Описание схемы судовой холодильной установки

4. Описание схемы судовой холодильной установки

Холодильная установка включает в себя:

Два винтовых компрессора низкой и высокой ступеней, один регенеративный теплообменник; один промежуточный теплообменник; один конденсатор; линейный ресивер; рассольных насоса ; электродвигатель.

Пар хладоагента R22, отсасываемый компрессором ступени низкого давления из испарителя, сжимается до p_пр, подается на ступень высокого давления и охлаждается, подаваемым из промежуточного теплообменника парами R22. Пар из верхней части промежуточного теплообменника и ступени низкого давления отсасывается компрессором ступени высокого давления, где сжимается до давления конденсации хладоагента, и нагнетается в конденсатор, где конденсируется, охлаждается и переохлаждается. Затем жидкий хладоагент самотеком поступает в линейный ресивер, который служит для накапливания хладоагента и для равномерной его подачи. После конденсатора жидкий холодильный агент, пройдя через фильтр, проходит через регенеративный теплообменник и эмеевик промежуточного теплообменника,где еще сильнее переохлождается, после чего разделяется на два потока: основной поток дросселируется в испаритель, а меньшая часть проходит через регулирующий клапан, где дросселируется до p_пр. Жидкий Х.А., в змеевике промежуточного теплообменника, охлаждается отдросселированным хладоагентом, после чего хладоагент дросселируется в регулирующем клапане и подается в испарительную систему, где кипит в межтрубном пространстве горизонтального кожухотрубного испарителя, откуда отсасывается компрессором низкого давления. В данной установке предусмотрен слив хладоагента из всех агрегатов в линейный ресивер. Оттайка производится путем перекрытия клапанов подачи и открытия клапана из системы нагнетания горячих паров в коллекторе испарительной системы. Жидкий хладоагент давлением вытесняется в линейный ресивер и происходит оттайка испарительной системы.

Преимущества данной схемы таковы:

1) влага не попадает в испарительную систему;

2) высокая разность давлений позволяет устанавливать РК2;

3) переохлажденный хладоагент можно транспортировать по трубопроводам на большие расстояния;

4) легкая автоматизация.

А основной недостаток схемы в том, что необходимо наличие конечной разности температур между температурой потока хладоагента в змеевике и температурой кипения хладоагента в промежуточном теплообменнике при p_пр.

Описание цикла:

11-1- процесс перегрева паров Х.А. в регенеративном теплообменнике;

1-2 – адиабатическое сжатие пара в компрессоре 1й ступени до промежуточного давления P_пр;

3^-4 - адиабатическое сжатие насыщенных паров, из промежуточного теплообменника и 1й ступени, до давления конденсации в компрессоре 2й ступени P_к;

4-5 - процесс охлаждения и конденсации паров при P_к; 5-6– переохлаждение жидкого Х.А. в регенеративном теплообменнике при P_к;

6-7- переохлаждение жидкого Х.А. в промежуточном теплообменнике при P_к;

7-8- процесс дросселирования от давления P_к до P₀;

8-11- процесс кипения в испарителе при постоянном давлении Р₀;

7-8-дросселирование части жидкого Х.А. от Р_к до Р_пр;

9-10-кипение ХА в промежуточном теплообменнике при давлении Р_пр;

3-точка смешивания паров ХА поступающих из промежуточного теплообменника и 1й ступени компрессора;

5. Тепловой расчет холодильной машины

1. Определяем промежуточное давление:

p_ПР===0,356 МПа,

принимаем р_ПР=0,356 МПа, тогда t_ПР=263 К или -10⁰C;

2. Согласно давлением р₀, р_К и р_ПР строим цикл холодильной машины, принимая перегрев паров на всасывание ц.н.д. 17 К , переохлаждение жидкого фреона 22 в регенеративном теплообменнике 6 К и переохлаждение в промежуточном теплообменнике до температуры на 5 К выше промежуточной температуры т.е. до 268 К.

3. Из диаграммы находим параметры узловых точек цикла и сводим их в таблицу 1.

Таблица 1.

N то- чек	температура, 0C	давление, МПа	энтальпия, кДж/кг	удельный объем, м3/кг
1	-25	0,096	597,5	0,23
2	32	0,356	630	0,085
3	24	0,356	624	0,08
4	89	1,319	661	0,023
5	34	1,319	442	-
6	26	1,319	434	-
7	-5	1,319	396	-
8	-10	0,096	396	-
9	-42	0,356	396	-
10	-10	0,356	600	0,07
11	-42	0,096	587,5	0,22

4. Холодопроизводительность 1кг R22:

q₀=i₁₁-i₇=587,5-396=191 ,5кДж/кг.

5. Массовый расход R22 в ступени низкого давления:

G_н.д.=Q/q₀=70/191,5=0,336 кг/c.

6. Отношение массовых расходов R22 низкой и высокой ступеней:

a=(i₁₀-i₅)/[(i₁₀-i₇)-(i_1´-i₁₁)]=(600-442)/[(600-396)-(597,5-587,5)]=0,814.

7. Массовый расход R22 в ступени высокого давления:

G_в.д.=G_нд/a=0,366/0,814=0,449 кг/c.

8. Определение энтальпии в точке 6:

i₆=i₅-()(i₁₁-i₁)=442-(0,356/0,449)(597,5-587,5)=434 кДж/кг

9. Определение энтальпии в точке 3:

i₃=()i₂+()i₁₀=0,366/0,449*630+[(0,449-0,366)/.449]600=624 кДж/кг

10. Объемный расход R22 в каждой ступени:

V_н.д.= G_н.д.×u_1´=0,366×0,23=0,08418 м³/c,

V_в.д.= G_{в.д *}u_{3 ´}=0,449×0,08=0,03592 м³/c.

