58447

ПОДБОР И РАСЧЕТ ОСНОВНЫХЭЛЕМЕНТОВ ОДНОСТУПЕНЧАТОЙ ПАРОКОМПРЕССИОННОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Проведем тепловой, конструктивный и гидромеханический расчет теплообменных аппаратов: конденсатора и испарителя. Конденсатор выберем горизонтальный кожухотрубный с водяным охлаждением. Испаритель выбираем горизонтальный кожухотрубный затопленного типа.

Русский

2014-06-05

237.93 KB

63 чел.

Министерство образования и науки Российской Федерации

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ

ИНСТИТУТ ХОЛОДА И БИОТЕХНОЛОГИЙ

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОЙ РАБОТЕ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

“ХАРАКТЕРИСТИКИ ПАРОКОМПРЕССИОННЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН”

“ПОДБОР И РАСЧЕТ ОСНОВНЫХЭЛЕМЕНТОВ ОДНОСТУПЕНЧАТОЙ

ПАРОКОМПРЕССИОННОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ”

Санкт-Петербург

2013

Содержание

Стр.

Введение……………………….……………………….…………………….…3

1. Тепловой расчет и подбор одноступенчатого поршневого компрессора паровой холодильной машины (ПХМ)…………………………………………....4

2.Расчет площади поверхности теплопередачи, основных размеров и гидравлического сопротивления горизонтального кожухотрубного конденсатора……...……………………………………………………...……….8

2.1 Подбор конденсатора – рабочее вещество R134a

2.2. Расчет конструктивных, гидравлических и массогабаритных показателей аппарата ……….……..…………………………………………………………..11

3.Расчет горизонтального кожухотрубного испарителя затопленного типа……………………………………………………….………………….........12

3.1 Подбор аппарата….………………………………………………….………...12

3.1.1 Конструктивный и гидромеханический расчеты испарителя…………….14

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ и ИНТЕРНЕТРЕСУРСЫ…………….…..................16

Введение

В данной работе производится определение рабочих параметров паровой холодильной машины, работающей на холодильном агенте R134а, а также расчет цикла.

По величине теоретической производительности поршневого компрессора подберем Компрессор, для него выберем электродвигатель по электрической мощности.

Проведем тепловой, конструктивный и гидромеханический расчет теплообменных аппаратов: конденсатора и испарителя. Конденсатор выберем горизонтальный кожухотрубный с водяным охлаждением. Испаритель выбираем горизонтальный кожухотрубный затопленного типа.

Исходные данные для расчета:

Холодопроизводительность  Qo, кВт……………….…..…….….....75

Температура кипения            to, oC……………………..…………..10

Температура конденсации    tк, oC……………………..…………..+35

Рабочее вещество:………………………………………………..R134а

1.Тепловой расчет и подбор одноступенчатого поршневого компрессора паровой холодильной машины (ПХМ)

 

    Согласно исходным данным произведем расчет одноступенчатой холодильной машины с регенеративным теплообменником, рабочее вещество – фреон R134а.

   Теоретический цикл и схема одноступенчатой холодильной машины с регенеративным теплообменником представлены на рис.1.

       Рис.1. Схема и цикл одноступенчатой холодильной машины с регенеративным теплообменником

Задаемся перегревом ∆t = t1t6 = 20С и в первом приближении

tвс эл = t1’t1 = 21С.

 Параметры узловых точек                                                             Таблица 1

Термодина-

мические

параметры

1

1

2

2s

3

4

5

6

, МПа

0,20

0,20

0,89

0,89

0,89

0,89

0,20

0,20

,

+10

+30

+91

+79

+35

+25,5

10

10

, кДж/кг

409

427

477,2

463,5

249

231,5

231,5

391,4

, м3/кг

-

0,12

-

-

-

-

-

-

     Определим значение энтальпии рабочего вещества перед всасывающими клапанами при принятых значениях   и :

= .

     Полученное значение незначительно отличается от принятого значения (кДж/кг) и расчет можно считать верным.

Переохлаждение после конденсатора для хладонов рассчитывается из теплового баланса регенеративного теплообменника (РТО), после преобразования, который выглядит следующим образом:

 i1i6 = i3i4 (см. рис.1).

Определим значение энтальпии на выходе из РТО (точка 4):

.

