4 Расчет теоретического холодильного цикла

ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ

Определяем температурный режим холодильной машины.

Рабочий температурный режим холодильной машины характеризуется термическими параметрами состояния жидкого хладагента: температурами испарения конденсации переохлаждения Эти параметры определяются в зависимости от конкретных значений температуры наружного воздуха и температуры внутри вагона-холодильника. Для холодильных установок непосредственного охлаждения принимаются оптимальные разности, соответствующие наименьшей величине суммарных расходов на производство холода [1, с.18]:

t_в-t_o=10…12⁰C;

t_к-t_н=12…15⁰C;

t_к-t_пер=6…10⁰C.

Тогда

Проверяем на потребное число ступеней сжатия. Для одноступенчатого сжатия должны выполняться следующие условия:

(4.1)

По таблице 10 [ 1, с.40 ] для паров хладогента R12 при температуре конденсации t_к=50°С абсолютное давление при температуре испарения t_о=-18°С давление р₀=0,1634 МПа;

Тогда

Так как условия для одноступенчатого сжатия не выполняются, то принимаем двухступенчатое сжатие.

По определенному температурному режиму t_о, t_к и t_пер строим теоретический цикл в координатах ln p-i.

Рисунок 1 - Теоретический холодильный цикл одноступенчатого сжатия. Диаграмма .

По полученным значениям энтальпий определяем основные показатели холодильного цикла[ 1, с.22-25 ]:

1. удельная холодопроизводительность хладагента, кДж/кг:

(4.3)

2. удельная теплота сжатия 1кг паров в компрессоре , кДж/кг:

(4.4)

3. удельная теплота конденсации, кДж/кг:

(4.5)

4. удельная теплота переохлаждения, кДж/кг:

(4.6)

кДж/кг

5. холодильный коэффициент цикла:

(4.7)

.

6. расчет часового массового расхода хладагента определим по формуле:

(4.8)

7. теоретическая мощность, требуемая для сжатия паров:

(4.9)

8. часовое количество теплоты, отдаваемое хладогентом при конденсации:

(4.10)

9. количество теплоты, отдаваемое хладагентом при переохлаждении:

(4.11)

5 РАСЧЁТ ХОЛОДОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПОРШНЕВОГО КОМПРЕССОРА ХОЛОДИЛЬНОЙМАШИНЫ

Производим расчет часовой холодопроизводительности по формуле [21, с.19 ]:

, (5.1)

где Q₀– требуемая холодопроизводительность в заданных рабочих условия перевозки груза Вт;

q_v – теоретическая объемная холодопроизводительность хладагента, Вт/м², рассчитывается по формуле:

q_v=q₀/V₁; (5.2)

V₁=0,1м³ из диаграммы;

 – коэффициенты подачи компрессора в тех же условиях при соответствующих степенях сжатия [ 1, с.20 ],

=0,855 – 0,0425(P_пр. /P₀ ). (5.3)

=0,855–0,0425(0,44/0,1634)=0,74

V_h – часавой рабочий объём, описываемый поршнями;

V_вс – объём всасываемых компрессором паров,

Тогда подставив значения величин в формулу (5.1) получаем, что

Часовое количество теплоты, отдаваемое хладагентом при конденсации

Q_к = Q₀ + 1000N_a (5,6)

Q_к = 8791,2 + 1000·2,76 = 11551,2 Вт.

4 РАСЧЕТ ХОЛОДОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ КОМПРЕССОРА В СТАНДАРТНЫХ УСЛОВИЯХ

Расчёт производится по следующей формуле

где q_{vc ,} q –теоретические объёмные холодопроизводительности хладагента в стандартных и рабочих условиях;

q_vc= 1333,5 м³/ч

λ_с – степень сжатия в стандартных условиях, λ_с= 0,682

6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОЙ МОЩНОСТИ НА ВАЛУ

КОМПРЕССОРА. ОПРЕДЕЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И ПОДБОР ПОРШНЕВОГО КОПРЕССОРА ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ

Правильный выбор электродвигателя на стадии проектирования во многом определяет длительность работы холодильной машины при нормальных условиях эксплуатации без превышения предельно допускаемой величины нагрева изоляции токоведущих частей. Эффективная мощность, кВт, подводимая к компрессору, подсчитывается по теоретической мощности, затрачиваемой на сжатие, и энергетическим коэффициентом компрессора (рабочим коэффициентом мощности). Мощность затрачиваемая на сжатие паров в реальном компрессоре вычисляется по формуле [1, с.29 ]:

, (6.1)

где N_a – теоретическая мощность , кВт, требуемая на сжатие паров

рассчитывается по формуле :

; (6.2)

– эффективный КПД компрессора, рассчитываемый по формуле :

=, (6.3)

- механический КПД компрессора, учитывающий потери

в движущихся частях кривошипно-шатунного механизма,

принимаем =0.85;

- индикаторный КПД компрессора, рассчитываемый по формуле

[ 1, с.29]:

_I=T₀/T_к+0.0025t_о (6.4)

T₀ , T_к – абсолютные температуры испарения и конденсации,

T₀=263^оС, T_к=295^оС;

t₀ – температура испарения хладагента, t₀=-10.

Тогда

N_a=

_e=0.85 0.87=0.74,

N_e=4,73/0,74=6,39 кВт.

Действительный холодильный коэффициент цикла рассчитываем по формуле:

_Д=_Т_e, (6.5)

_Д=2,54* 0.74=1,88

Зная требуемую холодопроизводительность при заданной температуре применяемый хладагент можно установить тип компрессора, число цилиндров, геометрические размеры, потребную частоту вращения коленчатого вала и пр.

Часовой рабочий объем, м³/ч, описываемый поршнями компрессора можно определить как отношение [ 1, с.31 ]:

V_h=3.6Q₀/(q_v), (6.6)

V_h=.

При расчете введем значение средней скорости движения поршня С_т=2sn/60. Получаем зависимость, удобную для практических расчетов требуемой величины диаметра , м, цилиндров компрессора [1, с.31 ]:

(6.7)

где С_т - значение средней скорости движения поршня, (C_т=1.32.5 ),

принимаем С_т=2 м/с;

z – число цилиндров, принимаем z=4.

Подставим значения величин в формулу (6.7):

Из стандартного ряда диаметров ( ГОСТ 6492-68 ) принимаем d=67,5мм.

Ход поршня компрессора, м, определяем из соотношения : s/d=0.6 .. 0.8 , таким образом ход поршня рассчитаем по формуле:

S=0.6d ; (6.8)

S=0.6*67,540.5 мм.

Из стандартного ряда ( ГОСТ 6492-68 ) принимаем S=50мм.

Частоту вращения коленчатого вала компрессора определяют, исходя из допустимой скорости движения поршней в цилиндрах:

(6.9)

Расчет проходных сечений f_k, м², всасывающих и нагнетательных клапанов компрессора ведется упрощенным способом по усредненной условной скорости, м/с, паров хладагента в клапанах [ 1, с.32 ]:

С_тF_п/(f_k z_k), (6.10)

где F_п – площадь поршня,м²;

z_k - число всасывающих или нагнетательных клапанов в рабочей

полости цилиндра компрессора.

Выражаем из формулы (6.10) f_k :

f_k =С_тF_п/( z_k ) (6.11)

Допустимую скорость паров в проходных сечениях клапанов для хладагента R12 принимаем: для всасывающих, для нагнетательных. Подставляя значения в формулу (6.11) получаем:

,

где ².

Согласно расчету требуется фреоновый одноступенчатый компрессор с угловым расположением цилиндров, с рабочей

холодопроизводительностью 12.1 кВт. По каталогу принимаем компрессор

ФУ12. Техническая характеристика компрессора представлена в таблице 1.

Таблица 1 – Техническая характеристика компрессора.

Обозначение типоразмера компрессора	Число цилиндров	Ход поршня, мм.	Диаметр цилиндра, мм.	Частота вращ. колен. вала, об/мин.	Холодопроизводительность, кВт	Потребляемая мощность, кВт	Мощность электрод., кВт	Масса, кг
ФУ12	4	50	67.5	1440	14,0	5	4,5	90