Расчет холодильной установке

1. Определение температурного режима работы холодильной установки.

Температурный режим холодильной машины характеризует  температура кипения холодного  агента, конденсата, переохлаждения(температура  холодильного агента перед регулирующим вентилем) и всасывания( температура пара на входе в компрессор) 

1.Определим температуру кипения агента при рассольной системе охлаждения объекта  

              (1)

         °С

2. Определим  температуру рассола на выходе из испарителя, то есть на входе в приборы охлаждения 

              (2)

        °С

3. Определим температуру рассола на входе в испаритель, то есть на выходе из приборов охлажденич 

              (3)

        °С

4. Температуру замерзания рассола рассчитаем по следующей формуле 

              (4)

        °С

По температуре  замерзания выбираем рассол, которым  будет являться раствор хлористого кальция CaCl₂ и определяем содержание соли %, плотность ρ, кг/м³ и теплоёмкость рассола ϲ, кДж/(кг∙К),                                                               [1, табл.LI, стр.528],

%=25,2;

ϲ=2,792;

ρ=1235; 

5. Температура воды оборотной системы водоснабжения выходящая из градирни и входящей в конденсатор 

              (5)

- расчетная летняя температура наружного воздуха, °С  [1, табл. XL]

         °С

6. Температура воды на выходе из конденсатора

Рекомендуемый подогрев воды в конденсаторе составляет °С, следовательно 

              (6)

        °С

7. Температура конденсации хладоагента 

               (7)

        °С 

8. Определим температуры хладоагента в переохладителе

Для исключения влажного хода компрессора пар перед  ним перегревается. Этот перегрев может  быть получен либо непосредственно  в испарителе, либо в трубопроводе на пути к компрессору в результате теплопритока от внешней среды. 

              (8)

              (9) 

       °С           °С 

     2. Построение холодильного цикла машины в диаграмме IgP -I и определение основных параметров холодильного агента в характерных точках. 

Таблица 1. Параметры узловых точек холодильной машины

 

Значения параметров точки 2 определяется по расчетному значению энтальпии 

              (10)

- КПД компрессорной машины

  - действительная работа сжатия, кДж/кг    (11)

         кДж/кг

         кДж/кг  

     3. Тепловой расчет и подбор холодильного агрегата. 

1. Удельная массовая холодопроизводительность

                (12)

          кДж/кг

2. Удельная объемная холодопроизводительность

                (13)

          кДж/кг

3. Удельная тепловая нагрузка на конденсатор

               (14)

          кДж/кг 

4. Удельная нагрузка переохладителя

               (15)

          кДж/кг 

5. Работа компрессора в теоретическом (адиабатном) процессе сжатия

                (16)

         кДж/кг 

6. Уравнение  теплового баланса

               (17)

       

7. Теоретический холодильный коэффициент

                (18)

      

8. массовое количество циркулирующего хладоагента

                (19)

         кг/с

9. Действительный объем пара поступающий в компрессор

               (20)

        м³/с 

10. Индикаторный коэффициент подачи компрессора

              (21)

     

11. Коэффициент невидимых потерь для бескрейцкопфных компрессоров 

               (22)

     

12. Коэффициент подачи компрессора 

               (23)

      

13. Теоретическая объемная подача компрессора 

               (24)

          м³/с 

14. Пересчет заданной холодопроизводительности на стандартные условия

      Стандартными  условиями являются: температура  кипения хладоагента t₀ = - 15°С; температура конденсации t_К = 30 °С. 
 
 
 

Таблица 2. Параметры холодильного агента при стандартных условиях. 

 

              (25)

     кДж/кг

   кДж/кг    (26)

        кВт

15. Адиабатная мощность компрессора 

              (27)

           кВт

16. Индикаторный КПД 

               (28)

- эмпирический коэффициент, для аммиачных бескрейцкопфных машин

      

17. Индикаторная мощность 

               (29)

          кВт

18. Мощность трения 

              (30)

- удельное давление трения, для аммиачных машин, кПа.

         кВт

19. Эффективная мощность 

               (31)

      Ne= 93,23 + 14,52 = 107,75

20. Мощность на валу электродвигателя 

              (32)

- КПД передачи

       кВт

21. Эффективная  удельная холодопроизводительность или действительный холодильный коэффициент

                (33)

      

Подбираем конкретный холодильный агрегат с запасом  по производительности 10%. 

Таблица 3. Технические  характеристики поршневых аммиачных  компрессоров 

 

Выбираем три компрессорных агрегата. 

     4. Тепловой расчет и подбор конденсатора 

1. Тепловая нагрузка на конденсатор 

               (33)

         кВт

2. Теплопередающая  поверхность конденсатора 

                (33)

К = 0,80…0,90 – коэффициент  теплопередачи, кВт/м²К

Принимаем К = 0.895  кВт/м²К

- среднелогарифмическая разность  температур

               (34)

         °С

         м²

Запас по площади – 10%

                (35)

         м²

Окончательно  принимаем  м²

Предварительно  принимаем конденсатор 90КТГ [3, табл. 8-7]

      Площадь поверхности - 140 м²

      Число труб – 678 
 
 

3. Расход охлаждающей воды

              (36)

        кг/с 

     Уточненный  расчет конденсатора 

1.число труб  в одном ходу теплообменника

                (37)

N = 6– число ходов,  Z = 678 – число труб

        

2. скорость воды

              (38)

- внутренний диаметр труб, м

- плотность воды, кг/м³

- динамический коэф. вязкости, Па^.с

- коэф. теплопроводности, Вт/(м^.К)