Рис.2. Индикаторный КПД для поршневых компрессоров средней производительности (компрессоры:                 с сальником;  бессальниковые).

Процесс сжатия отклоняется от изоэнтропного, положение точки 2 можно определить, как:

i2 = + , где

i= 0,73 – (рис.2 [4] при π = ; компрессор бессальниковый, рабочее вещество – R134a).

i2 = + = .

      Удельная массовая холодопроизводительность:

      qo = i6i5 = 391,4– 231,5 = 160 кДж/кг.

Массовый расход рабочего вещества:

Gа = Qo/ qo = 75/160 = 0,469 кг/с.

Действительная объемная производительность компрессора:

Vд = Gа1 = 0,469 ∙0,12 = 0,056 м3/с.

1 – удельный объем рабочего вещества в начале процесса сжатия.

Степень повышения давления π = Pк/Pо = 0,89/0,20 = 4,5

По графику (см. рис.3) определяем величину коэффициента подачи компрессора λ в зависимости от π и рабочего вещества.

Рис.3. Коэффициент подачи для поршневых компрессоров средней производительности (компрессоры:                    с сальником;  бессальниковые).

Коэффициент подачи: λ = 0,7 (π = 4,5; R134a; компрессор  бессальниковый);  

Теоретический объем, описываемый поршнями компрессора:

Vт = Vд/λ = 0,056/0,7 = 0,08 м3/с.

Выбираем стандартный компрессор по величине Vт (прил. 1):

Тип компрессора……………………...

Бессальниковый

Марка………………………………….

Расположение цилиндров……………

ПБ110

V-образное

Объем, описываемый поршнями, м3

0,0835

Диаметр цилиндра, м………………....

0,115

Ход поршня, м………………………...

0,082

Число цилиндров, шт………………...

4

Частота вращения, с-1………………...

24

Удельная изоэнтропная работа компрессора:

ls = i2si1 = 463,5 – 409 = 54,5 кДж/кг.

Изоэнтропная мощность компрессора:

Ns = Ga  ls = 0,469  54,5 = 25,56 кВт.

Индикаторная мощность:

, где

 индикаторный кпд [4] (см. рис. 2).

Мощность трения:

Nтр = Pi тр  Vт = 40  0,0835 = 3,34 кВт,

где  Pi тр = 40 кПа – давление трения,

теоретическая производительность поршневого компрессора.

Эффективная мощность:

.

Зная эффективную мощность компрессора, и выбрав передаточное устройство, определим мощность электродвигателя:

Таким образом, мощность электродвигателя:

кВт.

По этой характеристике подбираем электродвигатель 4АВР132А4БФ (см. прил. 2).   

Механический кпд:

.

Эффективный холодильный коэффициент:

.

2. Расчет площади теплообменной поверхности, основных размеров и гидравлического сопротивления горизонтального                  кожухотрубного конденсатора

2.1 Подбор конденсатора – рабочее вещество R134а.

Если принять температуру на выходе из аппарата на 4 меньше, чем температура конденсации: С.

Принимаем температуры нагрева воды в конденсаторе:

= 5С.

Исходя их этих условий:   С.

Средняя логарифмическая разность температур в аппарате:

.

Предварительно определяем теплопередающую поверхность аппарата:

, где

.

кВт/м2*К - коэффициент теплопередачи, отнесенный к внутренней теплообменной поверхности аппарата определяется (см. приложение 7)

.

Наружная поверхность .

В данном типе аппаратов приняты медные оребренные трубы (заготовка 203) с коэффициентом оребрения  = 3,5.

Из отечественных аппаратов выбираем КТР65 (см. прил. 5).

Техническая характеристика аппарата КТР65:

Теплообменная поверхность, м2 

62/14,5

Длина труб, м

Число труб

l

nтр

2,0

210

Число ходов

z

4

Диаметр обечайки, мм

D

500

Теплофизические свойства воды и R134а                                     Таблица 2

t,

ρ',

кг/м3

ср, кДж/(кг·К)

λ,

Вт/(м·К)

μ·105,

Па·с

v·106,

м2

Рг

28,5

996,075

4,175

0,5962

0,805

5,687

30

1169,55

0,0801

1,155

Для дальнейших расчетов определяем теплофизические свойства воды при её средней температуре  = 28,5С (см. прил. 4) и фреона при температуре конденсации tк = 35 (табл. 59,Св-ва в-в, Богданов).

