Определение теплопритоков холодильной камеры и

Подбор компрессора

 

Ц е л ь р а б о ты: 1. Изучение методики расчета теплопритоков холодильнойкамеры.

2. Приобретение практических навыков расчета и подбора компрессора.

Р е к о м е н д у е м а я л и т е р а т у р а: [1, 3,5].

Теоретические сведения

 

Расчет теплопритоков выполняют для определения мощности холодильной установки, а также для определения тепловой нагрузки на компрессоры и камерное оборудование.

Мощность холодильной установки должна быть достаточной для компенсации всех теплопритоков, поступающих в охлаждаемые помещения или возникающих в них, а также теплопритоков к рабочим веществам (холодильным агентам и хладоносителям) при их транспортировании по трубопроводам.

Расчет выполняют отдельно по всем камерам и аппаратам. При этом общий теплоприток составляет

 

, кВт (30)

 

где Q ₁ – теплопритоки через ограждения (стены, полы, перекрытия, покрытия и т.д.), кВт;

Q ₂ – теплопритоки от продуктов при их холодильной обработке и хранении, кВт;

Q ₃ – теплопритоки от наружного воздуха, поступающего в помещения при их вентиляции, кВт;

Q ₄ – эксплуатационные теплопритоки (при открывании дверей камер, пребывании в них кладовщиков и грузчиков, от освещения камер и пр.), кВт;

Q ₅ – теплопритоки от плодов и овощей при их дыхании, кВт.

Период, для которого определяют теплопритоки, называют расчетным. В качестве расчетного принимают наиболее напряженный период работы холодильной установки. Обычно за расчетный принимают период, в котором совпадает максимум двух теплопритоков Q₁ и Q₂ (период, соответствующий наиболее высокой температуре наружного воздуха и максимальному поступлению продуктов в холодильник).

Для расчетов теплопритоков необходимы планы и разрезы холодильника с размерами камер, заданные температуры, ориентировка холодильника по сторонам света и климатические условия.

Теплопритоки через ограждения Q ₁ определяют для каждой камеры отдельно

Q ₁ = Q _{1 Т} + Q _{1 С} , (31)

 

где Q _1Т и Q _1С – теплопритоки в охлаждаемое помещение соответственно вследствие разности температур и действия солнечной радиации, кВт

, (32)

, (33)

 

где k_Д – действительный коэффициент теплопередачи наружного ограждения, зависит от конструкции ограждений и для холодильных камер лежит в диапазоне 0,22...0,58 Вт/(м²×К); F – площадь поверхности наружного ограждения, м²; t_нр – расчетная температура наружного воздуха (принимается по справочным данным), ^оС;

t_в – температура воздуха в охлаждаемом помещении (принимается по технологическим нормам в зависимости от назначения камер и вида продуктов), ^оС; Dt_c – избыточная разность температур, вызванная действием солнечной радиации и принимаемая по нормативным материалам в зависимости от характера ограждения и ориентации его по сторонам света, ^оС.

Теплопритоки от продуктов при их холодильной обработке и хранении определяются по формуле

 

, (34)

 

где G_пр – количество продуктов, поступающих на охлаждение, кг/сутки; с_пр – теплоемкость продуктов, Дж/(кг×К); G_пр – масса тары продуктов, кг; с_т – теплоемкость материала тары, Дж/(кг×К ); t _н и t_к – начальная и конечная температуры продуктов и тары), °С.

Теплопритоки от наружного воздуха, поступающего в помещения при их вентиляции

, (35)

 

где а – кратность смены воздуха камеры в сутки; V – объем вентилируемых камер, м³; r_в – плотность воздуха, кг/м³; I_нр, I_кам –энтальпия наружного воздуха и воздуха в камере соответственно.

Эксплуатационные теплопритоки определяются поформуле

 

, (36)

 

где – теплоприток от системы освещения, кВт,

 

, (37)

 

– удельный теплоприток от системы освещения, Вт/м²;

F – площадь камеры, м²,

– теплоприток от электродвигателей, кВт,

 

, (38)

 

– коэффициент одновременности работы электродвигателей;

– общая мощность электродвигателей, кВт;

– КПД электродвигателей, кВт,

– теплоприток от обслуживающего персонала, кВт,

, (39)

 

n – количество обслуживающего персонала, Вт/м²;

– теплоприток при открывании дверей, кВт,

 

, (40)

 

– удельный теплоприток, возникающий при открывании дверей, Вт/м².

Теплопритоки от плодов и овощей при их дыхании определяются с учетом удельной теплоты дыхания по формуле

 

, (41)

 

где – удельная теплота дыхания плодов и овощей при их охлаждении, Вт/т;

G_пр – масса плодов и овощей, поступающих на охлаждение, т/сут;

– удельная теплота дыхания плодов и овощей при их хранении, Вт/т;

E – емкость холодильной кмеры, т.

