Расчеты схем теплонасосных и холодильных установок

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 23 Октября 2012 в 12:33, курсовая работа

Описание работы

Принцип действия установки состоит в следующем. Компрессор отсасывает пары хладагента из испарителя при давлении Ро и сжимает их до давления Рк (процесс 1-2 на рис.2). Сжатый пар поступает в конденсатор, где он под воздействием ВИТ (вода) переходит в состояние насыщения, а затем конденсируется при температуре Тк (процесс 2-3 на рис.2). При этом ВИТ нагревается от температуры Т’в до температуры Т’’вк. Жидкий агент направляется в регенеративный теплообменник РТ (рис.1.), где происходит понижение его температуры на величину DТ=Т3–Т4 (процесс 3-4 на рис.2).

Файлы: 1 файл

Образец курсовойизм2.doc

— 585.50 Кб (Скачать файл)
 

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

«Южно-Уральский  государственный университет»

Факультет Энергетический

Кафедра «Промышленная теплоэнергетика»

 

 

 

 

 

 

Пояснительная записка к семестровому заданию

по дисциплине «Теплоносители и  холодильные установки»

Тема: “ Расчеты схем теплонасосных и холодильных установок”

Вариант № 21

 

Э-450.140104.870.00.ПЗ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нормоконтролер:     Руководитель:

Жиргалова Т.Б.          Заболотный В.В.

     __________                                           __________                   

“____” __________2010 г.   “____” __________2010 г.

 

 

                                                                Выполнил:

                                                                Студент группы Э-450

                                                                ________ Заболотный В.В.

                                                                 “____” __________2010 г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г. Челябинск, 2010 г.

Подп. и дата

 

 

Инв. № дубл.

 

Взам. инв. №

 

Подп. и дата

 

Инв. № подл.

 

 
 

 

 

 

 

 

Аннотация

 

 

Заболотный В.В.– Челябинск: ЮУрГУ, Э, 2010,  __ с,  _ ил. Библиография литературы – _ наим.

 

В данной семестровой работе проведен расчет компрессорной парожидкостной одноступенчатой холодильной установки с рекуперативным теплообменником. По полученным расчетам было выбрано основное оборудование. Проведен эксергетический баланс холодильной установки.

 

Подп. и дата

 

 

Инв. № дубл.

 

Взам. Инв. №

 

Подп. и дата

 
         

Э-450.140104.870.00.ПЗ

         

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Инв. № подл.

 

Разраб.

Заболотный

 

11.10

Теплонасосные и холодильные установки.

Задание № 21

Лит.

Лист

Листов

Проверил

Заболотный

 

11.10

     

4

 
       

ЮУрГУ

Каф. ПТЭ

Н. контр

Заболотный

 

11.10

Утв.

Торопов Е.В.

 

11.10

 

 

Содержание

                                                                                                Стр.

Введение                                                                                        6

1.Расчет холодильного цикла                                                                  7

1.1 Принципиальная схема установки                                                         7

1.2. Расчёт основных параметров цикла                                                      8

2. Характерные  величины цикла                                                             10

3. Эксергетический анализ                                                                   11

4.Подбор оборудования                                                                       14

Заключение.

Литература

Приложение 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 

Инв. № дубл.

 

Взам. Инв. №

 

Подп. и дата

 

Инв. № подл.

 
         

Э-450.140104.870.00.ПЗ

Лист

         

5

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

 

Введение

     В настоящей работе приведён энергетический и эксергетический анализ холодильной установки, подобрано основное оборудование.

     Приведённые материалы являются исходной базой для разработки проекта холодильной установки.

Разработанные мероприятия направлены на:

  • Повышение качества холодоснабжения;
  • Снижение капитальных затрат на создание системы холодоснабжения;
  • Снижение затрат на содержание системы холодоснабжения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подп. и дата

 

Инв. № дубл.

 

Взам. Инв. №

 

Подп. и дата

 

Инв. № подл.

 
         

Э-450.140104.870.00.ПЗ

Лист

         

6

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

 

1.Расчет холодильного цикла

1.1. Принципиальная схема установки.

