Файл: малина.doc

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

7 РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ

ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ, ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ И

ТРУБОПРОВОДОВ

Нормальная работа холодильной установки требует соответствия поверхностей конденсатора и испарителя их тепловой нагрузке (тепловому потоку) и производительности. При конструировании новых теплообменных аппаратов искомой величиной является теплопередающая поверхность. Если теплопередающие поверхности конденсатора и испарителя недостаточны, компрессор работает с более низкой температурой кипения и более высокой температурой конденсации (охлаждающая способность снижается). Поверхность теплопередачи определяем для конденсатора и испарителя по формуле [ 2, с.6 ]:

F_к(и)=к_з*Q_к(и)/q_Fк(и), (7.1)

где к_з – коэффициент запаса, к_з=1.051.15, принимаем к_з=1.15;

q_Fк(и)– плотность теплового потока конденсатора (испарителя)

при использовании хладагента R12 (при скорости воз-

---

духа до 5 м/с), q_Fк(и)=230300 Вт/м², принимаем

q_Fк(и)=290Вт/м²);

Qк - тепловая нагрузка на конденсатор,

(7.2)

Q_и – тепловая нагрузка на испоритель:

(7.3)

Подставляя значения в формулу (7.1) получаем:

;

.

Вентилятор конденсатора и испарителя непосредственного охлаждения подбирают по объему подаваемого воздуха. Подача воздуха, м³/ч, рассчитываются по формуле [ 2, с.9 ]:

, (7.4)

где Q – тепловой поток, проходящий через поверхность теплообменного

аппарата, Вт;

- плотность воздуха при средней его температуре в теплообменном

аппарате, кг/м³;

i₁ и i₂ – энтальпия поступающего и выходящего из теплообменного

аппарата воздуха, кДж/кг.

Подставив числовые значения в формулу (7.3) получаем:

- для конденсатора

- для испарителя

Условие F_к  F_и соблюдено.

Потребная мощность N, кВт, на валу вентилятора теплообменного аппарата воздушного охлаждения определяется исходя из необходимой подачи воздуха и полного напора развиваемого вентилятором напора (давления):

, (7.5)

где H_в – полный напор, Н/м², для вентилятора конденсатора и испарителя

H_в=750 Н/м²;

_р – КПД ременной передачи для вентилятора установленного

непосредственно на валу электродвигателя _р=0.96;

_в – КПД вентилятора (0.6 – 0.97), принимаем _в=0.7;

к_з – коэффициент запаса принимаем согласно равным 1.3 и 1,2.

Таким образом получаем.

Потребляемая мощность на валу вентилятора конденсатора:

Потребляемая мощность на валу вентилятора испарителя:

Ресивер – сборник жидкого холодильного агента в замкнутой системе холодильной машины

(7.6)

Где - удельный объем жидкого холодильного агента, заполняющего

ресивер, м³/кг;

G_x - массовый расход холодильного агента, кг/ч.

Обычно ресиверы заполнены хладогентом на 80% от своего объема

Трубопроводы холодильных машин подбираем по внутреннему диаметру d. Диаметр трубопровода рассчитывают из условия неразрывности потока по объемному часовому расходу, м³/ч [ 2, с.16 ]:

(7.7)

(7.8)

(7.9)

где V_i – удельный объем хладагента в расчетном трубопроводе при

соответствующей температуре, м³/кг ( (-14°С)V₁=0.08813м³/кг,

(50,5°С)V₂ =0.01437м³/кг, V_жидк=0.8264 10^-3 м³/кг );

G_x – массовая подача компрессора G_x=396,83кг/ч ( рассчитана в

пункте 4 по формуле (4.8));

_тр – скорость движения хладагента, м/с, принимаем согласно

---

нормам: _тр=15 м/с – для всасывающего

трубопровода, _тр=15м/c - для нагнетательного трубопро-

вода, _тр=0.5 м/с – для жидкостного трубопровода.

Подставляя значения в формулы (7.7),(7.8),(7.9) получаем следующие

диаметры:

м=29мм ;

м=12мм ;

;

По значениям, полученным расчетом, подбираем трубы согласно сортаменту, рекомендованному ГОСТом [2, с.17 ]. Для холодильной машины непосре-дственного охлаждения используем стальные цельнотянутые трубы : d_вс=33,5 мм, d_наг=14 мм, d_жидк=18 мм. В таблице 2 – приведены основные размеры труб.

Таблица 2 – Основные размеры труб

Условный проход трубы, мм	Наружный диаметр, мм	Внутренний диаметр, мм	Толщина стенок, мм	Площадь поперечного сечения, м²
32	38	33,5	2,25	0,8800
15	18	14	2,00	0,1540
20	22	18	2,00	0,2530

8 ВЫБОР И ОПИСАНИЕ СХЕМЫ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ, СИСТЕМ

РЕГУЛИРОВАНИЯ И ЗАЩИТЫ ОТ ОПАСНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ

ОБОРУДОВАНИЯ

Холодильная установка состоит из двух основных групп: компрессорно-конденсаторного агрегата, находящегося в машинном отделении вагона, и испарителя, расположенного в торце грузового помещения.

