毕业设计蒸发式冷凝器

摘要

本课程设计是关于蒸发式冷凝器的设计，针对蒸发式冷凝器的换热过程同时存在显热和潜热交换，计算过程比较复杂且方法较多的情况，采用一种简单的蒸发式冷凝器的设计计算方法，通过基本参数确定、盘管设计、水系统设计和风系统设计，进行系统设计计算，得出换热量、传热面积、淋水量、水泵功率和风机功率等设计参数，该方法适用于常规蒸发式冷凝器的设计计算。

关键词：蒸发式冷凝器；盘管；水系统；风系统。

Abstract

The evaporative condenser is designed. For the heat transfer process of evaporative condenser with latent heat exchange and sensible heat exchange, the calculation method is complex. It has a lot of method for evaporative condenser and a simple practical design calculation method of evaporative condenser is used for the design and calculations of the conventional evaporative condenser. Through the calculation of basic parameters, coil design, water system design and air system design, system design calculations were completed. The quantity of heat transfer, the area of heat transfer, the quantity of spray water, pump power and fan power were calculated. This method is applicable to the conventional design and calculation of the evaporative condenser.

Keywords ：evaporative condenser; coil ; water system ; air system

目录

绪论 .................................................... 1

第1章 冷凝器的种类 ................................... 2

1.1水冷式冷凝器 ...................................... 2

1.1.1立式壳管式冷凝器 ............................ 2

1.1.2卧式壳管式冷凝器 ............................ 3

1.1.3套管式冷凝器 ................................ 3

1.2空气冷却式冷凝器 ................................. 4

1.3淋水式式冷凝器 ................................... 6

1.4蒸发式冷凝器 ..................................... 6

1.4.1 蒸发式冷凝器的结构原理 ..................... 6

1.4.2 蒸发式冷凝器运行原理 ....................... 7

第2章 蒸发式冷凝器的优缺点 ......................... 9

2.1节能介绍 ......................................... 9

2.2蒸发式冷凝器节能原因 ............................. 9

2.3蒸发式冷凝器相对其它冷凝系统的优点 .............. 10

2.3.1系统运行费用低 ............................. 10

2.3.2节省初投资 ................................. 10

2.3.3节省空间 ................................... 10

2.3.4节水 ....................................... 10

2.4蒸发式冷凝器在国内应用不广大致的原因 ............. 11 第3章 蒸发式冷凝器的设计计算 ..... 错误！未定义书签。

3.1参数的确定 ....................................... 12

3.2热负荷计算 ....................................... 12

3.3理论传热面积的确定 ............................... 15

3.4配风量的确定 ..................................... 17

3.5迎面风速及迎风面积的确定 ......................... 17

3.6盘管的设计 ....................................... 19

3.7淋水量及补水量的确定 ............................. 20

3.8风系统的设计 ..................................... 21

第4章 压力调节 ...................................... 25

第5章 国内产品存在的问题及解决途径 ............... 26 第6章 设备布置和配管应注意的问题 . 错误！未定义书签。

第7章 运行与维护 .................................... 29

7.1初次开机 ......................................... 29

7.2 运行24小时后 ................................... 29

7.3 季节性停机 ....................................... 29

7.4 维护程序 ........................................ 30

7.4.1水槽和吸入过滤器 ........................... 30

7.4.2补水阀 ..................................... 30

7.4.3风机电机 ................................... 31

7.4.4喷嘴和传热部件 ............................. 31

7.5冬季运行 ........................................ 31

7.5.1防止水盘结冰保护 ........................... 31

7.5.2喷水温度 ................................... 31

7.5.3容量控制 ................................... 32

7.6水处理........................................... 32

7.7生物控制 ........................................ 33

结论 .................................................. 35

致谢 ................................................... 36

参考文献 .............................................. 37

绪论 本课程设计主要是对蒸发式冷凝器的设计，制冷装置中冷凝器种类很多，通常有风冷 式冷凝器,带冷却塔或不带冷却塔的水冷式冷凝器以及蒸发式冷凝器,蒸发式冷凝器主要在中央空调和冷库，制冰等大中型制冷设备中应用。相对于其它冷却设备，蒸发式冷凝器的应用比例并不高，但蒸发式冷凝器作为高效换热设备，其优势是明显的：

(1) 同带冷却塔的水冷式冷凝器相比，蒸发式冷凝器大大减少了水的消耗,对于我国水资源严重不足的北方地区有重要意义。

(2) 同风冷式冷凝器相比，蒸发式冷凝器冷凝温度较低，这是因为风冷式冷凝器冷凝能力受限于环境干球温度,而蒸发式冷凝器受限于环境湿球温度，而湿球温度一般比干球温度低8～14℃,加上上侧风机给设备造成的负压环境，因此其冷凝温度较低，换热效果非常理想。在HVAC系统中相对于其他冷凝器可以节能20%～40%。

(3) 因为传热传质两个过程在蒸发式冷凝器内一次完成，因而不需要冷却塔,相对于传统的带冷却塔的水冷式冷凝器,结构更紧凑。

(4) 同其它类型的冷凝器相比，蒸发式冷凝器总耗功率显著降低，压缩机输入功率减少，因而省能。这对于倡导节能的当今社会具有重要的意义。国外发达国家蒸发式冷凝器的应用十分广泛。除了部分中央空调采用卧式冷凝器和风冷冷凝器外,大部分采用蒸发式冷器，而立式冷凝器很少使用。

蒸发式冷凝器有这么多的优点，相信在不久的将来肯定能有巨大的推广。

第1章 冷凝器的种类

1.1水冷式冷凝器

水冷式冷凝器是以水作为冷却介质，靠水的温升带走冷凝热量。冷却水一般循环使用，但系统中需设有冷却塔或凉水池。水冷式冷凝器按其结构形式又可分为壳管式冷凝器和套管式冷凝器两种，常见的是壳管式冷凝器。

1.1.1 立式壳管式冷凝器

立式壳管式冷凝器（如图1-1）的主要特点是：

(1) 由于冷却流量大流速高，故传热系数较高，一般K=600～700w/(m2k)。

(2) 垂直安装占地面积小，且可以安装在室外。

(3) 冷却水直通流动且流速大，故对水质要求不高，一般水源都可以作为冷却水。

(4) 管内水垢易清除，且不必停止制冷系统工作。

(5) 立式冷凝器的冷却水温升一般只有2～4℃，对数平均温差一般在5～6℃左右，故耗水量较大。设备置于空气中，管子易腐蚀、泄漏

。

图1-1立式壳管式冷凝器

1.1.2 卧式壳管式冷凝器

它与立式冷凝器有相类似的壳体结构，主要区别在于壳体的水平安放和水的多路流动。如图1-2所示，卧式冷凝器不仅广泛地用于氨制冷系统，也可以用于氟利昂制冷系统，但其结构略有不同。氨卧式冷凝器的冷却管采用光滑无缝钢管，而氟利昂卧式冷凝器的冷却管一般采用低肋铜管。这是由于氟利昂放热系数较低的缘故。值得注意的是，有的氟利昂制冷机组一般不设贮液筒，只采用冷凝器底部少设几排管子，兼作贮液筒用。

图1-2卧式壳管式冷凝器

1.1.3 套管式冷凝器

制冷剂的蒸气从上方进入内外管之间的空腔，在内管外表面上冷凝，液体在外管底部依次下流，从下端流入贮液器中。冷却水从冷凝器的下方进入，依次经过各排内管从上部流出，与制冷剂呈逆流方式。如图1-3，这种冷凝器的优点是结构简单，便于制造，且因系单管冷凝，介质流动方向相反，故传热效果好，当水流速为1～2m/s时传热系数可达800w/(m2k)。其缺点是金属消耗量大，而且当纵向管数较多时，下部的管子充有较多的液体，使传热面积不能充分利用。另外紧凑性差

，

清洗困难，并需大量连接弯头。因此，这种冷凝器在氨制冷装置中已很少应用。对于小型氟利昂空调机组仍广泛使用套管式冷凝器。

图1-3套管式冷凝器

1.2 空气冷却式冷凝器

空气冷却式冷凝器是以空气作为冷却介质，靠空气的温升带走冷凝热量的。这种冷凝器适用于极度缺水或无法供水的场合，常见于小型氟利昂制冷机组。根据空气流动方式不同，可分为自然对流式（如图1-4）和强迫对流式（如图1-5）两种。

图1-4自然对流式

1-肋片 2-传热管 3-上封板 4-左端板 5-进气集管6-弯头7-出液集管 8-

下封板9-前封板10-通风机 11-装配螺钉

图1-5强迫对流式

1.3 淋水式冷凝器

淋水式冷凝器是靠水的温升和水在空气中蒸发带走冷凝热量。这种冷凝器主要用于大、中型氨制冷系统中。它可以露天安装，也可安装在冷却塔的下方，但应避免阳光直射。

淋水式冷凝器的主要优点为：(1)结构简单，制造方便；(2）漏氨时容易发现，维修方便；(3)清洗方便；(4)对水质要求低。其主要缺点是：(1)传热系数低；(2)金属消耗量高；(3)占地面积大。

1.4 蒸发式冷凝器

蒸发式冷凝器的换热主要是靠冷却水在空气中蒸发吸收气化潜热

而进行的。按空气流动方式可分为上吸入式和下压送式，如图1-6和图1-7所示：

图1-6上吸风式 图1-7下吸（压）风式

蒸发式冷凝器由冷却管组、给水设备、通风机、挡水板和箱体等组成。

冷却管组为无缝钢管弯制成的蛇形盘管组，装在薄钢板制成的长方形箱体内。箱体的两侧或顶部设有通风机，箱体底部兼作冷却水循环水池。

1.4.1 蒸发式冷凝器的结构原理

蒸发式冷凝器,是以冷却介质蒸发换热为主的冷凝器。因而蒸发式冷凝器的换热不仅有显热交换过程，同时还存在着潜热交换过程。蒸发式冷凝器主要由换热盘管，循环水系统及风机主要部件 （1）换热管

蒸发式冷凝器一般用光管，从换热管湿表面到空气的高速热交换使管子不必要以肋片等形式增加外表面积，而且光管不易脏，易于清洗。换热管通常是钢管，铜管，铁管或不锈钢管，含铁材料的一般外部热浸锌防止腐蚀。

（2）风机

蒸发式冷凝器有吸风式和送风式两种,吸风式的风机装在

箱体顶上，优点是箱体内维持负压，水的蒸发温度比较低，但风机处于潮湿气流中，容易引起腐蚀。风机一般有两种形式:离心式和轴流式,采用哪种形式取决于风压需要和允许噪声级以

及能耗等因素。

（3）挡水板

挡水板将热湿空气中带的水滴挡住,减少水耗， 挡水板的效率取决于蒸发式冷凝器结构形式和挡水板设计型式。一般一个高效挡水板能控制水的损失。

组成见图1-9：

1.风机2.挡水板3.冷凝盘管4.循环水泵5.浮球6.补水阀7.喷嘴

图1-9 蒸发式冷凝器结构示意图

1.4.2蒸发式冷凝器运行管理

蒸发式冷凝器是利用冷却水在换热管外水蒸发时吸收热量而使管内的氨或氟利昂蒸气冷凝的原理工作的，冷却水储存于箱底水池中，用浮球保持一定的水位。冷却水由循环水泵压送至冷凝盘管上方，流经喷嘴形成雾状水膜后连续均匀地覆盖在冷凝盘管组的外表面，水膜的温度较低，水膜中部分水自身蒸发吸收管内高温制冷剂蒸汽的热量使之冷凝为液体，未蒸发的水掉落回到冷凝器底部的集水槽中。空气在风机的作用下由蒸发式冷凝器箱体的下方进入，自下而上流经冷凝盘管组，将已经蒸发的水蒸汽带走，设置挡水板防止水蒸汽进入风机造成短