В схемах холодильных установок  малой и средней холодопроизводительности, независимо от способа охлаждения, включается регенеративный теплообменник (РТ). На рис.1. приведена схема для ХЛУ

Рис.1. Принципиальная схема парожидкостной холодильной установки: КМ - компрессор; К - конденсатор; РТ - регенеративный теплообменник; РД - регулирующий вентиль; И - испаритель.

 

Принцип действия установки состоит  в следующем. Компрессор отсасывает пары хладагента из испарителя при  давлении Ро  и сжимает их до давления Рк (процесс 1-2 на рис.2). Сжатый пар поступает в конденсатор, где он под воздействием ВИТ (вода) переходит в состояние насыщения, а затем конденсируется при температуре Тк (процесс 2-3 на рис.2). При этом ВИТ нагревается от температуры Т’в до температуры Т’’вк. Жидкий агент направляется в регенеративный теплообменник РТ (рис.1.), где происходит понижение его температуры на величину DТ=Т3–Т4 (процесс 3-4 на рис.2). Дополнительное охлаждение осуществляется под воздействием холодных паров агента, выходящих из испарителя в РТ. При дросселировании агента в РД происходит понижение его давления и температуры с переходом в состояние влажного пара. Жидкая фаза, поступая в испаритель, кипит при температуре Т0 за счет тепла, подводимого от НИТ (процесс 5 – 6 на рис.2). Нагрев парообразного агента в РТ изображен процессом 6-1 на рис.2. Процесс на  
T,s-диаграмме парожидкостной холодильной установки приведен на рис.2.

 

Подп. и дата

 

Инв. № дубл.

 

Взам. Инв. №

 

Подп. и дата

 

Инв. № подл.

 
         

Э-450.140104.870.00.ПЗ

Лист

         

7

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

 

Рис.2. Процесс в T,s-диаграмме парожидкостной холодильной установки.

 

1.2. Расчёт основных параметров цикла.

Расчетная температура  испарения (рис.3), давление и энтальпия, энтропия в т.6  
t0 = tн2 - Δtи = -28 оС

Рис.3. Расчетная температура испарения.

По T,s-диаграмме и таблицам(прил.1) определяем давление и энтальпию. энтропию в т.6: p0 = 0,114 МПа, h6 = 560,095 кДж/кг, s6 = 4770,42 Дж/(кгК).

Расчетная температура (рис.4) и давление конденсации, энтальпия и энтропия в т.3:

tк = tв1 + Δtк = 30 оС

Подп. и дата

 

Инв. № дубл.

 

Взам. Инв. №

 

Подп. и дата

 

Инв. № подл.

 
         

Э-450.140104.870.00.ПЗ

Лист

         

8

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

Рис.4. Расчетная температура конденсации.

По T,s-диаграмме и таблицам (прил.1) определяем давление и энтальпию. энтропию в т.3: pК = 0,773 МПа, h3 = 447,88 кДж/кг, s3 = 4286,94 Дж/(кгК).

Расчетная температура  энтальпия и энтропия в т.1:

Перегрев пара перед компрессором ΔТп  составляет 5 – 15 оС, принимаю разность температур ΔТп = 10 оС:

t1 = t6 + ΔТп = -18 оС

По T,s-диаграмме и таблицам (прил.1) определяем давление и энтальпию, энтропию в т.1: p1 = 0,114 МПа, h1 = 566,8 кДж/кг, s1 = 4792,07 Дж/(кгК).

Температура, энтальпия и энтропия в т.2:

Определяем энтальпию паров хладона после идеального компрессора т.2’ 
h2’ = 602,17 кДж/кг.

Принимаю внутренний адиабатный КПД компрессора: ηi =0,8

Определяем  энтальпию рабочего агента на выходе из компрессора т.2:

h2 = h1вi=h1+(h’2 - h1)/ηi = 611,01 кДж/кг.

По T,s-диаграмме (прил.1) определяем температуру энтропию в т.2: t2 = 65 оС, 
s2 = 4819,33 Дж/(кг К).

