1.2 Последовательность расчетов

1.2.1 Выбор груза и схемы охлаждения груза

Выбор груза производиться по заданной температуре воздуха в трюме Θ₀ и по данным таблицы А1 приложения А.

Выбор системы охлаждения трюма связан с типом применяемого хладагента, температуры воздуха в трюме и рода перевозимого груза. Рекомендации по этому вопросу даны в [1].

Схему холодильной установки и систему охлаждения трюма следует изобразить в произвольном масштабе на листе формата А4 с описанием устройства и работы.

1.2.2 Определение потребной холодопроизводительности установки

Расчет потребой холодопроизводительности установки производиться по отдельным статьям расхода холода на компенсацию различных теплопритоков.

Конвективные теплопритоки через ограждающие конструкции ,Вт, определяются по формуле

При этом для упрощения предполагается, что температура надводного и подводного бортов считается равной температуре наружного воздуха, температура днища принимается равной температуре забортной воды, и теплопритоки через пиллерсы, периметры промежуточных переборок и прочие тепловые мостики не учитываются.

Теплопритоки от солнечного излучения ,, подсчитываются по формуле

,

где – площадь палубы, облучаемая солнцем,;

⁰С – повышение температуры палубы за счет солнечного излучения.

Теплопритоки,,от поступающего груза, который за времяпогрузки нагревается на 1 – 3⁰С, (если перевозятся овощи или фрукты, то ) определяется по формуле

,

где – масса груза,;

–масса груза с тарой в трюме, ;

–объём трюма, ;

–масса тары,;

–удельный погрузочный объем, , определяется по таблице А1;

–удельная теплоемкость груза, , определяется по таблице А3

–удельная теплоемкость тары;

–время охлаждения груза в часах, принимается из соображения, что за 18 часов можно охладить груз на 1⁰С. Если в качестве перевозимого груза выбраны овощи или фрукты, то время охлаждения может быть равно продолжительности рейса судна. (1–4 суток).

Теплопритоки с наружным воздухом, поступающим в трюм при вентиляционном обмене,, определяется по формуле

,

где – число обменов воздуха в сутки, определяется по таблице А1;

–плотность воздуха в трюме,;

–соответственно, удельные энтальпии наружного воздуха и воздуха, находящегося в трюме, .

Плотность воздуха и удельные энтальпии воздуха определяются по диаграмме h-d при известных значениях температуры и влажности наружного и трюмного воздуха. Относительная влажность воздуха в трюме принимается из таблицы А1.

Теплопритоки от работающих механизмов,, принимаются по приближенной формуле

где большее значение относится к воздушной системе охлаждения, а меньшее – к рассольной и непосредственной.

Теплота, выделяемая фруктами и овощами в процессе хранения,, определяется по эмпирической формуле

Расчетная холодопроизводительность установки ,, определяется с учетом коэффициента запасаи коэффициента рабочего времени,который принимается равным 1 для судов с объёмом трюмов более 300и 0,75 – для судов с объёмом трюмов менее300

.

0. 1.2.3 Расчет и построение цикла холодильной машины

Расчет выполняется на основании выбранной схемы охлаждения, типа хладагента и исходных условий охлаждения трюма. По заданной температуре забортной воды и температуре воздуха в трюме определяются (см. рисунок 1.1):

Температура конденсации хладагента (процесс 2^/ – 3^/)

⁰C;

Температура жидкого хладагента на выходе из конденсатора (процесс переохлаждения в конденсаторе 3^/ –3)

⁰C;

Температура кипения хладагента в испарителе (процесс 4 – 1^/)

,

где при рассольной системе охлаждения,

при воздушной системе охлаждения;

Температура всасываемого компрессором пара

где ⁰C – для машин без регенеративных теплообменников,

В расчете цикла принимается, что из испарителя выходит сухой насыщенный пар, и его перегрев (процесс 1^/ – 1) у аммиачных машин осуществляется во всасывающем трубопроводе за счет теплоты окружающей среды, а у хладоновых машин – дополнительно в регенеративном теплообменнике (процесс 1 – 1_р). Для построения теоретического цикла холодильной парокомпрессорной машины без регенерации (1234 на рисунке 1.1) предварительно определяются: давление конденсации по температуре конденсации, давление кипенияпо температуре кипения. Затем по диаграмменаносятся вспомогательные линии 2^/ – 3^/ и 1^/ – 5, соответствующие процессам конденсации и кипения. Положение точки 1, определяющей состояние пара перед сжатием его в компрессоре, находится на пересечении изобары с изотермой . Положение точки 2, характеризующей состояние пара в конце процесса сжатия, определяется при пересечении изобары с адиабатой, выходящей из точки 1.

Точка 3, определяющая состояние жидкого хладагента после переохлаждения, находится при пересечении изобары с изотермой.

