Бытовой двухкамерный компрессионный холодильник

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Задание

на курсовое проектирование по дисциплине

«Тепломассообменное оборудование промышленных предприятий»

ТЕМА:

Бытовой двухкамерный компрессионный холодильник

студенту группы ПТЭ-41 Исмагилову Р.Р.

Содержание

Введение

1. Описание конструкции бытового холодильника

2. Расчёт теплопритоков в шкаф бытового холодильника

3. Тепловой расчет холодильной машины

4. Расчёт поршневого компрессора

5. Расчёт теплообменных аппаратов

6. Расчёт капиллярной трубки

7. Обоснование выбора основных материалов

Список литературы

Введение

Бытовые холодильники предназначены для кратковременного хранения скоропортящихся пищевых продуктов, пищевых полуфабрикатов и готовых блюд в охлажденном виде, а при наличии морозильного отделения - также замороженных продуктов. Однако не менее успешно обычные бытовые холодильники используют еще и во многих медицинских учреждениях для хранения различных медикаментов и многого другого. Использование бытовых холодильников не по назначению происходит в результате малого финансирования, а также по причине незнания о существовании специальных холодильников.

Номенклатура выпускаемых холодильников разнообразна. Общие технические условия на бытовые холодильники определены в ГОСТ 16317-76.

По типу охлаждающего устройства домашние холодильники бывают:

Компрессионные (охлаждаемые компрессионными холодильными машинами)

Абсорбционные (охлаждаемые абсорбционными машинами непрерывного действия)

Термоэлектрические (охлаждаемые термоэлектрическими батареями)

В соответствии с ГОСТ 16317-76, компрессионные холодильники обозначаются буквой - К, абсорбционные - А, абсорбционные с газовым подогревом генератора - АГ.

Наибольшее распространение на сегодняшний день имеют бытовые компрессорные холодильники. Практически все холодильники выпускаются компрессионного типа. Холодильники этого типа дешевы в изготовлении, безопасны в эксплуатации, просты в ремонте. В качестве хладагента в бытовых компрессионных холодильниках применяются газы в большинстве случаев - фреоны, и в последнее время - изобутаны.

По конструктивному исполнению, два последних типа холодильников могут быть одно-, двух- и многокамерными.

Холодильники классифицируются также по конструкции системы охлаждения:

с естественной циркуляцией воздуха

с принудительной циркуляцией

с комбинированной системой

Оттаивание испарителя может осуществляться за счёт естественного отепления воздуха, полуавтоматически или автоматически.

Холодильники выпускаются на номинальное напряжение 127 или 220 В. Уровень звука на расстоянии 1 м от наружного контура холодильника не должен превышать 42 дБА.

На дверках низкотемпературного отделения холодильника наносится маркировка: при температуре -- 6°С-- *

при температуре -- 12 °С -- * *

при температуре -- 18 °С -- * * *

Для холодильников с металлической камерой допускается увеличение расхода электроэнергии до 10 % от указанных выше значений. Допускается также увеличение нормы расхода электроэнергии для холодильников с номинальной температурой в низкотемпературном отделении: -12 °С -- на 5%, -18°С-- на 10%.

1. Описание конструкции бытового холодильника

Холодильник выполнен в виде шкафа, на задней стенке которого расположен холодильный агрегат. В верхней части шкафа холодильника расположены низкотемпературное отделение, в нижней -- холодильное соответственно с теплоизоляциями из пенополиуретана и пенополистирола.

Низкотемпературная камера выполнена в виде отдельного металлического шкафа и крепится к нижнему шкафу четырьмя болтами. Холодильная камера состоит из корпуса, облицованного снаружи металлическими панелями, а изнутри -- пластмассой.

В холодильной и низкотемпературной камерах имеются съемные решетчатые полки 4 и 7 (рис. 1). Холодильный агрегат имеет два испарителя 5 и 9, обеспечивающих температуру в низкотемпературной камере не выше минус 18°С, а в холодильной камере от 0 до 5°С.



