МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ХАРЬКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПИТАНИЯ И ТОРГОВЛИ
кафедра холодильного оборудования
Расчетно-графическая работа
на тему: “Расчет цикла одноступенчатой паровой холодильной машины,
определение параметров хладагента.
Подбор компрессора и конденсатора”
Затраты на производство включают только те компоненты установки, стоимость которых варьируется в зависимости от вариантов 1 и 2, то есть блок воздуха для горения, блок приточного воздуха, рециркуляционные воздухоохладители для испытательной комнаты, циркуляционный воздухоохладитель для диспетчерской и холодильной машины.
Где - коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности изоляции в помещении
В таблице 7 и 7 показаны затраты на производство двух вариантов. Испытания проводятся в соответствии с заранее установленными циклами производительности, в которых мощность двигателя модулируется во времени. Средняя нагрузка для отдельных холодных потребителей в тесте основывалась на значениях, приведенных в таблице 8. В этой таблице также указаны годовые времена работы.
Выполнил: студент 3-го курса
гр. М- 17 ФОТС
Мошнин Е. С.
Проверила:
Петренко Е. В.
Харьков 2010
1. Задание для РГР………………………………………………………………3
2. Тепловой расчет………………………………………………………………4
3. Подбор компрессора холодильной машины…………………………………7
4. Подбор электродвигателя КМ………………………………………………...8
Производители холодильных машин для различных температур наружного воздуха и связанных с ними охлаждающих мощностей были запрошены изготовителем и введены в числовые таблицы расчета энергии. Для блока воздушного сгорания и блока приточного воздуха учитывается только потребление электрической энергии для потерь давления в воздушных охладителях, которые различаются в двух вариантах. При расчете потребления электрической энергии охладителей рециркуляционного воздуха в испытательной камере учитывается планируемое регулирование объемного расхода.
5. Подбор конденсатора…………………………………………………………9
6. Вывод………………………………………………………………….……..10
7. Приложение (диаграмма i- lgp со встроенным циклом одноступенчатой паровой холодильной машины)
1. Задание РГР
Выбрать и подобрать холодильное оборудование (компрессор и конденсатор) для холодильной установки производительностью Q 0 = 2 кВт с циркуляционным водоснабжением. Холодильная установка обслуживает камеру первой стадии двух этапного замораживания мяса на холодильнику мясокомбината который расположен в городе Каменск-Подольск поддержание заданной температуры воздуха t п = - 12°С в холодильной камере совершается при помощи батарей охлаждения.
Результат этого расчета стоимости энергии показан в таблице 9 и рисунке 8. Низкие затраты на энергию обусловлены более высокими показателями производительности при полной нагрузке и загрузке частичной нагрузки. Однако при ближайшем рассмотрении оказалось, что тесты могут выполняться без этого условия. В двух рассмотренных примерах использование более высоких температур охлажденной воды приводит к снижению затрат на 26% и 17% соответственно.
Многие меры по энергосбережению в области технического строительного оборудования могут быть реализованы только при увеличении инвестиционных затрат. При выборе более высоких температур охлажденной воды только в начале этапа планирования необходимо проверить потребителей на максимально возможную температуру охлажденной воды и адаптировать систему охлаждения к этим температурам. Поэтому в интересах оптимальной энергоэффективности и экономической эффективности определение максимально возможной температуры охлажденной воды на этапе планирования должно стать самоочевидным.
Рисунок 1. Одноступенчатая холодильная машина, что работает по теоретическому циклу: а – принципиальная схема (В – испаритель; ВР – отделитель жидкости; РВ – регулирующий вентиль (дросель); ПО – переохладитель; КД – конденсатор; КМ – компресор); б – построение цикла в диаграмме S – T; в – построение цикла в диаграмме lgp-i.
