Тепловой расчет и подбор оборудования парокомпрессионной холодильной машины

Название	Тепловой расчет и подбор оборудования парокомпрессионной холодильной машины
Анкор	Dukhanin_Kursovaya
Дата	28.09.2022
Размер	2.26 Mb.
Формат файла
Имя файла	Dukhanin_Kursovaya.docx
Тип	Курсовая #704034
страница	1 из 3

1 2 3

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Казанский национальный исследовательский технологический

университет»

(ФГБОУ ВО «КНИТУ»)

Кафедра____Компрессорные машины и установки_______________________

Направление______15.03.02__________________________________________

Профиль__Компрессорные машины и установки_____

Группа____2381-21_________________________________________________

КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине: «Холодильные машины и установки»

на тему: «Тепловой расчет и подбор оборудования парокомпрессионной___

холодильной машины»
ХМУ 105.00.ПЗ

Исполнитель___________ А.Н. Духанин____

(дата, подпись) (Ф.И.О)

Руководитель___________ С.Л. Фосс_____

(дата, подпись) (Ф.И.О)

Зав. кафедрой___________ И.Р. Сагбиев____

(дата, подпись)

Казань 2021 г.

ЗАДАНИЕ
На курсовую работу студента кафедры

Компрессорные машины и установки

:

___Духанин А.Н._____

Тема работы:__Тепловой расчет и подбор оборудования _парокомпрессионной__холодильной машины ____
Исходные данные к работе:

Одноступенчатая ПКХМ: хладагент R717, холодопроизводительность -

= 65 кВт, способ охлаждения камеры – непосредственный, температура в камере t_вк = -10 ^°С, способ охлаждения конденсатора – воздушный, температура охлаждающего воздуха

t_w_1(воз1)= 24^°С, индивидуальное задание – расчет и подбор отделителя жидкости.

Двухступенчатая ПКХМ: хладагент R502, холодопроизводительность -

= 200 кВт, способ охлаждения камеры – рассольное, температура в камере t_вк = -21 ^°С, способ охлаждения конденсатора – водяное, температура охлаждающей среды на входе в конденсатор

t_w₁ = 20 ^°С
Содержание расчетно - пояснительной записки (включая перечень подлежащих разработке вопросов, включая вопросы стандартизации и контроля качестве):
Введение. Тепловой расчет одноступенчатой ПКХМ: исходные данные и определение расчетного цикла; расчет и подбор компрессора; расчет и подбор испарителя; расчет и подбор конденсатора;

индивидуальное задание (подбор ОЖ).

Тепловой расчет двухступенчатой ПКХМ: исходные данные и определение расчетного цикла; расчет и подбор компрессора; расчет и подбор испарителя; расчет и подбор конденсатора; расчет и подбор регенеративного и парожидкостного теплообменников.

Заключение. Список использованной литературы. Приложение.
Перечень графического материала (схемной документации):
1. Принципиальная схема и рабочий цикл одноступенчатой парокомпрессионной холодильной машины (1 лист формата А1).

2. Принципиальная схема и рабочий цикл двухступенчатой парокомпрессионной холодильной машины (1 лист формата А1.
Дата выдачи задания «_____»______________________2021 г.
Руководитель работы___________________________ ( ___Фосс.С.Л.___)
Задание принял к исполнению __________________ (____Духанин.А.Н__)

