Компрессоры холодильных машин

Принципиальные схемы поршневых компрессоров представлены на рисунке1Б приложения Б. Компрессор располагается между испарителем и конденсатором машины и выполняет следующие функции:

- обеспечивает низкую температуру кипения t₀ холодильного агента в испарителе, поддерживая давление кипения на постоянном уровне P₀ = const, путем отсасывания образующихся паров из испарителя;

- путем сжатия паров от Р₀ до Р_к повышает температуру холодильного агента от t₀ до t_к с целью обеспечения последующего теплообмена с охлаждающей средой;

- нагнетает сжатые пары холодильного агента в конденсатор для проведения процесса теплообмена и их конденсации;

- обеспечивает циркуляцию холодильного агента по элементам холодильной машины за счет создаваемого перепада давлений P_к – P₀.

К основным характеристикам поршневого компрессора относятся теоретический объем, описываемый поршнями компрессора и мощность, затрачиваемая на привод компрессора.

Теоретический объем, описываемый поршнями компрессора в единицу времени, характеризует геометрические параметры компрессора. При одинаковых размерах цилиндра, изменение его объемной производительности производится за счет увеличения количества цилиндров компрессора. На практике чаще всего применяют 2-х, 4-х, 6-ти и 8-ми цилиндровые компрессоры, схемы которых приведены на рисунках 1Б, 2Б, 3Б, 4Б приложения Б.

Мощность компрессора характеризует затраты энергии на преодоление работы сжатия холодильного агента и на преодоление трения в механизмах движения и определяет мощность электродвигателя компрессора.

Конденсаторы холодильных машин

Конденсатор является теплообменным аппаратом и располагается в схеме холодильной машины после компрессора. В конденсаторе происходит охлаждение и конденсация сжатых в компрессоре паров холодильного агента. Превращение паровой фазы холодильного агента в жидкую происходит за счет передачи теплоты от холодильного агента к охлаждающей среде – воде или воздуху.

По виду охлаждающей среды конденсаторы разделяются на водяные и воздушные. Наиболее распространенной конструкцией водяных конденсаторов являются кожухотрубные, в которых охлаждающая вода циркулирует по трубкам, расположенным внутри кожуха, а пары холодильного агента конденсируются на наружной поверхности трубок и в виде жидкости стекают в нижнюю часть кожуха. Воздушный конденсатор представляет собой батарею из оребренных труб, обдуваемую воздухом с помощью вентилятора. Холодильный агент охлаждается и конденсируется внутри труб. В приложении В представлены схемы конденсаторов водяного и воздушного охлаждения.

Коэффициенты теплопередачи конденсаторов составляют:

- конденсаторы водяные кожухотрубные аммиачные –

k_к= 700-1000 Вт/(м^{2 0}С);

- конденсаторы водяные кожухотрубные фреоновые –

k_к= 400 - 480 Вт/(м^{2 0}С);

- конденсаторы воздушные - k_к= 35 - 50 Вт/(м^{2 0}С).

Регулирующий вентиль

Регулирующий вентиль устанавливается перед испарителем холодильной машины и выполняет следующие функции:

- дросселирует жидкий холодильный агент от давления конденсации P_к до давления P₀ в испарителе;

- регулирует количество подаваемого в испаритель жидкого холодильного агента в зависимости от тепловой нагрузки на испаритель.

Подача жидкости через вентиль зависит от разности давлений P_к - P₀ в отверстии вентиля и степени его открытия. Регулирование подаваемого в испаритель хладагента важно по следующим причинам:

- для обеспечения нормальной передачи тепла внутренняя поверхность теплообменных труб должна полностью смачиваться холодильным агентом при любой тепловой нагрузке;

- в результате недостаточной подачи хладагента снижается эффективность процесса теплопередачи, т.к. часть поверхности трубок не омывается холодильным агентом;

- жидкий холодильный агент должен полностью выкипать в испарителе, иначе жидкость может попасть в компрессор и разрушить его - явление гидроудара.

Графическое изображение регулирующего вентиля в схемах холодильных машин показано в приложении.

