6. Теплогидравлические и конструктивные расчеты базового оборудования

   1. Расчет компрессора

Компрессор предназначен для отсасывания паров хладона из воздухоохладителя, сжатия их до давления конденсации и нагнетания в конденсаторы.

Для комплектации кондиционера К–25 СМ принят высокотемпературный компрессор ХГВ–28,0 производства Белорусского оптико-механического объединения «БЕЛОМО», по своим техническим и эксплуатационным характеристикам наиболее полно отвечающий требованиям «Технического задания» на выполняемую ОКР, поставляемый с приемкой Представительства Заказчика.

Тип компрессора — герметичный хладоновый поршневой непрямоточный с вертикальным расположением вала.

Компрессор комплектуется электродвигателем серии АВ 2К по ТУ 16–513.506–81, установленная мощность — 7,5 кВт.

1. Исходные данные

Холодопроизводительность

Температура кипения

Температура конденсации

2. Тепловой расчет

   1. Температура всасывания паров хладона в компрессор

2. Температура жидкого фреона после конденсатора

3. Отношение давлений

4. Расход хладона

5. Объем паров хладона, отсасываемых компрессором их испарителя

1. Определение коэффициента подачи

1. коэффициент обратного расширения

где

2. коэффициент дросселирования

где

— показатель адиабаты для хладона R22

3. коэффициент подогрева

4. коэффициент плотности

C учетом достаточного перегрева паров хладона на всасывании в компрессор принимаем

5. полный коэффициент подачи

7. Теоретическая объемная производительность

8. Диаметр цилиндра

число цилиндров

частота вращения вала компрессора

9. Ход поршня

10. Средняя скорость поршня

11. Параметр ускорения

12. Параметр удельных сил инерции

13. Изоэнтропная мощность компрессора

14. Индикаторный КПД компрессора

15. Индикаторная мощность компрессора

16. Мощность трения

17. Эффективная мощность

18. Механический КПД компрессора

19. Электрическая мощность

20. Действительный холодильный коэффициент

1. Динамический расчет

   1. Построение расчетной индикаторной диаграммы

1. потери давления на всасывании и нагнетании

2. давление пара на поршень со стороны всасывания

3. давление пара на поршень со стороны нагнетания

4. геометрические параметры компрессора

Геометрическая длина шатуна

Геометрический радиус кривошипа

Величина мертвого объема

Величина хода поршня в конце процесса всасывания

Величина хода поршня в конце процесса сжатия

2. Массы частей компрессора

Масса шатуна

Масса поршня

Масса поступательно движущихся частей

Диаметр шатунной шейки

Длина шатунной шейки, приходящейся на один шатун

где

площадь поршня

допускаемое удельное давление шатуна на вал

Масса шатунной шейки

Масса вращающихся частей

1. Определение сил инерции

1. угловая скорость вращения коленчатого вала

2. сила инерции постуательно движущихся частей

3. сила инерции вращающихся частей

1. Определение сил трения

1. сила трения поступательно движущихся частей, приходящаяся на один цилиндр

2. сила трения вращающихся частей, приходящаяся на один цилиндр

3. сила от давления газа

5. Суммарная сила

1. Расчет тангенциальных сил

1. угол отклонения шатуна

2. тангенциальная сила приходящаяся на один поршень

3. суммарная тангенциальная сила

Тангенциальная сила, действующая на первый поршень

Тангенциальная сила, действующая на второй поршень

Тангенциальная сила, действующая на третий поршень

Тангенциальная сила, действующая на четвертый поршень

Суммарная тангенциальная сила

среднее значение тангенциальной силы за один оборот

4. максимальная избыточная работа

Площадь избыточной площадки

Максимальная избыточная работа

5. необходимый момент инерции маховика

Допускаемая степень неравномерности вращения вала компрессора

Момент инерции маховика

Действительная степень неравномерности

4. Расчет противовеса

Расчетный радиус противовеса

Масса противовеса

2. Расчет конденсатора

Конденсатор с водяным охлаждением представляем собой кожухотрубный теплообменный аппарат типа хладон–вода (в кондиционере два конденсатора).

Корпус конденсатора состоит из горизонтальной цилиндрической трубы, на концах которой приварены трубные решетки, и пучка медных труб с накатными ребрами. Концы медных труб развальцованы в трубных решетках. Торцевые стороны конденсатора закрыты съемными крышками, что позволяет периодически очищать внутреннюю поверхность труб от солевых отложений и прочих механических частиц.

Конденсатор снабжен плавкой пробкой, предохраняющей аппарат от аварийного повышения давления при чрезмерном повышении температуры в помещении.

