Курсова


ЗМІСТ
ВСТУП
1. Теоретичні основи процесу роботи холодильної машини.
1.1. Загальні відомості про штучне охолодження………………………..4
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
1
ІТХВ.КП.00.00.00.ПЗ.
Розроб.
Безлєпкін Перевір.
Сабадаш Реценз.
Н. Контр.
Затверд.
ЗМІСТ
Літ.
Акрушів1
СНАУ , ХТ 1101-1
1.2. Термодинамічні основи отримання холоду…………………………5
1.3. Методи штучного охолодження……………………………………...7
1.4. Будова і характеристика компресійних парових холодильних машин………………………………………………………………………………..10
1.5. Холодильні агенти і холодоносії……………………………………..15
1.6. Обладнання компресійних установок…………………………...17
2. Розрахунок і конструювання холодильної установки.
2.1. Теплові розрахунки…………………………………………………...19
2.1.1. Термодинамічні розрахунки компресора……………………....19
2.1.2 Уточнення потужності компресора та електродвигуна………..22
2.2. Розрахунок і вибір конденсатора…………………………………….22
2.3. Розрахунок і вибір випаровувала…………………………………….23
2.4. Розрахунок і вибір параметрів переохолоджувача…………………25
2.5. Гідравлічні розрахунки холодильної машини………………………25
2.6. Розрахунки на міцність……………………………………………….27
2.7. Вибір холодильного агента…………………………………………...27
2.8. Вихідні дані для вибору холодильного агрегату……………………28
2.9. Параметри вибраного компресорного агрегату……………………..28
3. Новизна прийнятих нових конструктивних рішень……………………...30
Висновок……………………………………………………………………….31
Список використаних джерел………………………………………………...32
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
2
ІТХВ.КП.00.00.00.ПЗ.
Розроб.
Безлєпкін Перевір.
Сабадаш Реценз.
Н. Контр.
Затверд.
ВСТУП
Літ.
Акрушів2
СНАУ , ХТ 1101 -1
ВСТУП
Процес охолодження – це процес отримання штучного холоду. Охолодження до мінусових температур здавна використовувалося для збереження харчових продуктів та медичних препаратів. Пізніше необхідність охолодження виникла при скрапленні газів, при будівництві мостів і тунелів, у металургійній, електронній, ракетній і багатьох інших галузях промисловості. При зростанні попиту на низькі температури розвивалась техніка охолодження. Від простих льодовиків з їх обмеженою ємністю, сезонністю роботи і незначним рівнем охолодження, ця техніка прийшла до холодильних машин безперервної дії, які дозволяють виробляти дуже велику кількість холоду (40-60 ГДж/год.) і досягати температур, близьких до абсолютного нуля (0,00002 К), при помірно малих витратах енергії.
За рівнем температури охолодження холодильні установки поділяються на:
1) холодильні установки помірного охолодження (діапазон температур від кімнатних до –1000С);
2) холодильні установки глибокого охолодження (до температур нижче –1000С).
В свою чергу, агрегати для отримання температур нижче –1000С, умовно класифікується наступним чином:
a) установки глибокого охолодження (від 173 до 55 К);
b) кріогенні установки (від 40 до 0,3 К);
c) установки наднизьких температур (до 0,00002 К ).
Парокомпресійні холодильні установки (ПКХУ) відносяться до холодильних установок помірного охолодження.
Термодинамічні основи роботи зазначених установок та конструкції основного обладнання докладно викладені втехнічній літературі.
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
3
ІТХВ.КП.00.00.00.ПЗ.
На сучасному етапі з’явились нові можливості вивчення роботи та визначення енергоефективності ПКХУ за допомогою обчислювальної техніки. Персональний комп’ютер може виконувати великий об’єм обчислювальних операцій за короткий період часу, що дозволяє дослідити роботу холодильної установки в різних режимах і одночасно забезпечує необхідну точність. Такий метод доцільний ще й тому, що дозволяє дуже точно, за допомогою комп’ютерних програм, визначати властивості холодильних агентів за термодинамічними діаграмами та будувати самі діаграми і цикли.
1. Теоретичні основи процесу роботи холодильної
машини.
1.1. Загальні відомості про штучне охолодження
Способи виробництва штучного холоду в значній степені визначаються потрібною температурою охолодження і масштабом установки.
Умовно розрізняють:
1) помірне охолодження (діапазон температур від кімнатних до -100°С)
2) глибоке охолодження (до температур нижче -100°С).
В свою чергу, отримання температур нижче -100°С умовно класифікується наступним чином:
а) техніка глибокого охолодження (від -100 до -218°С);
б) кріогенна техніка (від 40 до 0,3°К);
в) техніка ультранизьких температур (до 0,00002°К).
Способи отримання температур вище 2°К знайшли технічне застосування. Отримання більш низьких температур відноситься до сфери лабораторної техніки.
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
4
ІТХВ.КП.00.00.00.ПЗ.
Розроб.
Безлєпкін Перевір.
Сабадаш Реценз.
Н. Контр.
Затверд.
ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА
Літ.
Акрушів14
СНАУ , ХТ 1101-1
Використання температур, які відповідають глибокому охолодженню, дозволяє розділити газові суміші шляхом їх часткового або повного зрідження і отримувати багато технічно важливих газів, наприклад азот, кисень і інші гази (при розділенні повітря), водень з коксового газу, етилен з газів крекінгу нафти і т.д. Ці гази широко використовуються в різних галузях промисловості. Так, сучасна холодильна техніка забезпечує значну інтенсифікацію доменних процесів чорної металургії шляхом широкого впровадження в них кисню.
