Расчет цикла одноступенчатой паровой холодильной машины, определение параметров хладагента

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ХАРЬКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПИТАНИЯ И ТОРГОВЛИ

кафедра холодильного оборудования

Расчетно-графическая работа

на тему: “Расчет цикла одноступенчатой паровой холодильной машины,

определение параметров хладагента.

Подбор компрессора и конденсатора”

Выполнил: студент 3-го курса

гр. М- 17 ФОТС

Мошнин Е. С.

Проверила:

Петренко Е. В.

Харьков 2010

Содержание

1. Задание для РГР………………………………………………………………3

2. Тепловой расчет………………………………………………………………4

3. Подбор компрессора холодильной машины…………………………………7

4. Подбор электродвигателя КМ………………………………………………...8

5. Подбор конденсатора…………………………………………………………9

6. Вывод………………………………………………………………….……..10

7. Приложение (диаграмма i- lgp со встроенным циклом одноступенчатой паровой холодильной машины)

1. Задание РГР

Выбрать и подобрать холодильное оборудование (компрессор и конденсатор) для холодильной установки производительностью Q₀ = 2 кВт с циркуляционным водоснабжением. Холодильная установка обслуживает камеру первой стадии двух этапного замораживания мяса на холодильнику мясокомбината который расположен в городе Каменск-Подольск поддержание заданной температуры воздуха t_п = - 12°С в холодильной камере совершается при помощи батарей охлаждения.

Рисунок 1. Одноступенчатая холодильная машина, что работает по теоретическому циклу: а – принципиальная схема (В – испаритель; ВР – отделитель жидкости; РВ – регулирующий вентиль (дросель); ПО – переохладитель; КД – конденсатор; КМ – компресор); б – построение цикла в диаграмме S – T; в – построение цикла в диаграмме lgp-i.

2. Тепловой расчет

Рабочий режим холодильной установки характеризуется температурами кипения t_o, конденсации t_к, переохлаждения (жидкого хладагента перед регулирующим вентилем) t_пер, всасывания (пары на входе в компрессор) t_вс.

При определении расчетных параметров окружающего воздуха учитываем температурный режим летнего периода.

Расчетные параметры воздуха для города: Запорожье

t_з.п. - (температура воздуха летняя) t_з.п. = + 33 ⁰С;

φ_з.п. - (относительная влажность воздуха - летняя) φ_з.п = 39%.

За i- в диаграммою (приложеним 2) для влажного воздуха находим первоначальное значение энтальпии, которое соответствует температуре воздуха летнего месяца и относительной влажности воздуха в этом месяце следовательно i = 67кДж/кг.

После определим температуру по влажному термометру t_м.т. = 22 ⁰С, (пересечение линии i = 64 кДж/кг, которая характеризует содержание теплоты в воздухе, с линиею φ = 100 %).

Температура обратной воды t_w (води, что подается на конденсатор) принимают на 3...4⁰С выше температуры влажного термометра, следовательно, принимаю:

t_w = t_м.т. + 3= 23 + 3 = 25 ⁰С.

Используя исходящие данные, учитывая, что конденсатор входит в состав холодильной установки, которая обслуживает холодильную камеру для замораживания мяса и работает на циркуляционной воде выбираем испарительный конденсатор. В конденсаторах такого типа сравнительно небольшой расход циркуляционной воды, поэтому не нужна установка специального устройства для охлаждения воды.

Определяю рабочий режим работы холодильной машины. В качестве хладагента принимаю аммиак.

Температуру кипения t_o принимаю в зависимости от температуры помещения и способа охлаждения. При охлаждении помещения при помощи батарей охлаждения температура кипения хладагента определяю как t_о = t_п - (7...10)⁰С следовательно:

t_о = t_п - 10 = -12 - 10 = -22⁰С.

Для предотвращения влажного хода компрессора пара хладагента перед ним перегревается. Для машины, которые работают на аммиаке, безопасность работы обеспечивается при перегреве пара на 5...15⁰С.

Принимаю температуру пара хладагента на 7⁰С выше температуры кипения:

t_в.с. = -22 + 7 = -15⁰С.

Температура конденсации для испарительного конденсатора определяю по приложению 3. Учитывая условия окружающего воздуха (t_з.п = +33⁰С, φ_з.п.= 0.39) и плотность теплового потока q_F, що для випарних конденсаторів становить: q_F = 2000Вт/м², принимаю температуру конденсации t_k =+37⁰С.

Температура переохлаждения жидкого хладагента принимаю на 5⁰С выше температуры циркулирующей воды:

t_пер = 25 + 5=30 ⁰С.

По полученным температурам (t_o, t_к, t_вс, t_пер) выполняем построение цикла одноступенчатой паровой машины в диаграмме lgр – і, нумерацію узловых точек расставляем соответственно с рис. 2

Рисунок 2. Построение цикла одноступенчастой паровой холодильной машины в диаграмме lgр – і

Результаты определения параметров холодильного агента фиксируем в таблице 1.

