Калорический расчет холодильной машины

Министерство Образования Российской Федерации Омский Государственный Технический Университет Нефтехимический институт

Кафедра КХМУ

Курсовая работа

по дисциплине «Теоретические основы холодильной техники»

Выполнил: Крутько М.В.

Проверил: к.т.н., доцент Максименко В.А.

Омск 2010

Задание

1. Калорический расчет

1.1 Выбор строительных конструкций холодильника

1.2 Расчет наружных стен

1.3 Расчет покрытия охлаждаемых камер

1.4 Расчет полов охлаждаемых помещений

1.5 Внутренние стены

1.6 Внутренние перегородки

2. Определение теплопритоков

2.1 Определение теплопритоков в охлаждаемые помещения через ограждающие конструкции

2.2 Расчет теплопритоков от грузов при холодильной обработке

2.3 Эксплуатационные теплопритоки

2.4 Определение нагрузки для подбора компрессора

3. Подбор компрессоров

3.1 Тепловой расчет для камеры охлаждения

3.2 Тепловой расчет для камеры заморозки

4. Планировка машинного отделения

5. Расчет градирни

6. Подбор водяного насоса Список литературы

Задание

Выполнить калорический расчет, подобрать теплоизаляцинные материал, холодильные машины и камерное оборудование для холодильных камер убойного цеха производительностью 2500 кг/сутки (свинина) на следующие исходные данные:

t_к1=0 ⁰С — камера 1

t_к2=-18 ⁰С — камера 2

Стены выполнены из бетонных блоков д=300мм, высота камер h=3000мм, перекрытия из плит-пустоток д=200мм.

Произвести планировку машинного отделения и компоновку камерного оборудования. Охлаждение конденсаторов принять водяное. Рассчитать градирню и выбрать циркуляционный водяной насос.

1. Калорический расчет

1.1 Выбор строительных конструкций холодильника

Наружные стены изготовлены из железобетона, здание выполнено по бескаркасной схеме. Покрытие бесчердачного типа.

Таблица 1

1.2 Расчет наружных стен

Камера охлаждения.

Требуемую толщину теплоизоляционного слоя определим по формуле ([1], стр.49):

Принимаем толщину теплоизоляционного слоя 90 мм (один слой 60 мм другой 30). Поскольку принятая толщина теплоизоляции отличается от требуемой более чем на 10%, определим действительное значение коэффициента теплопередачи по формуле 8.3 ([1], стр.49):

Камера заморозки.

Состав стены принимаем такой же, как в камере охлаждения, Температура воздуха в камере

t= -18⁰С, охлаждение в камере осуществляется воздухоохладителями, следовательно циркуляция воздуха усиленная.

Требуемое значение коэффициента теплопередачи:

Требуемое значение теплоизоляционного слоя:

Принимаем толщину теплоизоляционного слоя180мм (140мм и 40мм) Действительное значение коэффициента теплопередачи:

1.3 Расчет покрытия охлаждаемых камер

холодильник камерный машинный теплоприток Камера заморозки.

Требуемый коэффициент теплопередачи покрытия согласно таблице 8.2 ([1]стр.48):

Коэффициент теплопередачи для внутренней поверхности согласно таблице 8.1 ([1] стр.47) принимаем равным

Суммарное термическое сопротивление слоев принятой конструкции покрытия: (см. таблицу 1).

Требуемая толщина теплоизоляционного слоя:

Принимаем толщину теплоизоляционного слоя 150 мм.

Камера охлаждения.

Требуемый коэффициент теплопередачи покрытия согласно таблице 8.2 ([1]стр.48):

Требуемая толщина теплоизоляционного слоя:

Принимаем толщину теплоизоляционного слоя 55 мм.

1.4 Расчет полов охлаждаемых помещений

Камера заморозки.

