Расчет холодильных установок

КУРСОВАЯ  РАБОТА 

РАСЧЕТ  ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТАНОВОК

 
   
Автор курсовой работы ____________________________________ Хрестин Д.А.                                  
 
                                                (подпись)                                          (дата) 
 
Специальность                                                                                            140106 ЭОП 
Обозначение курсовой работы                                         КР-02069964-140106-76-06 
Руководитель работы                                
 
канд. техн. наук, доц. _______________________________________  Левцев А.П.                                                                 
 
                                                     (подпись)                      (дата) 
Работа защищена                                                            Оценка 
Саранск 2010 
 
МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 
 
ИМЕНИ Н.П.ОГАРЕВА 
Институт механики и энергетики 
 
Кафедра теплоэнергетических систем 

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

 
 
Студент                                                                        Хрестин Д.А. 
 
 
 
1 Тема: «Расчет холодильных установок» 
2 Срок представления работы  к защите            ______________________________  
3 Исходные данные для научного исследования (проектирования) представлены в таблице 1. Схема холодильной установки представлена на рисунке 1. 
 
Таблица 1 – Исходные данные для проектирования

 
 
 
 
Рис.1 – Схема холодильной установки 
4 Содержание курсовой работы 

4.1  Расчёт и построение холодильного цикла по диаграмме lnP-h

 
4.2Тепловой расчёт и выбор компрессора 
 
4.3 Тепловой расчет конденсатора 
 
4.3.1. Расчет поверхности конденсатора 
 
4.3.2.Теоретический расчет коэффициента теплопередачи

4.4 Тепловой расчёт  испарителя

4.5 Расчёт системы  оборотного водоснабжения

4.5.1.Выбор  градирни

 
4.5.2.Выбор насоса 
Руководитель работы (проекта)______________________________Левцев А. П. 
 
 
                                                                                      (подпись, дата, инициалы, фамилия) 
 
Задание принял к исполнению ___________________________        Хрестин Д.А. 
 
                                                                      дата, подпись

Содержание 

Введение  ………………………………………………………….................6

1.Расчёт  и построение холодильного  цикла по диаграмме lnP-h  ……….7

 
2.Тепловой расчёт и выбор компрессора  …………………………………10 
 
3.Тепловой расчет конденсатора …………………………………………...13 
 
3.1. Расчет поверхности конденсатора ………………………………...13 
 
3.2.Теоретический расчет коэффициента теплопередачи  …………...14

4.Тепловой  расчёт испарителя  ……………………………………………..17

5.Расчёт  системы оборотного  водоснабжения ……………………………20

5.1.Выбор градирни  ………………………………………………………20

 
5.2.Выбор насоса   …………………………………………………………20 
 
Заключение    ………………………………………………………………..22 
 
Список использованных источников     …………………………………...23 
Введение 
 
Холодильные установки применяются для охлаждения воздуха и создания более комфортных условий для человека, а также для замораживания грунта при производстве строительных работ, охлаждения продуктов и т.д. В системах тепло-  и  газоснабжения в вентиляции холодильные установки применяются главным образом при кондиционировании воздуха. Охлаждение сможет осуществляться при непосредственном использовании льда или холодной воды. Однако наиболее распространена холодильная установка с использованием компрессоров или струйных аппаратов. 
 
Эти холодильные установки могут работать по принципу испарения некоторых сжиженных газов или расширения сжатых газов. К паровым следует   отнести и абсорбционные холодильные установки, действующие на основе теплохимических процессов. Паровое охлаждение значительно экономичнее газового. Перспективным может оказаться способ охлаждения, основанный на использовании термоэлектрических и магнитных явлений 
1 Расчет и построение холодильного цикла на диаграмме  
lnP 
- 
h 
 
Температура воды на входе в конденсатор: 
 
,                                                                           (1.1) 
 
где  ; 
 
; 
 
-температура мокрого термометра находится по i-d диаграмме Рамзина по расчётной температуре наружного воздуха самого жаркого месяца t_н.р. и относительной влажности φ_н 
 
                                             t_н.р= t_ср.м+t_и.м,                                                           (1.2) 
 
где t_ср.м-средняя температура самого жаркого месяца. 
 
Значения t_ср.м и φ_н выбираем из [1].  Для г. Смоленска  t_и.м=35⁰С, t_ср.м=17,1⁰С, φ_н=77% 
 
t_н.р= 17,1+0,25*35=26⁰С 
 
По диаграмме Рамзина рис.2 [2] определяем t^н=23⁰С. 
 
Примем   ;  
 
Температура воды на входе в конденсатор составит: 
 
, 
 
Температура воды на выходе из конденсатора 
 
                                                    .                                                       (1.3) 
 
 
 
Средняя температура воды в конденсаторе 
 
.                                                        (1.4) 
 
 
 
Температура конденсации 
 
,                                                        (1.5) 
 
где  . 
 
Примем   , тогда   
 
Температура кипения хладагента 
 
,                                                         (1.6)  
 
где   -  средняя температура рассола, а   - температура рассола на входе. 
 
, 
 
 
 
 
 
Температура всасывания 
 
,                                                  (1.7)  
 
где  . Примем , тогда 
 
. 
 
Температура переохлаждения перед регулирующим вентилем 
 
                                                 (1.8) 
 
где  =3-5°С. 
 
Примем  = 5°С , тогда температура переохлаждения перед регулирующим вентилем 
 
. 
 
Этих параметров достаточно для построения холодильного цикла на конкретной диаграмме lgP 
–  
h. По построенной диаграмме определим следующие параметры: 
 
 
 2 Тепловой расчёт и выбор компрессора 
Удельная холодопроизводительность, кДж/кг 
 
,                                                         (2.1) 
 
 кДж/кг. 
 
Удельная работа сжатия компрессора на 1 кг пара, кДж/кг 
 
,                                                       (2.2) 
 
 кДж/кг. 
 
Холодильный коэффициент цикла 
 
                                                           (2.3)  
 
. 
 
Масса циркулирующего хладагента,  кг/с 
 
,                                                       (2.4) 
 
 кг/с. 
 
Действительный объем пара, засасываемого в компрессор, м³/с 
 
,                                                       (2.5) 
 
 м³/с. 
 
Объемная холодопроизводительность,  кДж/м³ 
 
,                                                        (2.6) 
 
 кДж/м³. 
 
Индикаторный коэффициент подачи 
 
,                              (2.7) 
 
где   - дисперсии при нагнетании и всасывании которые принимают равными 5-10 кПа. 
 
. 
Коэффициент невидимых потерь для бескрейцкопфных компрессоров 
 
,                                                        (2.8) 
 
. 
 
Коэффициент подачи компрессора 
 
,                                                      (2.9) 
 
. 
 
Теоретическая объемная подача,м³/с 
 
,                                                    (2.10) 
 
 м³/с. 
 
Для стандартных условий 
 
Удельная объёмная холодопроизводительность в стандартных условиях 
 
,                                                   (2.11) 
 
где   - удельная массовая холодопроизводительность и удельный объем, рассчитанные при стандартных условиях (t _о=-15°С, t_к=30°С, t _вс=-10°С, t _п=-25°С). 
 
. 
 
Индикаторный коэффициент подачи при стандартных условиях 
 
. 
 
 Коэффициент невидимых потерь для бескрейцкопфных компрессоров при стандартных условиях  
 
. 
 
Коэффициент подачи компрессора в стандартных условиях 
 
,                                              (2.12) 
 
. 
 
Стандартная холодопроизводительность, кВт 
 
,                                        (2.13) 
 
 кВт. 
 
Адиабатная мощность компрессора, кВт 
 
,                                                  (2.14) 
 
 кВт. 
 
Индикаторный коэффициент полезного действия 
 
,                                             (2.15) 
 
где b = 0,001 -эмпирический коэффициент, равный 0,001 для бескрецкопфных машин, 
 
. 
 
Индикаторная мощность, кВт, 
 
,                                                    (2.16) 
 
 кВт. 
Мощность трения, кВт 
 
,                                                 (2.17)  
 
где P_тр-удельное давление трения: 49-69 Па – для бескрецкопфных прямоточных аммиачных машин. 
 
. 
 
Эффективная мощность, кВт 
 
,                                                 (2.18) 
 
 кВт. 
 
Мощность двигателя, кВт 
 
,                                             (2.19) 
 
где  - КПД передачи 0,96 – 0,99. 
 
 кВт. 
 
По стандартной холодопроизводительности выберем  компрессор (табл.1,прил,2[2]) и запишем его характеристики в таблицу . 
 
Таблица 1 - Характеристики компрессора

 
 
       3 Тепловой расчет  конденсатора 
 
       3.1 Расчет поверхности конденсатора 
Нагрузка конденсатора, кВт 
 
,                                     (3.1.1) 
 
 кВт. 
 
Расход охлаждающей воды в конденсаторе, кг/с 
 
,                                               (3.1.2) 
 
 кг/с. 
 
Среднелогарифмическая разность температур 
 
,                                         (3.1.3) 
 
 
 
 
 
Задавшись скоростью воды для аммиачных конденсаторов =2 м/с по (рис.3[2]) определяем коэффициент теплоотдачи  . =1,24кВт/м^2 0С. 
 
Коэффициент теплоотдачи в реальных условиях, кВт/м^2 0С 
 
,                                         (3.1.4) 
 
где   м^2 0С/кВт выбираем по табл.1[2].  =0,45 м^2 0С/кВт. 
 
 
 кВт/м^2 0С. 
 
Внутренняя поверхность теплообмена конденсатора, м². 
 
