Данное методическое пособие предназначено для студентов направления 16.03.03 «Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения». В документе подробно изложены этапы выполнения курсового проекта: от выбора исходных данных и теплового расчета до динамического анализа и конструирования узлов компрессора. Приведены формулы, таблицы параметров, рекомендации по оформлению графической части и пояснительной записки, а также контрольные вопросы для защиты проекта.
- Введение
- 1. Общие положения
- 2. Выбор темы и исходных данных
- 3. Структура курсового проекта
- 4. Содержание расчетной части
- 4.1. Тепловой расчет компрессора в рабочем режиме
- Методика теплового расчета одноступенчатой парокомпрессионной холодильной машины
- Особенности теплового расчета одноступенчатой хладоновой ХМ с регенеративным теплообменником
Введение
Одной из особенностей современного развития производства продуктов питания и других отраслей промышленности является внедрение холода на различных этапах технологического процесса – и как следствие создание установок предназначенных для поддержания низких температур в охлаждаемых объектах, для замораживания продукции и ее низкотемпературного хранения, а так же для обеспечения комфортных параметров воздуха в жилых и производственных помещениях.
В составе холодильной установки используются холодильные машины как отечественного, так и зарубежного производства, с поршневыми, винтовыми, ротационными и спиральными компрессорами. Холодильный компрессор – один из основных и наиболее сложный элемент парокомпрессионной холодильной машины, предназначенный для отвода паров холодильного агента из испарителя, сжатия пара и перемещения холодильного агента в системе.
Современный компрессор – это сложный механизм, при создании которого используются современные достижения науки и техники. Каждый тип компрессора имеет свою методику расчета, особое место в которой занимают тепловые, конструктивные, динамические и прочностные расчеты. Поршневые компрессоры являются самым распространенным типом машин для современных холодильных установок.
Для осуществления экономичной и безопасной эксплуатации специалисты по проектированию холодильных установок и обслуживающий персонал должны хорошо знать теоретические вопросы создания компрессоров и представлять себе процессы, происходящие в них.
1. Общие положения
Курсовой проект по дисциплине «Низкотемпературные машины» призван закрепить теоретический материал специального курса, показать практическое приложение методов расчета и дать навыки конструирования деталей холодильного компрессора, а также компоновки и разработки конструкции компрессора в целом.
Цель курсового проектирования – привить студентам навыки инженерных расчетов и конструирования механизма компрессора, а также его отдельных узлов и деталей с учетом их взаимодействия. При выполнении курсового проекта студент знакомится с основным содержанием работы по проектированию нового холодильного компрессора.
Основной задачей при выполнении курсового проекта по дисциплине «Низкотемпературные машины» является закрепление теоретического материала специального курса, демонстрация практического приложения методов расчета и навыков конструирования узлов и деталей холодильного компрессора, а также компоновки и разработки конструкции компрессора в целом.
В процессе курсового проектирования студент должен научиться самостоятельно выбирать различные параметры, необходимые для конструирования и расчета. Он также должен при этом оценивать технологичность конструкции, для чего необходимо хорошо знать «Технологию холодильного машиностроения» и в полной мере использовать полученные знания по таким дисциплинам, как «Теория механизмов и машин» и «Детали машин и основы конструирования».
Грамотное проектирование компрессора возможно только при хорошем знании всех особенностей данной конструкции, условий работы отдельных деталей и возникающих в них усилий.
2. Выбор темы и исходных данных
При выполнении курсового проекта осуществляется расчет и проектирование холодильного одноступенчатого поршневого компрессора согласно исходным данным (таблица 1.1).
Тип проектируемого компрессора и исходные данные задаются преподавателем индивидуально для каждого студента дневной формы обучения.
| № вар. | Хладагент | Qo кВт | to, oC | tк, oC | Тип |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 | R717 | 200 | –10 | 20 | С |
| 1 | R717 | 50 | ‒20 | 30 | С |
| 2 | R717 | 80 | ‒20 | 25 | С |
| 3 | R717 | 150 | 5 | 35 | С |
| 4 | R717 | 100 | –15 | 30 | С |
| 5 | R717 | 120 | 0 | 30 | С |
| 6 | R22 | 30 | –20 | 35 | БС |
| 7 | R22 | 1 | –15 | 30 | Г |
| 8 | R22 | 70 | -35 | 25 | БС |
| 9 | R22 | 60 | –30 | 30 | С |
| 10 | R22 | 0,6 | 0 | 30 | Г |
| 11 | R22 | 100 | 5 | 35 | С |
| 12 | R22 | 40 | –25 | 20 | БС |
| 13 | R22 | 20 | –25 | 25 | БС |
| 14 | R12 | 0,25 | –10 | 20 | Г |
| 15 | R12 | 1 | –5 | 25 | Г |
| 16 | R12 | 15 | –20 | 20 | БС |
| 17 | R12 | 8 | ‒10 | 30 | БС |
| 18 | R12 | 0,6 | –20 | 30 | Г |
Примечания к исходным данным: Qо – холодопроизводительность компрессора, кВт; tо – температура кипения холодильного агента, °С; tк – температура конденсации холодильного агента, °С; БС – бессальниковый компрессор; С – сальниковый компрессор; Г – герметичный компрессор.
Вариант для студентов факультета заочного обучения определяется по сумме двух последних цифр в зачетной книжке. Каждому обучающемуся после выбора и утверждения темы курсового проекта выдается задание установленного образца. Задание на курсовое проектирование содержит исходные данные и содержание курсового проекта. Задание подписывается студентом и руководителем курсового проектирования.
3. Структура курсового проекта
Задачей выполнение курсового проекта является расчет и проектирование холодильного одноступенчатого поршневого компрессора согласно исходным данным, представленным в таблице 1.1.
