Расчет и выбор оборудования компрессионных холодильных установок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Холодильные машины различают:

по способу получения холода - компрессионные и абсорбционные;

по холодильному агенту - фреоновые, аммиачные и др.;

по холодопроизводительности - малые, средние и крупные.

В бытовых холодильниках устанавливают самые малые (мелкие) холодильные машины.

Компрессионные холодильные машины отличаются также друг от друга степенью герметизации. В бытовых холодильниках уже много лет применяют исключительно герметичные холодильные машины, или, как их называют, герметичные холодильные агрегаты. В таких агрегатах отсутствуют какие-либо разъемные соединения наружных частей. Все отдельные узлы соединены снаружи сваркой или пайкой.

Абсорбционные холодильные машины бывают непрерывного и периодического действия. Машины непрерывного действия, в свою очередь, разделяют на насосные и безнасосные. Безнасосные машины называются абсорбционно-диффузионными.

В бытовых холодильниках абсорбционного типа используют исключительно абсорбционно-диффузионные машины (агрегаты).

Схема станции

Рисунок 1 - схема компрессионной станции

1. Винтовой компрессор

2. Ресивер

3. Предохранительный клапан

4. Керамический фильтр (3 микрон)

5. Осушитель воздуха

6. Клапан BY-PASS

7. Абсорбирующий фильтр (0,01 микрон)

8. Угольный фильтр (0,003 микрона)

9. Сепаратор воды и масла

10. Клапан слива конденсата

1. Расчет компрессионной холодильной установки

Определение температурных границ холодильного цикла

Исходными данными для проектирования являются:

- холодопроизводительность установки 380 кВт;

- температура ХН на выходе из испарителя ;

- хладагент R22;

- регион расположения г. Саратов.

Для того, чтобы определить температуру воды, охлаждающей конденсатор , необходимо определить температуру мокрого термометра t_М. Для этого, по СНиПу «Строительная климатология» определяем по своему городу окружающую температуру воздуха в самую жаркую 5-ти дневку и значение относительной влажности. Затем по психометрической диаграмме (Методические указания к курсовой работе «Расчет водоохлаждающих устройств») определяем температуру мокрого термометра. При этом, при расчете температуры воды, охлаждающей конденсатор , необходимо выбрать вид градирни.

Задаюсь выбором вентиляторной градирни, потому что по сравнению с башенной градирней, она обеспечивает более глубокое охлаждение. Также она значительно дешевле.

Следовательно:

Где t_М-температура мокрого термометра.

t_М определяем из диаграммы:

t_М=30°С

Тогда:

Температуру конденсации принимают на 5…7°С выше, температуры воды на выходе из конденсатора:

где ?t=(10…15)°C - ширина зоны охлаждения вентиляторных градирен, обеспечивающих систем оборотного водоснабжения.

Температура переохлаждения жидкого ХА после конденсатора или специального теплообменника - переохладителя принимается на 5…7 град. выше температуры охлаждающей воды:

Температуру кипения ХА в испарителе определяют по изотерме получаемого холода :

После определения этих температур выбирается наиболее рациональный ХА и по таблицам насыщенных паров находятся соответствующие давления: в конденсаторе - р_к t_К; испарителе - р₀t₀ (по приложению Г методических указаний к данной курсовой работе).

При

При

Расчет теоретического цикла

Принципиальная схема установки приведена на рисунке 1. Построение цикла в диаграмме i-lgP показано на рисунке 2.

Рисунок 2 - Принципиальная схема компрессионной установки



Рисунок 3 - Построение цикла в i-lgP - диаграмме

Точку 1 на правой пограничной кривой (х=1), соответствующую поступлению в компрессор сухого пара, находят по заданной температуре кипения t₀ холодильного агента. Из нее проводится адиабата (линия сжатия паров в идеальном компрессоре) до пересечения с линией постоянного давления р_К. Точка 2 характеризует состояние холодильного агента в конце идеального процесса сжатия. Процесс в конденсаторе описывается линией 2 - 3, причем на участке 2 - 2^/ имеет место охлаждение перегретых паров до температуры конденсации, на участке 2^/-3^/ - конденсация паров при постоянной температуре, 3^/-3 - переохлаждение конденсата. Процесс в конденсаторе изобарный. Линия 3-4 характеризует дросселирование холодильного агента в регулирующем вентиле (при i=const).

4-1 - процесс кипения хладагента в испарителе. Линия 1-2д характеризует процесс действительного сжатия в компрессоре. Положение точки 2д на изобаре Р_K зависит от индикаторного КПД компрессора, оценивающего энергетические потери данного агрегата.

В соответствии со схемой и циклом определяются параметры узловых точек по одной из диаграмм и таблицам насыщенных паров ХА. Результаты целесообразно оформить в виде таблицы 1.

