Расчет основных элементов конструкции бытового компрессионного холодильника
Принцип действия холодильника, процесс охлаждения. Классификация бытовых холодильников, основные структурные блоки. Расчет холодильного цикла, испарителя, конденсатора и тепловой нагрузки бытового компрессионного холодильника с электромагнитным клапаном.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 23.03.2012 |
| Размер файла | 1,3 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Наиболее распространены кривошипно-кулисные мотор-компрессоры (рис. 1.5.). Компрессор с вертикальным расположением вала подвешен на пружинах 23 (рис. 1.6.) внутри герметичного кожуха 1. В зависимости от конструкции подвески пружины работают на сжатие или растяжение и служат для гашения колебаний, возникающих при работе компрессора.
Электродвигатель однофазный, асинхронный, с пусковой обмоткой. Для пуска двигателя и защиты его от перегрузок применяют пускозащитное реле, соединенное с двигателем при помощи клеммной колодки, закрепленной на проходных контактах пластинчатой скобой. Реле установлено на раме.
Ротор 2 электродвигателя помещен непосредственно на валу 21 компрессора. Статор 3 электродвигателя прикреплен к корпусу 6 компрессора четырьмя винтами 4. Обмотка статора двухполюсная, четырехкатушечная. Корпус компрессора чугунный, одновременно служащий опорой вала. Цилиндр 16 отлит вместе с глушителями. Он установлен на корпусе мотор-компрессора по четырем контрольным штифтам 8 и прикреплен к корпусу двумя винтами. Для уменьшения инерционных масс поршень 18 изготовлен полым из листовой стали. Ползун 20 кулисы чугунный. На торце цилиндра установлена прокладка 15 всасывающего клапана и сам клапан 14 по двум установочным цилиндрическим штифтам 8. Нагнетательный клапан 12 вместе с ограничителем прикреплен к седлу заклепками. Клапаны установлены на штифты 8. На тех же штифтах имеются скобы, которые ограничивают подъем клапана. Высота подъема всасывающего клапана 0,5 мм, нагнетательного - 1,18 мм. Диаметр всасывающего отверстия 5 мм, нагнетательного - 3,4 мм. Подъем клапана ограничен, чтобы не было чрезмерных перегибов и стуков.
Седло 13 клапанов и головка 10 цилиндра отлиты из чугуна. Вал ротора вращается в подшипнике корпуса компрессора. Кожух изготовлен из листовой стали.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок - 1.5 Общий вид кривошипно-кулисного мотор-компрессора
1-нагнетательный патрубок; 2-операционный патрубок, 3-всасывающий патрубок, 4-патрубки устройства для дополнительного охлаждения.
Рисунок 1.6 - Конструкция кривошипно-кулисного мотор - компрессора
1 - герметичный кожух в сборе; 2 - ротор электродвигателя; 3 - статор электродвигателя; 4, 5 - винты; 6 - корпус компрессора; 7 - крышка кожуха; 8 - штифты; 9 - винт; 10 - головка цилиндра; 11 - прокладка клапана нагнетания; 12 - нагнетательный клапан; 13 - седло клапанов; 14 - клапан всасывающий; 15 - прокладка всасывающего клапана; 16, 17 - цилиндры; 18 - поршень; 19 - обойма; 20 - ползун; 21 - вал; 22 - трубка нагнетательная; 23 - пружина буферная; 24 - шпилька.
Трущиеся части компрессора смазываются под действием центробежной силы через косое отверстие в нижнем торце коренной шейки вала. При вращении вала 21 масло, попадая в наклонный канал, поднимается вверх и поступает к трущейся парс вал 21 - корпус 6 компрессора. Пара поршень 18 - цилиндр 16 смазывается разбрызгиванием. Пары хладона всасываются из кожуха в цилиндр 16 через глушитель всасывания и нагнетаются в трубку 22. Змеевик нагнетательной трубки 22 способствует гашению колебаний мотор-компрессор, корпус которого опирается на три буферные пружины 23. Пружины предохраняет oт выпадения шпилька 24.
Кожух 1 закрыт сверху крышкой 7, приваренной по фланцу и ограничивающей перемещение мотор - компрессора вверх.
Конденсатор холодильного агрегата является теплообменным аппаратом, в котором хладагент отдает тепло окружающей его среде. Пары хладагента, охлаждаясь до температуры конденсации, переходят в жидкое состояние. Конденсатор представляет собой трубопровод, изогнутый в виде змеевика, внутрь которого поступают пары хладона. Змеевик охлаждается снаружи окружающим воздухом. Наружная поверхность змеевика обычно недостаточна для отвода тепла воздухом, поэтому поверхность змеевика увеличивают за счет большого количества ребер, креплением змеевика к металлическому листу и другими способами.
Широкое распространение получили конденсаторы конвективного охлаждения с проволочным оребрением (рис. 1.7, а). Конденсатор представляет собой змеевик из медной трубки с приваренными к ней с обеих сторон (друг против друга) ребрами из стальной проволоки диаметром 1,2…2 мм. Применяются также конденсаторы щитовые с завальцованной трубкой.
В холодильниках старых моделей применялись листотрубчатые конденсаторы. Листотрубчатый щитовой конденсатор (рис. 1.7, б) состоит из змеевика, который приварен, припаян или плотно прижат к металлическому листу, выполняющему роль сплошного ребра. В листе иногда делают прорези с отбортовкой по типу жалюзи. Это увеличивает теплопередающие поверхности за счет торцов отогнутых металлических язычков и циркуляции воздуха. Диаметр труб 4,75…8 мм, шаг 35…60 мм, толщина листа 0,5…1 мм.