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
5
ІТХВ.КП.00.00.00.ПЗ.
Досить перспективним є застосування дешевого кисню для інтенсифікації багатьох хіміко-технологічних процесів (виробництво мінеральних кислот і ін.).
1.2. Термодинамічні основи отримання холоду
Основні положення. Перенесення тепла з нижчого температурного рівня на
вищий супроводжується зменшенням ентропії і тому не може відбуватися самовільно. Для того щоб здійснити такий процес, його необхідно проводити
одночасно з іншим процесом, який іде із зростанням ентропії і компенсує її зменшення в процесі віднімання тепла від середовища з більш низькою температурою.
В холодильних установках перенесення тепла від середовища з більш низькою температурою здійснюється з допомогою робочого тіла, яке називається холодильним агентом, або холодоагентом.
Отримання холоду відбувається по круговому процесу, або циклу, в якому процес віднімання тепла від охолоджуваного середовища супроводжується компенсуючим процесом - підведенням енергії (наприклад, при стисненні парів холодоагенту в компресорі0.
Згідно законів термодинаміки, при перенесенні тепла від середовища з більш високою температурою Т до середовища з більш низькою температурою Т0 найбільша ступінь перетворення тепла в роботу відповідає коефіцієнту корисної дії циклу Карно. Зворотним циклом Карно називається процес перенесення тепла від менш нагрітого тіла до більш нагрітого при затраті механічної роботи. Зворотний цикл Карно (рис.1) складається із наступних процесів

Рис. 1. Зворотний цикл Карно.
Згідно схеми холодильної машини теоретично цикл її в діаграмах Т - S і Р - і наступний:
1` - 1 – відділення рідини в сепараторі при постійному тиску;
1 – 2 – адіабатне стиснення сухої пари в компресорі;
2 – 3 - ізобарне охолодження стиснутих та перегрітих парів у конденсаторі;
3 – 4 – ізобарна та ізотермічна конденсація рідкого холодильного агента у конденсаторі;
4 – 4` - ізобарне переохолодження рідкого холодильного агента у конденсаторі , або в окремому переохолоджувачу , до температури більш низької ніж температура конденсації ( при тому ж самому тиску );
4` - 5 – ізоентальпійне дроселювання у регулюючому вентелі з падінням температури і тиску;
5 – 1 - ізотерма і ізобара випаровування ( кипіння ) холодильного агента в випаровувачі з підводом тепла охолоджуючого середовища.
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
6
ІТХВ.КП.00.00.00.ПЗ.
Такий цикл здійснюваний лише при умові постійності ентропії системи. Тому якщо при випаровуванні холодоагенту ентропія охолоджуваного середовища зменшується на Q0/ Т0, то на такс ж значення повинна зрости ентропія більш нагрітого середовища (води), якій передається тепло Q0, яке відняте від охолоджуваного середовища, і тепло, еквівалентне роботі LK, затрачене на стиснення холодоагенту. В результаті зростання ентропії більш нагрітого середовища складає (Q0 + LK)/T.
Q0/ T0 = (Q0 +LK )/Т(1.1)
Звідси, робота, яку необхідно затратити в холодильній установці, працюючій по зворотному циклу КарноLK – Q0 (T – Т0/Т0)(1.2)
Теплота Т0, яка віднімається холодильним агентом від охолоджуваного середовища при температурі Т0 < Т, визначає холодопродуктивність циклу чи холодильної установки. На діаграмі Т - S (рис.1) холодопродуктивність зображається площею 1-4-5-6. Площа 2-3-5-6 еквівалентна кількості тепла, яке віддається холодильним агентом більш нагрітому середовищу при температурі Т, а різниця площ 2 — 3 - 5 - 6 і 1-4-5-6 відповідає величині затраченої роботи LK (площа 2 — 3 - 4 - 1).
Таким чином, на прикладі зворотного циклу Карно енергетичний баланс любої холодильної машини
Q0 + L = Q де L - робота реального циклу.
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
7
ІТХВ.КП.00.00.00.ПЗ.
Термодинамічна ефективність холодильних циклів виражається відношенням холодопродуктивності Qo до затраченої роботи, L причому це відношення називається холодильним коефіцієнтом і позначається е. Коефіцієнт є виражається залежністю
е = Q0/L = Q/Q-Q0(1.3)
Холодильний коефіцієнт показує, яка кількість тепла сприймається холодильним агентом від охолоджуваного середовища на одну одиницю затраченої роботи.
1.3. Методи штучного охолодження
В процесах штучного охолодження зниження температури холодильного агенту, який відіграє роль переносника тепла, відбувається з допомогою:
1) випаровування низько киплячих рідин;
2) розширення різноманітних попередньо стиснених газів.
Розширення газів можна здійснити:
А) при пропусканні газу через дроселюючий пристрій, який викликає звуження потоку з наступним його розширенням — шайбу з отвором, вентиль і т.п.; у випадку дроселювання розширення газу протікає Ізоентальпійно і без здійснення зовнішньої роботи.
Б) при розширенні газу в детандері - машині, збудованій подібно до поршневого компресора або турбокомпресора; процес охолодження при розширенні газу в детандері в теоретичному циклі відбувається адіабатично і з здійсненням зовнішньої роботи.
Випаровування низькокиплячих рідин. Для виробництва холоду широко використовується випаровування різноманітних рідин, які володіють низькими, зазвичай від'ємними, температурами кипіння. При випаровуванні такі рідини охолоджуються за рахунок зменшення ентальпії до температури кипіння при тиску випаровування. Так, наприклад, якщо рідкий аміак випаровується при тиску 1 ат, то його температура знижується до -34°С - температури кипіння аміаку при даному тиску. При цьому аміак можна використовувати для охолодження різних середовищ до температур, які приблизно рівні -30°С. У випадку випаровування аміаку при підвищених тисках його температура кипіння підвищується і він може бути використаний для охолодження до менш низьких температур.