Температура, энтальпия  и энтропия в т.4:

Энтальпию в т. 4 находим по тепловому балансу РТ (h1-h6 = h3-h4), откуда:

h4 = h3 – (h1-h6) = 447,88 - (566,8 - 560,095) = 441,18 кДж/кг

По T,s-диаграмме (прил.1) определяем температуру, энтропию в т.4: t4 = 23 оС, 
s4 = 4266,15 Дж/(кг К).

Энтропия в т.5:

По  T,s-диаграмме (прил.1) определяем энтропию в т.5: s5 = 4287,06 Дж/(кг К).

Проверочный расчет энтропии в т.5:

s5c = s’·(1–х) + s”·х=4090,66·(1-0,283)+ 4770,42·0,283=4283,029 Дж/(кг×К). 
где s’=4090,66 Дж/(кг×К), s”=4770,42 Дж/(кг×К) по таблице прил.1,

Подп. и дата

 

Инв. № дубл.

 

Взам. Инв. №

 

Подп. и дата

 

Инв. № подл.

 
         

Э-450.140104.870.00.ПЗ

Лист

         

9

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

х – степень сухости и равна x=0,283 (прил.1).

Погрешность расчета энтропии в  т.5:

δ = 1 - s5c / s5 = 0,09%

Точность определения энтропии в т.5 достаточная для инженерных расчетов (0,09% < 1%)

Значения удельных эксергий хладона  в характерных точках процесса определим по е, h -диаграмме и по формуле:

e = h - hо.с. - Tо.с.(s - sо.с) = h - Tо.с. s - (hо.с. - Tо.с. sо.с
Найдем по T,s-диаграмме (прил.1) энтропию. энтальпию хладона R12 при параметрах окружающей среды ро.с. = 0,1 МПа, Tо.с. = 293 K:

hо.с.= 589,03 кДж/кг, sо.с = 4885,33 Дж/(кг×К)

Значения температуры, давления, энтальпии, энтропии, эксергии точек 1, 2, 3, 4, 5 сведём в таблицу 1.

Таблица 1

 

t,oC

T, K

р, Мпа

h, кДж/кг

v, м3/кг

s, Дж/(кг К)

е, кДж/кг

точка 1:

-18

255,16

0,11372

566,800

0,177

4792,07

5,14

точка 2:

65

338,16

0,773262

611,010

 

4819,33

41,36

точка 3:

30

303,16

0,773262

447,880

 

4286,94

34,31

точка 4:

23

296,16

0,773262

441,180

 

4266,15

33,70

точка 5:

-28

245,16

0,11372

441,180

 

4287,06

27,57

точка 6

-28

245,16

0,11372

560,095

0,150

4770,42

4,78


Строим процесс на T,s – и e,h - диаграмме (прил. 1)

Подп. и дата

 

Инв. № дубл.

 

Взам. Инв. №

 

Подп. и дата

 

Инв. № подл.

 
         

Э-450.140104.870.00.ПЗ

Лист

         

10

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

 

2. Характерные величины цикла

Удельная нагрузка испарителя:

q0 = h6 - h5 = 119 кДж/кг

Массовый расход хладагента

G=Q0 / q0= 0,3912 кг/с (1408,31 кг/ч)

Удельная внутренняя работа компрессора:

ав = h2 - h1= 44,21 кДж/кг

Удельная тепловая нагрузка конденсатора:

qК = h2 - h3 = 163,13 кДж/кг

Удельная тепловая нагрузка регенеративного  теплообменника по жидкости:

qрт = h3 - h4 = 6,71 кДж/кг

Полная тепловая нагрузка регенеративного теплообменника по жидкости:

Qрт = qрт G = 2,62 кВт

Проверка решения по I закону термодинамики:

q = aв + q0+qрт = 169,83 кДж/кг

q = qк + qрт = 169,83 кДж/кг

Объемная производительность компрессора:

V0 = G ν1 = 249,06 м3/ч (0,0692 м3/с)

Тепловая нагрузка конденсатора:

QК = G qК = 63,81 кВт

Удельная работа, затраченная на компрессор с учетом электромеханического КПД, при ηэм = 0,9

аК = ав / ηэм = 49,12 кДж/кг

Электрическая мощность компрессора:

Nэ = аК G = 19,22 кВт

Принимаем электрическую мощность компрессора в 22 кВт.