2. Тепловой расчет
Большие системы охлаждающей воды обычно состоят из нескольких холодильных установок с различными типами охлаждающих машин. Задача эксплуатации такой системы охлаждения настолько эффективно, насколько это возможно, очень сложна. На данный момент инструменты моделирования могут оказать существенную помощь. В статье представлена задача и процедура оптимизации с помощью моделирования. Возрастающее стремление к устойчивым и ресурсосберегающим промышленным производственным процессам также все больше привлекает внимание к так называемым технологиям поперечного сечения, таким как подача сжатого воздуха или просто тепло - и холодоснабжение, поскольку здесь часто подразумевается значительный потенциал экономии.
Рабочий режим холодильной установки характеризуется температурами кипения t o , конденсации t к , переохлаждения (жидкого хладагента перед регулирующим вентилем) t пер , всасывания (пары на входе в компрессор) t вс .
При определении расчетных параметров окружающего воздуха учитываем температурный режим летнего периода.
Достижения производителей отражают более высокую эффективность их соответствующих технологий снабжения и распределения. Однако ключевыми аспектами, способствующими повышению энергоэффективности в промышленном секторе, являются комплексное обеспечение и использование энергетических ресурсов, например. Б. в виде подходящей рекуперации тепла и оптимизации работы коммунальных предприятий.
Механический КПД, учитывающий потери на трение
Особенно все более интегрированные и централизованные системы снабжения, будь то отдельные промышленные объекты или целые промышленные парки, обеспечивают более высокую плотность мощности и, следовательно, номинально более высокую эффективность и лучшую эффективность. В случае подачи тепла и холода это приводит к все более и более сложным водоносным системам. Такая система охлаждающей воды обычно состоит из нескольких холодильных установок с различными типами холодильных машин и различных типов повторного охлаждения.
Расчетные параметры воздуха для города: Запорожье
t з.п. - (температура воздуха летняя) t з.п. = + 33 0 С ;
φ з.п . - (относительная влажность воздуха - летняя) φ з.п = 39 %.
За i- в диаграммою (приложеним 2) для влажного воздуха находим первоначальное значение энтальпии, которое соответствует температуре воздуха летнего месяца и относительной влажности воздуха в этом месяце следовательно i = 67кДж/кг .
Это, как правило, взрослая структура, поэтому эффективная работа становится очень сложной задачей. Оптимальный режим работы такой общей системы обычно не может быть легко распознан обычными методами. Для таких вопросов используются инструменты моделирования. Система снабжения описана в подробных алгебраических моделях, чтобы затем определить математический оптимум по одному или нескольким критериям для работы всей системы с помощью подходящих алгоритмов решения. Возможные критерии оптимизации включают, например, минимизацию использования энергии или минимизацию эксплуатационных расходов.
После определим температуру по влажному термометру t м.т. = 22 0 С , (пересечение линии i = 64 кДж/кг , которая характеризует содержание теплоты в воздухе, с линиею φ = 100 % ).
Температура обратной воды t w (води, что подается на конденсатор) принимают на 3...4 0 С выше температуры влажного термометра, следовательно, принимаю:
Этот оптимальный режим работы, т.е. комбинация и последовательность машин, которые должны быть введены в эксплуатацию, не зависят исключительно от потребности в мощности, но должны быть приняты во внимание граничные условия, такие как поведение частичной нагрузки, эффективность, гидравлические требования, ситуация флешбека, потенциал для восстановления погоды и тепла. Эти факторы существенно определяют и влияют на эффективность всей системы и должны соответствующим образом отображаться в имитационных моделях.
Предыдущие научные выводы и проекты, которые касаются сложных систем снабжения, как правило, ограничиваются оптимальным дизайном структур снабжения при фиксированных граничных условиях и, в лучшем случае, несколькими временными шагами. Часто эволюционные алгоритмы используются здесь из-за сложности проблемы. Оптимизация в эксплуатации ограничена в литературе подробным рассмотрением отдельных систем, например, для систем кондиционирования воздуха. Опять же, эволюционные алгоритмы или искусственные нейронные сети часто используются, так как нелинейные отношения соответствующих параметров могут затруднить или даже невозможную строгую оптимизацию.
t w = t м.т. + 3= 23 + 3 = 25 0 С.