Обе группы жестко соединены между собой. Между ними расположена несущая рама - перегородка 22 из полиэфирной смолы с пенополистирольной изоляцией. По периметру прилегания к проему в промежуточной стене вагона на раме имеются два уплотнителя из профильной резины.

Компрессорно-конденсаторный агрегат холодильной установки ФАЛ-056/1 состоит из компрессора 2, конденсатора 7 воздушного охлаждения с двумя вентиляторами 20, ресивера 14, фильтра 16 и фильтров-осушителей 17, мановакуумметров 12, угловых запорных вентилей 3 и 4, регулирующих управляющих приборов, запорной арматуры, трубопроводов, воздуховодов 5 и электроаппаратного щита 8.

Со стороны испарителя 27 находятся два вентилятора-испарителя 23, электронагревательные элементы, терморегулирующий вентиль, регулятор пуска, термостат оттайки 1 и направляющий рельс 26. В систему заряжается около 22 кг хладона-12 и около 8 кг хладонового масла.

Холодильная установка работает автоматически в зависимости от заданных температурных параметров и может находиться в трех режимах: охлаждение, оттаивание и отопление.

Охлаждение. Компрессор 11 (рисунок 2) отсасывает пары хладона

испарителя (воздухоохладителя) через ограничитель давления всасывания (пусковой регулятор) 8, сжимает их от величины давления всасывания до промежуточного давления в трех цилиндрах низкого давления, а затем от величины промежуточного давления до давления конденсации в цилиндре высокого давления. Перегретые пары хладагента поступают в конденсатор 23, где охлаждаются до температуры конденсации и превращаются в жидкий хладон вследствие отдачи тепла окружающему воздуху, которым обдувается конденсатор двумя вентиляторами 17. Жидкий хладон из конденсатора через запорный вентиль 21 стекает в ресивер 22 и далее через запорный вентиль 18 и механический фильтр 16, встроенные параллельно фильтры-осушители-14 и электромагнитный вентиль 15 поступает к терморегулирующему вентилю 3 (ТРВ). В терморегулирующем вентиле давление жидкого хладона резко понижается от давления конденсации до давления испарения, при этом образуется парожидкостная смесь и объем хладона увеличивается. Затем через распределитель парожидкостная смесь хладона поступает в испаритель 7. В испарителе хладон кипит, получая тепло от воздуха, подаваемого двумя вентиляторами 2. Охлажденный воздух направляется в грузовое помещение. Образовавшиеся в результате кипения пары хладона отсасываются компрессором и цикл повторяется.

---

Рисунок 2 – Схема автономной холодильной установки

Оттаивание. После длительной работы испарителя на его внешних поверхностях выпадает значительный слой инея, «снеговая шуба». Во избежание нарастания значительной «снеговой шубы» периодически через каждые 11 часов работы холодильной установки производится оттаивание испарителя.

Периодическое включение процесса оттаивания осуществляется контактными часами.

При получении сигнала на оттаивание открывается магнитный вентиль 28 на линии оттайки, выключаются вентиляторы испарителя конденсатора и закрывается электромагнитный вентиль 15 на линии подачи жидкого (хладона от ресивера 22 к терморегулирующему вентилю 3 и нормальная циркуляция хладагента прекращается. От компрессора 11 горячие пары хладона проходят через электромагнитный вентиль 28 по трубопроводу оттайки в испаритель 7, в котором они отдают тепло, в результате чего слой инея оттаивает. Из испарителя хладагент по всасывающей линии через ограничитель давления всасывания 8 поступает в компрессор 11. В компрессоре пары хладона сжимаются, нагреваясь при этом. Цикл повторяется в течение 1 ч до тех пор, пока не сработают контактные часы, после чего начнется нормальный процесс охлаждения. В случае если во время процесса оттайки температура в испарителе повысится более чем до 14° С, то сработает термостат окончания оттайки 5 и процесс оттайки прекратится до истечения 1 часа.

При работе на вагоне обоих холодильных агрегатов их оттайка электрически сблокирована и производится одновременно. При этом вентиляторы обеих холодильных установок отключаются во избежание рбдува противоположного испарителя и отепления груза на весь период проведения оттайки в вагоне.

Отопление. Если необходимо отапливать грузовое помещение, при работе в режиме «отопление» после получения команды от термореле включается установленная перед испарителем электропечь 6 и нагретый воздух вентиляторами испарителя 2 подается в грузовое помещение.

После достижения необходимой температуры электропечь выключается, а оба вентилятора испарителя продолжают работать.

Пуск и остановка. Работа холодильной установки полностью автоматизирована. В зависимости от рода перевозимого груза с помощью режимных переключателей устанавливают требуемый режим, в соответствии с которым холодильная установка периодически включается и выключается. Для обеспечения необходимой равномерной температуры в грузовом помещении оба вентилятора испарителя 2 постоянно работают, кроме периода оттайки, если только холодильная установка не отключена.

После получения команды от термореле автоматический пуск холодильной установки осуществляется следующим образом.

Напряжение подается в цепь управления вентиляторами конденсатора 17. (работой вентиляторов конденсатора управляет прессостат З1). Затем начинает работать реле времени, установленное на 1,5 минуты, и магнитный вентиль 28 линии оттайки открывается для выравнивания давления.

---