Расчет судовой холодильной установки

метки: Холодильный, Расчет, Температура, Выбор, Определяться, Солнечный, Радиация, Машин

Использование искусственного холода на судах связано, прежде всего, с перевозками скоропортящихся пищевых продуктов и хранением продовольственных запасов для экипажей и пассажиров в провизионных кладовых. Условия хранения и перевозки пищевых продуктов (скоропортящихся грузов) в зависимости от их номенклатуры регламентируются соответствующими инструкциями и нормативными документами.

Главными источниками искусственного холода на судах являются холодильные машины. С их помощью получают и поддерживают температуры от +10 до -150 С. Холодопроизводительность таких машин от десятков ватт до мегаватт. Используются холодильные машины разных типов: паровые компрессионные, газовые компрессионные, воздушные компрессионные, абсорбционные, пароэжекторные.

Наиболее широкое применение на судах нашли парокомпрессионные холодильные машины как наиболее экономичные, компактные и универсальные.

В состав судовой холодильной установки могут входить: одна или несколько холодильных машин, дополнительное оборудование и системы, необходимые при производстве и использовании искусственного холода (системы энерго- и водоснабжения, приготовления и подачи промежуточного хладоносителя и др.), а также приборы и системы управления, контроля, защиты, сигнализации и автоматического регулирования, обеспечивающие нормальную работу холодильных машин.

Судно может иметь несколько децентрализованных холодильных установок различного назначения.

Холодильные установки входят также в состав судовых систем комфортного и технического кондиционирования воздуха.

Судовая холодильная техника и техника кондиционирования воздуха непрерывно совершенствуются: уменьшается материалоемкость, улучшаются и унифицируются конструкции оборудования, повышаются его энергетическая эффективность, надежность и долговечность, снижаются эксплуатационные затраты.

рефрижераторный теплоприток компрессор холодопроизводительность

Техническое задание

Выполнить расчет судовой холодильной установки согласно разделам:

1. Выбор и расчет изоляции рефрижераторного трюма.

2. Определение холодопроизводительности рефрижераторной установки.

3. Расчет и выбор основного оборудования холодильной машины (компрессора, электродвигателя, конденсатора, испарителя) для холодопроизводительности, полученной при расчете теплопритоков во втором разделе.

Холодильные машины

... машин весьма выгодно на предприятиях, где имеются вторичные энергоресурсы (отработанный пар, горячая вода, отходящие газы промышленных печей и т.д.). Принцип действия пароэжекторных холодильных машин Способ получения холода ... хладагента. Механическая работа абсорбционных холодильных установок значительно меньше, чем компрессионных, ... цикл отличается от идеального тем, что часть абсорбента испаряется ...

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Тип холодильной установки…без теплообменником рассольного типа , Тип хладагента аммиак R-717 , Температура наружного воздуха, t _н , С 22

Температура забортной воды, t _зв , С 17

Температура воздуха в трюме, t _тр , С -10

Высота подводного борта, H _пб , м 2

Высота надводного борта, H _нб , м 1,5

Ширина трюма, В, м 3,5

Длина трюма, L, м 12

Высота набора (полособульб (обратный угольник)), h, м 0,17

Размер шпации, S, м 0,8

Результаты работы представляются в виде расчетно-пояснительной записки, выполненной чернилами либо машинописным текстом.

Графическая часть выполняется на листе формата А1. Здесь необходимо разместить принципиальную схему холодильной установки, холодильный цикл в диаграммах S-T и i-lgP, таблицу с указанием параметров в характерных точках цикла и типовые изоляционные конструкции ограждений рефрижераторного трюма.

1. Выбор и расчет изоляции рефрижераторного трюма

Характеристики выбранного теплоизоляционного материала (пенопласт ФК-20):

Температура 0-20 °С;

Объемная плотность 180 кг/м ³ ;

Коэффициент теплопроводности 0,06 Вт/(м*К)

Приведенная толщина изоляции

м,(1)

где h — высота профиля набора, м;

• i — толщина изоляции между профилем набора и внутренней обшивкой, м;
• коэффициент теплопроводности изоляции, Вт/(м*К);
• коэффициент теплопроводности дерева, Вт/(м*К);
• Вт/(м*К);

• а — толщина внутренней обшивки, м; а=0,03 м.
• по графику М.Г.Хетагурова в зависимости от величин S _ш (шпации) и определяется безразмерный критерий формы изоляционной конструкции с металлическим набором без бруса Ф_н , с брусом Ф_нб : Ф_н =4,9 и Ф_нб =7,1;

• по графику М.Г. Хетагурова в зависимости от отношения /, величины V (толщины изоляции между брусом и внешней обшивкой) и ширины бруса С _б находится поправочный коэффициент или :

• /=0,174/0,06=2,9;

С _б =0,07 м;

• V=h/2=0,02 м;
• =1,41 и =1,52;
• критерий формы изоляционной конструкции с набором и брусом

Ф _нб ==;

• коэффициент теплопередачи изоляционной конструкции
• (2)

2. Определение холодопроизводительности рефрижераторной установки

Расчет тепловой нагрузки производится по формуле:

Q ₀ =Q₁ +Q₂ +Q₃ +Q₄ +Q₅ +Q₆ ,(3)

где Q ₀ — суммарные теплопритоки, Вт;

Q ₁ — теплопритоки через ограждения кладовых, Вт;

Q ₂ — теплопритоки от термообработки продуктов, Вт;

Q ₃ — теплопритоки от охлаждения тары, Вт;

Q ₄ — теплопритоки от вентиляции кладовых, Вт;

Q ₅ — теплопритоки от работающих в кладовых механизмов, Вт

Q ₆ — прочие неучтенные теплопритоки, Вт.

