Расчёт парокомпрессионной холодильной установки с рассольным охлаждением

;     (2.18)

.

Эффективный холодильный  коэффициент:

;     (2.19)

.

По рассчитанным конструктивным параметрам по [1] выбираем поршневой компрессора марки АУУ90 со следующими характеристиками: холодопроизводительность ; потребляемая мощность ; число оборотов вала в минуту ; количество цилиндров ; диаметр цилиндра ; ход поршня ; объём описываемый поршнями ; количество заливаемого масла ; габаритные размеры ; вес .

К выбранному компрессору  по таблице 22 [2] выбираем асинхронный двигатель марки 4А200М4УЗ со следующими характеристиками: номинальная мощность ; частота вращения при номинальной мощности ; ток статора при напряжении при номинальной мощности ; отношение пускового тока к номинальному ; отношение пускового момента к номинальному ; отношение максимального момента к номинальному ; КПД при номинальной мощности ; при номинальной мощности ; исполнительная масса .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Тепловой расчёт конденсатора

 

Конденсатор представляет собой  кожухотрубный теплообменный аппарат  и предназначен для конденсации  паров хладоагента, нагнетаемых  компрессором за счёт отбора тепла  у воды, проходящей внутри трубок. Теплопередающую  поверхность образуют стальные гладкие трубки. Трубки развальцованы в двух стальных решётках. Уровень хладоагента в конденсаторе контролируется указателем уровня, установленным на наружной поверхности аппарата.

Определим тепловую нагрузку конденсатора:

,    (3.1)

где  – массовый расход хладоагента, идущего в конденсатор, по формуле (2.2) ;

, – значения энтальпий хладоагента в соответствующих точках цикла (таблица 1), , ;

.

Расход охлаждающей воды на конденсатор:

,     (3.2)

где , – температура охлаждающей воды на входе и на выходе соответственно, по пункту 1 и ;

 – изобарная  теплоёмкость воды, находим по таблицам «Термодинамических свойств воды и пара в состоянии насыщения» [3] при средней температуре воды , ;

.

Определим среднелогарифмический  температурный напор:

,     (3.3)

где , – большая и меньшая разность температур теплоносителей соответственно, , , (рисунок 1);

Рисунок 1 – К расчёту  среднелогарифмического температурного

напора в конденсаторе

.

Определение коэффициента теплоотдачи  со стороны хладоагента:

,  (3.4)

где  – теплота парообразования при температуре насыщения [4], ;

 – плотность жидкого  хладоагента по [4], ;

 – коэффициент теплопроводности  жидкого хладоагента по [4], ;

 – коэффициент динамической  вязкости жидкого хладоагента по [4],         ;

 – ускорение свободного  падения, ;

 – половина числа  рядов труб по вертикали, ;

величины , , определяем по средней температуре плёнки конденсата:

,    (3.5)

 – температура конденсации хладоагента, из п.1 ;

 – средняя  температура стенки;

,    (3.6)

 – средняя  температура охлаждающей воды;

;    (3.7)

;

;

;

.

Удельный тепловой поток  от пара к стенке:

;     (3.8)

.

Определим тепловой поток  через стенку:

,     (3.9)

где  – коэффициент теплопроводности материала стенки трубы, так как трубки стальные, то по таблице 1 [5] для стали ;

 – толщина  стенки трубы, для горизонтальных  аммиачных конденсаторов ;

.

Определим коэффициент теплоотдачи  от стенки трубы к холодной воде:

,     (3.10)

где  – коэффициент, являющийся функцией температуры и свойств теплоносителя, ;

 – скорость воды  в трубах, для горизонтального  конденсатора принимаем ;

 – внутренний диаметр  трубы, для горизонтальных аммиачных  конденсаторов ;

.

Удельный тепловой поток:

;     (3.11)

.

Зададимся значениями и определим значения удельного теплового потока. Данные сведём в таблицу 2 и построим график зависимости (рисунок 2).

Таблица 2 – Значения для  расчёта коэффициента

теплопередачи конденсатора

	1	2	3	3,4

 

Рисунок 2 – К расчёту  коэффициента теплопередачи конденсатора

Из графика определяем значение удельного теплового потока (пересечение среднелогарифмического температурного напора с суммарного теплового потока), .

Коэффициент теплопередачи:

;      (3.12)

.

,     (3.13)

где  – коэффициент, принимаем ;

.

Определим поверхность нагрева  конденсатора:

,     (3.14)

где  - тепловую нагрузку конденсатора, по формуле (3.1) ;

.

По рассчитанной поверхности  нагрева выбираем горизонтальный аммиачный кожухотрубный конденсатор марки 20КТГ со следующими техническими характеристиками: площадь поверхности теплообмена ; диаметр кожуха ; габариты ; количество труб в трубной решётке ; число ходов ; объём межтрубного пространства ; объём трубного пространства ; масса .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Тепловой расчёт испарителя

 

Испаритель представляет собой кожухотрубный теплообменный  аппарат и предназначен для охлаждения теплоносителя, проходящего внутри труб.

Теплопередающую поверхность  образуют стальные трубки. Над трубками устанавливаются каплеотбойники, которые препятствуют попаданию испарившихся частиц жидкости в компрессор.

Уровень хладона в испарителе контролируется указателем уровня, установленным на наружной поверхности аппарата.

