Файл: Произвести калорический расчёт и массовый расход хладагента для проекта производственного холодильника для мясокомбината.docx
Добавлен: 10.11.2023
Просмотров: 88
Скачиваний: 4
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
вен;
- нагрузка от инфильтрации наружного воздуха в камеру в следствие открывания дверей, Qинф;
К категории внутренних нагрузок относятся:
- нагрузки от термообработки продукции, Qпрод;
- нагрузка, обусловленная «дыханием» хранящей продукции (мясо), Qдых;
- нагрузки, обусловленные присутствием персонала, Qперс;
- нагрузки от ПТС, Qптс;
- нагрузки вследствие тепловыделения двигателей каждого испарительного вентилятора, Qисп;
- нагрузки в результате тепловыделения испарительных электронагревателей во время подачи на них напряжения при оттаивании испарителей, Qнагр;
- нагрузки в результате тепловыделения прочих механизмов, которые могут находиться в морозильной камере, Qпроч;
Расчет теплопритока в камере в результате теплопередач через ее стенки.
Этот расчет выполняется отдельно для стенки, крышки и дна.
Тепловой поток при теплопередачи через стенку Qстен рассчитывается по формуле: машина фильтр холодильный
Qстен = К∙S∙Δt, Вт (2.1),
где К – коэффициент теплопередачи рассматриваемой стены, Вт/м2К;
S – площадь поверхности рассматриваемой стены, м2;
Δt – разность температур воздуха по обе стороны стенки, К.
Коэффициент теплопередачи К определяется:
К=
, Вт/м2К (2.2),
где αвн, αнар – коэффициент теплопередачи от внутренней и наружной поверхности стены. Они зависит от скорости движения воздуха внутри и снаружи морозильной камеры, Вт/м2К (таб.2.1) [1].
Σδγ/λγ – сумма тепловых сопротивлений слоев стенки и теплоизоляции, состоящих из разных материалов, (приложение 3) [1];
λγ __ коэффициент теплопроводности слоя конструкции, Вт/мК;
δγ __ толщина строительного слоя конструкции, м;
Необходимо отметить, что в случае плохой гидроизоляции стен значения коэффициента теплопроводности материалов и теплоизоляции могут существенно увеличивается за счет проникновения влаги внутрь материала стен и теплоизоляции. В случае, если стены камеры состоят из таких материалов, надо быть уверенным в невозможности накопления влаги внутри стены. В противном случае тепловое сопротивление стены становится слишком мало и в расчетах его учитывать не следует. При расчете теплопритока через стенки морозильных камер, которые могут быть подвержены сильному солнечному нагреву, то рассчитываются по формуле:
Qсол= К∙S∙Δt сол, Вт (2.3),
Δt сол __ избыточная разность температуры характеризующая действие солнечной радиации в летнее время, 0С.В связи с тем, что холодильная машина находится в помещении, то солнечная радиация не доступна и в расчете не будет учитываться.
2.1 Методика расчета цикла фреоновой холодильной машины
Рис. Схема фреоновой холодильной машины, работающей на фреоне R404a (а) и (б) ее цикл в T-S диаграмме:
3 – конденсатор; 2 – маслоотделитель; 6 – регенеративный теплообменник; 5 – фильтр-осушитель; 4 – ресивер; 1 – компрессор; 8 – испаритель; 10 – терморегулирующий вентиль; 14 – соленоидный клапан; 13 – запорный клапан; 7,9,16 - смотровое стекло; 15 – обратный клапан; 11 – регулятор давления конденсации; 12 – клапан перепуска.
2.2. Тепловой расчет и подбор базовых моделей поршневых компрессоров
Теперь, обладая всеми нам нужными данными, подбирется поршневой компрессор для фреоновой холодильной машины. В начале производится тепловой расчет поршневого компрессора паровой фреоновой машины.
Исходные данные
Холодопроизводительность Q0, кВт 2,465
Температура, 0С
кипения tо -39
конденсация tк 37
Рабочее вещество R404а
i4= i3-(i1- i6)=255,22-(359,62-344,13)=239,73 кДж/кг.