Температура плавления сплава плавкой пробки 70±3 ºС.

Теплопередача в конденсаторе осуществляется через пучок медных труб, по которым циркулирует вода. Охлаждающая горячие пары хладона, нагнетаемые из компрессора. Пары хладона, охлаждаясь, конденсируются в жидкость которая стекает в нижнюю ресиверную часть.

1. Исходные данные

Тепловая нагрузка на конденсатор

Температура воды на входе в конденсатор

Температура конденсации

Расход воды на охлаждение конденсатора

Конденсатор кожухотрубный, горизонтальный, трубки 20×3 мм, оребренные

внутренний диаметр трубки

диаметр основания ребер

наружный диаметр ребер

Степень оребрения трубы

2. Средний температурный напор

температура воды на выходе из конденсатора

3. Скорость воды в трубках конденсатора

4. Число труб в одном ходе

Принято

5. Уточненная скорость

6. Определение коэффициента теплоотдачи со стороны воды

   1. Число Рейнольдса

2. Число Прандтля

3. Число Нуссельта

7. Суммарное термическое сопротивление

8. Плотность теплового потока со стороны воды

9. Коэффициент теплоотдачи со стороны конденсирующегося хладагента

   1. Разность энтальпий в процессе конденсации

2. Коэффициент теплоотдачи

— коэффициент, учитывающий различные условия конденсации на горизонтальных и вертикальных участках поверхности трубы

10. Плотность теплового потока со стороны хладагента, отнесенная к внутренней поверхности аппарата

11. Общее число труб в аппарате

12. Число ходов в аппарате по воде

Принято

Тогда

Принимаем

Тогда

13. Для того чтобы использавать часть аппарата под ресивер, освобождаем трубный пучек от двух нижних рядов, число исключенных труб

14. Число оставшихся труб

Принимаем

15. Диаметр трубной решетки

16. Площадь внутренней поверхности теплопередачи

17. Необходимая длина труб

Длина одной трубы

Действительная длина трубы

18. Внутренняя поверхность конденсатора

19. Наружная теплообменная поверхность конденсатора

20. Гидравлическое сопротивление конденсатора

Коэффициент трения

21. Скорость воды в патрубке

диаметр патрубка

22. Скорость хладона во входном патрубке

диаметр входного патрубка

удельный объем пара во входном патрубке

23. Скорость хладона в выходном патрубке

диаметр выходного патрубка

удельный объем пара в выходном патрубке

3. Расчет воздухоохладителя

Воздухоохладитель — теплообменный аппарат непосредственного испарения.

Конструктивно воздухоохладитель представляет собой ребристую батарею, состоящую из пуска медных труб с насаженными на них ребрами их алюминиевого сплава. Соединение труб по ходу хладона осуществляется калачами. Расположение труб в пучке — шахматное.

Воздухоохладитель имеет 16 параллельных потоков по хладагенту (шлангов).

Теплообмен происходит между хладоном, циркулирующим в трубках, и воздухом, просасываемым через воздухоохладитель.

Хладон. Проходя по трубкам воздухоохладителя, кипит за счет теплопритока от воздуха. Влага, выпадающая на поверхности воздухоохладителя, собирается в поддоне и отводится в водяную трубку.

1. Исходные данные для расчета

Тепловая нагрузка на воздухоохладитель

Температура воздуха на входе в воздухоохладитель

Относительная влажность воздуха на входе в воздухоохладитель

Температура кипения

Объемный расход воздуха через воздухоохладитель

Характеристика теплообменной поверхности:

Наружный диаметр труб

Толщина труб

Шаг труб по фронту

Шаг труб по глубине

Шаг ребер

Толщина ребра

Расположение труб — шахматное

2. Разность энтальпий воздуха

Среднеинтегральная температура поверхности воздухоохладителя

3. Размеры воздухоохладителя в лобовом сечении

— длина труб

— число труб по фронту

—

Лобовое сечение воздухоохладителя

4. Живое сечение воздухоохладителя

Живое сечение ячейки

Лобовое сечение ячейки

5. Скорость воздуха в живом сечении воздухоохладителя

6. Коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха

С учетом неравномерности теплопередачи по высоте ребра

7. Эффективность наружной теплообменной поверхности

   1. Условная высота ребра

2. Коэффициент влаговыпадения

3. Коэффициент эффективности ребра

4. Тепловое сопротивление контакта между ребром и трубой

5. Наружная поверхность одного погонного метра трубы

6. Коэффициент оребрения наружной поверхности

7. Коэффициент, учитывающий тепловое сопротивление контакта

8. Коэффициент теплопередачи, отнесенный к наружней поверхности

— коэффициент теплопроводности меди

Внутренняя поверхность одного погонного метра трубы

— коэффициент теплоотдачи со стороны кипящего хладагента (по опытным данным)

9. Необходимая наружная поверхность воздухоохладителя

Наружная поверхность одного ряда

Необходимое число рядов по глубине

Из конструктивных соображений принимаем число рядов

Действительная наружная поверхность

10. Аэродинамическое сопротивление воздухоохладителя

4. Расчет теплообменника

Теплообменник — кожухозмеевиковый — состоит из стального кожуха и двух змеевиков из медной трубы с накатными ребрами.