路。当水量不够时，通过补水管补充一定量的水，集水槽中的水位用浮球来保持。依此循环工作。蒸发式冷凝器与空冷式和水冷式冷凝器最大的区别在于其能利用水的汽化潜热，通过水自身的蒸发来达到冷凝的目的。在箱体上方装有挡水板，同时水中含盐浓度也不断增加，故需要经常补充冷却水。

第2章 蒸发式冷凝器优缺点

2.1 节能介绍

制冷系统的目的是把热量从一空间或物体中移走，然后再以某种方式将此热量排放到环境中。在制冷系统中要用冷凝器来排放热量。蒸发式冷凝器实质上就是水冷式冷凝器与风冷式冷凝器两者的结合，通过流经冷凝盘管表面水的蒸发，由水蒸汽带走热量而完成热交换的。

对于大多数制冷与空调系统而言，蒸发式冷凝器具有节省费用的突出优点。它们排除了水冷式系统中水泵的问题和大量用水而产生的水处理问题。与具有同等制冷量和成本的风冷式冷凝器相比，它们的风机功率要小很多。最重要的是，采用蒸发式冷凝器的制冷、空调系统，其冷凝压力可以比传统的水冷式或风冷式更低一些。这样，压缩机所消耗的功率就减少一些。

在蒸发式冷凝器的出口附近的液体制冷剂或许有一些过冷，但这很快就在从冷凝器到贮液器的排液管中散失掉。在排液管与贮液器中既含有制冷剂液体又有制冷剂蒸汽，它们处于两相共存的状态，所以不可能使制冷剂液体的温度保持在饱和温度以下。因此，一小部分过冷液体要来冷凝一部分制冷剂蒸汽直到在一个相当于冷凝压力的饱和温度达到平衡。制冷剂液体经过节流装置（节流阀）在焓值保持不变的情况下，压力降到系统吸气压力进入到蒸发器内蒸发吸热进行有效的制冷循环过程。

2.2 蒸发式冷凝器节能原因

蒸发式冷凝器从制冷和空调系统中带走热量，但其消耗的能量和水量最少，水泵将水从集水槽送到喷淋系统中，通过喷嘴喷淋到冷凝盘管表面，确定水的最小流量应能保证喷淋水完全覆盖冷凝器盘管表面，喷淋水分布均匀和防止结垢就足够了，由此可确定水泵的最小功率。

风机系统强迫空气穿过下落水和盘管的表面，一小部分水被蒸发后带走制冷剂蒸气中的热量并将盘管内的制冷剂蒸气冷凝，因此就像冷却

塔一样，所有的散热都是通过水的蒸发来完成的，这样就节省了大约95%的通常由一次性用水系统所需的水量。

蒸发式冷凝器实际上就是把冷却塔和壳管式冷凝器结合在同一设备中。它去掉了在壳管式冷凝器系统中所必须的冷凝水的显热传热过程。这样就允许冷凝温度大体上接近设计湿球温度，从而使压缩机功率消耗最小。

水的温度和水流量是在指定设计的湿球温度条件下，是以氨和氟为制冷剂的制冷和空调系统中普遍采用的，这些条件有助于选择最经济的蒸发式冷凝器。然而，在同等的湿球温度下，使用一个较大的其它类型的冷凝器，也可以获得较低的冷凝温度和降低压缩机消耗功率。

2.3 蒸发式冷凝器相对其它冷凝系统的优点

2.3.1 系统运行费用低

冷凝器的冷凝温度在20.3℃以内是非常实际和经济的，其结果是压缩机功率比其它的冷却塔冷凝器系统节省至少10%的功耗，并且比风冷式冷凝器系统节省30%的功耗，风机的功率与其它冷凝器系统的风机消耗的功率相当，并且大约是相同规格的风冷式冷凝器风机功率的1/3。由于泵的扬程较低和水流量的降低，水泵的功率大约是普通的冷却塔冷凝器系统中所需要的水泵功率25%。 2.3.2 节省初投资

蒸发式冷凝器把冷却塔、冷凝器、循环水池、循环水泵和水管综合为一体，这样减少了冷却塔、循环水泵和水管等设备，也减少了冷凝器系统中处理与安装单个元件的费用。

由于蒸发式冷凝器高效率地利用蒸发式冷却换热方式，所以能有效地减少换热面积、风扇的数量和风机电机功耗。 2.3.3 节省空间

蒸发式冷凝器通过把冷凝器盘管和冷却塔结合成一体节省了宝贵的空间，并且没必要像其它冷凝器系统那样需要较大的水泵与管路。

蒸发式冷凝器只要求大约是相同规格的风冷式冷凝器的50%的迎风

面积。 2.3.4 节水

水冷式冷凝器1kg冷却水能带走4.66～.9w的热量，而1kg水在常压下蒸发能带走676w热量，因而蒸发式冷凝器理论耗水量仅为一般水冷式冷凝器的1%，实际上由于吹散损失、排污换水等，耗水量为一般水冷式冷凝器的5%～10%，因而它特别适用于缺水地区。

2.4 蒸发式冷凝器在国内应用不广的原因

(1) 目前国产蒸发式冷凝器质量普遍不高，换热效率没有体现其应有的优势,而且由于水质和外部运行问题，通常几年下来会带来外壳腐蚀和换热管结垢等问题，影响其寿命。

(2) 国外以及合资企业的蒸发式冷凝器质量较好,但其价格不仅远高于国内蒸发式冷凝器。并且要高于其它类型冷凝器。在一定程度上影响了它的应用。

(3) 观念问题，一般习惯于使用传统的卧式冷凝器和立式冷凝器作为主要冷却设备。

第3章 蒸发式冷凝器的设计计算

3.1参数的确定

本设计的制冷量100kw，并且是氨制冷系统，设蒸发温度为-10℃，由全国部分城市室外气象参数查得上海的夏季空气调节室外计算湿球温度为28.2℃，干球温度为31℃，在蒸发式冷凝器中蒸发管润湿表面的水分蒸发而引起的换热约占全部换热量的80％左右，因此水分蒸发的快慢直接与冷凝温度有关。在一定的风速下，水分蒸发速度取决于室外空气的相对湿度，因此，以湿球温度为基准，考虑适当的温差而确定t1，其计算式为：

t1=ts＋(5～10)℃

式中ts——与室外计算温度相对应的夏季湿球温度，单位℃。

有上公式得此冷凝温度设为36℃,根据制冷量，蒸发温度，冷凝温度试对压缩机进行选型计算。

表3-1上海市室外气象参数表

3.2换热量计算

1.设定工况下的qr和值 根据蒸发温度t

z

=-10℃,冷凝温度t1=36℃,查下表和图得

qr=2576.9kJ/m3,=0.73。

表3-2 R717 单级压缩机单位容积制冷量qr （单位：KJ/m3)

图3-1 R717压缩机输气系数

值

1.将已知数据带入式 V

3.6j

q

=3.6100000/0.732576.9

33

m/h=191.37m/h 

r

2.确定压缩机的型号和台数。由氨活塞式制冷压缩机基本参数表3-3查得，

表3-3 氨活塞式制冷压缩机基本参数表

一台8AS-10型压缩机的理论输气量为253.6m3/h,结合选机原则选一台8AS-10型制冷压缩机可满足需要，即

m3/h=253.6m3/h V1253.6

还有表3-3得：

单台8AS-10压缩机的制冷量为108.298kw,单台功率为31.6kw, 冷凝负荷也成换热量或者冷凝负荷。制冷剂在冷凝器中放出的热量包括两部分，通过蒸发器向被冷却物体的热量以及由机械功转化的热量。

计算公式：

Qk=1×(QO +N×m) 式中：

Qk——换热量，kW;

1 —— 压缩机台数；

Q0——单台8AS-10型压缩机制冷量，kW; N——单台8AS-10型压缩机轴功率，kW;

m—— 8AS-10型压缩机的机械效率，这里按0.8算；

e——修正系数。

根据图4-2，取值约为1.6（tk为冷凝温度，ts为湿球温度）。

图3-2 蒸发式冷凝器排热量修正系数

按式计算得：Qk=1×(108.298+36×0.8)×1.6=219.35kw

3.3理论传热面积的确定

理论传热面积是根据换热量和单位面积热流量确定出的一个传热面积的理论值，在数值上和实际传热面积存在差异。 计算公式： S=Qk/qf 式中：

S——理论传热面积，m3 Qk——换热量，kw

qf——单位面积热流量，kw/㎡

qf 对的选取有不同的标准，主要依据技术和制造水平而定。机电

工业部1992年颁布的标准是qf≥1.744kw/㎡，中国有关文献设计普遍取1.74～42.33kw/㎡。以往中国«冷藏库设计手册»推荐qf=1.6～2.0kw/㎡，机械行业标准规定qf=1.8～2.5kw/㎡，单现今世界各生产厂的企业标准一般高于以上取值；上海益美高公司产品的qf=3.26～3.64kw/㎡；下面对qf进行计算。

本设计采用25㎜无缝钢管，盘管材料采用20号优质碳钢，盘管的管型有圆管、椭圆及一些特殊管型，本设计采用圆管。盘管管束呈正三角形错列布置。管长3m，考虑弯头及壳体间隙，迎风面长为B为3.3m，管间距Pt=50㎜，确定空气各参数。

蒸发式冷凝器进口空气状态：

根据进口空气的干球温度和相对湿度，由焓湿图可查的进口焓值

h1=67.3kJ/kg。

水膜处空气状态（为饱和状态），假设水膜温度tw=34℃，则水膜处饱和空气焓hw=122.6kJ/kg。

出口空气状态：

由k=ma（h2h1），计算得出口空气焓值h2=108kJ/kg；根据焓湿图的蒸发式冷凝器空气变化过程,则可确定出空气干球温度t2=31℃。

hmhw

h2h1

hh

lnw1求得空气平均焓值为hwh2

管外空气的平均焓值，由公式

92kJ/kg,根据图空气变化过程由焓湿图查得空气平均温度tm32℃。

计算对流换热系数：

水膜与流动空气间的对流换热系数wa，取空气迎风风速

uf=4.0m/s，则最窄面处空气流速：

ufmax

s

uf4.0m/s sd0

空气温度为32℃时，空气参数m=2.689×102w/(m﹒k),m16.192×106㎡/s，cpm1.005kJ/(kgk)，则管外水膜与空气对流换热系数

awa0.297

mufmaxd00.602

()72.1w/(m2k) d0m

Aawa(hwhm)Aw2

a1428W/(mk)，j管外空气当量对流换热系数为：cpm(twtm)A0

其汇总A取0.94，w

AW

1.3，热流密度qa(tt)3002w/m2，按式fjwmA0

计算换热面积得：S＝219.35/3.002＝73.06(㎡)

3.4配风量的确定

配风量是蒸发式冷凝器内部的总风量，直接决定着风机的功率。一般用单位换热量所需风量表示，中国机械行业标准规定的数值为220㎡/(hkw)，也有的按3003～40㎡/(hkw)配置。增大风量有利于提高传热系数，但风量增大，风机的电耗也随之增加，故应合理选取配风量。计算公式：

LD＝Ｑk× 式中：

LD——配风量，m3/s Qk——换热量，kw;

——配风比，m3/(s﹒kw)。

配风比美国标准是=3×10

2

m3/(s﹒kw)，机电工业部颁布标准

6.11×102m3/(s﹒kw)。配风量大，传热效果好，但耗功增加，为

取得较大的qf值，同时耗电量由不至于过大，一般取中间偏大值，文章选为0.061m3/(s﹒kw)。

按上式计算得：

LD=219.350.061=13.38(m3/s)

3.5迎面风速及迎风面积的确定

一些学者进行了迎面风速对蒸发式冷凝器的性能影响的实验，结果表明蒸发式冷凝器迎面风速有一个最佳范围（2.9～3.1m/s)。制冷量和能效

比分别与迎面风速的关系见下图3-3和图3-4。

图3-3 制冷量和迎面风速关系图

图3-4 能效比和迎面风速关系图

迎面风速越大，空气与换热盘管外表面水膜的接触时间越短，空气与水膜的热湿交换就越不充分；此外，迎面风速的增大，能增强热湿交换面上热质传递的剧烈程度，使得热湿交换更加充分。故只有使用最佳迎面风速，制冷量和能效比达到最佳，才能使得蒸发式冷凝器的性能达到最佳。