,                                         (3.1.5) 
 
 м². 
 
Сделаем перерасчет на наружную поверхность по формуле 
 
                                          (3.1.6) 
 
 м². 
 
По [табл. 1,прил.2] выбираем аппарат с близкой площадью поверхности[2]. Параметры выбранного  кожухотрубного горизонтального аммиачного конденсатора представлены в таблице 3.1. 
 
Таблица 3.1 – Параметры кожухотрубного горизонтального аммиачного конденсатора

 
Диаметр трубок 25х2,5мм. 
3.2 Теоретический расчет коэффициента теплопередачи 
Рекомендованное значение коэффициента теплопередачи должно быть проверено по формуле: 
 
,                                       (3.2.1) 
 
где  - для гладкотрубных аппаратов, 
 
α_{конд .}-коэффициент теплообмена при конденсации на пучке труб, Вт/м²ּ⁰С, 
 
Е_н- эффективность наружной поверхности, 
 
α_в- коэффициент теплоотдачи от воды к стене трубы, Вт/м²ּ⁰С, 
 
R_ст определяется из (таб.1[2]). 
 
F_н/F_вн= F_он/F_овн = d_н/d_вн в гладкотрубных аппаратах. 
 
 - коэффициент теплоотдачи при конденсации пара на пучке труб, Вт/м²ּ⁰С 
 
,                                                    (3.2.2) 
 
,                                             (3.2.3) 
 
где B-приведено в (табл.3,прил.2[2])-коэффициент теплоотдачи одной трубы 
 
- среднее количество труб по вертикали, шт 
 
,                                             (3.2.4) 
 
где n_общ-общее число труб;S_Г, S_В-шаг труб по горизонтали и вертикали. 
 
 - коэффициент теплоотдачи  от воды к стенке: 
 
,                                                            (3.2.5) 
 
Число Нуссельта 
 
 ,                                          (3.2.6) 
 
Число Рейнольдса 
 
,                                                               (3.2.7) 
 
где v – линейная скорость, м/с; d – внутренний диаметр трубки конденсатора принимается по табл. 3.1; λ и υ принимаются по (прил.2 [3]). 
 
Линейная скорость, м/с 
 
,                                                              (3.2.8) 
 
,                                                                  (3.2.9) 
 
где ρ – плотность воды при  ; n и s принимаются по табл.3.1 
, 
 
Коэффициент теплоотдачи одной трубы  В=7677,5 при  . 
 
Вт/м²ּ⁰С, 
 
 Вт/м²ּ⁰С, 
 
, 
 
=1,66м/с, 
 
Число Рейнольдса 
 
, 
 
Число Нуссельта 
 
, 
 
Коэффициент теплоотдачи  от воды к стенке 
 
 Вт/м²ּ⁰С, 
 
    Рекомендованное значение коэффициента теплопередачи  
 
 кВт/м^2 0С, 
 
                                                                                                                     
 
Оптимальное значение удельного теплового потока   определяется графически. 
 
Строятся графики двух тепловых потоков со стороны воды и пара соответственно:   и .(рис.1) 
 
,                                           (3.2.10) 
 
,                                     (3.2.11) 
 
 
 
 
 
Рис.1 - Графическое определение искомого теплового потока q_иск. 
Окончательно поверхность аппарата, м². 
 
,                                                  (3.2.12) 
 
 м².  4 Тепловой расчёт испарителя

 
 
 
Расход рассола в системе холодоснабжения, через испаритель, кг/с 
 
,                                                 (4.1) 
 
где  , 
 
, 
 
. 
 
Температурный напор, ⁰С,определяют по формуле 
 
,                                                (4.2) 
 
, откуда , 
 
. 
 
Удельный тепловой поток 
 
 ,                                         (4.3) 
 
Коэффициент α_кип может быть определён по формуле для  R-717: 
 
α_кип=9q^0.6(P₀ּ10^-5)^0.15,                                          (4.4) 
 
где P₀-давление в испарителе, Па. 
 
Находится уравнение теплового потока со стороны рассола. 
 
,                                                 (4.5) 
где  , кВт/м^2 0С 
 
,                                                 (4.6) 
 
 кВт/м^2 0С. 
 
, 
 
где В принимается по (табл.1,прил.4)[2],  -по табл.2[2] 
 
Получим уравнение теплового потока со стороны хладагента 
 
, 
 
, 
 
, 
 
, 
 
, 
 
, 
 
. 
 
Определим графическим методом  удельный тепловой поток  .(рис.2) 
 
 
 
Рис.2 - Графическое определение q_вн. 
Находится поверхность испарения, м² 
 
,                                                   (4.7)  
 

По (табл. 2, прил.3)[2] выберем  испаритель с близкими параметрами и запишем его характеристики в таблицу 4.

 
Таблица 4 – Параметры испарителя.