Требуемый коэффициент теплопередачи пола для камеры заморозки (t= -18⁰С) согласно таблице 8.3 [1]:

Коэффициент теплоотдачи поверхности пола принимаем равным

Термическое сопротивление слоев конструкции согласно таблице 1:

Требуемая толщина теплоизоляционного слоя:

Действительное значение коэффициента теплопередачи:

Камера охлаждения.

Требуемый коэффициент теплопередачи пола для камеры охлаждения (t= 0⁰С):

Коэффициент теплоотдачи поверхности пола принимаем равным

Термическое сопротивление слоев конструкции согласно таблице 1:

Требуемая толщина теплоизоляционного слоя:

Действительное значение коэффициента теплопередачи:

1.5 Внутренние стены

Состав стены принимаем такой же, как для наружных стен.

Требуемый коэффициент теплопередачи:

Требуемая толщина теплоизоляционного слоя:

Принимаем толщину теплоизоляционного слоя 95 мм.

Действительное значение коэффициента теплопередачи:

1.6 Внутренние перегородки

Требуемый коэффициент теплопередачи:

Коэффициент теплоотдачи поверхности принимаем равным

Требуемая толщина теплоизоляционного слоя:

Принимаем толщину теплоизоляционного слоя 150 мм. (100 мм и 50 мм).

Действительное значение коэффициента теплопередачи:

Так как разность температур в смежных камерах более 10 ⁰С, необходимо провести проверку на выпадение конденсата на поверхности перегородки в камере с более высокой температурой.

Чтобы не происходило влаговыпадение, температура поверхности перегородки в этой камере ф_в должна выше температуры точки росы внутреннего воздуха t_т.р.. По диаграмме i-d влажность воздуха устанавливаем, что при t_в=0 ⁰C и ц_в=85% t_т.р.= -2 ⁰С.

Температуру поверхности определяем по формуле ([1]стр.49):

Так как температура внутренней поверхности перегородки t_т.р.= -0,51 ⁰С выше температуры точки росы t_т.р.= -2 ⁰С, выпадение конденсата не произойдет. Следовательно, толщина теплоизоляционного слоя принята правильно.

2. Определение теплопритоков

2.1 Определение теплопритоков в охлаждаемые помещения через ограждающие конструкции

Высота стен 3000 мм., площадь дверного проема в камерах принимаем равной 2,5 м². Принимаем, что кровля светлая, т. е. ?t_с=14,9 ⁰С. Расчет теплопритоков выполняем по формулам 9.2 — 9.7 для летнего периода.

Таблица 2

2.2 Расчет теплопритоков от грузов при холодильной обработке

При холодильной обработке продуктов (охлаждении, замораживании и домораживании) каждый килограмм продукта выделяет теплоту в количестве q=?I кДж/кг.

Теплоприток при охлаждении и домораживании продуктов в камерах хранения определяют по формуле:

Где М_пр — суточное поступление продуктов, т/сут;

?i — разность удельных энтальпий продуктов, соответствующих начальной и конечной температурам продукта (кДж/кг), значения которых примем из ([1] см. прил.10).

Предполагаем, что продукт поступает в камеру равномерно в течении суток, а продукт успевает охладится до температуры камеры.

Камера охлаждения.

Удельные энтальпии определяем по приложению 10 [1], для t=0 ⁰С i=212 кДж/кг, t=35 ⁰С i=318 кДж/кг.

Разность удельных энтальпий продуктов:

Теплоприток:

Камера заморозки.

Удельные энтальпии определяем по приложению 10 [1], для t= -15 ⁰С i=4,6 кДж/кг, t=0 ⁰С i=212 кДж/кг.

Разность удельных энтальпий продуктов:

Теплоприток:

2.3 Эксплуатационные теплопритоки

Эти теплопритоки возникают вследствие освещения камер, пребывания в них людей и открывания дверей. Теплопритоки определим от каждого источника отдельно. Расчет проведем по формулам (9.13)-(9.17) ([1], стр. 60−61).

Теплоприток от освещения рассчитывают по формуле:

где, А — теплота, выделяемая источниками освещения в единицу времени на 1 м² площади пола, Вт/м²; F — площадь камеры, м².