Таблица 1 - Параметры парокомпрессионного холодильного цикла

Параметры	Точки цикла
	1	2	2д *	3/	3	4
Давление, Мпа	Р0=0,23	РК=1,93	РК=1,93	РК=1,93	РК=1,93	Р0=0,23
Энтальпия, кДж/кг	i1=400	i2=450	i2Д= =471,327	i 3/=260	i 3=260	i4=i3= =260
Температура, К	T0= =257,15	T2=321,15	T2Д= =321,15	TК= =321,15	T= =321,15	T0= =257,15
Удельный объем, кг/мі	1=0,08	2=0,015	2Д= =0,00105	3/= =0,00102	3/= =0,00102	4/=0,03
Фазовое состояние	сухой насыщенный пар	перегретый пар	пере-гретый пар	кипя-щая жид-кость	пере-охлаж-денная жид-кость	влаж-ный пар

* Примечание: параметры точки 2_Д определяются после расчета действительного цикла.

Рассчитываются характеристики цикла:

Удельная холодопроизводительность, кДж/кг:

q₀ = i₁ - i₄=400-260=140 кДж/кг

Теоретическая работа сжатия компрессора, кДж/кг:

l_S = i₂ - i₁=450-400=50 кДж/кг

Расход хладоагента, кг/с:

G_X = Q₀/q₀=380/140=2,71 кг/с

Теоретический холодильный коэффициент цикла:

_Т = q₀/l_S= 140/50=2,8

Теоретическая мощность, затрачиваемая в компрессоре, кВт:

N_T = G_Xl_S = Q₀/_T=380/2,8=135,71 кВт

Теоретическая объемная производительность компрессора, мі/с:

V = G_X1^//=2,71•0,08=0,2168 мі/с

Удельная объемная холодопроизводительность ХА при заданных условиях

q_V =q₀/₁^//=140/0,08=1750 кДж/мі

Расчет действительного цикла

Действительный процесс работы отличается от теоретического объемными и энергетическими потерями, которые учитываются соответствующими коэффициентами.

В поршневом компрессоре все виды объемных потерь характеризуют коэффициентом подачи, величина которого равна

= _{i w пл}

где _i - индикаторный коэффициент всасывания;

_w - коэффициент подогрева;

_i=_сдр,

_пл - коэффициент плотности; _пл=0.95-0.99;

_с - коэффициент, учитывающий объемные потери, связанные с расширением из вредного пространства;

_др - коэффициент дросселирования, _др = 0,91…0,99

где c₀ - относительная величина объема вредного пространства (c₀=0.01-0.08);

- показатель политропы, по которой осуществляется процесс расширения из вредного пространства. Для аммиачных машин = 0,82…1,25. В быстроходных компрессорах показатель политропы мало отличается от показателя адиабаты.

Тогда:

Коэффициент подогрева можно ориентировочно оценить по формуле проф. И.И. Левина:

_w =Т₀/Т_К - (для крупных вертикальных прямоточных компрессоров),

_w =Т₀/(Т_К +26) - (для крупных горизонтальных аммиачных компрессоров),

где Т₀ и Т_К - соответственно температуры испарения и конденсации хладоагента, К.

Тогда:

Потребная часовая производительность компрессоров составит

V_П = 3600V_Т/=

Число установленных компрессоров определяется из соотношения

n = V_П/V_П^I,

где V_П^I=824 мі/ч - часовой объем, описанный поршнем одного компрессора, мі/ч. В приложении А приведены характеристики серийно выпускаемых компрессоров, работающих на аммиаке и фреонах R-12 и R-22.

Тогда:

n = V_П/V_П^I=780,48/824=0,947?1

Таблица 2 - Характеристики бескрейцкопфных компрессоров

Компрессоры фреоновые (R-22)
Марка	Тип, ход поршня	Расположение цилиндров	Число цилиндров	диаметр цилиндров	Число оборотов Мин	Объем, описанный поршнем, мі/ч	Холодо- произво-дительность Ккал/ч	Мощность электродви- гателя кВт
АВ-300	Прямоточный 250	В	2	270	360 480	618 824	230000 300000	76 100

Увеличение работы сжатия в действительном процессе по сравнению с теоретическим происходит, главным образом, в результате наличия теплообмена в цилиндрах компрессора или корпусе и гидравлических сопротивлений при всасывании и нагнетании пара. Это увеличение работы оценивается индикаторным КПД _i.

Для горизонтальных аммиачных и фреоновых прямоточных компрессоров большой холодопроизводительности

_i = _W + 0,0025t₀

з_i=0,741+0,0025•(-16)=0,701=70,1%

Тогда энтальпия хладоагента в точке 2_Д определяется по уравнению

i_2Д = i₁ + l_S/_i

i_2д=400+50/0,701=471,327 кДж/кг

А положение самой точки находится на пересечении данной энтальпии и давления в конденсаторе.

