Судовые холодильные установки

Содержание

1. Введение.

2. Обоснование темы дипломной работы.

3. Описание холодильной установки.

4. Расчет характеристик отдельных узлов и СХУ в целом.

5. Расчет морозильного аппарата FGP – 25 – 3

6. Расчет характеристик кожухотрубного фреонового конденсатора.

7. Расчет характеристик воздухоохладителя.

8. Получение математической модели агрегата и его характеристик, состоящего из КМ S3 – 900 / S3 – 315

9. Таблица рабочих режимов СХУ

10. Выводы и рекомендации

11. Охрана труда.

12. Автоматизация СХУ

13. Экономический анализ

14. Список литературы

1. Введение

1. Введение.

Обеспечение населения России продовольствием, и частности продуктами рыбного промысла – государственная задача.

Рыба является весьма ценным пищевым продуктом. По пищевой ценности рыба занимает одно из первых мест среди продуктов питания. Ценность рыбы, как продукта питания в первую очередь, определяется наличием в её составе большого количества полноценных белков, содержащих все жизненно-необходимые (незаменимые) аминокислоты, которые не синтезируются в организме животных и должны обязательно поступать в организм с пищей. Важное значение имеют так же присутствующие в рыбе липиды, витамины и минеральные вещества.

Ткани тела рыбы состоят из сложного сочетания органических веществ (белки, жиры, углеводы), которые легко расщепляются тканевые ферменты, пищеварительными и ферментами микроорганизмов, в результате чего при обычных условиях хранения, сырьё быстро теряет свои функциональные свойства, становятся непригодным в пищу, а в ряде случаев – токсичным.

Среди существующих способов сохранения качества рыбы наиболее предпочтительным является обработка рыбы холодом, т.к. предохраняет свежую рыбу от порчи, позволяет сохранить её качество и в наибольшей степени сохранить свойства рыбы.

В зависимости от области применения низких температур существуют следующие виды холодильной обработки: охлаждение и замораживание. В последнее время определённое внимание стали уделять подмораживанию.

При охлаждении рыбы ослабляется жизнедеятельность микроорганизмов, уменьшается активность ферментов и замедляются все происходящие изменения (физико-химические, биохимические).

Срок хранения и качество мороженой рыбы зависит, главным образом, от количества сырья, способа и скорости замораживания, и условий хранения готовой продукции.

В современных установках и аппаратах процесс замораживания идет с большой скоростью, а конечная температура в теле рыбы достигает от -25 до -30°С и даже более низкой температуры.

В зависимости от условий холодильной обработки, вида и химического состава сырья, температуры хранения (-18°С), срок хранения мороженой рыбы составляет 3 ¸ 9 месяцев.

В настоящее время наметилась тенденция к понижению температуры воздуха в помещениях для хранения и замораживания рыбопродуктов. Это обосновывается тем, что снижение температуры, как при замораживании, так и при хранении позволяет получить продукт более высокого качества при прочих равных условиях.

Например, на некоторых судах температура воздуха в трюмах поддерживается на уровне ( -28 ¸ -30°С ), в морозильных аппаратах типа LBH – ( -40 ¸ -42)°С.

В настоящее время проектируются суда, имеющие неограниченный район плавания. Это обстоятельство накладывает на судовые холодильные установки (СХУ) особый отпечаток, поскольку при перемещении судна из одного района промысла с температурой воды равной t_w=5°C в другой район промысла с температурой воды t_w=30°C происходит изменение тепловой нагрузки на холодильную машину.

Из-за переменности тепловой нагрузки задача определения эффективности СХУ является довольно сложной, т.к. необходимо учитывать большее количество внешних и внутренних факторов.

К внутренним факторам следует отнести различный состав оборудования СХУ, изменение характеристик узлов декомпозиции в процессе эксплуатации, изменение режима работы отдельных узлов (водяных и рассольных насосов и др.), перераспределение тепловых нагрузок между потребителями холода.

К внешним факторам относятся температура забортной воды t_w, начальная температура рыбы t_нр и видоразмерный состав сырья.

Несмотря на всю сложность и объем рассматриваемой задачи, она может быть решена на основе математического моделирования СХУ, позволяющего рассчитать точки совместной работы генератора и потребителя холода и линии рабочих режимов.

