個(gè)讀數(shù)相對(duì)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(yàn)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(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 24 一個(gè)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(méi)。 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(guò)壓縮及制冷量的 5%。 應(yīng)以 0.05kgf/cm 分度的壓力流量?jī)x表測(cè)量第二制冷劑壓力。并應(yīng)使第二制2 冷劑壓力不超過(guò)量熱器的安全限度。 2、漏熱量的標(biāo)定：關(guān)閉量熱器制冷機(jī)進(jìn)、出口截至閥后進(jìn)行漏熱量的標(biāo)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(duì)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(dòng) 不超過(guò) ℃。1? 電加熱器的輸入功率的波動(dòng)應(yīng)不超過(guò) %，每隔 1 小時(shí)測(cè)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(dòng)不超過(guò) 0.5℃時(shí)，漏熱系數(shù)用下式 計(jì)算： （6—1）aptQK??01 注：公式中符號(hào)見附錄 B（補(bǔ)充件） ，下同 3、試驗(yàn)程序 （1）壓縮機(jī)制冷機(jī)吸氣壓力通過(guò)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(jī)制冷劑排除壓力通過(guò)改變冷凝器冷卻水量、換熱面或冷卻水溫 度進(jìn)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(jī) 圖 6-1 第二制冷劑量熱法原理圖 Condensor f1g1g2 f2 Calorimeter Compressor 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 25 （3）在試驗(yàn)周期內(nèi)，輸入電加熱量的波動(dòng)引起壓縮機(jī)制冷量的變化應(yīng)不超 過(guò) 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(jì)算 由試驗(yàn)測(cè)得的制冷劑流量為： （6—2）21)(fRsatihKQm??? 規(guī)定工況制冷量： （6—3）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(yàn)壓縮機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)備之一，按照 2.4 的 規(guī)定，應(yīng)設(shè)置測(cè)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(guò)壓縮機(jī)制冷量的 5%。 2、漏熱量的標(biāo)定：用截至閥將冷凝器與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)隔絕或用統(tǒng)一型式和尺寸 的冷凝器進(jìn)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(yàn)時(shí)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(dòng)不超過(guò) ℃，建立熱平衡后，每小時(shí)測(cè)量一1? 次。直至連續(xù)四次制冷劑溫度波動(dòng)不超過(guò) ℃。 （2）漏熱系數(shù)用下式計(jì)算： （6—4）aptQK??01 3、試驗(yàn)程序 （1）冷凝器壓力通過(guò)改變冷卻水量或溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 26 （2）附加數(shù)據(jù)： a、 冷凝器進(jìn)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(jìn)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(jì)算 由試驗(yàn)測(cè)得的制冷劑流量為： （6—5）????312fgsrcf htKmtC??? 規(guī)定工況制冷量： （6—6）110)(gfgfVQ §6.4 輸入功率計(jì)算 §6.4.1 電動(dòng)機(jī)輸入功率 1、電動(dòng)機(jī)輸入功率測(cè)量：電動(dòng)機(jī)輸入功率應(yīng)在電動(dòng)機(jī)入線端測(cè)量，測(cè)量方 法按 2.4.6.3 的規(guī)定，測(cè)量?jī)x表精度按 2.4.5.2 和 2.4.5.3 的規(guī)定。 2、電動(dòng)機(jī)輸入功率計(jì)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(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 27 §6.4.2 壓縮機(jī)輸入功率計(jì)算 1、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀：直接測(cè)定壓縮機(jī)軸的輸入扭矩和轉(zhuǎn)速。 2、天平測(cè)功計(jì)：軸功率有下式計(jì)算 W （6—7）974ln1GNz? 3、標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)：根據(jù)測(cè)得的輸入電流、電壓、輸入功率以及電動(dòng)機(jī)實(shí)測(cè)效 率曲線選擇電動(dòng)機(jī)。 §6.5 壓縮機(jī)單位功率制冷量 Ke 值計(jì)算 （6—8）cNQKe? 