船用空调主机选型合理性分析

刘长建

（上海振华重工（集团）股份有限公司，上海200125）

0 引言

冷水机组通常包含压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置等4个主要部件，压缩机可分为速度型、容积型2大类，速度型又可分为往复式和回转式2种，回转式常规的有转子式、涡旋式、螺杆式[1]。其中，在中等冷量范围内应用最广泛的是螺杆机组，因为螺杆机组有较广的能量调节范围，且结构紧凑，体积重量较轻，结构简单，易损件少，可靠性和效率均较高[1]。

本文对于冷负荷计算部分可直接引用前期的计算结果，不再重复工作。根据负荷计算结果，全船最大冷负荷为1 150 kW，而厂家所选的2台冷 水机组互为备用，单台机组采用双机头配置，单台压缩机制冷量为575 kW，压缩机类型为螺杆机组。现对厂家所配置的机组从压缩机的型式、参数，冷凝器、蒸发器的冷负荷等进行合理性分析。

1 压缩机选型

1.1 压缩机型式

设有单独的冷水机组房间，有足够的空间，工况也较为简单，因此，建议选用较为可靠的半封闭螺杆式压缩机[2]。初步校核结果表明：厂家所配置的压缩机型式满足设计要求。对于是否有必要配备经济器，需要根据蒸发压力、冷凝压力、压缩机的品牌和有无经济器的计算结果进行总体衡量。

1.2 基本参数

1）制冷量：Q0＝575 kW。

2）冷凝温度：tk＝40℃。

3）蒸发温度：t0＝2℃，过热度和过冷度常规取值。

1.3 压缩机参数计算

对机组的选型结果进行实际验证，并计算出部件的基本参数。计算过程可简化。

1）简化循环分析并制作循环压焓图（见图1），查找出制冷剂（本文使用R134A制冷剂）的饱和液体、饱和蒸汽表，并在表格中找出各点参数，如图1和表2所示。

图1 制冷循环压焓图

表2 状态参数表

2）计算主要参数：

单位制冷量为q0＝h1−h4'＝160 kJ/kg；单位理论功为w0＝h2'−h1'＝35 kJ/kg；压缩机理论功率为p0＝qn×w0＝126 kW；理论制冷系数为qm＝4.57；制冷剂流量为qn＝3.6 kg/s＝12 960 kg/h；实际输气量为v0＝600 m³/h；理论输气量为v＝762 m3/h。

利用比泽尔的压缩机选型软件，填入系列、制冷剂、制冷量等常数，查询不带经济器和带经济器2 种结果，可得：1）不带经济器时，CSH9683-210Y-40D压缩机的制冷量为583 kW，考虑到机组备用余量，机组选择CSH9683-210Y-40D型号；2）带经济器时CSH 9683-210Y-40D制冷量为627 kW，制冷量增加44 k W，而电机功率仅增加8 kW，效率提高约8%。由此可见，经济器效果明显。机组功率、制冷系数等参数与计算结果之间差别不大，所以最后选用带经济器的机组以满足设计要求。其他参数的具体值见图3和图4。

图3 不带经济器压缩机选型图

图4 带经济器压缩机选型图表

2 冷凝器计算选型

对于中高制冷量的机组，冷凝器和蒸发器常规配置壳管式，这是由于壳管式结构紧凑，传热系数大，冷却水温差大，且耗水量小[3]，而冷凝器和蒸发器的配置一般是空调厂家根据自己的产品型号，相对固定的配置所需的冷凝器和蒸发器，所以不同产品或不同厂家所选择的冷凝器或蒸发器都不相同。以壳管式为例，不同型号内部铜管型号、材质、厚度、排列方式各不相同，所以核查冷凝器或蒸发器时，常规只需核查几个重要的参数即可[4]。

1）冷凝器的热负荷计算

2）传热平均温度

此处仅算管程，不计算壳程。海水冷却水的进口温度为32℃，出口温度为37℃。

3）冷却水量计算

式中：冷却水定压比热取4.2 kJ/(kg·K)。

4）传热面积计算

式中：冷凝器采用B30级铜管，其传热系数为379 W/(m2·℃)[5]。

以上述计算为参考，核查厂家所选冷凝器的基本参数。厂家配置的冷凝器参数为：制冷量775 k W×2；冷却水量250 kg/h；进水温度32℃；压降0.03 MPa。经核查，所选设备的参数符合计算要求，同时，其材料满足船用规范要求。最终所选冷凝器型号为CIR775×2A (CIR775×2B)，满足设计条件。

3 蒸发器计算选型

本项目的蒸发器形式采用干式壳管式蒸发器，其选型计算[4]如下：

1）蒸发器的负荷计算（单机头）

2）传热平均温度

式中：冷媒水的进口温度为7℃，出口温度为12℃。

3）冷媒水量计算

淡水定压比热取4.2 kJ/(kg·K)。

4）传热面积计算

厂家所配蒸发器参数为：制冷量616 kW×2；冷媒水量204 kg/h；进水温度12℃；出水温度7℃；压降0.03 MPa。由此可见，所选设备符合要求，蒸发器型号EIR616×2满足设计条件。

4 节流装置计算选型

冷水机组所用到的常规节流装置有热力膨胀阀和电子膨胀阀，热力膨胀阀适用于小制冷量的机组，中高制冷量基本用电子膨胀阀。现核查膨胀阀的适用量程。在研究的装置中，由于制冷量较大，常规的热力膨胀阀不能满足要求，所以选择的型式为丹佛斯电子膨胀阀。

4.1 节流装置冷量计算

4.2 选型

填写蒸发温度、冷凝温度和制冷量，选型软件将会提供2种型号的膨胀阀，分别为ETS400和ICM40-A 2种规格，分别对应的制冷量是1 219 kW和1 580 kW，见图4。因此，选择ICM40-A型号。

图4 电子膨胀阀选型

从后期系统调试结果来看，居住处所的温度保持在24℃时，送风区域可保证房间温度为30℃，进一步验证其符合设计要求，从而确认机组的最终型号为WSCU-D9563/1232BS。同时，也间接证明此方法的有效性，为后期设备选型提供一定的借鉴。

5 结论

通过以上对冷水机组4大部件选型的验证，可以更为直观地判断厂家的设备选型的合理性与经济性。不同厂家的机组选型略有不同，但总体基本相似。