Помимо поддержания параметров работы СХУ при эксплуатации согласно рассчитанных таблиц рабочих режимов для возможного получения максимального эффекта работы СХУ необходимо разработать график периодичности чистки конденсаторов и оттайки воздухоохладителей, воздухоохладителей т.к. чрезмерное увеличение термического сопротивления труб конденсатора и толщины снеговой шубы на поверхности воздухоохладителей приводит к перерасходу энергии и снижению эффективности работы СХУ.

2. Обоснование темы дипломной работы.

Анализ эксплуатации всего многообразия и разнотипности судовых холодильных установок действующего флота рыбной промышленности показывает, что наряду с прогрессом и удачными техническими решениями имеют место много недоработок, непродуманных решений при проектировании схем разводки трубопроводов хладагента, компоновки оборудования. Схемы не имеют недостаточной «гибкости», обеспечивающей многовариантность работы, дающей возможность маневрировать при различных возникающих на промысле условиях работы. Необходимые узлы отсутствуют, и имеются подчас лишние и непродуманные. Примером такой непродуманности может служить судовая холодильная установка БАТМ типа «Пулковский меридиан», где для снятия снеговой шубы горячими парами хладагента предусмотрен специальный предохранитель для получения этих горячих паров за счет тепла подаваемого в испаритель водяного пара. Ошибочность такого решения очевидна: в одну полость испарителя подается горячий пар, а в другую дросселируется хладагент с отрицательной температурой, что вызывает напряженность металла и приводит к нарушению прочности и плотности конструкции.

К отрицательным факторам в этом случае необходимо отнести также потерю полезного объёма занимаемого ненужным оборудованием, и самое главное, здесь имеет место большой расход энергии, что идет в разрез в общей тенденцией на ресурсосбережение в тоже время в схеме этой холодильной установки достаточно сделать незначительные переключения трубопроводов, и тогда, станет возможным отдельная работа на трюмы и морозильные аппараты, и соответственно можно будет попеременно снимать снеговую шубу.

В тоже время на судах типа БМРТ «Пионер Латвии» морозильные аппараты LВН 22.5 обеспечивают аммиаком по безнасосной схеме. Таким образом, отпадает необходимость в оборудовании: два циркулярных ресивера, два аммиачных насоса, множество арматуры, трубопроводов и автоматики, а так же нет надобности затрат на дополнительную энергию на привод аммиачных насосов.

Суда типа БМРТ за период более 40 летней эксплуатации зарекомендовали себя как суда промыслового флота с большой ремонтной пригодностью, хорошими мореходными качествами, удачным выбором соотношения промысловых и мореходных параметров.

Суда типа БМРТ отличаются хорошим состоянием корпуса. Суда этого типа сконструированные и построенные 40 лет назад до настоящего времени находятся в эксплуатации (например, УТС – 3 – БМРТ «Лев Толстой» постройки 1958г.) поэтому, учитывая мореходные, экономические достоинства судов типа БМРТ не исключена в дальнейшем возможность постройки этого судна. Но холодильное оборудование на этом судне морально и физически устарело.

Так морозильные аппараты типа LINOE тележечно-тунельного типа имеют большую долю ручного труда. Компрессоры поршневые ДАУ – 80 ненадёжны в эксплуатации, т.к. при незначительном заливе жидким аммиаком происходит разрушение блока-картера, тоже самое происходит при замерзании воды в охлаждённой рубашке блока.

Холодильная установка имеет низкий уровень автоматизации. Хладагент – аммиак имеет высокую токсичность (при утехах). Поэтому возникает необходимость замены холодильной установки на более современную в достижениях холодильной техники.

3. Описание холодильной установки

Судовая холодильная установка состоит из двух систем холодильного агента обслуживающих каждый роторный морозильный аппарат FGP-25-3, включающих в себя два тандемных винтовых компрессорных агрегата оснащенных винтовыми КМ S3-900 и КМ S3-315.

KM S3-600 обслуживает грузовые трюма. В состав также входят:

- система кондиционирования воздуха;

- эжекционные кондиционеры;

- система охлаждения провизионных камер из холодильных агрегатов с воздушными конденсаторами;

- система предварительного охлаждения рыбы.

В качестве хладагента использован R22.

Тандемный винтовой компрессорный агрегат состоит из винтовых КМ S3-900 (низкой ступени) и КМ S3-315 (высокой ступени).

Хладопроизводительность агрегата при температуре кипения хладагента -55°С и температуре конденсации 37°С. Привод компрессоров осуществляется от отдельных электродвигателей мощностью 52кВт КMR 225 М2 и 71кВт KMR 250 S2. Общая масса агрегата с учетом массы обоих электродвигателей 4000 кг.