Индикаторная мощность компрессора, кВт

N_i=N_T/_i

N_i=135,71/0,701=193,59 кВт

Потери, вызванные трением движущихся частей компрессора, учитываются механическим КПД _м. Механический КПД современных вертикальных аммиачных компрессоров, повышаясь с ростом производительности машины, колеблется в пределах от 0,7 до 0,9.

Эффективная мощность, необходимая для привода компрессора, кВт:

N_е=N_T/_м

N_e=135,71/0,8=169,64 кВт,

где _м=0,8.

Мощность электродвигателя, кВт:

N=N_e/_p. _э

где _p=0,8…0,9 - КПД редуктора;

_э =0,8…0,9 - КПД приводного электродвигателя.

Мощность электродвигателя для привода одного компрессора, кВт:

N₁=N/n

N₁=234,795/1=234,795 кВт

2. Выбор компрессорных агрегатов

2.1 Выбор компрессоров

В основном применяют паровые поршневые холодильные компрессоры следующих типов:

а) при холодопроизводительности при нормальных условиях Q_o900 кВт (Q₀=380кВт) - прямоточные; вертикальные или V - образные простого действия.

Одноступенчатые компрессионные установки применяются при степени повышения давления Р_к/Р_о712.

Таблица 2 - Характеристики бескрейцкопфных компрессоров

Компрессоры фреоновые (R-22)
Марка	Тип, ход поршня	Расположение цилиндров	Число цилиндров	диаметр цилиндров	Число оборотов Мин	Объем, описанный поршнем, мі/ч	Холодо- произво-дительность Ккал/ч	Мощность электродви- гателя кВт
АВ-300	Прямоточный 250	В	2	270	360 480	618 824	230000 300000	76 100

2.2 Выбор типа и конструктивного исполнения электродвигателя

Компрессоры, как правило, работают с постоянной частотой вращения, то есть их электроприводы являются нерегулируемыми. При выборе электродвигателя к нерегулируемому приводу следует ориентироваться исключительно на двигатели переменного тока.

Для привода компрессоров применяются в основном три типа электродвигателей: асинхронный с короткозамкнутым ротором (А), синхронный двигатель (СД) и асинхронный с фазовым ротором (АК).

В холодильной технике в зависимости от условий окружающей среды находят применение следующие двигатели: защищенные, закрытые обдуваемые, взрывозащищенные.

В электроприводах средней и большой мощности используются также модернизированные трехфазные асинхронные двигатели единой серии А и АК. Они выполняются на напряжение 220, 380, 3000 и 6000 В в диапазоне номинальной мощности от 55 до 400 кВт.

3. Выбор теплообменного оборудования

Оборудование выбирается на основе выполненных ранее расчетов в соответствии с характеристикой компрессора.

3.1 Выбор конденсатора

В холодильных установках применяют конденсаторы следующих типов: кожухотрубные (горизонтальные и вертикальные), кожухозмеевиковые, элементные, двухтрубные, пакетно-панельные, пластинчатые. Кожухотрубные конденсаторы характеризуются высокой интенсивностью теплопередачи. Использование их в системе оборотного водоснабжения с градирней позволяет работать с минимальным расходом воды. В последнее время в связи с дефицитом воды применяют конденсаторы воздушного охлаждения. В крупных холодильных установках наибольшее распространение получили горизонтальные кожухотрубные конденсаторы. Конструкции их для аммиака и фреонов различаются, в основном, материалом и характером поверхности теплообмена. В аммиачных использованы трубы бесшовные гладкие стальные (сталь 10) диаметром 25х2,5 мм (площадь поверхности теплообмена до 300 мІ) и 38х3 мм (площадь поверхности теплообмена >300 мІ). Во фреоновых конденсаторах из-за сравнительно низких коэффициентов теплоотдачи со стороны конденсирующегося ХА применяют, как правило, трубы из цветных металлов, на наружной поверхности которых накатаны ребра.

Для фреоновых кожухотрубных конденсаторов с коэффициентом оребрения 3,99 при _m = 6…10⁰С и скорости воды 1,4 м/с коэффициент теплопередачи k_К = 2000…2100 Вт/(мІ К).



Число устанавливаемых аппаратов определяется на основе выбранного стандартного конденсатора с площадью поверхности теплообмена F_K^I:

Таблица 4-Кожухотрубные фреоновые конденсаторы

Марка	Площадь наружной теплопередающей поверхности, мІ	Коэф. оребрения	Число труб	Длина труб, м	Диаметр условного прохода присоединительных штуцеров, мм
					Вход и выход воды	Хладоагент
						Пар	Жидкость
КХ110 (R-22)	113	3,9	284	3,0	150	125	50

3.2 Выбор испарителя

Для охлаждения хладоносителя наибольшее распространение получили кожухорубные испарители затопленного типа. В них холодильный агент кипит на наружной поверхности труб (гладких или оребренных), а хладоноситель протекает в трубах.

