Приложение 4 Пример расчёта системы охлаждения овощехранилища с одноступенчатой парокомпрессионной холодильной машиной.

Охлаждение камер для хранения овощей районной овощной базы производится с помощью рассольной системы. Хладоноситель (раствор хлористого кальция ) охлаждается в испарителе парокомпрессионной холодильной машины, холодопроизводительность которой – Q_o кВт, конденсатор охлаждается оборотной водой, отдающей сбросную теплоту в атмосферу в вентиляторной градирне. Хладоноситель перекачивается рассольными насосами, оборотная вода - насосами для воды. Насосы консольные центробежные. Рабочее тело холодильной машины - фреон 22.

Холодильная машина и насосы установлены в отдельном помещении, смежном с овощехранилищем. Там же установлено вспомогательное оборудование: рассольные баки (расходный и для приготовления раствора), ресивер для фреона, мослоотделитель, арматура, КИП и автоматика. Все трубопроводы хладоносителя, расположенные за пределами холодильной камеры теплоизолированы. Ориентировочные размеры холодильной камеры: длина – 72 м; ширина – 18 м; высота – 4 м. Охлаждение камеры осуществляется от настенных регистров, выполненных из стальных труб  38х2,5 мм, имеющих наружное оребрение в виде поперечно-спиральной навивки стальной ленты толщиной δ_р = 1 мм, шириной 45 мм и шагом 20 мм. Количество регистров, их размеры и расположение определяются расчетом ([2], стр. 118).

Размеры машинного отделения, где расположены холодильная машина, насосы и вспомогательное оборудование, определяются после расчётов, выбора и составления плана расположения оборудования.

Градирня для охлаждения оборотной воды расположена на расстоянии 50 м от машинного отделения на высотной отметке (по нижней кромке) 4 м.

Принципиальная теплогидравлическая схема холодильной установки приведена в методических указаниях по курсовой работе. Диаметры всех трубопроводов определяются расчётом исходя из ориентировочной скорости движеня теплоносителей (для воды и рассола: W ≈ 1…2 м/с) и наносятся на схему, например, в виде: Тр.  48х2.

Исходные данные к расчёту:

• холодопрлизводительность установки Q_o = 160 кВт;

• температура оборотной воды после градирни t_в1 = 28 °С;

• температура воздуха в холодильной камере t_вх = 0 °С.

В результате теплового расчёта ТНУ необходимо определить:

• мощность и тип компрессора;

• тепловые мощности испарителя и конденсатора;

• теплообменные поверхности испарителя и конденсатора; их тип и размеры;

• гидравлические сопротивления рассольных трубопроводов и оборотной воды;

• подобрать необходимые насосы;

• подобрать вспомогательное оборудование и привести его основные характеристики.

I. Расчёт термодинамического цикла холодильной машины.

1) Температура рассола на выходе из холодильной камеры – на входе в испаритель (принимается на 3…5 °С ниже температуры воздуха в холодильной камере):

t_p1 = t_вх – 5 = -5 °С.

2) Температура рассола на выходе из испарителя (принимается на 3…5 °С ниже его температуры на входе):

t_p2 = t_p1 – 5 = -10 °С.

3) Температура кипения хладоагента в испарителе (принимается на 5…7 °С ниже температуры рассола на выходе):

t_о = t_p2 – 6 = -16 °С.

4) Температура воды на выходе из конденсатора (принимается на 3…5 \С выше его температуры на входе, которая равна температуре воды после градирни):

t_в2 = t_в1 + 4 = 32 °С.

5) Температура конденсации хладоагента в конденсаторе (принимается на 5…7 °С выше температуры воды на выходе):

t_к = t_в2 + 6 = 38 °С.

Примечание. Индексы в обозначениях температур выбраны по входу и выходу испарителя и конденсатора: на входе – 1, на выходе – 2.

6) Определение параметров в основных точках цикла.

Точка 1. Давление Р₁ равно давлению в испарителе Р_о, которое определяется по таблице насыщения фреона-22 [1] при температуре кипения t_о = -16 °С:

Р_о = 2,856 бар. Температура перегрева паров перед компрессором принимается на 10 -С выше температуры кипения: t₁ = t_о + 10 = -6 °С. Затем по температуре и давлению из таблиц перегретого пара [1] определяем остальные параметры в этой точке и записываем их в таблицу.

Т4очка 2т. Давление Р₂ равно давлению в конденсаторе Р_к, которое определяется по таблице насыщения при температуре конденсации t_к = 38 °С:

Р_к = 14,593 бар. По таблице перегретого пара [1] при давлении Р_к и энтропии S₂ = S₁ = 1,7998 кДж/(кг_*к) находим температуру и все прочие свойства пара и заносим их в таблицу.

Точка 2. Принимаем механический КПД компрессора _м = 0,9. Индикаторный КПД определяем по формуле:

_i = 0,766 + 0.0327  - 3,907 10^-3 ² = 0,83115

где  = Р₂/ Р₁ = 14,593/2,856 = 5,1

Теоретическая работа компрессора:l_T = h_2т – h₁ = 748,39-705,06 = 43,33кДж/кг

Действительная работа компрессора:

l_д = = 58 кДж/кг

Энтальпия в точке 2: h₂ = h₁ + l_д = 705,06+58 = 763,06 кДж/кг.

По этой энтальпии определяем температуру в т.2 при давлении Р₂ [1]:

t₂ = 74 ^оС

Энтропия и удельный объём в остальных точках для расчёта не требуются.

В точках: 3, 4, 7 параметры и энтальпия определяются по таблице насыщения [1] (в т. 3 и 7 насыщенный пар, в т. 4 насыщенный конденсат).

Энтальпия в т.5 определяется из теплового баланса РТО:

h₅ = h₄ – (h₁ – h₇) = 546,7-(705,06-698,2) = 539,84 кДж/кг.

По энтальпии h₅ при давлении Р₂ определяем температуру t₅ = 32 ^оС.

Энтальпия в т.6 равна энтальпии в т.5: h₆ = h₅ (процесс адиабатного дросселирования).

Заносим все найденные величины в таблицу.

7) Таблица основных параметров термодинамического цикла (определённых выше по LgP –h диаграмме и таблицам фреона-22 [1]).

№ точки п/п	Температура, оС	Давление, Бар	Уд. объем, м3/кг	Энтальпия, кДж/кг	Энтропия, кДж/(кг*к)
1	-6	2,856	0,08414	705,06	1,7998
2т	74	14,593	0,01976	748,39	1,7998
2	92	14,593	0,022	763,06
3	38	14,593		715,3
4	38	14,593		546,7
5	32	14,593		539,84
6	-16	2,856		539,84
7	-16	2,856	0,08	698,2	1,773

Изображение термодинамического цикла холодильной машины в Т-S и LgP-h диаграммах показано ниже на рис. 1

Рис. 1. Термодинамический цикл холодильной машины в Т-S и LgP-h диаграммах.

Процессы цикла: 1-2 сжатие в компрессоре; 2-3-4 охлаждение пара фреона и его конденсация; 4-5 охлаждение конденсата в РТО; 5-6 дросселирование; 6-7 испарение; 7-1 перегрев пара в РТО.