Трубы змеевика на листе обычно располагают горизонтально в некоторых листотрубчатых конденсаторах их располагают вертикально, чтобы последние витки трубопровода не нагревались от кожуха компрессора. Длина трубопровода конденсатора составляет 6500…14 000 мм.
Рисунок - 1.7 Конструкция конденсаторов холодильного агрегата
a) - с проволочным оребрением; б) - листотрубчатый; в) - прокатно-сварной
Листотрубчатый прокатно-сварной конденсатор (рис. 1.7, в) изготовлен из алюминиевого листа толщиной 1,5 мм с раздутыми в нем каналами змеевика. Конденсатор имеет форму сплюснутой трубы и закреплен на задней стенке шкафа холодильника. При сравнительно небольших размерах конденсатор работает эффективно благодаря высокой теплопроводности алюминия и теплопередачи через однородную среду. Для более эффективной циркуляции воздуха в щите сделаны сквозные просечки. Конденсатор с одной стороны соединен трубопроводами с нагнетательной линией компрессора, а с другой через фильтр и капиллярную трубку - с испарителем. Для защиты от коррозии конденсатор окрашивают черной эмалью.
В испарителе происходит передача тепла от охлаждаемого объекта к испаряющемуся (кипящему) вследствие этого холодильному агенту. По принципу действия испарители аналогичны конденсаторам, но отличаются тем, что в конденсаторе холодильный агент отдает тепло окружающей среде, а в испарителях поглощает его из охлаждаемой среды. Испарители имеют каналы различной конфигурации и отличаются способом крепления в холодильной камере. В некоторых холодильных агрегатах испарители отличаются тем, что система каналов у них имеет вместо двух выходных отверстии для присоединения капиллярной и всасывающей трубки лишь одно. У таких агрегатов капиллярная трубка проходит внутри всасывающей. Конец всасывающей трубки приваривают в торце выходного канала испарителя, а капиллярная трубка проходит через выходной канал во входной, где ее обжимают, чтобы не было перетекания хладона из входного канала в выходной.
Испарители выпускают различных конструкций. Широкое распространение в холодильниках ранних выпусков имели испарители, изготовленные в виде перевернутой буквы П (рис. 1.8, а), часто вытянутой во всю ширину камеры, с полкой для продуктов. В современных холодильниках с морозильными отделениями во всю ширину камеры испарители делают в виде вытянутой буквы О (рис. 1.9, б) или повернутой вверх буквы С. Испаритель крепят к потолку или боковым стенкам камеры.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис. 1.8. Конструкция испарителей
В настоящее время в некоторых моделях двухкамерных холодильников применяют листотрубчатые (рис. 1.8, в) секционные испарители, плоские, расположенные на задней стенке камеры холодильника или устанавливаемые горизонтально (в этом случае испаритель одновременно является полкой). Трубопровод испарителя диаметром 8 мм прикреплен к металлическому листу с внутренней стороны. Для крепления трубопровода и циркуляции воздуха на листе сделаны просечки.
Капиллярная трубка в сборе с отсасывающей служит регулирующим устройством для подачи жидкого хладагента в испаритель. Она представляет собой медный трубопровод с внутренним диаметром 0,5…0,8 и длиной 2800…3000 мм (в зависимости от модели холодильника), соединяющий стороны высокого и низкого давления в системе холодильного агрегата. Имея небольшую проходимость (5,6…8,5 л/мин), капиллярная трубка является дросселем и создает перепад давления между конденсатором и испарителем и подает в испаритель определенное количество жидкого хладона. К преимуществам капиллярных трубок по сравнению с другими дросселирующими устройствами (например, с терморегулирующими вентилями) следует отнести простоту конструкции, отсутствие движущихся частей и надежность в работе.
Недостатком капиллярной трубки является невозможность необходимого регулирования подачи хладона в испаритель при разных температурных условиях эксплуатации холодильника. Для улучшения теплообмена между отсасывающими холодными парами и теплым жидким хладагентом, которые движутся противотоком, капиллярную и отсасывающую трубки спаивают между собой на большом участке. В некоторых холодильниках капиллярную трубку наматывают на отсасывающую или помещают внутри нее.
Фильтр устанавливают у входа в капиллярную трубку для предохранения ее от засорения твердыми частицами. Фильтры изготовляют из мелких латунных сеток или металлокерамики Металлокерамический фильтр состоит из бронзовых шариком диаметром 0,3 мм, сплавленных в столбик конусообразной фор мы, заключенный в металлический корпус. Капиллярную трубку припаивают к металлокерамическому фильтру под углом 30 В большинстве холодильников фильтр смонтирован в одном корпусе с осушительным патроном. По краям корпуса расположены сетки, а между сетками - адсорбент (применяют для очистки рабочей среды хладоновых холодильных машин от влаги и кислот).
Осушительный патрон служит для поглощения влаги из хладагента и предохранения регулирующего устройства (капиллярной трубки) от замерзания в нем воды. Корпус осушительного патрона состоит из металлической трубки длиной 105… 135 мм и диаметром 12… 18 мм с вытянутыми концами, в отверстия которых впаивают соответствующие трубопроводы холодильного агрегата.