Дроселювання газів. При дроселюванні робота, яка здійснюється газом, затрачається на подолання тертя в отворах дроселюючого приладу і переходить в тепло, в результаті чого процес розширення відбувається без зміни ентальпії (ізоентальпійно).
У випадку ідеального газу при постійності ентальпії зберігається постійною і температура газу. Дроселювання ж реальних газів супроводжується, не дивлячись на постійність ентальпії, зміною температури газу.
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
8
ІТХВ.КП.00.00.00.ПЗ.
Явище зміни температури реального газу при його дроселюванні отримало назву дросельного ефекту або ефекту Джоуля-Томсона. Дросельний ефект вважається позитивним, якщо при дроселюванні газ охолоджується, і від'ємним, якщо газ нагрівається.
Температура газу, при якій дросельний ефект перетворюється на нуль, називається інверсійною. Більшість газів мають високу інверсійну температуру і при дроселюванні охолоджуються. Від'ємним дросельним ефектом володіють водень і гелій, які, на відміну від інших газів, при дроселюванні нагріваються.
Відношення нескінченно малої зміни температури до викликаю чого його нескінченно малого пониження тиску газу називається диференціальним дросельним ефектом
(1.4)
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
9
ІТХВ.КП.00.00.00.ПЗ.
Однак в практичних розрахунках за диференціальний дросельний ефект приймають зміну температури реального газу, обумовлене зміною його тиску на одну одиницю.
Інтегральний дросельний ефект відповідає зміні температури при пониженні тиску газу від початкового р1 до кінцевого р2
(1.5.)
Дросельний ефект, виражений в теплових одиницях, отримав назву ізотермічного дросельного ефекту.
Для отримання більш низьких температур, ніж ті, які можна досягнути шляхом дроселювання газу, останній поєднують з регенеративним теплообміном (через стінку) між поступаючим на дроселювання стисненим газом і газом, охолодженим в результаті дроселювання.
Охолодження газів при їх розширенні в детандері. Розширення попередньо стисненого газу проходить в газовому двигуні, який одночасно здійснює внутрішню роботу; остання може бути використана для будь-яких цілей, наприклад для перекачування рідин або нагнітання газів. Розширення стисненого газу в детандері відбувається без обміну теплом з навколишнім середовищем, і робота, яка здійснюється при цьому газом, проводиться за рахунок його внутрішньої енергії, в результаті чого газ охолоджується. Гранична температура охолодження визначається за загальним рівнянням для адіабатичного розширення ідеального газу. В дійсності зниження температури, яке досягається, менше і відповідає реальному політропічному процесу розширення.
При розширенні газу в детандері досягається помітно більший ефект охолодження, ніж при дроселюванні. Крім того, віддача зовнішньої роботи детандером повинна привести до зменшення загальної витрати енергії на цикл, в якому необхідно витрачати роботу на стиснення газу.
Розширення газів в детандері відбувається при значно більш низьких температурах , ніж їх стиснення в компресорі, і тому доля витрати енергії, яка компенсується роботою детандера, невелика. Вона зменшується ще більше при роботі детандера в області, де відбувається часткове зрідження газу, тобто, коли властивості газу достатньо ; відхиляються від законів ідеального стану. Ефективність охолодження при розширенні газу в детандері також помітно знижується внаслідок гідравлічних ударів і вихроутворення, які приводять до виділення тепла і втрат холоду, зумовлених недосконалістю теплової ізоляції детандера.
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
10
ІТХВ.КП.00.00.00.ПЗ.
В зв'язку з відміченими недоліками для підвищення холодопродуктивності методи розширення газу в детандері і дроселювання газу комбінують один з одним.
1.4. Будова і характеристика компресійних парових холодильних
Машин
При помірному охолодженні в якості холодильних агентів зазвичай використовують гази, критичні температури яких вищі температури оточуючого середовища. За нижню межу температур, які досягаються з допомогою помірного охолодження, умовно приймають температуру - 100°С, яка може бути досягнута в холодильному циклі з етиленом в якості холодильного агенту.
В ідеальній компресійній холодильній машині (рис.4.1), цикл роботи якої відповідає зворотному циклу Карно, компресор 1 засмоктує пари холодильного агенту, стискає їх до заданого тиску, при якому вони можуть бути зріджені охолодженням водою, і нагнітає пару в конденсатор 2. Стиснення супроводжується нагріванням пари від температури Т0 до температури Т. Конденсація пари в конденсаторі II протікає ізотермічно при температурі Т. Рідкий холодильний агент поступає із конденсатора в розширювальний циліндр (на рисунку 2 замість розширювального циліндра, використовуваного в ідеальному циклі, показаний дросельний вентиль III, що використовується в реальному циклі),
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
11
ІТХВ.КП.00.00.00.ПЗ.
в якому адіабатично розширюється, набуваючи температури Т0, яка відповідає тиску випаровування. Дальше рідкий холодоагент випаровується при постійній температурі у випаровувачі 3, віднімаючи тепло від охолоджуваного середовища (напрямок руху охолоджуваного середовища, яке омиває поверхню теплообміну випаровувача, показано стрілками). Пара при температурі Т0 засмоктується компресором 1 і цикл повторюється знову.

Рис. 2. Схема холодильної машини.
1 – компресор ; 2 – конденсатор ; 3 – випаровувач ; 4 – дросель ;
5 – сепаратор ; 6 – масловідділювач ; 7 – ресивер.
