Министерство образования Российской Федерации

КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра холодильных и компрессорных машин и установок

Схемы и циклы одноступенчатых холодильных машин Методические указания

к лабораторно-практической работе по дисциплинам

«Холодильная техника и технология»,

для студентов очной и заочной форм обучения

технологических специальностей

Краснодар

2012

Составители: канд. техн. наук, доц. М. В. Шамаров.

УДК 621.56

СХЕМЫ И ЦИКЛЫ ОДНОСТУПЕНЧАТЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН Методические указания к лабораторно-практической работе по дисциплинам «Холодильная техника и технология», «Хладотехника» для студентов очной и заочной форм обучения технологических специальностей./ Сост.: М. В. Шамаров, Кубан. гос. технол. ун-т. Каф. Холодильных и компрессорных машин и установок. Изд. КубГТУ, Краснодар. 2012, 15 с.

Рассмотрены термодинамические диаграммы холодильных агентов, методы определение термодинамических параметров и агрегатного состояния вещества, построение термодинамических процессов в диаграммах и определение оборудования, в котором можно осуществлять процессы работы холодильной машины.

Ил. 4. Табл. 3. Библиогр.: назв. 4.

Печатается по решению Редакционно – издательского совета Кубанского государственного университета

Рецензенты:

1 Цель работы

1. Ознакомить студента со схемами и циклами работы одноступенчатых холодильных машин.

2. Научить студента:

- определять параметры контрольных точек;

- по заданным параметрам контрольных точек осуществлять построение термодинамических процессов в диаграмме и определять оборудование, в котором можно осуществить заданные процессы.

3. Освоить построение по экспериментальным данным холодильного цикла в термодинамической диаграмме. Оценивать эффективность работы холодильной машины.

2 Холодильная машина

Холодильная машина состоит из четырех основных элементов:

• испарителя,

• компрессора,

• конденсатора

• регулирующего (дросселирующего) вентиля.

Дополнительно в схему машины включено вспомогательное оборудование:

• ресивер,

• теплообменник,

• фильтры,

• контрольно-измерительные приборы.

Все оборудование соединено трубопроводами в единую замкнутую систему, внутри которой циркулирует холодильный агент. Схема холодильной машины представлена на рисунке 1.

Испаритель (поз.9) - теплообменный аппарат, в котором холодильный агент кипит в результате получения теплоты от воздуха холодильной камеры (поз. 10).

Исследуемый испаритель по типу ребристотрубный и состоит из медной трубы и вертикальных ребер прямоугольной формы. Из трубы выполнен змеевик в один конец которого подается жидкий холодильный агент, а ко второму концу присоединен всасывающий трубопровод по которому пары холодильного агента поступают в компрессор. Испаритель расположен в верхней части камеры.

Передача тепла от воздуха камеры к холодильному агенту происходит последовательно: сначала тепло из охлаждаемого пространства камеры поглощается металлом испарителя, далее тепло передается через металл и поглощается кипящим холодильным агентом.

Рисунок 1 – Холодильная машина

Воздух, находящийся в контакте с поверхностью испарителя, охлаждается и опускается вниз и замещается более легким теплым воздухом. Создается естественная циркуляция воздуха в объеме камеры со скоростью 0,05-0,2 м/с за счет разности плотностей холодного и теплого воздуха.

Испаритель исследуемой холодильной машины состоит из 4 отдельных батарей, которые соединены трубопроводами холодильного агента последовательно по 2 батареи. Техническая характеристика испарителя приведена в таблице 1.

Компрессор (поз.1) - обеспечивает циркуляцию холодильного агента в холодильной машине и поддерживает соответствующие температуры в испарителе и конденсаторе.

Компрессор марки поршневой, вертикальный, двухцилиндровый. Цилиндры имеют ребра для воздушного охлаждения. Коленчатый вал имеет сальниковое уплотнение в корпусе компрессора. На конце коленчатого вала имеется шкив, получающий вращение от электродвигателя (поз. 2) посредством клиноременной передачи.

Техническая характеристика компрессора дана в таблице 1.

Конденсатор (поз.3) - теплообменный аппарат, и предназначен для отвода тепла от сжатого в компрессоре пара холодильного агента и превращения его в жидкость. Холодильный агент выходит с высокой температурой и должен отдать охлаждающей среде в конденсаторе тепло, полученное им в испарителе, и тепло, полученное при сжатии в компрессоре. От сжатого пара сначала отводится теплота перегрева и температура его понижается до температуры конденсации. Затем, по мере отвода теплоты конденсации, холодильный агент превращается в жидкость.