Внутри корпуса патрона помещают 10…18 г. адсорбента (синтетического цеолита). Адсорбенты имеют простую кристаллическую структуру. Мельчайшие поры соединены узкими каналами. Благодаря такой структуре возникает избирательная адсорбция, т.е. свойство молекулярного щита, когда в полости пор проникают лишь те молекулы, размер которых меньше диаметра каналов. Поэтому вся активная поверхность и объем пор используются для удержания молекул воды и не засоряются прочими веществами с более крупными молекулами (в частности, хладоном и маслом).
Хладагенты.
На Международном совещании в Копенгагене (ноябрь 1992 г.) было принято решение о прекращении производства с 1 января 1996 года озоноопасных хладагентов R11, R12 и R502.
В переходный период допускалось применение хладагента R134a (C2H2F4), который не воспламеняется во всем диапазоне температур эксплуатации.
Хладагент R134a имеет эксплуатационные характеристики, близкие к R12. Его рекомендовалось применять в бытовых холодильниках и он может быть использован при переводе холодильных систем бытовых холодильников с R12 на R134a.
1.5 Основные показатели качества бытовых холодильников
Европейская организация по контролю качества разработала следующие определения. Качества есть степень, до которой оно удовлетворяет требования потребителя. Для промышленной продукции качества представляет собой сочетание качества проекта и качества изготовления.
Важнейшим показателем качества является потребительские показатели качества, оценивающие потребительские свойства товаров широкого потребления.
К потребительским показателем качества относятся следующие группы показателей социального назначения, функциональные, надежности в потреблении, экономические, эстетические, безопасность потребления. экологические.
Показатели социального назначения характеризуют соответствие совокупности товаров массового спроса определенного назначения сложившейся структуре общественных потребителей, а также способность этих товаров удовлетворять эту потребность в конкретных условиях потребления.
Функциональные показатели качества изделия характеризуют его использование по назначению как предмета потребления и включает показатели, определяющие. Выполнение основной функции и сопутсвующих ей операций, показателем универсальности и показателем совершенства выполнения вспомогательных операций.
Показатели надежности изделий в потреблении характеризуют сохранение основных параметров его функционирования во времени и в пределах, соответствующих данным условия потребления. Эти показатели включают показатели безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемое.
Эргономические показатели качества изделий характеризует их эстетическую ценность и способность удовлетворять эстетические потребности человека.
Показатели безопасности потребления изделия характеризует степень защищенности человека от воздействия опасных и вредных факторов, возникающих при его потреблении.
Экологические показатели качества изделий характеризуют его воздейсвие на окружающую среду в процессе потребления.
Показателем полезного эффекта для товаров широкого потребления служит обобщенный показатель качества, объединяющий в одном показателе все важные с точки зрения потребителей свойства изделия. Обобщенный показатель качества представляет собой функцию от единых показателей качества изделия.
Обобщенный показатель качества может быть выражен:
- главным показателем, определяющим основное назначение изделий;
- интегральным показателем качества изделий;
- средневзвешенным показателем качества.
Показатели, характеризующие качество холодильников и используемые при сравнении их технического уровня, разделяют на 6 основных групп: технико-эксплуатационные, надежности, технологические, эстетические и эргономические, стандартизации и унификации, патентно-правовые.
I. Технико-эксплуатационные показатели
1. Объемно-весовые показатели
Общая емкость - Vобщ
Полезная емкость - Vп
Емкость плюсового отделения - Vпл
Емкость низкотемпературного отделения - Vнт
Площадь поверхностей для хранения продуктов - F х р
Габаритные размеры
Габаритные размеры при эксплуатации
Габаритный объем - V г б
Масса - M
Коэффициент использования габаритного объема -
Коэффициент использования занимаемой аппаратом площади пола - f
Коэффициент использования емкости - v
Относительная емкость низкотемпературного отделения - v н т
Удельная масса - m
2. Температурно-энергетические показатели
Температура в плюсовом отделении - t п л
Температура в низкотемпературном отделении - t н т
Расход электроэнергии - W
Коэффициент рабочего времени (к. р. в.) - b
Теплопроходимость - kF
Удельный расход электроэнергии -
II. Показатели надежности
Вероятность безотказной работы.
Параметр потока отказов.
Срок службы.
III. Технологические показатели
Трудоемкость.
Коэффициент сборности.
IV. Эстетические и эргономические показатели
Эстетические показатели
Взаимосвязь изделия со средой.
Рациональность формы.
Целостность композиции.
Соответствие современным художественным тенденциям.
Товарный вид.
2. Эргономические показатели
Гигиенические - уровень шума и вибрации.
Антропометрический - соответствие размерам тела человека.
Физиологические и психофизиологические - соответствие силовым и зрительным психофизиологическим возможностям человека.
Психологические - соответствие закрепленным и вновь формируемым навыкам человека.
V. Показатели стандартизации и унификации
Коэффициент применяемости.
Коэффициент повторяемости.
VI. Патентно-правовые
Показатели патентной защиты.
Показатели патентной чистоты.
2. Расчет основных элементов конструкции бытового компрессионного холодильника с электромагнитным клапаном
2.1 Расчет холодильного цикла
Рабочий режим холодильной установки характеризуется температурами кипения, конденсации , переохлаждения (жидкого хладагента перед регулирующим вентилем) , всасывания (пара на входе в компрессор) .
