制冷系统部件的设计与选型[1]

第四章系统部件的设计与选型

该制冷系统试验装置部件包括压缩机、冷凝器、节流机构、低温箱体（含蒸发器）、节流元件、冷凝-蒸发器等主要设备，还有回热器、气液分离器、干燥过滤器等辅助设备。本章主要介绍这些设备的设计及选型（或制作）等内容。

§4.1 压缩机的选型计算[53]

压缩机是制冷系统中最主要部件，是实现蒸气压缩式制冷循环必不可少的部件，起着压缩及输送气体的作用。目前，在中、小型空调和冷柜机组中，容积式制冷压缩机为主要机种。随着制造和设计技术的进步，开启式压缩机在小冷量范围内已由半封闭式、全封闭式压缩机所代替。全封闭活塞式制冷压缩机的设计、制造相当成熟，在中小型制冷系统中广泛采用。该类压缩机的优点为：电机的工作性能较可靠，噪音低，使用方便[53-54]。

自上个世纪七十年代能源危机后，为得到较高的能量利用率，出现了一些新型的容积式压缩机，如：旋转活塞式、滑片式、涡旋式制冷压缩机。据本次设计蒸发温度较低的特点，将经验成熟的活塞式压缩机作为选型对象，按照制冷循环热力计算所求压缩机理论输气量进行选配，同时也应考虑压缩机结构性能上的要求。

活塞式制冷压缩机的制冷量与压缩机的工作容积、转速、吸气压力、排气压力、吸气温度等因素密切相关。各种型号压缩机的制冷量和蒸发温度、冷凝温度的关系曲线（性能曲线）一般由制造厂提供。应用这些曲线图，可确定在不同工况下压缩机的制冷量、功率消耗、能效比等数值。若无性能曲线作为参考，可按压缩机产品样本所提供的输气量选型。

§4.1.1压缩机吸气和排气状态参数

吸气状态参数：

t1= -20℃，P1=1.5bar，h1=391kJ/kg，s1=1.875kJ/kg

v1=0.2092m3/kg，制冷剂状态为过热气体。

排气状态参数：

t2=114℃，P2=18bar，h2=473.7kJ/kg，s2=1.875kJ/kg

v2=0.019888m3/kg，制冷剂状态为过热气体。

§4.1.2压缩机的热力计算

（1）压比

ε=18÷1.5=12

（2）制冷剂质量流量G

低温箱的制冷量Q 0 设计要求 Q 0=100W

二级节流毛细管制冷剂流量G 2

G 2=0

108

100292.3152.6

Q h h =

--= 0.7158 g/s

一级节流毛细管制冷剂流量G 1

G 1= 2

75.087.015

.075.0G ⨯--= 5×0.7158=3.579 g/s

总制冷剂流量G

G= G 1+ G 2=3.579+0.7158=4.295 g/s （3）压缩机内实际体积流量V h

V h = G ×v 1=4.295×0.2092×3.6=3.235 m 3/h

（4）输气系数λ a ）容积系数v λ

⎪

⎭⎪⎬

⎫

⎪⎩⎪⎨⎧-⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆+-=1)1(11

1

m dk d v p p c ελ

(4-1)

式中: c ——相对余隙容积,现代中、小型压缩机c=0.015~0.06，低温机取

较小的c 值，本系统中取c=0.025； m ——多变膨胀指数,对氟利昂压缩机m=0.95~1.05, 本系统中m=1.05；

ε——压比,ε=12；

dk d p p 1

∆——排气压力损失,对氟利昂压缩机Δp d1 =(0.10~0.15)p dk

,本系统中取为0.10 。

v λ=()1

1.0510.0251210.11⎧⎫-⨯⨯+-⎡⎤⎨⎬⎣⎦

⎩⎭=0.6965

b ）压力系数

p

λ

p

λ=

v d s p p c λ⨯∆∆⨯

+-01

)1(1

(4-2)

01

d s p p ∆∆——吸气压力损失，对氟利昂压缩机Δp s1

=(0.06~0.08) p d0，本系统取为0.06

p

λ=6965

.006.0)025.01(1⨯

+-=0.9117

c ）泄漏系数1λ

1

λ=0.98

d ）温度系数T λ

T

λ=10

λ⨯k T T (4-3)

T

λ=98.0)3215.273(20

15.273⨯+-=0.8465

λ= v λp λ1λT λ (4-4)

λ=0.6965×0.9117×0.98×0.8465=0.5268

（5）压缩机内理论体积流量V p

V p =5268.0235

.3=λ

h

V =6.141m 3/s

（6）压缩机单位理论功w o

w o = h 2-h 1=473.7-391.0=82.7 kJ/kg （7）理论功率N o

N o =G ×w o =4.295×82.7=355.2 W （8）指示功率N i

指示效率i η=0.8

N i =8.02

.3550

=i

N η=444.0 W

（9）轴功率N e

轴效率m η=0.8

N e =8.00

.444=m

i

N η=555.0 W

（10）配用电动机功率N el

配用电动机效率m o η=0.85

N el =85

.00.555=mo

e

N η=652.9 W

§4.2 风冷冷凝器的选型计算[2,55]

采用φ8×1mm 的纯铜管，肋片为平直套片(铝片)，片厚f δ

=0.2mm ，片宽L=66mm ，进风温度t a1=30℃，出风温度t a2=40℃，冷凝温度t k =46℃。 (1)冷凝器负荷的确定 Q k =735+100=835 W

(2)冷凝器结构的初步规划及有关参数：管排方式采用正三角排列，管间距s 1=25.4mm ，排间距s 2=22mm ；肋片间距s f =1.8mm ，沿气流方向的管排数n=4。