Процесс дросселирования в диаграмме изображается вертикальной линией 3 – 4, что позволяет определить состояние хладагента на выходе из дроссельного устройства (точка 4).

Рисунок 1.1 – Расчетный цикл парокомпрессорной машины

Для цикла с регенерацией 1_р2_р3_р4_р положение точки 1 определяется по рекомендуемой температуре , на 1 – 3 ⁰C превышающей температуру кипения, и давлению . Точка 1_р находится по тому же давлению и температуре , которая на 10-30 ⁰C больше температуры пара . Точка 2_р находится в пересечении адиабаты, выходящей из точки 1_р с изобарой .

Для определения положения точки 3_р следует решить равенство

,

где значения удельных энтальпий определяются по диаграмме, и затем найти точку пересечения изоэнтальпы с изобарой.Точка 4_р определяется в пересечении вертикали, исходящей из точки 3_р с изобарой .

Цикл холодильной машины изображается на ксерокопии диаграммы или на скалькированной копии. Основные параметры в характерных точках цикла заносятся в таблицу, которая дана ниже.

Таблица 1.3 – Параметры хладагента в характерных точках цикла

Расчетные точки цикла	,0С	,	,	,
1/
1
1p
2/
2
2p
3/
3
3p
4
4p

1.2.4 Тепловой расчет компрессора

На основании данных расчета цикла парокомпрессорной холодильной машины определяются следующие величины

Удельная массовая холодопроизводительность ,, для холодильной машины без регенеративного теплообменника

;

для холодильной машины с регенеративным теплообменником

.

Удельная объемная холодопроизводительность ,, для холодильной машины без регенеративного теплообменника

;

для холодильной машины с регенеративным теплообменником

;

теоретический холодильный коэффициент для холодильной машины без регенеративного теплообменника

;

теоретический холодильный коэффициент для холодильной машины с регенеративным теплообменником

.

Входящие в вышеприведенные формулы значения энтальпий и удельного объема пара принимаются из таблицы 1.3 для соответствующих точек цикла.

Параметры выпускаемых промышленностью компрессоров приведены к так называемым стандартным условиям, которые различны для разных хладагентов и приводятся в таблице А4. Холодопроизводительность компрессора ,, приведенная к стандартным условиям, определяется по формуле

,

–расчетная холодопроизводительность установки, ;

–удельная объемная холодопроизводительность хладагента в стандартном цикле, ;

–Коэффициент подачи в расчетном си стандартном циклах.

Коэффициент подачи рассчитывается по формулам:

для расчетного цикла

;

для стандартного цикла

,

где – относительная величина вредного пространства,

–давление конденсации и давление кипения для стандартного цикла парокомпрессорной машины.

Для определения числовых значений стандартных параметров по данным таблицы А4 на диаграмме изображается стандартный цикл.

Выбор компрессора производится по величине .

Для определение мощности приводного электродвигателя в случае, когда он не поставляется вместе с компрессором, вначале рассчитывается, индикаторная мощность, , по формулам:

для цикла без регенеративного теплообменника

,

для цикла с регенеративным теплообменником

.

Здесь значения удельных энтальпий принимаются по результатам расчета цикла из таблицы 1.3, индикаторный КПД принимается равным коэффициенту подачи, а массовая производительность компрессора,, определяется по формуле

.

Эффективная мощность компрессора складывается из индикаторнойи мощности трения,, которую можно определить по формуле

,

где ,– часовой объём, описываемый поршнями компрессора, а– среднее условное давление трения, которое принимается равнымдля аммиачных машин идля хладоновых машин.

Мощность электродвигателя принимается на % больше расчетной эффективной мощности.

Действительный холодильный коэффициент мошины определяется по формуле

.

5. Расчет воздухоохладителя

Теплопередающая поверхность ребристого воздухоохладителя,, определяется по формуле

,

где - коэффициент запаса;

−коэффициент теплопередачи для воздухоохладителей с принудительным движением воздуха поперек ребристых труб с коэффициентом оребрения от 6 до 24 /2/;

−среднелагорифмический температурный напор, ;

где ⁰С – температура на выходе из воздухоохладителя.

Производительность вентилятора, обдувающего воздухоохладитель,, рассчитывается по формуле

,

где − плотность воздуха в трюме,;

−удельная энтальпия воздуха перед воздухоохладителем, , определяется по диаграммепри температуре и относительной влажности воздуха в трюме.

Удельная энтальпия воздуха на выходе из воздухоохладителя определяется следующим образом: точка, характеризующая параметры воздуха после воздухоохладителя лежит на диаграмме в месте пересечения изотермыс линией процесса тепловлажностной обработки воздуха, проходящей через начальную точку, характеризуемую параметрамии точку, лежащую на кривой, и имеющую температуру стенки воздухоохладителя, которая принимается на 3выше температуры кипения хладона.