Рис. 1.Холодильник «Смоленск-6»: 1 - сосуды для овощей и фруктов; 2 - стеклянная полка; 3 - лоток для слива талой воды; 4, 7 - решетчатые полки; 5 - испаритель холодильной камеры; 6 - пробка сливной трубки; 8 - ванночка для льда; 9 - испаритель низкотемпературной камеры; 10 - сервировочная плоскость; 11 - решетка; 12, 13 - терморегулятор и электролампочка; 14 - уплотнитель двери низкотемпературной камеры; 15 - крышка; 16 - уплотнитель двери холодильной камеры; 17 - магнитный уплотнитель; 20 - барьер; 18 - переставные полки; 19 - панель двери; 21 - фильтр-осушитель; 22 - прокладка; 23 - конденсатор; 24 - задняя стенка; 25 - задний упор; 26 - винт крепления конденсатора; 27 - болт; 28 - ванночка для сбора и испарения талой воды; 29 - герметичный компрессор; 30 - клеммная колодка; 31 - пускозащитное реле.

Обе камеры имеют индивидуальные двери. Плотность прилегания дверей обеспечивается уплотнителями 14 и 16,с магнитной вставкой, которые являются одновременно и запирающим устройством дверей.

Охлаждение воздуха и хранящихся продуктов в камерах холодильника осуществляется закрепленным на задней стенке холодильным агрегатом, представляющим собой герметичную систему, внутри которой циркулирует хладагент -- хладон-12. Охлаждение испарителя достигается дросселированием циркулирующего в системе холодильного агрегата хладона при помощи капиллярной трубки и кипением его в каналах испарителей при низком давлении. Поддержание необходимой температуры в холодильной камере обеспечивается периодическим включением мотор-компрессора 29, осуществляемым терморегулятором 12, датчик которого реагирует на изменение температуры стенки испарителя и холодильной камеры.

Оттаивание испарителя 5 холодильной камеры осуществляется автоматически в цикле (во время останова мотор-компрессора) с отводом талой воды в ванночку 8 на задней стенке холодильника и с последующим ее испарением. Оттаивание испарителя низкотемпературной камеры естественное (по мере надобности).

Режим работы холодильника задается установкой соответствующего деления шкалы на ручке терморегулятора против указателя. Для предотвращения засорения капиллярной трубки и замерзания в ней влаги, случайно попавшей в систему холодильного агрегата перед капиллярной трубкой установлен фильтр-осушитель 21.

2. Расчёт теплопритоков в шкаф бытового холодильника

Проводим расчёт теплопередающих поверхностей холодильного шкафа.

Внешние размеры: 1250?600?570

Толщина панелей: толщина двери 30 мм;

толщина потолка и пола 40 мм;

толщина задней стенки 40 мм.



а) Площадь боковой стенки: м2

м2

б) Площадь дна: м2

в) Площадь потолка: м2

г) Площадь задней стенки: м2

м2

д) Площадь задней накл. стенки: м2

е) Площадь двери: м2

м2

Расчёт перепада температур.

tо.с.=32 оС.

tх.к.=4 оС.

tм.к.=-18 оС.

?tх.к.= tо.с.- tх.к.=32-4=28 оС.

?tм.к.= tо.с.- tм.к.=32-(-18)=50 оС.

Определяем коэффициенты теплопередачи окружающих конструкций холодильника.

- коэффициент теплоотдачи охлаждаемой среды к внутренней поверхности.

- коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности к окружающей среде.

= 1,7 Вт/м2·К = 6 Вт/м2·К

= 2,1 Вт/м2·К = 10 Вт/м2·К

= 45,4 Вт/м·К - коэффициент теплопроводности стали

= 0,0465 Вт/м·К - коэффициент теплопроводности полистирола

= 0,021 Вт/м·К - коэффициент теплопроводности ППУ

= 1 мм = 4 мм = 25 и 35 мм

Вт/м2·К. - коэффициент теплоотдачи боковой стенки.

Вт/м2·К.- коэффициент теплоотдачи дна.

Вт/м2·К.- коэффициент теплоотдачи потолка.

Вт/м2·К. - коэффициент теплоотдачи задней стенки.

Вт/м2·К.- коэффициент теплоотдачи двери.

Проверка поверхностей на условие конденсации.

tо.с.= оС, ц ? 80?85%

kmax·(tо.с.- tх) = ·(tо.с.- tр).

,

где

tр - температура точки росы.

tх - температура холодильника.

По диаграмме при tо.с.= 32оС tр= 27 оС.

Стенка: Вт/м2·К.

Вт/м2·К.

Дно: Вт/м2·К.

