Тепловой расчет одноступенчатой холодильной машины, работающей на хладоне R12

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

1 ЗАДАНИЕ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ………………………………………...	3
2 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ОДНОСТУПЕНЧАТОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ, РАБОТАЮЩЕЙ НА ХЛАДОНЕ R12……………………………...	4
2.1 Структурная схема холодильной  установки………………………………….	4
2.2 Выбор расчетного режима  установки………………………………………...	6
2.3 Построение холодильного  цикла в диаграмме i-lgp для хладона-12……….	8
3 ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ  И МЕТОДИКИ РАСЧЕТА СТРУЙНОГО  ТРАНСФОРМАТОРА ТЕПЛА…………………………………...	15
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ…….………….………..........	19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Задание контрольной работы

 

 

Выполнить тепловой расчет и подобрать компрессор одноступенчатой холодильной машины, работающей на хладоне R12.

Машина предназначена  для непосредственного охлаждения камеры хранения продуктов при t_в. Расчетная нагрузка на компрессор Q_т. Параметры наружного воздуха t_н = 28°С, . Установка работает с регенеративным теплообменником. Принять, что внутренний адиабатный, механический и электротехнический КПД компрессора соответственно равны: ; ;

Необходимые данные для расчетов принимают по табл. 1.

Таблица 1 – Исходные данные

Величина			Последняя цифра  учебного шифра
		5
tв,°С	10
Qt,кBt	3,0

Наряду с выполнением  теплового расчета холодильной  машины необходимо ответить на вопросы в соответствии с таблицей 2.

Таблица 2

Последняя цифра  учебного шифра	Вопрос
5	Дать краткое  описание принципа действия и методики расчета струйного трансформатора тепла

 

2 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ОДНОСТУПЕНЧАТОЙ  ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ, РАБОТАЮЩЕЙ  НА ХЛАДОНЕ R12

 

 

2.1 Структурная схема холодильной установки

 

Составляем структурную  схему холодильной установки (рисунок 1). Для этого принимаем, что охлаждение камер будет осуществляться однотемпературной  малой холодильной машиной с  охлаждением конденсатора водой  из оборотной системы.

 

Рисунок 1 – Хладоновая холодильная  машина с регенеративным теплообменником: а – расчетная схема, б –  цикл в i-lgp-диаграмме

 

Охладить рабочее вещество перед дроссельным вентилем, чтобы  сократить необратимые потери, можно  холодным паром, идущим из испарителя. Принципиальная схема такой машины показана на рисунке 1. В этой машине пар рабочего вещества в состоянии 1" направляется в регенеративный теплообменник, где охлаждает жидкое рабочее вещество, которое идет из конденсатора.

В результате теплообмена  пар нагревается (процесс 1"-1), а  жидкость охлаждается (процесс 3′-3), вследствие этого повышается удельная массовая холодопроизводительность цикла. Однако при этом увеличивается и работа, затраченная в компрессоре, так как повышение температуры всасывания влечет за собой увеличение работы. Поэтому эффективность этого цикла зависит от термодинамических свойств рабочих веществ.

Регенеративный цикл применяют  для высокомолекулярных рабочих  веществ, к которым относятся  хладоны, так как эти вещества имеют относительно большие необратимые  потери, связанные с дросселированием. Применение этого цикла для низкомолекулярных  рабочих веществ, например, для аммиака, который имеет относительно большие  необратимые потери, связанные с  перегревом, ведет к понижению  холодильного коэффициента, так как  в этом случае сокращается меньшая  часть потерь (связанная с дросселированием) и увеличивается большая часть  потерь (связанная с перегревом). Поэтому для аммиачных холодильных  машин схему с регенеративным теплообменником не применяют.

Для хладоновых холодильных  машин наличие регенеративного  теплообменника имеет ряд положительных  факторов.

Прежде всего, регенеративный теплообменник способствует организации  циркуляции масла в системе холодильной  машины. Из испарителя рабочее вещество отбирается в состоянии сухого насыщенного  пара (или влажного пара со степенью сухости 0,95-0,98), поэтому вместе с  паром из испарителя выходят капельки жидкого рабочего вещества, в котором  растворено масло. В теплообменнике жидкое рабочее вещество испаряется, а масло по всасывающему трубопроводу возвращается в компрессор. Если удаления масла из испарителя не организовать, то его концентрация в испарителе будет постоянно расти, что отрицательно сказывается на эффективности машины. С другой стороны, будет уменьшаться  количество масла в маслосистеме, что при отсутствии автоматической защиты может привести к серьезной  аварии.

Кроме того, регенеративный теплообменник защищает поршневой  компрессор от гидравлического удара, т.е. от попадания жидкого рабочего вещества в цилиндр компрессора, также приводящего к аварии. Перегрев рабочего вещества на всасывании ведет также к повышению объемных и энергетических коэффициентов компрессоров объемного принципа действия.