Исходные данные.
Расчетные параметры наружного воздуха:
- (летняя температура)
Для г. Уфа принимаем .
- (относительная влажность воздуха).
Определяем режим работы. В качестве хладагента марки R134a.
Температуры в морозильной камере примем равной . При непосредственном охлаждении температура кипения обычно на ниже температуры воздуха в камере:
(1)
Для исключения влажного хода компрессора пар перед ним перегревается. Примем температуру всасываемого пара на выше температуры кипения:
(2)
Температура конденсации принимаем равной . Температуру переохлаждения жидкого хладагента принимаем на ниже температуры конденсации:
(3)
2.2 Построение холодильного цикла
По указанным температурам строим цикл в координатах . По температурам и находим соответствующие изобары и в области перегретого пара и переохлажденной жидкости (на диаграмму S - T изобары в области переохлажденной жидкости не наносят).
В результате построения получаем опорные точки:
- 1 - на пересечении изотермы с линией сухого насыщенного пара;
- 2' - на пересечении изотермы с линией сухого насыщенного пара;
- 3 - на пересечении изотермы с линией жидкости;
- 3' - на пересечении изотермы с изобарой в области переохлажденной жидкости (в S - T диаграмме точку 3 условно наносят на линию жидкости при температуре).
На пересечении линий и в области перегретого пара находим точку 1', определяющую состояние пара, всасываемого компрессором. Через точку 1' проводим линию постоянной энтропии (адиабату) до пересечения с изобарой в точке 2, которая определяет состояние пара в конце сжатия.
Последнюю точку 4 получаем на пересечении линии постоянной энтальпии, проходящей через точку 3' с изотермой и изобарой в области влажного пара. Точка 4 характеризует состояние хладагента после дросселирования в регулирующем вентиле.
Для нашего случая имеем: Построение точки 1. Построение цикла начинаем с нанесения линии заданной температуры кипения Т0=-19 0С, которая в области влажного пара совпадает с линией давления в испарителе P0=138,81 кПа. На пересечении этой линии с правой пограничной кривой (линия сухого насыщенного пара x = 1) диаграммы находится точка 1. Для точки 1 по вспомогательным линиям диаграммы находим энтальпию i = h = 384,54 кДж/кг, удельный объём V1= 0,14 м3/кг паров холодильного агента и энтропию S1= 1,730 кДж/кг 0C, паросодержание X = 1.
Построение точки 1'. Для построения точки 1' находим пересечение в области перегретого пара (x = NA) линии P0 = 138,81 кПа и TВС = 11 0C. Построение точки 2'. Аналогично, по пересечению линии сухого насыщенного пара с заданной изотермой TК = + 430C определяем точку 2', через которую проходит линия соответствующего давления PК= 1,15МПа.
Построение точки 2. Из точки 1' проводим линию адиабатического сжатия паров холодильного агента в компрессоре S = 1,831 кДж/кг0C до пересечения с линией постоянного давления в конденсаторе PК = 1100,857 кПа, соответсвующего заданной температуре конденсации Tк= + 430C и находим точку 2.
Построение точки 3. Точка 3 находится на пересечении линии Pк= 1100,857 кПа с левой пограничной кривой x= 0 (линия жидкости).
Построение точки 3'. Для нахождения точки 3' известно, что давление в ней должно быть Pк=1100,857 кПа, а температура равна заданной TП = + 33 0C. Следовательно, точку 3 находим на пересечении линии Pк = 1110,857 кПа с линией изотермы TП = +33 0C в области жидкого состояния холодильного агента.
Построение точки 4. Точка 4 определяется как точка пересечения линии дросселирования i = h = 245,88 кДж/кг, проведённой из точки 3', с линией P0 = 138,81 кПа.
Характеристика процессов, составляющих цикл:
4-1 - процесс кипения жидкого холодильного агента.
Данный процесс протекает в испарителе холодильной машины. Процесс 4-1 изотермический, то есть протекает при постоянной температуре T0= - 19 0C (а так же изобарический - при постоянном давлении P0 = 138,81 кПа). По тепловому эффекту этот процесс эндотермический, то есть протекает с поглощением тепла. Тепло при этом отнимается от охлаждаемой среды через стенку испарителя. Количество тепла численно равно площади под линией процесса в координатах S-T. Или величине проекции процесса на ось абсцисс (в координатах i-lgP отрезок i1 - i4). Кипение продолжается до тех пор, пока вся жидкость не превратится в пар. Принимается, что из испарителя выходит сухой насыщенный пар.
Точка 1 соответствует поступлению в компрессор сухого пара.
1-1' - процесс перегрева парообразного холодильного агента от T0 до TВС при постоянном давлении P0. Данный процесс эндотермический. Количество тепла численно равно площади под процессом в координатах S-T или величине проекции на ось абсцисс (в координатах i-lgP отрезок i1' - i1).
Точка 1' соответствует поступлению в компрессор перегретого пара холодильного агента.
1'-2 - процесс сжатия сухих паров хладагента. Этот процесс протекает в цилиндрах компрессора. Процесс адиабатический, то есть протекает без теплообмена с окружающей средой при постоянной энтропии S = 1,831 кДж /кг0C. Процесс протекает с повышением температуры хладагента от T1= TВC= 33 0 C до T2 = +78,782 0C. На осуществление этого процесса затрачивается работа, которая на диаграмме i-lgP численно равна отрезку i2-i1'.