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
12
ІТХВ.КП.00.00.00.ПЗ.
Холодильна машина уявляє собою герметичний контур заповнений робочім тілом – холодоагентом ( аміаком , фреоном і т. і.). Парокомпресійна холодильна машина включає основне холодильне обладнання (компресор - 1 , конденсатор - 2 , випаровувач - 3 , дросель - 4 ) та допоміжні апарати ( відділювачи рідини - 5 , масловідділювач - 6 , ресивер - 7, прилади автоматичного контролю , арматуру ) .
Пара холодоагента із випаровувача - 3 всмоктується компресором - 1 і нагнітається в конденсатор – 2, де зріджується ( переходить у рідину ), віддаючи тепло охолоджуючій воді (в домашніх побутових холодильниках оточуючому повітрі). Рідинний холодоагент через дросель - 4 входить у випаровувач - 3 , де перетворюється у пару, сприймаючи тепло .
Потік пари, який виходить із випаровувача звичайно утримує краплини рідинного холодильного агента, попадання якого в щілину компресора утворює небезпеку аварійного режиму, особливо при пуску отепленого випаровувача та при різкому зростанні теплового навантаження .
Для попередження всмоктування вологої пари, на лінії між випаровувачем і компресором розташоване сепараційне улаштування - 5 ( відділювач рідини ). У потоці пари із компресора утримується значна кількість мастильного масла. Масляна плівка, яка попадає на поверхню теплообмінних апаратів, замітно погіршує інтенсивність теплообміну. В масловідділювачи - 6 більша частина масла затримується і по мірі накопичення повертається в картер компресора. Розташований нижче конденсатора лінійний ресивер є збірником конденсату та виконує функції зберігання поверхні теплообміну у незатопленому вигляді та утворення запасу робочого навантаження .
Дросель - 4 забезпечує зниження тиску та оптимальне заповнення випаровувача рідиною, звичайно на рівні верхнього ряду труб.
Випаровувач – 3 розташовується у холодильній камері, утворюючи знижену температуру харчових продуктів, за рахунок відбору тепла від них, яке витрачається на випаровування холодильного агента .
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
13
ІТХВ.КП.00.00.00.ПЗ.
Схеми дійсних компресійних холодильних машин часто дещо ускладнюються порівняно з принциповою схемою зображеною на рисунку 2. Так, якщо потрібне переохолодження рідкого холодоагенту не може бути досягнутим в конденсаторі (за рахунок наявного „запасу" його поверхні теплообміну), то перед дросельним вентилем в схему включають додатковий теплообмінник - переохолоджувач рідини. Для забезпечення „сухого ходу" компресора між випаровувачем і компресором встановлюють відокремлював рідини, із якого відділені від пари частинки рідини повертаються у випаровував, а осушена пара направляється в компресор [3,4].
Двоступеневі і триступеневі машини. В деяких технологічних процесах вимагаються більш низькі температури, ніж ті, для отримання яких можуть бути
ефективно використані одноступеневі компресійні холодильні машини. По цим причинам для отримання відносно низьких температур використовують більш складні двохступеневі і триступеневі холодильні машини. Так, шляхом двоступеневого стиснення аміачної пари отримують температури до - 50°С, а шляхом триступеневого - до -70°С.
В двоступеневій компресійній холодильній машині (рис.3) пара холодильного агенту при тиску р засмоктується із випаровувала І, стискається компресором в циліндрі низького тиску II до деякого проміжного Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
14
ІТХВ.КП.00.00.00.ПЗ.
тиску рі і через холодильник III поступають в посудину-відділювач IV, де вони барботують через шар киплячого рідкого холодоагенту. При цьому внаслідок часткового випаровування рідини пара охолоджується до температури насичення, відділяється від рідини і в насиченому стані засмоктується в циліндр високого тиску V. Дальше вони стискаються до тиску р2 і направляються в конденсатор VI. Рідина, що утворилася в результаті конденсації пари, проходить через дросельний вентиль VII, за допомогою якого здійснюється її дроселювання до тиску р1. при цьому тиску рідина направляється в посудину-відділювач IV, де охолоджує пару, що поступає при цьому ж тиску із холодильника III.

Рис. 3. Двухступенева компресійна холодильна машина
.
Крім частини рідини, що випарувалася і приєдналася до пари, направленої на стиснення в циліндр V, остальна частина рідкого холодоагенту проходить через другий дросельний вентиль VIII, дроселюється до тиску р і поступає у випаровував І, де віднімає тепло від охолоджуваного середовища. Пара, яка виходить при тиску р, засмоктується в циліндр низького тиску II.
В двоступеневій холодильній машині ступені стиснення в циліндрах низького і високого тиску значно нижчЗмн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
15
ІТХВ.КП.00.00.00.ПЗ.
і, ніж в одноступеневій, тому об'ємний коефіцієнт корисної дії компресора відповідно вищий [5].
1.5. Холодильні агенти і холодоносії
Розміри холодильної машини, конструкційний матеріал, із якого вона може бути виготовлена, і тиск при заданих умовах роботи визначаються властивостями холодильного агенту. Тому до речовин, що використовуються в якості холодильних агентів, ставляться наступні вимоги:
1)висока критична температура, яка забезпечує можливістьконденсацію парів холодоагенту в конденсаторі при допомозі природнихохолоджуючих агентів (вода, повітря);
велика теплота випаровування для того, щоби зменшити витратухолодильного агента, необхідний для досягнення заданоїхолодопродуктивності;
можливий менший питомий об'єм парів холодильного агента притиску і температурі випаровування, що зумовлює зменшення розмірівхолодильної машини;
тиск парів повинен бути трохи вищий атмосферного через те, щолегше запобігти витік холодильного агента, ніж підсмоктування повітря;підсмоктування повітря погіршує теплопередачу в конденсаторі і випарнику,підвищує робочий тиск і вносить в систему водяну пару, яка може замерзатив випарнику і приводити до утворення хімічно активних сполук.
