Расчеты схем теплонасосных и холодильных установок (стр. 1 из 2)

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”

Э-450.140104.012.00.ПЗ

Нормоконтролер: Руководитель:

Жиргалова Т.Б. _______ Заболотный В.В.

__________

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

Выполнил:

Студент группы Э-450

________ Першукова В.И.

“____” __________2010 г.

Челябинск, 2010 г.

Аннотация

Заболотный В.В.– Челябинск: ЮУрГУ, Э, 2010, 19 с. Библиография литературы – 10 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.

Содержание.

Введение

1.Расчет холодильного цикла

1.1 Принципиальная схема установки

1.2. Расчёт основных параметров цикла

2. Характерные величины цикла

3. Эксергетический анализ

4.Подбор оборудования

Заключение.

Литература

Приложения

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.

1.Расчет холодильного цикла

1.1. Принципиальная схема установки.

На рис.1. приведена схема для ХЛУ

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

Принцип действия установки состоит в следующем. Компрессор отсасывает пары хладагента из испарителя при давлении Р_о и сжимает их до давления Р_к (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 Т_к (процесс 2-3 на рис.2). При этом ВИТ нагревается от температуры Т’_в до температуры Т’’_вк. Жидкий агент направляется в переохладитель ПО (рис.1.), где происходит понижение его температуры на величину DТ=Т₃–Т₄ (процесс 3-4 на рис.2). 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 – 1 на рис.2). Процесс на T,s-диаграмме парожидкостной холодильной установки приведен на рис.2.

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.1
t₀ = t_н2 - Δt_и = -10 - 5 = -15 ^оС

Рис.3. Расчетная температура испарения.

По T,s-диаграмме и таблицам(прил.1) определяем давление и энтальпию. энтропию в т.1: p₀ = 0,22 МПа, h1 = 1675 кДж/кг, s₁ = 9051 Дж/(кгК).

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

t_к = t_в1 + Δt_к = 24+7=31 ^оС

Рис.4. Расчетная температура конденсации.

По T,s-диаграмме и таблицам (прил.1) определяем давление и энтальпию. энтропию в т.3: p_К = 1,203 МПа, h₃ = 566 кДж/кг, s₃ = 4683 Дж/(кгК).

Температура, энтальпия и энтропия в т.2:

Определяем энтальпию паров хладона после идеального компрессора т.2’
h_2’ = 1922 кДж/кг.

Принимаю внутренний адиабатный КПД компрессора: η_i =0,8

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

h₂ = h₁ +а_в/η_i=h₁+(h’₂ - h₁)/η_i = 1675+(1922-1675)/0,8 = 1983,75 кДж/кг.

По T,s-диаграмме (прил.1) определяем температуру энтропию в т.2:

t₂ = 128 ^оС,
s₂ = 9220 Дж/(кг К).

Температура, энтальпия и энтропия в т.4: Δt’ = 9 ^оС,

t4 = tкон + Δt’ = 19 ^оС

По T,s-диаграмме (прил.1) : h₄ = 503 кДж/кг

s₄ = 4410 Дж/(кг К).

Энтропия в т.5:

По T,s-диаграмме (прил.1) определяем энтропию в т.5: s₅ = 4706,15 Дж/(кг К).

Проверочный расчет энтропии в т.5:

s_5c = s’·(1–х) + s”·х=3927·(1-0,151)+ 9051·0,151 = 4700,724 Дж/(кг×К).

где s’=3927 Дж/(кг×К), s”=9051 Дж/(кг×К) по таблице прил.1,

х – степень сухости и равна x=0,151 (прил.1).

Погрешность расчета энтропии в т.5:

δ = 1 - s_5c / s₅ = 0,12%

Точность определения энтропии в т.5 достаточная для инженерных расчетов (0,12% < 1%)

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

e = h - h_о.с. - Tо.с.(s - s_о.с) = h - T_о.с. s - (h_о.с. - T_о.с. s_о.с)
Найдем по T,s-диаграмме (прил.1) энтропию. энтальпию хладона R717 при параметрах окружающей среды р_о.с. = 0,1 МПа, T_о.с. = 293 K:

h_о.с.= 1750 кДж/кг, s_о.с = 9765 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
1	-15	258,16	0,22	1675	0,5	9051	134,202
2	128	401,16	1,203	1983,75		9220	393,435
3	31	304,16	1,203	566		4683	305,026
4	19	292,16	1,203	503		4410	322,015
5	-15	258,16	0,22	503		4706,15	235,243

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

2. Характерные величины цикла

Удельная нагрузка испарителя:

q₀ = h1 - h₅ = 1675 – 503 = 1172 кДж/кг

Массовый расход хладагента

G=Q₀ / q₀= (20,93*4,187)/(1172*3,6) = 0,02 кг/с ( 72 кг/ч)

Удельная внутренняя работа компрессора:

а_в = h₂ - h₁= 1983,75 – 1675 = 308,75 кДж/кг

Удельная тепловая нагрузка конденсатора:

q_К = h₂ - h₃ = 1983,75 – 566 = 1417,75 кДж/кг

Удельная тепловая нагрузка переохладителя:

q_по = h₃ - h₄ =566 - 503 = 63 кДж/кг

Полная тепловая нагрузка переохладителя:

Q_по = q_по G = 63*0,02 = 1,26 кВт

Проверка решения по I закону термодинамики:

q = a_в + q₀ = 308,75 + 1172 = 1480,75 кДж/кг

q = q_к + q_по = 1417,75 +63 = 1480,75 кДж/кг

Объемная производительность компрессора:

V₀ = G ν₁ = 72 *0,5 = 36 м³/ч (0,01 м³/с)

Тепловая нагрузка конденсатора:

Q_К = G q_К = 0,02*1417,75 = 28,36 кВт

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

а_К = а_в / η_эм = 308,75/0,9 =343,1 кДж/кг

Электрическая мощность компрессора:

N_э = а_К G = 343,1*0,02 = 6,862 кВт

Принимаем электрическую мощность компрессора в 7 кВт.

Холодильный коэффициент:

e = q₀ / а_К = 1172/343,1 = 3,42

Удельный расход электроэнергии на единицу выработанного холода:

ex = а_К / q₀ = 343,1 / 1172 = 0,29

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:

e_вх = N_э / G = 6,862 / 0,02 =343,1 кДж/кг

2. Электромеханические потери эксергии:

d_эм = e_вх - e_вх η_эм= e_вх(1 - η_эм) = 343,1(1-0,9) = 34,31 кДж/кг

3. Удельная эксергия, подводимая к компрессору:

e_в = e_вх - d_эм = 343,1 – 34,31 = 308,79 кДж/кг

4. Внутренние потери эксергии в компрессоре:

d_км = e_в – (e₂ – e₁) = 308,79 – (393,435 – 134,202) = 49,56 кДж/кг

5. Удельная работа компрессора:

e_к = e₂ – e₁ = 393,435 – 134,202 = 259,233 кДж/кг

6. Эксергетический коэффициент полезного действия компрессора:

η_к = ((e_в - d_км) / e_в ) 100 = (308,79 – 49,56)/ 308,79)100 = 83,95 %

7. Потери эксергии в конденсаторе:

Δ e_2-3 = e₂ – e₃ = 393,435 – 305,026 = 88,409 кДж/кг

8. Средняя температура охлаждающей воды:

T_в.ср = (T_в1 – T_в2)/2 + 273 = (24-18) / 2 +273 = 276 К

9. Коэффициент работоспособности охлаждающей воды:

(τ_q)_в = 1 - T_о.с / T_в.ср = 1 – 293/ 276 = -0,06