 |
Пример расчета цикла холодильной установки
|
|
|
|
Рассчитать холодильную установку с выбором основного оборудования, работающую без перегрева пара и переохлаждения конденсата:
Исходные данные:
Холодопроизводительность 
= 81 КвТ.
Температура рассола
на входе в испаритель 
= - 8 °С;
на выходе из испарителя 
= - 10 °С.
Хладоагент.
Температура охлаждающей воды, поступающей в конденсатор 
= 25 °С.
Расчет
1. Определение основных параметров в характерных точках цикла.
1.1. Температуру испарения хладоагента принимаем на 5 °С ниже конечной температуры рассола:
- 5 °С = - 10 – 5 = - 15 °С.
1.2. Задаемся конечной температурой воды в конденсаторе на 2 °С выше ее начальной
+ 2 °С = 25 + 2 = 27 °С.
1.3. Определяем температуру конденсации хладоагента, считая ее на 5 °С выше средней температуры воды
.
1.4. Строим цикл холодильной установки в Т-S диаграмме (рис. 40)
Рис. 40. Холодильный цикл в Т-S диаграмме
Из Т-S ' диаграммы определяем Р, t, i в характерных точках цикла и заносим их значения в следующую таблицу.
Таблица 29
Значения Р, t, i в характерных точках цикла
| № характерных точек | Давление Р, бар | Температура, t, °С | Энтальпия i, кДж/кг |
| 2,5 2,5 | - 15 - 15 | 1550,3 1906,5 |
2. Рассчитываем основные показатели холодильной установки
2.1. Рассчитываем удельную холодопроизводительность:
= 1550,3 - 566 = 984,3 кДж/кг.
2.2. Определяем требуемый расход хладоагента
кг/с.
2.3. Определяем удельную работу, затрачиваемую на осуществление
цикла
= 1906,5 – 1550,3 = 456,2 кДж/кг.
2.4. Находим холодильный коэффициент цикла
.
3. Расчет компрессора
3.1. Определяем степень повышения давления хладоагента в компрессоре
|
|
|
= 4,8.
3.2. Находим объемную производительность компрессора:
= 0,0823 · 0,5087 = 0,041 м3/с,
где 
= 0,5087 – удельный объем NН3 при – 15 °С /5/.
3.3. Определяем теоретическую мощность компрессора:
= 0,0823 · 456,2 = 29,3 кВт.
3.4. Рассчитываем общий КПД компрессора
= 0,85 · 0,9 · 0,9 · 0,84 = 0,58
= 0,85 – механический КПД компрессора;
= 0,9 – КПД передачи;
= 0,9 – КПД двигателя;
= 0,84 – индикаторный КПД (см. таблицу 2.1).
3.5. Находим требуемую мощность компрессора:
= 51 кВт.
3.6. Выбираем компрессор по ГОСТ 6492-76 (см. Приложение, таблица П. 1)
Марка – АУУ90.
Диаметр цилиндра – 82 мм.
Ход поршня – 70 мм.
Объемная подача – 0,0716 м3/с.
Холодопроизводительность – 112 кВт.
Частота вращения – 24 с-1.
Потребляемая мощность – 32 кВт.
Поскольку мощность выбранного компрессора недостаточна, то ставим 2 компрессора, работающие последовательно.
4. Расчет испарителя
4.1. Находим тепловую нагрузку испарителя. Для рассчитанного цикла испаритель является однозонным
= 0,0823 (1550,3 – 566) = 81 кВт.
4.2. Принимаем коэффициент теплопередачи в испарителе равным
К = 500 Вт/м2К.
4.3. Находим движущую силу процесса теплообмена в испарителе. Строим температурный график процесса теплообмена в испарителе (рис. 41). Согласно рис. 41
= 15 – 8 = 7
= 15 – 10 = 5
< 2
Следовательно 
= 6 °С.
Рис. 41. Температурный график процесса теплообмена в испарителе
4.4. Рассчитываем требуемую поверхность испарителя
= 27 м2.
4.5. По ТУ 26-02-058-78 выбираем стандартный испаритель (Приложение, таблица П. 3)
Марка – 40 ИТГ
Площадь теплообмена 40 м2
Диаметр корпуса – 500 мм
Длина корпуса – 4510 мм
Масса – 1429 кг
5. Расчет конденсатора
Расчет конденсатора выполним по аналогии с расчетом испарителя. Учитывая, что в рассматриваемой холодильной установке конденсатор является двухзонным (зона охлаждения перегретых паров хладоагента и зона конденсации), общую поверхность конденсатора находим как
|
|
|
,
где 
и 
- поверхности зоны охлаждения и конденсации, м2.
5.1. Находим тепловую нагрузку в каждой зоне
= 0,0823 (1906,5 – 1697) = 18 кВт.
= 0,0823 (1697 – 566) = 92 кВт.
5.2. Определяем требуемый расход охлаждающей воды, поступающей в конденсатор.
= 13,1 кг/с.
Здесь 
- расход охлаждающей воды, кг/с
= 4,19 кДж/кг · К – теплоемкость воды.
5.3. Находим движущие силы процесса теплообмена в каждой зоне.
Построим температурный график, характеризующий изменение температур хладоагента и охлаждающей воды в конденсаторе (рис. 42).