11. Отношение объемов:

V_н.д./ V_в.д.=0,08418/0,03592=2.34.

12. Адиабатная мощность в каждой ступени:

N_аН.Д=G_Н.Д(i₂-i₁)=0,366(630-597,5)=11,895 кВт.

N_аВ.Д=G_В.Д(i₄-i₃)=0,449(661-624)=16,613 кВт.

13. Теоретический холодильный коэффициент:

e=Q₀ / (N_{а Н.Д}+N_{а В.Д})=70/ (11,895+16,613)=2,455.

6. Расчет и подбор холодильного оборудования

 

6.1 Определение потребного рабочего объема компрессоров низкой и высокой ступени, подбор компрессоров

Задача: Подобрать компрессора низкой и высокой ступени для данной холодильной установки.

Исходные данные:

Давление и температура конденсации P_к=1,319;t_к=34⁰С=307K ;

Промежуточное давление и температуре P_пр=0,356 МПа ;t_пр=-10⁰C=263K;

Температура кипения t₀=-42⁰C=231K;

Объемный расход R22 в каждой ступени V_нд=0,08418 м³/с;V_вд=0,03592 м³/с;

Адиабатная мощность в каждой ступени N_аНД=11,895кВт;N_аВД=16,613кВт;

Расчет:

1. Коэффициент подачи [5]:

l_В.Д =[1-c(P_k/P_пр-1)](T_пр/T_к)=[1-0,045(1,319/0,356-1)](263/307)=0,752

l_Н.Д=0.9l_В.Д=0.677

2. Объем, описываемый поршнем:

V_hН.Д=V_Н.Д / l_Н.Д=0,08418/ 0.677=0,12434 м³/с;

V_hВ.Д=V_В.Д / l_В.Д=0,03592 / 0.752=0,04777 м³/с.

3) Индикаторный КПД[5]:

h_{i нд} =+bt₀=0,677+0,0025(-42)=0,572

h_{i Н.Д} =l_В.Д +bt_пр=,752+0,0025(-10)=0,727 4) Индикаторная мощность:

N _{i Н.Д}=N_{a Н.Д} / h _{i Н.Д}=11,895 / 0,572=20,795 кВт;

N _{i В.Д}=N_{a В.Д} / h _{i В.Д}=16,613 / 0,727=22,851 кВт.

ПОДБОР КОМПРЕССОРА.

Компрессор - основной элемент холодильной машины, осуществляющий отсасывание пара холодильного агента из испарителя, сжатие пара от давления p₀ до p_k и нагнетание его в конденсатор. На судах рефрижераторного флота рыбной промышленности применяют в основном поршневые компрессоры, ротационные и винтовые.

Классификация компрессоров.

Холодильные поршневые компрессоры классифицируют по характеру процесса, величине холодопроизводительности, конструкции и по другим признакам.

По направлению движения холодильного агента через цилиндр компрессоры подразделяют на прямоточные и непрямоточные.

По способу сжатия различают компрессоры одноступенчатого и компрессоры двух- и трехступенчатого сжатия, в которых пар сжимается последовательно в двух и трех цилиндрах (или компрессорах).

По роду привода компрессоры подразделяют на приводные, парокомпрессоры и мотокомпрессоры. С электродвигателем компрессор может соединяться с помощью эластичной муфты или через приводные ремни.

По расположению осей цилиндров компрессоры бывают горизонтальные, вертикальные, угловые,V-образные, VV-образные и др.

По числу рабочих полостей цилиндра- компрессоры простого действия, в которых пар сжимается только с одной стороны поршня, и компрессоры двойного действия, в которых пар сжимается с обеих сторон поршня.

По числу цилиндров - одноцилиндровые и многоцилиндровые. Основными типами компрессоров, применяемые в судовых холодильных установках, являются приводные компрессоры. Кроме компрессоров, у которых поршень совершает возвратно-поступательное движение на судах применяются также ротационные компрессоры (с вращающимися поршнями) и винтовые (поршни в виде винтов).

По степени герметичности-компрессоры сальниковые (электродвигатель устанавливается отдельно), бессальниковые и герметичные (запаяны в кожух).

По величине холодопроизводительности различают компрессоры:

- малые (менее 12 кВт);

- средние (от 12 кВт до 120 кВт);

- крупные (более 120 кВт).

На основании полученных расчетных величин выбирается винтовые компрессора:

для ступени низкого давления подбираем компрессор марки КАВ СОМ НН с V_{h нд}=0,1308 м³/с;

для ступени высокого давления подбираем компрессор марки KAB COM CH с V_{h вд} =0,0642 м/с

Таблица 2. Техническая характеристика компрессора.

Тип двигателя	Мощность дв.кВт	Ш,мм	В,мм	Д,мм	ДУ1,мм	ДУ2,мм	М,кг
КАВ СОМ СН	30-55	750	1850	2100	80	50	750
КАВ СОМ НН	37-110	860	2000	2250	125	100	1300

Где Ш-ширина, В-высота, Д-длинна, ДУ₁ - сторона насасывания ,ДУ₂- сторона нагнетания, М-масса.

С учетом подобранного компрессора низкого давления действительная холодопроизводительность станет:

Q_0д=V_hНД(q₀/v₁)=0,1308*0,677*(191,5/0,23)=73,75 кВт