Выбор типа испарителя производится на основании расчета поверхности теплопередачи. Для ориентировочных расчетов площадь поверхности теплопередачи можно определить, задавшись плотностью теплового потока q_F.

Таблица 5 - Значения плотности теплового потока q_Fвн (Вт/мІ) во фреоновых испарителях типа ИТР для R-22 при t₀ = - 15 +5⁰С

Скорость хладо-носителя, м/с	Средний перепад температур, 0С
	4	5	6
1,0	3300	4700	5700
1,5	4700	6400	7900

Таблица 6 - Кожухотрубные горизонтальные испарители затопленного типа

Марка	Площадь поверхности теплообмена, мІ	Габаритные размеры	Условные проходы штуцеров, мм	Число труб
		Диаметр кожуха, мм	Длина, мм	Паровой	Жидкостный	Хладоносителя
Холодильный агент R-22
ИТР-65	65	500	2435	100	32	80	210

3.3 Маслоотделитель

Маслоотделители предназначены для улавливания масло, уносимого рабочим агентом из компрессора в виде капель или пара. Маслоотделители устанавливаются на нагнетательном трубопроводе между конденсатором и компрессором. Подбор маслоотделителей производят по диаметрам присоединительных штуцеров.

При известной часовой объемной производительности компрессора V_П^I и рекомендуемой скорости пара в штуцере w = 1…0,7 м/с диаметр определяется из уравнения сплошности:



Таблица 7 - Аммиачные промывные маслоотделители

Марка	Размеры, мм	Диаметр условного прохода штуцеров, мм	Вместимость, мі
	Диаметр	Высота	Пар	Жидкость
80 ОММ	307х9	1570	80	20	0,078

3.4 Ресивер

Ресиверы для жидкого агента предназначены для компенсации переменного заполнения жидким агентом испарителя и конденсатора при различных режимах работы. Емкость ресивера принимается равной половине часового количества циркулирующего в системе хладоагента:

Таблица 8 - Аммиачные ресиверы горизонтальные типа РД

Марка	Размеры, мм	Диаметр условного прохода штуцеров, мм	Вместимость, мі
	Диаметр	Высота	Жидкость	К прибору
1,5 РД	800х8	3610	50	25	1,651

3.5 Переохладитель

Переохладители с водяным охлаждением предназначены для охлаждения жидкого рабочего агента ниже температуры конденсации перед регулирующим вентилем. Конструктивно эти аппараты выполняются из труб диаметром 38х3,5 (внутренняя) и 57х3,5 (наружная) противоточными одно- или двухсекционными; хладоагент проходит по межтрубному пространству.

Выбор переохладителя производится по поверхности охлаждения на основании теплового расчета.

F_K=13,8 мІ

Таблица 9 - Аммиачные переохладители завода «Компрессор»

Марка	Площадь поверхности охлаждения, мІ	Количество секций	Высота
16ПП	15,6	2	1450

3.6 Грязеуловитель

Назначение грязеуловителя - предохранить рабочие поверхности компрессоров (цилиндры - в поршневых агрегатах) от попадания твердых частиц - ржавчины, окалины и т.п., которые могут вызвать задиры и риски. Грязеуловители монтируют на всасывающей стороне, вблизи от компрессора. Конструктивно они выполняются в виде паровых сетчатых фильтров, при выборе которых задаются скоростью хладоагента в присоединительном штуцере в диапазоне w_Г =1…1,5 м/с.

Диаметр штуцера определяется по известному уравнению

Заключение

В ходе проделанной курсовой работы мы произвели расчет компрессионной холодильной установки. Хладоагентом являлся R-22. Был рассчитан теоретический цикл, действительный цикл. Было выбрано следующее оборудование:

Компрессор марки АВ-300; электродвигатель серии А и АК в диапазоне номинальной мощности от 55 до 400 кВт; конденсатор марки 1КХ 110; испаритель марки ИТР-65; малоотделитель марки 80 ОММ; ресивер марки 1,5 РД и переохладитель марки 16 ПП.

Список используемых источников

компрессионный холодильный испаритель ресивер

1. Водоснабжение промышленных предприятий. Учебное пособие.-В.Ф. Симонов, Н.В. Долотовская.

2. Расчет водоохлаждающих устройств. Методические указания к курсовой работе.:Саратов-1979.

3. СНиП «Строительная климатология».

4. Холодильные компрессоры. Справочник /Под ред. А.В. Быкова. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. - 280 с.

Размещено на Allbest.ru