Точка 2 характеризует поступление сжатых паров холодильного агента из компрессора в конденсатор.
2-2' - процесс понижения температуры пара хладагента от T2= 78,782 0C до температуры начала конденсации TК = +43 0C. Процесс протекает в конденсаторе. Этот процесс изобарический, то есть происходит при постоянном давлении PК =1100,857 кПа. По тепловом эффекту этот процесс экзотермический, то есть протекает с выделением тепла, которое отводится от хладагента охлаждающей средой (воздухом). Количество тепла на диаграмме i-lgP численно определяется отрезком i2'-i2.
2'-3 - процесс конденсации паров холодильного агента.
Процесс протекает в конденсаторе. Этот процесс изотермический (протекает при постоянной температуре TК= + 43 0C) и изобарический (протекает при постоянном давлении PК =1100,857 кПа). По тепловому эффекту это процесс экзотермический. Количество тепла на диаграмме i-lgP численно определяется отрезком i2'-i3. Тепло отводится от хладагента охлаждающей средой. Точка 3 - это точка полной конденсации холодильного агента.
3-3' - процесс переохлаждения сконденсировавшегося жидкого хладагента от температуры TК = + 43 0C до температуры TП = + 33 0C. Процесс протекает в конденсаторе, терморегулирующем вентиле, теплообменнике. Процесс изобарический, то есть происходит при постоянном давлении. По тепловому эффекту процесс экзотермический. Количество тепла на диаграмме i-lgP численно определяется отрезком i3-i3'. Точка 3' определяет параметры жидкого хладагента, направляющегося к терморегулирующему вентилю.
3' - 4 - процесс дросселирования хладагента в терморегулирующем вентиле при постоянной энтальпии i3 = i4 = 245,88 кДж/кг. Проходя через терморегулирующий вентиль, хладагент дросселируется с давления конденсации PК =1100,857 кПа до давления кипения P0 = 138,81 кПа, при этом происходит понижение температуры хладагента от TК = + 43 0C до T0= -19 0C.
Точка 4 характеризует параметры парожидкостной смеси после дросселирования. Также точка 4 характеризует начало кипения хладагента в испарителе при постоянных давлении P0 = 138,81 кПа и температуре T0 = - 19 0C.
Полученные значения величин в узловых точках заносим в таблицу:
Таблица 2.1. Параметры холодильного цикла
|
Узловые точки |
Температура, 0C |
Давление, кПа |
Энтальпия, кДж/кг |
Энтропия, кДж/(кг0C) |
Паросодержание Х (в долях) |
Удельный объём, м3/кг |
|
|
1 |
- 19 |
138,81 |
384,54 |
1,730 |
1 |
0,14 |
|
|
1' |
11,459 |
138,638 |
411,7 |
1,831 |
NA |
0,16133 |
|
|
2' |
43 |
1100,857 |
419,44 |
1,706 |
1 |
0,01823 |
|
|
2 |
78,782 |
1102,05 |
460,34 |
1,828 |
NA |
0,02255 |
|
|
3 |
43,014 |
1104,158 |
260,71 |
1,204 |
NA |
NA |
|
|
3' |
33,33 |
838,702 |
245,88 |
1,157 |
NA |
0,00404 |
|
|
4 |
-18,946 |
139,128 |
246,19 |
1,186 |
0,336 |
0,04722 |
По известным параметрам состояния таблицы производим расчет теоретического цикла.
1. Удельная массовая холодопроизводительность
= 384.54 - 246.19 = 138.35 кДж/кг (4)
2. Удельная объемная холодопроизводительность.
= 857.559 кДж/м3 (5)
3. Количество теплоты, отводимое из конденсатора
= 460.34 - 260.71 = 199.63 кДж/кг (6)
4. Работа компрессора в адиабатном процессе сжатия
= 460.34 - 411.7 = 48.64 кДж/кг (7)
5. Холодильный коэффициент
(8)
Цикл холодильника, работающего на хладоне R134a.
2.3 Расчет тепловой нагрузки
Проектирование бытовых холодильников ведется на основе теплового расчета учитывающего виды теплопритоков, которые могут повлиять на изменения температурного режима в камере холодильника.
Тепловая нагрузка на холодильное оборудование состоит из нескольких теплопритоков:
- теплоприток в охлаждаемые камеры бытового холодильника из окружающей среды за счет теплопроводности изолированных стенок (теплоприток через охлаждающие конструкции),
- поступление теплого воздуха через открытые двери, неплотности и т.д.,
- теплота от продуктов, охлаждаемых до требуемой температуры,
- различных дополнительных тепловых нагрузок.
Исходными данными для теплового расчета являются: полезный объем, температурный режим в камерах, количество камер холодильника, климатическое исполнение.
Принимаем общий полезный объем проектируемого холодильника равным 309 дм3 = 309 л. Общий полезный объем «плюсовой» камеры примем равным 246 дм3. Морозильной камеры 63 дм3. Габариты холодильника 1710 x 600 x 510 (В x Ш x Г). Количество компрессоров - 1. Климатическое исполнение УХЛ для широт умеренного климата.
Полезный объем высокотемпературной камеры V1 = 309 - 63 = 246 дм3.
При проектировании, исходя из соображений практичности примем следующие размеры:
Рисунок - 2.1 Высокотемпературная камера tк1= + 4 0C.