 
2.2 Выбор расчетного режима установки

 

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

2.2.1 Чтобы обеспечить в  камере хранения продуктов среднюю  температуру , необходимо иметь температуру кипения хладона:

 

                                           (1)

 

 

Соответствующее давление в  испарителе  (определяется по таблице насыщенных паров R12 [1]).

2.2.2 Температуру воды, поступающей  на конденсатор, принимаем на 4-6⁰С выше температуры воздуха по смоченному термометру, которую определяем с помощью i-d-диаграммы (рисунок 2) влажного воздуха (пересечение линии i=const, характеризующей состояние наружного воздуха с линией ). Для условий t_н = 28°С, , линия i=54кДж/кг, , следовательно:

 

                                          (2)

 

 

Принимаем, что подогрев воды в конденсаторе , поэтому температура конденсации:

Рисунок 2 – Диаграмма  влажного воздуха для атмосферного давления 104300Па (782 мм рт.ст.), используемая для расчета энтальпий.

 

 

                                     (3)

 

 

А соответствующее давление (определяется по таблице насыщенных паров R12 [1]).

2.2.3 Перегрев паров в  испарителе и трубопроводе принимаем  равным , а в теплообменнике – до .

 

2.3 Построение холодильного  цикла в диаграмме i-lgp для хладона-12

 

2.3.1 Наносим на диаграмму  изобары  и .

2.3.2 Продолжаем линию  вправо до пересечения с изотермами и

 

                                                        (4)

 

 

На пересечении находим  точки 1ˊ и 1. Энтальпия в этих точках будет равна соответственно 551,5 и 561кДж/кг (определяются по таблице насыщенных паров R12 [1]).

2.3.3 Чтобы найти точку  2, через точку 1 проводим адиабату  до ее пересечения с изобарой  .

2.3.4 Точка 3ˊ лежит на пересечении изобары с левой ветвью, пограничной кривой (насыщенная жидкость), а точка 3 – на пересечении этой же изобары с линией постоянной энтальпии i₃ , значение которой находим из теплового баланса теплообменника:

 

                                                (5)

 

Где - значение энтальпии при . По таблице насыщенных паров R12 [1]

 

 

 

2.3.5 Чтобы найти точку  4, проводим из точки 3изоэнтальпу  вниз до ее пересечения с  изобарой .

2.3.6 Значения параметра  хладона в точках цикла, необходимые  для дальнейших расчетов, сводим  в таблицу 2.

Таблица 2 – Параметры  хладона в точках цикла

Номер точки	Параметры
	Температура	Давление абсолютное	Удельная энтальпия	Удельный объем
1ˊˊ	-6	0,253	549	0,067
1ˊ	-1	0,253	551,5	0,056
1	20	0,253	561	0,031
2	74	0,78	597	0,12
3ˊ	32	0,78	431	0,78·10-3
3	13	0,78	411	0,74·10-3
4	-6	0,253	394	0,71·10-3

 

2.3.7 Удельная массовая  холодопроизводительность R12

 

                                                         (6)

 

 

2.3.8 Удельная работа сжатия  в компрессоре:

 

                                                          (7)

 

 

2.3.9 Удельная тепловая  нагрузка на конденсатор

 

                                                        (8)

 

 

2.3.10 Требуемая холодопроизводительность  компрессора

 

                                         (9)

 

 

2.3.11 Требуемый массовый  расход хладагента

 

                                                         (10)

 

 

2.3.12 Требуемая теоретическая  объемная производительность компрессора

 

                                                        (11)

 

Где λ=0,85 принято по графику  рисунок 3 при для сальниковых компрессоров (С=4,5%)

Рисунок 3 – Коэффициенты подачи компрессоров: 1 и 3 – сальниковые  компрессоры, 2 – бессальниковые поршневые, 4 –винтовые

 

 

 

2.3.13 По значению из таблицы 12.1 [2] выбираем холодильную машину МКВВ4-1-2. Объемная производительность компрессора ФВ-6, входящего в комплект этой машины .

Таблица 3 – Характеристика хладоновой холодильной машины МКВВ4-1-2

Хладоновые холодильные  машины для охлаждения воздуха			Компрессор			Площадь поверхности теплообмена, м2		Количество заряженного хладагента, кг	Количество заряженного  масла, кг	Габаритные размеры, мм	Масса, кг
Марка	Исполнение	Холодопроизводительность, кВт	Марка	Теоретическая объемная производительность, л/с	Потребляемая мощность, кВт	Конденсатор	Батарея или воздухоохладитель
МКВВ4-1-2	Р	3,5	ФВ-6	5,7	1,8	15	4х20	10	2,7	930х550х580	262

Исполнение Р – раздельное. Поставляют в виде отдельных агрегатов и узлов, объединяемых при монтаже холодильной установки. Холодильные машины МКВВ4-1-2 применяются для охлаждения стационарных холодильных камер на предприятиях торговли, общественного питания.

Коэффициент рабочего времени компрессора:

 

                                                         (12)

 

 

Объемная подача машины больше требуемой, следовательно, машина подобрана  правильно.