Холодильные установки

Холодильные установки

1.   Схемы холодильных установок.

В зависимости от вида физического процесса  получения холода холодильные машины разделяют на несколько типов. Наиболее широко распространены парокомпрессионные холодильные машины с поршневыми компрессорами, работающие при более высоких, чем у машин других типов отношения давлений, конденсации и кипения. В курсовом проекте выбирается и рассчитывается одноступенчатая паровая компрессионная холодильная установка с рассольной (закрытой) системой снабжения потребителя холодом. Данная система выбрана из-за широкого применения её в системах кондиционирования воздуха и использования холода в различных технологических процессах машиностроительных производств, и выпуска агрегатированных холодильных установок.

1.1. Принципиальная схема аммиачной холодильной установки.

                                                                     вода

 

                                                      К_д                            2

 

                                                                                                                2

 

                             3’ (3)

                                            РВ                                                                    КМ

                                   4                    4                            1”                    1

                                                                                   U

Рис.1. Хладоагент

1.2. Особенности при формировании функциональной схемы холодильной установки.

Одним из требований, которым должна отвечать схема холодильной установки, является эффективное удаление из системы вредных примесей: воздуха, грязи, масла, влаги. Первые два вида примесей не дают значительных особенностей функциональной схемы, вторые два вида принципиально влияют на формирование схемы холодильной установки и зависят, в основном, от вида хладагента.

1.3. Отделение масла в аммиачных холодильных установках.

Масло от аммиака отделяется перед конденсатором. Наиболее эффективный способ отделения масла в холодильных установках с поршневым компрессором является пропуск его через слой жидкого аммиака в барботажном маслоотделителе. Удаление

нерастворенного в аммиаке масла возможно из всех аппаратов и сосудов, в которых оно осаждается за счет большей, чем у жидкого аммиака плотности. Масло, скопившееся в нижней части аппарата, периодически перепускается в маслосборник.

2.   Расчет холодильного цикла и выбор компрессионного оборудования.

2.1. Выбор оптимальных параметров режима работы холодильной установки.

Основными показателями работы холодильной установки являются: холодопроизводительность, расход электроэнергии, удельный расход электроэнергии, расход воды. Эти величины зависят от температурного режима работы холодильной установки.

2.2. Расчет рабочего процесса холодильной установки.

Для построения процесса в диаграмме lgP-h обычно определяют конкретные параметры: температуру кипения хладагента, температура конденсации, температура всасывания, температура переохлаждения.

1. Температура кипения хладагента в испарителе при закрытой рассольной схеме охлаждения:

t₀=t_p^cp-Δt

Разность температур принимаем равной 5˚С

Охлаждение рассола в испарителе: Δt_P=t_P’—t_P”=2˚С → t_P’=t_P”—Δt_P=-8+2=-6˚С

t₀= -7 -5 = -12˚С

2. Температура конденсации паров хладагента зависит от температуры и количества воды, подаваемой в конденсатор.

Примем разность температур между выходящей и входящей водой конденсатора:

Δt_B=t_B’’—t_B’=4˚С

Температура конденсации: t_K=t_B^cp +Δt ,

 где Δt=4˚С

, где =0,4

для г. Иваново: =t^С_РАСЧ=30˚С    φ^С _РАСЧ=56%

˚С

t_B’’=36+4=40˚С

t_K=(36+40)/2+4=42˚С

3. Температура переохлаждения перед регулирующим вентилем:

t_П=t_К ^–Δt_П ,

где Δt_П=4˚С

t_П=42 - 4=38˚С

4. Температура всасывания:

t_ВС=t₀ +Δt_ВС ,

где Δt_ВС =7˚С

t_ВС= -12+7= -5˚С

2.3.  Построение цикла холодильной машины

Прежде всего определяем по диаграмме значения  и  по температурам, соответствующим кипению и конденсации:

- для  =>

- для  =>

Проводим на диаграмме две горизонтальные прямые – изобары (рис. 2).

Пересечение изобары кипения  с кривой насыщенного пара (точка 1) показывает состояние хладагента на выходе из испарителя. Перегрев пара во всасывающем трубопроводе или регенеративном теплообменнике перед компрессором происходит при  до  (без учета потерь давления на трения и местные сопротивления). Поэтому точка 1 лежит на пересечении изобары  и изотермы  в области перегретого пара.

Рис. 2. Цикл холодильной машины.

При сжатии в компрессоре давление пара повышается до          , а сам процесс сжатия считается адиабатическим, поэтому точка 2 конца сжатия лежит на пересечении адиабаты, проведенной из точки 1, и изобары . Температуру этой точки называют температурой нагнетания компрессора. Из компрессора перегретый пар поступает в конденсатор, где сначала охлаждается до состояния насыщения (точка ), а затем конденсируется при постоянной температуре до жидкого состояния (точка ).