Удельная массовая холодопроизводительность:
gо= i6 - i5=346,51-225,96=104,4 кДж/кг
Массовый расход рабочего вещества:
М=
=
кг/с
Определим коэффициент подачи поршневого компрессора для температуры кипения хладагента R404а (рис.12) tов=-390С:
λR404а= 0,65.
Теоретический объем, описываемый поршнями.
Vi=М∙
м3/с = 19,7 м3/ч;
Подбор компрессора происходит по каталогам компании Danfoss. Подбор компрессора по теоретической тепловой нагрузке и по теоретическому объёмному расходу.
Тепловая нагрузка компрессора:
Qкомп = 2,36 кВт.
Теоретический объёмный расход: V= 19,7 м3/ч.
По этим данным из модельного ряда низкотемпературных компрессоров Danfoss подходит компрессор NTZ136A4LR1A.
Основные характеристики герметичного низкотемпературного компрессора Danfoss NTZ136A4LR1A:
Объемная производительность (3500 об/мин 60Гц); 28,6 м3/ч Напряжение мотора (др. по запросу) 208-230V Y-1-60 Гц; Максимальный рабочий ток 33 A; Пусковой ток (ротор блокирован) 97 A Вес 35кг.
Макс избыточное давление (НД/ВД) 19 / 28 бар;
Заправка масла 1,80 л
Подогреватель масла в картере 0..120 W PTC (Option)
Защита мотора SE-B1
Класс защиты IP65 Дополнительный вентилятор Option
Рис. Чертеж компрессора Danfoss NTZ136A4LR1A
Удельная адиабатическая работа компрессоров
lад =i2-i1=416,04-359,62=56,42 кДж/кг.
Адиабатная мощность компрессоров:
Nад =М∙ lад =0,02361∙56,42=1,332 кВт
Максимальная индикаторная мощность компрессора.
Ni max=k∙ Vi∙P0 max=1,16∙0,0054746∙1701,2=10,8 кВт,
где k - показатели адиабаты R404а.
P0 max= 1701,2∙103 Па- максимальное давление кипения R404а (при То=310 К).
Индикаторная мощность в расчетном режиме.
Ni=
=
кВт
где
- индикаторный коэффициент нижнего и верхнего каскада;
λ- коэффициент подачи поршневого компрессора;
- коэффициент индикаторного давления.
Среднее значения коэффициента 
колеблется в пределе 0,95÷1,05, поэтому для ориентировочных расчетов можно принять 
.
Мощность трения
Nтр=piтр∙Vi =50∙0,0054746= 0,27373 кВт,
где piтр=50∙103 Па - давление трения.
Эффективная мощность.
Nе= Ni+ Nтр=2,0492+0,27373=2,32293 кВт.
Максимальная эффективная мощность.
Nе.max= Ni.max+ Nтр=10,8+0,27373=11,074 кВт
Механический КПД компрессора.
.
Эффективный КПД компрессора.
.
Эффективный холодильный коэффициент:
εе =
.
Теоретический холодильный коэффициент:
εт =
.
2.2.1 РАСЧЁТ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ
Расчёт конденсатора.
Исходные данные:
Нагрузка на конденсатор Qкв 3,79 кВт
Температура конденсации, tк 37 0С
Температура воздуха, tв 32 0С
Относительная влажность, φ 40 %
Рабочее вещество R404а
Воспользуемся методикой подбора воздушных конденсаторов компании Guntner. Используем программу GPC 2011. На основании результатов расчёта программы принимаем близкий по условиям воздушный конденсатор из ряда моделей фирмы Guntner GVHX 045.1A/1-NW.E, площадь теплопередающей поверхности которого F=40,3 м
2.
Расчёт испарителя.
Исходные данные:
Нагрузка на испаритель, Qи, кВт 2,48
Температура входа жидкости R404а, tR404а вх, 0С -39
Температура выхода жидкости R404а, tR404а вых, 0С -38,4
Массовый расход R404а, ????, кг/с 0,02361
Температура входа пара этанол 97%, t вх, 0С 40
Температура выхода пара этанол 97%, t вых, 0С -25
Массовый расход этанол 97%, ????, кг/с 0,291
По исходным данным, используя программу подбора пластинчатых теплообменников компании Danfoss Hexact 1.1.2, был подобран конденсатор-испаритель Danfoss B3-052-30-M с площадью теплопередающей поверхности равной 0,82 м2 Набор состоит из 30 пластин, и холодопроизводительностью 2,48 кВт.