而 （6—9）10n 或 （6—10）fQc? （6—11）1nNzc 或 （6—12）fc? §6.6 校核試驗(yàn)和主要試驗(yàn)之間的偏差計(jì)算 （6—13）1010(%) 220???????mQ 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(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 28 第七章 結(jié) 論 這次設(shè)計(jì)為制冷綜合性能試驗(yàn)臺(tái)量熱器、蒸發(fā)盤管、各種附件以及總體布置 設(shè)計(jì)。由于該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要目的為測(cè)試壓縮機(jī)性能，故其設(shè)計(jì)遵照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ISO917-1974《制冷壓縮機(jī)的試驗(yàn)》和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB5773-87“容積式制冷壓縮機(jī)性 能試驗(yàn)方法” 。試驗(yàn)臺(tái)可測(cè)試全封閉活塞式、蝸旋式制冷壓縮機(jī)，兼容功率為 5HP 以下壓縮機(jī)。其中主要試驗(yàn)方法采用第二制冷劑量熱器法，校核試驗(yàn)方法采 用水冷冷凝器法。 在進(jìn)行制冷劑的熱力參數(shù)計(jì)算（以標(biāo)準(zhǔn)工況為基準(zhǔn)） ，確定系統(tǒng)各設(shè)備負(fù)荷。 我查閱了有關(guān)傳熱方面的資料，這主要包括《傳熱學(xué)》 、 《小型制冷裝置設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 和《制冷原理與設(shè)備》 ，分析了標(biāo)準(zhǔn)工況下的傳熱系數(shù)和計(jì)算情景，選擇了相應(yīng) 的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，計(jì)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(dǎo) 熱系數(shù)，接下來(lái)由《傳熱學(xué)》中查得總傳熱系數(shù)計(jì)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(jì)算過(guò)程，選擇了相應(yīng)的傳熱溫差。 由以上所計(jì)算出的在標(biāo)況下各設(shè)備的熱負(fù)荷以及上面所計(jì)算出的總傳熱系數(shù) 和所選擇的傳熱溫差，可以計(jì)算出所需的傳熱面積。根傳熱面積，可計(jì)算出所需 的傳熱管總長(zhǎng)。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(jì)計(jì) 算就完成了。在進(jìn)行量熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算和結(jié)構(gòu)選取的過(guò)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(jì)規(guī)范》和相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)所查得文獻(xiàn) 提供的公式計(jì)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(jìn)行試驗(yàn)臺(tái)組裝圖過(guò)程中，繪制出了試 驗(yàn)平臺(tái)組裝圖。 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 29 參考文獻(xiàn) [1] 錢頌文. 換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè). 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2002, 145-200 [2] 楊世銘, 陶文銓. 傳熱學(xué)（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(jì)指導(dǎo). 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2006,2. 110- 185 [4] 繆道平, 吳業(yè)正. 制冷壓縮機(jī). 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2001,2.27-36 [5] 陳維剛. 制冷工程與設(shè)備.上海: 上海交通大學(xué)出版社, 2002,8.1-39 [6] 李樹林, 南曉紅, 李夏黎. 制冷機(jī)輔助設(shè)備. 北京: 科學(xué)出版社,1999, 7.65-67 [7] 劉湘秋. 常用壓力容器手冊(cè). 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2004,6.273-283 [8] 昌澤舟. 軸流式通風(fēng)機(jī)實(shí)用技術(shù).北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2005,2. 179-193 [9] 吳業(yè)正, 韓寶琦. 制冷原理及設(shè)備. 西安: 西安交通大學(xué)出版社,1998, 8.207-233 [10] 孫淮清, 王建中.流量測(cè)量節(jié)流裝置設(shè)計(jì)手冊(cè).北京: 化學(xué)工業(yè)出版社. 2006,6.61-63 [11] 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三版 .第 1 卷）. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社,1993, 1.146-147 [12] 黃健. 管法蘭墊片、緊固件選用手冊(cè). 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2006, 5.190-191 [13] 岳考方