Выбор способа охлаждения и схемы холодильной установки.

Выбираю смешанное охлаждение, при котором применяют как батареи, так и воздухо­охладители, довольно широко применялось ранее в камерах хранения охлажден­ных грузов и на специализированных холодильниках для хранения яиц, фруктов и некоторых других продуктов. При нуле­вых температурах (в случае хранения охлажденных грузов) — только воздухо­охладители, хотя не исключается возможность использования и пристенных ба­тарей.

5.1. Расчёт и подбор оборудования.

5.1.1. Выбор расчётного рабочего режима.

По d — i-диаграмме для влажного воздуха определяем температуру мокрого термомет­ра t_м._т = 13° С. Температура воды, поступающей на конденсатор, зависит от внешних условий: температура оборотной воды на 3 — 4°С выше температуры по мокрому термометру, температура воды в реках и озерах на 6 — 8°С ниже температуры наружного воз­духа (точные данные можно получить по климатологическим справочникам).

Температура оборотной воды будет tвд = 19°С. Конденсатор — испаритель­ный.

Рабочий режим холодильной установки характеризуется температурами ки­пения t₀, конденсации t_K, переохлаждения (жидкого хладагента перед регулирую­щим вентилем) t_n, всасывания (пара на входе в компрессор) t_ВС.

Температуру кипения хладагента принимают в зависимости от температуры воздуха в охлаждаемом объекте. При длительном хранении фруктов и овощей перепад температур может быть принят 3 — 4°С.

Тогда

t₀ = t_В—(3÷ 4)°С.

t₀ = 0 – 4 = - 4°С.

Температура конденсации в конденсаторах, охлаждаемых водой, зависит от температуры и количества подаваемой воды. Оптимальной можно считать температуру конденсации, которая на 3 — 5°С выше температуры воды, отходящей с конденсатора:

t_к = t_ВД2+(3÷ 5)°С.

Нагрев воды на конденсаторах (от 2 до 6°С) зависит от типа конденсатора:

t_ВД2 = t_ВД1+(2÷ 6)°С.

t_ВД2 = 19 + 4 =23°С.

Тогда, температура конденсации равна

t_к = 23 + 5 = 28°С.

Температура переохлаждения хладагента перед регулирующим вентилем выше температуры подаваемой в пере­охладитель воды на 3— 5°С:

t_п = t_ВД+(3÷ 5)°С.

t_п = 23 + 3 = 26°С.

Температуру переохлаждения жидкого хладагента принимаем на 4°С выше температуры оборотной воды (t_n = 26°C).

Для исключения влажного хода компрессора пар перед компрессором пере­гревается. В машинах, работающих на аммиаке, перегрев может быть получен либо непосредственно в испарителе, если его заполнение регулируется по пере­греву пара, либо в трубопроводе на пути к компрессору в результате притока тепла от внешней среды. Для машин, работающих на аммиаке, безопасность работы обеспечивается при перегреве пара на 5 — 15°С.

tвс = t₀+(5÷ 15)°С.

Температуру всасываемого пара принимаем на 7°С выше температуры кипения:

tвс = - 4 + 7 = 3°С.

Определение параметров хладагента для всех точек цикла, характеризуемого температурами t₀ = —4°С, t_K = 28°C, t_n = 26°C, t_ВС = 3°С. Хладагент — аммиак.

По таблицам насыщенных паров определяют параметры точек, находящихся на пограничных кривых (для сухого насыщенного пара и для насыщенной жид­кости) и в области переохлажденной жидкости: φ

1' — для сухого насыщенного пара при t₀;

2' -для сухого насыщенного пара при t_к;

3' — для жидкости при t_K;

3 — для жидкости по t_Д, кроме давления, которое в процессе переохлаждения не изменяется, а потому в данной точке равно давлению конденсации р_к (следует помнить, что точка 5 в диаграмме s — Т нанесена на пограничной кривой с некото­рым приближением: она должна быть на пересечении линии давления р_к с ли­нией температуры t_п).

Параметры точек 1, 2 и 4 определяют по диаграммам согласно построению: 1 — в области перегретого пара на пересечении линий р₀ и t_вс; 2 — в области перегретого пара на пересечении линий Sj = const и р_к,

4 — в области влажного пара на пересечении линий i₃ = const и t₀, p₀.

В случае выхода из испарителя перегретого пара точку Г находят по диаграм­мам в области перегретого пара на пересечении линий р₀ и температуры установ­ленного регулятором перегрева, а точку 1" — по таблицам для сухого насыщен­ного пара при t₀.

Параметры хладагента в точках диаграммы приведены в таблице 6.

Таблица 6.

5.1.2. Тепловой расчёт одноступенчатой холодильной машины и подбор компрессоров.

Исходными данными для теплового расчета холодильной машины являются:

нагрузка на компрессор, определенная при расчете теплопритоков с учетом потерь в системе;

температурный режим работы;

вид хладагента.

