热能与动力工程毕业设计说明书.doc

一、设计任务：设计一台KFR—32GW分体壁挂式热泵型房间空调器名义制冷量，名义制热量工质为R22二、设计目的：通过房间空调器的设计，综合应用所学的基础理论和专业知识，分析和解决问题，掌握家用空调器产品设计和开发的基本方法和技能，了解家用空调器的发展趋势，为今后更好的从事相关工作和学习打下良好基础三、设计步骤：1、设计工况和设计参数的确定2、制冷循环的热力计算3、压缩机的选择4、热泵循环热力计算5、冷凝器设计计算6、蒸发器设计计算7、毛细管的选择计算8、四通换向阀的选择9、风机及配用电机的选择10、制冷剂充灌量的计算11、热泵空调器热力经济性指标核算12、管路及辅助设备的选择13、空调器电器控制系统设计四、设计成果：1、压缩机本设计选用西安庆安压缩机厂生产的空调用YZ-30全封闭滚动转子式压缩机参数如下：名义制冷量：3580W电机输出功率为1100W电源：50HZ-220V额定电流：电机类型：属电容运转型（PSC）质量：其安装示意图如图3-1所示，其中标注的尺寸为H=286mm,M=237mm,L=237 mm,E=75mm,D=m图1 YZ系列空调用转子式压缩机安装示意图2、冷凝器本设计选用强迫对流空冷式冷凝器。

其结构示意图如图2所示参数如下：传热管:紫铜管，翅片: 厚度，波纹型整张铝制套片节距:迎风面管心距管簇排列采用正三角形叉排冷凝器长：500mm冷凝器宽：冷凝器高：空气流通方向上的管排数n:4迎风面上管排数N：12.K 图2 空冷式冷凝器主体结构示意图3、蒸发器 本设计采用强制对流的直接蒸发式蒸发器结构与蒸发器相近参数如下：传热管:紫铜管，翅片: 厚度，连续整体式铝套片节距:迎风面管心距管簇排列采用正三角形叉排蒸发器长：550mm蒸发器宽：蒸发器高：空气流通方向上的管排数n:2迎风面上管排数N：9蒸发器分路数：3路.K 4、节流装置本设计选用毛细管作为节流装置参数如下：，（图解法选型）5、四通换向阀本设计选用型号为DHF5的四通换向阀参数如下：名义容量：4500进气接管外径尺寸：8排气接管外径尺寸：106、风机及配用电机（1）室外风机，本设计选择轴流式风机FZL型系列轴流式通风机，型号为350FZL-02型参数如下：风机： 台数：1台风量:1800m/h（30 m/min）全压：98Pa 风叶直径：350mm 配用电机：转速：1400r/min电动机输入功率：100W 电压：220V 相数：1相频率：50Hz（2）室内风机，本设计选择贯流式风机。

型号为GL40260型参数如下：风机：台数：2台叶轮名义直径：40mm叶轮长度260mm配用电机：电机输入功率：15W室内风机与室外风机的大致结构分别如图3和图4图3 轴流风机示意图 图4 贯流风机示意图五、设计计算（一）设计工况选定1、房间空调器工作的环境温度的确定根据GB/T 7725—1996中，对于热泵型空调器通常工作的环境温度为-7℃~43℃（T1气候类型），取参数如下：2、室、内外空气状态参数的确定制冷运行： 室内干球温度27℃ 室内湿球温度19℃室外干球温度35℃ 室外湿球温度24 ℃制热运行： 室内干球温度20℃ 室内湿球温度15℃（最大）室外干球温度-7℃ 室外湿球温度 -8 ℃3、房间空调器运行参数的确定根据文献①P283表7-11和P284表7-14，选取参数如下：蒸发温度℃冷凝温度℃有效过热度5℃有效过冷度5℃吸气温度20℃（二）制冷循环的热力计算1、循环参数及压焓图名义工况下，制冷循环参数及室内、外空气参数如下：蒸发温度℃,冷凝温度℃,膨胀阀前液体温度℃,出口温度15℃,吸气温度20℃;室内干球温度27℃,湿球温度℃,室外干球温度35℃,湿球温度24℃。

根据条件绘制循环的-图，如图5所示图2-1 循环过程在p-h图上的表示各点参数值，查R22热力性质表和图（附表和附图），得循环各特征点的状态参数如下表1： 表1 p-h图中各特征点状态参数表状态点 /MPa℃2、热力计算（1）基本性能指标的计算① 单位质量制冷量(kJ/kg) ===414-257.9 kJ/kg =156.1 kJ/kg② 单位理论功ω(kJ/kg) ω=-=451-418 kJ/kg=33 kJ/kg③ 制冷系数④ 容积系数式中，—相对余隙容积，取为1.2% —冷凝压力（排气压力）（） —蒸发压力（吸气压力）（） —⑤ 压力损失系数⑥ 温度系数式中，—冷凝温度 —蒸发温度 —压缩机前吸气温度对R22：A=，B=，所以，=⑦ 泄露系数近似取=⑧ 输气系数=⑨ 压力比（2）当总制冷量已给定，设计或选配压缩机① 制冷剂的循环量② 压缩机的实际输气量==③ 压缩机的理论输气量=求出的的数值可作为设计或选配压缩机的依据3）计算压缩机的功率① 压缩机的理论功率② 压缩机的指示效率式中， —吸入点比体积，单位为 —压力比—吸、排气阀平均压力降，单位为Pa,—压缩开始及终了时的比焓，单位为—膨胀指数取，则，=③ 压缩机的机械效率取④ 压缩机的指示功率⑤ 压缩机的轴功率⑥ 电动机效率取=⑦ 电效率=⑧ 输入电功率=（4）实际制冷系数的计算（三）压缩机的选择1、压缩机类型的选择由于滚动转子式压缩机效率高，可靠性高，零部件少。

