2. Тепловой расчет двухступенчатой пкхм

2.1. Исходные данные и определение расчетного цикла

Исходные данные Таблица 8

№ задания	Хладагент	, кВт	Вид охлаждения камеры	,	Вид охлаждения конденсатора
ХМУ 523.02	R134a(R12)	100	рассольное	-20	водяное	20

Хладагент R134a — это гидрофторуглеродное соединение с термодинамическими свойствами, сравнимыми со свойствами хлорфторуглеродного (хладагента R12). R134a имеет нулевой озоноразрушающий потенциал и повсеместно считается лучшим заменителем хладагента R12. R134а является идеальным хладагентом для работы в условиях высоких температур кипения и конденсации. R134а — это беспримесный хладагент.

Хладагент R −134a Формула CF3CFH2 (тетрафторэтан). Молекула R134a имеет меньшие размеры, чем молекула R12, что делает более значительной опасность утечек.

Хладагент R134a нетоксичен и не воспламеняется во всем диапазоне температур эксплуатации. Однако при попадании воздуха в систему и сжатии могут образовываться горючие смеси. Не следует смешивать R134a с R12, так как образуется азеотропная смесь высокого давления с массовыми долями компонентов 50 и 50%. Давление насыщенного пара этого хладагента несколько выше, чем у R12 (соответственно 1,16 и 1,08 МПа при 45°С). Пар R134a разлагается под влиянием пламени с образованием отравляющих и раздражающих соединений, таких, как фторводород.

При повышении отношения давлений П возрастают необратимые потери цикла холодильной машины, связанные с дросселированием. Увеличивается степень сухости рабочего вещества в конце дросселирования, т.е. растет количество пара, поступающего в испаритель. Этот пар ухудшает теплообмен, в итоге уменьшается удельная холодопроизводительность цикла q0 . Также рост П ведет к увеличению работы цикла, росту потерь в компрессоре и уменьшению коэффициента подачи λ и производительности. Помимо этого возрастает температура нагнетания, что может привести к температурным деформациям, самовозгоранию масла, в компрессоре. Перечисленные факторы являются причинами перехода к многоступенчатому сжатию, начиная с определенной величины отношения давлений П в компрессоре. В холодильной технике область одноступенчатых циклов лежит при П < 8, при дальнейшем росте П переходят на циклы с двухступенчатым сжатием.

На рис. 8 приведена принципиальная схема и цикл фреоновой двухступенчатой ПКХМ. Фреоновые двухступенчатые циклы, как правило, используют регенерацию теплоты. Переохлаждение жидкого фреона после конденсатора осуществляется в РТО (процесс 6-7), за

счет перегрева пара из испарителя (процесс 1' -1), аналогично с одноступенчатой фреоновой схемой (рис. 1.5). Положение точки 7 на диаграмме определяется пересечением изобары рк и изоэнтальпы h7 (пункт 11 теплового расчета). Роль промежуточного сосуда в данной схеме выполняет парожидкостной теплообменник ПЖТО или экономайзер. В нем весь поток жидкости из РТО переохлаждается (процесс 7-8) за счет кипения части жидкого хладагента (процесс 9-11), отбираемой после ПЖТО в РВ1 для дросселирования до промежуточного давления (процесс 8-9).

Рис. 8. Рабочая схема и цикл двухступенчатой ПКХМ, p-h диаграмма

-1 – процесс перегрева пара в РТО

1-2 – изоэнтропный процесс сжатия в компрессоре первой ступени

2-4 – процесс смешивания потоков

4-5 – процесс сжатия в компрессоре второй ступени

5-а – охлаждение холодильного агента до температуры насыщения

5-6 – процесс конденсации

6-7 – процесс охлаждения в РТО

8-9 – изоэнтальпный процесс дросселирования в основном РВ1

8-10- дросселирование части холодильного агента в РВ2

9-11 – процесс охлаждения в ПЖТО

10--процесс кипения в испарителе

2.2.Расчет и подбор компрессора

1.Температура кипения:[1]

t₀ = t_вк – Δt_0,

где Δt₀=17,

t₀ = -20 -17 = -37 °С.

2.Температура конденсации:

t_к = t_w1 + Δt_к,

где Δt_к=5°С,

t_к = 20 + 5 = 25 °С.

3.Перегрев паров от испарителя до компрессора первой ступени КМ_I :

Δt_пер = t₁ – t_1’,

_где Δt_пер=30 °С,

t₁= t_1’+ Δt_пер=-37-30=-7°С.

4.Из p-h диаграммы по рассчитанным температурам кипения и конденсации определяем соответственно давления кипения и конденсации:

р₀ = 0,061*10⁶ Па; р_к = 0,67*10⁶ Па.