Холодильный коэффициент:

ε =

q0

=

2,42

аК


Удельный расход электроэнергии на единицу выработанного холода:

эх =

аК

=

0,413

q0


Подп. и дата

 

Инв. № дубл.

 

Взам. Инв. №

 

Подп. и дата

 

Инв. № подл.

 
         

Э-450.140104.870.00.ПЗ

Лист

         

11

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

 

3. Эксергетический анализ цикла.

Составим эксергетический баланс для 1 кг/с расхода рабочего тела.

1. Удельное количество эксергии, подведенной к установке, по измерениям на зажимах электродвигателя компрессора:

eвх = Nэ / G = 49,12 кДж/кг

2. Электромеханические потери эксергии:

dэм = eвх - eвх ηэм= eвх(1 - ηэм) = 4,91 кДж/кг

3. Удельная эксергия, подводимая к компрессору:

eв = eвх - dэм = 44,21 кДж/кг

4. Внутренние потери эксергии в компрессоре:

dкм = eв – (e2 – e1) = 7,99 кДж/кг

5. Удельная работа компрессора:

eк = e2 – e1 = 36,22 кДж/кг

6. Эксергетический коэффициент полезного действия компрессора:

ηк = ((eв - dкм) / eв ) 100 = 81,92 %

7. Потери эксергии в конденсаторе:

Δ e2-3 = e2 – e3 = 7,05 кДж/кг

8. Средняя температура охлаждающей воды:

Tв.ср = (Tв1 – Tв2)/2 + 273 = 295 К

9. Коэффициент работоспособности охлаждающей воды:

q)в = 1 - Tо.с / Tв.ср = 0,007

10. Эксергия, полученная водой:

Δ eв2-в3 = qкq)н = 3,80 кДж/кг

11. Потери эксергии вследствие необратимого теплообмена:

dк.т = Δ e2-3 - Δ eв2-в3 = 3,25 кДж/кг

12. КПД конденсатора:

ηк = (Δ eв2-в3 / Δ e2-3) 100% = 53,85%

Так как эксергия охлаждающей воды после конденсаторов компрессионных установок обычно не используется, то суммарные потери эксергии в конденсаторе составят:

dк = dк.т + Δ eв2-в3 = 7,05 кДж/кг

ηк = 0%

13. Эксергия, отданная жидким хладона в регенеративном теплообменнике:

Δ e3-4 = e3 – e4 = 0,61 кДж/кг

 

Подп. и дата

 

Инв. № дубл.

 

Взам. Инв. №

 

Подп. и дата

 

Инв. № подл.

 
         

Э-450.140104.870.00.ПЗ

Лист

         

12

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

14. Эксергия, полученная паром хладона в регенеративном теплообменнике:

Δ e1-6 = e1 – e6 = 0,36 кДж/кг

15. Потери эксергии в регенеративном теплообменнике:

dрп = Δ e3-4 - Δ e1-6 = 0,25 кДж/кг

16. КПД регенеративного теплообменника:

ηрп = (Δ e1-6/ Δ e3-4) 100% = 58,78%

17. Потери эксергии в регулирующем клапане (дросселе):

dрв = e4 – e5= 6,13 кДж/кг

18. КПД дросселя:

ηдр =( e5 / e4) 100% = 81,80%

19. Эксергия, отданная хладоном в испарителе:

Δ e5-6 = e5 – e6 = 22,78 кДж/кг

20. Средняя температура воздуха:

Tн.ср = (Tн1 – Tн2)/2 + 273 = 250 К

21. Коэффициент работоспособности воздуха:

q)н = 1 - Tо.с / Tн.ср = -0,172

22. Эксергия, полученная воздухом:

е0 = Δ eн2-1 = eн2 - eн1=q0q)срн = 20,45 кДж/кг

23. Потери эксергии вследствие необратимого теплообмена в испарителе:

dи = Δ e5-1 - Δ eн2-1 = 2,33 кДж/кг

24. КПД испарителя:

ηи = (Δ eн2-1 / Δ e5-1) 100% = 89,77%

Эксергетический баланс установки  приведен в табл. 2.

