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

66 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

31101. Денежно-кредитная система 189.34 KB
  Изменение количества денег в обращении способно существенным образом повлиять на уровень доходов цен на выпуск продукции. Происхождение денег. Золото в роли денег В экономической теории существуют две точки зрения на происхождение денег: рационалистическая и эволюционная. История происхождения денег подтверждает эту теорию.
31102. Экономическая теория и экономическая практика 74.5 KB
  Глава школы Франсуа Кенэ 16941774 заложил основы теории воспроизводства общественного капитала создав первую макроэкономическую модель в виде экономических таблиц. После экономических кризисов 2030х гг. Своим разнообразием точек зрения на проблемы общества экономика позволяет выявить исторические особенности экономических систем и понять закономерности развития мировой цивилизации. Микроэкономика связана с исследованием деятельности отдельных экономических субъектов.
31103. Собственность, выбор, конкуренция 97.5 KB
  Собственность и хозяйствование Собственность это общественная форма присвоения факторов и результатов производства. Основополагающую роль играют отношения собственности на факторы производства. Экономическое содержание собственности на факторы производства это способ их соединения который может быть прямым или опосредованным отношениями найма. Особая важность экономической категории собственности определяется тем что: собственность является основой всей системы экономических отношений; от отношений собственности зависит положение...
31104. Товар и деньги 32 KB
  Сущность денег Существует две теории возникновения денег: рационалистическая и эволюционная. Классическая теория денег рассматривает деньги как законченную форму всеобщего эквивалента в качестве которого выступают драгоценные металлы: золото и серебро. В соответствии с классической теорией денег они выполняют функции меры стоимости средства обращения средства накопления средства платежа мировых денег. Современная денежная система характеризуется господством бумажнокредитных денег.
31105. Затраты и результаты 63.5 KB
  В экономической теории и практике различают понятия затраты и издержки производства. Поэтому издержки производства зависят и от уровня затрат во многом обусловленных используемой технологией и от цен на ресурсы. В краткосрочном периоде часть издержек фирмы остается постоянной в долговременном периоде все издержки являются переменными зависящими от объема выпуска. Средние величины: средние общие АТС средние постоянные АFС и средние переменные VC издержки используются в принятии решений в текущем и будущих периодах.
31106. Рынок. Сущность рынка и его функции 100 KB
  Рыночная экономика – это такая экономическая система, в которой решения принимаются самостоятельными экономическими субъектами децентрализовано на основе свободы выбора. Рынок – это форма взаимоотношений между экономическими субъектами: продавцами и покупателями
31107. Спрос как экономическая категория. Факторы, оказывающие влияние на изменение спроса 80 KB
  Факторы оказывающие влияние на изменение спроса Механизм рынка делает производителей участников конкурентного процесса заинтересованными в удовлетворении потребностей но только тех которые выражаются через спрос. Индивидуальный спрос отдельного покупателя характеризуется ценой спроса и величиной объемом спроса. Цена спроса это максимальная цена по которой покупатель еще способен приобрести данный товар. Объем спроса это максимальное количество конкретного товара которое покупатель готов приобрести в рассматриваемом периоде...
31108. Основные положения теории потребительского поведения 64.5 KB
  Основные положения теории потребительского поведения Теория потребительского поведения исходит из совокупности гипотез: о свободе выбора и суверенитете потребителя о рациональности потребителя. Первая из гипотез означает не только наличие права и возможности для потребителя выбирать желаемое благо но и способности воздействовать на производителя. Таким образом суверенитет потребителя проявляется в возможности влиять на производителя через выражение своего отношения к товару его количеству и качеству. Теория рационального поведения...
31109. Макроэкономическая нестабильность: безработица и инфляция 40.77 KB
  Определенный уровень безработицы считается нормальным или оправданным.Уровень безработицы процентное отношение незанятых к рабочей силе ккоторой не относятся студенты пенсионеры заключенные а также юноши идевушки до 16 лет.Общий уровень безработицы процентное отношение безработных к общейрабочей силе включающей лиц занятых на действительной военной службе. ТИПЫ БЕЗРАБОТИЦЫ Фрикционная безработица Если человеку предоставляется свободы выбора рода деятельности и местаработы в каждый данный момент некоторые работники оказываются...