Потолок: Вт/м2·К.

Задняя стенка: Вт/м2·К.

Вт/м2·К.

Дверь: Вт/м2·К.

Вт/м2·К.

Во всех пяти случаях max, следовательно, конденсация не происходит.

Определяем теплопритоки через отдельные элементы ограждения холодильника.

Qi= ki·?t·Fi, Bт.

Боковая стенка: Вт

Вт

где ?tм.к=tо.с.-tм.к. = 32 оС - (-18) оС.

?tх.к=tо.с.-tх.к. = 32 оС - 2 оС.

Дно Вт

Потолок: Вт

Задняя стенка:

Вт

Вт

Дверь: Вт

Вт

суммарная величина теплопритоков ограждения:

Определяем теплопритоки от термической обработки продуктов.

.

Мсут - суточное хранение продуктов, кг.

При максимальном коэффициенте эксплуатации морозильная камера заполняется говядиной на 50%, холодильная камера заполняется говядиной на 20%.

t	-18	-12	-6	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	32
iгов	4,6	22,2	50,7	232,5	235,9	238,8	242,2	245,5	248,5	251,8	255,2	258,5	261,5	264,8	329

Вт

Вт

Вт

Определяем теплоприток при открывании двери.

Число открываний в сутки: nх.к=25; nм.к=4.

Вт

Вт

Вт

Теплоприток от электроприборов.

Вт

где Nэл - мощность лампочки, Вт

ф- время открывания, с

Суммарные потери

3. Тепловой расчет холодильной машины

холодильник бытовой двухкамерный компрессионный

В данном холодильнике рабочим хладагентом является фреон.

Принимается в холодильнике с естественной циркуляцией:

- температура кипения фреона.

- температура конденсации.

.

По и определяем давление кипения и конденсации .

По таблице свойств фреона:

Схема холодильника

Строим рабочий цикл холодильной машины с учётом следующего:

.

.

Процесс 1-1' - подогрев паров хладагента в мотор-компрессоре. Давление в точке 1 есть давление кипения Р0.

ав - нагревание ХА за счёт теплообмена со стенками цилиндра.

вс - сжатие ХА с отдачей теплоты стенками цилиндра.

,

где - потеря давления на всасывающих клапанах.

,

где - потеря давления на нагнетательных клапанах.

Определяем положение точки 4

Для определения положения точки 4 используем уравнение теплового баланса.

,

где - коэффициент, учитывающий долю при регенерации в процессе перегрева.

.

кДж/кг

Заполняем таблицу основных параметров рабочих точек цикла.

№ точки	Р, МПа	t, 0С	h, кДж/кг	х, м3/кг
а	0,85	-30	380	0,225
1	0,816	32	430	0,295
1'	0,816	40	437	0,3
2	1,221	129	514	0,024
3	1,221	47	265	0,0127
4	1,221	-	225	0,0127
5	0,85	-30	225	0,07

Рассчитываем следующие параметры:

1. удельную массовую холодопроизводительность.

кДж/кг

2. удельную объёмную холодопроизводительность.

кДж/м3

3. удельную теплоту отводимую в конденсаторе.

кДж/кг.

4. удельную изотропную работу цикла.

кДж/кг.

5. массовый расход рабочего тела ХА.

кг/с

где Вт.

6. теплоту, отводимую от конденсатора.

Вт

7. изотропную мощность компрессора.

Вт

8. холодильный коэффициент цикла.

4. Расчёт поршневого компрессора

Определяем объёмный расход ХА в компрессоре.

м3/с.

Определяем составляющие коэффициента подачи и рассчитываем коэффициент подачи л.

,

где

- объёмный коэффициент.



mр = 0.9 ? 1.05 - политропа расширения конечных параметров; mр=1,05.

Gm = 0,02 ? 0,05 - относительный мёртвый объём; Gm = 0,02.

- коэффициент дросселирования; .

- индикаторный коэффициент.

- коэффициент плотности; .

- коэффициент подогрева.

Теоретическая объёмная производительность компрессора.

м3/с.

По объёмной производительности подбирается марка холодильного компрессора (компрессор - ХКВ8-1ЛМТ)

Вычисляем диаметр и ход поршня.

,

где

S - ход поршня;

n - частота вращения (n=48с-1);

D - диаметр поршня;

Cср - средняя скорость движения поршня (Cср =1,8м/с).