Одноступенчатый компрессор можно применять в довольно широком диапа­зоне рабочих условий. Ограничивают возможность применения одноступенча­того компрессора температура нагнетания, которая не должна превышать 160°С, и разность давлений р_к—р₀, которая для современных поршневых компрессоров не должна превышать 1, 7 МПа. В машинах предыдущих серий разность давлений ограничивалась величиной 1, 2 МПа, а степень сжатия р_к/р_а = 9.

По заданному температурному режиму строится цикл в диаграмме и опреде­ляются параметры хладагента, необходимые для последующих расчетов. Расчет производится в следующей последовательности:

1.Определение холодопроизводительности q₀ (кДж/кг) 1 кг хладагента:

q₀=i₁ - i _4.

В холодильных машинах, работающих на аммиаке, принимают, что из испари­теля выходит сухой насыщенный пар (перегрев пара при использовании регуля­торов перегрева не оказывает существенного влияния на расчет, но может быть при необходимости учтен).

q₀=1654 – 564 =1090 кДж/кг.

2. Расчет массового расхода пара — массовой подачи компрессора (кг/с):

M=Q₀/ q_0,

M=107, 454/ 1090 = 0, 099 кг/с.

3. Определение объемного расхода пара — объемную подачу компрессора (м³/с)

V_Д=Mv_1,

где v₁ — удельный объем всасываемого пара, м³/кг.

V_Д = 0, 099*0, 7 = 0, 069 м³/с.

4. По графику находят коэффициент подачи компрессора в за­висимости от степени сжатия р_к/р₀, типа компрессора и хладагента, на котором будет работать компрессор:

Рк/Ро= 1, 39 /0, 17=8, 2

5. Определяют описываемый объем компрессора V (м³/с):

V=V_Д/λ

По этому объему подбирают один или несколько компрессоров соответствую­щего размера. Количество компрессоров должно быть согласовано с характером работы установки, степенью неравномерности нагрузки: при постоянных нагруз­ках лучше иметь небольшое количество компрессоров большого размера, при переменных — несколько компрессоров меньшего размера, что позволит полу­чить более точное соответствие холодопроизводительности тепловой нагрузке. Описываемый объем:

V= 0, 069 /0, 58= 0, 12 м³/с.

По этому объему в табл. подбираем два компрессорных агрегата А110-7-2 с объемом, описываемым поршнем, V = 0, 0836 м³/с при частоте вращения вала 24, 5 с^-1. Суммарный объем, описываемый поршнями двух компрессоров, составляет 0, 17 м³/с. Нами принято два однотипных компрессора с объемом, несколько большим, чем это требуется по расчету. В данном случае такое решение можно считать оправданным.

6. Вычисляют теоретическую (адиабатную) мощность N_T (кВт) компрессора:

N_T=M(i₂-i₁)

N_T=0, 099*(1985 -1670) = 31, 2 кВт.

7. Определяют действительную (индикаторную) мощность N i (кВт) компрес­сора:

N_i=N_T/ή _i

где ή _i — индикаторный к.п.д.

Для бескрейцкопфных компрессоров индикаторный к.п.д. можно принимать 0, 79—0, 84. Большие значения коэффициента относятся к более крупным компрес­сорам.

Для малых и средних компрессоров, работающих на хладонах, индикаторный к.п.д. можно принимать в пределах от 0, 65 до 0, 8.

N_i = 31, 2/0, 82 = 38, 1 кВт.

8. Рассчитывают эффективную мощность N_e (кВт) на валу компрессора:

N_e=N_i/ή _м

где ή _м—механический к.п.д., учитывающий потери на трение.

Для крупных бескрейцкопфных компрессоров механический к.п.д. можно принимать от 0, 82 до 0, 92; для малых и средних компрессоров, работающих на хладонах, — от 0, 84 до 0, 97, причем большие значения коэффициентов относятся к большим по размерам компрессорам.

По эффективной мощности подбирают электродвигатель компрессора с за­пасом мощности 10—15%. Это указание не относится к встроенным электродви­гателям, мощность которых может быть значительно меньше мощности, необхо­димой для привода открытого компрессора.

N_e= 38, 1/0, 87 = 43, 8 кВт.

9. Определяют тепловой поток Q_K (кВт) в конденсаторе:

а) действительный с учетом потерь в процессе сжатия:

Q_K.=Q₀+N_i

Q_K = 107, 454 + 38, 1 = 145, 55 кВт.

б) теоретический по разности удельных энтальпий в теоретическом цикле с учетом переохлаждения в конденсаторе:

Q_K.= M(i₂-i₃)

Q_k = 0, 099* (1985 — 564) = 140, 8 кВт.

без учета переохлаждения в конденсаторе:

Q_K.= M(i₂-i_3’)

Q_K = 0, 099* (1985 —588) = 138, 3 кВт.

Тепловой расчёт одноступенчатой холодильной машины и подбор компрессора для других камер аналогичен, поэтому результаты расчётов представлены в таблице 7.

Таблица 7.

5.2. Расчёт и подбор теплообменных аппаратов.