Рис. 42. Изменение температур теплоносителей вдоль поверхности конденсатора
Определяем большую или меньшую разность температур для каждой зоны предварительно рассчитав неизвестную температуру воды из уравнения теплового баланса зоны конденсации
= 26,7 °С.
Зона охлаждения
= 100 – 27 = 73
= 31 – 26,7 = 4,3
>2,
тогда 
= 24,2 °С.
Зона конденсации 
= 31 – 25 = 6 °С
= 31 – 26,7 = 4,3 °С, проверяем, <2,
тогда 
= 5,15 °С.
Находим необходимую поверхность зоны охлаждения и конденсации по выражению
где к – коэффициент теплопередачи (для зоны охлаждения 30 – 40 Вт/м2К для зоны конденсации – 800 – 1200 Вт/м·К /1, 2, 3/).
Поверхность зоны охлаждения паров: 
= 21,25 м2.
Поверхность зоны конденсации: 
= 19,848 м2.
Необходимая поверхность конденсатора: 
= 41,10 м2.
Выбираем стандартный конденсатор (Приложение, таблица П. 5)
Марка 50 КТГ.
Площадь теплообмена поверхности – 50 м2.
Диаметр корпуса – 600 мм.
Габариты – 4520 х 910 1000 мм.
Масса – 1980 кг.
Контрольные задания
Определить технические характеристики и рассчитать основные элементы паровой холодильной установки и их последующим выбором по справочным данным. Исходные данные к расчету взять из таблицы 30 в соответствии с вариантом.
Таблица 30
Исходные данные
| № варианта | Холодопроизво-дительность Qо, кВт | Температура рассола, °С | Вид рассола | Температура воды в конденсаторе °С | Вид хладоагента | Характеристика цикла | |
| На входе в испаритель | На выходе из испарителя | ||||||
| - 15 - 16 - 15 - 18 - 20 - 10 - 15 - 20 - 18 -13 - 9 - 15 - 20 - 10 - 13 - 15 - 17 - 19 - 20 - 15 - 20 - 25 - 20 - 15 - 10 - 8 - 10 - 15 - 18 - 20 - 25 - 15 - 13 - 10 | NaCl NaCl2 NaCl NaCl2 NaCl NaCl2 NaCl NaCl2 NaCl NaCl2 NaCl NaCl2 NaCl NaCl2 NaCl NaCl2 NaCl NaCl2 NaCl NaCl2 NaCl NaCl2 NaCl NaCl2 NaCl NaCl2 NaCl NaCl2 NaCl NaCl2 NaCl NaCl2 NaCl NaCl2 | Аммиак Аммиак Аммиак Аммиак Аммиак Аммиак Аммиак Аммиак Аммиак Аммиак Аммиак Аммиак Аммиак Аммиак Аммиак Аммиак Аммиак Аммиак Аммиак Аммиак Хладон-12 Хладон-12 Хладон-12 Хладон-12 Хладон-12 Хладон-12 Хладон-12 Хладон-12 Хладон-12 Хладон-12 Хладон-12 Хладон-12 Хладон-12 Хладон-12 |
|
|
|
Продолжение табл. 30
| - 15 - 20 - 25 - 15 - 18 - 10 | NaCl NaCl2 NaCl NaCl2 NaCl NaCl2 | Хладон-12 Хладон-12 Хладон-12 Хладон-12 Хладон-12 Хладон-12 |
Примечание: В графе 8 следует читать:
1 – сухой цикл без перегрева паров хладоагента и без охлаждения конденсата в конденсаторе;
2 – цикл с перегревом паров хладоагента;
3 – цикл с переохлаждением конденсата;
4 – цикл с перегревом паров хладоагента и с переохлаждением конденсата.
На практике, как правило, применяют сухие циклы, в которых с целью повышения холодопроизводительности осуществляется перегрев хладоагента в испарителе и переохлаждение в конденсаторе. Такой цикл изображен на рис. 43.
Как отмечалось выше при решении задачи необходимо построить цикл в диаграмме с целью определения термодинамических параметров в его условных точках. Разберем построение общего цикла в Т-S диаграмме. Для построения цикла необходимо определить температуры испарения tu и конденсации tк (см. пример расчета), а затем находят температуру перегретого пара хладоагента перед входом в компрессор:
ºС.
Рис. 43. Холодильный цикл в Т-S диаграмме
При построении цикла вначале находят положение т. 7, которые деля на пересечении изотермы - tu и линии Х = 1, затем на пересечении изобары, проходящей через т. 7 и изотермы 
, получают т. 1. Точки 3 и 4 находят при пересечении изотермы tк с верхней пограничной кривой Х = 1 и нижней пограничной кривой Х = 0. Следующей находят т. 2, которая расположена на пересечении изобары, проходящей через т. 3, и изоэнтропы S = const, проходящей через т. 1. Учитывая, что отклонение изобары 4 – 5 от линии Х = 0 невелико, допускается определять координаты т. 5 на пересечении линий Х= 0 и изотермы 
ºС. Учитывая, что процесс дросселирования 5 – 6 является изоэнтальпийным, положение т. 6 на диаграмме определяют в месте пересечения линий I = const, проходящей через т. 5 и изотермы tu. Соединяя полученные узловые точки линиями, получаем на диаграмме общий цикл паровой компрессионной холодильной установки.
|
|
|
П Р И Л О Ж Е Н И Е
Таблица П.11
|
|
|
