Фреоновая рассольная двухступенчатая холодильная установка

Фреоновая рассольная двухступенчатая холодильная установка

Камчатский государственный технический университет мореходный

Кафедра холодильных факультет машин и установок

Пояснительная записка к курсовой работе

по дисциплине: "Судовые холодильные установки и системы кондиционирования воздуха"

На тему: "Фреоновая рассольная двухступенчатая холодильная установка"

Курсант Навильников Р.С.

Группа 97 СМ-2

Руководитель ст. преп. :

Сарайкина И.П.

ПЕТРОПАВЛОВСК-КАМЧАТСКИЙ 2000

Содержание

1. Задание на курсовую работу

2. Обоснование температур кипения и конденсации

3. Обоснование перехода к двухступенчатому сжатию

4. Описание схемы судовой холодильной установки

5. Тепловой расчет холодильной машины

6. Подбор оборудования

6.1 Подбор компрессоров

6.2 Подбор теплообменников

6.3 Подбор конденсатора

6.4 Подбор испарителя

6.5 Подбор рессивера

1. Задание на курсовую работу

Подобрать холодильное оборудование и выполнить полную схему трубопроводов холодильной установки.

Исходные данные:

Хладоагент R 22

Q0 = 70 кВт

tп = -270С

tw = 270C

Cистема охлаждения - РО

Способ подачи холодильного агента в испарительную систему - БН

Перечень сокращений:

Q0 - холодопроизводительность, кВт;

tп - температура воздуха в охлаждаемых объектах ,0С;

tw - расчетная температура забортной воды,0С;

CО - система охлаждения;

РО - рассольное охлаждение;

СП - способ подачи холодильного агента в испарительную систему;

Н - насосно-циркуляционный;

БН - безнасосный;

ПТ - промежуточный теплообменник;

РТ - регенеративный теплообменник;

КМ - компрессор;

КД - конденсатор;

И - испаритель;

РК1 - регулирующий клапан 1;

РК2 - регулирующий клапан 2

2. Обоснование температур кипения и конденсации

1. Определяем температуру кипения :

tср=tП -10= -27-10=-37 0 C - РО

t0=tср -5=-37-5=-42 0C - РО или 231 К

t=5 0 C

2. Определяем температуру конденсации:

tw2=tW +(34)=27+4=31 0C

tK=tw2+(2-3)=31+3=34 0C или 307 К

tK=2 0C

3. По значению t0 и tК определяем р0 и рК: р0=0,096 МПа , рК=1,319 МПа,

3. Обоснование перехода к двухступенчатому сжатию

Причины перехода к многоступенчатому сжатию.

Для достижения температур 248 К и ниже, требуемым иногда по условиям холодильной технологии, нужно понизить температуру кипения холодильного агента. При использовании одноступенчатой холодильной машины в этом случае нарушается работа компрессора: давление конденсации и температура паров в конце сжатия достигают недопустимых значений, снижается вязкость смазочного масла, увеличиваются потери на трение.

С понижением температуры кипения и повышением температуры конденсации уменьшаются объемный и индикаторный К.П.Д.,а также эффективность подогрева.

Во избежание перечисленных потерь применяют 2х-и 3х ступенчатое сжатие с промежуточным охлаждением паров холодильного агента. Двухступенчатое сжатие, отсасываемых из испарительной системы паров, осуществляется в два этапа. Сначала пары сжимаются и нагнетаются ступенью низкого давления, затем они смешиваются с холодными парами, поступающими из промежуточного теплообменника, и охлаждаются. После чего отсасываются, сжимаются и нагнетаются в конденсатор ступенью высокого давления.

Двухступенчатое сжатие паров холодильного агента может осуществляться в основном двумя способами:

с неполным промежуточным охлаждением их и, одним либо двойным регулированием ;

с полным промежуточным охлаждением и двойным регулированием.

Двухступенчатое сжатие рекомендуется применять при отношении давлений РК / Р0 больше 9.

Двухступенчатое сжатие по сравнению с одноступенчатым имеет следующие преимущества :

удельный объем холодильного агента, а следовательно, величина работы в цилиндре высокого давления уменьшается, благодаря промежуточному охлаждению пара после цилиндра низкого давления;

объемные показатели поршневых компрессоров увеличиваются вследствие уменьшения отношения РК / Р0 ;

возможно одновременное получение двух температур кипения.

Наряду с преимуществами двухступенчатое сжатие имеет существенные недостатки, заключающиеся в повышении стоимости установки и ее эксплуатации, увеличении площади машинных отделений, усложнение схемы установки и дополнительных трудностях в ее регулировании.