Рабочие вещества холодильной установки: хладагент фреон-22 и холодильное масло ХК-57. Для отделения масла от паров предусмотрен маслоотделитель. Масляной насос производительностью 2 л/мин, минимальным давлением 4кгс/см² свыше давления из маслоотделителя в КМ S3-900 и S3-315 для смазки, уплотнения и отбора части тепла сжатых паров.

С помощью тандемного двухступенчатого винтового агрегата в системе охлаждения роторного плиточного морозильного аппарата типа FGP-25-3 поддерживается заданная температура кипения.

Для режима замораживания КМ тандемных винтовых компрессорных агрегатов вырабатывают нужный холод.

КМ НД засасывает пар хладагента из отделителя жидкости через регенеративный теплообменник и сжимает его до промежуточного давления.

КМ ВД засасывает пар хладагента, нагнетаемый КМ НД и дальнейшим сжатием его.

Дополнительно КМ ВД засасывает хладагент из переохладителя жидкости вместе с хладагентом, нагнетаемым КМ НД подается в сжатом состоянии через маслоотделитель в кожухотрубные конденсаторы.

Переохладитель жидкости служит для переохлаждения сжиженного хладагента. Переохлаждение достигается путем теплообмена с испаряющимся хладагентом. В маслоотделителе большей частью отделяется масло, уносимое паром хладагента.

В кожухотрубных конденсаторах пар хладагента конденсируется, отдавая тепло охлаждающей воде. Жидкий хладагент поступает в линейный ресивер, затем он протекает через фильтр осушки, который поглощает воду. После этого основной поток жидкого хладагента протекает через систему труб переохладителя жидкости, причем он переохлаждается. Переохлаждение достигается тем, что ещё до переохладителя жидкости отводится частичный поток жидкого хладагента, который дросселируется в переохладитель жидкости через регулирующий вентиль.

Дросселируемый х.а. отнимает тепло от жидкого х.а. и испаряется.

Поток испарившегося х.а. засасывается КМ ВД. Затем основной поток жидкого х.а. протекает через теплообменник для возврата масла. В котором происходит теплообмен со впрыснутым х.а., поступающим от напорного трубопровода насоса х.а.

После этого жидкий х.а. протекает через регенеративный теплообменник до отделителя жидкости. Там проходит теплообмен с х.а. (всасываемым газом), поступающим из отделителя. Затем жидкий х.а., выходящий из регенеративного теплообменника, дросселируется в отделитель жидкости через ручной регулирующий вентиль.

Уровень х.а. в отделителе жидкости поддерживается в определённых пределах посредствам регуляторов уровня жидкости. Насос х.а. засасывает жидкий х.а. от отделителя жидкости и нагнетает его в плиточный морозильный аппарат FGP-25-3, где он отнимает тепло от охлаждаемых плит с продуктом.

Выходящий из плиточного морозильного аппарата х.а. дросселируется в отделитель жидкости через ручной регулирующий вентиль. С целью обеспечения возврата масла, частичный насосный поток нагнетаемый насосом х.а., поступающего из переохладителя жидкости, впрыснутый хладагент испаряется. Из отделителя жидкости пар х.а. засасывается КМ НД тандемного винтового компрессорного агрегата через регенеративный теплообменник. Засасывается испарившийся х.а. из теплообменника для возврата масла КМ НД через подключение поддува. Таким образом, цикл хладагента начинается снова.

Роторный морозильный аппарат типа FGP-25-3 разработан предприятием «Кюльавтомат». Особенность данного аппарата в том, что рыба замораживается в межплиточном пространстве в непосредственном контакте с морозильными плитами, внутри которых с помощью герметичного насоса циркулируется х.а. R-22 с температурой -55°С, и замороженные блоки выгружаются без предварительного оттаивания, что объясняется незначительными силами адгезии переохлаждённого льда, на поверхности рыбы с гладкими поверхностями морозильных плит. МА FGP-25-3 проектной производительностью 15-20т/сут включает в себя вал ротора с двумя наружными дисками, на которых радиально распложены 60 морозильных плит размерами 1750х610х108 и массой одной плиты 16,7кг, привод ротора, кольцевые коллекторы подачи и отвода х.а., передний щит подпрессовывающего устройства, механизмы передвижения стола и загрузочного устройства, лоток, механизм транспортировки, кожух и весы.