Расчет регенеративного теплообменника.
Исходные данные:
Нагрузка на регенеративный теплообменник
????рг. = ???? ∙ (????3 – ????4) = 0,02361 ∙ (255,22 – 239,73) = 0,366 кВт
Температура входа жидкости R404а, tR404а вх.ж, 0С 37
Температура выхода жидкости R404а, tR404а вых.ж, 0С 27,4
Массовый расход R404а, ????в, кг/с 0,02361
Температура входа пара R404а, tR404а вх.п, 0С -39
Температура выхода пара R404а, tR404а вых.п, 0С -29
По исходным данным, используя программу подбора пластинчатых теплообменников компании Danfoss Hexact 1.1.2, был подобран регенеративный теплобменник Danfoss B3-014-6-L с площадью теплопередающей поверхности равной 0,08 м2. Набор состоит из 6 пластин, и холодопроизводительностью 0,37 кВт.
Расчет трубопроводов.
Система трубопроводов представляет собой сложную гидравлическую сеть из участков, соединенных последовательно или параллельно.
Участком называют часть трубопровода с неизменным расходом жидкости и диаметром трубы. В расчете трубопроводов рассчитываю всасывающий, нагнетательный трубопровод и жидкостной трубопровод.
Внутренний диаметр круглой трубы выбирали по стандарту ЕN 12735-1
- нагрузка от инфильтрации наружного воздуха в камеру в следствие открывания дверей, Qинф;
К категории внутренних нагрузок относятся:
- нагрузки от термообработки продукции, Qпрод;
- нагрузка, обусловленная «дыханием» хранящей продукции (мясо), Qдых;
- нагрузки, обусловленные присутствием персонала, Qперс;
- нагрузки от ПТС, Qптс;
- нагрузки вследствие тепловыделения двигателей каждого испарительного вентилятора, Qисп;
- нагрузки в результате тепловыделения испарительных электронагревателей во время подачи на них напряжения при оттаивании испарителей, Qнагр;
- нагрузки в результате тепловыделения прочих механизмов, которые могут находиться в морозильной камере, Qпроч;
Расчет теплопритока в камере в результате теплопередач через ее стенки.
Этот расчет выполняется отдельно для стенки, крышки и дна.
Тепловой поток при теплопередачи через стенку Qстен рассчитывается по формуле: машина фильтр холодильный
Qстен = К∙S∙Δt, Вт (2.1),
где К – коэффициент теплопередачи рассматриваемой стены, Вт/м2К;S – площадь поверхности рассматриваемой стены, м2;
Δt – разность температур воздуха по обе стороны стенки, К.
Коэффициент теплопередачи К определяется:
К=
, Вт/м2К (2.2),где αвн, αнар – коэффициент теплопередачи от внутренней и наружной поверхности стены. Они зависит от скорости движения воздуха внутри и снаружи морозильной камеры, Вт/м2К (таб.2.1) [1].
Σδγ/λγ – сумма тепловых сопротивлений слоев стенки и теплоизоляции, состоящих из разных материалов, (приложение 3) [1];
λγ __ коэффициент теплопроводности слоя конструкции, Вт/мК;
δγ __ толщина строительного слоя конструкции, м;
Необходимо отметить, что в случае плохой гидроизоляции стен значения коэффициента теплопроводности материалов и теплоизоляции могут существенно увеличивается за счет проникновения влаги внутрь материала стен и теплоизоляции. В случае, если стены камеры состоят из таких материалов, надо быть уверенным в невозможности накопления влаги внутри стены. В противном случае тепловое сопротивление стены становится слишком мало и в расчетах его учитывать не следует. При расчете теплопритока через стенки морозильных камер, которые могут быть подвержены сильному солнечному нагреву, то рассчитываются по формуле:
Qсол= К∙S∙Δt сол, Вт (2.3),
Δt сол __ избыточная разность температуры характеризующая действие солнечной радиации в летнее время, 0С.В связи с тем, что холодильная машина находится в помещении, то солнечная радиация не доступна и в расчете не будет учитываться.