Теплопритоки через ограждения

,(4)

где — теплопритоки от разности температур наружной окружающей среды и воздуха кладовых, Вт;

• теплопритоки от поглощения наружной поверхностью ограждений кладовой солнечной радиации, Вт.

Теплопритоки в охлаждаемое помещение, обусловленные разностью температур окружающей среды и воздуха в помещении

,(5)

где k -коэффициент теплопередачи изоляционной конструкции, ;

F — площадь ограждения, м ² ;

t _н — температура окружающей среды, °С;

t _оп — температура в охлаждаемом помещении, °С.

Результаты расчетов по определению теплопритоков через ограждения из-за разности температур сведены в табл.1.

Таблица 1. Расчет теплопритоков через ограждения.

Ограждаемая поверхность	Площадь F i , м2	Коэффициент теплопередачи k,	Температура наружной поверхности t н ,°С	Тепература в охлаждаемом помещении t оп , °С	Температурный напор , °С	Величина теплопритокаQ 1T , Вт
Носовая переборка	8,75	0,56	22	-10	32	156,8
Кормовая переборка	8,75	0,56	22	-10	32	156,8
Палуба	42	0,56	22	-10	32	752,6
Второе дно	42	0,56	17	-10	27	635
Надводный борт правый	18	0,56	22	-10	32	322,6
Надводный борт левый	18	0,56	22	-10	32	322,6
Подводный борт правый	24	0,56	17	-10	27	362,9
Подводный борт левый	24	0,56	17	-10	27	362,9
Суммарный теплоприток						3073,2

Теплопритоки от поглощения наружной поверхностью ограждений теплоты солнечной радиации

,(6)

где k -коэффициент теплопередачи изоляционной конструкции, ;

• коэффициент теплоотдачи от наружного воздуха к ограждению, ;
• напряжение солнечной радиации, ;
• коэффициент поглощения солнечной радиации;

F — поверхность, подверженная солнечной радиации (палуба F=42),

Коэффициент теплоотдачи от наружного воздуха к ограждению

,(7)

где — скорость движения воздуха относительно судна (принять равной 8,5 м/с).

Значения величин и приведены в таблицах 5 и 6 [1] (по РД 5.5231-88)

=1047 ;

• =0,4 (для гладкой поверхности, окрашенной белой краской).

Вт.

Общий теплоприток в охлаждаемое помещение через ограждающие поверхности

Вт

Теплопритоки от термообработки груза (мяса, рыбы и жиров)

,(8)

где — масса провизии, подвергающаяся термообработке, кг;

• , — энтальпии провизии в начале и в конце процесса термообработки, кДж/кг;
• z — время термообработки (принять 12 часов).

Масса провизии

,(9)

где — объем охлаждаемого помещения, ;

;

• удельный погрузочный объем (принять равным 1,8 согласно табл.3 [1]);

кг.

Величины энтальпий провизии взяты из табл.7 [1] соответственно температурам в начале и в конце термообработки

кДж/кг;

• кДж/кг.

Теплопритоки от термообработки груза

Вт

Теплопритоки от охлаждения тары

Вт(10)

Теплопритоки от вентиляции охлаждаемого помещения

,(11)

где — плотность воздуха при температуре и относительной влажности охлаждаемого помещения, , (принять равной 1,3 );

• n — число обменов воздуха в сутки (принять равным 2);

Вт.

Теплопритоки от работающих механизмов (электродвигателей вентиляторов и насосов)

,(12)

где N — мощность механизмов, Вт, (для рассольной системы принять N=2,5 кВт);

Вт.

Прочие неучтенные теплопритоки в охлаждаемое помещение

Вт.(13)

Суммарные теплопритоки в охлаждаемое помещение на режиме хранения

Вт.(14)

Необходимая холодопроизводительность установки (суммарные теплопритоки на режиме термообработки)

Вт.(15)

3. Расчет и выбор основного оборудования холодильной установки

Расчет и выбор основного оборудования холодильной машины (компрессора, электродвигателя, конденсатора, испарителя) для холодопроизводительности, полученной при расчете теплопритоков в предыдущем разделе.

