|
0С   ,  ,0С
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2
|
500
|
-6
|
-11
|
32
|
20
|
0,8
|
0,92
|
1,4
|
9
|
Введение
Холодильные машины и установки предназначены для
искусственного снижения и поддержания пониженной температуры ниже температуры
окружающей среды от 10 °С и до −153 °С в заданном охлаждаемом объекте.
Машины и установки для создания более низких температур называются криогенными.
Отвод и перенос тепла осуществляется за счет потребляемой при этом энергии.
Холодильная установка может состоять из одной
или нескольких холодильных машин, укомплектованных вспомогательным
оборудованием: системой энерго- и водоснабжения, контрольно-измерительными
приборами, приборами регулирования и управления, а также системой теплообмена с
охлаждаемым объектом.
Холодильное оборудование подразделяется на
промышленное, торговое, бытовое. Промышленное холодильное оборудование -
оборудование, имеющее, как правило, в своем составе холодильные системы и (или)
установки холодопроизводительностью свыше 15 КВт.
Холодильная система - комплекс холодильного
оборудования (один или несколько компрессоров, конденсаторов, испарителей
различного типа, ресиверов и др.), в котором циркулирует или находится
хладагент для производства искусственного холода. Холодильная установка -
совокупность одной или нескольких холодильных машин и всех узлов, агрегатов,
элементов, трубопроводов и жидкостей, необходимых для их функционирования, а
также распределения и использования холода.
Холодильная машина - категория тепловых машин,
которые, поглощая энергию, имеют своей целью изъятие тепла от тел с низкой
температурой и передачу его телам с более высокой температурой.
Различают несколько типов холодильных машин.
По способу получения холода - компрессионные,
абсорбционные и термоэлектрические (в маркировке холодильников типы холодильных
агрегатов обозначаются первыми заглавными буквами: К- компрессионные, А-
абсорбционные с электрическим нагревателем, АГ - абсорбционные с газовым
нагревателем, ТЭ - термоэлектрические).
По холодильному агенту - фреоновые (хладоновые),
аммиачные и др.
По холодопроизводительности - малые, средние и
крупные.
По области применения различают стационарные
(кухонные и комнатные) и переносные (термостаты) бытовые холодильники.
По назначению:
- холодильники - приборы, обеспечивающие
хранение продуктов в охлажденном и замороженном состоянии;
- морозильники - приборы,
обеспечивающие быстрое замораживание продуктов с последующим их длительным
хранением;
- холодильники-морозильники -
конструктивно объединенные в одно изделие холодильник и морозильник, имеющие
автономные агрегаты.
Аммиачная холодильная установка (АХУ) -
холодильная установка компрессионного или абсорбционного типа, в которой в
качестве хладагента используется аммиак.
Аммиачная холодильная установка является химически
опасным объектом, поскольку аммиак - сильнодействующее ядовитое вещество,
обладающее удушающим и нейротропным действием. Использование аммиака, как
потенциально опасного газа, достаточно строго регламентируется правилами
безопасности аммиачных холодильных установок.
Аммиак не растворяется в смазке, нечувствителен
к влаге, и его легко можно обнаружить при утечке. Дополнительными
преимуществами аммиака являются его низкая цена и то, что он не способствует
созданию парникового эффекта.
Недостатком аммиака является его высокая
токсичность, взрывоопасность, при растворении в воде он создаёт опасность ожога
из-за выделения большого количества тепла, а также имеет высокую температуру
нагнетания при сжатии.
Требования к хладагентам подразделяются на
следующие группы:
· экологические - низкий потенциал
глобального потепления, озонобезопасность, негорючесть и нетоксичность;
· термодинамические - большая объемная
холодопроизводительность; низкая температура кипения при атмосфер ном давлении;
невысокое давление конденсации; хорошая теплопроводность; малые плотность и
вязкость хладагента, обеспечивающие сокращение гидравлических потерь на тре ние
и местные сопротивления при его транспортировке; максимальная приближенность к
заменяемым хладагентам (для альтернативных озонобезопасных хладагентов) по
давлениям, температурам, удельной объемной холодопроизводительности и
холодильному коэффициенту;
· эксплуатационные - термохимическая
стабильность, химическая совместимость с материалами и холодильными масла ми,
достаточная взаимная растворимость с маслом для обеспечения его циркуляции,
технологичность применения, негорючесть и невзрывоопасность, способность
растворять воду, не значительная текучесть, наличие запаха, цвет и т.д.;
· экономические - наличие товарного
производства, доступные (низкие) цены. Хладагенты, отвечающие перечисленным
требованиям, найти практически невозможно, поэтому в каждом отдельном случае
выбирают хладагент с учетом конкретных условий работы холодильной машины, и
предпочтение следует отдавать таким, которые удовлетворяют принципиальным и
определяющим требованиям. Альтернативными хладагентами могут быть чистые
(простые) вещества и смеси. Предпочтение отдается прежде всего чистым
веществам, но они имеют ряд недостатков. Например, R134a - при температуре ниже
-15 °С имеет меньшую удельную объемную холодопроизводительность и холодильный
коэффициент по сравнению с R12. Поэтому применяют смесевые хладогенты.
Предпочтение отдается хладагентам с низкими значениями неизотермичности.
1. Порядок
расчета
Определяем параметры рабочего агента в
характерных токах схемы
Конечная разность температур в испарителе:
.
в конденсаторе:
Расчетная температура испарения:
Расчетная температура конденсации:
Предварительный перепад температур
жидкого аммиака в охладителе:
.
Параметры рабочего агента в
характерных точках схемы находим по T-S диаграмме,
результаты вносим в таблицу 2.
Энтальпия рабочего агента на выходе
из компрессора:
,
Таблица 2- Параметры рабочего агента в
характерных точках схемы
|
Точка
на схеме
|
|
|
|
Р,
МПа
|
|
   e, кДж/кг
|
|
|
|
1
|
-14
|
0,25
|
0,5
|
1669
|
9,03
|
199,26
|
|
2
|
140
|
1,45
|
0,138
|
1995,6
|
9,17
|
484,84
|
|
 113,41,450,12819309,03460,26
|
|
|
|
|
|
|
|
3
|
37
|
1,45
|
Менее
0,01
|
598
|
4,8
|
367,65
|
|
4
|
27
|
1,1
|
Менее
0,01
|
545
|
4,62
|
367,39
|
|
5
|
-14
|
0,25
|
0,222
|
545
|
4,7
|
343,95
|
Удельная внутренняя работа компрессора:
Удельный расход тепла на единицу
расхода рабочего агента в отдельных аппаратах установки:
а) испаритель 
б) конденсатор 
в) охладитель 
Энергетический баланс установки при
отсутствии внешнего охладителя компрессора, 
Определяем расхода рабочего агента,
нагрузку отдельных агрегатов. Электрическая мощность компрессора и энергетические
показатели установки
Массовый расход рабочего агента
Объемная производительность
компрессора:
Расчетная тепловая нагрузка конденсатора
Расчетная тепловая нагрузка
охладителя:
Температура охлаждающей воды на
выходе из охладителя:
где Св - теплоемкость
воды, 
t3 = 37 0C, ta1=13 0C. Условие t3 > ta1 (37>13)
выполняется, следовательно, охладитель в схеме холодильной установки оставляем.
Удельный расход электрической
энергии на единицу выработанного холода при 
:
Электрическая мощность компрессора:
Холодильный коэффициент установки:
КПД холодильной установки:
а) температуру окружающей среды
принимаем равной температуре воды на входе в конденсатор 
;
б) средняя температура
теплоотдатчика 
:
в) удельный расход электроэнергии в
идеальном цикле:
г) энергетический КПД холодильной
установки:
Энергетический баланс компрессорной
холодильной установки
Значение эксергии в характерных
точках процесса определяется по формуле:
,
где значения для параметров
окружающей среды следующие: Тос=293 0К; iос=1710
кДж/кг, Sос=9,85
кДж/кг.
е1 = 1669 -
1710 - 293(9,03 - 9,85) = 199,26 кДж/кг;
е2= 1995,6 -
1710 - 293(9,17 - 9,85) = 484,84 кДж/кг;
е2’=1930 - 1710
- 293(9,03 - 9,85) = 460,26 кДж/кг;
е3 =598 - 1710 -
293(4,8 - 9,85) = 367,65 кДж/кг;
е4 =545 - 1710 -
293(4,62 - 9,85) = 367,39 кДж/кг;
е5 =545 - 1710 -
293(4,7 - 9,85) = 343,95 кДж/кг.
Удельное количество эксергии,
вводимое в установку в виде электрической энергии, проведенной к
электродвигателю компрессора:
Удельные электромеханические потери
в компрессоре:
% от евх
(8%).
Внутренние потери в компрессоре:
ток компрессор
холодильный конденсатор
% от евх
(13,5%).
Эксергия, отводимая в конденсаторе:
% от евх.
(32,23%).
а) эксергия, отводимая охлаждающей
водой
от евх,
где 
- коэффициент работоспособности
отводимого тепла, 
,
.
(8,95%).
б) эксергия, теряемая из-за
необратимости теплообмена в конденсаторе:
% от евх.
(23,27%).
Потеря эксергии в охладителе:
% от евх.
(0,07%).
Потеря эксергии в дроссельном
вентиле:
% от евх.
(6,45%).
Отвод тепла в испарителе:
% от евх.
(39,79%).
а) из эксергии, отводимой в
испарителе, используется в виде эксергетической холодопроизводительности:
, % от евх,
= 
(33,38%).
б) остальная эксергия dи1 теряется
из-за необратимости теплообмена в испарителе:
(6,41%).
По полученным данным составляем
таблицу 3.
Таблица 3 - Эксергетический баланс
холодильной установки
|
Статьи
баланса (приход)
|
Эксергия
кДж/кг
|
%
|
Статьи
баланса (расход)
|
Эксергия
и потери эксергии кДж/кг
|
%
|
|
1.
Эксергия вводимая в установку
|
363,64
|
100
|
1.
Электромеханические потери в компрессоре
|
29,09
|
8
|
|
|
|
2.
Внутренние потребности в компрессоре
|
48,97
|
13,5
|
|
|
|
3.
Эксергия отводимая в конденсаторе
|
117,19
|
32,23
|
|
|
|
4.
Потери эксергии в охладителе
|
0,26
|
0,07
|
|
|
|
5.
Потери эксергии в дроссельном вентиле
|
23,44
|
6,45
|
|
|
|
6.
Потеря эксергии из-за необратимости теплообмена в испарителе
|
23,3
|
6,41
|
|
|
|
7.
Эксергетическая холодопроизводительность
|
121,39
|
33,38
|
|
Итого
|
363,64
|
100
|
Итого
|
363,64
|
100
|
Список литературы
1. Плевако А.П. Методические
указания к курсовой работе по дисциплине "Система производства и
распределения энергоносителей" для студентов специальности 5В5071700
"Теплоэнергетика". - Павлодар, 2011. - 44 с.
2. Холодильные
установки // БСЭ <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%A1%D0%AD>. 3-е
изд., М., Эксмо, 2008, 672 с.
. Холодильные
машины: Учебник для студентов вузов специальности "Техника и физика низких
температур"/А. В. Бараненко, Н. Н. Бухарин, В. И. Пекарев, Л. С.
Тимофеевский: Под общ. ред. Л. С. Тимофеевского.- СПб.: Политехника, 1997 г.-
992с.
. Руцкой
А.В. Холодильная техника и технология. - М.: Высшая школа. 2002.
. Плевако
А.П. Краткий курс лекций по дисциплине "Система производства и
распределения энергоносителей". Часть 1. - Павлодар. 2003. - 100 с.
(чзт-15)
. Круглов
Г.А., Булгакова Р.И., Круглова Е.С. Теплотехника. - СПб.: Лань. 2010. (чзт-1)