Содержание

Введение………………………………………………………………………4

1.Тепловой расчет одноступенчатой ПКХМ………………………............5

1.1 Исходные данные и определение расчетного режима…………….5

1.2 Расчет и подбор компрессора…………….….…....……...................7

1.3 Расчет и подбор воздухоохладителя………..………………………9

1.4 Расчет и подбор конденсатора……………………………………...10

1.5 Расчет и подбор отделителя жидкости…………………………......12

2. Тепловой расчет двухступенчатой ПКХМ………………………………13

2.1 Исходные данные и определение расчетного режима………...…..13

2.2 Расчет и подбор компрессоров……………………………………...15

2.3 Расчет и подбор испарителя………………………………....………18

2.4 Расчет и подбор конденсатора………………………………………20

2.5 Расчет и побор регенеративного теплообменника…………………21

2.6 Расчет и подбор парожидкостного теплообменника……...……….22

Заключение……………………………………...…………………………….24

Библиографический список………………………………………………….25

Приложение…………………………………...……………………………....26

Парокомпрессионная холодильная машина

Введение.
Паровые компрессионные холодильные машины (ПКХМ) являются наиболее распространенным типом холодильных машин в силу таких преимуществ, как высокая термодинамическая эффективность, компактность, надежность и ряда других преимуществ. Они нашли широкое применение как в установках различных отраслей промышленности (химическая и пищевая промышленность, машиностроение), так и в сфере кондиционирования воздуха, бытовой и торговой техники для создания охлаждающего эффекта до температуры порядка минус 70°С.

Одноступенчатые ПКХМ образуют наиболее обширную группу холодильных машин данного класса. Их применение энергетически выгодно и практически целесообразно для обеспечения и поддержания температур охлаждаемого объекта (среды) от положительных значений до минус 20…30°С. Для обеспечения температур более низкого уровня переходят на двухступенчатые и каскадные ПКХМ.

Тепловой расчет одноступенчатой ПКХМ

Исходные данные и определение расчетного режима

Таблица 1

Исходные данные

№ задания	Хладагент	Вид охлаждения камеры	t_вк, ^°С	Вид охлаждения конденсатора	t_w_1(воз1),^°С	Q₀, кВт	Вспомогательное оборудование
ХМУ 105.01	R717	Непосред-ственное	-10	Воздушное	24	65	Расчет и подбор ОЖ

В качестве холодильного агента используется аммиак – R717. Хладагент R717 (нитрит водорода (NH₃)) – является единственным хладагентом, который не входит в группу галоидоуглеродов, используемую в настоящее время в больших количествах. Аммиак ядовит, несколько огнеопасен и при некоторых условия, является взрывчатым веществом, но из-за превосходных тепловых характеристик это доминирующий хладагент в области производства продуктов. У аммиака самая высокая удельная холодопроизводительность на килограмм.

На рис.1. приведена принципиальная схема и цикл аммиачной холодильной машины с однократным дросселированием с промежуточным охлаждением. На всасывание компрессора пар поступает несколько перегретым за счет подогрева во всасывающем патрубке. В компрессоре давление и температура хладагента повышается, затем он поступает в конденсатор, где он переходит из фазы пара в фазу жидкости. Далее он самотеком стекает в линейный ресивер ЛР, который служит для сбора сконденсированного хладагента и компенсации неравномерности подачи жидкости в испарительную систему, а также образует гидрозатвор, препятствующий прорыву пара высокого давления в область низкого давления. Жидкий хладагент поступающий из регулирующего вентиля в отделитель жидкости ОЖ, отделяется от пара за счет уменьшения скорости и изменения направления движения в аппарате. Далее хладагент поступает в испаритель, где он кипит и охлаждает хладоноситель, который с помощью центробежного насоса ЦН поступает в камеру охлаждения, где теплота охлаждаемого объекта отводится хладоносителем.

Рис.1. Принципиальная схемаи циклодноступенчатойаммиачной ПКХМ

Расчет и подбор компрессора

1) Температура кипения [2]:

;

2) Температура конденсации:

;

3) Отношение давлений в компрессоре:

;

Таблица 2

Термодинамические параметры характерных точек цикла (p, t, h, v, x)

№	P, МПа	t, ^°C	h, кДж/кг	v, м³/кг	Х
1^’	0,198	-19	1445	0.598	1
1	0,198	-14	1450	0.62	-
2	1,349	110	1750	0.14	-
3	1,349	35	375	0,0017	0
4	0,198	-19	375	0.12	0.19
5	0,198	-19	115	-	0