Отношение давлений рК / р0 =1,319 / 0,096=13,7 т.к. 13,79 ,то необходимо применить 2х ступенчатую холодильную машину;

4. Описание схемы судовой холодильной установки

Холодильная установка включает в себя:

Два винтовых компрессора низкой и высокой ступеней, один регенеративный теплообменник; один промежуточный теплообменник; один конденсатор; линейный ресивер; рассольных насоса ; электродвигатель.

Пар хладоагента R22, отсасываемый компрессором ступени низкого давления из испарителя, сжимается до pпр, подается на ступень высокого давления и охлаждается, подаваемым из промежуточного теплообменника парами R22. Пар из верхней части промежуточного теплообменника и ступени низкого давления отсасывается компрессором ступени высокого давления, где сжимается до давления конденсации хладоагента, и нагнетается в конденсатор, где конденсируется, охлаждается и переохлаждается. Затем жидкий хладоагент самотеком поступает в линейный ресивер, который служит для накапливания хладоагента и для равномерной его подачи. После конденсатора жидкий холодильный агент, пройдя через фильтр, проходит через регенеративный теплообменник и эмеевик промежуточного теплообменника,где еще сильнее переохлождается, после чего разделяется на два потока: основной поток дросселируется в испаритель, а меньшая часть проходит через регулирующий клапан, где дросселируется до pпр. Жидкий Х.А., в змеевике промежуточного теплообменника, охлаждается отдросселированным хладоагентом, после чего хладоагент дросселируется в регулирующем клапане и подается в испарительную систему, где кипит в межтрубном пространстве горизонтального кожухотрубного испарителя, откуда отсасывается компрессором низкого давления. В данной установке предусмотрен слив хладоагента из всех агрегатов в линейный ресивер. Оттайка производится путем перекрытия клапанов подачи и открытия клапана из системы нагнетания горячих паров в коллекторе испарительной системы. Жидкий хладоагент давлением вытесняется в линейный ресивер и происходит оттайка испарительной системы.

Преимущества данной схемы таковы:

1) влага не попадает в испарительную систему;

2) высокая разность давлений позволяет устанавливать РК2;

3) переохлажденный хладоагент можно транспортировать по трубопроводам на большие расстояния;

4) легкая автоматизация.

А основной недостаток схемы в том, что необходимо наличие конечной разности температур между температурой потока хладоагента в змеевике и температурой кипения хладоагента в промежуточном теплообменнике при pпр.

Описание цикла:

11-1 процесс перегрева паров Х.А. в регенеративном теплообменнике;

1-2 - адиабатическое сжатие пара в компрессоре 1й ступени до промежуточного давления Pпр;

3-4 - адиабатическое сжатие насыщенных паров, из промежуточного теплообменника и 1й ступени, до давления конденсации в компрессоре 2й ступени Pк;

4-5 - процесс охлаждения и конденсации паров при Pк; 5-6 - переохлаждение жидкого Х.А. в регенеративном теплообменнике при Pк;

6-7- переохлаждение жидкого Х.А. в промежуточном теплообменнике при Pк;

7-8- процесс дросселирования от давления Pк до P0;

8-11- процесс кипения в испарителе при постоянном давлении Р0;

7-8дросселирование части жидкого Х.А. от Рк до Рпр;

9-10кипение ХА в промежуточном теплообменнике при давлении Рпр;

3точка смешивания паров ХА поступающих из промежуточного теплообменника и 1й ступени компрессора;

5. Тепловой расчет холодильной машины

1. Определяем промежуточное давление:

pПР===0,356 МПа,

принимаем рПР=0,356 МПа, тогда tПР=263 К или -100C;

2. Согласно давлением р0, рК и рПР строим цикл холодильной машины, принимая перегрев паров на всасывание ц.н.д. 17 К , переохлаждение жидкого фреона 22 в регенеративном теплообменнике 6 К и переохлаждение в промежуточном теплообменнике до температуры на 5 К выше промежуточной температуры т.е. до 268 К.

3. Из диаграммы находим параметры узловых точек цикла и сводим их в таблицу 1.

Таблица 1.

4. Холодопроизводительность 1кг R22:

q0=i11-i7=587,5-396=191 ,5кДж/кг.

5. Массовый расход R22 в ступени низкого давления:

Gн.д.=Q/q0=70/191,5=0,336 кг/c.

6. Отношение массовых расходов R22 низкой и высокой ступеней:

=(i10-i5)/[(i10-i7)-(i1ґ-i11)]=(600-442)/[(600-396)-(597,5-587,5)]=0,814.

7. Массовый расход R22 в ступени высокого давления:

Gв.д.=Gнд/=0,366/0,814=0,449 кг/c.