Необходимая холодопроизводительность компрессора определяется по формуле

 

, (42)

 

где k_тр – коэффициент, учитывающий потери при транспортировке холода (для установок непосредственного охлаждения k_тр= 1,05…1,07, для установок с охлаждением хладоносителем k_тр= 1,1…1,12);

Q₀ – расчетная тепловая нагрузка на компрессор, получаемая при расчете теплопритоков в камеры, кВт;

b_р – коэффициент рабочего временикомпрессора (b_р= 0,75..0,92).

 

Порядок выполнения работы

 

В лаборатории студенты знакомятся с конструкцией холодильной кмеры, замеряют размеры камеры (длина, ширина, высота) и выполняют строительный чертеж по полученным данным.

Затем по исходным данным студенты рассчитывают теплопритоки в холодильную камеру по формулам (30)-(41) и определяют холодопроизводительность компрессора по формуле (42).

 

Контрольные вопросы

 

1. От чего зависят теплопритоки в холодильную камеру?

2. Каким образом можно уменьшить теплопритоки?

3. Какие требования предъявляются к теплоизолирующим материалам?

4. Какие системы холодоснабжения применяются при эксплуатации холодильных камер?

5. Для какого времни года ведут расчет теплопритоков?

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

Испытание льдогенератора

«Блексматик В 41 Электроник»

 

Ц е л ь р а б о ты: 1. Изучение устройства и принципа действия льдогенератора, усвоение правил его обслуживания и безопасной эксплуатации.

2. Определение фактической производительности льдогенератора и расчетной тепловой нагрузки на холодильную установку.

Р е к о м е н д у е м а я л и т е р а т у р а: [1, 2, 3].

Теоретические сведения

 

Искусственный водный лед изготовляют из пресной или морской воды и рассолов в льдогенераторах непосредственного и рассольного охлаждения. По форме выпускается лед блочный, плиточный, цилиндрический (трубчатый), чешуйчатый и снежный.

При расчете льдогенераторов определяют их производительность, продолжительность замораживания, тепловую нагрузку на аппараты. После расчета осуществляют подбор холодильного оборудования (испарителей, компрессоров, конденсаторов, насосов для воды и др.).

В связи с большим разнообразием форм льда и типов льдогенераторов расчеты выполняют с использованием различных зависимостей. При этом продолжительность замораживания определяют с помощью соотношения Р. Планка, представленного в различных вариантах.

 

Порядок выполнения работы

 

Лабораторная установка (рис. 8) состоит из собственно льдогенератора, прибора для измерения температуры с термопарами, подсоединенными к теплообменным аппаратам льдогенератора, систем подачи водопроводной воды и отвода её в канализацию.

Рис. 8. Общий вид установки для испытания льдогенератора:

1, 2, 3, 4 – сигнальные лампы; 5 – тумблер включения льдогенератора;

6 – верхняя крышка; 7 – дверца термостата; 8 – потенциометр

 

Льдогенератор предназначен для получения пищевого льда или замороженных напитков в виде гранул. Он имеет герметичный холодильный агрегат (рис. 8), систему управления, подвижные резервуары и ванну для воды, систему подъема и опускания резервуара и ванны, резервуар для льда (термостат), установленных в корпусе. На лицевой панели льдогенератора расположены тумблер 5 включения и выключения льдогенератора; сигнальные лампы 1-4; открывающаяся дверца термостата 7. Корпус закрывается сверху легкосъемной крышкой 6. Льдогенератор работает следующим образом.

Пары холодильного агента (фреона R12) сжимаются в компрессоре 1 до 0,6...0,8 МПа и нагнетаются в конденсатор 2 (рис. 9).

 

Рис. 9. Схема холодильной установки льдогенератора: 1 – компрессор; 2 – конденсатор; 3 – ресивер; 5 – регенеративный теплообменник; 6 – испаритель; 7 – терморегулирующий вентиль; 8, 9 – электромагнитные клапаны

Рис. 10. Гидравлическая схема льдогенератора: 1 – запорный вентиль; 2, 6 – электромагнитные клапаны; 3 – подвижный резервуар; 4 – подвижная ванна; 5 – испаритель

 

Фреон конденсируется, отдавая теплоту наружному воздуху. Жидкий R12 сливается в ресивер 3, затем проходит через фильтр-осушитель 4, где удаляются следы воды и осуществляется контрольная фильтрация. После фильтрации R12 поступает в регенеративный теплообменник 5, в котором происходит теплообмен между жидким фреоном и его парами, идущими из испарителя.

