Бытовой двухкамерный компрессионный холодильник

Бытовой двухкамерный компрессионный холодильник

Задание

на курсовое проектирование по дисциплине

«Тепломассообменное оборудование промышленных предприятий»

ТЕМА:

Бытовой двухкамерный компрессионный холодильник

студенту группы ПТЭ-41 Исмагилову Р.Р.

Содержание

Введение

. Описание конструкции бытового холодильника

. Расчёт теплопритоков в шкаф бытового холодильника

. Тепловой расчет холодильной машины

. Расчёт поршневого компрессора

. Расчёт теплообменных аппаратов

. Расчёт капиллярной трубки

. Обоснование выбора основных материалов

Список литературы

Введение

Бытовые холодильники предназначены для кратковременного хранения скоропортящихся пищевых продуктов, пищевых полуфабрикатов и готовых блюд в охлажденном виде, а при наличии морозильного отделения - также замороженных продуктов. Однако не менее успешно обычные бытовые холодильники используют еще и во многих медицинских учреждениях для хранения различных медикаментов и многого другого. Использование бытовых холодильников не по назначению происходит в результате малого финансирования, а также по причине незнания о существовании специальных холодильников.

Номенклатура выпускаемых холодильников разнообразна. Общие технические условия на бытовые холодильники определены в ГОСТ 16317-76.

По типу охлаждающего устройства домашние холодильники бывают:

Компрессионные (охлаждаемые компрессионными холодильными машинами)

Абсорбционные (охлаждаемые абсорбционными машинами непрерывного действия)

Термоэлектрические (охлаждаемые термоэлектрическими батареями)

В соответствии с ГОСТ 16317-76, компрессионные холодильники обозначаются буквой - К, абсорбционные - А, абсорбционные с газовым подогревом генератора - АГ.

Наибольшее распространение на сегодняшний день имеют бытовые компрессорные холодильники. Практически все холодильники выпускаются компрессионного типа. Холодильники этого типа дешевы в изготовлении, безопасны в эксплуатации, просты в ремонте. В качестве хладагента в бытовых компрессионных холодильниках применяются газы в большинстве случаев - фреоны, и в последнее время - изобутаны.

По конструктивному исполнению, два последних типа холодильников могут быть одно-, двух- и многокамерными.

Холодильники классифицируются также по конструкции системы охлаждения:

с естественной циркуляцией воздуха

с принудительной циркуляцией

с комбинированной системой

Оттаивание испарителя может осуществляться за счёт естественного отепления воздуха, полуавтоматически или автоматически.

Холодильники выпускаются на номинальное напряжение 127 или 220 В. Уровень звука на расстоянии 1 м от наружного контура холодильника не должен превышать 42 дБА.

На дверках низкотемпературного отделения холодильника наносится маркировка: при температуре - 6°С- *

при температуре - 12 °С - * *

при температуре - 18 °С - * * *

Для холодильников с металлической камерой допускается увеличение расхода электроэнергии до 10 % от указанных выше значений. Допускается также увеличение нормы расхода электроэнергии для холодильников с номинальной температурой в низкотемпературном отделении: -12 °С - на 5%, -18°С- на 10%.

1. Описание конструкции бытового холодильника

Холодильник выполнен в виде шкафа, на задней стенке которого расположен холодильный агрегат. В верхней части шкафа холодильника расположены низкотемпературное отделение, в нижней - холодильное соответственно с теплоизоляциями из пенополиуретана и пенополистирола.

Низкотемпературная камера выполнена в виде отдельного металлического шкафа и крепится к нижнему шкафу четырьмя болтами. Холодильная камера состоит из корпуса, облицованного снаружи металлическими панелями, а изнутри - пластмассой.

В холодильной и низкотемпературной камерах имеются съемные решетчатые полки 4 и 7 (рис. 1). Холодильный агрегат имеет два испарителя 5 и 9, обеспечивающих температуру в низкотемпературной камере не выше минус 18°С, а в холодильной камере от 0 до 5°С.