Массовый расход воды через конденсатор:

кг/с

В качестве поверхности теплопередачи выбираем шахматный пучок из медных труб со стандартным наружным оребрением ГОСТ 61790):

внутренний диаметр .

диаметры окружности выступов и впадин   ,

шаг ребер ,

угол при вершине ребра  

площади наружной и внутренней поверхностей 1 м длины трубы

коэффициент оребрения .

Трубы в пучке располагаются по сторонам правильного шестиугольника и вершинах треугольников с шагом по горизонтали м. Принимаем м.

Задаемся значением скорости воды в аппарате , принимаем скорость равной .

Число труб в одном ходе:

.

Принимаем число труб в одном ходе .

Уточняем скорость воды:

= 1,983.

Число Рейнольдса:

= 28830.

Число Нуссельта:

,

где – коэффициент для переходного режима (в нашем случае, – турбулентный режим, поэтому ).

Коэффициент теплоотдачи со стороны воды:

= 8499 Вт/м2

Плотность теплового потока со стороны воды:

, где - термическое сопротивление, тогда

= .

Число труб, расположенных по большей диагонали внешнего шестиугольника при принятом значении  =11440:

15,7

Округляем значение числа m до ближайшего нечетного значения m = 15.

Число горизонтальных рядов труб в аппарате nв = m = 15.

Коэффициент теплоотдачи со стороны конденсирующегося холодильного агента R134а, отнесенный к внутреннему диаметру труб определяется, как:

=

Коэффициент, учитывающий различные условия конденсации на горизонтальных и вертикальных участках поверхности трубы:

= 1,572

- где: площадь поверхности вертикальных участков ребер длиной 1м:

;

площадь поверхности горизонтальных участков трубы длиной 1м:

;

приведенная высота ребер:

,

Е – эффективность ребра, для низких накатных ребер: Е = 1.

Плотность теплового агента со стороны холодильного агента R134а определяется следующим уравнением общего вида:

Подставляя коэффициент теплоотдачи , получим

 

С другой стороны,                                                                                                   

Т.е. мы получаем систему из 2-х уравнений:

В установившемся режиме работы аппарата имеет место равенство . Для построения зависимостей предварительно вычисляют значение q для ряда значений .

*(solve(17740X0,75 = 2648(6,17 – X))

X=  = 0,753

=  = 14340 .

Площадь внутренней поверхности теплопередачи:

Fвн = Qк /qвн = 107026/14340 = 7,5 м2.

Наружная поверхность аппарата:

Fн= Fвн   = 3,6  3,9 = 29,25 м2.

2.2.1 Расчет конструктивных, гидравлических и массогабаритных показателей конденсатора

Конструктивный и гидромеханический расчеты фреонового конденсатора

п/п

Параметр / принятое значение

z

4

6

8

1

Длина труб: , м  

2/2

1,38/1,5

1,0/1,0

2

Число труб:

100

150

200

3

Число труб по диагонали шестиугольника  

11,5/11

14,2/15

16,3/17

4

Диаметр обечайки: , м

0,242/

0,2458

0,33/

0,358

0,374/

0,3778

5

7

4

3

6

Гидравлическое сопротивление, Па:

- коэффициент трения,

м

31870

37870

37250

7

Мощность проталкивания воды

, кВт

0,159

0,189

0,186

8

Масса аппарата, кг:

467,5

506,5

424,5

9

Коэффициент массы,  

16

17,3

14,5

10

Объем аппарата, м3:

0,129

0,159

0,124

11

Коэффициент компактности, :

226,7

183,5

235,9

Из таблицы видно, что наилучшие массогабаритные показатели имеет аппарат с числом ходов z = 6.

3. Расчет горизонтального кожухотрубного испарителя

затопленного типа

При разности температур на холодном конце испарителя t = 4С температура рассола на выходе из испарителя:  

При принятой температуре охлаждения рассола в испарителе

 ts = 5С температура рассола на входе в испаритель:

Температура замерзания рассола:

Логарифмическая разность температур в испарителе:

3.1 Подбор аппарата

, где

коэффициент теплопередачи испарителя, отнесенный к внутренней поверхности.