迎风面积计算公式：

A=LD/VF

式中:

A——迎风面积，m3; LD——配风量，m3/s; VF——迎面风速，m/s。 按式计算的： A=13.38/3=4.46m2

3.6盘管的设计

本设计采用25㎜无缝钢管，盘管材料采用20号优质碳钢，盘管的管型有圆管、椭圆及一些特殊管型，本设计采用圆管。盘管管束呈正三角形错列布置。管长3m，考虑弯头及壳体间隙，迎风面长为B为3.3m，则：

D=A/B 式中：

D——迎风面宽，m; A——迎风面积，m2; B——迎风面长，m。 桉上式计算得： D=4.46/3.3=1.537m

管径d0为25㎜（20号优质碳钢的无缝钢管)，管间距Pt=50㎜。 nH=D/(Pt+d0) 式中：

nH——每排管数； D——迎风面宽，m； Pt——管间距，m。 按式计算得：

nH=1.537/0.07514(排） S1=S/nH 式中：

S1——每排管的面积，㎡； S——理论传热面积，㎡； nH——每排管数。 按上式计算的： S1=73.06/14=5.65㎡ 式中：

N——管程数；

S1——每排管的面积，㎡； S2——单排管的表面积，㎡。 按上式计算：

N=5.65/(2×0.01252+2×0.0125×2.3)=8(程），故管程数取8数。

由此可以确定实际传热面积： S'=S2×N×nH

S'——实际传热面积，㎡； S2——单管的表面积，㎡； N——管程数； nH——每排管数。 按上式计算的：

S'=(2×0.01252+2×0.0125×2.3)×8×4=73.05(㎡)，符合理论传热面积。假设的水膜温度符合要求。

3.7淋水量及补水量的确定

淋水量的配置以能全部润湿冷凝盘管表面、形成连续的水膜为原则，力求获得最大的传热系数。水量过小，不足以满足冷凝的要求；水量过大，反而不利于热交换，同时会造成水泵功率增大。

中国JB/T7658.5-95标准的单位冷凝负荷的淋水量0.032L/(S﹒KW)，美国工业制冷手册标准为0.018L/(S﹒KW)。

本设计选用中国JB/T7658.5-95标准的单位冷凝负荷的淋水量r=0.032L/(S﹒KW)。

计算公式： GS=Qk×r

GS——淋水量，kg/s； Qk——换热量，kw；

r——单位冷凝负荷的淋水量，kg/(s﹒kw)。

补水量一般为淋水量的5%～10%，湿度较大地区取小值。 按上式计算得：

GS=219.35×3.20×102=7.019(kg/s) 计算公式： W=GS×5% 式中：

W——补水量，kg/s； GS——淋水量，kg/s。 按上式计算得：

W=7.019×0.05=0.35(kg/s) 水泵功率的确定 计算公式： NS=9.8×GS×HZ 式中：

NS——水泵功率，kw； GS——淋水量，kg/s；

HZ——水泵扬程，m(值为10m)。 按上式计算得；

NS=9.8×7.019×10=6.87(KW)

3.8风系统的设计

空气流过蒸发式冷凝器的阻力为通过冷凝管、挡水板、喷嘴排管、进口风栅、空气净化器等阻力部分之和。 （1）空气流过冷凝盘管的阻力：

计算公式G'm＝Gm/(A－nH×d0×B)=LD×/(A－nH×d0×B)

式中：

G'm——最窄面空气质量速度，kg/s； Gm——配风量的质量流量，kg/s；

LD——配风量的体积流量，m3/s

p——此工况下空气的密度，kg/m3； A——迎风面积，m2 ；

nH——每排管数； Do——管径，m; B——迎风面长，m。 按上计算得 ： G

'm

= 13.38×1.15/(4.46-14×0.025×2.3) = 4.21(kg/s)

当P0/do =2时， △P1= 0.51×10—9×N×G' 式中:

△P1——空气流过冷凝管的阻力，Pa; N——管程数；

G'm——最窄面空气质量速度，kg/s。 按上式计算的： △P1=0.51×10

9

2

m

1.02

×2×4.212×1.02=0.18×10

7

（Pa)

空气流过挡水板的阻力： 计算公式 △P2=E×V2/2g 式中：

△P2——空气流过挡水板的阻力，Pa；

E——局部阻力系数，挡水板只有一折时E=3； V——最窄面风速，m/s(一般取V=1.2VF)； VF——迎面风速，m/s； g——重力加速度，m/s。 按上式计算得：

△P2=3×（1.2×3.0）

2

/2×9.8=1.98(pa)

空气流过喷嘴排管的阻力： 计算公式：

△P3=0.01×Z×(VF)2/2 式中:

△P3——空气流过喷嘴的阻力，Pa Z——喷嘴的个数； VF——迎面风速,m/s；

——此工况下空气的密度，kg/m3。

按上式计算得：

△P3=0.01×32×3.02/(2×1.15)=1.25(pa)

用迎面风长和迎面面宽分别除以喷嘴和喷嘴的间距㎜，得出的两个数再相乘，即得喷嘴的个数。

即：2.3/0.3=8,1.03/0.3=4,Z=4×8=32 计算公式

△P'=△P1+△P2+△P3 式中：

△P'——空气流过蒸发式冷凝器的阻力，Pa； △P1——空气流过冷凝管的阻力，Pa； △P2——空气流过挡水板的阻力，Pa； △P3——空气流过喷嘴的阻力，Pa。 按上式计算得： △P'=0.18×10

7

300

+1.08+22.523.3（Pa），再考虑进口风栅、

空气净化器等阻力损失，风机压头△P选为23.3Pa。

风机功率的确定

目前中国的蒸发式冷凝器多为上吸收式，其风机设置在箱体的上不，箱内维持负压，水的蒸发温度较低，但风机长期处于潮湿环境中，容易被腐蚀，故应采用路铝合金风叶和全封闭电机。

计算公式：

Nf=△P×LD

Nf——风机功率，kw；

△P——空气压力损失，即风机压头.Pa； LD——配风量，m3/s。 按上式计算得：

Nf=10×13.38=138.8w=0.138(kw)。

本蒸发式冷凝器适用于热负荷为00kw的冷库中。1

第4章 压力调节

为了保证系统正常运行，过低的冷凝压力应当避免，可以通过以下途径调节：

（1）间断开启风机。

（2）调节风机节气阀,减少风量（只使用于离心风机)。 （3)采用变速风机。一般为两速：100%和

50%，分别提供

100%和大约60%的冷凝能力，停泵，单独开风机冷凝能力大约为原来的10%。

通常，两速风机已经足够，因为冷凝压力只要保证制冷剂液压力和热气除霜压力足够即可，冷凝压力范围不必很严格。应用变频电机可以控制冷凝压力在较大范围内变化,但价格较贵，适用于冷凝压力控制要求较高的情况。

调节风机节气阀也可控制冷凝压力，但不省能。通过水泵来调节冷凝压力也不可取，因为换热管表面忽干忽湿易造成腐蚀生锈。

第5章 国内产品存在的问题及解决途径

（1）换热管效率不高

国内换热管一般为25×2.5的无缝钢管，传热效果一般为1.74～2.33kW/m2，仅能达到国外同类产品的

1/3左右,美国

EVAPCO产品应用专利椭圆换热管,不但增强了换热能力，而且结构紧凑,减少了风阻，降低了风机功率。试验与理论证明，椭圆管确实可以增强换热效果，目前应用在空气冷却器和石油化工设备上较多,在此,也可以考虑使用。 （2）腐蚀问题

蒸发式冷凝器外壳由于常年处于水与空气的潮湿环境下，易于腐蚀,需要热浸锌处理，由于浸锌不均匀或厚不够,部分地方腐蚀严重,影响产品寿命。蒸发式冷凝器的换热管也存在同样问题。因此热浸锌质量要把好关,保证镀锌厚度。

（3）结垢问题

蒸发式冷凝器长期运行中,底部水箱受到由进风口带来的赃物污染，由于用户常疏忽淸洗，水质得不到保证,水在换热管上不断蒸发，杂质逐渐沉淀在换热管表面,使换热管表面结垢,大大降低了换热效果。解决办法一是使用软化水，二是注意定时换水，保持箱体内水质清洁。换热管水垢可用弱酸清洗,不能破坏镀锌层。

（4）水量的合理分布

喷淋水的水量选择和均匀分布对蒸发式冷凝器换热效果有很大的影响，国内蒸发式冷凝器水量一般按行标选择，与国外产品相比,水量偏小，目前国内在这方面文献不多，要使水量匹配合理需作进一步理论研究。

（5）风机

以往国产蒸发式冷凝器一般为吹风式结构,风机装在下面，由于挡水板设置不当，或用户操作不当，先开水泵后开风机,造成风机接线盒进水短路，使电机烧毁。现在采用吸风式较多，

接线盒放在箱体外，避免与水接触,一般不存在上述问题，但对风机叶片要求较高,要能抗腐蚀。

（6）振动与噪声问题

蒸发式冷凝器管内走高压气体，若管束固定不牢,受高压气体冲击，易发生振动，产生较大的噪声。因此,应注意管束与箱体连接稳固，还可考虑在箱体的槽钢基础的固定螺栓上使用减震弹簧来降低噪声。

（7）维护问题

蒸发式冷凝器对维护保养的要求相对较高,需要用户定期维护，如清理水箱内杂物，保证水质要求。这点一般用户很少能够作到，而这是提高蒸发式冷凝器使用寿命的重要保证。

第6章 设备布置和配管应注意的问题

设备布置

为使风机带出的热湿空气顺利排放出去,蒸发式冷凝器四周不应有高的阻挡物；若有墙，应离开墙面0.5m以上，以保证箱体下部有足够的进风量。

设备配管

（1）放空气,蒸发式冷凝器在冷库中用的较多,在一些速冻厂，由于速冻装置蒸发温度低（一般-40℃),采用氨为工质,使吸气压力长期处于负压状态，这样难免有一部分空气渗入系统,而蒸发式冷凝器放空气比较难，结果造成冷凝压力上升,换热效果下降显著。目前大多数厂家的蒸发式冷凝器出液集管比出液管大一号，放空气管从出液管的上部接出，由于出液管同出液集管径相差较小，因此，出液管内基本处于满液状态，空气与氨液分离不明显，给放空气带来一定困难。

经验措施：将出液集管管径放大到出液管的两倍且集管长度不小于700mm,在出液集管上部用比集气集管小一号的无缝钢管作一个集气包,用于集空气,冷凝器的放空气管从集气包上部引出。在冷凝器运行时于底部放气处放空气,停机时在顶部放空气。

（2）蒸发式冷凝器与贮液器之间的正确接管对于冷凝器正常运行有很大关系，特别是在多台蒸发式冷凝器与贮液器之间,贮液器与蒸发式冷凝器接管长度不小于1.5m,多台冷凝器出液管应经过U形弯进入贮液器，这样,多台冷凝器之间压力不平衡可以通过在出液管内累积的压头消除,否则冷凝进入压降较大的冷凝器盘管内，占用了换热面积。

第7章 运行与维护

7.1初次开机

在初次起动之前或停机一段时间之后，应该彻底检查和清洗蒸发式冷凝器。

（1）清除设备内部和空气进风格栅处的碎屑，诸如树叶和尘土。

（2）排干水槽（水过滤器在原位），冲掉积尘。

（3）卸下过滤器，洗净后重新装上。

（4）检查喷水头和传动部件。

（5）用手转动风机确保能正常运行。

（6）起动风机电机，检查风机能否正常运行。

（7）检查浮球补水阀，确保此阀运行正常。

（8）在季节性起动前，请润滑风机轴承。

（9）将浮球安装在补水阀上，调整到使浮球大约在溢水位以下10mm时补水阀关闭。

（10）起动循环水泵并检查水泵的转向是否正确。

（11）打开补水阀并调整好补水量。

（12）检查风机电机和水泵电机所有的三相电压和电流，电流不能超过铭牌上的额定值。在长期停机后，必须用绝缘测试仪检测电机的绝缘性，然后才能重新启动电机。频繁的开停会引起风机电机过热，允许每小时开停不超过6次。