5) бажано помірний тиск пари при температурі конденсації для запобігання ускладнення конструкції і подорожчання апаратів і трубопроводів.
Поряд з цим холодильний агент не повинен бути хімічно агресивним і шкідливо впливати на організм людини; крім того, він повинен бути безпечним в пожежному відношенні, а також доступним і недорогим.
Холодильні агенти для установок з турбокомпресорами повинні володіти малою теплотою випаровування, так як турбокомпресори переважно виготовляються для стиснення значних кількостей холодоагенту.
В даний час найбільш поширенЗмн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
16
ІТХВ.КП.00.00.00.ПЗ.
ими холодоагентами, які задовольняють більшість з перерахованих вимог, є аміак і фреони. Значно рідше в якості холодоагентів використовують двоокис вуглецю і особливо рідко - сірчистий ангідрид і хлористий метил. Для отримання температур випаровування нижче - 70°С застосовують пропан, етан і етилен.
Перевагами аміаку як холодоагента є: значна теплота пароутворення, невеликий надлишковий тиск його парів в вицарнику і помірний тиск в конденсаторі. Разом з тим аміак горючий, отруйний, може утворювати з повітрям вибухонебезпечні суміші і викликати корозію міді і ЇЇ сплавів в присутності вологи.
Фреони являють собою фтор хлорпохідні метану.
Фреони володіють невисоким тиском конденсації і випаровування, як правило, безпечні, пожежо- і вибухонебезпечні, а також не викликають корозії звичайних конструкційних матеріалів при робочих умовах. До числа їх недоліків відносяться дуже низька в'язкість, що зумовлює витік холодоагенту, і відносно висока взаємна розчинність фреонів і мастильних олив.
Двоокис вуглецю характеризується досить високою об'ємною холодопродуктивністю, що забезпечує високу компактність циліндра компресора. Однак двоокис вуглецю має дуже низьку критичну температуру
і високий тиск конденсації, що обмежує можливості його застосування як холодоагенту.
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
17
ІТХВ.КП.00.00.00.ПЗ.
Суттєвим недоліком хлористого метилу і сірчистого ангідриду є низький тиск парів в випарнику. Крім того, сірчистий ангідрид володіє корозійними і токсичними властивостями.
В виробничих умовах холодильна установка переважно обслуговує декілька апаратів, для охолодження яких використовують проміжні холодоносії. В якості проміжних холодоносіїв застосовують холодильну ропу - водний розчин деяких солей, наприклад хлористого натрію, хлористого кальцію або хлористого магнію, які замерзають при низьких температурах. Холодильна ропа при допомозі насоса циркулює між випарником холодильної машини, де вона охолоджується, і апаратами - споживачами холоду, де вона віддає холод і сама нагрівається. Вибір ропи і її концентрація залежить від потрібної температури охолодження, причому ця температура повинна бути вище кріогідратної точки, яка відповідає температурі замерзання ропи.
1.6. Обладнання компресійних установок
В склад установок входять компресори і теплообмінні апарати різних типів.
Компресори. В компресорних холодильних установках використовуються компресори наступних основних типів: поршневі, ротаційні, турбокомпресори і гвинтові, причому особливо поширені поршневі. Для установок великої і середньої продуктивності зазвичай використовують горизонтальні одноступеневі компресори подвійної дії, в тому числі компресори найбільш компактних конструкцій - опозитні, а також вертикальні багатоциліндрові безкрейцкопфні компресори з V-подібним розміщенням циліндрів. Сучасні фреонові компресори малої продуктивності також являються безкрейцкопфними. Для усунення витоку холодильного агенту вони виконуються герметичними, з електродвигуном, вбудованим всередину корпуса.
Для досягнення більш високих ступенів стиснення наряду з багатоступеневими компресорами використовують також одноступеневі компресори, які об'єднані в багатоступеневий агрегат. Найбільш часто використовуються дво- і триступеневі турбокомпресори, які використовуються головним чином в установках великої холодопродуктивності [6].
Теплообмінні апарати. Використовувані в холодильних установках конденсатори по способу відведення тепла поділяються на:
1) проточні, в яких тепло відводитьсяЗмн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
18
ІТХВ.КП.00.00.00.ПЗ.
водою;
2) зрошувально-випаровувальні, в яких тепло виводиться водою, що випаровується в повітря;
3) конденсатори повітряного охолодження.
Для холодильних установок великої і середньої продуктивності зазвичай використовують проточні конденсатори, які представляють із себе горизонтальні і вертикальні кожухотрубні і горизонтальні змійовикові теплообмінники, в яких змійовики поміщені в кожух (кожухозмійовикові). Рідше використовуються елементні теплообмінники. Конденсатори повітряного охолодження використовуються головним чином в холодильних установках малої холодопродуктивності. В якості випаровувачів найбільш часто використовують теплообмінники погружного типу і кожухотрубні (вертикальні і горизонтальні) багатоходові по охолоджуваній рідині.
2. Розрахунок і конструювання холодильної установки.
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
19
ІТХВ.КП.00.00.00.ПЗ.
Розроб.
Безлєпкін Перевір.
Сабадаш Реценз.
Н. Контр.
Затверд.