В терморегулирующем вентиле 7 давление R12 снижается до 0,06...0,10 МПа, и фреон в виде паро-жидкостной смеси поступает в испаритель 6, где кипит, отнимая теплоту у заморажи- ваемой воды. Пары R12 проходят через регенеративный теплообменник 5 и засасываются в компрессор.

К трубкам испарителя припаяны медные лужёные цапфы, которые оказываются погруженными в воду при заполненной подвижной ванне. Вследствие высокой теплопроводности меди температура цапф близка к температуре кипения фреона. Вода намерзает на цапфах в виде чашек (гранул), размер которых контролируется датчиком. По окончании стадии намораживания автоматически открываются электромагнитные клапаны 8, 9 и горячие пары фреона из компрессора поступают непосредственно в испаритель. Гранулы льда подтаивают. Сконденсировавшийся фреон из испарителя стекает в ресивер 3. После освобождения цапф от гранул льда электромагнитные клапаны 8 и 9 закрываются.

Вода подается из водопровода через вентиль 1 (рис. 10). После включения льдогенератора открывается электромагнитный клапан 2, и водопроводная вода поступает в подвижный резервуар 3, связанный тягами с подвижной ванной 4. Масса резервуара увеличивается, он опускается вниз. При этом ванна 4 поворачивается и занимает горизонтальное положение. Вода по трубке наливается в ванну до уровня, контролируемого датчиком. При соприкосновении электрода датчика с водой электромагнитный клапан 2 закрывается. Включается холодильная установка. Льдогенератор работает в системе намораживания.

 

Техническая характеристика

 

Средняя масса льда, получаемого в течение

одного рабочего цикла………………………….1,0 кг

Масса льда, получаемого за сутки……………..36,0 кг

Расход воды на один цикл………………………4,2 дм³

Максимальная масса льда в наполненном

Термостате……………………………………….10,0 кг

Холодильный агент……………………………..фреон R12

Масса хладагента………………………………..0,5 кг

Максимальная мощность………………………0,4 кВт

Габаритные размеры………………..528×470×1080 мм

Масса…………………………………………….80,0 кг

Когда размер гранул льда на цапфах достигнет заданного значения, компрессор выключается. Открывается выпускной электромагнитный клапан 6. Вода из подвижного резервуара 3 вытекает в канализацию. Резервуар поднимается. Ванна 4 поворачивается вокруг оси и занимает вертикальное положение. Незамерзшая вода из ванны стекает в термостат и удаляется в канализацию. Ванна нажимает на язычок датчика положения. Льдогенератор начинает работать в режиме оттаивания.

Слой льда, соприкасающийся с цапфами, подтаивает. Гранулы льда освобождаются и падают на решетку термостата. Время оттаивания устанавливается автоматически. Электромагнитный клапан 6 закрывается и цикл повторяется.

Если термостат полностью заполнится гранулами льда, льдогенератор автоматически отключается, пока лёд не будет отобран. Сигнальные лампы на передней панели показывают стадии цикла работы.

Снимите верхнюю крышку 6 (рис. 9). Определите размеры подвижной ванны: длину l, м, ширину b, м, высоту h, м. Подсчитайте количество цапф испарителя n, шт их диаметр d, м.

Прикрепите термопары к поверхностям теплообменных аппаратов льдогенератора: первую – к трубопроводу подвода паров фреона к компрессору, вторую – к трубопроводу отвода сжатых паров фреона от компрессора, третью – к поверхности компрессора, четвертую – на трубопроводе перед терморегулирующим вентилем, пятую – после терморегулирующего вентиля, шестую – в ванне на расстоянии 2...3 мм от цапфы испарителя. Откройте вентиль подачи воды из водопровода 1. Включите потенциометр и льдогенератор.

При заполнении подвижной ванны водой измерьте линейкой высоту её слоя , м и глубину погружения цапф в воду , м. Внесите эти данные в табл. 7. Закройте крышку льдогенератора. Все последующие измерения проводите через два цикла работы льдогенератора. Секундомером замерьте время отдельных операций цикла работы льдогенератора и занесите данные в табл. 8.