Аппарат устанавливается на фундаментальной раме 2100х3050х1060 и массой 1150 кг с поддоном. Каждые две морозильные плиты образуют пространство разделённой на две ячейки для замораживания рыбы в блоках размером 800х250х60 мм.

Замораживание рыбы производится в металлических решетках. В аппарате 120 рамок-окантовок, единовременная вместимость 1200 кг, длина с загрузочным устройством 4000, ширина 3000, высота 2300 мм, масса 5000 кг. Аппарат установлен в изолирующем контуре. Толщина изоляции (пенополистерол) 150 мм. Привод гидравлический, от насосной станции, включающей три насоса (один резервный).

Морозильные плиты имеют конический профиль. При расположении в двух торцевых дисках обе стороны плиты используются для замораживания рыбы. Каждая плита Разделена на две равные части с поперечной планкой. По каналам морозильных плит циркулирует х.а. (R-22), который поступает и отводится через малый вал ротора, разделённый на две части и два кольцевых коллектора. Диаметр подводящей медно-никелевой трубки – 10 мм, отводящей 15 мм. Для равномерного распределения жидкого х.а. по морозильным плитам на входе подводящих трубок установлены дроссельные шайбы с внутренним диаметром 3,1 мм.

Плиты, выполненные из алюминиевого сплава, могут перемещаться в радиальном направлении от центра ротора, что позволяет компенсировать увеличение обмена продукта при замораживании.

Морозильный аппарат работает следующим образом. Порции рыбы поступают в два дозирующих устройства, установленных на механических весах. Затем рыба пересыпается в окантовки и разравнивается механизмом подпрессоввки, после чего предварительная подпрессовка продукта для получения его равномерной толщины. Далее окантовки с рыбой вместе с листом загрузочного стола передвигаются в межплиточном пространстве аппарата. При обратном движении листа окантовки с рыбой остаются между плитами.

Устройство для выгрузки замороженных блоков в принципе аналогично загрузочному устройству. Оно устанавливает окантовку с рыбой на основание где специальное устройство, состоящее из металлической пластины и гидравлического привода, выдавливает блоки рыбы из окантовок, и они по наклонным направляющим поступают на транспортер. Далее это устройство задвигает их в межплиточное пространство аппарата для последующей загрузки после поворота ротора на угол 6°.

Межплиточное пространство двух ячеек, расположенных между положениями загрузки и выгрузки, в процессе работы аппарата остается свободным, т.е. в замораживании участвуют 59 морозильных плит. Привод вращает ротор по тактам. Приводное усиление передается на штифты на боковом фланце ротора. Управление процессами перемещения производится относящимися к МА FGP 25-3 электрораспределительной и гидравлической установками.

Морозильный аппарат особо прочной конструкции. Применённые материалы и антикоррозийная защита соответствует условиям эксплуатации на борту рыбопромысловых судов. В нашем случае на БМРТ типа «Маяковский».

За основу данной холодильной установки взята СХУ типа «Орленок».

4. Расчет характеристик отдельных
узлов и СХУ в целом.

Массивы исходных данных для расчета характеристик отдельных узлов холодильной установки, работающей на морозильном аппарате FGP 25-3.

4.1. Морозильный аппарат FGP 25-3.

Среднее сечение канала плиты.

Единовременная вместимость морозильного аппарата FGP 25-3 Е_мк=1200 кг.

Количество плит – 60 шт.

Температура забортной вод +30°С

Температура наружного воздуха +34°С

Длина: ок 4700 мм

Ширина: ок 3200 мм

Высота: ок 2390 мм

Масса без холодильного агента и замораживаемого продукта) 7100 кг.

Средний расход холода одного МА 8140 Вт.

4.2. Конденсатор

F_м=62,6 м² площадь поверхности

Z_х=4 количество ходов

4.3. Тандемный винтовой компрессорный агрегат:

Средняя температура кипения КМ СНД (-55)°С

Средняя температура кипения КМ СВД (-21)°С

Максимальная температура конденсации +37°С

Производительность одного тандемного агрегата

(без наддува) 84899 Вт

(с наддувом с целью переохлаждения х.а. в теплообменнике для возврата

масла ) 92800 Вт

Температура масла до КМ 45°С ± 10°С

Приводная мощность электродвигателей

КМ СНД 52 кВт

КМ СВД 71 кВТ

В состав агрегата входят два винтовых КМ: S3-900, S3-315

- Маслоотделитель:

