Пример расчета цикла холодильной установки

Рассчитать холодильную установку с выбором основного оборудования, работающую без перегрева пара и переохлаждения конденсата:

Исходные данные:

Холодопроизводительность = 81 КвТ.

Температура рассола

на входе в испаритель = - 8 °С;

на выходе из испарителя = - 10 °С.

Хладоагент.

Температура охлаждающей воды, поступающей в конденсатор = 25 °С.

Расчет

1. Определение основных параметров в характерных точках цикла.

1.1. Температуру испарения хладоагента принимаем на 5 °С ниже конечной температуры рассола:

- 5 °С = - 10 – 5 = - 15 °С.

1.2. Задаемся конечной температурой воды в конденсаторе на 2 °С выше ее начальной

+ 2 °С = 25 + 2 = 27 °С.

1.3. Определяем температуру конденсации хладоагента, считая ее на 5 °С выше средней температуры воды

.

1.4. Строим цикл холодильной установки в Т-S диаграмме (рис. 40)

Рис. 40. Холодильный цикл в Т-S диаграмме

Из Т-S ' диаграммы определяем Р, t, i в характерных точках цикла и заносим их значения в следующую таблицу.

Таблица 29

Значения Р, t, i в характерных точках цикла

2. Рассчитываем основные показатели холодильной установки

2.1. Рассчитываем удельную холодопроизводительность:

= 1550,3 - 566 = 984,3 кДж/кг.

2.2. Определяем требуемый расход хладоагента

кг/с.

2.3. Определяем удельную работу, затрачиваемую на осуществление

цикла

= 1906,5 – 1550,3 = 456,2 кДж/кг.

2.4. Находим холодильный коэффициент цикла

.

3. Расчет компрессора

3.1. Определяем степень повышения давления хладоагента в компрессоре

= 4,8.

3.2. Находим объемную производительность компрессора:

= 0,0823 · 0,5087 = 0,041 м³/с,

где = 0,5087 – удельный объем NН₃ при – 15 °С /5/.

3.3. Определяем теоретическую мощность компрессора:

= 0,0823 · 456,2 = 29,3 кВт.

3.4. Рассчитываем общий КПД компрессора

= 0,85 · 0,9 · 0,9 · 0,84 = 0,58

= 0,85 – механический КПД компрессора;

= 0,9 – КПД передачи;

= 0,9 – КПД двигателя;

= 0,84 – индикаторный КПД (см. таблицу 2.1).

3.5. Находим требуемую мощность компрессора:

= 51 кВт.

3.6. Выбираем компрессор по ГОСТ 6492-76 (см. Приложение, таблица П. 1)

Марка – АУУ90.

Диаметр цилиндра – 82 мм.

Ход поршня – 70 мм.

Объемная подача – 0,0716 м³/с.

Холодопроизводительность – 112 кВт.

Частота вращения – 24 с^-1.

Потребляемая мощность – 32 кВт.

Поскольку мощность выбранного компрессора недостаточна, то ставим 2 компрессора, работающие последовательно.

4. Расчет испарителя

4.1. Находим тепловую нагрузку испарителя. Для рассчитанного цикла испаритель является однозонным

= 0,0823 (1550,3 – 566) = 81 кВт.

4.2. Принимаем коэффициент теплопередачи в испарителе равным

К = 500 Вт/м²К.

4.3. Находим движущую силу процесса теплообмена в испарителе. Строим температурный график процесса теплообмена в испарителе (рис. 41). Согласно рис. 41

= 15 – 8 = 7

= 15 – 10 = 5

< 2

Следовательно = 6 °С.

Рис. 41. Температурный график процесса теплообмена в испарителе

4.4. Рассчитываем требуемую поверхность испарителя

= 27 м².

4.5. По ТУ 26-02-058-78 выбираем стандартный испаритель (Приложение, таблица П. 3)

Марка – 40 ИТГ

Площадь теплообмена 40 м²

Диаметр корпуса – 500 мм

Длина корпуса – 4510 мм

Масса – 1429 кг

5. Расчет конденсатора

Расчет конденсатора выполним по аналогии с расчетом испарителя. Учитывая, что в рассматриваемой холодильной установке конденсатор является двухзонным (зона охлаждения перегретых паров хладоагента и зона конденсации), общую поверхность конденсатора находим как

,

где и - поверхности зоны охлаждения и конденсации, м².

5.1. Находим тепловую нагрузку в каждой зоне

= 0,0823 (1906,5 – 1697) = 18 кВт.

= 0,0823 (1697 – 566) = 92 кВт.

5.2. Определяем требуемый расход охлаждающей воды, поступающей в конденсатор.

= 13,1 кг/с.

Здесь - расход охлаждающей воды, кг/с

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

5.3. Находим движущие силы процесса теплообмена в каждой зоне.

Построим температурный график, характеризующий изменение температур хладоагента и охлаждающей воды в конденсаторе (рис. 42).

Рис. 42. Изменение температур теплоносителей вдоль поверхности конденсатора

Определяем большую или меньшую разность температур для каждой зоны предварительно рассчитав неизвестную температуру воды из уравнения теплового баланса зоны конденсации

= 26,7 °С.

Зона охлаждения

= 100 – 27 = 73

= 31 – 26,7 = 4,3

>2,

тогда = 24,2 °С.

Зона конденсации = 31 – 25 = 6 °С

= 31 – 26,7 = 4,3 °С, проверяем, <2,

тогда = 5,15 °С.

Находим необходимую поверхность зоны охлаждения и конденсации по выражению

где к – коэффициент теплопередачи (для зоны охлаждения 30 – 40 Вт/м²К для зоны конденсации – 800 – 1200 Вт/м·К /1, 2, 3/).

Поверхность зоны охлаждения паров: = 21,25 м².

Поверхность зоны конденсации: = 19,848 м².

Необходимая поверхность конденсатора: = 41,10 м².

Выбираем стандартный конденсатор (Приложение, таблица П. 5)

Марка 50 КТГ.

Площадь теплообмена поверхности – 50 м².

Диаметр корпуса – 600 мм.

Габариты – 4520 х 910 1000 мм.

Масса – 1980 кг.