По построенному циклу определяем параметры хладагента:

Таблица 1.

№ точки	Давление Р,МПа	Температура, ˚С	Энтальпия, кДж/кг	Удельный объем, м3/кг	Состояние
1’	0,28	-12	1675	0,450	СНП
1	0,28	-5	1725	0,485	ПП
2	1,65	109	1930	0,110	ПП
2’	1,65	42	1708	0,078	СНП
3’	1,65	42	608	--	жидкость
3	1,65	38	--	переохл. жидк.
4	0,28	-12	590	0,075	ВНП
4’	0,28	-12	612,5	0,08	ВНП

 

2.4. Характеристики цикла.

2.4.1.   Характерные процессы цикла.

 

Действительный цикл холодильной установки состоит из отдельных, следующих друг 1'-1-перегрев пара на всасывании в компрессор при Р₀=const;

1-2 –адиабатическое сжатие в компрессоре от Р₀ до Р_К при S=соnst;

2-2"-снятие перегрева пара в конденсаторе при Р_К=соnst;

2"-3'-конденсация пара в конденсаторе при Р_К=соnst;

3'-3 –переохлаждение жидкости при Р_К=соnst;

3-4 –дросселирование в терморегулируемом вентиле от Р_К до Р₀ при h=соnst;

4-1"-кипение жидкости в испарителе при Р₀=соnst и t₀= соnst.

2.4.2.   Характерные показатели.

 

По параметрам узловых точек, определяются следующие показатели:

1.   Удельная холодопроизводительность хладагента,

q₀=h_1’ – h₄=1675-590=1085 кДж/кг

2.   Удельная работа сжатия в компрессоре

l=h₂–h₁=1930-1725=205 кДж/кг

3.   Удельная тепловая нагрузка на конденсатор

q_К=h₂–h_3'=1930-608=1322 кДж/кг

4.   Холодильный коэффициент цикла

Холодильный коэффициент цикла –это КПД цикла, который выражается в виде отношения поглощенной от охлаждаемого объекта теплоты к энергии, израсходованной при этом компрессором.

5.   Масса циркулирующего хладагента, кг/с

G₀=Q₀/q₀=155/1085=0,142 кг/с

где Q₀ –холодопроизводительность холодильной установки, кВт.

6.   Действительный объем пара, засасываемый компрессором

V₀=G₀·υ₁=0,142∙0,485=0,0689 м³/с

где υ₁ –удельный объем всасываемого пара, м³/кг

7.   Объемная холодопроизводительность

q_υ=q₀/υ₁=1085/0,485=2237,11 кДж/м³

2.5. Описание компрессоров.

Холодильные компрессоры серии П являются непрямоточными, одноступенчатыми, многоцилиндровыми машинами, работающими, в основном, при синхронной частоте вращения вала 1500 об/мин (24 с^-1).

2.5.1.   Производительность холодильной установки, выбор типа и количества компрессоров.

 

Холодопроизводительность холодильной установки характеризуется количеством теплоты, отводимой от охлаждаемого объекта. Эта теплота расходуется на превращение в пар определенного количества хладагента в испарителе.

Холодопроизводительность компрессора –объем пара, отсасываемого из испарительной системы группой компрессоров. Различают теоретическую или стандартную холодопроизводительность компрессора.

1. Действительная холодопроизводительность компрессора может быть рассчитана по формуле:

Q₀=Q_ОТ·λ=V_h·q_υ·λ

В технической документации на холодильные компрессоры указывается стандартная холодопроизводительность. Это действительная холодопроизводительность компрессора при стандартных условиях его работы. В качестве стандартного режима принимаются следующие температуры:

Вид компрессоров	t0	tВС	tК	tП
Аммиачные	-15	-10	30	25

2. Стандартная холодопроизводительность:

Q_0ст=Q₀

                            

По полученной величине Q_{0 СТ} выбираем компрессор П-165

Марка	Диаметр цилиндра, мм	Ход поршня, мм	Теоретическая объемная подача, м3/с	Частота вращения с-1	Холодо- производи- тельность	Мощность, кВт
П-165	115,0	82,0	0,125	24	207,0	59,0

Холодильный компрессор типа П

3.   Количество компрессоров холодильной установки:

Принимаем n=1шт и n_РЕЗ=1шт.

Число компрессоров с учетом резерва: n_ОБЩ = n + n_РЕЗ =1+1=2

3.   Расчет теплообменного оборудования холодильных установок.