Наружная поверхность испарителя:

Выбираем испаритель ИТР35

Техническая характеристика:

Площадь теплопередающей поверхности аппарата, м2 

35/10,6

Диаметр кожуха, мм

D

4269

Длина кожуха, м

l

1,94

Число труб

N

145

Масса аппарата, кг

М

805

Для дальнейших расчетов по средней температуре и температуре замерзания рассола определяем его теплофизические свойства:

Принимаем рассол .

Средняя температура рассола ……………………...

Массовая доля……………………………………….

Температура замерзания рассола…………………..

Плотность рассола…………………………………..

Удельная теплоемкость………………………....

Коэффициент теплопроводности…………………..

Коэффициент динамической вязкости………...

Коэффициент кинематической вязкости……….

Число Прандтля……………………………………..

В качестве поверхности теплопередачи выбираем шахматный пучок из медных труб, примененных в конденсаторе.

Скорость воды в аппарате ; задаемся .

Число труб в одном ходе:

Принимаем n1=23, тогда действительная скорость рассола:

Число Рейнольдса:

Число Нуссельта при переходном режиме течения рассола:

Коэффициент теплоотдачи со стороны рассола, отнесенный к внутренней поверхности трубы:

Плотность теплового потока со стороны рассола:

где – суммарное термическое

сопротивление стенки трубы и загрязнений.

Плотность теплового потока со стороны рабочего вещества, отнесенная к внутренней поверхности трубы:

,

где –давление кипения в бар, при   бар; = 0,85 – коэффициент, учитывающий влияние масла,=1 – коэффициент, учитывающий влияние числа рядов труб по высоте пучка; =3,9 – коэффициент оребрения.

Система уравнений для определения плотности теплового потока в испарителе, работающем на фреоне R134а:

Данная система уравнений является трансцендентной относительно и .

В установившемся режиме работы аппарата имеет место равенство .

=

*(solve((1335X2)/1995 = 6,2- Х)

Х=  = 2,39

Значение плотности теплового потока в горизонтальном кожухотрубном испарителе затопленного типа с оребренными трубами .

Площадь внутренней теплопередающей поверхности:

3.1.1 Конструктивный и гидромеханический расчеты испарителя.

Число ходов в аппарате:

, где

l = 1,94 м (задаемся длиной трубы по выбранной марке и характеристикам испарителя ИТР35)

число труб в одном ходе .

Принимаем z=8.

Проверочный расчет:

Запас площади поверхности составляет  = 22,7%.

Число труб, расположенных по диагонали шестиугольника:

=15,6, где

=823=184 – число труб.

Принимаем m = 15.

Диаметр обечайки: м, где

м – принимаем м.

Выбираем обечайку диаметром м, толщина стенки =0,009 м.

Масса аппарата, кг:

кг, где

кг – масса обечайки,

кг – масса трубного пучка.

Как видно из приведенного расчета, масса рассчитанного аппарата благодаря применению новых теплообменных труб почти в два раза меньше ИТР35.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1.  Тепловые и конструктивны расчеты холодильных машин

(часть I)/ Под ред. Л.С. Тимофеевского. – СПб: СПбГУНиПТ, 2007. – 423 с.

  1.  Холодильные машины/ Под. ред. Л.С. Тимофеевского. – СПб.: Политехника, 2006. – 992 с.
  2.  Холодильная техника. Кондиционирование воздуха. Свойства веществ: Справ. /Под  ред. С.Н.Богданова. СПб.: СПбГАХПТ, 1999.
  3.  Испытания одноступенчатой холодильной машины/ Под ред. Пекарев В.И., Дзино А.А. – СПб.:СПБГУНиПТ, 2009.- 17с.