7.2 运行24小时后

在24小时的负载运行后，应进行以下维护工作：

（1）检查设备是否有不正常的噪音和振动。

（2）检查水槽中的运行水位是否正常，如果必要的话调整补水浮球阀。

（3）清洗进水过滤网。

（4）检查喷头和传热部件。

( 5） 在运行期间，应该对设备进行例行的检查、清洗和润滑。

7.3季节性的停机

每当蒸发式冷凝器长时间停机时，必须进行如下的保养工作。

（1）清除设备内部或空气进风格栅处的所有碎屑，诸如树叶和尘土。

（2）排干水槽（进水过滤器在原处）冲掉积尘。

（3）卸下进水过滤器，清洗后重新装上。

（4）盖好风机排风口，以防止碎屑的和尘土进入。

（5）润滑风机轴承和电机底座调整螺栓。

（6）关闭补水管路的水阀并排净户外补水管路和水槽中的积水。

（7）检查防腐蚀系统是否完好。

7.4 维护程序

7.4.1水槽和过滤器

水槽应该定期检查，积聚在水槽或过滤器上的任何杂质应该清理掉，浮球应该按设计要求调整水平。每季度应该将水槽排干一次或多次，用清水冲洗掉积聚在它里面的泥浆。如果不能定期清洗，泥浆会变得具有腐蚀性并减弱防锈层的保护作用，水槽被清洗后，应撒下过滤器，清洗并重新装上，然后向水槽里重新注入清水。

7.4.2补水阀

浮球补水装置是一个标准装置安装在设备中来控制补水的，它安装在设备水槽内部，在空气入口的外部很容易就能接触到。

补水装置是由铜补水阀组成，补水阀与浮球臂装置相连并由一个直径很大的聚笨乙烯的塑料浮球控制动作，浮球安装在一个螺纹杆上，由翼形螺母固定。水槽中的运行水位可以通过改变翼形螺母的浮球和螺纹杆的位置来调节。

补水装置应该每月检查一次并作必要的调整，每年应对阀门作一次防泄漏检查，必要的话更换阀座。为了维护正常的运行，应将补水压力维持在103kpa～345kpa之间。

为了设定初始水槽的水位，当水槽中的水位在溢流水位10mm以下

时，这种设置能使运行水位维持在19mm的水位，要注意调节补水浮球阀来获得合适的运行水位，在最初的24小时运行中要严密注视水槽，必要时调整水位。

电子水位控制器可用来代替上面所说的机械补水装置，这种仪器由探针型液位控制器和一个电磁阀组成，不锈钢电极可从电极头延伸到水盘，这些电极必须定期清洗，以防止腐蚀物、泥浆或生物积聚影响电路灵敏，有了电子水位控制器，水位可以维持在合理的运行水位，而不必考虑系统的热负荷变化。

7.4.3风机电机

用在蒸发或冷凝器上的标准风机电机是一种带有润滑轴承和对轴承、轴和绕线进行专门防潮保护的全封闭电机，在运行期间，电机的外表面至少每季度清洗一次，以确保电机的正常冷却，重新启动电机之前，应该用绝缘表来检测电机的绝缘性能。

运行：每运行2000小时后或每三个月润滑轴承一次。

季节性停机：在长期停放或停车时应向轴承中注入新的润滑油。

7.4.4喷嘴和传热部件

喷嘴和传热部件应每月检查、清洗一次，可以按以下步骤进行：

（1） 检查喷嘴是否正常喷淋。

（2） 清洗所有堵塞的喷嘴，如有必要可拆下喷嘴和塑料孔清洗干净，重新装上并拧紧。

（3） 检查盘管和PVC热交换层，修好所有有腐蚀、损坏和阻碍喷水的地方。

（4） 在环境温度低时，盘管可以干运行一段时间，再湿运行，但不能频繁开停循环水泵，频繁开停循环水泵会导致盘管结垢，并降低设备的传热性能。

7.5冬季运行

7.5.1防止水盘结冰保护

当设备停机时，应对水盘进行防结冰保护，可使用电加热器、蒸汽

盘管。当使用远置水槽时不需要防结冰保护。当远置水槽停用时，暴露在外面的补水管在停机时都应该进行绝热处理或将水放掉。

7.5.2喷水温度

当在低于冰点的环境温度下运行时，喷水温度会低于设计值，低的喷水温度会促进冰的形成，当在低于冰点的环境温度下运行时，蒸发式冷凝器的喷水温度应该维持在10℃（使用防结冰溶液时应可以保持7℃），应该经常检查以发现潜在的结冰问题。

7.5.3容量控制

为维持足够高的喷水温度的第一步是设备运行在尽可能大的热负荷下。第二步是减少设备容量（例如通过关停风机）。过于频繁地关停风机会引起电机过热。每小时关停次数不能超过6次。如果设备配有双速电机，风机低速运行就能防止水结冰，必要时定期关掉风机以防止结冰或溶解冰块。

在恶劣的环境下，如果通过关停风机不足以防止结冰，则可以将风机反转，通过将暖空气吹出进风格栅以除去所有的冰块。但过久的反向运行会引起风机叶片、风道和挡水板结冰，并损坏设备。由于这个原因，使用风机反向运行时间不得超过30分钟。

更好的防结冰保护措施是安装一个温控报警器，当盘管的出液温度低于10℃（防冻溶液低于7℃）时报警。

7.6水处理

腐蚀和结垢处理在蒸发式冷凝器中，是通过蒸发一部分流经盘管的循环水来冷却的。当水蒸发时，原来存在的杂质还留在水中，水中溶解的固体的浓度很快提高并达到很高的浓度。空气中的杂质经常进入循环水，使危害更加严重，如果这些杂质和污物不能有效控制，会引起结垢、腐蚀和泥浆积聚，从而降低传热效率，增加运行成本。在循环水中的溶解固体积聚的程度可以定义为浓缩周期。具体说浓缩周期就是循环水的溶解固体（如氯化物、硫化物等）与补水中的溶解固体之比。为了最佳的传热效果和最长的使用寿命，应该控制浓缩周期使得循环水应该维持

在一定范围之内；

循环水的PH值为8.3防止设备“白锈”，白锈就是积聚在镀锌钢表面上的白色、蜡状和破坏锌层的腐蚀物。

可以通过从系统中定期放出一部分循环水来控制浓缩周期，排出的污水可以通过用新鲜水重新补足，从而控制杂质的积聚，排污可根据水质情况来确定，由阀门控制的排污管可以从系统中连续的排污。在这种装置中，排污率可以由排污管上的阀门来调节，应该定期检查排污率和水质以确保水质的有效控制。所要求的连续排污率可以用下式来计算：

排污率＝蒸发率/浓缩周期

蒸发率可以由下列之一来决定：

(1)蒸发率是每293KW的排热量大约7.57kg/min

(2)蒸发率是每351.7KW的制冷量大约11.36kw/min

(3)蒸发率＝水流量×温度×0.001

另外还有进行生物控制和化学处理，必须进行化学处理以控制结垢和腐蚀并维持水质在合格范围内。化学处理程序必须符合以下要求：

(1)化学物质必须适应系统中使用的镀锌钢板和其他材料（管、热交换器等）。

(2)防结垢和腐蚀的化学品必须通过一个自动连续计量加料方式加入循环水。这样就能防止局部集中的、高浓度化学物质引起腐蚀。化学物质应加入循环水泵的排放口，而不应该一次性的直接加入水槽中。

7.7生物控制

防结垢、控制腐蚀的排污方法，不管是否进行化学处理，都不适合于控制生物杂质。海藻、泥渣和其他微生物的生长不但会降低系统的传热效率，并能促进循环水系统中潜在的微生物的生长。

因此当系统首次注满水时，应进行专门用于控制生物的杀菌处理程序，然后根据设备说明书进行操作。液态杀菌剂可以用稀释的形式加入水槽，如果使用固态杀菌剂，则必须通过一个坩锅加料装置来加入系统。如果使用臭氧水处理，为了设备的最大使用寿命，臭氧的浓度不应超过3～4ppm。停机一段时间后再起动,为了减少停机期间微生物杂质所产生

的影响，当系统停机超过3天应将系统循环水排净。需要恢复运行前，清除系统中所有的杂质，再用清水重新注满水槽。在起动风机和水泵前，请按下列两个杀菌处理程序之一来操作：

（1）重新使用停机前所使用的杀菌处理程序，为了使系统处于良好的生物控制之下，应尽量节省使用杀菌剂来保证水处理的质量。

（2）检查循环水的PH值，必要时调整到7.0～7.6。用氯化纳来处理使系统中4～5mg/L的氯含量。

关于结垢、腐蚀处理和生物控制的具体方法，请多向有经验的水处理专家进行咨询。

换热盘管的内部和外部都需要必要的清洗，使用的化学物质适用于被处理的材料（例如标准盘管外部是镀锌钢，内部是黑碳钢）。

蒸发式冷凝器在室外安装的用钢管的制冷系统通常在安装和生产过程中会在盘管和连接管道内部留下焊渣，通常在实际应用中安装过滤器以便在系统初次启动时清除杂质，在系统运行24小时就应该清洗或更换过滤器。

结论

在本次蒸发式冷凝器的设计过程中，我学会了很多东西，设计蒸发式冷凝器应整体考虑，其中设计的关键是淋水量、风量和热负荷的合理匹配。本设计的热负荷为219.35kw，淋水量为7.019(kg/s),理论传热面积为73.06㎡，实际传热面积为73.05㎡，配风量为13.38（m3/s )，能够进行合理匹配，符合设计要求。随着国产蒸发式冷凝器的性能不断提高，以后不仅在氨制冷系统中使用，而且在氟利昂中央空调系统也将大量使用，尤其是在缺水地区使用蒸发式冷凝器最为经济，应用前景将会十分广阔。

致谢

大学三年学习时光已经接近尾声，在此我想对我的母校河南机电高等专科学校，我的父母、亲人们，我的老师和同学们表达我由衷的谢意。感谢我的家人对我大学三年学习的默默支持；感谢我的母校河南机电高等专科学校给了我在大学三年深造的机会，让我能继续学习和提高；感谢制冷教研室老师和制冷10级同学们三年来的关心和鼓励。老师们课堂上的激情洋溢，课堂下的谆谆教诲；同学们在学习中的认真热情，生活上的热心主动，所有这些都让我的三年充满了感动。

这次毕业论文设计我得到了很多老师和同学的帮助，其中我的论文指导老师王任远老师对我的关心和支持尤为重要。每次遇到难题，我最先做的就是向王任远老师寻求帮助，而王任远老师每次不管忙或闲，总会抽空来找我面谈，然后一起商量解决的办法。王任远老师平日里工作繁多，但我做毕业设计的每个阶段，从选题到查阅资料，论文提纲的确定，中期论文的修改，后期论文格式调整等各个环节中都给予了我悉心的指导。这几个月以来，王任远老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想给我以无微不至的关怀，在此谨向王任远老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。同时，本篇毕业论文的写作也得到了赵超、刘智慧等同学的热情帮助。感谢在整个毕业设计期间和我密切合作的同学，和曾经在各个方面给予过我帮助的伙伴们。在此，我再一次真诚地向帮助过我的老师和同学表示感谢！

河南机电高等专科学校毕业设计说明书

参考文献

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(16).49～52.

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[6] 邱嘉昌，刘龙昌.蒸发式冷凝器的应用与管系设计研究[J].制冷技术，2003(2).28～33.