Используя исходящие данные, учитывая, что конденсатор входит в состав холодильной установки, которая обслуживает холодильную камеру для замораживания мяса и работает на циркуляционной воде выбираем испарительный конденсатор. В конденсаторах такого типа сравнительно небольшой расход циркуляционной воды, поэтому не нужна установка специального устройства для охлаждения воды.
Температура хладагента на выходе из испарителя
Аугенштейн описывает подходы к оптимизации работы центральных блоков и предлагает различные возможности, в том числе разложение задачи оптимизации на линейную и нелинейную составляющие. В данной статье представлена процедура оптимизации крупномасштабных установок в существующих зданиях на основе конкретного применения. Здесь объясняется процедура оптимизации на основе моделирования.
Обсуждаются трудности, связанные с моделированием таких сложных систем, и разрабатываются решения. Метод, используемый в этом исследовании, состоит из подэтапов, показанных на рисунке 1. Во-первых, необходимо оценить существующие данные измерений и рабочие данные. Цель состоит в том, чтобы определить характеристики отдельных компонентов всей системы охлаждения, состоящей из холодильных машин, градирен и насосов отдельно, чтобы можно было проверить соответствующие номинальные данные, а также можно зарегистрировать поведение частичной нагрузки.
Определяю рабочий режим работы холодильной машины. В качестве хладагента принимаю аммиак.
Температуру кипения t o принимаю в зависимости от температуры помещения и способа охлаждения. При охлаждении помещения при помощи батарей охлаждения температура кипения хладагента определяю как t о = t п - (7...10) 0 С следовательно:
Для этой цели в такой системе требуется большое количество точек измерения, которые должны быть соответственно оценены. Из-за большого объема данных и сложности системы для математической оптимизации следует использовать алгоритм линейного решения. Таким образом, необходимо пошатнуть характеристики частичной нагрузки всех компонентов, определенных на первом этапе.
Далее - первый шаг моделирования. Для этого сначала создается имитационная модель всех линеаризованных компонентов. Компоненты индивидуально параметризуются в соответствии с линеаризацией с предыдущего подэтапа. Компоненты затем собираются в соответствии с их реальным гидравлическим присоединением и регулированием к общей модели. На основе этой модели математически оптимальный стиль вождения для холодильных машин рассчитывается с помощью автоматизированного алгоритма. Погода сохраняется как существенный фактор в разрезах.
t о = t п - 10 = -12 - 10 = -22 0 С .
Для предотвращения влажного хода компрессора пара хладагента перед ним перегревается. Для машины, которые работают на аммиаке, безопасность работы обеспечивается при перегреве пара на 5...15 0 С .
Принимаю температуру пара хладагента на 7 0 С выше температуры кипения:
t в.с. = -22 + 7 = -15 0 С.
Подробное описание этой процедуры приведено в разделе. Подходящее ограничение условий окружающей среды, для которого существует оптимизированная последовательность переключения, позволяет получить определенные и разумные технические последовательности переключения со ссылкой на несколько выбранных интервалов температуры влажной лампы. Таким образом, из множества различных последовательностей переключения, которые являются оптимальными для соответствующих граничных условий, можно определить несколько последовательностей переключения, которые являются разумными для некоторых типичных внешних состояний и которые также могут быть разумно реализованы.
Температура конденсации для испарительного конденсатора определяю по приложению 3. Учитывая условия окружающего воздуха (t з.п = +33 0 С , φ з.п. = 0.39 ) и плотность теплового потока q F , що для випарних конденсаторів становить: q F = 2000Вт/м 2 , принимаю температуру конденсации t k =+37 0 С .
Температура переохлаждения жидкого хладагента принимаю на 5 0 С выше температуры циркулирующей воды:
Последним шагом является энергетическая оценка технической последовательности переключения в течение года. Определенные последовательности переключения реализуются в модели в форме контроля за установкой, и ежегодное моделирование выполняется с шагом в один час, чтобы количественно увеличить эффективность и, следовательно, выгоду как можно точнее и, следовательно, оценить установленный режим работы. Также было бы возможным итеративное расширение метода до нескольких проходов двух последних этапов.