Рис. 1.Холодильник «Смоленск-6»: 1 - сосуды для овощей и фруктов; 2 - стеклянная полка; 3 - лоток для слива талой воды; 4, 7 - решетчатые полки; 5 - испаритель холодильной камеры; 6 - пробка сливной трубки; 8 - ванночка для льда; 9 - испаритель низкотемпературной камеры; 10 - сервировочная плоскость; 11 - решетка; 12, 13 - терморегулятор и электролампочка; 14 - уплотнитель двери низкотемпературной камеры; 15 - крышка; 16 - уплотнитель двери холодильной камеры; 17 - магнитный уплотнитель; 20 - барьер; 18 - переставные полки; 19 - панель двери; 21 - фильтр-осушитель; 22 - прокладка; 23 - конденсатор; 24 - задняя стенка; 25 - задний упор; 26 - винт крепления конденсатора; 27 - болт; 28 - ванночка для сбора и испарения талой воды; 29 - герметичный компрессор; 30 - клеммная колодка; 31 - пускозащитное реле.

Обе камеры имеют индивидуальные двери. Плотность прилегания дверей обеспечивается уплотнителями 14 и 16,с магнитной вставкой, которые являются одновременно и запирающим устройством дверей.

Охлаждение воздуха и хранящихся продуктов в камерах холодильника осуществляется закрепленным на задней стенке холодильным агрегатом, представляющим собой герметичную систему, внутри которой циркулирует хладагент - хладон-12. Охлаждение испарителя достигается дросселированием циркулирующего в системе холодильного агрегата хладона при помощи капиллярной трубки и кипением его в каналах испарителей при низком давлении. Поддержание необходимой температуры в холодильной камере обеспечивается периодическим включением мотор-компрессора 29, осуществляемым терморегулятором 12, датчик которого реагирует на изменение температуры стенки испарителя и холодильной камеры.

Оттаивание испарителя 5 холодильной камеры осуществляется автоматически в цикле (во время останова мотор-компрессора) с отводом талой воды в ванночку 8 на задней стенке холодильника и с последующим ее испарением. Оттаивание испарителя низкотемпературной камеры естественное (по мере надобности).

Режим работы холодильника задается установкой соответствующего деления шкалы на ручке терморегулятора против указателя. Для предотвращения засорения капиллярной трубки и замерзания в ней влаги, случайно попавшей в систему холодильного агрегата перед капиллярной трубкой установлен фильтр-осушитель 21.

. Расчёт теплопритоков в шкаф бытового холодильника

Проводим расчёт теплопередающих поверхностей холодильного шкафа.

Внешние размеры: 1250×600×570

Толщина панелей: толщина двери 30 мм;

толщина потолка и пола 40 мм;

толщина задней стенки 40 мм.

а) Площадь боковой стенки:  м2

 м2

б) Площадь дна:  м2

в) Площадь потолка:  м2

г) Площадь задней стенки:  м2

м2

д) Площадь задней накл. стенки:  м2

е) Площадь двери:  м2

 м2

Расчёт перепада температур.о.с.=32 оС.х.к.=4 оС.м.к.=-18 оС.

∆tх.к.= tо.с.- tх.к.=32-4=28 оС.

∆tм.к.= tо.с.- tм.к.=32-(-18)=50 оС.

Определяем коэффициенты теплопередачи окружающих конструкций холодильника.

- коэффициент теплоотдачи охлаждаемой среды к внутренней поверхности.

- коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности к окружающей среде.

= 1,7 Вт/м2·К                                = 6 Вт/м2·К     

= 2,1 Вт/м2·К                               = 10 Вт/м2·К   

= 45,4 Вт/м·К - коэффициент теплопроводности стали

= 0,0465 Вт/м·К - коэффициент теплопроводности полистирола

= 0,021 Вт/м·К - коэффициент теплопроводности ППУ

 = 1 мм                  = 4 мм                           = 25 и 35 мм

 Вт/м2·К. - коэффициент теплоотдачи боковой стенки.

 Вт/м2·К.- коэффициент теплоотдачи дна.

 Вт/м2·К.- коэффициент теплоотдачи потолка.

 Вт/м2·К. - коэффициент теплоотдачи задней стенки.

Вт/м2·К.- коэффициент теплоотдачи двери.