РОЗРАХУНКОВО-КОНСТРУКТОРСЬКА ЧАСТИА.
Літ.
Акрушів10
СНАУ , ХТ 1101-1

Теплові розрахунки.
За допомогою таблиць насиченої та перегрітої пари для аміаку [1 – додаток А, Б, В,З ] визначені параметри в узлових крапках циклу холодильної машини (табл. 1).
Таблиця 1.
Параметри вузлових крапок циклу.
Робоче тіло t˚C t0
˚С t1
˚С t2 ˚C P атмі1
кДж/г і2 кДж/кг і3 кДж/кг Ư1 м3/кг Δtпер град Р0 атмАміак 30 -15 -10 25 11.9 1678 1917 537 0.53 5 2.41
Термодинамічні розрахунки компресора
.
Холодопродуктивність робочого тіла , кДж/кг визначаємо за формулою:
q0 = і1 – і3=1678 – 537 = = 1141 кДж/кг
Кількість циркулюючого робочого тіла, кг/годину:
G = Q0/q0=169,5/1141 = 0.114 кг/с = 410 кг/годину
Дійсний годинний об’єм м3/годину
Vq = G·Ư1=410·0.53 =217 м3/годину
Адіабатна робота ,кДж/кг
Lад = і2 – і1=1917 – 1678 = 239 кДж/кг
Адіабатна потужність , кВт
Nад=Vq·Lад= 217·239/3600 = 14,4 кВт
Прийнята величина відносно мертвого простору комЗмн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
20
ІТХВ.КП.00.00.00.ПЗ.
пресора, %
С = 6.0
Відношення тиску в прийнятому режимі роботи компресора, σ = P/Po·1
σ = 11.9/2.41 = 4.94
Коефіцієнт об’ємних втрат і. Приймаємо втрати на всмоктуванні
ΔРо = 0.05 атм = 4900 Па на нагнітанні Р =0.1 атм= 9800 Па
і = (Р - ΔРо )/Ро – С [(Po+ΔPo)/Pо – (Ро-ΔРо) / Po] = (2.41 – 0.05)/2.41-0.06·[(11.9+0.1)/2.41-(2.41 – 0.05)/2.41] =0.739
Коефіцієнт підігріву
w = To/T=273/303 = 0.9
Коефіцієнт подачі
= і ·w = 0.739 · 0.9=0.66
Об’єм , описаний поршнем компресора, м3/годину
Vn = Vq/ =217/0.66 =328 м3/годину
Індикаторний ККД:
ŋі = ٰw + в =0.9 + 0.001 = 0.901
де в = 0.001 – аміак
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
21
ІТХВ.КП.00.00.00.ПЗ.
Індикаторна потужність кВт
Nі = Nа/ŋі=34/0.901 = 37 кВт
Ефективна потужність, кВт
Nе = Nі + Nтер=37 + 7.2 =44,2 кВт
Приймаємо середню швидкість руху, Сm, м/с число циліндрів , шт.1
Сm =3.4
Діаметри циліндра , Д , м
Д = =328/4 ·3.4 · 1413 = 0.130 м
Прийнятий діаметр 0,130
Прийняте відношення = S/Д=0.9
Хід поршня , S , мм; s=ψД=0,117
Число обертів вала компресора , об/хвил n==30 · 3.4/0.117 =750 об/хвОб’єм , описуємий поршнем компресора, м3/годину
Vh= (·Д2/4) · S · n· і ·60= Vn = 3.14 · 0.152/4·0.117 · 750·4 · 60 =432 м3/годину
Об’ємна холодопродуктивність , кДж/м3
qυ = qo/υ1=1141/0.53 = 2237 кДж/м3
Питома ефективна холодопродуктивність машини, кДж/кВт · годКе = Qo/Ne=6102000/44,2 =138054 кДж/кВт·годПотужність втрачаєма на тертя , кВт
Nтер = Рітер·Vn/1000·3600=0.6·105·328/1000·3600 =54 кВтРі тер = 0.6 · 105 Па =0.6 атм – експериментальне значення втрат тиску
Теоретичний середній індикаторний тиск
Рі тер = qυ/Ке =Рі = 2237*36.72/12250= 6.7 атмУточнення потужності компресора та електродвигуна.
Індикаторна потужність компресора , кВт
Nі = Рі · Vn/36.72 Nі = 6.7 · 432/36.72 = 78.82 кВт
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
22
ІТХВ.КП.00.00.00.ПЗ.
Потужність на тертя , кВт
Nтер = Рі тер · Vn/36.72 Nтер = 0.6 · 432/36.72= 7.06 кВт
Ефективна потужність ,кВт
Ne = Nі + Nтер Ne = 78.82 + 7.06 = 85.88 кВт
По додаткам вибираємо марку компресора Ау – 200
h = 960 об/хв.
Vn = 528 м3/годQo = 838000 кДж/годВибір електродвигуна :
N , n , тип
вибираємо електродвигун асин -
хронний,трьохфазний
4А 280М643
N = 90 кВт
n = 985 об/хв2.2. Розрахунок і вибір конденсаторів.
Сумісний тепловий потік в конденсаторі, кДж/год Qк = Nі + QoQк = 586800 + 78.87 · 3600 = 870352 кДж/годСередня різниця тем -
ператур у конденсаторі
сер = ( Δtб - Δtм )/2.3 ·lg Δtб/Δtм tw1 = 23˚C , tw2 = 27˚C –температура води ;
tк = t = 30˚С
температура конденсації аміаку
сер = ( 27 – 23 )/2.3 · lg27/23 = 4.7˚С
Коефіцієнт теплопередачі у системі - вода – рідинний холодоагент
Ксер = 700–1000 вт/м²·k=2500–3600 кДж/м²годК Kсер=3500 кДж/м²год*k
Поверхня конденсатора F = Qк/K ·Δtср Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
23
ІТХВ.КП.00.00.00.ПЗ.