Таблица 1

Параметри холодильного агента в узловых точках

Тепловой расчет одноступенчастой холодильной машины:

Удельная массовая холодопроизводительность:

q₀ = i_1´ - i₄,=1440-330=1110 (кДж/кг),

Удельный обьем холодопроизводительности:

q_v = q₀/v₁,=1110/0.77=1441 (кДж/м³),

Удельная теоретическая работа сжатия:

q_вн = i₂ - i₁,=1800 -1440=360 (кДж/кг),

Теплота что получает 1 кг холодильного агента в конденсаторе:

q_к = i₂ – i₃',=1800 - 370=1430 (кДж/кг),

Теплота что получает 1 кг холодильного агента в переохладителе:

q_по = i₃' - і₃,=370 - 330= 40 (кДж/кг),

Теплота что получает 1 кг холодильного агента в конденсаторе и переохладителе:

q_{к+ по} = i₂ - і₃, =1800 - 330=1470(кДж/кг),

Тепловой баланс холодильной машины:

q = q₀ +q_вн,=1110 + 360=1470 (кДж/кг),

Теоретический холодильный коэффициент:

e = q₀/q_вн, =1110/ 360= 3,1

Холодильный коэффициент холодильной машины, что работает на обратном цикле Карно при тех же температурах кипения и конденсации:

e_к = Т₀/(Т_к – Т₀)=(273-22)/((273+33) - (273-22))=4,2

3. Подбор компрессора

Из условия известно, что Q₀ = 2 кВт тогда:

1. Расшитую массовую производительность компрессора:

G₀ = Q₀/q₀,=2/ 1110 = 0, 0018 (кг/с),

2. Обьем пара хладагента, что всасывается компресором холодильной машины:

V₀ = G₀ · v₁,=0,0018 · 0,8= 0,0014 (м³/с)

3. Рассчитываю коэффициент подачи компрессора λ:

λ = λ_с · λ´_w=0,640 · 0,8=0,5

Рассчитываю объемный коэффициент λ_с с учетом того, что для компрессоров, что работают на аммиаке относительное мертвое пространство С = 0,045, показатель политропы расширения (для аммиачных компрессоров m = 0,95...1,1)

Коэффициент λ´_w учитывающий объемные потери, что происходят в компрессоре, рассчитываю по формуле:

λ´_w = Т₀/ Т_к=251/ 310= 0,8

Проверяем по диаграмме коэффициент подачи компрессора, учитывая

П = Рк/ Ро (степень сжатия) П = 0,105при λ =0,5.

4. Описываемый обьем:

V_h = V₀/λ, = 0,0014/ 0,5=0,0028 (м³/с)

Подбираю по этому обьему компрессорный агрегат это 1А110-7-2.

Для окончательного выбора выполним рассчет и підбор електродвигателя КМ.

4. Подбор электродвигателя КМ

1. Определяем сначала теоретическую (адиабатную) мощность N_T (у кВт) компресора:

N_t = G₀ · q_bh=0, 0018 · 360 = 0.64 кВт.

2. Определяю действительную (индикаторную) мощность N_i (у кВт) компресора:

N_i = N_T/ η_і, =0,64/ 0,79 = 0,8 кВт.

Индикатор к.п.д. принимаю по среднему значению.

3. Рассчитаем эффективную мощность КМ:

N_e = N_i / η =0,8/ 0,87= 0,9 кВт.

По определенной эффективной мощности N_e (у кВт ) на валу компрессора (по приложению 5) подобрал электродвигатель АОП 2-82-6 к компрессору с запасом мощности 10…15%. Это не относится ко встроенным электродвигателям мощность которых может быть значительно меньше.

5. Подбор конденсатора

Для подбора конденсатора холодильной машины сначала нужно определить тепловую нагрузку на конденсатор Q_k (у кВт).

1. Действительная тепловая нагрузка с учетом потерь в процессе сжатия определяю по формуле:

Q_kd = Q₀ + N_i = 2 + 0,8 = 2,8 кВт

2. Теоретическая тепловая нагрузка на КД:

Q_kt = G₀ · q_к+п= 0,0018 · 1470= 2, 7 кВт.

3. Так как Q_kd > Q_kt = 2,8 > 2,7 , следовательно, тепловая нагрузка ниже, чем действительная тепловая нагрузка.

При расчете параметров был принят испарительный конденсатор с удельный тепловым потоком q_F = 2000 Вт/ м²

Потребная площадь теплопередающей поверхности конденсатора:

F = Q_k/ q= 2,7 / 1470 = 0,0018 м²

По приложению 6 принимаю конденсатор испарительный ИК – 90 с площадью поверхности основной секции 75 м² следовательно принимаю для установки две такие секции с суммарной площадью 150 м²

6. Вывод

При расчете рабочего режима холодильной машины и подбирая к ней холодильное оборудование, я освоил основу и принципы работы холодильного агрегата для замораживания мяса. Научился исходя из исходных данных (температуры воздуха и относительной влажности его) находить и рассчитывать температуры: кипения, конденсации, всасывания и переохлаждения. И вписывать эти значения характеризующие параметры и агрегатное состояние хладагента (аммиака) в диаграмму lgp – i.

Так же при выполнении РГР научился правильно и экономно подбирать необходимое оборудование (конденсатор, компрессор и двигатель к нему).