V1 = 0,54*0,45*1,01 = 0,246 м3
Рисунок - 2.2 Низкотемпературная камера tк2 = - 12 4 0C.
V2 = 0,17*0,48*0,41 + ((0,33 + 0,24)/2) * 0,22 * 0,48 = 0,034 + 0,03 = 0,064 м3.
1) Теплоприток через стенки.
Теплопритоки через ограждения
Теплоприток через стенки (ограждающие конструкции) - это тепловой поток в охлаждаемые камеры из окружающей среды за счет теплопроводности.
В природе не существует абсолютной изоляции, и поэтому, когда температура в холодильнике ниже, чем температура окружающей среды, всегда имеется некоторый приток теплоты.
Количество теплоты, передаваемой через стенки охлаждаемых камер холодильника в единицу времени, является функцией трех факторов, соотношение которых выражается следующим уравнением:
(9)
где Q1 - теплоприток, Вт;
k - коэффициент теплопередачи, Вт/(м * К);
F - площадь наружной поверхности ограждения (стенки), м;
ДT - разность температур по обе стороны стенки, К.
Коэффициент теплопередачи можно рассчитать для любого ограждения, если известна теплопроводность каждого из видов использованного материала.
Коэффициент теплопередачи равен
(10)
где - коэффициент теплоотдачи с внешней поверхности ограждения, Вт/ (м * К);
- коэффициент теплоотдачи с внутренней поверхности ограждения, Вт/ (м * К);
- толщина отдельных слоев конструкции ограждения;
- коэффициент теплопроводности изоляционного материала. При определении теплопритоков через ограждения холодильных камер необходимо учитывать теплоприток через все стенки холодильника. Если некоторые стенки имеют неодинаковую конструкцию и различные коэффициенты теплопередачи, то для них следует выполнять отдельные расчеты теплопритоков. Стенки, имеющие одинаковые коэффициенты теплопередачи и разность температур по обе стороны, рассматриваются вместе.
При расчете теплопритоков проектируемого холодильника примем, что все стенки имеют толщину = 3 см, также пренебрегаем теплопритоками от работы компрессора.
В качестве обшивки холодильника используем стальной лист толщиной = 0,002 м.
В качестве теплоизолятора - пенополиуретан = 25 мм = 0,025 м. Для обшивки внутренних камер холодильника используем листы из ударопрочного полистирола = 0,003 м.
Рисунок - 2.3 Стенка холодильника.
Определяем теплопроводности материалов [2].
; ; .
Коэффициент теплоотдачи с внутренней поверхности стены , с внешней поверхности стены .
По уравнению (10) рассчитываем коэффициент теплопередачи
(11)
Разность температур по обе стороны стенки для высокотемпературной камеры
(12)
Разность температур для низкотемпературной (морозильной камеры)
(13)
Площадь стенок «+» камеры (высокотемпературной).
Fпер, зад = 1,01 * 0,54 = 0,5454 м2
Fбок. пов. = 1,01 * 0,45 = 0,4545 м2
Fверх, низ = 0,45 * 0,54 = 0,243 м2
Fобщ = 0,5454*2 + 0,4545*2 + 0,243*2 = 2,4858 м2
Площадь стенок низкотемпературной (морозильной камеры)
Fпер = 0,48 * 0,39 = 0,1872 м2
Fзад = 0,48 * 0,17 * 0,48 * 0,2377 = 0,1956 м2
Fбок. пов = 0,41 * 0,17 * (0,33 + 0,24)/2 * 0,22 = 0,1324 м2
Fверх = 0,41 * 0,48 = 0,1968 м2
Fниз = 0,48 * 0,24 = 0,1152 м2
Рисунок - 2.4 Боковая поверхность морозильной камеры.
Fобщ = F пер + Fзад + 2Fбок. пов. + Fверх + Fниз = 0,1872 + 0,1956 + 0,1324*2 + 0,1968 + 0,1152 = 0,9569 м2.
Теплоприток для «+» камеры
= 2,4858 * 28 * 0,85 = 59,162 Вт
Теплоприток для низкотемпературной камеры
= 0,9596 * 44 * 0,85 = 35,88 Вт
= 59,162 + 35,88 = 95 Вт
2) Тепловая нагрузка от продуктов.
Данная нагрузка создается теплотой, которая отводится от продуктов при охлаждении и замораживании.
Если продукты, помещаемые в холодильные камеры, имеют температуру выше температуры в камере, то они отдают теплоту воздуху до тех пор, пока не охладятся до температуры в камере.
Когда температура в холодильной камере поддерживается выше точки замерзания продукта, теплоприток от продуктов определяется по формуле:
(14)
где Q2 - количество теплоты от продуктов при их охлаждении, Вт;
m - масса продукта, кг;
с - удельная теплоемкость продукта, Дж/(кг * К);
ф - время охлаждения, с;
kv - коэффициент скорости охлаждения.
Когда продукты замораживают и хранят при температуре ниже точки замораживания, то общее количество отдаваемой теплоты можно разбить на три составляющих: количество теплоты, отдаваемой продуктами при охлаждении до температуры замораживания; количество теплоты, отдаваемой продуктами при замораживании; количество теплоты, отдаваемой продуктами при охлаждении oт точки замораживания до конечной температуры хранения.
Способ определения количества теплота при понижении температуры рассмотрен выше.