Проверка поверхностей на условие конденсации.

tо.с.= оС, φ ≈ 80÷85%·(tо.с.- tх) = ·(tо.с.- tр).

,

гдер - температура точки росы.х - температура холодильника.

По диаграмме при tо.с.= 32оС tр= 27 оС.

Стенка:  Вт/м2·К.

 Вт/м2·К.

Дно:  Вт/м2·К.

Потолок:  Вт/м2·К.

Задняя стенка:  Вт/м2·К.

 Вт/м2·К.

Дверь: Вт/м2·К.

 Вт/м2·К.

Во всех пяти случаях  max, следовательно, конденсация не происходит.

Определяем теплопритоки через отдельные элементы ограждения холодильника.

= ki·∆t·Fi, Bт.

Боковая стенка:  Вт

 Вт

где ∆tм.к=tо.с.-tм.к. = 32 оС - (-18) оС.

∆tх.к=tо.с.-tх.к. = 32 оС - 2 оС.

Дно Вт

Потолок: Вт

Задняя стенка:

 Вт

 Вт

Дверь:  Вт

 Вт

суммарная величина теплопритоков ограждения:

Определяем теплопритоки от термической обработки продуктов.

.

Мсут - суточное хранение продуктов, кг.

При максимальном коэффициенте эксплуатации морозильная камера заполняется говядиной на 50%, холодильная камера заполняется говядиной на 20%.

 Вт

 Вт

 Вт

Определяем теплоприток при открывании двери.

Число открываний в сутки: nх.к=25; nм.к=4.

 Вт

 Вт

Вт

Теплоприток от электроприборов.

Вт

где Nэл - мощность лампочки, Вт

τ- время открывания, с

Суммарные потери

. Тепловой расчет холодильной машины

холодильник бытовой двухкамерный компрессионный

В данном холодильнике рабочим хладагентом является фреон.

Принимается в холодильнике с естественной циркуляцией:

 - температура кипения фреона.

 - температура конденсации.

.

По  и  определяем давление кипения  и конденсации .

По таблице свойств фреона:

Схема холодильника

Строим рабочий цикл холодильной машины с учётом следующего:

.

.

Процесс 1-1’ - подогрев паров хладагента в мотор-компрессоре. Давление в точке 1 есть давление кипения Р0.

ав - нагревание ХА за счёт теплообмена со стенками цилиндра.

вс - сжатие ХА с отдачей теплоты стенками цилиндра.

,

где   - потеря давления на всасывающих клапанах.

,

где  - потеря давления на нагнетательных клапанах.

Определяем положение точки 4

Для определения положения точки 4 используем уравнение теплового баланса.

,

где  - коэффициент, учитывающий долю при регенерации в процессе перегрева.

.

кДж/кг

Заполняем таблицу основных параметров рабочих точек цикла.

Рассчитываем следующие параметры:

. удельную массовую холодопроизводительность.

 кДж/кг

. удельную объёмную холодопроизводительность.

 кДж/м3

. удельную теплоту отводимую в конденсаторе.

 кДж/кг.

. удельную изотропную работу цикла.

 кДж/кг.

5. массовый расход рабочего тела ХА.

кг/с

где  Вт.

. теплоту, отводимую от конденсатора.

 Вт

7. изотропную мощность компрессора.

 Вт

8. холодильный коэффициент цикла.

. Расчёт поршневого компрессора

Определяем объёмный расход ХА в компрессоре.

 м3/с.

Определяем составляющие коэффициента подачи и рассчитываем коэффициент подачи λ.

,

где

 - объёмный коэффициент.

р = 0.9 ÷ 1.05 - политропа расширения конечных параметров; mр=1,05.= 0,02 ÷ 0,05 - относительный мёртвый объём; Gm = 0,02.

 - коэффициент дросселирования; .

 - индикаторный коэффициент.

 - коэффициент плотности; .

 - коэффициент подогрева.

Теоретическая объёмная производительность компрессора.

 м3/с.

По объёмной производительности подбирается марка холодильного компрессора (компрессор - ХКВ8-1ЛМТ)

Вычисляем диаметр и ход поршня.