Расчет и подбор холодильного оборудования

Холодильная камера

Размеры холодильной камеры определяются ее строительной площадью F_стр, м², рассчитываемой по формуле

, (6.1)

где Е – масса хранимого продукта, т;

– норма загрузки продуктом, т/м³;

h_гр – высота штабеля продукта, м;

– коэффициент использования строительной площади

камеры под штабель.

Значения Е, h_гр принимаются по вариантам задания. Величина - по приложению Д. Величина = 0,7 – 0,8.

Размеры камеры в плане определяются по формуле

, (6.2)

где l_к – длина камеры, м;

b_к – ширина камеры, м.

Ширина камеры принимается кратной 6 м, т.е. может быть 6, 12, 18 метров. Длина камеры рассчитывается и округляется до целых значений, после чего уточняется значение строительной площади F_стр.

После определения размеров камеры приступают к теплотехническому расчету, цель которого определить максимальную тепловую нагрузку на испарители холодильной машины.

Холодильное оборудование должно быть выбрано так, чтобы отвод тепла был обеспечен при самых неблагоприятных условиях: летние температуры окружающего воздуха и полная загрузка камеры продуктом.

Количество тепла, проникающего в холодильную камеру извне и возникающее в камере Q_кам, Вт, складывается из следующих составляющих

Q_кам = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅ , (6.3)

где Q₁ - через ограждающие строительные конструкции камеры;

Q₂ - от поступающих продуктов и тары;

Q₃ - от наружного воздуха при вентиляции камеры;

Q₄ - от эксплуатации камеры;

Q₅ - от продуктов при “дыхании”.

Ограждающими строительными конструкциями камеры являются стены, покрытие и пол. Соответственно теплоприток Q₁, Вт, является суммой следующих слагаемых

Q₁ = Q_1т + Q_1c + Q_1п , (6.4)

где Q_1т – тепло, поступающее от окружающего воздуха через стены и

кровлю, Вт;

Q_1с – тепло, поступающее из-за облучения кровли солнцем, Вт;

Q_1п – тепло, поступающее от грунта через пол, Вт.

Тепло, поступающее от окружающего воздуха через стены и кровлю Q_1т, Вт, рассчитывается по формуле

Q , (6.5)

где - нормативный коэффициент теплопередачи ограждений

камеры, Вт/(м^{2 0}С);

- площадь поверхности стен и кровли, м²;

- температура воздуха снаружи ограждения, ⁰С;

- температура воздуха в камере, ⁰С.

Температура воздуха в камере принимается равной . Величина k_н для стен и кровли камеры принимается по данным приложения.

Температура воздуха снаружи ограждения t_н принимается равной максимальной температуре воздуха в летний период в заданном городе.

Площадь стен определяется как произведение длины периметра камеры на ее высоту h_к. Площадь кровли принять равной F_стр.

Тепловой поток от облучения кровли солнцем , Вт, определяют по формуле

Q , (6.6)

где F_П – площадь кровли, облучаемая солнцем, м²;

- избыточная разность температур, обусловленная солнечной

радиацией в летний период, ⁰С.

Значения F_п = F_стр. Величина = 15 ⁰С для южных районов строительства холодильника, для остальных районов = 10 ⁰С.

Количество тепла, поступающего в камеру через полы от грунта Q_1П, Вт, определяют по формуле

Q , (6.7)

где – условный коэффициент теплопередачи пола, Вт/(м^{2 0}С);

температура грунта, ⁰С.

Значение k_усл = 0,23 Вт/(м^{2 0}С). Величину t_гр принять на 14 ⁰С ниже расчетной температуры воздуха для летних условий.

Суммарное количество тепла, поступающего через ограждения камеры, подсчитывается по формуле (6.4).

Теплоприток от поступающих в камеру продуктов и тары Q₂, Вт, определяется по формуле

Q₂ = Q_2пр + Q_2т , (6.8)

где Q_2пр – тепло от продукта, Вт;

Q_2т – тепло от тары, Вт.