Таблица 2

Параметр

кДж/кг

%

Подвод эксергии

Электроэнергия на компрессор eвх

49,12

 

Всего

49,12

100,00%

Отвод эксергии

Электромеханические потери в компрессоре dэм

4,91

10,00%

Внутренние потери в компрессоре dкм

7,99

16,27%

Потери эксергии в конденсаторе dк

7,05

14,35%

Потери эксергии в регенеративном теплообменнике dрп

0,25

0,51%

Потери эксергии в дросселе dдр

6,13

12,48%

Потери в испарителе dи

2,33

4,74%

Эксергетическая холодопроизводительность е0

20,45

41,64%

Всего

49,12

100,00%


Коэффициент полезного действия теплообменно-дроссельной части установки:

ηт.д = (e0 /( Δe2-1)) 100% = 56,47%

Полный КПД установки:

η' = e0 /( eвх) 100% = 41,64%

Подп. и дата

 

Инв. № дубл.

 

Взам. Инв. №

 

Подп. и дата

 

Инв. № подл.

 

 
         

Э-450.140104.870.00.ПЗ

Лист

         

13

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

 

4.Подбор оборудования.

 

Подп. и дата

 

Инв. № дубл.

 

Взам. Инв. №

 

Подп. и дата

 

Инв. № подл.

 
         

Э-450.140104.870.00.ПЗ

Лист

         

14

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

 

Подп. и дата

 

Инв. № дубл.

 

Взам. Инв. №

 

Подп. и дата

 

Инв. № подл.

 
         

Э-450.140104.870.00.ПЗ

Лист

         

15

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

 

Подп. и дата

 

Инв. № дубл.

 

Взам. Инв. №

 

Подп. и дата

 

Инв. № подл.

 
         

Э-450.140104.870.00.ПЗ

Лист

         

16

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

   

Подп. и дата

 

Инв. № дубл.

 

Взам. Инв. №

 

Подп. и дата

 

Инв. № подл.

 
         

Э-450.140104.870.00.ПЗ

Лист

         

17

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

 

Заключение

Подп. и дата

 

Инв. № дубл.

 

Взам. Инв. №

 

Подп. и дата

 

Инв. № подл.

 
         

Э-450.140104.870.00.ПЗ

Лист

         

18

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

 

Литература

1. Везиришвили О.Ш., Меладзе Н.В. Энергосберегающие теплонасосные системы тепло – и хладоснабжения. — М.:Изд-во МЭИ, 1994. — 160с., ил.

2. Горбенко В.И., Юртаев М.А. Расчёт парожидкостных компрессионных одноступенчатых холодильных и теплонасосных установок. - Ч: Изд. ЮУрГУ, 2002. — 38 с., ил.

3. Горбенко В.И. Конспект лекций. - Ч: Изд. ЮУрГУ, 2002. — 38 с., ил.

4. Курылев Е.С., Герасимов Н.А. Холодильные установки. – Л.: Машиностроение, 1980. – 622 с., ил.

5. Мартынов А.В. Установки для трансформации тепла и охлаждения. – М.: Энергоиздат, 1989. – 320 с., ил.

6. Соколов Е.Я., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения. – М.: Энергоиздат, 1981. – 320 с., ил.

7. Теплофизические основы получения искусственного холода: Справочник серии «Холодильная техника». — М.: Пищевая промышленность, 1980. — 232с.

8. Холодильные компрессоры: Справочник серии «Холодильная техника». — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. — 280с.

9. Холодильные машины: Справочник серии «Холодильная техника». — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. — 223с.

10. Щербин Н.К., Гринберг Я.И. Холодильные станции и установки. — М.: Химия, 1979. — 376с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подп. и дата

 

Инв. № дубл.

 

Взам. Инв. №

 

Подп. и дата

 

Инв. № подл.

 
           

Лист

           

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата


 


Информация о работе Расчеты схем теплонасосных и холодильных установок