        м/с    

3. Число Рейнольдса 

               (39)

        

4. Число Прандтля 

      

5. Число Нуссельта

              (40)

      

6. Коэффициент  теплоотдачи  от воды к стенке  трубы 

                (41)

         

7. Коэффициент  теплоотдачи  от стенки к  аммиаку

              (42)

- наружный диаметр труб, м

- плотность воды, кг/м³

- динамический коэф. вязкости, Па^.с

- коэф. теплопроводности, Вт/(м^.К)

         

8. Термическое  сопротивление загрязненной стенки 

             (43)

- толщина стенки трубы, мм

- коэффициент теплопроводности  стенки трубы, Вт/м^.К

      

9. Коэффициент  теплопередачи  

               (44)

         

10. Погрешность

         %

Т.к. погрешность  меньше 15%, то конденсатор выбран верно. 
 

     5. Тепловой расчет и подбор испарителя. 

      Предварительный расчет испарителя 

1. холодопроизводительность  испарителя

       кВт  (45)

k = 0,465 – коэффициент теплопередачи, кВт/м²К 

2. предварительная  площадь поверхности испарителя

            (46) 

         м²    
 
 
 

3. средняя разность  температур   

               (47)  

         °С

Выбираем испаритель - 180 ИКТ

      общее число труб Z = 614

      площадь поверхности F = 180 м²

4. расход рассола

               (48)

- теплоемкость рассола, кВт

- температура рассола на выходе  из холодильной камеры, °С

- температура рассола на входе  в холодильную камеру, °С

         кг/с 

     Уточненный  расчет испарителя 

1.число труб  в одном ходу теплообменника

                (49)

N = 4 – число ходов

      

2. скорость рассола

              (50)

- внутренний диаметр труб, м

Физические константы  рассола [1, табл. LI]

       - плотность рассола, кг/м³

       - динамический коэф. вязкости, Па^.с

       - коэф. теплопроводности, Вт/(м^.К)

        м/с 

3. Число Рейнольдса

              (51)

        
 
 

4. Число Прандтля 

               (52)

      

5. Число Нуссельта 

             (53)

отношение принимаем 0.93

        

6. Коэффициент  теплоотдачи  от рассола к  стенки трубы 

                (54)

         

7. Коэффициент  теплоотдачи  от стенки к аммиаку 

             (55) 

Физические константы  аммиака [1, табл. LI]

       - плотность аммиака жидкого,  кг/м³

       - плотность аммиака газообразного,  кг/м³

       - динамический коэф. вязкости, Па^.с

       - коэф. теплопроводности, Вт/(м^.К)

      - кинематический коэффициент  вязкости

      - коэффициент поверхностного  натяжения

               (56)

Принимаем °С – температура стенки трубы

          °С

            (57)

          
 
 
 
 
 

8. термическое  сопротивление загрязненной стенки

               (58)

- толщина стенки трубы, мм

- коэффициент теплопроводности  стенки трубы, Вт/м^.К

- коэффициент загрязнения со  стороны рассола и аммиака

      

9. Коэффициент теплопередачи   

               (59)

        

Ошибка  %

Т.к ошибка меньше 15%, то испаритель 140 ИКТ выбран верно.

        
 

            6. Расчет циркуляционных насосов 

Циркуляционные насосы подбираем по их подаче 

1. Расход охлаждающей  воды, поступающей в конденсатор

               (64)

 °С – подогрев воды в  конденсаторе

- тепловая нагрузка на конденсатор,  кВт

- плотность воды, кг/м³

с = 4,19 – теплоемкость воды, кДж/кг^.К

         м³/ч

Выбираем 1 насоса 8 К-12 + резерв

            V = 220 м³/ч, N = 40 кВт, n = 1450 об/мин  [3, табл. 6-3] 

2. Расход рассола

               (65)

 °С – разность температур  рассола на входе и выходе  из испарителя

- тепловая нагрузка на испаритель, кВт

- плотность рассола, кг/м³   [1, табл. LII]

с_Р = – теплоемкость рассола, кДж/кг^.К  [1, табл. LII]

         м³/ч

Выбираем 1 насоса 6 К-8 + резерв

            V = 190 м³/ч, N = 28 кВт, n = 1450 об/мин [3, табл. 6-3] 
 
 

     7. Расчет и выбор градирни 

Градирню выбираем по площади поперечного сечения

                (66)

- удельная тепловая нагрузка  на градирню, кВт/м²

               (67)

- плотность орошения,       [2, стр. 365]

         кВт/м²

          м²

Выбираем 2 градирни ГПВ-320 и1 градирню ГПВ-40М. 
 
 
 

     8. Расчет теплопритоков в холодильную камеру 

Принимаем высоту холодильной камеры h = 6 м, длину a = 24 м, ширину b = 12 м.

1. Теплопритоки  через ограждающие конструкции 

1.1 Теплопритоки через стены

Конструкцию стен выбираем согласно [4. табл. 8-5] 

 
 
 
 

Рисунок 2. Конструкция стен 

Таблица 4. Конструкция стен

 

Суммарное тепловое сопротивление

                (68)

       

Коэффициент теплопередачи стены

                (69)

          

Площадь стен

               (70)

         м²

Теплопритоки  через стены

              (71)

- температура наружного воздуха,  °С

- температура воздуха внутри  холодильной камеры, °С

        Вт

1.2 Теплопритоки через полы

Конструкцию стен выбираем согласно [4. табл. 8-5]