Количество теплоты, отдаваемой продуктами при замораживании, рассчитывают по следующему уравнению:
(15)
где m - масса продукта, кг;
r - скрытая теплота продуктов, Дж/кг.
Также при расчете необходимо учитывать теплоприток, обусловленный дыханием продуктов[1].
После уборки качество хранимых фруктов и овощей изменяется. Наиболее важные изменения обусловлены дыханием, в процессе которого кислород воздуха соединяется с углеводами ткани растения с выделением углекислого газа и теплоты. Высвобожденная теплота называется теплотой дыхания и должна учитываться как часть тепловой нагрузки в процессе хранения значительного количества фруктов и овощей при температуре выше точки замораживания. Количество теплоты, высвобождаемой при дыхании, зависит от вида и температуры продукта. Теплота дыхания (в Вт / кг) для различных фруктов и овощей приведена в табл. 10-11 [1].
Тепловую нагрузку, обусловленную дыханием продукта, определяют по следующему уравнению:
(16)
где mпр - масса продукта, кг;
qпр - интенсивность дыхания, Вт / кг.
По условию температура в низкотемпературной камере (морозильнике) равна - 120C, в высокотемпературной камере + 40C.
Для расчета теплопритока от продуктов условно загружаем в проектируемый холодильник:
В высокотемпературную камеру
mкапуста = 7 кг
mморковь = 5 кг
mлук = 3 кг
mяблоки = 6 кг
mягоды = 3 кг
mапельсины = 4 кг
В низкотемпературные камеру
mговядина свежая = 10 кг
mптица = 6 кг
Общая масса загруженных продуктов mобщ = 44 кг.
= 4,592 Вт
=0,235 Вт
= 4,827 Вт
= 8,996 Вт
= 0,054 Вт
= 9,05 Вт
= 8,097 Вт
= 0,102 Вт
= 8,199 Вт
= 8,93 Вт
= 0,427 Вт
= 9,357 Вт
=5,334 Вт
= 0,27 Вт
= 5,604 Вт
=6, 366 Вт
= 0,076 Вт
= 6,442 Вт
В морозильную камеру загружаем 10 кг свежей говядины и 6 кг птицы
= 1201 кДж - охлаждение говядины до температуры замораживания.
= 2280 кДж - замораживание говядины.
= 192,05 кДж - охлаждение говядины от -0,5 0C до -12 0C.
= 0,063 кВт = 63 Вт
= 615,33 кДж
= 1476 кДж
= 86,025 кДж
= 0,025 кВт = 25 Вт
= 131,49 Вт
3) Тепловая нагрузка от воздухообмена.
Когда открывают дверь холодильника, теплый наружный воздух поступает в него, замещая более тяжелый холодный воздух, который выходит через дверь.
Величина отношения тепловой нагрузки в результате воздухообмена к общей тепловой нагрузке зависит от конкретных условий. Двери в бытовых холодильниках снабжены специальным уплотнением, вследствие чего приток воздуха через теплопритоки крайне ограничен. Следовательно, в бытовом холодильном оборудовании воздухообмен ограничивается тем, что воздух поступает в охлаждаемый объем при открывании и закрывании дверей.
Определить теплоприток в охлаждаемое пространство бытового холодильника при открывании и закрывании дверей с достаточной точностью практически невозможно. Обычно принимают этот теплоприток равным 2-5% от теплопритока через ограждение и теплопритока от продуктов (Q1+Q2).
= 6,79 Вт
= 95 + 131,49 + 6,79 = 233,28 Вт
Общий теплоприток с учетом коэффициента надежности 5-10%
= 244,944 Вт
2.4 Расчет компрессора
В бытовых холодильниках применяются герметичные компрессоры со встроенным электродвигателем в неразъемном кожухе.
1) Определяем удельную холодопроизводительность в 1 кг холодильного агента R134a
= 384,54 - 246,19 = 138, 35 кДж/кг (17)
2) Определяем массовый расход пара - массовую подачу компрессора (действительная масса всасываемого пара)
= 0,00177 кг/c (18)
3) Определяем объемный расход пара - объемную подачу компрессора (объем паров на входе в компрессор)
= 0,0002856 м3/с (19)
4) Определяем коэффициент подачи компрессора л в зависимости от степени сжатия
Принимаем л = 0,65
Степень повышения давления рабочего тела в компрессоре
= 7,938 (20)
5) Определяем описанный объем компрессора
= 0,0004394 м3 (21)
6) Вычисляем теоретическую (адиабатную) мощность NT компрессора
= 0,086 кВт (22)
7) Определяем действительную (индикаторную) мощность компрессора (зi = 0,7)
= 0,123 кВт (23)
8) Определяем эффективную мощность компрессора
= 0,145 кВт (24)
По эффективной мощности и холодопроизводительности выбираем компрессор Danfoss SC12G холодопроизводительностью 257 Вт при T0 = - 20 0C. Объем цилиндра 12,87 см3.
= 0,186 кВт, (25)
где зп - КПД клиноременной передачи зп = 0,94…0,98:
зэл - КПД электродвигателя зэл = 0,85…0,94.
Рисунок - 2.5 Компрессор SC12G общий вид.
2.5 Расчет испарителя
Испаритель - это устройство, которое абсорбирует тепло в холодную систему. Испаритель устанавливают в охлаждаемом пространстве. Тепло поглощается в результате кипения хладагента в каналах испарителя.
