Теоретические основы теплотехники

Рисунок 3 – Теоретический цикл паровой холодильной компрессионной мыши в Ts – координатах

Рисунок 4 – Теоретический цикл паровой холодильной компрессионной мыши в ph – координатах

326

Для построения теоретического рабочего цикла паровой холодильной компрессионной машины используются термодинамические диаграммы. В практических расчетах используются Тs- и ph – диаграммы, которые построены для наиболее широко применяемых хладагентов. На рисунках 3 и 4 осуществлено построение теоретических рабочих циклов паровой холодильной компрессионной машины. Циклы включают следующие термодинамические процессы: 1-2 – адиабатное сжатие хладагента в компрессоре (в области перегретого пара); 2-2/ - изобарный процесс охлаждения перегретого пара при выходе из компрессора до температуры конденсации Ткон; 2/-3/ - изобарно-изотермический процесс конденсации хладагента в конденсаторе; 3/-3 - переохлаждение хладагента по отношению к температуре конденсации Ткон; 3-4 – изоэнтальпийный процесс дросселирования, протекающий без отдачи внешней работы во внешнюю среду; 4-1 – изобарно-изотермический процесс испарения (кипения) хладагента

виспарителе холодильной машины. Обратить внимание на отличительную особенность ph – диаграммы, на которой основные расчетные величины измеряются отрезками прямых ( ∆h) на оси абсцисс (h).

2.3. Расчет холодильного оборудования. Полная тепловая нагрузка на конденсатор Q включает в себя теплоту, отнимаемую в трех зонах: охлаждение перегретого пара, конденсации пара и переохлаждения жидкости. Переохлаждение жидкости производится

вотдельном аппарате - переохладителе, который рассчитывается отдельно. Тепловая нагрузка зоны переохлаждения мала, и составляет 2-5 % нагрузки конденсатора. Поверхность нагрева конденсатора рассчитывается по формуле:

F = kQ∆к t ,

где ∆t - среднелогарифмическая разность температур между рабочим веществом и охлаждающей жидкостью (температурный напор),0С; k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2∙К); Qк – тепловая нагрузка конденсатора, Вт.

Величина Qк может быть определена за вычетом тепловой нагрузки переохладителя по уравнению:

Qк = Q - [m( h3' - h3)].

Температурный напор равен

∆t = (tк − tохл )− (tк − tп )

ln tк − tохл tк − tп

327

Выбираем конденсатор по каталогу и коэффициент теплопередачи для заданных условий

[2].

Расход охлаждающей воды на конденсатор

m = ρ (Qк − )

с tв2 tв1

Для расчета испарителя воспользуемся формулой:

F = ( Q0 ), k ∆t

где Q0 – расчетная холопроизводительность; ∆t - среднелогарифмическая разность температур между циркулирующим рассолом и холодильным агентом; k – коэффициент теплопередачи, который выбирается на основании практических данных [2].

Из таблицы [2] по расчетным значениям F и k выбираем тип и конструкцию испарителя.

3. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ 3.1.Расчет холодильной установки

Рассчитать компрессионную холодильную установку при следующих исходных данных:

−хладагент;

−холодопроизводительность установки Q0, кВт;

−температура испарения хладагента t0, 0С;

−температура конденсации tk, 0С;

−переохлаждение конденсата ∆tn, 0С.

При расчете принять: удельную теплоемкость воды с=4,19 кДж/(кг К), рассола ср=5,0 кДж/(кг К), перепад температур воды на входе и выходе из конденсатора ∆tв=100С, рассола на входе и выходе из испарителя ∆tp=50С.

Определить: параметры хладагента (р, t, h) в характерных точках цикла, удельный объем пара , всасываемого компрессором, удельную массовую и объемную холодопроизводительности q0, qυ; удельную работу сжатия в компрессоре к ; теоретическую, индикаторную и эффективную мощности компрессора Nk, Ni, Ne; теоретический и действительный холодильные коэффициенты εтеор ,εд .

328

По полученной холодопроизводительности при стандартных условиях из таблиц подобрать тип компрессора.

Дать описание технологической схемы холодильной установки. Рассчитать и выбрать холодильное оборудование.

Графическая часть

1.Технологическая схема холодильной установки.

2.Холодильный цикл в Ts-диаграмме.

3.2. Методические указания к расчету холодильной установки

Определяются следующие характеристики установки.

10.Параметры хладагента (р, T, h) в характерных точках цикла и удельный объем υ1 всасываемых паров (из Ts-диаграммы хладагента).

11.Удельная массовая и объемная холодопроизводительности q0 и qυ по формулам соответственно:

q0 = h1 − h4 ,кДж / кг; qυ = q0 / υ1 ,кДж / м3 .

12.Масса хладагента, циркулирующего в системе: m = Q0 / q0 , кг/ с.

13.Действительный объем, описанный поршнем (для поршневых компрессоров):

Vд =υ1 m, м3 / с.

14.Теоретическая работа сжатия в компрессоре

к = h2 − h1 , кДж/ кг.

15.Расход охлаждающей воды в компрессоре

mв = m [(h2 − h2′ )+ r2′−3 ]/ cв ∆tв , кг/ с

удельная теплота парообразования r2′−3 = h2′ − h3 , кДж/ кг

16.Удельное количество теплоты, отдаваемой хладагентом в конденсаторе q = q0 + k , кДж/ кг.

17.Количество рассола, циркулирующего в холодильных камерах

mp = Q0 / cp ∆t p , кг/ с.

18. Теоретическая мощность компрессора

329

в= 0,001 - для аммиачных вертикальных простого действия;

в= 0,0025 - для фреоновых вертикальных простого действия. 11.Эффективная мощность

Ne = ηNi , кВт, где ηмех - механический КПД, ηмех =0,8…0,9.

мех

12.Мощность электродвигателя для привода компрессора

Nэ = Ne , кВт, где ηэ - электрический КПД, ηэ =0,9.

ηэ

13.Теоретический холодильный коэффициент

εтеор = q0 .

k

14.Действительный холодильный коэффициент

εд = εтеор ηi ηmax .

15.Для подбора компрессора необходимо заданную холодопроизводительность пересчитать на стандартную.

Для стандартных условий: t0=-150C; tk=300C;tn=250C.

λН = 0,95...0,98.

По полученной холодопроизводительности для стандартных условий из таблиц подбирают тип компрессора.

330

3.3. Варианты контрольных заданий

Таблица 3

Примечание.

Расчетные диаграммы хладагентов и таблица для выбора компрессоров прилагаются.

331

Литература

1.Бакластов А.М., Горбенко В.А., Удыма П.Г. Проектирование, монтаж и эксплуатация тепломассообменных установок. М.: Энергоиздат, 1981.

2.Лебедев П.Д., Щукин А.А. Теплоиспользующие установки промышленных предприятий. М.: Энергия, 1970.

3.Кочетков Н.Д. Холодильная техника. М.: Машиностроение, 1966.

4.Лебедев П.Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки. М.-Л.: Энергия, 1966.

5.Теплотехнический справочник/ Под ред. Лебедева П.Д. Т.1, М.: Энергия, 1975.

332

Т а б л и ц а П 1

Компрессоры холодильных машин

333