3.1. Выбор конденсатора.

3.1.1.   Кожухотрубные горизонтальные конденсаторы для аммиака.

 

Представляют собой цилиндрический кожух с плоскими трубными решетками, в отверстиях которых развальцованы или вварены трубы. Охлаждающая вода протекает по трубам, холодильный агент конденсируется на их наружной поверхности. Во избежание прогиба труб при большом отношении длины к диаметру в кожухе аппарата предусматриваются поддерживающие перегородки. Нижняя часть кожуха трубами не заполняется и используется как ресивер для жидкого хладагента. Для равномерного распределения пара по длине аппарата иногда исключают несколько труб в верхней части. Патрубки для подвода и отвода воды расположены с одной стороны обеспечивая этим четное число ходов по воде, которая подводится к нижнему и отводится от верхнего патрубков. На конденсаторе устанавливаются предохранительный клапан, указатель уровня холодильного агента, вентиль для спуска воздуха из межтрубного и трубного пространства, манометр, патрубки для входа и выхода аммиака и штуцер для слива воды. Используются гладкие стальные бесшовные трубы 25х2,5 мм с шагом между трубами 32 мм. Расположение труб –по сторонам правильного шестиугольника.

3.1.2.   Алгоритм расчета конденсатора.

 

1.   Q_К=Q₀^КОМП+N_ДВ^КОМП=207+59=266 кВт,

где Q₀^КОМП –холодопроизводительность выбранного компрессора, кВт;

N_ДВ^КОМП –потребляемая мощность, кВт.

2.   Расход воды на конденсатор:

3.   Определяем среднелогарифмическую разность температур:

    t

Δt_н

 

t”в=40ºC

Δt_б

	t’в=36ºC

 

F

4. Задаемся скоростью движения воды υ_В=1,5 м/с→ К_FВН=1,24 кВт/м².

5. Внутренняя поверхность теплообмена конденсатора:

6.   Наружная поверхность: F_Н =1,25*F_ВН=1,25*58,93=92.78 м²

7.   По поверхности аппарата выбираем конденсатор типа КТГ

Марка	Пло- щадь	Габаритные размеры				Число труб	Длина труб	Число ходов	Объем про- странства		Диаметр трубок
		Диа- метр	Дли- на	Ши- рина	Вы- сота				Меж- труб- ного	Труб- ного
КТГ-110	110	800	5640	1110	1230	386	5000	8	1.58	0.72	25х2,5

8.   Проверяем величину значения скорости движения воды в выбранном конденсаторе:

,

где f_Х –сечение одного хода, м².

3.1.3.   Расчет коэффициента теплопередачи.

 

Коэффициент теплопередачи определяется по формуле:

R_СТ=0,4 м²˚С/кВт –термическое сопротивление

 

Коэффициент теплоотдачи при конденсации пара на пучке труб.

α_N = α_конд · n_ср^-0,167, Вт/м²ºС

1.   Среднее число труб по вертикали: n_СР=0,92 · n^0,5_общ = 0,92·386^0,5=18.075≈18 шт.

2.   Коэффициент теплоотдачи при конденсации пара на одной трубе:

α _КОНД = 0,728,

где В= принимается по таблице при t_К=42°С

3.   Переходим к удельному теплопотоку:

q_КОНД = 0,728В·Δt^0,75 кВт/м²,

=2.51 м

q _КОНД = 13.8· Δt ^0,75 кВт/м²

Коэффициент теплоотдачи со стороны стекающей пленки воды:

1.

С учетом R_СТ:

3.   Переходим к удельному тепловому потоку:

q_в=α_в'·Δt=1,83·Δt кВт/м²

4.    Строим зависимости q _КОНД = f(Δt) и q_В = α'_В · Δt(рис.1)

Δt	0	1	2
q КОНД	0	13.8

Δt	0	2.89
qВ	5.28	0

q_ИСК =4.84 кВт/м²

5.   Окончательно определяем поверхность аппарата.

F_ВН=Q_К / q_ИСК =266 / 4.84 =54.95 м²

F_Н =1,25 · F_ВН = 1,25 · 54.95 = 68.69 м

Таким образом окончательно выбираем конденсатор КТГ –90

3.2. Выбор и расчет системы оборотного водоснабжения.

Включает: выбор и расчет градирни, расчет сопротивления тракта прокачки оборотной воды, выбор насоса.

Температура воды t'_В=36°С

1. Градирню выбираем по тепловой нагрузке: Q_ГР=1,03·Q_К=1,03·266=273,98 кВт.

Выбираем градирню ГПВ-320 м.