Производительность испарителя характеризуется интенсивностью прохождения теплоты через его стенки из охлаждаемого пространства или от продукта к кипящей внутри жидкости и выражается в ваттах. Испаритель любого назначения должен иметь достаточный коэффициент теплопередачи для того чтобы кипящий холодильный агент поглощал теплоту с высокой интенсивностью, создавая при этом требуемое охлаждение при работе в расчетных условиях.
Три способа теплопередачи имеют место при поступлении теплоты в испаритель. При охлаждении воздуха большая часть теплоты переносится к испарителю конвективными токами, образуемые в охлаждаемом пространстве посредством вентилятора или путем естественной циркуляции в результате разности температур между испарителем и окружающей средой. Часть тепла передается испарителю непосредственно от продуктов, а также от стен охлаждаемого пространства. Если продукты находятся в тепловом контакте с наружной поверхностью испарителя, то теплота передается от продуктов к испарителю за счет теплопроводности. Теплота должна проходить через стенки испарителя вследствие теплопроводности независимо от способа ее подачи к наружной поверхности испарителя. Поэтому производительность испарителя, т.е. интенсивность прохождения теплоты через его стенки, зависит от тех же факторов, которые обуславливают интенсивность потока теплоты, проходящей под действием теплопроводности через любую теплопередающую поверхность.
Производительность испарителя можно определить по следующей формуле:
(26)
где Q0 - количество передаваемой теплоты, Вт;
k - коэффициент теплопередачи, Вт/(м *К);
F - площадь наружной поверхности испарителя (гладкотрубной и ребристой), м2;
Иm - средняя логарифмическая разность между температурой снаружи испарителя и температурой хладагента в испарителе, К.
Сопротивления стенок испарителя потоку теплоты - это сумма трех факторов, отношение которых можно выразить следующим образом:
(27)
где k - коэффициент теплопередачи, Вт/(м *К);
б1, б2 коэффициент теплоотдачи для внутренней и наружной поверхности соответственно, Вт/ (м *К);
F2 / F1 - отношение наружной площади поверхности к внутренней или коэффициент оребрения;
д - толщина стенки испарителя, м;
л - теплопроводность стенки испарителя, Вт/(м*К).
Коэффициент теплопередачи должен быть максимальным, так как желательна высокая интенсивность теплопередачи через стенки испарителя. Поэтому в конструкции испарителя обычно используют металлы из-за их высокой теплопроводности.
Подобные документы
Описание конструкции бытового холодильника. Расчет теплопритоков в шкаф. Тепловой расчет холодильной машины. Теплоприток при открывании двери оборудования. Расчет поршневого компрессора и теплообменных аппаратов. Обоснование выбора основных материалов.
курсовая работа [514,7 K], добавлен 14.12.2012Назначение компрессионного холодильника и его особенности, виды, представленные на рынке. Принцип работы, типовые неисправности и методы их устранения. Расчет теплового баланса, теплопритоков от охлаждаемых продуктов, ремонтопригодности холодильника.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 10.12.2012Выбор продуктов для загрузки в морозильную и холодильную камеры. Расчет теплопритоков от продуктов, через стенки камер холодильника. Вычисление холодопроизводительности испарителя, компрессора и конденсатора. Построение диаграммы холодильного цикла.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 19.01.2015Физический принцип действия, классификация и конструкция холодильников. Описание функциональных возможностей и составных частей бытового компрессионного холодильника. Анализ характерных неисправностей холодильника, методы определения и способы устранения.
курсовая работа [884,9 K], добавлен 28.02.2014Основные понятия и расчет теоретического цикла бытового компрессионного холодильника. Устройство конденсаторов бытовых холодильников, расчет их конструктивных параметров и толщины теплоизоляционного слоя. Основные параметры поршневых компрессоров.
курсовая работа [498,9 K], добавлен 25.03.2011Классификация бытовых холодильников. Исследование технических решений, физического принципа действия холодильной установки и основных ее показателей. Примеры конструкций двухагрегатного двухкамерного холодильника. Разработка конструкции холодильника.
курсовая работа [444,1 K], добавлен 11.03.2016Принципы работы холодильной машины. Схема компрессионного цикла охлаждения, оценка его эффективности. Сжатие пара в компрессоре. Паровая компрессорная установка. Электрическая схема холодильника. Процесс конденсации паров жидкости на примере фреона R-22.
реферат [265,5 K], добавлен 26.01.2015Проектный расчет воздушного холодильника горизонтального типа. Использование низкопотенциальных вторичных энергоресурсов. Определение тепловой нагрузки холодильника, массового и объемного расхода воздуха. Тепловой и экзегетический балансы холодильника.
курсовая работа [719,0 K], добавлен 21.06.2010Описание конструкции двухкамерного компрессионного холодильника. Теплопритоки в шкаф холодильника. Тепловой расчет холодильной машины. Обоснование выбора основных материалов. Расчет поршневого компрессора, теплообменных аппаратов, капиллярной трубки.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 07.08.2013Расчетный режим холодильных установок. Расчет площадей, объемно-планировочное решение холодильника. Тепловой расчет холодильника и выбор системы охлаждения. Оценка и подпор компрессоров и теплообменных аппаратов. Автоматизация холодильной установки.
дипломная работа [109,9 K], добавлен 09.01.2011