Определим тепловую нагрузку испарителя:

,    (4.1)

где  – массовый расход хладоагента, идущего в испаритель, по формуле (2.2) ;

, – значения энтальпий хладоагента в соответствующих точках цикла (таблица 1), , ;

.

Определим среднелогарифмический  температурный напор:

,     (4.2)

где , – большая и меньшая разность температур теплоносителей (рисунок 3), , ;

Рисунок 3 – К расчёту среднелогарифмического температурного

напора в испарителе

.

Определим коэффициент теплопередачи  со стороны кипящего хладоагента:

,    (4.3)

где  – давление кипения, ;

 – коэффициент,  учитывающий влияние числа рядов  при кипении на оребрённом пучке: при , ;

.

Удельный тепловой поток  испарителя:

;     (4.4)

.

Определим тепловой поток  через стенку трубы:

,     (4.4)

где  – коэффициент теплопроводности материала стенки трубы, так как трубки стальные, то по таблице 1 [5] для стали ;

 – толщина  стенки трубы, для аммиачных  испарителей затопленного типа  ;

.

Принимаем температуру замерзания рассола:

,     (4.5)

где  – понижение температуры рассола до замерзания, принимаем ;

.

Принимаем раствор хлористого кальция по приложению 4 [6] с температурой замерзания . Определим свойства рассола при его средней температуре:

;    (4.6)

.

Массовая доля  ;

Плотность  ;

Теплоёмкость ;

Коэффициент теплопроводности ;

Коэффициент кинематической вязкости ;

Коэффициент динамической вязкости ;

Число Прандтля .

Размеры, характеризующие  теплопередающую поверхность: трубы  стальные с внутренним диаметром  инаружным .

Определим режим движения рассола по критерию Рейнольдса:

,      (4.7)

где  – скорость движения рассола в трубах, принимаем ;

.

Так как значение критерия Рейнольдса лежит в интервале  то имеет место переходный режим движения рассола.

Определим критерий Нуссельта:

,   (4.8)

где  – поправка на переходный режим, ;

.

Определим коэффициент теплоотдачи  со стороны рассола:

;      (4.9)

.

Удельный тепловой поток:

;     (4.10)

.

Зададимся значениями и определим значения удельного теплового потока. Данные сведём в таблицу 3 и построим график зависимости (рисунок 4).

 

Таблица 3 – Значения для  расчёта коэффициента

теплопередачи испарителя

	1	3	4	5,2

 

Рисунок 4 – К расчёту коэффициента теплопередачи испарителя

Из графика определяем значение удельного теплового потока (пересечение среднелогарифмического температурного напора с суммарного теплового потока), .

Коэффициент теплопередачи:

;     (4.11)

.

Определим поверхность нагрева  конденсатора:

,     (4.12)

где  - тепловую нагрузку испарителя, по формуле (4.1) ;

.

По рассчитанной поверхности  нагрева выбираем аммиачный кожухотрубный  испаритель марки ИТГ-12 со следующими техническими характеристиками: площадь поверхности теплообмена ; диаметр кожуха ; количество труб в трубной решётке .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Выбор вспомогательного оборудования

 

Для создания запаса жидкого  хладоагента, необходимого для обеспечения  равномерного питания им испарительной  системы, служит ресивер. Кроме того предотвращает переполнение конденсатора жидким хладоагентом. Выбираем аммиачный горизонтальный линейный ресивер марки 0,75 РД со следующими техническими характеристиками: рабочая температура ; рабочее давление ; объём ; диаметр корпуса ; длина .

Для отделения масла от хладоагента после компрессора  и сглаживания пульсации нагнетаемого пара служит маслоотделитель. Из технических характеристик компрессора [1] знаем условный диаметр нагнетательного патрубка компрессора . По нему выбираем маслоотделитель марки 50 М со следующими техническими характеристиками: условный проход патрубка ; диаметр корпуса и толщина стенки ; высота ; масса .

Для улавливания и отделения  капель жидкого хладоагента, выносимых  из испарительной системы вместе с паром, служит отделитель жидкости. Из технических характеристик компрессора [1] знаем условный диаметр всасывающего патрубка компрессора . По нему выбираем отделитель жидкости марки 70 ОЖ со следующими техническими характеристиками: диаметр ; высота ; масса .

Для циркуляции охлаждающей  воды, рассола и жидкого хладоагента  служат электронасосы. Необходимую  подачу насосов для перекачки охлаждающей воды и жидкого хладоагента найдём по формуле:

,     (5.1)

где  – массовый расход теплоносителя, для аммиака по (2.2) , для охлаждающей воды по (3.2) ;

 – средняя плотность  теплоносителя, для аммиака , для охлаждающей воды ;

;

.

Подачу насоса для перекачки  рассола найдём по формуле:

,     (5.2)

где  – тепловая нагрузка испарителя, по (4.1) ;

 –плотность рассола,  из п.4 ;

 – теплоёмкость, из п.4 ;

 – охлаждение рассола, ;

.

По полученным значениям  необходимой подачи выбираем насосы. Для перекачки аммиака выбираем герметичный электронасос марки 1ЦГ 12,5/50-4-1 со следующими техническими характеристиками: подача ; напор ; температура жидкости ; масса .

Для подачи охлаждающей воды выбираем консольный насос марки 3К-6У-а  со следующими техническими характеристиками: подача ; напор ; мощность на валу . Выбранный насос комплектуется электродвигателем марки А2-51-2 с характеристиками: мощность ; частота вращения .