6.5. Теоретический расчет цикла холодильной машины. Подбор оборудования системы холодоснабжения
Исходными данными для теоретического расчета цикла холодильной установки являются: расчетная холодопроизводительность машины (определенная по формуле 6.1) Qхуст, Вт, схема теоретического цикла на диаграмме.
По схеме процесса (рис. 6.3) с учетом характеристики хладагента на линии насыщения (табл. 6.1−6.3) определяются:
− энтальпии в точках 1, 2, 3, 3’ и 4 − i1, i2 , i3, i3’, i4;
− давления в точках 1 и 2 − P1 и P2;
− удельный объем паров в точке 1 (находят из lg Р-i диаграммы, параметры точки 1 (рис. 6.3)) − ν1.
На основании этих данных определяют:
− удельную холодопроизводительность цикла qо, кДж/кг, по формуле
;
(6.3)
− удельную работу цикла l, кДж/кг, по формуле
;
(6.4)
− удельное количество теплоты, отданное 1 кг холодильного агента в конденсаторе q, кДж/кг, по формуле
;
(6.5)
− удельное количество теплоты, отданное в переохладителе qп, кДж/кг, по формуле
;
(6.6)
− холодильный коэффициент цикла (количество теплоты, отводимой на единицу затрачиваемой работы), характеризующий экономичность работы холодильной компрессорной машины έ, по формуле
(6.7)
− удельную объемную холодопроизводительность цикла qv, кДж/(кг×м3), по формуле
(6.8)
где ν 1 – удельный объем паров (расход хладагента), м3/кг;
− массовый расход пара – массовую подачу компрессора Мк, кг/с, по формуле
;
(6.9)
− объемный расход пара – объемную подачу компрессора Vд, в м3/с, по формуле
(6.10)
− степень сжатия паров в компрессоре по формуле
(6.11)
− коэффициент
подачи компрессора λ на практике
определяют, используя графическую
зависимость
,
составленную по данным испытаний
однотипных машин (рис. 6.4) [8];
Рис. 6.4. Графическая зависимость коэффициента подачи :
1 – для компрессоров с часовым объёмом, описываемым поршнем от 100
до 250 м3/ч; 2 – для компрессоров с часовым объёмом,
описываемым поршнем от 300 до 1250 м3/ч
− описываемый объем компрессора или объёмная производительность компрессора Vкомп, м3/с, по формуле
.
(6.12)
Теоретический цикл фреоновых холодильных машин рассчитывают аналогично. Различие заключается лишь в том, что индекс 1 заменяется на индекс 1", индекс 2 − на 2".
Ориентируясь на рассчитанный описываемый объем компрессора (объёмная производительность компрессора) Vкомп, м3/с, подбирается один или несколько компрессоров соответствующего размера.
В табл. 6.4 в качестве примера представлены характеристики спиральных компрессоров «Копланд».
Версия электродвигателя определяется индивидуально для каждой модели по каталогам фирмы – изготовителя компрессора.
Таблица 6.4
Характеристики спиральных компрессоров «Копланд»
Модель |
Номинальная мощность привода, л.с. |
Холодопроизводительность, кВт, при работе на хладагенте |
Объемная производительность, м3/ч |
Количество масла, л. |
Вес Брутто, кг |
||
R407C |
R134a |
R22 |
|||||
ZR 18 K/E |
1,5 |
3,8 |
2,5 |
4,4 |
4,4 |
0,7 |
21 |
ZR 22 K/E |
1,8 |
4,6 |
3,2 |
5,4 |
5,3 |
1,0 |
26 |
ZR 28 K/E |
2,5 |
5,9 |
4,2 |
7,0 |
6,8 |
1,0 |
29 |
ZR 34 K/E |
3,0 |
7,0 |
4,9 |
8,3 |
8,0 |
1,1 |
30 |
ZR 40 K/E |
3,5 |
8,2 |
5,7 |
9,8 |
9,4 |
1,1 |
31 |
ZR 48 K/E |
4,0 |
10,2 |
6,9 |
11,9 |
11,5 |
1,4 |
33 |
ZR 49 K/E |
4,0 |
10,1 |
- |
11,8 |
11,7 |
1,9 |
40 |
ZR 61 K/E |
5,0 |
12,5 |
8,9 |
14,5 |
14,4 |
1,9 |
41 |
ZR 72 K/E |
6,0 |
14,8 |
10,5 |
17,6 |
17,0 |
1,7 |
44 |
ZR 81 K/E |
6,5 |
16,7 |
11,8 |
19,9 |
19,2 |
1,7 |
45 |
ZR 90 K/E |
7,5 |
18,7 |
12,8 |
21,6 |
20,9 |
4,1 |
105 |
ZR 11 M/E |
9,0 |
22,7 |
15,7 |
26,3 |
25,1 |
4,1 |
107 |
ZR 12 M/E |
10 |
26,3 |
18,2 |
30,5 |
28,8 |
4,1 |
111 |
ZR 16 M/E |
13 |
32,0 |
22,4 |
37,5 |
35,5 |
4,1 |
114 |
ZR 19 M/E |
15 |
39,5 |
26,8 |
46,0 |
42,8 |
4,1 |
130 |
ZR 250 K/E |
20 |
52,0 |
35,5 |
60,0 |
56,6 |
4,7 |
168 |
ZR 310 K/E |
25 |
65,0 |
44,0 |
74,0 |
71,4 |
6,3 |
188 |
ZR 380 K/E |
30 |
80,5 |
55,5 |
92,0 |
87,5 |
6,3 |
201 |
Примечание: В спиральных компрессорах «Копланд» серии ZR используются электродвигатели на 50 и 60 Гц.
