2.6 Определение нагрузки для подбора компрессора

Нагрузка на компрессор складывается из всех видов теплопритоков с учетом рабочего времени компрессора.

Необходимая холодопроизводительность установки (кВт) с учетом рабочего времени определяется, где– коэффициент рабочего времени компрессора ().

Расчетный (рабочий) режим холодильной установки характеризуется температурами кипения ,конденсации, всасывания пара на входе в компрессори переохлаждения жидкого хладагентаt.Значения этих параметров выбирают в зависимости от назначения холодильной установки и расчетных наружных условий.

Температура кипения в установках с непосредственным охлаждением принимают в зависимости от расчетной температуры воздуха в камере.

При проектировании хладоновых установок температуру кипения принимают на 14–16 ^оС ниже температуры охлаждаемого помещения.

^оС.

Чем ниже температура воздуха в камере, тем меньшим принимают перепад между температурой воздуха и кипения.

При расчете специализированных камер хранения яиц и фруктов принимают небольшой перепад (5–6 ^оС), чтобы исключить подмораживания продуктов.

Температура конденсации зависит от температуры и количества подаваемой воды или воздуха.

Температуру конденсации для установок с водяным охлаждением конденсатора принимают на 2-4 ^оС выше температуры воды, уходящей из конденсатора.

^оС.

Нагрев воды в конденсаторе (в^оС) принимают в зависимости от типа конденсатора:

– охлаждаемые забортной водой 6–8; – горизонтальные кожухотрубные 3–5; – вертикальные кожухотрубные 3–5.

В установках с воздушным охлаждением конденсатора температуру конденсации для хладоновых машин – на 10–12 ^оС выше расчетной температуры наружного воздуха

^оС.

Температура всасываемых паров определяется

,

где – перегрев пара, для хладоновых машин принимают= 5–8^оС в испарителе и до 15–20 ^оС в регенеративном теплообменнике. В парокомпрессорных машинах имеет место переохлаждение жидкого хладагента перед регулирующим клапаном. Переохлаждение жидкого хладагента забортной водой в судовых условиях составляет 2–4 ^оС.

2.7 Тепловой расчет одноступенчатой холодильной машины. Подбор компрессора

Задачами теплового расчета холодильной машины являются определение требуемой объемной производительности компрессора, подбор компрессора, определение потребляемой мощности, определение тепловой нагрузки на конденсатор. Исходные данные для теплового расчета: требуемая холодопроизводительность машины, принимаемая равной тепловой нагрузке на компрессор; структурная схема холодильной машины; расчетный температурный режим.

Порядок выполнения теплового расчета

Составить структурную (принципиальную) схему машины с изображением компрессора, теплообменных аппаратов и регулирующего вентиля. На основании принятой структурной схемы и расчетного режима строят холодильный цикл в диаграмме, см. рис. 21.

Цикл строится согласно значениям температур испарителя, перегрева паров, конденсатора, переохлаждения. Процесс сжатия в компрессоре считается адиабатным и происходит в среде перегретого пара. Следовательно, из конечной точки перегрева паров проводится линия, параллельно адиабате диаграммы, до пересечения линии температуры конденсатора.

Необходимые для расчета величины вписываем в табл. 4.

Таблица 4

Удельная массовая холодопроизводительности холодильного агента (в кДж/кг)

. (9)

Рис. 21. Диаграмма для хладагентаR12

Удельная работа сжатия в компрессоре (в кДж/кг)

(10)

Удельная тепловая нагрузка на конденсатор (в кДж/кг)

. (11)

Массовый расход циркулирующего хладагента, требуемый для отвода теплопритоков (кг/с)

(12)

Требуемая теоретическая объемная производительность компрессора (в м³/с)

,

где – удельный объем пара на всасывании, м3/кг (точка 1-го цикла);– коэффициент подачи компрессора.

Коэффициент подачи компрессора рассчитывается по формуле

, (13)

где – объемный коэффициент, оценивающий потери, связанные с наличием вредного пространства;– коэффициент дросселирования;– коэффициент подогрева;– коэффициент плотности. Объемный коэффициент

(14)

где C=0,03÷0,05; n – показатель политропы обратного расширения для хладоновых поршневых компрессоров, n= 0,95 ÷ 1,05.

В компрессорах с правильно спроектированными всасывающими и нагнетательными клапанами колеблется от 0,95 до 1,00.

Коэффициент подогрева может быть вычислен по формуле Левина:

. (15)

Коэффициент плотности , учитывающий утечки хладагента из рабочей полости цилиндра для компрессоров, находящихся в хорошем техническом состоянии, равен 0,96–0,98.

Объем, описываемый поршнем компрессора, служит для подбора компрессора или выбора его основных размеров.

(16)

где – диаметр цилиндра;S – рабочий ход поршня; Z – число цилиндров; n – частота вращения.

Расчет по формуле (16) ведется с заданием отношения Отношение для бескрейцкопфных холодильных компрессоров, используемых на судах, принимают равным 0,8÷0,6. Его целесообразно увеличивать в тех случаях, когда это допустимо в отношении прочности деталей механизма движения и возможности обеспечения хорошей работы клапанов. При выборе числа цилиндровZ следует иметь в виду, что компрессоры с большим Z имеют относительно меньшие массы и габариты, меньше нагрузки на механизм движения и обладают более высокой технологичностью и ремонтоспособностью. Малое число цилиндров обуславливает сравнительно меньшую стоимость изготовления и большую надежность. Частота вращения влияет на выбор отношения S/Д , определяющего среднюю скорость поршня, а следовательно, механические потери и износы, а также на силы инерции в механизме движения компрессора. Поэтому для компрессоров с большой частотой вращения принимают меньшие значения Однако снижениеприводит к увеличению вредного пространства, что нежелательно. После выбора основных размеров компрессора необходимо рассчитать действительные значения показателей. Действительный массовый расход хладагента в компрессоре

. (17)

Действительная холодопроизводительность компрессора

(18)

Мощность привода компрессора определяют в следующем порядке:

1. Определяют теоретическую (адиабативную) мощность сжатия

, (19)

где – удельная работа сжатия в компрессоре, кДж/кг.

2. Рассчитывают действительную (индикаторную) мощность сжатия

(20)

где – индикаторный КПД. Для малых и средних компрессоров= 0,7–0,8. Большие значения относятся к более крупным компрессорам.

3. Находят мощность на валу компрессора (эффективную мощность)

, (21)

где – механический КПД компрессора. Значения которого зависят от отношения давления: при= 5÷7 ;= 0,9; при= 11÷13= 0,8;

4. Холодильный коэффициент рассчитывают

5. Определяют электрическую мощность, т. е. мощность, потребляемую электродвигателем из сети

, (22)

где – КПД электродвигателя. Для двигателей малых компрессоров= 0,85–0,9, для крупных= 0,9–0,95.

Тепловую нагрузку на конденсатор (в кВт) определяют без учета потерь в процессе сжатия

(23)

или с учетом потерь (действительная)

(24)

где – холодопроизводительность выбранного компрессора, кВт;– индикаторная мощность, кВт;– энтальпии хладагента в соответствующих точках теоретического цикла, кДж/кг.