С учетом одновременности включения можно принимать для камер холодильной обработки А=4,7 Вт/м².

Камера охлаждения.

Камера заморозки.

Теплоприток от пребывания людей рассчитывают по формуле:

q₂=0,35*n,

где n-число людей, работающих в данном помещении (при площади камеры до 200 м², n=2−3 человека [1]).

Камера охлаждения.

q₂=0,35*2=0,7 кВт.

Камера заморозки.

q₂=0,35*2=0,7 кВт.

Теплоприток от работающих электродвигателей определяют по формуле ([1]стр.61):

q₃=Nэ· з, где з-КПД электродвигателя, принимается з=0,8ч0,9 ([1] стр.61);

Nэ — суммарная мощность электродвигателей.

В предварительных расчетах мощность устанавливаемых электродвигателей можно ориентировочно принимать ([1] стр.60):

камеры охлаждения и универсальные 3−8 кВт;

камеры заморозки 8−10 кВт.

Следовательно, получаем:

Камера охлаждения. q₃=6*0,8=4,8 кВт.

Камера заморозки. q₃=10*0,8=8 кВт.

Теплоприток при открывании дверей рассчитывают по формуле:

Камера охлаждения.

.

Камера заморозки.

.

Результаты расчета заносим в таблицу 3

Таблица 3

2.4 Определение нагрузки для подбора компрессора

Общая нагрузка на компрессор рассчитывают по формуле:

.

Камера охлаждения.

Q_км=3,918+3,1+7=14 кВт Камера заморозки.

Q_км=3,418+6+9,9=19,3кВт.

3. Подбор компрессоров

3.1 Тепловой расчет для камеры охлаждения

Принимаем, что компрессор одноступенчатый. Холодильная машина работает на R22. Машина предназначена для непосредственного охлаждения камеры предварительного охлаждения мяса при t_в = 0 °C. Тепловая нагрузка на компрессор Q_т = 14 кВт. Параметры наружного воздуха t_н = +31 °С, ц_н =52%.

Составляем структурную схему холодильной установки (рис.2).

Рис. 2 Хладоновая холодильная машина с регенеративным теплообменником Выбираем расчетный режим установки:

1. Чтобы обеспечить в камере среднюю температуру 0 °C, необходимо иметь температуру кипения хладона: °С Соответствующее давление в испарителе p₀ = 0,32 МПа по диаграмме i-ig p.

2. Температуру воды, поступающей на конденсатор, принимаем на 6 °C выше температуры воздуха по смоченному термометру, которую определяем с помощью i-d диаграммы влажного воздуха. Для условий Омска она равна t_Н.М=20 °С, следовательно t_w1=20+6=26 °С Температуру конденсации для установок с водяным охлаждением конденсатора принимают на 2−4° С выше температуры воды уходящей из конденсатора.

Подогрев воды в конденсаторе принимают равным Дt_w(3ч5) °С ([1], стр. 71), тогда температура конденсации будет равна

°С.

Соответствующее давление в конденсаторе p_к = 1,3 МПа.

3. Перегрев паров в испарителе и трубопроводе принимаем 8 °C, а в теплообменнике до 20 °C.

4. Строим холодильный цикл в диаграмме i-ig p для хладона R22 (см. рис. 3).

Точка 3' лежит на пересечении изобары p_к = 1,6 МПа с левой ветвью, пограничной кривой, а точка 3 — на пересечении этой же изобары с линией постоянной энтальпии i₃, значение которой находим из теплового баланса теплообменника:

кДж/кг.

Значение параметров хладона в точках цикла, необходимые для дальнейших расчетов, сводим в табл. 4.

Таблица 4

Удельная массовая холодопроизводительность R22:

кДж/кг.

Удельная работа сжатия в компрессоре:

кДж/кг.

Удельная тепловая нагрузка на конденсатор:

кДж/кг.

Требуемая холодопроизводительность компрессора:

кВт.