Курсовой проект состоит из комплекта чертежей и расчетно-пояснительной записки. Объем графической части проекта – 1÷2 листа формата А1 – общий вид компрессора (продольный и поперечный разрез).
В состав расчетно-пояснительной записки курсового проекта входят:
- титульный лист;
- бланк задания;
- реферат;
- содержание;
- введение;
- расчетная часть;
- заключение;
- список использованной литературы;
- приложения.
Первым листом пояснительной записки является титульный. Номер на этом листе не ставится, но включается в общий объем записки. Пример оформления титульного листа приведен в Приложении 4.
Вторым листом пояснительной записки является бланк задания на выполнение курсового проекта, подписанный руководителем курсового проектирования и студентом.
Третий лист пояснительной записки должен содержать основную надпись в соответствии с ГОСТ для текстовых документов. Основная надпись должна включать тему курсового проекта, шифры обозначений документа (раздел), наименование учебной группы, ФИО исполнителя и руководителя.
На третьем листе следует размещать реферат объемом до 0,5 стр. включает в себя краткую информацию о содержании работы: тему курсового проекта; количество страниц пояснительной записки, а так же количество рисунков, таблиц и библиографических наименований; ключевые слова (для информационно-поисковых систем); цель и задачи работы; актуальность, новизну и практическую значимость работы; результаты работы, выводы, области возможного применения результатов работы, перспективы ее развития.
На четвертом и последующих за ним листах размещаются содержание, введение, расчетная часть, заключение, список использованной литературы и приложения, при оформлении которых следует пользоваться рекомендациями, приведенными в разделе и [9].
Введение должно содержать следующую информацию: назначение и классификация холодильных компрессоров; области применения холодильных поршневых компрессоров заданного типа; основные требования, предъявляемые к конструкции холодильного компрессора.
Введение наряду с заключением дают первое представление о содержании и результатах выполнения курсового проекта.
4. Содержание расчетной части
4.1. Тепловой расчет компрессора в рабочем режиме
Тепловой расчет служит главным образом для определения объемной производительности компрессора, потребляемой им мощности и эффективного холодильного коэффициента.
Для ведения расчета необходимо знать холодопроизводительность холодильной машины (ХМ) – Qо (в кВт), температурный режим работы ХМ и холодильный агент. К расчетному температурному режиму работы компрессора относятся прежде всего температуры кипения tо и конденсации tк (в ºС). Иногда бывают также заданы температура переохлаждения при теплообмене с охлаждающей средой и температура всасывания.
Для определения объемной производительности компрессора необходимо выполнить тепловой расчет холодильной машины.
Методика теплового расчета одноступенчатой парокомпрессионной холодильной машины
Принципиальная схема одноступенчатой ХМ показана на рис. 4.1.1, а ее цикл работы в термодинамических диаграммах – на рис. 4.1.2.
Для аммиачной ХМ температура паров холодильного агента на всасывании в компрессор tвс и температура переохлаждения жидкого хладагента перед регулирующим вентилем tпх определяются следующим образом:
tвс = tо + (5÷10) ºС;
tпх = tк – (2÷3) ºС.
Параметры состояния холодильного агента в узловых точках цикла, снятые с диаграммы или выбранные из таблиц насыщенных паров (прил. 1, 2), заносят в табл. 4.1.1.
| Параметр | 1″ | 1 | 2 | 3′ | 3 | 4 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| р, МПа | ||||||
| t, ºС | ||||||
| i, кДж/кг | ||||||
| v, м3/кг | – | – | – | – |
В процессе теплового расчета определяются:
- Удельная массовая холодопроизводительность qo, кДж/кг: qo = i1 – i4.
- Массовая производительность компрессора G, кг/с: G = Qo / qo.
- Объемная действительная производительность компрессора Vд, м3/с: Vд = G * v1.
- Объем, описываемый поршнями компрессора Vh, м3/с: Vh = Vд / λ.
Коэффициент подачи λ определяется либо из опытных графиков (рис. 4.1.3), либо по формуле:
5) Теоретическая (адиабатная) удельная работа компрессора la, кДж/кг: la = i2 – i1.
6) Теоретическая (адиабатная) мощность компрессора Na, кВт: Na = G * la.
7) Теоретический холодильный коэффициент: ε = qo / la.
8) Индикаторная мощность компрессора Ni, кВт: Ni = Na / ηi.
9) Эффективная мощность (мощность на валу компрессора) Ne, кВт: Ne = Ni + Nтр.
10) Эффективный коэффициент полезного действия ηе: ηе = Na / Ne.
11) Электрическая мощность (мощность, потребляемая электродвигателем) Nэ, кВт: Nэ = Ne / ηэ.
12) Эффективный холодильный коэффициент: εе = Qo / Ne.
13) Для компрессоров со встроенными электродвигателями следует определять эффективный коэффициент по формуле εе = Qo / Nэ.
Особенности теплового расчета одноступенчатой хладоновой ХМ с регенеративным теплообменником
Переохладить жидкий холодильный агент перед дросселированием в регулирующем вентиле можно холодными парами, идущими из испарителя, в регенеративном теплообменнике (РТО). Принципиальная схема такой машины показана на рис. 4.1.5.
Нагрев хладона в процессе 1″–1 принимают около 15÷30ºС, и температура паров холодильного агента на всасывании в компрессор tвс определяется следующим образом: tвс = tо + (15÷30) ºС.
Для определения состояния 3 записывают тепловой баланс РТО: i1 – i1″ = i3′ – i3.
В остальном расчет не отличается от того, который был приведен для обычного цикла. Только перегрев хладагента в регенеративном теплообменнике не следует включать в холодопроизводительность, поэтому qo = i1″ – i4.