4) Холодопроизводительность с учетом потерь теплопритоков через теплоизоляцию трубопроводов:

;

5) Удельная массовая холодопроизводительность:

;

6) Удельная объемная холодопроизводительность:

;

7) Удельная изоэнтропная работа сжатия в компрессоре:

;

8) Удельная тепловая нагрузка на конденсатор:

;

9) Холодильный коэффициент теоретического цикла:

;

10) Массовый расход хладагента в ПКХМ

;

11) Действительная объемная производительность компрессора:

;

12) Коэффициент подачи компрессора λ принимаю равным 0.752;

13)Теоретическая объемная производительность компрессора:

;

7
По теоретической объемной производительности выбирается сальниковый компрессор марки П80, и так же берем еще один в резерв

7

Таблица 3

Технические характеристики компрессора

Марка	Объем описываемый поршнями V_h, м³/с	Число цилиндров	Диаметр поршня × ход поршня, D_n × S_n, мм	Диаметр патрубков, мм		Масса, кг
				Д_у,вс	Д_у,нг
П80	0,0578	8	76×66	80	70	375

Рис.2. Бескрейцкопфный прямоточный W-образный одноступенчатый компрессор П80

Компрессор П80 предназначен для работы в составе холодильных установок различного назначения на аммиаке и хладоне.

Блок-картер чугунный, литой. Полость всасывания отделена от полости картера перегородкой, в которой имеются уравнительные отверстия, через которые проходит отсос газа из картера. Таким образом, в картере всегда поддерживается давление всасывания Р_ВС. При работе на хладоне через эти отверстия осуществляется возврат масла, уносимого паром при всасывании обратно в картер компрессора. Гильзы цилиндров – чугунные, литые, имеют два посадочных пояска, по которым они устанавливаются в блок-картер.

Коленчатый вал – стальной, штампованный, двухколенный, двухопорный. Для подачи масла на шатунные подшипники в валу имеются сверления. Коренные шейки вала размещены в подшипниках качения.

Шатуны – стальные, штампованные. Нижняя головка шатуна имеет разъем. В головке расположен тонкостенный биметаллический вкладыш с антифрикционным слоем из алюминиевого сплава.

Поршни – литые из алюминиевого сплава с двумя компрессионными и одним маслосъемным кольцами. Для уменьшения мертвого объема верхнийгорец поршня имеет специальную форму. Поршневой палец устанавливается в бобышках поршня с натягом. Поршневые кольца изготовлены из пластмассы (термостабилизированного капрона).

Сальник – двухсторонний пружинный, маслозаполненный. Торцевое уплотнение достигается парой трения сталь-графит. Уплотнение подвижных колец на валу происходит с помощью резиновых колец круглого сечения.

В картере компрессора размещены элементы системы смазки: маслонасос, фильтры, редукционный клапан.
14) Действительный массовый расход рабочего вещества в компрессоре:

;

15) Действительная холодопроизводительность компрессора:

;

16) Теоретическая изоэнтропная мощность компрессора:

;

17) Индикаторная (внутренняя) мощность компрессора:

;

18) Эффективная мощность компрессора:

;

19) Электрическая мощность (потребляемая из сети) компрессора:

;

20) Действительный холодильный коэффициент ПКХМ:

;

Расчет и подбор воздухоохладителя

1) Средний температурный напор [2]:

;

2) Коэффициент теплоотдачи:

, где коэффициент

выбирается для охлаждающих батарей из оребренных труб;

3) Объемный расход воздуха:

;

Условие:

4) Суммарная площадь теплоотдачи:

;

По суммарной площади теплоотдачи выбирается воздухоохладитель ВО-200, (3 шт), ВО-80 (1 шт).
Таблица 4

Технические характеристики воздухоохладителя

Марка	Площадь теплопередающей поверхности, м²	Габаритные размеры, мм			Расход воздуха, м³/ч		Мощность вентилятора, кВт
		Длина	Ширина	Высота
ВО-200	200,3	1,25	2,22	0,972		16000	4,4
ВО-80	80,5	1,25	1,22	0,972		7200	2,2

Рис.3. Аммиачный воздухоохладитель типа ВО:

1-корпус, 2-змеевик, 3-пластинчатые ребра, 4-вентилятор.