Промежуточное давление:

Температура жидкого фреона в точке 8 определяется температурным напором Δt_m в ПЖТО:

t₈= t_m’+ (2…5) °С

t₈=-10+5=-5°С.

Определяем из p-h диаграммы параметры точек и заносим их в сводную таблицу (табл.9)

Технические характеристики хладагента в узловых точках рабочего цикла Таблица 9

Номера точек	р, МПа	t, °-С	h, кДж	v, м3/кг	x
1‘	0,061	-37	376,5	0,31	1
1	0,061	-7	399	0,35	-
2	0,2	28	425	0,118	-
4	0,2	23	421	0,116	-
5	0,67	63	450	0,372	-
6	0,67	25	234	-	0
7	0,67	10	213,8	-	-
8	0,67	-5	193	-	-
9	0,2	-10	193	-	0
10	0,061	-37	193	0,055	0,18
11	0,2	-10	391	0,099	1

5.Холодопроизводительность с учетом потерь:

6.Удельная массовая холодопроизводительность:

7.Удельная объёмная производительность:

8.Массовый расход хладагента через компрессоры первой ступени:

9.Массовый расход хладагента через компрессоры второй ступени фреоновой машины определяется из теплового баланса контура, состоящего из РТО, ПЖТО и РВ1:

,

10.Для определения положение точки 4 на диаграмме lgp – h определяется точкой пересечения изоэнтальпы h₄ и изобары р_m. Энтальпия h₄ вычисляется из теплового баланса узла смешения потоков перед КМ2:

m₂h₄=m₁h₃+(m₂-m₁)h₁₁,

h₄₌ (m₁h₃+(m₂-m₁)h₁₁)/ m₂=(0,653*425+(0,729-0,653)391)/0,729=421

11.Для определения положение точки 7 на диаграмме lgp – h определяется точкой пересечения изоэнтальпы h₇ и изобары р_k. Энтальпия h₇ вычисляется из теплового баланса РТО:

m₂(h₆-h₇)=m₁(h₁-h_1’),

h₇=(m₂h₆-m₁(h₁-h_1’))/m₂=(0,729*234-0,653(399-376,5))/0,729=213,8

12.Удельная работа сжатия в компрессорах первой и второй ступеней соответственно:

13.Удельная тепловая нагрузка на конденсатор:

14.Удельная тепловая нагрузка на охладитель пара РТО после компрессора первой ступени:

15.Удельная тепловая нагрузка ПЖТО:

16.Холодильный коэффициент теоретического цикла:

17.Действительная объемная производительность компрессоров:

;

.

18. Проверяем отношения давлений в ступенях:

19.По полученному отношению давлений из рис.4 [1] подбираем коэффициенты подачи компрессоров 1-й и 2-й ступеней :

20.Теоретическая объемная производительность компрессоров 1-й и 2-й ступеней:

По таблице 5 [2] выберем компрессор для первой ступени:

ПБ80-1 в количестве 5штук.

Для компрессора второй ступени:

ПБ80-1 в количестве 2 штук. Исполнение компрессора представлено на рис.9 . Параметры испарителя представлены в табл.10.

Параметры компрессора Таблица 10

Марка компрессора	Расположение цилиндров	Число цилиндров	Диаметр цилиндра, мм	Ход поршня, мм	Частота вращения	Теоретическая объемная подача	Масса	Диаметр патрубков , мм
ПБ80-1	УУ	8	76	66	24	0,058	550	80/70

21. Действительный массовый расход рабочего вещества в ступенях ПКХМ:

где – число компрессоров первой и второй ступеней соответственно (без учета резервных машин).

22.Действительная холодопроизводительность машины:

.

23.Теоретическая изоэнтропная мощность компрессоров:

24.Индикаторная (внутренняя) мощность:

где – индикаторный КПД компрессора = 0,8

25.Эффективная мощность компрессоров:

где – механический КПД компрессора; для бескрейцкопфных компрессоров определяем .

26.Электрическая мощность (потребляемая из сети):

где – КПД электродвигателя, входящего в состав компрессорного агрегата;принимаем

27.Действительный холодильный коэффициент в ПКХМ:

Рис. 9. Поршневой бессальниковый хладоновый компрессор ПБ80-1:

1-блок картер, 2-масляный фильтр, 3-насос, 4-коленчатый вал, 5-шатунно-поршневая группа, 6-предохранительный клапан, 7,9,8,12-всасывающий, нагнетательный клапана и вентили, 10-газовый фильтр, 11-электродвигатель, 13-клеммник

Компрессоры поршневые холодильные бессальниковые одноступенчатые ПБ80, ПБ60 (рис. 9) со встроенным электродвигателем предназначены для работы в составе холодильных машин и агрегатов с воздушным и водяным охлаждением конденсаторов используемых в различных отраслях хозяйства. Компрессоры максимально унифицированы: единые шатунно-поршневая группа, всасывающие, нагнетательные, предохранительные клапаны, гильзы, система смазки, крышки, проставки. Бессальниковые компрессоры оснащены электроподогревателями масла, встроенными датчиками перегрева двигателя.