Количество тепла, поступающего от продукта Q_2п, Вт, рассчитывают по формуле

Q (6.9)

где G_пр – масса продукта, т;

с_пр – удельная теплоемкость продукта, Дж/(кг ⁰С);

- время охлаждения продукта, час.

Значения G_пр,t_пр(1), t_пр(2), принимаются по варианту задания.

Количество поступающего тепла с тарой Q_2т, Вт, находят по формуле

Q (6.10)

где G_т – масса тары, поступающей с продуктом, т;

с_т – удельная теплоемкость тары, Дж/(кг ⁰С).

Значение G_т = 0,2G_пр, с_т = 2500 Дж/кг.

Общее количество тепла, поступающего в камеру с продуктом и тарой, подсчитывают по формуле (6.8).

Теплоприток от наружного воздуха при вентиляции камеры , Вт, рассчитывается по формуле

(6.11)

где V_кам – объем камеры, м³;

плотность воздуха в камере, кг/м³;

– кратность воздухообмена в сутки;

удельная энтальпия наружного воздуха для летних

условий, Дж/кг;

удельная энтальпия воздуха камеры, Дж/кг.

Значения V_кам = F_стр кг/м³; 8 кДж/кг. Величина принимается по приложению.

Эксплуатационные теплопритоки возникают вследствие пребывания в них людей, работы электродвигателей, открывания дверей. Значение , Вт, принять в зависимости от теплопритоков через ограждения

Q₄ = 0,2Q_1. (6.12)

Количество тепла, выделяемое плодами и овощами в процессе “дыхания” при хранении определяется по формуле

, (6.13)

где – удельное количество тепла, выделяющееся в процессе

“дыхания” плодов и овощей, Вт/кг.

Величина принимается из приложения Д в зависимости от продукта и температуры в камере.

Суммарное количество тепла, проникающего в камеру, подсчитывается по формуле (6.3). Это количество тепла должны отводить испарители холодильной машины, чтобы обеспечит требуемую температуру воздуха в холодильной камере.

Параметры работы холодильной машины

Температура конденсации зависит от температуры охлаждающей среды.

При водяном охлаждении конденсаторов, сначала определяется температура воды входящей на конденсатор, которая выше температуры по мокрому термометру для данной местности на 3 - 4 ⁰С

, (6.14)

где - температура воды, входящей на конденсатор, ⁰С;

t_мт – температура по мокрому термометру, зависящая от температуры и относительной влажности окружающего воздуха,⁰С.

Температура воды, выходящей из конденсатора определяется как сумма температуры воды входящей на конденсатор и ее подогрева в нем, равного 3 - 5 ⁰С

(6.15)

Затем определяется температура конденсации, которая обычно выше температуры воды выходящей из конденсатора на 2 - 6 ⁰С

(6.16)

При применении конденсаторов воздушного охлаждения температуру конденсации принимают равной

(6.17)

Температура кипения холодильного агента в испарителях камеры принимается ниже температуры в камере

(6.18)

Во избежании возникновения гидравлического удара в компрессоре, всасываемый пар необходимо перегревать. При этом температура всасывания определяется выражением

, (6.19)

где - перегрев на всасывании, зависящий от используемого холодильного агента, ⁰С.

Для аммиака R717 принимается равным 5 - 10 ⁰С, для фреона R22 - = 15 - 20 ⁰С.

Термодинамический цикл холодильной машины

Для построения процессов, происходящих в оборудовании холодильной машины и определения параметров хладагента в контрольных точках цикла, необходимых для расчета холодильного оборудования строится цикл холодильной машины в термодинамической диаграмме.

В контрольной работе цикл изобразить непосредственно на ксерокопии диаграммы соответствующего хладагента и приложить к работе.

Для построения цикла в термодинамических диаграммах необходимо знать:

- применяемый холодильный агент,

- давление (температуру) кипения,

- давление (температуру) конденсации,

- температуру поступающих в компрессор паров,

- температуру холодильного агента перед регулирующим вентилем.

Дата добавления: 2015-05-26