Требуемый массовый расход хладагента:

кг/с.

Требуемая теоретическая объемная производительность компрессора:

м³/с Значение л=0,8 принято по графику рис. 11.2 ([1], стр. 73) при p_k/p₀=1,3/0,32=4, (с=4,5%).

По значению V_T= 0,0095 м³/с из табл. 12.1 ([1], стр. 94) выбираем холодильную машину 1МКВ9−1-2. Объемная производительность компрессора 2ФУБС-9, входящего в комплект машины, V_км=0,0116 м³/с.

Таблица 5 Характеристика хладоновой холодильной машины

Коэффициент рабочего времени компрессора:

следовательно, машина подобрана правильно.

Действительный массовый расход:

кг/с.

Действительная массовая холодопроизводительность:

кВт.

Мощность привода компрессора:

кВт

кВт кВт

кВт.

Тепловая нагрузка на конденсатор в теоретическом цикле:

кВт

действительная нагрузка на конденсатор:

кВт.

3.2 Тепловой расчет для камеры заморозки

Принимаем, что компрессор одноступенчатый. Холодильная машина работает на R22. Машина предназначена для непосредственного охлаждения камеры хранения мясопродуктов при t_в = -18 ⁰С. Тепловая нагрузка на компрессор Q_т = 19,3 кВт. Параметры наружного воздуха t_н = +31 ⁰С, ц_н =52%. Схема холодильной установки (см. рис. 2).

Выбираем расчетный режим установки:

1. Чтобы обеспечить в камере среднюю температуру -18 ⁰С, необходимо иметь температуру кипения хладона: ⁰С Соответствующее давление в испарителе p₀ = 0,15 МПа по диаграмме i-ig p. 2. Температуру воды, поступающей на конденсатор, принимаем на 6 °C выше температуры воздуха по смоченному термометру, которую определяем с помощью i-d диаграммы влажного воздуха. Для условий Омска она равна t_Н.М=20 °С, следовательно t_w1=20+6=26 °С.

Температуру конденсации для установок с водяным охлаждением конденсатора принимают на 2−4° С выше температуры воды уходящей из конденсатора. Подогрев воды в конденсаторе принимают равным Дt_w(3ч5) °С, тогда температура конденсации будет равна

°С.

Соответствующее давление в конденсаторе p_к = 1,3 МПа.

3.Перегрев паров в испарителе и трубопроводе принимаем 10 ⁰С, а в теплообменнике до 20 ⁰С.

4.Строим холодильный цикл в диаграмме i-ig p для хладона R22

Точка 3' лежит на пересечении изобары p_к = 1,6 МПа с левой ветвью, пограничной кривой, а точка 3 — на пересечении этой же изобары с линией постоянной энтальпии i₃, значение которой находим из теплового баланса теплообменника:

кДж/кг.

Значение параметров хладона в точках цикла, необходимые для дальнейших расчетов, сводим в табл. 6.

Таблица 6

Удельная массовая холодопроизводительность R22:

кДж/кг.

Удельная работа сжатия в компрессоре:

кДж/кг.

Удельная тепловая нагрузка на конденсатор:

кДж/кг.

Требуемая холодопроизводительность компрессора:

кВт.

Требуемый массовый расход хладагента:

кг/с.

Требуемая теоретическая объемная производительность компрессора:

м³/с Значение л=0,6 принято по графику рис. 11.2 ([1], стр. 73) при p_k/p₀=1,3/0,15=8,7, (с=4,5%).

По значению V_T= 0,0375 м³/с из табл. 12.1 ([1], стр. 94) выбираем холодильную машину 1ХМФ-32. Объемная производительность компрессора 2ФУБС-18, входящего в комплект машины, V_км=0,0458 м³/с.

Таблица 7 Характеристика хладоновой холодильной машины:

Коэффициент рабочего времени компрессора:

следовательно, машина подобрана правильно.

Действительный массовый расход:

кг/с.

Действительная массовая холодопроизводительность:

кВт.