1.3. Расчет и выбор испарителя

Для подбора испарителя ПКХМ используется уравнение теплопередачи:[1]

где - коэффициент теплопередачи;– расчетная разность температуры(средний температурный напор).

Так как охлаждение камеры – рассольное, то выбираем кожухотрубный испаритель с кипением в межтрубном пространстве. По рекомендациям [1] для кожухотрубных испарителей, работающих на фреонах, принимаем По табл. 5 для фреона маркиR12 (т.к. его заменой является R134a) выбираем

Таким образом, площадь теплообменной поверхности испарителя:

По табл. 22 [2] подбираем испаритель марки ИТР-35 в количестве 1 шт. Исполнение испарителя представлено на рис.10. Параметры испарителя представлены в табл.11.

Технические характеристики воздухоохладителяЛистнок 4е выю Таблица 11

Площадь поверхности, м2	Диаметр кожуха, мм	Число ходов	Число труб	Число горизонтальных рядов труб	Диаметр условного прохода штуцера, мм					Масса, кг
					по агенту			по хладо-носи-телю
					вход	выход
35	500	4	145	14	40	70	80		575

Расход рассола:

где – плотность рассола; с_s – теплоемкость рассола.

В качестве рассола выберем раствор хлористого кальция с содержанием соли 28,4%; ; с_s = 2705 Дж/(кг*К).

Рис. 10. – Фреоновый кожухотрубный испаритель затопленного типа:

1-жидкостной коллектор; 2-обечайка; 3-перегородки; 4,5-штуцера для входа и выхода рассола; 6- крышка; 7-предохранительный клапан; 8-укзатель уровня; 9,14-штуцера для выхода и входа хладагента; 10-манометр; 11-кран для спуска воздуха; 12-кран для спуска рассола; 13- вентиль для спуска масла.

Хладагент кипит в трубах, а хладоноситель протекает в межтрубном пространстве, что исключает возможность разрыва труб при замерзании хладоносителя.

Оребряя наружную поверхность труб или орошая их жидким хладоном, улучшают теплообмен в кожухотрубных испарителях со стороны кипящего хладагента. Трубы медные с накатанными ребрами, такие же, как в конденсаторах. Кожух стальной.

1.4. Расчет и выбор конденсатора

Тепловая нагрузка на конденсатор:[1]

Площадь теплообменной поверхности конденсатора:

где - коэффициент теплопередачи конденсатора;– расчетная разность температуры(средний температурный напор).

Так как охлаждение конденсатора – водяное и хладагент - фреон, то выбираем горизонтальный кожухотрубный конденсатор.

В качестве расчетной разности температур в конденсаторах водяного охлаждения используют значения среднеарифметического :

=t_k-=t_k-t_wm,

_{где ,}

t_w2=.

По табл. 6[1] для фреона марки R12 (т.к. его заменой является R134a) выбираем .

По таблице 12 выбираем конденсатор марки КГР-110. Его основные размеры приведены в табл. 12. Исполнение представлено на рис.11.

Технические характеристики конденсатора Таблица 12

Площадь поверхности F, м2	Диаметр обечайки D, мм	Число труб nтр	Объем межтрубного пространства, м3	Число ходов z
107	800	386	1,58	8

Расход охлаждающей воды:

Плотность и теплоемкость воды:

Рис.11. – Конденсатор марки КТР-110

1 – предохранительный клапан; 2 – уравнительная линия; 3, 10 – вход и выход хладагента; 4 – манометр; 5, 6 – спуск воздуха; 7,8 – выход и вход воды; 9 – слив воды.

­­­­­­В хладоновых конденсаторах используются красно-медные трубы, на наружной поверхности которых накатываются спиральные ребра. Необходимость оребрения поверхности хладоновых конденсаторов со стороны хладагента вызвана тем, что коэффициенты теплоотдачи значительно меньше при конденсации хладонов, чем охлаждающей воды. Применение медных труб объясняется чистотой поверхности, отсутсвием коррозии, легкостью наката ребер. Теплопередающей поверхностью являются 14 медных труб с ребрами трапецеидального сечения. Концы труб развальцованы в трубной доске. Парообразный R12 поступает в конденсатор сверху, а жидкий R12 собирается в нижней части кожуха, свободной от труб.