[7] 邱嘉昌，刘黄炳.蒸发式冷凝器的特点及应用[J].小氮肥，2006

(3).6～8.

：中国建

37

摘要

本课程设计是关于蒸发式冷凝器的设计，针对蒸发式冷凝器的换热过程同时存在显热和潜热交换，计算过程比较复杂且方法较多的情况，采用一种简单的蒸发式冷凝器的设计计算方法，通过基本参数确定、盘管设计、水系统设计和风系统设计，进行系统设计计算，得出换热量、传热面积、淋水量、水泵功率和风机功率等设计参数，该方法适用于常规蒸发式冷凝器的设计计算。

关键词：蒸发式冷凝器；盘管；水系统；风系统。

Abstract

The evaporative condenser is designed. For the heat transfer process of evaporative condenser with latent heat exchange and sensible heat exchange, the calculation method is complex. It has a lot of method for evaporative condenser and a simple practical design calculation method of evaporative condenser is used for the design and calculations of the conventional evaporative condenser. Through the calculation of basic parameters, coil design, water system design and air system design, system design calculations were completed. The quantity of heat transfer, the area of heat transfer, the quantity of spray water, pump power and fan power were calculated. This method is applicable to the conventional design and calculation of the evaporative condenser.

Keywords ：evaporative condenser; coil ; water system ; air system

目录

绪论 .................................................... 1

第1章 冷凝器的种类 ................................... 2

1.1水冷式冷凝器 ...................................... 2

1.1.1立式壳管式冷凝器 ............................ 2

1.1.2卧式壳管式冷凝器 ............................ 3

1.1.3套管式冷凝器 ................................ 3

1.2空气冷却式冷凝器 ................................. 4

1.3淋水式式冷凝器 ................................... 6

1.4蒸发式冷凝器 ..................................... 6

1.4.1 蒸发式冷凝器的结构原理 ..................... 6

1.4.2 蒸发式冷凝器运行原理 ....................... 7

第2章 蒸发式冷凝器的优缺点 ......................... 9

2.1节能介绍 ......................................... 9

2.2蒸发式冷凝器节能原因 ............................. 9

2.3蒸发式冷凝器相对其它冷凝系统的优点 .............. 10

2.3.1系统运行费用低 ............................. 10

2.3.2节省初投资 ................................. 10

2.3.3节省空间 ................................... 10

2.3.4节水 ....................................... 10

2.4蒸发式冷凝器在国内应用不广大致的原因 ............. 11 第3章 蒸发式冷凝器的设计计算 ..... 错误！未定义书签。

3.1参数的确定 ....................................... 12

3.2热负荷计算 ....................................... 12

3.3理论传热面积的确定 ............................... 15

3.4配风量的确定 ..................................... 17

3.5迎面风速及迎风面积的确定 ......................... 17

3.6盘管的设计 ....................................... 19

3.7淋水量及补水量的确定 ............................. 20

3.8风系统的设计 ..................................... 21

第4章 压力调节 ...................................... 25

第5章 国内产品存在的问题及解决途径 ............... 26 第6章 设备布置和配管应注意的问题 . 错误！未定义书签。

第7章 运行与维护 .................................... 29

7.1初次开机 ......................................... 29

7.2 运行24小时后 ................................... 29

7.3 季节性停机 ....................................... 29

7.4 维护程序 ........................................ 30

7.4.1水槽和吸入过滤器 ........................... 30

7.4.2补水阀 ..................................... 30

7.4.3风机电机 ................................... 31

7.4.4喷嘴和传热部件 ............................. 31

7.5冬季运行 ........................................ 31

7.5.1防止水盘结冰保护 ........................... 31

7.5.2喷水温度 ................................... 31

7.5.3容量控制 ................................... 32

7.6水处理........................................... 32

7.7生物控制 ........................................ 33

结论 .................................................. 35

致谢 ................................................... 36

参考文献 .............................................. 37

绪论 本课程设计主要是对蒸发式冷凝器的设计，制冷装置中冷凝器种类很多，通常有风冷 式冷凝器,带冷却塔或不带冷却塔的水冷式冷凝器以及蒸发式冷凝器,蒸发式冷凝器主要在中央空调和冷库，制冰等大中型制冷设备中应用。相对于其它冷却设备，蒸发式冷凝器的应用比例并不高，但蒸发式冷凝器作为高效换热设备，其优势是明显的：

(1) 同带冷却塔的水冷式冷凝器相比，蒸发式冷凝器大大减少了水的消耗,对于我国水资源严重不足的北方地区有重要意义。

(2) 同风冷式冷凝器相比，蒸发式冷凝器冷凝温度较低，这是因为风冷式冷凝器冷凝能力受限于环境干球温度,而蒸发式冷凝器受限于环境湿球温度，而湿球温度一般比干球温度低8～14℃,加上上侧风机给设备造成的负压环境，因此其冷凝温度较低，换热效果非常理想。在HVAC系统中相对于其他冷凝器可以节能20%～40%。

(3) 因为传热传质两个过程在蒸发式冷凝器内一次完成，因而不需要冷却塔,相对于传统的带冷却塔的水冷式冷凝器,结构更紧凑。

(4) 同其它类型的冷凝器相比，蒸发式冷凝器总耗功率显著降低，压缩机输入功率减少，因而省能。这对于倡导节能的当今社会具有重要的意义。国外发达国家蒸发式冷凝器的应用十分广泛。除了部分中央空调采用卧式冷凝器和风冷冷凝器外,大部分采用蒸发式冷器，而立式冷凝器很少使用。

蒸发式冷凝器有这么多的优点，相信在不久的将来肯定能有巨大的推广。

第1章 冷凝器的种类

1.1水冷式冷凝器

水冷式冷凝器是以水作为冷却介质，靠水的温升带走冷凝热量。冷却水一般循环使用，但系统中需设有冷却塔或凉水池。水冷式冷凝器按其结构形式又可分为壳管式冷凝器和套管式冷凝器两种，常见的是壳管式冷凝器。

1.1.1 立式壳管式冷凝器

立式壳管式冷凝器（如图1-1）的主要特点是：

(1) 由于冷却流量大流速高，故传热系数较高，一般K=600～700w/(m2k)。

(2) 垂直安装占地面积小，且可以安装在室外。

(3) 冷却水直通流动且流速大，故对水质要求不高，一般水源都可以作为冷却水。

(4) 管内水垢易清除，且不必停止制冷系统工作。

(5) 立式冷凝器的冷却水温升一般只有2～4℃，对数平均温差一般在5～6℃左右，故耗水量较大。设备置于空气中，管子易腐蚀、泄漏

。

图1-1立式壳管式冷凝器

1.1.2 卧式壳管式冷凝器

它与立式冷凝器有相类似的壳体结构，主要区别在于壳体的水平安放和水的多路流动。如图1-2所示，卧式冷凝器不仅广泛地用于氨制冷系统，也可以用于氟利昂制冷系统，但其结构略有不同。氨卧式冷凝器的冷却管采用光滑无缝钢管，而氟利昂卧式冷凝器的冷却管一般采用低肋铜管。这是由于氟利昂放热系数较低的缘故。值得注意的是，有的氟利昂制冷机组一般不设贮液筒，只采用冷凝器底部少设几排管子，兼作贮液筒用。

图1-2卧式壳管式冷凝器

1.1.3 套管式冷凝器

制冷剂的蒸气从上方进入内外管之间的空腔，在内管外表面上冷凝，液体在外管底部依次下流，从下端流入贮液器中。冷却水从冷凝器的下方进入，依次经过各排内管从上部流出，与制冷剂呈逆流方式。如图1-3，这种冷凝器的优点是结构简单，便于制造，且因系单管冷凝，介质流动方向相反，故传热效果好，当水流速为1～2m/s时传热系数可达800w/(m2k)。其缺点是金属消耗量大，而且当纵向管数较多时，下部的管子充有较多的液体，使传热面积不能充分利用。另外紧凑性差

，

清洗困难，并需大量连接弯头。因此，这种冷凝器在氨制冷装置中已很少应用。对于小型氟利昂空调机组仍广泛使用套管式冷凝器。

图1-3套管式冷凝器

1.2 空气冷却式冷凝器

空气冷却式冷凝器是以空气作为冷却介质，靠空气的温升带走冷凝热量的。这种冷凝器适用于极度缺水或无法供水的场合，常见于小型氟利昂制冷机组。根据空气流动方式不同，可分为自然对流式（如图1-4）和强迫对流式（如图1-5）两种。

图1-4自然对流式

1-肋片 2-传热管 3-上封板 4-左端板 5-进气集管6-弯头7-出液集管 8-

下封板9-前封板10-通风机 11-装配螺钉

图1-5强迫对流式

1.3 淋水式冷凝器

淋水式冷凝器是靠水的温升和水在空气中蒸发带走冷凝热量。这种冷凝器主要用于大、中型氨制冷系统中。它可以露天安装，也可安装在冷却塔的下方，但应避免阳光直射。

淋水式冷凝器的主要优点为：(1)结构简单，制造方便；(2）漏氨时容易发现，维修方便；(3)清洗方便；(4)对水质要求低。其主要缺点是：(1)传热系数低；(2)金属消耗量高；(3)占地面积大。

1.4 蒸发式冷凝器

蒸发式冷凝器的换热主要是靠冷却水在空气中蒸发吸收气化潜热

而进行的。按空气流动方式可分为上吸入式和下压送式，如图1-6和图1-7所示：

图1-6上吸风式 图1-7下吸（压）风式

蒸发式冷凝器由冷却管组、给水设备、通风机、挡水板和箱体等组成。

冷却管组为无缝钢管弯制成的蛇形盘管组，装在薄钢板制成的长方形箱体内。箱体的两侧或顶部设有通风机，箱体底部兼作冷却水循环水池。

1.4.1 蒸发式冷凝器的结构原理

蒸发式冷凝器,是以冷却介质蒸发换热为主的冷凝器。因而蒸发式冷凝器的换热不仅有显热交换过程，同时还存在着潜热交换过程。蒸发式冷凝器主要由换热盘管，循环水系统及风机主要部件 （1）换热管

蒸发式冷凝器一般用光管，从换热管湿表面到空气的高速热交换使管子不必要以肋片等形式增加外表面积，而且光管不易脏，易于清洗。换热管通常是钢管，铜管，铁管或不锈钢管，含铁材料的一般外部热浸锌防止腐蚀。

（2）风机

蒸发式冷凝器有吸风式和送风式两种,吸风式的风机装在

箱体顶上，优点是箱体内维持负压，水的蒸发温度比较低，但风机处于潮湿气流中，容易引起腐蚀。风机一般有两种形式:离心式和轴流式,采用哪种形式取决于风压需要和允许噪声级以

及能耗等因素。

（3）挡水板

挡水板将热湿空气中带的水滴挡住,减少水耗， 挡水板的效率取决于蒸发式冷凝器结构形式和挡水板设计型式。一般一个高效挡水板能控制水的损失。

组成见图1-9：

1.风机2.挡水板3.冷凝盘管4.循环水泵5.浮球6.补水阀7.喷嘴

图1-9 蒸发式冷凝器结构示意图

1.4.2蒸发式冷凝器运行管理

蒸发式冷凝器是利用冷却水在换热管外水蒸发时吸收热量而使管内的氨或氟利昂蒸气冷凝的原理工作的，冷却水储存于箱底水池中，用浮球保持一定的水位。冷却水由循环水泵压送至冷凝盘管上方，流经喷嘴形成雾状水膜后连续均匀地覆盖在冷凝盘管组的外表面，水膜的温度较低，水膜中部分水自身蒸发吸收管内高温制冷剂蒸汽的热量使之冷凝为液体，未蒸发的水掉落回到冷凝器底部的集水槽中。空气在风机的作用下由蒸发式冷凝器箱体的下方进入，自下而上流经冷凝盘管组，将已经蒸发的水蒸汽带走，设置挡水板防止水蒸汽进入风机造成短

路。当水量不够时，通过补水管补充一定量的水，集水槽中的水位用浮球来保持。依此循环工作。蒸发式冷凝器与空冷式和水冷式冷凝器最大的区别在于其能利用水的汽化潜热，通过水自身的蒸发来达到冷凝的目的。在箱体上方装有挡水板，同时水中含盐浓度也不断增加，故需要经常补充冷却水。

第2章 蒸发式冷凝器优缺点

2.1 节能介绍

制冷系统的目的是把热量从一空间或物体中移走，然后再以某种方式将此热量排放到环境中。在制冷系统中要用冷凝器来排放热量。蒸发式冷凝器实质上就是水冷式冷凝器与风冷式冷凝器两者的结合，通过流经冷凝盘管表面水的蒸发，由水蒸汽带走热量而完成热交换的。

对于大多数制冷与空调系统而言，蒸发式冷凝器具有节省费用的突出优点。它们排除了水冷式系统中水泵的问题和大量用水而产生的水处理问题。与具有同等制冷量和成本的风冷式冷凝器相比，它们的风机功率要小很多。最重要的是，采用蒸发式冷凝器的制冷、空调系统，其冷凝压力可以比传统的水冷式或风冷式更低一些。这样，压缩机所消耗的功率就减少一些。

在蒸发式冷凝器的出口附近的液体制冷剂或许有一些过冷，但这很快就在从冷凝器到贮液器的排液管中散失掉。在排液管与贮液器中既含有制冷剂液体又有制冷剂蒸汽，它们处于两相共存的状态，所以不可能使制冷剂液体的温度保持在饱和温度以下。因此，一小部分过冷液体要来冷凝一部分制冷剂蒸汽直到在一个相当于冷凝压力的饱和温度达到平衡。制冷剂液体经过节流装置（节流阀）在焓值保持不变的情况下，压力降到系统吸气压力进入到蒸发器内蒸发吸热进行有效的制冷循环过程。

2.2 蒸发式冷凝器节能原因

蒸发式冷凝器从制冷和空调系统中带走热量，但其消耗的能量和水量最少，水泵将水从集水槽送到喷淋系统中，通过喷嘴喷淋到冷凝盘管表面，确定水的最小流量应能保证喷淋水完全覆盖冷凝器盘管表面，喷淋水分布均匀和防止结垢就足够了，由此可确定水泵的最小功率。

风机系统强迫空气穿过下落水和盘管的表面，一小部分水被蒸发后带走制冷剂蒸气中的热量并将盘管内的制冷剂蒸气冷凝，因此就像冷却

塔一样，所有的散热都是通过水的蒸发来完成的，这样就节省了大约95%的通常由一次性用水系统所需的水量。

蒸发式冷凝器实际上就是把冷却塔和壳管式冷凝器结合在同一设备中。它去掉了在壳管式冷凝器系统中所必须的冷凝水的显热传热过程。这样就允许冷凝温度大体上接近设计湿球温度，从而使压缩机功率消耗最小。

水的温度和水流量是在指定设计的湿球温度条件下，是以氨和氟为制冷剂的制冷和空调系统中普遍采用的，这些条件有助于选择最经济的蒸发式冷凝器。然而，在同等的湿球温度下，使用一个较大的其它类型的冷凝器，也可以获得较低的冷凝温度和降低压缩机消耗功率。

2.3 蒸发式冷凝器相对其它冷凝系统的优点

2.3.1 系统运行费用低

冷凝器的冷凝温度在20.3℃以内是非常实际和经济的，其结果是压缩机功率比其它的冷却塔冷凝器系统节省至少10%的功耗，并且比风冷式冷凝器系统节省30%的功耗，风机的功率与其它冷凝器系统的风机消耗的功率相当，并且大约是相同规格的风冷式冷凝器风机功率的1/3。由于泵的扬程较低和水流量的降低，水泵的功率大约是普通的冷却塔冷凝器系统中所需要的水泵功率25%。 2.3.2 节省初投资

蒸发式冷凝器把冷却塔、冷凝器、循环水池、循环水泵和水管综合为一体，这样减少了冷却塔、循环水泵和水管等设备，也减少了冷凝器系统中处理与安装单个元件的费用。

由于蒸发式冷凝器高效率地利用蒸发式冷却换热方式，所以能有效地减少换热面积、风扇的数量和风机电机功耗。 2.3.3 节省空间

蒸发式冷凝器通过把冷凝器盘管和冷却塔结合成一体节省了宝贵的空间，并且没必要像其它冷凝器系统那样需要较大的水泵与管路。

蒸发式冷凝器只要求大约是相同规格的风冷式冷凝器的50%的迎风

面积。 2.3.4 节水

水冷式冷凝器1kg冷却水能带走4.66～.9w的热量，而1kg水在常压下蒸发能带走676w热量，因而蒸发式冷凝器理论耗水量仅为一般水冷式冷凝器的1%，实际上由于吹散损失、排污换水等，耗水量为一般水冷式冷凝器的5%～10%，因而它特别适用于缺水地区。

2.4 蒸发式冷凝器在国内应用不广的原因

(1) 目前国产蒸发式冷凝器质量普遍不高，换热效率没有体现其应有的优势,而且由于水质和外部运行问题，通常几年下来会带来外壳腐蚀和换热管结垢等问题，影响其寿命。

(2) 国外以及合资企业的蒸发式冷凝器质量较好,但其价格不仅远高于国内蒸发式冷凝器。并且要高于其它类型冷凝器。在一定程度上影响了它的应用。

(3) 观念问题，一般习惯于使用传统的卧式冷凝器和立式冷凝器作为主要冷却设备。

第3章 蒸发式冷凝器的设计计算

3.1参数的确定

本设计的制冷量100kw，并且是氨制冷系统，设蒸发温度为-10℃，由全国部分城市室外气象参数查得上海的夏季空气调节室外计算湿球温度为28.2℃，干球温度为31℃，在蒸发式冷凝器中蒸发管润湿表面的水分蒸发而引起的换热约占全部换热量的80％左右，因此水分蒸发的快慢直接与冷凝温度有关。在一定的风速下，水分蒸发速度取决于室外空气的相对湿度，因此，以湿球温度为基准，考虑适当的温差而确定t1，其计算式为：

t1=ts＋(5～10)℃

式中ts——与室外计算温度相对应的夏季湿球温度，单位℃。

有上公式得此冷凝温度设为36℃,根据制冷量，蒸发温度，冷凝温度试对压缩机进行选型计算。

表3-1上海市室外气象参数表

3.2换热量计算

1.设定工况下的qr和值 根据蒸发温度t

z

=-10℃,冷凝温度t1=36℃,查下表和图得

qr=2576.9kJ/m3,=0.73。

表3-2 R717 单级压缩机单位容积制冷量qr （单位：KJ/m3)

图3-1 R717压缩机输气系数

值

1.将已知数据带入式 V

3.6j

q

=3.6100000/0.732576.9

33

m/h=191.37m/h 

r

2.确定压缩机的型号和台数。由氨活塞式制冷压缩机基本参数表3-3查得，

表3-3 氨活塞式制冷压缩机基本参数表

一台8AS-10型压缩机的理论输气量为253.6m3/h,结合选机原则选一台8AS-10型制冷压缩机可满足需要，即

m3/h=253.6m3/h V1253.6

还有表3-3得：

单台8AS-10压缩机的制冷量为108.298kw,单台功率为31.6kw, 冷凝负荷也成换热量或者冷凝负荷。制冷剂在冷凝器中放出的热量包括两部分，通过蒸发器向被冷却物体的热量以及由机械功转化的热量。

计算公式：

Qk=1×(QO +N×m) 式中：

Qk——换热量，kW;

1 —— 压缩机台数；

Q0——单台8AS-10型压缩机制冷量，kW; N——单台8AS-10型压缩机轴功率，kW;

m—— 8AS-10型压缩机的机械效率，这里按0.8算；

e——修正系数。

根据图4-2，取值约为1.6（tk为冷凝温度，ts为湿球温度）。

图3-2 蒸发式冷凝器排热量修正系数

按式计算得：Qk=1×(108.298+36×0.8)×1.6=219.35kw

3.3理论传热面积的确定

理论传热面积是根据换热量和单位面积热流量确定出的一个传热面积的理论值，在数值上和实际传热面积存在差异。 计算公式： S=Qk/qf 式中：

S——理论传热面积，m3 Qk——换热量，kw

qf——单位面积热流量，kw/㎡

qf 对的选取有不同的标准，主要依据技术和制造水平而定。机电

工业部1992年颁布的标准是qf≥1.744kw/㎡，中国有关文献设计普遍取1.74～42.33kw/㎡。以往中国«冷藏库设计手册»推荐qf=1.6～2.0kw/㎡，机械行业标准规定qf=1.8～2.5kw/㎡，单现今世界各生产厂的企业标准一般高于以上取值；上海益美高公司产品的qf=3.26～3.64kw/㎡；下面对qf进行计算。

本设计采用25㎜无缝钢管，盘管材料采用20号优质碳钢，盘管的管型有圆管、椭圆及一些特殊管型，本设计采用圆管。盘管管束呈正三角形错列布置。管长3m，考虑弯头及壳体间隙，迎风面长为B为3.3m，管间距Pt=50㎜，确定空气各参数。

蒸发式冷凝器进口空气状态：

根据进口空气的干球温度和相对湿度，由焓湿图可查的进口焓值

h1=67.3kJ/kg。

水膜处空气状态（为饱和状态），假设水膜温度tw=34℃，则水膜处饱和空气焓hw=122.6kJ/kg。

出口空气状态：

由k=ma（h2h1），计算得出口空气焓值h2=108kJ/kg；根据焓湿图的蒸发式冷凝器空气变化过程,则可确定出空气干球温度t2=31℃。

hmhw

h2h1

hh

lnw1求得空气平均焓值为hwh2

管外空气的平均焓值，由公式

92kJ/kg,根据图空气变化过程由焓湿图查得空气平均温度tm32℃。

计算对流换热系数：

水膜与流动空气间的对流换热系数wa，取空气迎风风速

uf=4.0m/s，则最窄面处空气流速：

ufmax

s

uf4.0m/s sd0

空气温度为32℃时，空气参数m=2.689×102w/(m﹒k),m16.192×106㎡/s，cpm1.005kJ/(kgk)，则管外水膜与空气对流换热系数

awa0.297

mufmaxd00.602

()72.1w/(m2k) d0m

Aawa(hwhm)Aw2

a1428W/(mk)，j管外空气当量对流换热系数为：cpm(twtm)A0

其汇总A取0.94，w

AW

1.3，热流密度qa(tt)3002w/m2，按式fjwmA0

计算换热面积得：S＝219.35/3.002＝73.06(㎡)

3.4配风量的确定

配风量是蒸发式冷凝器内部的总风量，直接决定着风机的功率。一般用单位换热量所需风量表示，中国机械行业标准规定的数值为220㎡/(hkw)，也有的按3003～40㎡/(hkw)配置。增大风量有利于提高传热系数，但风量增大，风机的电耗也随之增加，故应合理选取配风量。计算公式：

LD＝Ｑk× 式中：

LD——配风量，m3/s Qk——换热量，kw;

——配风比，m3/(s﹒kw)。

配风比美国标准是=3×10

2

m3/(s﹒kw)，机电工业部颁布标准

6.11×102m3/(s﹒kw)。配风量大，传热效果好，但耗功增加，为

取得较大的qf值，同时耗电量由不至于过大，一般取中间偏大值，文章选为0.061m3/(s﹒kw)。

按上式计算得：

LD=219.350.061=13.38(m3/s)

3.5迎面风速及迎风面积的确定

一些学者进行了迎面风速对蒸发式冷凝器的性能影响的实验，结果表明蒸发式冷凝器迎面风速有一个最佳范围（2.9～3.1m/s)。制冷量和能效

比分别与迎面风速的关系见下图3-3和图3-4。

图3-3 制冷量和迎面风速关系图

图3-4 能效比和迎面风速关系图

迎面风速越大，空气与换热盘管外表面水膜的接触时间越短，空气与水膜的热湿交换就越不充分；此外，迎面风速的增大，能增强热湿交换面上热质传递的剧烈程度，使得热湿交换更加充分。故只有使用最佳迎面风速，制冷量和能效比达到最佳，才能使得蒸发式冷凝器的性能达到最佳。

迎风面积计算公式：

A=LD/VF

式中:

A——迎风面积，m3; LD——配风量，m3/s; VF——迎面风速，m/s。 按式计算的： A=13.38/3=4.46m2

3.6盘管的设计

本设计采用25㎜无缝钢管，盘管材料采用20号优质碳钢，盘管的管型有圆管、椭圆及一些特殊管型，本设计采用圆管。盘管管束呈正三角形错列布置。管长3m，考虑弯头及壳体间隙，迎风面长为B为3.3m，则：

D=A/B 式中：

D——迎风面宽，m; A——迎风面积，m2; B——迎风面长，m。 桉上式计算得： D=4.46/3.3=1.537m

管径d0为25㎜（20号优质碳钢的无缝钢管)，管间距Pt=50㎜。 nH=D/(Pt+d0) 式中：

nH——每排管数； D——迎风面宽，m； Pt——管间距，m。 按式计算得：

nH=1.537/0.07514(排） S1=S/nH 式中：

S1——每排管的面积，㎡； S——理论传热面积，㎡； nH——每排管数。 按上式计算的： S1=73.06/14=5.65㎡ 式中：

N——管程数；

S1——每排管的面积，㎡； S2——单排管的表面积，㎡。 按上式计算：

N=5.65/(2×0.01252+2×0.0125×2.3)=8(程），故管程数取8数。

由此可以确定实际传热面积： S'=S2×N×nH

S'——实际传热面积，㎡； S2——单管的表面积，㎡； N——管程数； nH——每排管数。 按上式计算的：

S'=(2×0.01252+2×0.0125×2.3)×8×4=73.05(㎡)，符合理论传热面积。假设的水膜温度符合要求。

3.7淋水量及补水量的确定

淋水量的配置以能全部润湿冷凝盘管表面、形成连续的水膜为原则，力求获得最大的传热系数。水量过小，不足以满足冷凝的要求；水量过大，反而不利于热交换，同时会造成水泵功率增大。

中国JB/T7658.5-95标准的单位冷凝负荷的淋水量0.032L/(S﹒KW)，美国工业制冷手册标准为0.018L/(S﹒KW)。

本设计选用中国JB/T7658.5-95标准的单位冷凝负荷的淋水量r=0.032L/(S﹒KW)。

计算公式： GS=Qk×r

GS——淋水量，kg/s； Qk——换热量，kw；

r——单位冷凝负荷的淋水量，kg/(s﹒kw)。

补水量一般为淋水量的5%～10%，湿度较大地区取小值。 按上式计算得：

GS=219.35×3.20×102=7.019(kg/s) 计算公式： W=GS×5% 式中：

W——补水量，kg/s； GS——淋水量，kg/s。 按上式计算得：

W=7.019×0.05=0.35(kg/s) 水泵功率的确定 计算公式： NS=9.8×GS×HZ 式中：

NS——水泵功率，kw； GS——淋水量，kg/s；

HZ——水泵扬程，m(值为10m)。 按上式计算得；

NS=9.8×7.019×10=6.87(KW)

3.8风系统的设计

空气流过蒸发式冷凝器的阻力为通过冷凝管、挡水板、喷嘴排管、进口风栅、空气净化器等阻力部分之和。 （1）空气流过冷凝盘管的阻力：

计算公式G'm＝Gm/(A－nH×d0×B)=LD×/(A－nH×d0×B)

式中：

G'm——最窄面空气质量速度，kg/s； Gm——配风量的质量流量，kg/s；

LD——配风量的体积流量，m3/s

p——此工况下空气的密度，kg/m3； A——迎风面积，m2 ；

nH——每排管数； Do——管径，m; B——迎风面长，m。 按上计算得 ： G

'm

= 13.38×1.15/(4.46-14×0.025×2.3) = 4.21(kg/s)

当P0/do =2时， △P1= 0.51×10—9×N×G' 式中:

△P1——空气流过冷凝管的阻力，Pa; N——管程数；

G'm——最窄面空气质量速度，kg/s。 按上式计算的： △P1=0.51×10

9

2

m

1.02

×2×4.212×1.02=0.18×10

7

（Pa)

空气流过挡水板的阻力： 计算公式 △P2=E×V2/2g 式中：

△P2——空气流过挡水板的阻力，Pa；

E——局部阻力系数，挡水板只有一折时E=3； V——最窄面风速，m/s(一般取V=1.2VF)； VF——迎面风速，m/s； g——重力加速度，m/s。 按上式计算得：

△P2=3×（1.2×3.0）

2

/2×9.8=1.98(pa)

空气流过喷嘴排管的阻力： 计算公式：

△P3=0.01×Z×(VF)2/2 式中:

△P3——空气流过喷嘴的阻力，Pa Z——喷嘴的个数； VF——迎面风速,m/s；

——此工况下空气的密度，kg/m3。

按上式计算得：

△P3=0.01×32×3.02/(2×1.15)=1.25(pa)

用迎面风长和迎面面宽分别除以喷嘴和喷嘴的间距㎜，得出的两个数再相乘，即得喷嘴的个数。

即：2.3/0.3=8,1.03/0.3=4,Z=4×8=32 计算公式

△P'=△P1+△P2+△P3 式中：

△P'——空气流过蒸发式冷凝器的阻力，Pa； △P1——空气流过冷凝管的阻力，Pa； △P2——空气流过挡水板的阻力，Pa； △P3——空气流过喷嘴的阻力，Pa。 按上式计算得： △P'=0.18×10

7

300

+1.08+22.523.3（Pa），再考虑进口风栅、

空气净化器等阻力损失，风机压头△P选为23.3Pa。

风机功率的确定

目前中国的蒸发式冷凝器多为上吸收式，其风机设置在箱体的上不，箱内维持负压，水的蒸发温度较低，但风机长期处于潮湿环境中，容易被腐蚀，故应采用路铝合金风叶和全封闭电机。

计算公式：

Nf=△P×LD

Nf——风机功率，kw；

△P——空气压力损失，即风机压头.Pa； LD——配风量，m3/s。 按上式计算得：

Nf=10×13.38=138.8w=0.138(kw)。

本蒸发式冷凝器适用于热负荷为00kw的冷库中。1

第4章 压力调节

为了保证系统正常运行，过低的冷凝压力应当避免，可以通过以下途径调节：

（1）间断开启风机。

（2）调节风机节气阀,减少风量（只使用于离心风机)。 （3)采用变速风机。一般为两速：100%和

50%，分别提供

100%和大约60%的冷凝能力，停泵，单独开风机冷凝能力大约为原来的10%。

通常，两速风机已经足够，因为冷凝压力只要保证制冷剂液压力和热气除霜压力足够即可，冷凝压力范围不必很严格。应用变频电机可以控制冷凝压力在较大范围内变化,但价格较贵，适用于冷凝压力控制要求较高的情况。

调节风机节气阀也可控制冷凝压力，但不省能。通过水泵来调节冷凝压力也不可取，因为换热管表面忽干忽湿易造成腐蚀生锈。

第5章 国内产品存在的问题及解决途径

（1）换热管效率不高

国内换热管一般为25×2.5的无缝钢管，传热效果一般为1.74～2.33kW/m2，仅能达到国外同类产品的

1/3左右,美国

EVAPCO产品应用专利椭圆换热管,不但增强了换热能力，而且结构紧凑,减少了风阻，降低了风机功率。试验与理论证明，椭圆管确实可以增强换热效果，目前应用在空气冷却器和石油化工设备上较多,在此,也可以考虑使用。 （2）腐蚀问题

蒸发式冷凝器外壳由于常年处于水与空气的潮湿环境下，易于腐蚀,需要热浸锌处理，由于浸锌不均匀或厚不够,部分地方腐蚀严重,影响产品寿命。蒸发式冷凝器的换热管也存在同样问题。因此热浸锌质量要把好关,保证镀锌厚度。

（3）结垢问题

蒸发式冷凝器长期运行中,底部水箱受到由进风口带来的赃物污染，由于用户常疏忽淸洗，水质得不到保证,水在换热管上不断蒸发，杂质逐渐沉淀在换热管表面,使换热管表面结垢,大大降低了换热效果。解决办法一是使用软化水，二是注意定时换水，保持箱体内水质清洁。换热管水垢可用弱酸清洗,不能破坏镀锌层。

（4）水量的合理分布

喷淋水的水量选择和均匀分布对蒸发式冷凝器换热效果有很大的影响，国内蒸发式冷凝器水量一般按行标选择，与国外产品相比,水量偏小，目前国内在这方面文献不多，要使水量匹配合理需作进一步理论研究。

（5）风机

以往国产蒸发式冷凝器一般为吹风式结构,风机装在下面，由于挡水板设置不当，或用户操作不当，先开水泵后开风机,造成风机接线盒进水短路，使电机烧毁。现在采用吸风式较多，

接线盒放在箱体外，避免与水接触,一般不存在上述问题，但对风机叶片要求较高,要能抗腐蚀。

（6）振动与噪声问题

蒸发式冷凝器管内走高压气体，若管束固定不牢,受高压气体冲击，易发生振动，产生较大的噪声。因此,应注意管束与箱体连接稳固，还可考虑在箱体的槽钢基础的固定螺栓上使用减震弹簧来降低噪声。

（7）维护问题

蒸发式冷凝器对维护保养的要求相对较高,需要用户定期维护，如清理水箱内杂物，保证水质要求。这点一般用户很少能够作到，而这是提高蒸发式冷凝器使用寿命的重要保证。

第6章 设备布置和配管应注意的问题

设备布置

为使风机带出的热湿空气顺利排放出去,蒸发式冷凝器四周不应有高的阻挡物；若有墙，应离开墙面0.5m以上，以保证箱体下部有足够的进风量。

设备配管

（1）放空气,蒸发式冷凝器在冷库中用的较多,在一些速冻厂，由于速冻装置蒸发温度低（一般-40℃),采用氨为工质,使吸气压力长期处于负压状态，这样难免有一部分空气渗入系统,而蒸发式冷凝器放空气比较难，结果造成冷凝压力上升,换热效果下降显著。目前大多数厂家的蒸发式冷凝器出液集管比出液管大一号，放空气管从出液管的上部接出，由于出液管同出液集管径相差较小，因此，出液管内基本处于满液状态，空气与氨液分离不明显，给放空气带来一定困难。

经验措施：将出液集管管径放大到出液管的两倍且集管长度不小于700mm,在出液集管上部用比集气集管小一号的无缝钢管作一个集气包,用于集空气,冷凝器的放空气管从集气包上部引出。在冷凝器运行时于底部放气处放空气,停机时在顶部放空气。

（2）蒸发式冷凝器与贮液器之间的正确接管对于冷凝器正常运行有很大关系，特别是在多台蒸发式冷凝器与贮液器之间,贮液器与蒸发式冷凝器接管长度不小于1.5m,多台冷凝器出液管应经过U形弯进入贮液器，这样,多台冷凝器之间压力不平衡可以通过在出液管内累积的压头消除,否则冷凝进入压降较大的冷凝器盘管内，占用了换热面积。

第7章 运行与维护

7.1初次开机

在初次起动之前或停机一段时间之后，应该彻底检查和清洗蒸发式冷凝器。

（1）清除设备内部和空气进风格栅处的碎屑，诸如树叶和尘土。

（2）排干水槽（水过滤器在原位），冲掉积尘。

（3）卸下过滤器，洗净后重新装上。

（4）检查喷水头和传动部件。

（5）用手转动风机确保能正常运行。

（6）起动风机电机，检查风机能否正常运行。

（7）检查浮球补水阀，确保此阀运行正常。

（8）在季节性起动前，请润滑风机轴承。

（9）将浮球安装在补水阀上，调整到使浮球大约在溢水位以下10mm时补水阀关闭。

（10）起动循环水泵并检查水泵的转向是否正确。

（11）打开补水阀并调整好补水量。

（12）检查风机电机和水泵电机所有的三相电压和电流，电流不能超过铭牌上的额定值。在长期停机后，必须用绝缘测试仪检测电机的绝缘性，然后才能重新启动电机。频繁的开停会引起风机电机过热，允许每小时开停不超过6次。

7.2 运行24小时后

在24小时的负载运行后，应进行以下维护工作：

（1）检查设备是否有不正常的噪音和振动。

（2）检查水槽中的运行水位是否正常，如果必要的话调整补水浮球阀。

（3）清洗进水过滤网。

（4）检查喷头和传热部件。

( 5） 在运行期间，应该对设备进行例行的检查、清洗和润滑。

7.3季节性的停机

每当蒸发式冷凝器长时间停机时，必须进行如下的保养工作。

（1）清除设备内部或空气进风格栅处的所有碎屑，诸如树叶和尘土。

（2）排干水槽（进水过滤器在原处）冲掉积尘。

（3）卸下进水过滤器，清洗后重新装上。

（4）盖好风机排风口，以防止碎屑的和尘土进入。

（5）润滑风机轴承和电机底座调整螺栓。

（6）关闭补水管路的水阀并排净户外补水管路和水槽中的积水。

（7）检查防腐蚀系统是否完好。

7.4 维护程序

7.4.1水槽和过滤器

水槽应该定期检查，积聚在水槽或过滤器上的任何杂质应该清理掉，浮球应该按设计要求调整水平。每季度应该将水槽排干一次或多次，用清水冲洗掉积聚在它里面的泥浆。如果不能定期清洗，泥浆会变得具有腐蚀性并减弱防锈层的保护作用，水槽被清洗后，应撒下过滤器，清洗并重新装上，然后向水槽里重新注入清水。

7.4.2补水阀

浮球补水装置是一个标准装置安装在设备中来控制补水的，它安装在设备水槽内部，在空气入口的外部很容易就能接触到。

补水装置是由铜补水阀组成，补水阀与浮球臂装置相连并由一个直径很大的聚笨乙烯的塑料浮球控制动作，浮球安装在一个螺纹杆上，由翼形螺母固定。水槽中的运行水位可以通过改变翼形螺母的浮球和螺纹杆的位置来调节。

补水装置应该每月检查一次并作必要的调整，每年应对阀门作一次防泄漏检查，必要的话更换阀座。为了维护正常的运行，应将补水压力维持在103kpa～345kpa之间。

为了设定初始水槽的水位，当水槽中的水位在溢流水位10mm以下

时，这种设置能使运行水位维持在19mm的水位，要注意调节补水浮球阀来获得合适的运行水位，在最初的24小时运行中要严密注视水槽，必要时调整水位。

电子水位控制器可用来代替上面所说的机械补水装置，这种仪器由探针型液位控制器和一个电磁阀组成，不锈钢电极可从电极头延伸到水盘，这些电极必须定期清洗，以防止腐蚀物、泥浆或生物积聚影响电路灵敏，有了电子水位控制器，水位可以维持在合理的运行水位，而不必考虑系统的热负荷变化。

7.4.3风机电机

用在蒸发或冷凝器上的标准风机电机是一种带有润滑轴承和对轴承、轴和绕线进行专门防潮保护的全封闭电机，在运行期间，电机的外表面至少每季度清洗一次，以确保电机的正常冷却，重新启动电机之前，应该用绝缘表来检测电机的绝缘性能。

运行：每运行2000小时后或每三个月润滑轴承一次。

季节性停机：在长期停放或停车时应向轴承中注入新的润滑油。

7.4.4喷嘴和传热部件

喷嘴和传热部件应每月检查、清洗一次，可以按以下步骤进行：

（1） 检查喷嘴是否正常喷淋。

（2） 清洗所有堵塞的喷嘴，如有必要可拆下喷嘴和塑料孔清洗干净，重新装上并拧紧。

（3） 检查盘管和PVC热交换层，修好所有有腐蚀、损坏和阻碍喷水的地方。

（4） 在环境温度低时，盘管可以干运行一段时间，再湿运行，但不能频繁开停循环水泵，频繁开停循环水泵会导致盘管结垢，并降低设备的传热性能。

7.5冬季运行

7.5.1防止水盘结冰保护

当设备停机时，应对水盘进行防结冰保护，可使用电加热器、蒸汽

盘管。当使用远置水槽时不需要防结冰保护。当远置水槽停用时，暴露在外面的补水管在停机时都应该进行绝热处理或将水放掉。

7.5.2喷水温度

当在低于冰点的环境温度下运行时，喷水温度会低于设计值，低的喷水温度会促进冰的形成，当在低于冰点的环境温度下运行时，蒸发式冷凝器的喷水温度应该维持在10℃（使用防结冰溶液时应可以保持7℃），应该经常检查以发现潜在的结冰问题。

7.5.3容量控制

为维持足够高的喷水温度的第一步是设备运行在尽可能大的热负荷下。第二步是减少设备容量（例如通过关停风机）。过于频繁地关停风机会引起电机过热。每小时关停次数不能超过6次。如果设备配有双速电机，风机低速运行就能防止水结冰，必要时定期关掉风机以防止结冰或溶解冰块。

在恶劣的环境下，如果通过关停风机不足以防止结冰，则可以将风机反转，通过将暖空气吹出进风格栅以除去所有的冰块。但过久的反向运行会引起风机叶片、风道和挡水板结冰，并损坏设备。由于这个原因，使用风机反向运行时间不得超过30分钟。

更好的防结冰保护措施是安装一个温控报警器，当盘管的出液温度低于10℃（防冻溶液低于7℃）时报警。

7.6水处理

腐蚀和结垢处理在蒸发式冷凝器中，是通过蒸发一部分流经盘管的循环水来冷却的。当水蒸发时，原来存在的杂质还留在水中，水中溶解的固体的浓度很快提高并达到很高的浓度。空气中的杂质经常进入循环水，使危害更加严重，如果这些杂质和污物不能有效控制，会引起结垢、腐蚀和泥浆积聚，从而降低传热效率，增加运行成本。在循环水中的溶解固体积聚的程度可以定义为浓缩周期。具体说浓缩周期就是循环水的溶解固体（如氯化物、硫化物等）与补水中的溶解固体之比。为了最佳的传热效果和最长的使用寿命，应该控制浓缩周期使得循环水应该维持

在一定范围之内；

循环水的PH值为8.3防止设备“白锈”，白锈就是积聚在镀锌钢表面上的白色、蜡状和破坏锌层的腐蚀物。

可以通过从系统中定期放出一部分循环水来控制浓缩周期，排出的污水可以通过用新鲜水重新补足，从而控制杂质的积聚，排污可根据水质情况来确定，由阀门控制的排污管可以从系统中连续的排污。在这种装置中，排污率可以由排污管上的阀门来调节，应该定期检查排污率和水质以确保水质的有效控制。所要求的连续排污率可以用下式来计算：

排污率＝蒸发率/浓缩周期

蒸发率可以由下列之一来决定：

(1)蒸发率是每293KW的排热量大约7.57kg/min

(2)蒸发率是每351.7KW的制冷量大约11.36kw/min

(3)蒸发率＝水流量×温度×0.001

另外还有进行生物控制和化学处理，必须进行化学处理以控制结垢和腐蚀并维持水质在合格范围内。化学处理程序必须符合以下要求：

(1)化学物质必须适应系统中使用的镀锌钢板和其他材料（管、热交换器等）。

(2)防结垢和腐蚀的化学品必须通过一个自动连续计量加料方式加入循环水。这样就能防止局部集中的、高浓度化学物质引起腐蚀。化学物质应加入循环水泵的排放口，而不应该一次性的直接加入水槽中。

7.7生物控制

防结垢、控制腐蚀的排污方法，不管是否进行化学处理，都不适合于控制生物杂质。海藻、泥渣和其他微生物的生长不但会降低系统的传热效率，并能促进循环水系统中潜在的微生物的生长。

因此当系统首次注满水时，应进行专门用于控制生物的杀菌处理程序，然后根据设备说明书进行操作。液态杀菌剂可以用稀释的形式加入水槽，如果使用固态杀菌剂，则必须通过一个坩锅加料装置来加入系统。如果使用臭氧水处理，为了设备的最大使用寿命，臭氧的浓度不应超过3～4ppm。停机一段时间后再起动,为了减少停机期间微生物杂质所产生

的影响，当系统停机超过3天应将系统循环水排净。需要恢复运行前，清除系统中所有的杂质，再用清水重新注满水槽。在起动风机和水泵前，请按下列两个杀菌处理程序之一来操作：

（1）重新使用停机前所使用的杀菌处理程序，为了使系统处于良好的生物控制之下，应尽量节省使用杀菌剂来保证水处理的质量。

（2）检查循环水的PH值，必要时调整到7.0～7.6。用氯化纳来处理使系统中4～5mg/L的氯含量。

关于结垢、腐蚀处理和生物控制的具体方法，请多向有经验的水处理专家进行咨询。

换热盘管的内部和外部都需要必要的清洗，使用的化学物质适用于被处理的材料（例如标准盘管外部是镀锌钢，内部是黑碳钢）。

蒸发式冷凝器在室外安装的用钢管的制冷系统通常在安装和生产过程中会在盘管和连接管道内部留下焊渣，通常在实际应用中安装过滤器以便在系统初次启动时清除杂质，在系统运行24小时就应该清洗或更换过滤器。

结论

在本次蒸发式冷凝器的设计过程中，我学会了很多东西，设计蒸发式冷凝器应整体考虑，其中设计的关键是淋水量、风量和热负荷的合理匹配。本设计的热负荷为219.35kw，淋水量为7.019(kg/s),理论传热面积为73.06㎡，实际传热面积为73.05㎡，配风量为13.38（m3/s )，能够进行合理匹配，符合设计要求。随着国产蒸发式冷凝器的性能不断提高，以后不仅在氨制冷系统中使用，而且在氟利昂中央空调系统也将大量使用，尤其是在缺水地区使用蒸发式冷凝器最为经济，应用前景将会十分广阔。

致谢

大学三年学习时光已经接近尾声，在此我想对我的母校河南机电高等专科学校，我的父母、亲人们，我的老师和同学们表达我由衷的谢意。感谢我的家人对我大学三年学习的默默支持；感谢我的母校河南机电高等专科学校给了我在大学三年深造的机会，让我能继续学习和提高；感谢制冷教研室老师和制冷10级同学们三年来的关心和鼓励。老师们课堂上的激情洋溢，课堂下的谆谆教诲；同学们在学习中的认真热情，生活上的热心主动，所有这些都让我的三年充满了感动。

这次毕业论文设计我得到了很多老师和同学的帮助，其中我的论文指导老师王任远老师对我的关心和支持尤为重要。每次遇到难题，我最先做的就是向王任远老师寻求帮助，而王任远老师每次不管忙或闲，总会抽空来找我面谈，然后一起商量解决的办法。王任远老师平日里工作繁多，但我做毕业设计的每个阶段，从选题到查阅资料，论文提纲的确定，中期论文的修改，后期论文格式调整等各个环节中都给予了我悉心的指导。这几个月以来，王任远老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想给我以无微不至的关怀，在此谨向王任远老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。同时，本篇毕业论文的写作也得到了赵超、刘智慧等同学的热情帮助。感谢在整个毕业设计期间和我密切合作的同学，和曾经在各个方面给予过我帮助的伙伴们。在此，我再一次真诚地向帮助过我的老师和同学表示感谢！

河南机电高等专科学校毕业设计说明书

参考文献

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