Воздухоохладитель – теплообменный аппарат, в котором тепло от воздуха передается холодильному агенту или хладоносителю. Применение воздухоохладителей связано с созданием принудительного движения воздуха в охлаждаемом объекте – холодильной камеры.

Расчет и подбор конденсатора

1) Действительная нагрузка на конденсатор [2]:

;

3) Средний температурный напор в конденсаторе:

;

4) Коэффициент теплопередачи конденсатора:

, выбирается с

принудительным движением воздуха из диапазона

;

5) Объемный расход охлаждающего воздуха:

;

6) Суммарная площадь теплообменной поверхности конденсатора:

;

По суммарной площади теплообменной поверхности конденсатора выбирается кожухотрубный конденсатор АВМ.
Таблица 5

Технические характеристики конденсатора

Марка	Тип	Площадь теплопередающей поверхности, , при длине труб, м	Объемная подача вентилятора,		Мощность вентилятора кВт
3
АВМ	1	220	6,7	2,3

Рис.4. Воздушный аммиачный конденсатор типа АВО:

1-осевой вентилятор, 2-диффузор, 3-кожух, 4-оребренные трубы, 5-трубная решетка, 6-крышка, 7-патрубок, 8-электродвигатель, 9-трубные секции.

Конденсаторы с воздушным охлаждением используется в холодильных установках различной производительности, в том числе в бытовом и торговом холодильном оборудовании. В последнее время этот способ отвода теплоты конденсации существенно расширился. Отвод теплоты конденсации в одних случаях осуществляется за счет свободного движения воздуха (бытовые холодильные машины), в других – за счет принудительного охлаждения воздухом (с помощью вентилятора), что более распространено.

Расчет и подбор отделителя жидкости

Выбирается отделитель жидкости 100 ОЖГ по диаметру всасывающего трубопровода компрессора,

=80.

Таблица 6

Технические характеристики отделителя жидкости

Марка	Диаметр Д, мм	Общая высота Н, мм	Диаметры штуцеров, мм			Масса,кг
			на входе и выходе пара, d	на входе жидкого аммиака, d₁	на выходе жидкого аммиака, d₂
100 ОЖГ	500	2060	100	32	70	244

Рис.6. Отделитель жидкости

Отделители жидкости применяются в аммиачных холодильных установках для отделения жидкости от пара, полученного при дросселировании, и пара от унесенных из испарителя капель жидкости, вследствие чего обеспечивается сухой ход компрессора. В отделители жидкости – сварном вертикальном стальном сосуде – в результате резкого изменения направления движения и уменьшения скорости пара до 0,5 м/с жидкий аммиак и масло выпадают. При этом пары аммиака осушаются и из верхней части отделителя отсасываются компрессором, а жидкость, имеющая большую плотность, собирается внизу и поступает затем в испарительную систему. К нижней части сосуда приваривается маслосборник, где собирается выделившееся из холодильного агента масло; его периодически выпускают. Воизбежание стокамасла в испарительную систему жидкостная труба входит на некоторую высоту внутрь сосуда. В отделителях жидкости марки ОЖМ, в нижней части установлен змеевик для обогрева масла при сливе горячим аммиачным паром.

Тепловой расчет двухступенчатой ПКХМ
1. Исходные данные и определение расчетного режима

Таблица 7
Исходные данные:

№ задания	Хладагент	Вид охлаждения камеры	t_вк, ^°С	Вид охлаждения конденсатора	t_w1, ^°С	Q₀, кВт
ХМУ 105.02	R502	Рассольное	-21	Водяное	20	200

1 2 3