Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Кубанский государственный технологический университет»

Кафедра технологического оборудования и систем жизнеобеспечения

НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ МАШИНЫ

методические указания по выполнению практических занятий для студентов всех форм обучения направления подготовки 16.03.03 – Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения

Краснодар

2015

Составители: канд. техн. наук, доц. В.И.Алешин,

канд. техн. наук, доц. М. В. Шамаров

Низкотемпературные машины: методические указания по выполнению практических занятий для студентов всех форм обучения направления подготовки 16.03.03 –Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения. / Сост: В.И.Алешин, М.В.Шамаров; Кубан.гос.технол.ун-т. Каф. технологического оборудования и систем жизнеобеспечения. –Краснодар, 2015. – 38с.

Даны практические рекомендации по тепловому и динамическому расчету поршневого холодильного компрессора, выбору циклов холодильных машин для различных холодильных агентов, по определению параметров характерных точек циклов и рекомендации по расчету размеров и характеристик компрессоров.

Ил. – 20, Табл. –10, Библиогр. – 8 назв.

Рецензенты:

канд. техн. наук, доцент кафедры ТОиСЖ КубГТУ Ю.С.Беззаботов;

инженер-проектировщик I категории ООО «Энсол» А.В.Видлога.

Содержание

Введение. Общие положения ……………………………………………………... 4

1 Тепловой расчет поршневого компрессора одноступенчатой холодильной

машины ……………….…………………………………………………………..…. 5

2 Динамический расчет поршневого компрессора одноступенчатой холодиль-

ной машины …………………………………………………………………………. 16

Введение. Общие положения

Искусственный холод получают двумя способами. Первый основан на аккумулировании естественного холода, второй — на существую­щей в природе закономерности, выражаемой вторым законом термодинамики.

Первый способ, относится к области ледяного или льдосоляного охлаждения.

Второй способ составляет основу машинного охлаждения. Машинное охлаждение осуществляют с помощью холодильных машин – устройств, осуществляющих перенос теплоты с низкого температурного уровня на более высокий температурный уровень. Промышленные холодильные машины, работающие в области уме­ренного холода, можно подразделить на три основные группы: ком­прессорные, теплоиспользующие и термоэлектрические.

Наиболее распространены компрессионные холодильные машины, которые используют для переноса теплоты механическую работу. Одним из элементов этих машин является компрессор – машина, сжимающая и перемещающая паро- и газообразное рабочее вещество.

В настоящее время наиболее распространенными являются поршневые компрессоры, поэтому на практических занятиях предлагается произвести тепловой и динамический расчет поршневого холодильного компрессора.

Дисциплина «Низкотемпературные машины» является основой для изучения дисциплины «Компрессорные машины и установки» и про­должения работы над курсовым проектом по этой дисциплине и должны соответствовать со­временному уровню достижений отечественной и зарубежной холо­дильной техники.

Принимая самостоятельные решения при проектировании, сту­дент должен использовать полученные ранее знания по изученным дис­циплинам учебного плана.

Оформление пояснительной записки и листа графической части выполняется с соблюдением действующих стандартов (ЕСКД), ГОСТов и другой нормативной документации.

Целью практических занятий является:

- закрепление и расширение знаний студентов по дисциплине «Низкотемпературные машины» и ряду других дисциплин обще­профессионального и специального циклов в практическом прило­жении их к расчету и проектированию поршневого компрессора;

- развитие творческих способностей и инициативы студента при реше­нии инженерно-конструкторских задач в области компрессоростроения;

- привитие студентам практических навыков по обоснованию принимаемых ре­шений, оценке существующих конструкций компрессоров и самостоятельной работе с каталогами и специ­альной научно-технической литературой.

1 Тепловой расчет поршневого компрессора одноступенчатой холодильной машины

1.1 Исходные данные

Тепловой расчет компрессора выполняют, чтобы определить его объемную производительность и, соответственно, его основные размеры – диаметр и ход поршня, потребляемую им мощность, эффективную удельную холодопроизводительность.

При расчете компрессора используют следующие данные:

1. холодопроизводительность, Q₀ кВт;

2) температурный режим работы холодильной машины t₀ и t_к ⁰С;

3) частоту вращения коленчатого вала;

4) главные характеристики компрессора: тип, число цилиндров, конструкции клапанов, тип сальника, систему смазки, тип привода.

Дополнительно могут быть заданы температура переохлаждения холодильного агента и температура всасывания.

Перегрев и переохлаждение хладагента может быть либо регенеративным (для фреоновых машин), либо происходить в результате внешнего теплообмена.

В аммиачных машинах переохлаждение осуществляется водой, а перегрев паров происходит в основном во всасывающих трубопроводах. Обычно:

t_n = t_к - t_n = 3 … 4 ⁰С;

t_вс = t_вс - t₀ = 5 … 10 ⁰С.

Во фреоновых установках перегрев паров холодильного агента и переохлаждение жидкости перед дросселированием может происходить в регенеративных теплообменниках. Перегрев паров в теплообменниках составляет 15-30 ⁰С. Температуру жидкого холодильного агента перед дросселированием определяют по значению энтальпии из теплового баланса регенеративного теплообменника: .

При расчете герметичных, экранированных и бессальниковых компрессоров следует учесть дополнительный перегрев пара в электродвигателе (рисунок 1.3)

t_эл = t - t = 10…20°С (большие значения рекомендуются для малых и низкотемператур­ных компрессоров).

При расчете компрессоров этого типа необходимо обратить внимание на температуры фреона в конце сжатая (дополни­тельный перегрев пара, омывающего обмотку встроенного электро­двигателя, может привести к недопустимо высокой температуре холодильного агента на нагнетании) для R134 t₂  125°C, для R22 t₂  145°C. Однако для бессальниковых и гер­метичных компрессоров рекомендуется не превышать в конце сжа­тия температуру 100°С [4]. Если t₂ окажется выше указан­ных значений, необходимо уменьшить перегрев в регенеративном теплообменнике. Уточняют величину перегрева пара хлад­агента в электродвигателе, определяя

где  - коэффициент, учитывающий долю тепла, идущую на подогрев хладона (остальное передается в окружающую среду).

 = 0,3…0,6 (3) (в зависимости от условий наружного охлаждения двигателя). После этого окончательно контролируют t₂.

Для двухступенчатых холодильных машин (рисунок 1.4, 1.5 и 1.6) тем­пературы в точках 3,7,6 определяют после вычисления промежу­точного давления и соответствующей промежуточной температуры. Промежуточное давление определяют при условии минимальной работы сжатия в обеих ступенях, что имеет место при равенстве степеней сжатия в каждой ступени, отсюда p_m = .

Величину перегрева холодильного агента перед всасывани­ем в компрессор высокой ступени принимают 4…6 °С (рисунок 1.4, 1.5 и 1.6) t₃ = t_m + (4…6)⁰C.

В схемах со змеевиковым промсосудом при опреде­лении температуры холодильного агента в точке 7 следует учесть недорекуперацию в змеевике: t₇ = t_m + (3…4)⁰C.

В двухступенчатой холодильной машине с pегенеративным теплообменником (рисунок 1.6) температура в точке 7 находится по энтальпии , определяемой из уравнения теплового баланса теплообменника: .