2.   Выбор насоса.

В разомкнутой системе, которой является конденсатор –градирня –насос –конденсатор, напор расходуется:

, если насос находится «под заливом».

Н_Н = Н₁ –Н_ВС =2,0 –0,5=1,5 м

принимаем Н_ВС=0,5

Так как трассировкой не располагаем, принимаем ΔР_ВС=0.

ΔР_Н = ΔР_ТР+ ΔР_М.С.

 

 

 

Потери напора на трение рассчитываем применительно к конденсатору:                    

ΔР_ТР=,

где l =8*5000=40 м

λ_ТР –коэффициент трения:

,

где шероховатость принимаем К=0,2 мм

где ξ=10 –местное сопротивление конденсатора.

ΔР_М.С. =11.2 кПа для форсунок принимаем по графику в зависимости от расхода воды и диаметра форсунок. G_В=0,5 кг/с, d_Ф=8 мм.

ΔР_Н = 81+ 11.25+ 11.2 = 103.45кПа

Н = 1,5 + 0,5 + м

По напору выбираем насос *6К-12У с частотой вращения 24,2 с^-1.

4.   Расчет испарителей и вспомогательного оборудования.

4.1. Кожухотрубные испарители.

Кожухотрубные испарители –это испарители с закрытой циркуляцией, в которых охлаждаемая жидкость протекает под напором, создаваемым насосом. По характеру заполнения хладагентом испарители разделяют на затопленные и незатопленные. К незатопленным относятся испарители оросительные, кожухотрубные с кипением в трубах, а так же змеевиковые с верхней подачей жидкости.

4.1.1.   Аммиачные испарители.

 

В аммиачных испарителях типа ИТГ используются трубы бесшовные гладкие стальные. Наружный диаметр и толщина стенки труб составляет 25х2,5 мм. Пучок труб –шахматный ромбический с углом ромба 60˚ и перемычками между труб 7 мм. Трубные решетки изготовляются из углеродистой и легированной стали.

4.1.2.   Расчет испарителя.

 

1.   Расчет начинают с уточнения тепловой нагрузки на испаритель.

2.   Расход рассола в системе холодоснабжения:

В качестве рассола выбираем NaCl

,

где Δt_Р = t_Р' –t_Р" = 2ºС –разность температур рассола на входе и выходе из испарителя.

3.   Температурный напор:

           t_P'= -6ºC

t₀= -12ºC                  t_p"= -8ºC

 

                F

4.   Коэффициент теплоотдачи рассола:

,

где В'= f(t₀, t_ЗАМЕРЗ )

температура замерзания рассола t_ЗМЕРЗ = t₀ –9 =  -14 –9 = -23ºС

ρ_СаСl=1120 кг/м³

В'=1130

υ_Р=1 м/с

5.   Переходим к удельному тепловому потоку:

6.   Коэффициент теплоотдачи при кипении аммиака в межтрубном пространстве:

,

где Р₀ =0,28Мпа.

7.   Переходим к удельному тепловому потоку:

q_КИП =α_КИП · Δt · β,

где β =F_Н / F_ВН =1,25

q _КИП = А'· q _КИП^0,6 · Δt,

где А' =9·(Р₀·10^-5)^0,25 ·β = 9· (0,28· 10⁶ · 10^-5)^0,25· 1,25 = 14.55

q_КИП = (14.55·Δt)^2,5 = 807.9 · Δt^2,5

8.   Строим зависимости q_КИП = f(Δt) и q_Р = α'_Р·Δt и определяем q_ИСК=3.1 кВт/м²

   (рис.2)

Δt	1	3
qКИП	0.8079	12.59

Δt	0	2.89
qР	3.6125	0

9.   Проверяем скорость движения рассола:

Поверхность испарителя: F_BH = Q₀ / q_ИСК = 155 / 3.1=50  м²

F_H = 1,25*F_BH = 1,25*50=62.5 м²

По наружной поверхности выбираем испаритель 63 ИТГ

площадь

поверх-ности

габаритные размеры

число труб

длина труб

число

ходов

разме-ры

кожуха

Старая марка

диаметр

труб

длина

 ширина

 высота

63 ИТГ  

67.9/54.2

4580

1075

1590

 216

4000

   8

600Х8

ИКТ50

25х2,5

Сечение одного хода:

4.2. Отделители жидкости.

Отделители жидкости предназначены для улавливания капель жидкости, содержащихся в паре хладагента. При установке отделителей жидкости между испарительной системой и компрессором они защищают компрессор от опасного режима работы, которым является попадание в компрессор жидкости вместе с паром. Осушая пар перед компрессором, отделители жидкости обеспечивают приближение режима работы холодильной машины к расчетному режиму.