F = 870352/3500·4.7 = 52.7 м²Витрати охолоджуючої води на конденсацію ; м³/годWw = QK/Cw · ( tw1 - tw2 )∙ 1000
Ww = 870352/4.19 · 4 ·1000 = 51.8 м³/годВ якості конденсатора вибираємо Горизонтальний кожухо-трубний конденсатор
65 КТГ
поверхня – 65 м²діаметр – 300 ммдовжина – 4640 ммштуцера
аміак – 80 мм
вода – 25 мм2.3Розрахунок і вибір випаровувача.
Сумісний тепловий потік через випаровувач
Qвип = 1.1 · Qо, кДж/год1.1 – коефіцієнт , який
враховує 10% втрати тепла в навколишнім середовищі Qвип = 610200 · 1.1 =671220 кДж/годСередня різниця температур у випаровувачі Qвип = (Δtб - Δtм)/2.3 ·
· lg Δtб/Δtм
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
24
ІТХВ.КП.00.00.00.ПЗ.

ΔtБ = tвх – to
Δtм = tвих – to
Середня різниця температур tвх = -5 0С – температура холодоносія ( розчину хлористого кальцію ) на вході у випаровував ;
t0 = -15 0С – температура кипіння холодоагента ;
tвих = -12 0С – температура холодоносія на виході із випаровувача ;
ΔtБ = -5 – ( -15 ) = +10 0С
Δtм = -12 – ( -15 ) = +3 0С
Qср = (10 - 3)/2.3 · lg (10/3) = 5.82 0С
Коефіцієнт теплопере –
дачі кожухотрубчастих випаровувачів
кДж/м2 · год · К Аміак – розсол900 – 1000
k = 950
Теплоперадаюча поверх
ня випаровувача ; м2
F = Qвип/k · QсрF = 432000/950 · 5.82 =2646 м2Кількість циркулюючого
розсолу
Gp = Qвип/Cp·( tp1 – tp2 )
Ср = 2.8 кДж/кг · k Gp = 432000/2.8 · 7 = 22040 кг/годВ якості випаровувачаВибираємо: Кожухотрубний горизонтальний
аміачний випаровував 140 ИКТ
поверхня – 140 м2діаметр – 1000 ммдовжина – 4800 мм
штуцера
аміачний – 150 ммрозсольний – 100 ммРозрахунок Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
25
ІТХВ.КП.00.00.00.ПЗ.
і вибір параметрів переохолоджувача.
Навантаження на переохолоджувач визначимо по залежності
Qпер = Т · ΔS · G
T = Tcp = (25+3)/2+273
= 300 К; G-кільк.циркул.робоч.тілаΔS = 4.5 – 4.2 = 0.3 кДж/кг КQпер = 300 · 0.3 · 512 =90 кДж/кг * 514 =
= 46086 кДж/годКоефіцієнт теплопере - дачі переохолоджувачівкДж/м2 · год · k k = 1600 –
2500
Теплопередаюча поверхня
F = Qпереохол./k · QcpQср = 4 – 5 0С]
в аміачному
Qср.= 30 – ( -15 ) = 45 0С
у фреоновому F = 46086/2500 · 4.5 =4.071 м2Витрати води на переохолоджувачWв=Qпер/Cв* в* (tв2 - tв1)
tв2 – tв1 = 4 0С
Wв =46086/4.19·1000*4= 2.75 м3/годГідравлічні розрахунки холодильної машини.
Розрахунок і вибір параметрів насосів для перекачування води і розсолу.
Вхідні данні :
діаметр трубопроводу dв для води , мм
довжина lв , м
діаметр трубопроводу dр для розсолу , мм
довжина l , м
витрати води , м3/годвитрати розсолу , кг/годгустина розсолу
, кг/год Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
26
ІТХВ.КП.00.00.00.ПЗ.
60
50
60
100
54.8+2.75 = 54.55 (15,15л/с)
32990 (7,62 л/с)
1260
Втрати тиску в системі подачі води
ΔР=ρgƯ2/2g*( * l/d +∑ ξк ) ;
= 0.03
∑ ξ = 10 – сумісний коефіцієнт місцевих втрат ΔР = 1000 9.81 (5.4)2/2 9.81 (0.03 50/0.03+
+10 ) = 0.5103 * 106 Па =
= 5.2 – атмV- м/с швидкість води; V=W/0.785d2∙3600=5,4 м/с
Потужність насосу , кВт
N = PW/1000 N =3,1*105 *54,6/1000 *
* 3600 =12,0 кВт
Потужність
Електродвигуна
Nдв = N/ŋ Nдв = 13.6/0.8 =17 кВт
Вибір насосу та електродвигуна
Насос 3К9
N = 12кВт
n = 2900 об/хвел. двигун
4А 160 М643(дод.В,Г)
N = 15кВт
n=975об/хвВтрати тиску в системі подачі розсолу , аті ΔP =1260 * 9.81 * (2.6)2 /
/2*9.81*( 0.03*100/0.06+
+10 )=4258.8*(150+10) =
=0.638 * 106 Па =2,34аті
Потужність насосу
N = ΔP*G/ , кВт N =2,54*105 *32930/1260 * 1000 *3600 =1,85 кВт
Вибираємо марку насоса та ел. Двигуна (дод. Г-1) Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
27
ІТХВ.КП.00.00.00.ПЗ.

Насос 3КМ3
N = 2 кВт
n = 2900 об/хв.
