船用空調(diào)主機選型合理性分析

2021-03-08 02:58:06劉長建

機電設備 2021年1期

劉長建

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海200125）

0 引言

冷水機組通常包含壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流裝置等4個主要部件，壓縮機可分為速度型、容積型2大類，速度型又可分為往復式和回轉(zhuǎn)式2種，回轉(zhuǎn)式常規(guī)的有轉(zhuǎn)子式、渦旋式、螺桿式[1]。其中，在中等冷量范圍內(nèi)應用最廣泛的是螺桿機組，因為螺桿機組有較廣的能量調(diào)節(jié)范圍，且結(jié)構緊湊，體積重量較輕，結(jié)構簡單，易損件少，可靠性和效率均較高[1]。

本文對于冷負荷計算部分可直接引用前期的計算結(jié)果，不再重復工作。根據(jù)負荷計算結(jié)果，全船最大冷負荷為1 150 kW，而廠家所選的2臺冷水機組互為備用，單臺機組采用雙機頭配置，單臺壓縮機制冷量為575 kW，壓縮機類型為螺桿機組。現(xiàn)對廠家所配置的機組從壓縮機的型式、參數(shù)，冷凝器、蒸發(fā)器的冷負荷等進行合理性分析。

1 壓縮機選型

1.1 壓縮機型式

設有單獨的冷水機組房間，有足夠的空間，工況也較為簡單，因此，建議選用較為可靠的半封閉螺桿式壓縮機[2]。初步校核結(jié)果表明：廠家所配置的壓縮機型式滿足設計要求。對于是否有必要配備經(jīng)濟器，需要根據(jù)蒸發(fā)壓力、冷凝壓力、壓縮機的品牌和有無經(jīng)濟器的計算結(jié)果進行總體衡量。

1.2 基本參數(shù)

1）制冷量：Q0＝575 kW。

2）冷凝溫度：tk＝40℃。

3）蒸發(fā)溫度：t0＝2℃，過熱度和過冷度常規(guī)取值。

1.3 壓縮機參數(shù)計算

對機組的選型結(jié)果進行實際驗證，并計算出部件的基本參數(shù)。計算過程可簡化。

1）簡化循環(huán)分析并制作循環(huán)壓焓圖（見圖1），查找出制冷劑（本文使用R134A制冷劑）的飽和液體、飽和蒸汽表，并在表格中找出各點參數(shù)，如圖1和表2所示。

圖1 制冷循環(huán)壓焓圖

表2 狀態(tài)參數(shù)表

2）計算主要參數(shù)：

單位制冷量為q0＝h1?h4'＝160 kJ/kg；單位理論功為w0＝h2'?h1'＝35 kJ/kg；壓縮機理論功率為p0＝qn×w0＝126 kW；理論制冷系數(shù)為qm＝4.57；制冷劑流量為qn＝3.6 kg/s＝12 960 kg/h；實際輸氣量為v0＝600 m3/h；理論輸氣量為v＝762 m3/h。

利用比澤爾的壓縮機選型軟件，填入系列、制冷劑、制冷量等常數(shù)，查詢不帶經(jīng)濟器和帶經(jīng)濟器2 種結(jié)果，可得：1）不帶經(jīng)濟器時，CSH9683-210Y-40D壓縮機的制冷量為583 kW，考慮到機組備用余量，機組選擇CSH9683-210Y-40D型號；2）帶經(jīng)濟器時CSH 9683-210Y-40D制冷量為627 kW，制冷量增加44 k W，而電機功率僅增加8 kW，效率提高約8%。由此可見，經(jīng)濟器效果明顯。機組功率、制冷系數(shù)等參數(shù)與計算結(jié)果之間差別不大，所以最后選用帶經(jīng)濟器的機組以滿足設計要求。其他參數(shù)的具體值見圖3和圖4。

圖3 不帶經(jīng)濟器壓縮機選型圖

圖4 帶經(jīng)濟器壓縮機選型圖表

2 冷凝器計算選型

對于中高制冷量的機組，冷凝器和蒸發(fā)器常規(guī)配置殼管式，這是由于殼管式結(jié)構緊湊，傳熱系數(shù)大，冷卻水溫差大，且耗水量小[3]，而冷凝器和蒸發(fā)器的配置一般是空調(diào)廠家根據(jù)自己的產(chǎn)品型號，相對固定的配置所需的冷凝器和蒸發(fā)器，所以不同產(chǎn)品或不同廠家所選擇的冷凝器或蒸發(fā)器都不相同。以殼管式為例，不同型號內(nèi)部銅管型號、材質(zhì)、厚度、排列方式各不相同，所以核查冷凝器或蒸發(fā)器時，常規(guī)只需核查幾個重要的參數(shù)即可[4]。

1）冷凝器的熱負荷計算

2）傳熱平均溫度

此處僅算管程，不計算殼程。海水冷卻水的進口溫度為32℃，出口溫度為37℃。

3）冷卻水量計算

式中：冷卻水定壓比熱取4.2 kJ/(kg·K)。

4）傳熱面積計算

式中：冷凝器采用B30級銅管，其傳熱系數(shù)為379 W/(m2·℃)[5]。

以上述計算為參考，核查廠家所選冷凝器的基本參數(shù)。廠家配置的冷凝器參數(shù)為：制冷量775 k W×2；冷卻水量250 kg/h；進水溫度32℃；壓降0.03 MPa。經(jīng)核查，所選設備的參數(shù)符合計算要求，同時，其材料滿足船用規(guī)范要求。最終所選冷凝器型號為CIR775×2A (CIR775×2B)，滿足設計條件。