ИНТЕРНЕТРЕСУРСЫ:

1.ГОСТ 8734-75  http://www.metallopt.ru/info/gost_all/8734/

2. ГОСТ 10705-80 http://www.docload.ru/Basesdoc/4/4011/index.htm

3. ГОСТ 20295-85 http://mgsz.ru/gost-20295-85/

4. ГОСТ 617-90 http://standartgost.ru/ГОСТ 617-90

5. http://bitzer.ru/

6. http://www.holodilshchik.ru/

7. http://ru.wikipedia.org/wiki/


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

73841. Процессы обработки деталей «круглые стержни» 58.5 KB
  В зависимости от типа производства операцию производят: в единичном производстве подрезку торцов и центрование выполняют на универсальных токарных станках последовательно за два установа; в серийном производстве подрезку торцов выполняют раздельно от центрования на продольнофрезерных или горизонтальнофрезерных станках а центрование на одностороннем или двустороннем центровальном станке. В зависимости от типа производства операцию выполняют: в единичном производстве на токарновинторезных станках; в мелкосерийном на...
73842. Технико-экономические показатели разрабатываемых ТП 72 KB
  На завершающим этапе разработки ТП проводят полную оценку вариантов путем сравнения себестоимости обработки заготовок отражающей затраты живого и овеществленного труда. Существует два основных метода определения себестоимости: бухгалтерский и метод прямого калькулирования поэлементный. Цеховые расходы при калькулировании себестоимости определяют в процентах от заработной платы основных рабочих цеха: тогда себестоимость текущие затраты можно выразить так: где ц процент цеховых накладных расходов. Его можно использовать при приближенном...
73843. РОЗВИТОК СВІДОМОСТІ У ФІЛОГЕНЕЗІ 215 KB
  Сприймання це відображення у свідомості людини цілісних предметів та явищ обєктивного світу при їх безпосередньому впливі у дану мить на органи відчуттів. Його суттєва відмінність від відчуттів полягає в тому що в процесах сприймання формується образ цілісного предмету за допомогою відображення всієї сукупності його якостей. Однак образ сприймання не зводиться до простої суми відчуттів хоча й вносить їх до свого складу. Сприймання результат діяльності системи аналізаторів.
73844. ПСИХІЧНІ ПРОЦЕСИ: ПАМ’ЯТЬ, УЯВА, МИСЛЕННЯ, УВАГА 84 KB
  Особливості памяті та уява. ІІ Память форма психічного відображення яка заклечається в закріпленні збереженні і послідуючому відтворенні минулого досвіду. Память повязує минуле субєкта с його дійсністю і майбутнім і є найважливішою пізнавальною функцією яка лежить в основі розвитку і навчання.
73845. ЕМОЦІЙНО-ВОЛЬОВА СФЕРА ОСОБИСТОСТІ 112.5 KB
  Рису характеру розуміють як схильність до нервової поведінки яка склалася в силу наявності певних потреб мотивів чи інтересів мотиваційні риси або в силу наявності певних звичок установок сталевих особливостей поведінки. Окремі властивості характеру залежать одне від одного та тісно повязані між собою вони створюють цілісну організацію яку називають структурою характеру. В структурі характеру виділяють дві групи рис. Під рисою характеру розуміють ті чи інші особливості особистості людини які систематично проявляються в різних видах...
73846. Діяльність та особистість 148.5 KB
  Діяльність в житті людини: види структура предмет. ДІЯЛЬНІСТЬ можна визначити як специфічний вид активності людини спрямований на пізнання і творче перетворення навколишнього світу включаючи самого себе й умови свого існування. Навчання являє собою прогресивне відтворення людини як свідомої особистості на основі засвоєння ним практичного та теоретичного досвіду людства. Особливе місце в житті людини займає ПРАЦЯ.
73847. ПСИХОЛОГІЯ СПІЛКУВАННЯ 132.5 KB
  Спілкування: його структура, рівні, функції, основні способи впливу, види. Мова і спілкування. Механізм сприйняття людини людиною під час спілкування. Бар’єри спілкування. Конфлікт: поняття, види, структура, форми, засоби вирішення.
73848. ОСОБЛІВОСТІ ПСИХОЛОГІЇ УПРАВЛІННЯ 90.5 KB
  Субєкт і обєкт психології управління. Управлінська діяльність та стилі управління. І ПСИХОЛОГІЯ УПРАВЛІННЯ напрямок в психологічній науці що вивчає управлінську діяльність властивості та якості особистості що необхідні для її успішної реалізації.
73849. Суздальская земля X XIII вв. 78.5 KB
  Одновременно с новгородскими делами Андрей решал и южные дела. В конце 1168 г. было собрано внушительное войско для похода на Киев. Во главе войска был поставлен сын Андрея Мстислав и боярин Борис Жидиславич.