2.1 Методика расчета цикла фреоновой холодильной машины
Рис. Схема фреоновой холодильной машины, работающей на фреоне R404a (а) и (б) ее цикл в T-S диаграмме:
3 – конденсатор; 2 – маслоотделитель; 6 – регенеративный теплообменник; 5 – фильтр-осушитель; 4 – ресивер; 1 – компрессор; 8 – испаритель; 10 – терморегулирующий вентиль; 14 – соленоидный клапан; 13 – запорный клапан; 7,9,16 - смотровое стекло; 15 – обратный клапан; 11 – регулятор давления конденсации; 12 – клапан перепуска.
2.2. Тепловой расчет и подбор базовых моделей поршневых компрессоров
Теперь, обладая всеми нам нужными данными, подбирется поршневой компрессор для фреоновой холодильной машины. В начале производится тепловой расчет поршневого компрессора паровой фреоновой машины.
Исходные данные
Холодопроизводительность Q0, кВт 2,465
Температура, 0С
кипения tо -39
конденсация tк 37
Рабочее вещество R404а
| Сводная таблица для состояний в характерных точках цикла | |||||
| Точка диаграммы | T,°C | P, МПа | i,(кДж/кг) | v,м3/кг | S,(кДж/кг*С) |
| 6 | -39 | 0,13706 | 344,13 | 0,13716 | 1,6355 |
| 1 | -20 | 0,13706 | 359,62 | 0,15072 | 1,699 |
| 2 | 66,314 | 1,7012 | 416,04 | 0,013573 | 1,699 |
| 3' | 37 | 1,7012 | 378,68 | 0,010764 | 1,588 |
| 3 | 37 | 1,7012 | 255,22 | 0,0010176 | 1,1887 |
| 4 | 27,358 | 1,7012 | 239,73 | 0,00096414 | 1,135 |
| 5 | -39,5 | 0,13706 | 239,73 | 0,064811 | 1,189 |
| 6 | -39 | 0,13706 | 344,13 | 0,13716 | 1,6355 |
i4= i3-(i1- i6)=255,22-(359,62-344,13)=239,73 кДж/кг.
Удельная массовая холодопроизводительность:
gо= i6 - i5=346,51-225,96=104,4 кДж/кг
Массовый расход рабочего вещества:М=
= кг/сОпределим коэффициент подачи поршневого компрессора для температуры кипения хладагента R404а (рис.12) tов=-390С:
λR404а= 0,65.
Теоретический объем, описываемый поршнями.
Vi=М∙
м3/с = 19,7 м3/ч;Подбор компрессора происходит по каталогам компании Danfoss. Подбор компрессора по теоретической тепловой нагрузке и по теоретическому объёмному расходу.
Тепловая нагрузка компрессора:
Qкомп = 2,36 кВт.
Теоретический объёмный расход: V= 19,7 м3/ч.
По этим данным из модельного ряда низкотемпературных компрессоров Danfoss подходит компрессор NTZ136A4LR1A.
Основные характеристики герметичного низкотемпературного компрессора Danfoss NTZ136A4LR1A:
Объемная производительность (3500 об/мин 60Гц); 28,6 м3/ч Напряжение мотора (др. по запросу) 208-230V Y-1-60 Гц; Максимальный рабочий ток 33 A; Пусковой ток (ротор блокирован) 97 A Вес 35кг.
Макс избыточное давление (НД/ВД) 19 / 28 бар;
Заправка масла 1,80 л
Подогреватель масла в картере 0..120 W PTC (Option)
Защита мотора SE-B1
Класс защиты IP65 Дополнительный вентилятор Option
Рис. Чертеж компрессора Danfoss NTZ136A4LR1A
Удельная адиабатическая работа компрессоров
lад =i2-i1=416,04-359,62=56,42 кДж/кг.