 

 

Таблица 7. Протокол измерений		Таблица 8. Протокол испытаний
Длина ванны l, м		Время, с: заполнения резервуара tр
Ширина ванны b, м		подъема ванны tп
Высота ванны h, м		заполнения ванны tв
Количество цапф n		намораживания гранул tн
Диаметр цапфы dц, м		опускания ванны t0
Высота слоя воды hв, м		оттаивания гранул tог
Глубина погружения цапфы в воду hц, м		полного цикла Т

 

Откройте крышку льдогенератора и штангенциркулем измерьте наружный диаметр гранулы льда d_r, м. Закройте крышку. Все гранулы льда, получаемые за цикл, поместите в поддон и определите их массу , кг. В течение цикла определите по потенциометру температуру на поверхностях теплообменных аппаратов холодильного агрегата, начальную температуру воды , ⁰С и конечную среднюю температуру гранулы льда , ⁰С. Замеры произведите в течение 2...3 циклов. Результаты внесите в табл. 9. Выключите льдогенератор и потенциометр, отсоедините штепсельный разъём, закройте вентиль подачи воды 1.

 

Таблица 9. Протокол испытаний

 

Наружный диаметр гранулы льда	dr, м
Температура, °С: испарения фреона	t0
перед всасывающим вентилем	t1
после компрессора	t2
конденсации	tк
перед терморегулирующим вентилем	t3
нагрева испарителя при оттаивании гранул льда	tот
воды начальная	tв
гранулы средняя	tг
Масса гранул льда, получаемых за цикл	Gг, кг

Расчетная часть

 

Средняя масса гранул льда, получаемых за один цикл, , кг

 

, (43)

 

где – массы гранул льда, получаемых за циклы, кг.

Фактическая производительность льдогенератора П (кг/ч)

 

. ….(44)

Масса воды , кг, находящейся в ванне льдогенератора для замораживания

 

, (45)

 

где – плотность воды, кг/м³ ( =1000 кг/м³); l – - длина ванны, м; b – ширина ванны, м; – высота слоя воды, м; n – количество цапф; d_ц – диаметр цапфы,м; – глубина погружения цапфы в воду, м.

Тепловая нагрузка Q, кВт на холодильную установку льдогенератора

, (46)

 

где – теплопритоки от воды при её охлаждении, замораживании и охлаждении гранул льда до конечной температуры, кВт; – теплопритоки от металлоконструкций, отепляемых при оттаивании льда и охлаждаемых при замораживании, кВт; – теплопритоки от окружающей среды через ограждающие конструкции льдогенератора, кВт.

Теплопритоки от воды , кВт

 

, (47)

 

где – удельная теплоёмкость воды, кДж/(кг×К) ( =4,186 кДж/(кг×К)); r – удельная теплота фазового перехода, кДж/кг (r = 335,2 кДж/кг); – удельная теплоёмкость льда, кДж/(кг×К) ( =2,1 кДж/(кг×К)); – средняя температура гранулы льда, ⁰С.

Масса льда , кг, получаемого за цикл работы льдогенератора

 

, (48)

 

где y – массовая доля льда, подтаявшего при освобождении цапф.

 

, (49)

 

где – толщина подтаявшего слоя льда, м, =1×10^{-3 м;} – наружный диаметр гранул льда, м.

Теплопритоки от металлоконструкций , кВт

 

, (50)

 

где – масса металлоконструкций, отепляемых при оттаивании льда и охлаждаемых при замораживании, кг ( =0,6 кг); – удельная теплоёмкость материала испарителя, кДж/(кг×К), =0,682 кДж/(кг×К); – температура нагрева испарителя при оттаивании, ⁰С.

Теплопритоки от окружающей среды Q_0, кВт определите из соотношения

. (51)

 

По известным значениям температур t_к, t₃, t₀, t₁ постройте цикл работы холодильной установки на lg p - i диаграмме. Определите теплосодержание (кДж/кг) холодильного агента в характерных точках i₁, i₂, i₃, i₄ и рассчитайте основные параметры цикла.

Удельная холодильная мощность q₀, кДж/кг

 

. (52)

 

Удельная работа компрессора А₀, кДж/кг

 

. (53)

 

Удельная теплота конденсации q_к, Дж/кг

 

. (54)

 

Холодильный коэффициент

 

. (55)

 

Масса холодильного агента, циркулирующего в системе, G, кг/с

 

^. (56)

Теоретическая мощность компрессора N_т, кВт

 

. (57)

 

Расчетная мощность компрессора N_е, кВт

 

, (58)

где – индикаторный коэффициент ( =0,87); – механический КПД ( =0,9).

Сравните расчетную и фактическую мощности компрессора, в случае несовпадения сделайте выводы.

 

Контрольные вопросы

 

1. Приведите классификацию оборудования для производства льда.

2. Как поддерживается уровень воды в ванне льдогенератора и что произойдет, если термостат будет переполнен льдом?

3. Что произойдет при утечке фреона из системы и как обнаружить утечку?

4. Какие холодильные агенты применяются в промышленности? Области их применения.

5. Для чего применяется в схеме холодильной установки регенеративный теплообменник?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7