В отделителях жидкости, используемых в холодильных установках, происходит гравитационное отделение капель жидкости при резком изменении направления и скорости движения потока пара в аппарате.

Подбирают отделители жидкости по диаметру всасывающего патрубка компрессора. Для компрессора П-165 выбираем отделитель жидкости 70 ОЖ.

 

4.3. Определение толщины изоляции.

Толщина изоляции определяется с целью предотвращения конденсации влаги из воздуха.

В условиях теплообмена между воздухом и поверхностью изоляции для объектов с низкой и отрицательной температурами значение коэффициента теплоотдачи составляет 4-9 Вт/м²˚С. В данном случае наиболее тяжелые условия работы изоляции будут при наименьших значениях коэффициента теплоотдачи. Учитывая это принимаем α_Н = 4,5 Вт/м²˚С.

Расчет толщины изоляции проводят из условия максимально допустимой разности температур: Δt_МАХ = t_Н –t_К =10,4ºС

В качестве изоляции выбираем пенопласт 2003 эластичный→ λ = 0,045.

Определяем толщину изоляции:

                                         Содержание

  

1.Схемы холодильных установок.                                                                          4      

 1.1. Принципиальная схема аммиачной холодильной установки

 1.2. Особенности при формировании функциональной схемы холодильной   4                                                      

        установки.

 1.3. Отделение масла в аммиачных холодильных установках.                          4   

2. Расчет холодильного цикла и выбор компрессионного оборудования.          5

 2.1. Выбор оптимальных параметров режима работы холодильной                  5

       установки.

 2.2. Расчет рабочего процесса холодильной установки.                                       5 

 2.3. Построение цикла холодильной машины.                                                      6                        

 2.4. Характеристики цикла.                                                                                     7

2.5. Описание компрессоров                                                                                    8

3. Расчет теплообменного оборудования холодильных установок.                     10

 3.1. Выбор конденсатора.                                                                                         10

 3.2. Выбор и расчет системы оборотного водоснабжения.                                 12

4. Расчет испарителей и выбор вспомогательного оборудования.                      13

 4.1. Кожухотрубные испарители.                                                                           13            

 4.2. Отделители жидкости.                                                                                      16   

 4.3. Определение толщины изоляции.                                                                   16

Список литературы.                                                                                                   17         

                           Список   литературы

1.Захаров В.М. Методическое пособие к курсовому и дипломному проектированию

по дисциплине”Тепломассообменные процессы и установки”.-Иваново: ИГЭУ,1998.-

99 с.

2.Холодильные машины.Справочник.Под редю А. В. Быкова.- М.: Лёгкая и пищевая промышленность, 1982.

 

 Министерство Образования Российской Федерации

Ивановский государственный энергетический университет имени И.В.Ленина

Кафедра «Промышленной теплоэнергетики»

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

Студент Бузулуцкий Павел Евгеньевич   Курс 5  Группа 72к

            1. ТЕМА

РАСЧЕТ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

            2. Срок предоставления работы к защите    «___»_____________2014 г.

            3. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ:

            3.1. ХОЛОДОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ – 155 кВт.

            3.2. ТЕМПЕРАТУРА РАССОЛА НА ВЫХОДЕ ИЗ ИСПАРИТЕЛЯ – -8˚С  

            3.3. ХЛАДОАГЕНТ – R717

            3.4. ТИП КОНДЕНСАТОРА (ИСПАРИТЕЛЯ) – КТГ

            3.5. МЕСТО НАЗНАЧЕНИЯ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ – г. Иваново

4. СОДЕРЖАНИЕ ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ

            4.1. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

            4.2. ВЫБОР И РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

            4.3. РАСЧЕТ ЦИКЛА ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ И ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКА В ДИАГРАММЕ lg P – h (ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И ДАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ПРИ КОНДЕНСАЦИИ, КИПЕНИИ, ПЕРЕОХЛАЖДЕНИИ, ПЕРЕГРЕВЕ)

            4.4. ВЫБОР КОМПРЕССОРА

            4.5. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КОНДЕНСАТОРА

            4.6. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ИСПАРИТЕЛЯ

            4.7. РАСЧЕТ НАСОСА ДЛЯ СИСТЕМЫ ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

            4.8. РАСЧЕТ ИЗОЛЯЦИИ

ЗАДАНИЕ ПРИНЯЛ ________             РУКОВОДИТЕЛЬ РАБОТЫ______________

                               ПОДПИСЬ, ДАТА                                                                                     ПОДПИСЬ,ДАТА