Адиабатная мощность компрессоров:
Nад =М∙ lад =0,02361∙56,42=1,332 кВт
Максимальная индикаторная мощность компрессора.
Ni max=k∙ Vi∙P0 max=1,16∙0,0054746∙1701,2=10,8 кВт,
где k - показатели адиабаты R404а.
P0 max= 1701,2∙103 Па- максимальное давление кипения R404а (при То=310 К).
Индикаторная мощность в расчетном режиме.
Ni=
=
кВтгде
- индикаторный коэффициент нижнего и верхнего каскада;λ- коэффициент подачи поршневого компрессора;
- коэффициент индикаторного давления. Среднее значения коэффициента колеблется в пределе 0,95÷1,05, поэтому для ориентировочных расчетов можно принять .Мощность трения
Nтр=piтр∙Vi =50∙0,0054746= 0,27373 кВт,
где piтр=50∙103 Па - давление трения.
Эффективная мощность.
Nе= Ni+ Nтр=2,0492+0,27373=2,32293 кВт.
Максимальная эффективная мощность.
Nе.max= Ni.max+ Nтр=10,8+0,27373=11,074 кВт
Механический КПД компрессора.
.Эффективный КПД компрессора.
.Эффективный холодильный коэффициент:
εе =
.Теоретический холодильный коэффициент:
εт =
. 2.2.1 РАСЧЁТ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫРасчёт конденсатора.
Исходные данные:
Нагрузка на конденсатор Qкв 3,79 кВт
Температура конденсации, tк 37 0С
Температура воздуха, tв 32 0С
Относительная влажность, φ 40 %
Рабочее вещество R404а
Воспользуемся методикой подбора воздушных конденсаторов компании Guntner. Используем программу GPC 2011. На основании результатов расчёта программы принимаем близкий по условиям воздушный конденсатор из ряда моделей фирмы Guntner GVHX 045.1A/1-NW.E, площадь теплопередающей поверхности которого F=40,3 м
2.
Расчёт испарителя.Исходные данные:
Нагрузка на испаритель, Qи, кВт 2,48
Температура входа жидкости R404а, tR404а вх, 0С -39
Температура выхода жидкости R404а, tR404а вых, 0С -38,4
Массовый расход R404а, ????, кг/с 0,02361
Температура входа пара этанол 97%, t вх, 0С 40
Температура выхода пара этанол 97%, t вых, 0С -25
Массовый расход этанол 97%, ????, кг/с 0,291
По исходным данным, используя программу подбора пластинчатых теплообменников компании Danfoss Hexact 1.1.2, был подобран конденсатор-испаритель Danfoss B3-052-30-M с площадью теплопередающей поверхности равной 0,82 м2 Набор состоит из 30 пластин, и холодопроизводительностью 2,48 кВт.
Расчет регенеративного теплообменника.Исходные данные:
Нагрузка на регенеративный теплообменник
????рг. = ???? ∙ (????3 – ????4) = 0,02361 ∙ (255,22 – 239,73) = 0,366 кВт
Температура входа жидкости R404а, tR404а вх.ж, 0С 37
Температура выхода жидкости R404а, tR404а вых.ж, 0С 27,4
Массовый расход R404а, ????в, кг/с 0,02361
Температура входа пара R404а, tR404а вх.п, 0С -39
Температура выхода пара R404а, tR404а вых.п, 0С -29
По исходным данным, используя программу подбора пластинчатых теплообменников компании Danfoss Hexact 1.1.2, был подобран регенеративный теплобменник Danfoss B3-014-6-L с площадью теплопередающей поверхности равной 0,08 м2. Набор состоит из 6 пластин, и холодопроизводительностью 0,37 кВт.
Расчет трубопроводов.Система трубопроводов представляет собой сложную гидравлическую сеть из участков, соединенных последовательно или параллельно.
Участком называют часть трубопровода с неизменным расходом жидкости и диаметром трубы. В расчете трубопроводов рассчитываю всасывающий, нагнетательный трубопровод и жидкостной трубопровод.
Внутренний диаметр круглой трубы выбирали по стандарту ЕN 12735-1