Емкость – 350 л: Масса 710 кг

- Маслоохладитель: тип С

Охлаждающая поверхность 12 м²

Емкость 1 : 32 л (масло)

2 : 9 л (вода)

Масса 173 кг

- Масляный фильтр

Емкость – 17,5 л: Масса 43,5 кг

- Фильтр всасывания

Емкость – 24 л: Масса 74,5 кг

- Масляный насос

Тип А4 : 2

Расход 2 л/мин

Номинальное давление воды 4 кг/см

Геометрические размеры

Высота 2075 мм

Ширина 1000 мм

Длина 3700 мм

Масса 4000 мм

4.4. Гладкотрубный испаритель:

Теплообменная поверхность 7,8 м²

Внутренний объем 0,026 м²

Внешний объем 0,031 м²

Длина 2120 мм

Ширина 525 мм

Высота 749 мм

4.5. Парожидкостной теплообменник

Емкость 33 дм³

Рабочая температура -60°С

Масса 114 кг

4.6. Отделитель жидкости

Емкость 1625 см³

Рабочая температура +55 / -60 °С

Рабочее избыточное давление 2,1 МПа

Масса 910 кг

4.7. Линейный ресивер

Емкость 1450 дм³

Рабочая температура -55 °С

Рабочее избыточное давление 2,1 МПа

Масса 871 кг

4.8 Водяная система охлаждения включает в себя:

насосы 3 шт.

Тип KR21Q 80/160

Подаваемый объем V – 80 м³/4

Высота подачи 30 м

Число оборотов 2900 об/мин

Мощность 3,9 кВт

КПД 64%

Графики аппроксимации зависимостей =f(t₀); C_p= f(t₀); l= f(t₀); V= f(t₀)

представлены на Рис. 4.1 – 4.4.

5. Расчет морозильного аппарата
FGP – 25 – 3

5.1. Коэффициент теплопередачи от замораживаемой рыбы
к охлаждающей среде.

(5.1)

где: - внутреннее термическое сопротивление (со стороны продукта), обусловленное неточным контактом продукта с блок-формой и воздушными прослойками.

- термическое сопротивление теплопроводности материала плит, слоя инея, масла, материала блок-форм.

- наружное термическое сопротивление.

Производим расчет a_нар для вынужденного движения жидкости (без изменения агрегатного состояния).

, (5.2)

где В=0,021r^0,43 С_р^0,43l^0,57n^-0,37 – коэф. учитывающий свойство жидкости

r = 1446,1 кг/м³ ;

С_р = 1095,2 кДж/кг К;

l =0,12473 Вт/мК ;

n = 2,69*10^-7 м²/с;

В = 0,021*22,84994*20,27598*0,305284*0,693413*389,0456=801,277

- эквивалентный диаметр

где: f = 686 мм²

= 105,5 мм

d = 4*686 / 105,5 = 26 мм

W=G_м/fК – скорость движения жидкости, м/с

G_м = 23 м³/4=0,00639 м³/с – производительность насоса

К – количество плит в МА – 60 шт.

=0,155 м/с

Производим расчет a_нар

Вт/м²К

Рассчитаем коэффициент теплопередачи от замораживаемой рыбы к охлаждающей среде.

1/a_вн=0,0026 м²К/Вт

м²К/Вт – суммарное техническое сопротивление теплопроводности

м²К/Вт

Коэффициент теплопередачи боковых сторон блок-форм, омываемых воздухом.

(5.3)

d_бф=1,5 мм – толщина окантовки

l_бф=153 Вт/мК – для алюминиевого сплава

a_нар.к=8 Вт/мК – коэффициент теплоотдачи при естественной конвекции со стороны воздуха

м²К/Вт

Средний коэффициент теплопередачи всей блок-формы:

(5.4)

F, F₁, F₂ – соответственно площади поверхностей крышек блок-форм, боковых стенок, общей (F =F₁+F₂) поверхности блок-форм.

F =0,548 м² ; F₁=0,411 м² ; F₂=0,137 м²;

Вт/м²К

5.2 Определение продолжительности замораживания рыбы.