Таким образом, увеличение эффективности можно сравнить с фиксированным числом технических последовательностей переключения, и можно было бы оценить выбор различных типичных условий. Другой возможностью было бы варьировать количество типичных состояний с их соответствующими последовательностями переключения до тех пор, пока не будет достигнута желаемая эффективность.
t пер = 25 + 5=30 0 С .
По полученным температурам (t o , t к, t вс, t пер ) выполняем построение цикла одноступенчатой паровой машины в диаграмме lgр – і, нумерацію узловых точек расставляем соответственно с рис. 2
Рисунок 2. Построение цикла одноступенчастой паровой холодильной машины в диаграмме lgр – і
Эти значения были записаны и заархивированы на сайте в течение многих лет. Они уже были определены до этого расследования. Эта обширная база данных позволяет оценить достаточное количество рабочих ситуаций в сочетании с различными условиями окружающей среды.
Существенным фактором здесь является необходимость охлаждения. Он возникает из требуемой охлаждающей способности процесса и необходимости в охлаждающей способности для осушения наружного воздуха в вентиляционных системах и т.п. а. для помещений производства полупроводников и датчиков. На фиг. 3 эта общая холодная потребность в местоположении выше температуры наружного воздуха строится на один год. Временной интервал для сбора точек данных составляет один час.
Результаты определения параметров холодильного агента фиксируем в таблице 1.
Таблица 1
Параметри холодильного агента в узловых точках
| Номер точки |
Параметры |
|||||
| p, МПа |
v,м 3 /кг |
i, кДж/кг |
s,кДж/кг ·К |
состояние агента |
||
| сух.насыщ.пар |
||||||
| сух.перегрет.пар |
||||||
| перегретый.пар |
||||||
| сух.насыщ.пар |
||||||
| насыщеная.жид |
||||||
| пер. жидкость |
||||||
| влаж.насыщ.пар |
||||||
Тепловой расчет одноступенчастой холодильной машины:
Удельная массовая холодопроизводительность:
q 0 = i 1´ - i 4 ,=1440-330= 1110 (кДж/кг),
Удельный обьем холодопроизводительности:
q v = q 0 /v 1 ,=1 110 /0.77 =1441 (кДж/м 3),
Удельная теоретическая работа сжатия:
q вн = i 2 - i 1 ,=1 800 -1440= 360 (кДж/кг),
Теплота что получает 1 кг холодильного агента в конденсаторе:
q к = i 2 – i 3 ",=1 800 - 370=1 430 (кДж/кг),
Теплота что получает 1 кг холодильного агента в переохладителе:
q по = i 3 " - і 3 ,=370 - 330 = 40 (кДж/кг),
Теплота что получает 1 кг холодильного агента в конденсаторе и переохладителе:
q к+ по = i 2 - і 3 , =1 800 - 330=1 470 (кДж/кг),
Тепловой баланс холодильной машины:
q = q 0 +q вн,=1110 + 360 =1 470 (кДж/кг),
Теоретический холодильный коэффициент:
e = q 0 /q вн, =1 110 / 360= 3,1
Холодильный коэффициент холодильной машины, что работает на обратном цикле Карно при тех же температурах кипения и конденсации:
e к = Т 0 /(Т к – Т 0)=(273-22)/((273+ 33) - (273-22))= 4,2
3. Подбор компрессора
Из условия известно, что Q 0 = 2 кВт тогда:
1. Расшитую массовую производительность компрессора:
G 0 = Q 0 /q 0 , =2/ 1110 = 0, 0018 (кг/с),
2. Обьем пара хладагента, что всасывается компресором холодильной машины:
V 0 = G 0 · v 1 ,= 0,0018 · 0,8= 0,0014 (м 3 /с)
3. Рассчитываю коэффициент подачи компрессора λ:
λ = λ с · λ´ w =0, 64 0 · 0,8=0, 5
Рассчитываю объемный коэффициент λ с с учетом того, что для компрессоров, что работают на аммиаке относительное мертвое пространство С = 0,045 , показатель политропы расширения (для аммиачных компрессоров m = 0,95...1,1 )
Коэффициент λ´ w учитывающий объемные потери, что происходят в компрессоре, рассчитываю по формуле:
λ´ w = Т 0 / Т к =251/ 310= 0,8
Проверяем по диаграмме коэффициент подачи компрессора, учитывая
П = Рк/ Ро (степень сжатия) П = 0,105 при λ =0, 5.