功耗小，省电，综合起来，更适合空调器的需要因此，本设计选用滚动转子式压缩机2、压缩机型号选择因为本设计的设计工况与压缩机的测试工况一致，所以所选压缩机不用再经过测试根据额定制冷量，查文献①P286表7-16，选用西安庆安压缩机厂生产的空调用YZ-30全封闭滚动转子式压缩机，额定制冷量为3580W，电机输出功率为1100W，属电容运转型（PSC），电源为50HZ-220V，质量,均能满足设计要求四）热泵循环热力计算空调机由制冷向制热的转变主要是靠四通换向阀改变制冷剂在系统中的流路，故其计算参照制冷循环热力计算计算方法参照文献⑦P211、单位吸热量2、单位理论功3、单位实际功4、电机输入单位理论功5、压缩机实际排气状态焓值6、单位制热量7、循环制热系数8、压缩机质量流量9、热泵制热量10、压缩机的轴功率11、电动机输入功率（五）冷凝器设计计算1、冷凝器类型选择 本设计选用强迫对流空冷式冷凝器（如图2）其原因如下：首先，空冷式冷凝器不用水，冷却系统变得十分简单，而且省去水处理，除水垢等方面的费用，因此随着近年来，水资源日趋紧张，所以已经大量使用空冷式冷凝器，特别是在氟利昂制冷系统中更适合应用空冷式冷凝器。

其次，强制对流用于小型氟利昂制冷和空调装置，空气以2~3m/s的迎面风速横向掠过管束带走制冷剂的冷凝热，由于空气侧放热系数极低，为强化传热，在传热管上加有肋片2、冷凝器计算① 由有关温度参数及冷凝热负荷确定各有关温度参数其取值见表2表2 冷凝器温度参数表项目参数值（℃）项目参数值（℃）冷凝温度进出口空气温差10进口空气干球温度35出口空气干球温度45对数平均温差℃由文献③图6—1查得，R22在=℃、℃时的冷凝负荷系数=1.27，则冷凝热负荷② 翅片管簇结构参数选择及计算选择的紫铜管为传热管，选用的翅片是厚度的波纹型整张铝制套片取翅片节距，迎风面管心距，管簇排列采用正三角形叉排每米管长各有关传热面积分别为：‘ⅰ.每米管长翅片侧面面积 注：翅片一般有一次翻边，且利用翻边保证均匀的翅片节距，则翅片根部外沿直径；又波纹片侧面积与平片侧面积误差很小，按平面计算ⅱ.每米管长翅片间管面面积 ⅲ.每米管长翅片侧总面积 因翅片厚度较小，翅顶面积忽略不计，则ⅳ.每米管长管内面积由文献⑤P201附录8干空气的热物理性质（），查得空气在平均温度℃条件下、、 ,在进风温度℃条件下， 冷凝器所需空气体积流量 选取迎面风速，则迎风面积取冷凝器迎风面宽度即有效单管长，则冷凝器的迎风面高度，对叉排管簇，迎风面上的管排数分别为由于冷凝器有效单管长l、迎风面高度H、迎风面管排数N这三个量互相联系，且它们的值影响到后面流通方向管排数n的校合，所以留到后面与流通方向管排数n一起计算，这里只列出公式。

③ 进行传热计算确定所需传热面积、翅片管总长及空气流通方向上的管排数，若采用整张波纹翅片及密翅距的叉排管簇，则空气侧传热系数由文献③公式（6—11）乘以1.1再乘以1.2进行计算预计冷凝器在空气流通方向上的管排数，则翅片宽度微元最窄截面的当量直径 最窄截面风速因为查文献③表6-25和表6-26，用插入法求得ψ，n=0.623,C=1.151,m=-0.210,则空气侧表面传热系数 因为℃，查文献②P536附表4 R22饱和液物性值可得：则物性集合系数B 式中，-冷凝液的导热系数 -冷凝液的密度 -制冷剂的比潜热 -冷凝液的动力粘度所以，则氟里昂在管内凝结的表面传热系数 翅片相当的高度由文献③公式6-16计算得，取铝片热导率，由文献③公式6-15计算翅片参数m，即由文献③公式6-14算翅片效率即表面效率由文献③公式6-13计算得即忽略各有关污垢热阻及接触电阻的影响，则，将计算所得有关各值代入文献③公式6-20式中，-壁面平均温度 -外壁面温度 -内壁面温度 -空气进出口平均温度，℃所以， 选取适当，使上式左右两边相等，用试凑法，解上式得=℃代入文献③公式6-17中，则R22在管内的凝结表面传热系数为取管壁与翅片间接触电阻，空气侧尘埃垢层热阻，紫铜管热导率文献③公式6-21计算冷凝器的总传热系数式中，-紫铜管壁厚-紫铜管每米管长平均面积，所以， 冷凝器的所需传热面积所需有效翅片管总长空气流通方向上的管排数对有效单管长l、迎风面高度H、迎风面管排数N、空气流通方向管排数n进行组合计算，计算结果，列于表3表3 组合计算结果项目来源或计算公式方案1方案2方案3方案4方案5方案6有效单管长l(m)选取迎风面高。