Требуемая поверхность нагрева теплообменников Fктр и Fитр, м2, определяется по формуле
- для конденсатора:
(6.13)
- для испарителя:
(6.14)
где Qк – теплопроизводительность конденсатора, кВт, определяемая по разности удельных энтальпий в теоретическом цикле:
с учетом переохлаждения в конденсаторе по формуле
;
(6.15)
без учета переохлаждения в конденсаторе по формуле
,
(6.16)
Qи – теплопроизводительность испарителя, кВт, определяется по формуле
,
(6.17)
где kз – коэффициент запаса, равный 1,1…1,2; Δtкср – средний температурный напор в конденсаторе, ºС, определяется по формуле
(6.18)
где
–
температура воды, используемой для
охлаждения конденсатора, принимается
на 4…6
°С выше tмн,
ºС;
–
температура воды на выходе из конденсатора,
принимается на
5…6 ºС
ниже tкон,
ºС;
Δtиср – средний температурный напор в испарителе, ºС, определяется по формуле
,
(6.19)
где
–
требуемая температура охлажденной
воды, принимается равной температуре
воды в поддоне камер орошения или в
сборном баке отопленной воды, т.е.
,
ºС;
–
требуемая температура охлажденной воды
из испарителя, для неавтономных СКВ
принимается равной 6…7 ºС.
В курсовой работе для одноступенчатых фреоновых холодильных машин коэффициенты теплопередачи в конденсаторах − Кк, Вт/(м2 × ºС), и испарителях − Ки, Вт/(м2׺С), можно приближенно принять равными:
Кк=560+60, Вт/(м2׺С) при водяном охлаждении;
Ки=290+60, Вт/(м2׺С) при охлаждении воды.
По результатам расчета определяется тип и фактическая поверхность нагрева теплообменников при этом запас не должен превышать 15 %.
Приводятся характеристики испарителя кожухотрубного типа Я29-ИКТ и конденсатора кожухотрубного типа Я29-ККТ, представленные в табл. 6.5 и табл. 6.6.
Таблица 6.5
Технические характеристики и размеры испарителей кожухотрубных фреоновых марки Я29-ИКТ/Ф
Марка аппарата |
Поверхность теплообмена, м2 |
Количество рядов, шт. |
Масса, кг |
Я29-ИКТ 25-10-4 |
4,1 |
4 |
163 |
Я29-ИКТ 25-15-6 |
6,1 |
4 |
210 |
Окончание табл. 6.5
Марка аппарата |
Поверхность теплообмена, м2 |
Количество рядов, шт. |
Масса, кг |
Я29-ИКТ 25-20-8 |
8,2 |
4 |
254 |
Я29-ИКТ 30-20-12 |
14,6 |
4 |
413 |
Я29-ИКТ 30-25-15 |
18,3 |
4 |
488 |
Я29-ИКТ 30-25-20 |
21,9 |
4 |
562 |
Я29-ИКТ 40-25-30 |
25,7 |
4 |
683 |
Я29-ИКТ 40-25-35 |
32,2 |
4 |
802 |
Я29-ИКТ 40-25-40 |
38,6 |
4 |
920 |
Я29-ИКТ 50-25-50 |
50,9 |
4 |
1151 |
Я29-ИКТ 50-25-60 |
61,1 |
4 |
1313 |
Я29-ИКТ 50-25-80 |
81,5 |
4 |
1653 |
Я29-ИКТ 60-25-90 |
86,5 |
6 |
1780 |
Я29-ИКТ 60-25-120 |
115,3 |
6 |
2234 |
Я29-ИКТ 60-25-140 |
144,2 |
6 |
2667 |
Таблица 6.6
Характеристики испарительных конденсаторов
типа Я29-ККТ (аналог КГТ)
Марка испарительного конденсатора |
Номинальный тепловой поток, кВт |
Площадь теплообменной поверхности, м2 |
Расход воздуха (общий), м3/ч |
Расход воды м3/ч |
Количество вентиляторов |
Установленная мощность электродвигателей, кВт |
Масса, кг |
|
циркулирующей |
свежей |
|||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
Я29-ИК-100 |
260 |
101,2 |
16000 |
28 |
0,35 |
1 |
2,2 |
1300 |
Я29-ИК-150 |
377 |
154,0 |
23000 |
45 |
0,6 |
2 |
3 |
2200 |
Я29-ИК-200 |
520 |
202,4 |
33000 |
56 |
0,7 |
2 |
4,4 |
2700 |
Я29-ИК-250 |
604 |
270,0 |
43000 |
65 |
0,9 |
3 |
4,5 |
3500 |
Я29-ИК-300 |
780 |
303,6 |
50000 |
84 |
1,05 |
3 |
6,6 |
4200 |
Я29-ИК-400 |
1040 |
404,8 |
69000 |
112 |
1,4 |
4 |
8,8 |
5500 |
Я29-ИК-500 |
1300 |
506,0 |
85000 |
140 |
1,75 |
5 |
11 |
6800 |
Я29-ИК-600 |
1560 |
607,2 |
100000 |
168 |
2,1 |
6 |
13,2 |
7300 |
По результатам расчета вычерчивается схема холодильной станции. В спецификации указываются количество и технические характеристики подобранного оборудования.