ел. двигун
4А 100L 243
N = 2.2 кВт
n = 2900 об/хв
Розрахунки на міцність .
Визначення товщини стінки у тракті руху холодильних агентів
S = Д * Рраб/2*[ σ ]
Д = 100 мм = 0.10 м –
діаметр трубопроводаРраб – робочий тиск збитковий
[ σ ] - допустима напруга на розрив S = 0.1 * 10.9 * 105/2 *
* 138 *106 = 3.95 * 10-4 м= 0.395 ммP = 10.9 аті
[ σ ] = 138 мм/м2Для створення більшої герметичності та надійності приймаємо товщину стінки , мм S = 2 ммВибір холодильного агрегату .
Розраховані параметри обладнання та вибрані окремі апарати холодильної машини при їх з’єднанні в агрегат , дадуть найкращі експлуатаційні показники роботи машини. Однак на практиці дуже рідко використовувачі холодильної техніки займаються питаннями виготовлення та монтажу холодильних машин Більш доцільно закуповувати холодильні машини у вигляді випускаємих готових холодильних агрегатів. В цьому випадку строки монтажу і вводу в експлуатацію скоротяться в декілька разів. Однак при цьому завжди виникають проблеми відповідності показників роботи агрегату проектним даним .
Виробляємі компресорні агрегати по багатьом основним показникам, проведених конструкторсько-технологічних розрахунків , можуть забезпечити їх у промисловому виробництві .
2.8. Вхідні параметри для вибору холодильного агрегату .
Теплова потужність , Q0
Потужність електродвигуна, компресора, кВт
Показники холодильного циклу,
t0 ; 0 С
tк ; 0С
Частота обертів електро – двЗмн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
28
ІТХВ.КП.00.00.00.ПЗ.
игуна компресора ,
об/хв. ( об/с ) 610200 кДж/год( 100 кВт )
78.82
- 15
+ 30
( 12.6 )
2.9. Параметри вибраного компресорного агрегату .
Марка вибраного компрессорного агрегату (додаток Є-К)
А – 220 – 7 – 1
( А 220 – 1р )
аміачний компресорний агрегат
Основні параметри експлуатації холодиль -
ного агрегату
t0 ; 0 С
tк ; 0 С
Qo , кВт
( тис. КДж/год )
Потужність двигуна
Марка компресора
Частота обертів , об/хв.
( об/с )
Витрати охолоджуючої
води ( в компресорі )
Габарити - 15
+ 30
100
( 1005.6 )79
П -- 220 – 7 – 1
1482
( 24.7 )2 м3/год3075 x 1400 х 215
Місто креслень компресорних агрегатівЗмн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
29
ІТХВ.КП.00.00.00.ПЗ.
[ 6, стор. 64 ]
3. Новизна прийнятих нових конструктивних рішень.
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
30
ІТХВ.КП.00.00.00.ПЗ.
Розроб.
Безлєпкін Перевір.
Сабадаш Реценз.
Н. Контр.
Затверд.
НОВИЗНА ПРИЙНЯТИХ КОНСТРУКТИВНИХ ТА ТЕХНОГІЧНИХ РІШЕННЬ
Літ.
Акрушів1
СНАУ , ХТ 1101-1
Аміачна холодильна машина
В схему установки включений переохолоджувач, сконденсованого холодильного агента, який працюватиме на воді, виконаний у вигляді кожухотрубного теплообмінника .
Проведений розрахунок споживання води на переохолодження . Нове конструктивне рішення дозволить підвищити холодопродуктивність машини приблизно на 10%

ВИСНОВОК

Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
31
ІТХВ.КП.00.00.00.ПЗ.
Розроб.
Безлєпкін Перевір.
Сабадаш Реценз.
Н. Контр.
Затверд.

ВИСНОВОК
Літ.
Акрушів2
СНАУ , ХТ 1101-1
Проведені розрахунки обладнання холодильної установки холодопродуктивністю 100 кВт . Для підвищення економічності холодильної машини передбачена установка переохолоджувача холодильного агента. Вибраний холодильний компресійний агрегат в цілому відповідає розрахунковим показникам.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Розенфельд Л. М. , Ткачов А. Г. , Гуревич Е.С. Примеры и расчёты холодильных машин и аппаратов. -- М.: Госиздательство торговой литературы , 1960 . – 238 с.
2. Лебедев П. Д. Теплообменные , сушильне и холодильне установки. – М. :
Энергия 1972. –320 с.
3. Дытнерский Ю. И. Основне процессы и аппараты химической технологи /
Пособие по проектированию. – М. : Химия , 1983. – 272 с.
4. Комаров Н. С. Справ очник холодильника. – К. : Гостехиздат., 1953. – 396с.
5. Кондрашова Н. Г. , Лашутина Н. Г. Холодильно – компресорные машины
и установки. – М. : В.Ш., 1973. – 384 с.
6. Биков А. В. ( ред.). Холодильне машины / Справ очник. – М. : Легкая и пищевая промышленность , 1982. – 223 с.
7. Длоучкий В. В. ( ред.). Ленінград : Машиностроение , 1982. – 383 с.
8. Башта Т. М. и др. Гидравлика , гидровлические машины и гидроприводы. -
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
32
ІТХВ.КП.00.00.00.ПЗ.
Розроб.
Безлєпкін Перевір.
Сабадаш Реценз.
Н. Контр.
Затверд.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
Літ.
Акрушів1
СНАУ , ХТ 1101-1
М. : Машиностроение , 1982. – 423 с.

Приложенные файлы

  • docx 763704
    Размер файла: 666 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий