Практическая работа №4 Расчет основных характеристик компрессора и теплообменных аппаратов судовой холодильной установки

Для дальнейших расчетов воспользуемся результатами, полученными при выполнении практических работ №1 и №2. Схема судовой холодильной установки работающей без РТО с переохлаждением в конденсаторе и перегревом в испарителе и во всасывающем трубопроводе, приведена на рис. 1(а). На диаграмму с изображением стандартного цикла нанесен цикл рассматриваемой холодильной установки. Для этого необходимо выполнить приведенные ниже этапы работы.

Так как район плавания не ограниченный, принимаем температуру забортной воды равной t_з.в. = 28°С. Тепература воды на входе в конденсатор t_ω1 = t_з.в. + 2 = 28 + 2 = 30 °С; на выходе из него - t_ω2 = t_ω1 + 2 = 32 °С .

Определим температуру хладагента.

• Конденсации t_к = t_ω1 + 6 = 30 + 6 = 36 °С ;

• Жидкого хладагента перед ТРВ t_ж = t_к - 5 = 36 – 5 = 31 °С;

• Кипения хладагента в испарителе t_и = t₀ - 10 = 0 – 10 = -10 °С;

• На выходе из испарителя с учетом перегрева на его конечных поверхностях t₂ = t_и + 5 = -10 + 5 = -5°С;

• На всасывании с учетом перегрева во всасывающем трубопроводе t₁ = t₀ + 10 = 0 + 10 = 10°С.

По полученным температурам в диаграмме i-lg p строим цикл и определяем параметры в узловых точках, которые заносим в таблицу №3.

Определяются удельные величины, характеризующие работу установки:

- Массовая холодопроизводительность кДж/кг, q₀ = i₂ – i₆ ;

Точка Параметр	1	2	3	4	5	6	7
º С	10	80	36	36	31	0	0
P, мПа	0,33	1,35	1,35	1,35	1,35	0,33	0,33
кДж/кг	615	654	616	445	440	440	605
м3 /кг	0,035	-	-	-	-	-	-

q₀ = 605 – 440 = 165;

- Объемная холодопроизводительность, кДж/м³ ,

q_v = q₀ / V₁ = 165 / 0,035= 4715;

- Работа сжатия в компрессоре, кДж/кг, l = i₂ – i₁ = 654-615=39;

- Теоритический холодильный коэффициент ε = q₀ /L = 165/39=4,23.

Количество хладагента, циркулирующего систему, кг/ч, G₀ = 3,6 Q₀ /q₀ = 3,6 ∙ 8820/165 = 192,4

Часовой объем хладагента, всасываемых компрессором, м³ /ч, V₀ = G₀ ∙ V₁ = 192,4 ∙ 0,035 = 6,73

Коэффициент подачи компрессора

λ = [1- G₀ (P_k /P_и - 1)] ∙ (T_и /Т_к ) = [1 – 0,03 (1,35/0,33 – 1)] ∙ (273/309) = 0,802

где G₀ = 0,03 – относительная величина вредного пространства.

Часовой объем описываемой поршнями компрессора, м³ /ч,

V_h = V₀ /λ = 6,73 / 0,802 = 8,4

По данной величине можно подобрать компрессор. Однако, целесообразнее выбирать его по требуемой холодопроизводительности и проверять по величине V_h .

Адиабатная мощность компрессора, кВт,

N_a = l ∙ G₀ /3600 = 39 ∙ 192,4/3600 = 2,08

Индикаторный КПД компрессора

ŋ_i = T₀ /T_k + 0,0025 t_и = 273/309+0,0025 ∙ (-10) = 0,855

Индикаторная мощность, кВт,

N_i = N_a / ŋ_i =2,08/0,855=2,43

Мощность механических потерь, кВт,

N_м =0,12 ∙ V_h = 0,1

Мощность на валу компрессора, кВт,

N_е = N_i + N_м =2,53

Механический КПД,

ŋ_м= N_i / N_е =2,43 / 2,53 = 0,96

Полученную холодопроизводительнось пересчитывают на стандартные условия работы

Q_ос = Q₀ ∙ [(q_vc ∙ λ_c )/(q_v ∙ λ)] = 8,82 [(2404∙0,175)/(4714∙0,802)]=4,28 кВт

где λ_c =0,758 – коэффициент подачи при стандартных условиях..

Охлаждающая поверхность конденсатора определяется из выражения, м²

F_k = (10³ ∙ Q_k )/(K_k ∙ θ_k ) ∙ ŋ_k

где Q_k = Q₀ + l ∙ G₀ /3600 – тепловая нагрузка конденсатора, кВт;

Q_k = 8,82 + 192,4 ∙ 39/3600 = 11

K_k = 1400 кДж/м² К – коэффициент теплопередачи, отнесенный к внутренней поверхности конденсатора; Его значение принимаем в соответствии с рекомендациями [4];

θ_k – полный температурный напор, °С,

θ_k = (t_ω2 - t_ω1 )/(2,3 lg ((t_k – t_ω1)/ (t_k - t_ω2 )))= (32-30)/(2,3lg ((36-30)/(3-32))) =2,9

ŋ_k = 1,02 – коэффициент запаса поверхности на загрязнение и заглушку части трубок,

F_k = (10³ ∙ 11 ∙ 1,02)/(1400 ∙ 2,9) = 8,01

принимаем F = 8,81 м²

Требуемую подачу насоса охлаждающей воды, м³ /ч, определяют по формуле,

V_ω = (3600 ∙ Q_k ∙ ŋ_ω )/(С_ω ∙ ρ (t_ω2 – ω₁ ))

где С_ω = 4,2 кДж/кг К – теплоемкость забортной воды,

ρ = 1025 кг/м³ – ее плотность;

ŋ_ω = 1,05...1,1 – коэффициент запаса подачи насоса,

V_ω = (3600 ∙ 1,1 ∙ 1,05)/(4,2 ∙ 1025 ∙ 2) = 4,3

Тепловая нагрузка воздухоохладителя, кВт,

Q_и = (1,05...1,15) ∙ Q₀ = 1,1 ∙ 8,82 = 9,7

Поверхность охлаждения испарителя, м³ ,

F_и = (1000 ∙ Q_и )/(b ∙ K_и ∙ Δt_и )

где b = 0,75 – коээффициент рабочего времени аппарата;

K_и = 16,3 Вт/(м² ∙ К), - коэффициент теплопередачи испарителя, выбирается из таблиц [ ];

Δt_и – разность температур в охлаждающем помещении и испарителе.

Δt_и = t₀ –t_и = 10°С

Находим величину поверхности охлаждения испарителя, м² ,

F_и = (1000 ∙ 9,7)/(0,75 ∙ 16,3 ∙ 10) = 79,4

Принимаем F_и = 80 м² .

Охладительная поверхность конденсатора определяется из выражения, м²

F_k = (10³ ∙ Q_k )/(K_k ∙ θ_k ) ∙ ŋ_k

где Q_k = Q₀ + l ∙ G₀ /3600 - тепловая нагрузка конденсатора, кВт;

Q_k = 8,82 + 192,4 ∙ 39/3600 = 11

K_k = 400-500 кДж/м² К - коэффициент теплопередачи, отнесенный внутренней поверхности конденсатора; Его значение принимаем согласно рекомендациям [4];

θ_k - полный температурный напор, °С,

θ_k = (t_ω2 - t_ω1)/(2,3 lg ((t_k – t_ω1)/ (t_k - t_ω2))) = (32-30)/(2,3lg ((36-30)/(3-32))) =2,9

ŋ_k = 1,02 - коэффициент запаса поверхности на загрязнение и заглушку части трубок,

F_k = (10³ ∙ 11 ∙ 1,02)/(1400 ∙ 2,9) = 8,01

принимаем F = 8,81 м² .

Необходимую подачу насоса охладительной воды, м³/ч, определяют за формулой:

V_ω = (3600 ∙ Q_k ∙ ŋ_ω )/(С_ω ∙ ρ (t_ω2 – ω₁₎)

где С_ω = 4,2 кДж/кг К - теплоемкость забортной воды,

ρ = 1025 кг/м³ - ее плотность;

ŋ_ω = 1,05...1,1 - коэффициент запаса подачи насоса,

V_ω = (3600 1,1 1,05)/(4,2 1025 2) = 4,3.