4. Описываемый обьем:
V h = V 0 /λ, = 0,0014/ 0,5=0,0028 (м 3 /с)
Подбираю по этому обьему компрессорный агрегат это 1А110-7-2.
Для окончательного выбора выполним рассчет и підбор електродвигателя КМ.
4. Подбор электродвигателя КМ
1. Определяем сначала теоретическую (адиабатную) мощность N T (у кВт) компресора:
N t = G 0 · q bh =0, 0018 · 360 = 0.64 кВт.
2. Определяю действительную (индикаторную) мощность N i (у кВт) компресора:
N i = N T / η і , =0,64/ 0,79 = 0,8 кВт.
Индикатор к.п.д. принимаю по среднему значению.
3. Рассчитаем эффективную мощность КМ:
N e = N i / η =0,8/ 0,87= 0,9 кВт.
По определенной эффективной мощности N e (у кВт) на валу компрессора (по приложению 5) подобрал электродвигатель АОП 2-82-6 к компрессору с запасом мощности 10…15%. Это не относится ко встроенным электродвигателям мощность которых может быть значительно меньше.
5. Подбор конденсатора
Для подбора конденсатора холодильной машины сначала нужно определить тепловую нагрузку на конденсатор Q k (у кВт).
1. Действительная тепловая нагрузка с учетом потерь в процессе сжатия определяю по формуле:
Q k d = Q 0 + N i = 2 + 0,8 = 2,8 кВт
Q k t = G 0 · q к+п = 0,0018 · 1470= 2, 7 кВт.
3. Так как Q k d > Q k t = 2,8 > 2,7 , следовательно, тепловая нагрузка ниже, чем действительная тепловая нагрузка.
При расчете параметров был принят испарительный конденсатор с удельный тепловым потоком q F = 2000 Вт/ м 2
Потребная площадь теплопередающей поверхности конденсатора:
F = Q k/ q = 2,7 / 1 470 = 0,0018 м 2
По приложению 6 принимаю конденсатор испарительный ИК – 90 с площадью поверхности основной секции 75 м 2 следовательно принимаю для установки две такие секции с суммарной площадью 150 м 2
6. Вывод
При расчете рабочего режима холодильной машины и подбирая к ней холодильное оборудование, я освоил основу и принципы работы холодильного агрегата для замораживания мяса. Научился исходя из исходных данных (температуры воздуха и относительной влажности его) находить и рассчитывать температуры: кипения, конденсации, всасывания и переохлаждения. И вписывать эти значения характеризующие параметры и агрегатное состояние хладагента (аммиака) в диаграмму lgp – i.
Так же при выполнении РГР научился правильно и экономно подбирать необходимое оборудование (конденсатор, компрессор и двигатель к нему).
Площадь теплоотдающей поверхности испарителя F, м 2 , определяется по формуле:
где - тепловой поток в испарителе, Вт
к – коэффициент теплопередачи испарителя, Вт/(м 2 *К), зависит от типа испарителя;
Средняя логарифмическая разность между температурами кипящего фреона и охлаждаемой среды;
–удельный тепловой поток, равный 4700 Вт/м 2
Расход холодоносителя, необходимый для отвода теплопритоков, определяется по формуле:
где с - теплоемкость охлаждаемой среды: для воды 4,187 кДж/(кг*°С), для рассола теплоемкость принимается по специальным таблицам в зависимости от температуры его замерзания, которая принимается на 5-8°С ниже температуры кипения хладагента t 0 для открытых систем и на 8-10°С ниже t 0 для закрытых систем;
ρ р - плотность, холодоносителя СКВ, кг/м 3 ;
Δ t р - разность температуры холодоносителя на входе в испаритель и на выходе из него, °С.