Конденсатор исследуемой машины по конструкции кожухозмеевиковый. В стальном кожухе расположены изогнутые в виде змеевика трубки, образующие поверхность теплообмена. Компрессор нагнетает перегретые пары в верхнюю часть кожуха. По трубкам протекает охлаждающая вода, расход которой регулируется вентилем (поз.5) и измеряется ротаметром. Образующийся жидкий холодильный агент стекает в сборник (поз.4) конденсатора. Техническая характеристика конденсатора дана в таблице 1.

Регулирующий вентиль - клапанное устройство, предназначенное для регулирования количества жидкого холодильного агента, движущегося по трубопроводу в испаритель. Основу вентиля составляет отверстие, которое перекрывается подвижным клапаном конической формы. Интенсивность потока вещества зависит от величины кольцевого зазора между клапаном и отверстием.

В машине используется автоматическое устройство-терморегулирующий вентиль (поз. 7), который автоматически регулирует подачу холодильного агента в испаритель в соответствии с интенсивностью кипения жидкости в испарителе в зависимости от температуры перегрева парообразного агента на выходе из испарителя измеряемой датчиком (поз. 8) и давления кипения в испарителе.

Одновременно в вентиле холодильный агент дросселируется с давления конденсации Р_к до давления кипения Р₀ и температура его понижается до t₀.

Техническая характеристика терморегулирующего вентиля машины приведена в таблице 1.

Таблица 1 - Техническая характеристика машины

Показатель	Обозначение, размерность	Численное значение
Испаритель ИРСН
- площадь охлаждения одной батареи	Fб, м2	10
- количество батарей	Zб, шт	4
- общая площадь охлаждения испарителя	FИ, м2	40
- коэффициент теплопередачи	КИ, Вт/(м2·0С)	8,5-11,5
Компрессор ФВ-6
- частота вращения вала	n, об/с	10,8
- объем описываемый поршнями	Vh, м3/с	0,00383
- мощность электродвигателя	Nэ, кВт	2,2
Конденсатор КТР-4М
- площадь охлаждения	FК, м2	2
- коэффициент теплопередачи	КК, Вт/(м2·0С)	400-800
Регулирующий вентиль
- температура кипения	t0, 0С	от –30 до +10
- холодопроизводительность	Qрв, кВт	2,32
- площадь отверстия	fрв, м2	0,000005
Теплообменник ТФ-20М
- площадь теплообмена	FТО, м2	0,1
-коэффициент теплопередачи	КТО, Вт/(м2·0С)	150-160

Вспомогательное оборудование предназначено для повышения производительности машины и улучшения условий ее регулирования и эксплуатации в течение длительного времени.

Исследуемая машина имеет следующее вспомогательное оборудование, показанное на рисунке 1:

Ресивер (поз. 4) - сборник в котором находится запас жидкого холодильного агента под давлением конденсации, позволяющей работать машине при переменных тепловых нагрузках на испаритель и компенсировать незначительные утечки холодильного агента в окружающую среду. Ресивер располагают внизу конденсатора, что предотвращает затопление трубы конденсатора жидким холодильным агентом приводящим к резкому повышению давления конденсации. Вместимость ресивера зависит от общего количества холодильного агента, заправляемого в холодильную машину.

Теплообменник (поз. 6) - предназначен для теплового контакта между жидким холодильным агентом до регулирующего вентиля и всасываемым в компрессор паром. Температура жидкого холодильного агента близка к температуре конденсации. Всасываемый пар выходит из испарителя с температурой близкой к температуре кипения. Во время теплообмена, жидкость, поступающая из ресивера, переохлаждается, а пар - нагревается, способствуя испарению попавшей во всасывающий трубопровод жидкости. Снижение температуры жидкого холодильного агента перед регулирующим вентилем приводит к уменьшению количества дроссельного пара и повышает эффективность холодильной машины.

В исследуемой машине теплообменник по конструкции кожухозмеевиковый. По трубке змеевика проходит теплый холодильный агент из ресивера, а по межтрубному пространству - холодные пары холодильного агента из испарителя.

Техническая характеристика теплообменника приведена в таблице 1.