Мощность привода компрессора:

кВт

кВт кВт

кВт.

Тепловая нагрузка на конденсатор в теоретическом цикле:

кВт действительная нагрузка на конденсатор:

кВт.

4. Планировка машинного отделения

Основное оборудование установок (компрессорные агрегаты) размещаем в общем машинном отделении.

Для удобства обслуживания и безопасности персонала предусматриваем проходы между оборудованием и отступы от стен. Главный проход между компрессорами и расстояния от электрических щитов и щитов с контрольно-измерительными приборами принимаем не менее 1,5 м, проходы между выступающими частями машин — не менее 1 м, между гладкой стеной и машиной или аппаратом — не менее 0,8 м, от колонны до выступающих частей машины — не менее 0,7 м.

Распределительные устройства размещаем в машинном отделении на высоте, доступной для обслуживания или на антресольных площадках. Маховики вентилей располагаем на высоте не более 1,6 м от пола. Не разрешается установка вентилей маховиками вниз. Для обслуживания вентилей, которые находятся на уровне более 1,6 м от пола, устраиваем металлические площадки с ограждением и лестницами.

В машинном отделении в зависимости от типа применяемого оборудования допускается применение верхней или нижней разводки трубопроводов. При нижней разводке предусматривают возможность дренажа жидкого хладагента из всасывающих трубопроводов, при верхней — трубопроводы от компрессоров направляют к глухой стене, чтобы не затемнять цех.

Трубопроводы прокладываем с уклоном от компрессора, чтобы в случае образования в них жидкого хладагента он сливался в аппараты, а не в компрессор. Уклоны должны быть не менее 0,002 для газои паропроводов, расположенных в направлении потока, и 0,003 — для газои паропроводов, расположенных против потока.

В камерах устанавливаем навесные воздухоохладители.

5. Расчет градирни

Принимаем, что градирня вентиляторная.

Определяем суммарную нагрузку на градирню:

Определим температуру воды, выходящей из градирни по формуле ([1] стр.149):

;

Для г. Омска, при расчетных параметрах и, определяем по диаграмме i-d. Принимаем, что перепад температур C ()([1] стр. 148); коэффициент эффективности

Расход воды в градирне найдем по уравнению:

Площадь поперечного сечения охладителя воды ([1] стр.148):

q_F — удельная тепловая нагрузка, q_F=35 кВт/м².

.

Удельную гидравлическую нагрузку, называемую плотностью орошения или высотой дождя, находят по уравнению ([2] стр.187):

Количество форсунок определим по формуле ([1] стр.150):

;

где g_ф — производительность форсунки.

Ориентировочно можно принимать g_ф=(1,4ч1,7)10^-3 м³/с.

шт.

6. Подбор водяного насоса

Так как градирня будет установлена в непосредственной близости от машинного отделения, то падением давления в трубопроводах можно пренебречь, следовательно, насос будем подбирать по производительности. Расход воды в градирне равен V=0,0051 м/с. Подбор насоса производим по табл. 16.7 ([1], стр. 158). Выбираем наиболее подходящий насос марки К20/30 с подачей 5,5 л/c при частоте вращения вала 48,33 с-1 (2900 об/мин).

1. Курсовое и дипломное проектирование холодильных установок и систем кондиционирования воздуха. Б. К. Явнель. М.: ВО «Агропромиздат», 1989

2. Холодильные установки. И. Г. Чумак и др. М. «Легкая и пищевая промышленность», 1981

3. Тепловые и конструктивные расчеты холодильных машин. Под ред. И. А. Сакуна — Л.: Машиностроение, 1987

4. Теплообменные аппараты холодильных установок. Данилова Г. Н. Л.: Машиностроение, 1986

5. Холодильные компрессоры. Справочник. — М. «Легкая и пищевая промышленность», 1982

6. Теоретические основы холодильной техники. Методические указания к выполнению курсовых работ. Максименко В. А., Фот А.Н.- Омск 2004