8. Определение энтальпии в точке 6:

i6=i5-()(i11-i1)=442-(0,356/0,449)(597,5-587,5)=434 кДж/кг

9. Определение энтальпии в точке 3:

i3=()i2+()i10=0,366/0,449*630+[(0,449-0,366)/.449]600=624 кДж/кг

10. Объемный расход R22 в каждой ступени:

Vн.д.= Gн.д.1ґ=0,3660,23=0,08418 м3/c,

Vв.д.= Gв.д *3 ґ=0,4490,08=0,03592 м3/c.

11. Отношение объемов:

Vн.д./ Vв.д.=0,08418/0,03592=2.34.

12. Адиабатная мощность в каждой ступени:

Nа Н.Д=GН.Д(i2-i1)=0,366(630-597,5)=11,895 кВт.

Nа В.Д=GВ.Д(i4-i3)=0,449(661-624)=16,613 кВт.

13. Теоретический холодильный коэффициент:

=Q0 / (Nа Н.Д+Nа В.Д)=70/ (11,895+16,613)=2,455.

6. Расчет и подбор холодильного оборудования

6.1 Определение потребного рабочего объема компрессоров низкой и высокой ступени, подбор компрессоров

Задача: Подобрать компрессора низкой и высокой ступени для данной холодильной установки.

Исходные данные:

Давление и температура конденсации Pк=1,319;tк=340С=307K ;

Промежуточное давление и температуре Pпр=0,356 МПа ;tпр=-100C=263K;

Температура кипения t0=-420C=231K;

Объемный расход R22 в каждой ступени Vнд=0,08418 м3/с;Vвд=0,03592 м3/с;

Адиабатная мощность в каждой ступени NаНД=11,895кВт;NаВД=16,613кВт;

Расчет:

1. Коэффициент подачи [5]:

В.Д =[1-c(Pk/Pпр-1)](Tпр/Tк)=[1-0,045(1,319/0,356-1)](263/307)=0,752

Н.Д=0.9В.Д=0.677

2. Объем, описываемый поршнем:

VhН.Д=VН.Д / Н.Д=0,08418/ 0.677=0,12434 м3/с;

VhВ.Д=VВ.Д / В.Д=0,03592 / 0.752=0,04777 м3/с.

3) Индикаторный КПД[5]:

i нд =+bt0=0,677+0,0025(-42)=0,572

i Н.Д =В.Д +btпр=,752+0,0025(-10)=0,727 4) Индикаторная мощность:

N i Н.Д=Na Н.Д / i Н.Д=11,895 / 0,572=20,795 кВт;

N i В.Д=Na В.Д / i В.Д=16,613 / 0,727=22,851 кВт.

ПОДБОР КОМПРЕССОРА.

Компрессор основной элемент холодильной машины, осуществляющий отсасывание пара холодильного агента из испарителя, сжатие пара от давления p0 до pk и нагнетание его в конденсатор. На судах рефрижераторного флота рыбной промышленности применяют в основном поршневые компрессоры, ротационные и винтовые.

Классификация компрессоров.

Холодильные поршневые компрессоры классифицируют по характеру процесса, величине холодопроизводительности, конструкции и по другим признакам.

По направлению движения холодильного агента через цилиндр компрессоры подразделяют на прямоточные и непрямоточные.

По способу сжатия различают компрессоры одноступенчатого и компрессоры двух- и трехступенчатого сжатия, в которых пар сжимается последовательно в двух и трех цилиндрах (или компрессорах).

По роду привода компрессоры подразделяют на приводные, парокомпрессоры и мотокомпрессоры. С электродвигателем компрессор может соединяться с помощью эластичной муфты или через приводные ремни.

По расположению осей цилиндров компрессоры бывают горизонтальные, вертикальные, угловые,V-образные, VV-образные и др.

По числу рабочих полостей цилиндра компрессоры простого действия, в которых пар сжимается только с одной стороны поршня, и компрессоры двойного действия, в которых пар сжимается с обеих сторон поршня.

По числу цилиндров одноцилиндровые и многоцилиндровые. Основными типами компрессоров, применяемые в судовых холодильных установках, являются приводные компрессоры. Кроме компрессоров, у которых поршень совершает возвратно-поступательное движение на судах применяются также ротационные компрессоры (с вращающимися поршнями) и винтовые (поршни в виде винтов).

По степени герметичностикомпрессоры сальниковые (электродвигатель устанавливается отдельно), бессальниковые и герметичные (запаяны в кожух).

По величине холодопроизводительности различают компрессоры:

малые (менее 12 кВт);

средние (от 12 кВт до 120 кВт);

крупные (более 120 кВт).

На основании полученных расчетных величин выбирается винтовые компрессора:

для ступени низкого давления подбираем компрессор марки КАВ СОМ НН с Vh нд=0,1308 м3/с;

для ступени высокого давления подбираем компрессор марки KAB COM CH с Vh вд =0,0642 м/с

Таблица 2. Техническая характеристика компрессора.