Внутри змеевиков протекает жидкий хладон из конденсаторов, а в межтрубном пространстве их омывают пары хладона их воздухоохладителя.

1. Тип теплообменника

Наружный диаметр трубы

Внутренний диаметр трубы

Диаметр трубы по основанию ребра

Степень оребрения

Число входов жидкого хладагента

2. Исходные данные для расчета

Температура жидкого хладона на входе в теплобменник

Температура жидкого хладона на выходе из теплообменника

Температура газообразного хладона на входе в теплообменник

Температура газообразного хладона на входе из теплообменника

Количество циркулирующего хладагента

Тепловая нагрузка на теплообменник

3. Расчетный температурный режим

Среднелогарифмическая разность температур

4. Коэффициент теплоотдачи со стороны жидкого хладона

Удельный объем

Кинематическая вязкость

1. Скорость жидкого хладона в трубе

2. Критерий Рейнольдса

3. Критерий Прандтля

4. Критерий Нуссельта

5. Радиус кривизны змеевика до оси трубы

6. Критический критерий Рейнольдса

5. Коэффициент теплоотдачи со стороны парообразного хладона

Удельный объем

Кинематическая вязкость

1. Критерий Прандтля

2. Скорость парообразного хладагента

3. Критерий Рейнольдса

4. Критерий Нуссельта

6. Коэффициент теплопередачи, отнесенный к наружной поверхности

7. Необходимая наружная теплопередающая поверхоность

8. Необходимая длина трубы

9. Действительная длина трубы

10. Действительная наружная теплопередающая поверхность теплообменника

11. Скорость жидкого хладона в патрубке (Ду15)

— удельный объем жидкого хладона во входном патрубке

— удельный объем жидкого хладона в выходном патрубке

12. Скорость парообразного хладона в патрубке (Ду32)

— удельный объем парообразного хладона во входном патрубке

— удельный объем парообразного хладона в выходном патрубке

5. Описание остальных элементов кондиционера

   1. Фильтр хладоновый

Фильтр хладоновый предназначен для очистки жидкого хладона от механических примесей.

Фильтр состоит их стольного корпуса, в котором размещен фильтрующий патрон.

2. Отделитель жидкости

Отделитель жидкости предназначен для предотвращения попадания жидкого хладона их воздухоохладителя в компрессор в пусковых режимах.

Отделитель жидкости состоит из корпуса и крышки, в которой установлены заправочный вентиль и заборная труба. В нижней части заборная трубка имеет сверление, через которое масло попадает в трубку и потоком газа уносится в компрессор.

3. Агрегат вентиляторный

Агрегат вентиляторный представляет собой сварную раму, на которой крепится электродвигатель с двухконцевым валом, куда с двух сторон закреплены центробежные вентиляторы двухстороннего всасывания. Каждый вентилятор состоит из рабочего колеса, насаженного непосредственно на вал электродвигателя, и кожуха.

Воздух их помещения при помощи электровентиляторов просасывается через воздушный фильтр, воздухоохладитель и нагнетается в кондиционируемое помещение.

Агрегат вентиляторный конструктивно выполнен по схеме агрегата вентиляторного кондиционера К–12 С.

Диаметр колеса каждого из двух центробежных вентиляторов равен 240 мм.

Электродвигатель — асинхронный, с короткозамкнутым ротором на трехфазное напряжение 380 В, 50 Гц; N = 1,5 кВт, 1500 об/мин; выполнена базе электродвигателя ДМ112S4N = 2,2 кВт, доработанного на 1,5 кВт ЗАО «Уралэлектромаш» г. Каменск Уральский, Свердловской области.

Основные технические характеристики агрегата вентиляторного приведены в таблице.

Наименование параметра	Величина
Производительность по воздуху (суммарная для двух вентиляторов), м3/ч	5500
Напор на выходе из вентилятора, Па	560
Потребляемая электрическая мощность, кВт	1,3
Масса вентиляторного агрегата в сборе, кг	60
Габаритные размеры вентиляторного агрегата, L×B×H, мм	1115×685×440