Для условий кондиционирования воздуха при наличии форсуночных камер орошения применяются схемы распределения потоков воды. Согласно этому, Δt р определится как разность температур на выходе из поддона камеры орошения t w.к и на выходе из испарителя t Х :.
8. Подбор конденсатора
Расчет конденсатора сводится к определению площади теплопередающей поверхности, по которой подбирают один или несколько конденсаторов с суммарной площадью поверхности, равной расчетной (запас по поверхности не более+15%).
1. Теоретический тепловой поток в конденсаторе определяется по разности удельных энтальпий в теоретическом цикле с учетом или без учета переохлаждения в конденсаторе:
а) тепловой поток с учетом переохлаждения в конденсаторе определяется по разности удельных энтальпий в теоретическом цикле:
б) тепловой поток без учета переохлаждения в конденсаторе и при отсутствии регенеративного теплообменника
Полная тепловая нагрузка с учетом теплового эквивалента мощности, затрачиваемой компрессором на сжатие хладагента (действительный тепловой поток):
2. Определяется средняя логарифмическая разность температур θ ср между конденсирующимся хладагентом и охлаждающей конденсатор средой, °С:
где - разность температуры в начале теплопередающей поверхности (большая разность температур), 0 С:
Разность температуры в конце теплопередающей поверхности (меньшая разность температур), 0 С:
3. Находим удельный тепловой поток:
где к – коэффициент теплопередачи, равен 700 Вт/(м 2 *К)
4. Площадь теплопередающей поверхности конденсатора:
5. Расход охлаждающей конденсатор среды:
где - суммарный тепловой поток в конденсаторе от всех групп компрессоров, кВт;
с - удельная теплоемкость охлаждающей конденсатор среды (вода, воздух), кДж/(кг*К);
ρ - плотность охлаждающей конденсатор среды, кг/м 3 ;
- подогрев охлаждающей конденсатор среды, °С:
1,1 - коэффициент запаса (10%), учитывающий непроизводительные потери.
По расходу воды с учетом необходимого напора подбирают насос оборотного водоснабжения необходимой производительности. Обязательно предусматривают резервный насос.
9. Подбор основных холодильных агрегатов
Подбор холодильной машины производят одним из трех методов:
По описанному объему компрессора, входящего в состав машины;
По графикам холодопроизводительности машины;
По табличным значениям холодопроизводительности машины, приводимым в технической характеристике изделия.
Первый метод аналогичен тому, которым пользуются для расчета одноступенчатого компрессора: определяют требуемый объем, описанный поршнями компрессора, а затем по таблицам технических характеристик подбирают машину или несколько машин таким образом, чтобы фактическое значение объема, описанного поршнями, было на 20-30% больше полученного расчетом.
При подборе холодильной машины третьим методом необходимо холодопроизводительность машины, рассчитанную для рабочих условий, привести к условиям, при которых она дана в таблице характеристик, то есть к стандартным условиям.
После выбора марки агрегата (по холодопроизводительности, приведенной к стандартным условиям) необходимо проверить, достаточна ли площадь теплопередающей поверхности испарителя и конденсатора. Если указанная в технической характеристике площадь теплопередающей поверхности аппаратов равна расчетной или несколько больше ее, машина подобрана правильно. Если же, например, площадь поверхности испарителя оказалась меньше расчетной, необходимо задаться новым значением температурного напора (более низкой температурой кипения), после чего проверить, достаточна ли производительность компрессора при новом значении температуры кипения.
Принимаем чиллер с водяным охлаждением марки York YCWM с холодопроизводительностью 75 кВт.