Энергетические потери и мощность компрессора

Ni - индикаторная мощность, затрачиваемая на сжатие паров ХА в действительном компрессоре.

Вт

где Ns - изоэнтропная мощность;

зi =0,7 ? 0,85 - индикаторный КПД для малых холодильных компрессоров.

зi =0,8.

Nтр - мощность на преодоление сил трения.

Вт

где - удельное давление трения;

Определяем эффективную мощность или мощность на валу компрессора.

Вт

Потери, связанные с трением учитываются механическим КПД:

Эффективный КПД.

Для того, чтобы перейти от эффективной мощности Nе компрессора к мощности, потребляемой электродвигателем из сети Nэ необходимо учесть КПД электродвигателя.

Вт,

где .

Электрический КПД.

При сопоставлении различных компрессоров и их технических характеристик используют их эффективный холодильный коэффициент ее и общий или электрический коэффициент .

5. Расчёт теплообменных аппаратов

Расчёт производится на основе известной рассчитанной нагрузки на аппарат. (Q0 и Qк).

Расчёт и подбор конденсатора.

Определяем среднелогарифмическую разность температур между воздухом и ХА и коэффициент теплопередачи от ХА к воздуху.

?tн, ?tк - разность температур потоков на входе и выходе из ТО аппарата.

.

К - коэффициент теплопередачи от воздуха к ХА.

К=9 ? 12 Вт/м2К (для конденсатора) Кк=11.

К=3,5 ? 7 Вт/м2К (для испарителя) Ки = 5.

Среднелогарифмический перепад температур.

оС.

Определяем площадь поверхности конденсатора.

м2

Действительная площадь конденсатора.

Площадь трубки:

Диаметр трубки d = 6 мм = 0,006 м

Длина трубки:

Площадь прутков:



Длина прутков

Радиус прутков

.

Подбор и расчёт испарителя.

, м2,

где

Среднелогарифмический перепад температур:

6. Расчёт капиллярной трубки

Обычно это медная трубка.

. Принимаем

При заданном внутреннем диаметре вычисляем длину.

µ - динамическая вязкость ХА. (Па·с).

µ = 0,204·10-3 - динамическая вязкость ХА. (Па·с). При t=32оC

.

7. Обоснование выбора основных материалов

Ограждение холодильника - трёхслойное. Наружный слой выполняется из металла - Ст 10, толщиной 1 мм; промежуточный - пенополиуретан ППУ-309М ТУ 2226-214-00244147-2001, толщиной от 35 до 45 мм; внутренний слой - ударопрочный полистирол УПС-0803Л, толщиной 4 мм ГОСТ 28250-89;

Трубки конденсатора выполняются из меди диаметром 6 мм. К змеевику под прямым углом к трубам приварены прутки из стальной проволоки диаметром 1,5 мм ГОСТ 2246-70;

Испаритель О-образный изготавливается из нержавеющей стали;

Капиллярная трубка и фильтр-осушитель выполняются из меди. На капиллярные трубки существует ГОСТ 2624-77 «Трубки капиллярные медные и латунные»;

Уплотнители для дверей поливинилхлоридные ТУ 6-55-12-88;

Герметичность шкафа холодильника обеспечивается пастой ПВ-3 на основе хлорвиниловой смолы. Поверхность шкафа фосфарируют, затем грунтуют и дважды покрывают эмалью МЛ-12-01;

Эмаль М4-123 чёрная ТУ6-19-979-84 и лак МЛ-133 для холодильника.

Список литературы

1. Бабакин Б.С., Выгодин В.А. Бытовые холодильники и морозильники: Справ.: Учеб.пособие для вузов.-2-е изд. испр. и доп. - М.: Колос, 2000.-656, [1]с.:ил.

2. Лепаев Д.А. Ремонт бытовых холодильников: Справочник -2-е изд. испр. и доп. - М.: Легпромиздат, 1989.-304,[1]с.:ил.

3. Мааке В. И др. Польманн:Учебник по холодильной технике. Основы - комплектующие - расчёты. Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание холодильных установок / В. Мааке, Г.-Ю. Эккерт, Жан-Луи Коршен-М.:Изд-во Моск. ун-та, 1998.-1142с.:ил.

Размещено на Allbest.ru