Принимаются следующие температуры:

1) забортной воды ,С (по заданию), С;

2) охлаждающей воды, входящей в конденсатор

С;

3) конденсации хладагента (по РД 5.5231-88)

С;

4) жидкого хладагента на выходе из конденсатора (с учетом переохлаждения)

С;

5) жидкого хладагента перед терморегулирующим вентилем при наличии регенеративного теплообменника

Регенеративный теплообменник отсутствует;

6) кипения хладагента в испарительных аппаратах: для испарителей в сиистеме рассольного охлаждения

С;

7) хладагента на выходе из испарительных аппаратов

С;

8) пара хладагента на выходе из регенеративного теплообменника определяется по энтальпии из уравнения теплового баланса

Регенеративный теплообменник отсутствует

Удельная холодопроизводительность , кДж/кг определяется по диаграмме i-lgP (рис.1)

кДж/кг.(16)

Объемная холодопроизводительность , кДж/м ³

кДж/м ³ (17)

где V ₁ — удельный объем паров при температуре всасывания, .

Количество хладагента, циркулирующего в системе , кг/ч:

кг/ч(18)

Часовой объем хладагента, поступающего в компрессор V _ч ,

• (19)

Коэффициент подачи компрессора

(20)

где С- относительная величина вредного пространства (С=0,015-0,05);

• давление конденсации и кипения хладагента, МПа;
• температуры конденсации и кипения хладагента, К.

  Таблица 2.

Параметры цикла в узловых точках.

Узловые точки	Температура ,С	Давление Р, МПа	Энтальпия i, кДж/кг	Удельный объем V, м 3 /кг	Сухость x
1	17	0,17	1720	0,68	>1
2	125	1,21	1960		>1
3	30	1,21	565		0
4	24	1,21	540		0
5	-22	0,17	540		X=0,16

Диаметр цилиндра компрессора D, м

,(21)

где — отношение хода поршня к его диаметру (принять 1,2);

• об/мин — частота вращения;
• число цилиндров компрессора (принять z=4);

м.

Работа, затрачиваемая при адиабатическом сжатии 1 кг хладагента l, кДж/кг, определяется по диаграмме i-lgP

кДж/кг.(22)

Адиабатная мощность компрессора

кВт.(23)

Индикаторная мощность компрессора

,(24)

где — индикаторный КПД, b=0,001-0,0025 — коэффициент, учитывающий вязкость хладагента (для фреонов b=0,0025).

(25)

кВт.

Мощность, затрачиваемая на трение в компрессоре

,(26)

где — часовой объем, описываемый поршнями компрессора, ;

;(27)

• условное давление трения, ;
• кВт.

Мощность на валу компрессора

кВт.(28)

Механический КПД компрессора

• (29)

Холодильный коэффициент цикла

теоретический ;(30)

действительный .(31)

Стандартная холодопроизводительность компрессора

• (32)

Для определения производится построение стандартного цикла в диаграмме i-lgP (рис.2) по параметрам:

С — температура конденсации4

С — температура хладагента перед ТРВ;

С — температура испарения.

По диаграмме определяется удельная холодопроизводительность в стандартном цикле

кДж/кг(33)

и объемная производительность

• (34)

Коэффициент подачи компрессора в стандартном цикле

(33)

Охлаждающая поверхность коденсатора

,(34)

где — тепловая нагрузка конденсатора, Вт;

Вт;(35)

• коэффициент теплопередачи конденсатора, отнесенный к наружной поверхности труб, , (принять =450 );
• средняя логарифмическая разность температур в конденсаторе, С;

,(36)

где С — температура на выходе из конденсатора, С;

Расход охлаждающей воды на конденсатор

• (37)

Охлаждающая поверхность испарителя при рассольной системе охлаждения

,(38)

где — коэффициент теплопередачи испарителя (=350);

• С — средняя логарифмическая разность температур (принять С);

Подача рассольного насоса

Заключение

В данном курсовом проекте был произведен расчет судовой холодильной установки. Требуемая холодопроизводительность установки Вт, материал тепловой изоляции холодильных камер -Пенопласт-ФК20.

По полученному значению часовых объемов, описываемых поршнями компрессора, подобран компрессор марки ПБ80 (согласно ГОСТ 6492-81 [2]) с характеристиками: число цилиндров z=6, , холодопроизводительность кВт, N=30 кВт, частота вращения n=24 с ^-1 , диаметр цилиндра D=76 мм, ход поршня S=66 мм.

По полученному значению поверхности конденсатора ()подобран конденсатор марки МКТР-21 с площадью теплопередающей поверхности равной 21 .

По полученному значению теплообменной поверхности испарителя () подобран кожухотрубный испаритель марки МИТР-13.

Список литературы

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/raschet-holodilnoy-mashinyi-r/

1. Щегельский В.Я. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине “Судовые холодильные установки и системы кондиционирования воздуха ”. Кафедра СВЭОС. — В.: Морской государственный университет имени адмирала Г.И. Невельского, 2004. — 38с.

2. Лалаев Г.Г. Судовые холодильные установки и системы кондиционирования воздуха. — М.: Транспорт, 1981. — 248 с.

3. Швецов Г.М., Ладин Н.В. Судовые холодильные установки. Учебник для вузов. — М.: Транспорт, 1986. — 232 с.