,

где- ход поршня;- частота вращения (n=48с-1);- диаметр поршня;ср - средняя скорость движения поршня (Cср =1,8м/с).

Энергетические потери и мощность компрессора- индикаторная мощность, затрачиваемая на сжатие паров ХА в действительном компрессоре.

 Вт

ηi =0,7 ÷ 0,85 - индикаторный КПД для малых холодильных компрессоров.

ηi =0,8.тр - мощность на преодоление сил трения.

 Вт

где  - удельное давление трения;

Определяем эффективную мощность или мощность на валу компрессора.

 Вт

Потери, связанные с трением учитываются механическим КПД:

Эффективный КПД.

Для того, чтобы перейти от эффективной мощности Nе компрессора к мощности, потребляемой электродвигателем из сети Nэ необходимо учесть КПД электродвигателя.

 Вт,

где .

Электрический КПД.

При сопоставлении различных компрессоров и их технических характеристик используют их эффективный холодильный коэффициент εе и общий или электрический коэффициент .

. Расчёт теплообменных аппаратов

Расчёт производится на основе известной рассчитанной нагрузки на аппарат. (Q0 и Qк).

Расчёт и подбор конденсатора.

Определяем среднелогарифмическую разность температур между воздухом и ХА и коэффициент теплопередачи от ХА к воздуху.

∆tн, ∆tк - разность температур потоков на входе и выходе из ТО аппарата.

.

К - коэффициент теплопередачи от воздуха к ХА.

К=9 ÷ 12 Вт/м2К (для конденсатора) Кк=11.

К=3,5 ÷ 7 Вт/м2К (для испарителя) Ки = 5.

Среднелогарифмический перепад температур.

оС.

Определяем площадь поверхности конденсатора.

 м2

Действительная площадь конденсатора.

Площадь трубки:

Диаметр трубки d = 6 мм = 0,006 м

Длина трубки:

Площадь прутков:

Длина прутков

Радиус прутков

.

Подбор и расчёт испарителя.

, м2,

где

Среднелогарифмический перепад температур:

6. Расчёт капиллярной трубки

Обычно это медная трубка.

. Принимаем

При заданном внутреннем диаметре вычисляем длину.

µ - динамическая вязкость ХА. (Па·с).

µ = 0,204·10-3 - динамическая вязкость ХА. (Па·с). При t=32оC

.

. Обоснование выбора основных материалов

Ограждение холодильника - трёхслойное. Наружный слой выполняется из металла - Ст 10, толщиной 1 мм; промежуточный - пенополиуретан ППУ-309М ТУ 2226-214-00244147-2001, толщиной от 35 до 45 мм; внутренний слой - ударопрочный полистирол УПС-0803Л, толщиной 4 мм ГОСТ 28250-89;

Трубки конденсатора выполняются из меди диаметром 6 мм. К змеевику под прямым углом к трубам приварены прутки из стальной проволоки диаметром 1,5 мм ГОСТ 2246-70;

Испаритель О-образный изготавливается из нержавеющей стали;

Капиллярная трубка и фильтр-осушитель выполняются из меди. На капиллярные трубки существует ГОСТ 2624-77 «Трубки капиллярные медные и латунные»;

Уплотнители для дверей поливинилхлоридные ТУ 6-55-12-88;

Герметичность шкафа холодильника обеспечивается пастой ПВ-3 на основе хлорвиниловой смолы. Поверхность шкафа фосфарируют, затем грунтуют и дважды покрывают эмалью МЛ-12-01;

Список литературы

1.      Бабакин Б.С., Выгодин В.А. Бытовые холодильники и морозильники: Справ.: Учеб.пособие для вузов.-2-е изд. испр. и доп. - М.: Колос, 2000.-656, [1]с.:ил.

.        Лепаев Д.А. Ремонт бытовых холодильников: Справочник -2-е изд. испр. и доп. - М.: Легпромиздат, 1989.-304,[1]с.:ил.

.        Мааке В. И др. Польманн:Учебник по холодильной технике. Основы - комплектующие - расчёты. Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание холодильных установок / В. Мааке, Г.-Ю. Эккерт, Жан-Луи Коршен-М.:Изд-во Моск. ун-та, 1998.-1142с.:ил.