1.2.6 Расчет конденсатора

В судовых холодильных машинах применяются горизонтальные кожухотрубные конденсаторы, которые выбираются по потребной поверхности теплообмена,, рассчитываемой по формуле

где − коэффициент теплопередачи для аммиачных конденсаторов;

−коэффициент теплопередачи для хладоновых конденсаторов;

−коэффициент запаса;

−температурный напор;

−температура воды на входе в конденсатор (температура забортной воды);

−температура воды на выходе из конденсатора, ;

Расход воды через конденсатор,, определяется по формуле

,

где − теплоемкость воды;

- плотность забортной воды.

7. Расчет рассольного испарителя

Теплопередающая поверхность рассольного испарителя,, рассчитываются по формуле

,

где − коэффициент теплопередачи для хладоновых кожухотрубных испарителей;

−коэффициент теплопередачи для аммиачных испарителей;

−коэффициент запаса;

−температурный напор, ;

−температура промежуточного теплоносителя на выходе из испарителя;

−температура промежуточного теплоносителя на входе в испаритель.

Производительность рассольного насоса,, определяется по формуле

,

где - теплоемкость и плотность промежуточного теплоносителя, определяемая по таблице А2.

7. Определение поверхности теплообмена рассольных батарей

Необходимая поверхность рассольных батарей, устанавливаемых в охлаждаемом трюме,, определяется по формуле

,

где− коэффициент теплопередачи от воздуха к промежуточному теплоносителю для гладкотрубных батарей;

−средняя разность температур воздуха в трюме и промежуточного теплоносителя в батареях.

1.2.9 Расчет регенеративного теплообменника

Требуемая поверхность регенеративного теплообменника,, находится по формуле

,

где − тепловая нагрузка регенеративного теплообменника,,

−коэффициент теплопередачи,

−коэффициент запаса;

−температурный напор, .

1.2.10 Выбор оборудования

В таблице Б1 и Б2 приведены данные по укомплектованным холодильным машинам. При выборе машины в первую очередь ориентируются на холодопроизводительность, величина которой у выбранной машины должна быть не менее расчетной (приведенной к стандартным условиям). Расчетные поверхности теплообменников (испарителей, конденсаторов и регенераторов) также должны быть не меньше, чем у агрегатов выбранной машины. Если среди холодильных машин, представленных в таблицах Б1 и Б2, не окажется машины, удовлетворяющей расчетным данным, производится комплектация машины из отдельных агрегатов. С этой целью для воздушной системы охлаждения трюма выбираются:

− компрессорно-конденсаторный агрегат (из таблицы Б4);

− насос водяного охлаждения конденсатора (из таблицы Б3);

− воздухоохладитель (из таблицы Б5);

− регенеративный теплообменник (из таблицы Б8);

Для системы с промежуточным хладоносителем выбираются:

− компрессорно-конденсаторный агрегат;

− насос водяного охлаждения конденсатора;

− испаритель рассольный (из таблиц Б6 и Б7);

− насосы рассольные (из таблицы Б3);

− батареи рассольные (из таблицы Б9);

− регенеративный теплообменник (для хладонов R-12 и R-22).

По правилам Речного Регистра при объеме трюма более 300 м³ и круглосуточной работе СХУ должно быть предусмотрено резервное оборудование, состоящее из одного компрессора с приводным двигателем, одного конденсатора, системы управления и всей аппаратуры, необходимой для обеспечения независимой работы всех устройств этого оборудования.

В режиме охлаждения плодоовощной продукции допускается допускается непрерывная работа всего оборудования, включая резервное.

На судах с вместимостью трюмов менее 300 м³ допускается СХУ без резервного оборудования, если расчетная продолжительность работы СХУ в сутки не превышает 18 часов.

2. Оформление работы

Расчетно-пояснительная записка оформляется в соответствии с существующими требованиями к работам такого типа

На листах формата А4.

Она должна содержать:

− титульный лист;

− индивидуальное задание;

− оглавление;

− расчетный и аналитический материал;

− принципиальную схему холодильной машины в системе охлаждения трюма с описанием состава схемы и принципа действия машины;

− на ксерокопии диаграммы для хладагента изображение расчетного и стандартного циклов холодильной машины;

− технические характеристики выбранной холодильной машины или выбранных для комплектации машины агрегатов.

Написание формул должно сопровождаться краткими пояснениями. Формулы записываются вначале в общем виде, а затем с подставленными числовыми значениями входящих в формулу величин. Расчеты выполняются с точностью до 3-4 значащих цифр (например: 356,4; 231000; 0, 000321).

При использовании справочных данных необходимо давать ссылку на соответствующую литературу. Список используемой литературы должен быть в конце записи.

2. Расчет судовой системы кондиционирования воздуха