- Первый период замораживания от t_нр=20°С до t_0ср= -1,5°С; t₀= -55°C;

a=К_ср.пл=88,037 Вт/м²К

t₁=1092*(0,86a-2)^-0,9066 *(t_нр+1)^-21970 *(0,86a+60)^-2,79*(-t_охл)^-1,433(tнр^{+3) – 0,1427} =

= 22,137-(20+1)^-0,02465 *55^{-1,433*(23)-0,1427}=0,5234;

- Второй период замораживания от t_0ср= -1,5°С до t_вн.р= -2,5°C;

t₂=95,98*(-t_охл)^-0,483(0,86a)^-0,3025 *(t_охл)^0,1725=

=95,98*(55)^-0,483(0,86*88,037)^-0,3025 *(55)^0,1725 = 13,85+0,0733=1,015 ч;

- Третий период замораживания от t_вн.р= -2,5°С до t_в.к= -25°C;

t₃=947*(-t_охл-2)^-1,485(0,86a)^-1,042 *(-t_вк-3)^{0,466(0.86a)0,055}=

=947*(55-2)^-1,485(0,86*88,037)^-1,042 *(25-3)^{0,466(0.86*88,037)0,055}=0,178 ч

= 22,137-(20+1)^-0,02465 *55^{-1,433*(23)-0,1427}=0,5234;

Продолжительность t_åК = цикла замораживания реального блока рыбы:

t_åК = (t₁+t₂+t₃)*К_t=t_å* К_t

t_åК = (0,523+1,015+0,178)*0,75=1,287 ч

5.3 Определение теплопритоков создаваемых морозильным комплексом.

- Теплопритоки от замораживаемой рыбы

Q₁=Е_ма/3600 * t_åК (i_м-i_к)*y_ма (5.5)

где: i_м; i_к – начальная и конечная энтальпия замораживаемой рыбы.

y_ма – коэффициент рабочего времени МА

Е – единовременная вместимость МА кг

i_м =((0,75W+0.25)t_p+114W-12.2)*4.187=((0,75*0,8+0,25)20+114*0,8-12.2)*4.187=

= 401,952 кДж/кг

i_к =((0,5W+0,14)t_p+10W13)*4.187=((0,5*0,8+0,14)*20+10*0,8+13)*4.187=

= 31,402 кДж/кг

y_ма= 0,958;

Е_ма=1200 кг;

Q₁=(1200/(3600*1,287)) * (401952-31402,5)*0,958=91941,58 Вт

- Теплопритоки, связанные с охлаждением металлических частей

(5.7)

где: G_м, С_м – масса и удельная теплоемкость металлических частей;

t_мм, t_км – начальная и конечная температура металлических частей;

G_м=2*60=120 кг – масса всех окантовок

С_м=0,675 кДж/кгК

t_мм= t_мр=20°С

t_км= t₀= -55°С

Вт

- Теплопритоки через изолированные ограждения

(5.8)

где: к, F – коэффициент теплопередачи к площади поверхности различных участков изолированного ограждения морозильного аппарата.

- температура наружного воздуха и воздуха в МА.

(5.9)

где: D=2,14 м – диаметр МА;

L=2,5 м – длина МА;

F=2*((3,14*2,14²)/4)+3,14*2,14*2,5=24 м²

к=0,226 Вт/м²К – коэффициент теплопередачи ограждения МА;

t_нар=t_р=32°С;

t_вн=t₀= - 55°С

Q₃=0,226*24*(32+55)=417,9 Вт

5.4. Рассчитываем характеристику МА FGP - 25-3

К_t=0,75; W=0,8; t_вк= -25°С; К_ср.пл=a=88,037 Вт/м²К

t_нр= (5; 10; 20; 30)°С – начальная температура рыбы

t₀=(-55; -50; -45;-40; -35) °С – температура кипения х.а. в морозильном аппарате.

Результаты расчетов заносим в таблицу 5.1.

- t_нр=5°С, t₀=-55°С, a=88,037 Вт/м²К;

1-й период: t₁=1092*(0,86*88,037-2)^-0,9066 *(5+1)^-0,0247 *55^{-1,433*(5+3)-0.1427}=0.297 ч;

2-й период: t₂=95,98*55^-0,483 *75,71^{-0,3025*(55) 0,1725} =1,015 ч

3-й период: замораживание:

t₃=947*(55-2)^-1,485(0,86*88,037)^-1,042 * (25-3)^{0,466(0.86*88,037)0,055}=0,178 ч

t_åК = (0,297+1,015+0,178)*0,75=1,118 ч

Теплопритоки:

Q₁=0,286*(348,6-31,40) =90719,2 Вт

Вт

Q₃=0,226*24*(32+55)=471,9 Вт

- t_нр=5°С, t₀=-50°С, a=88,037 Вт/м²К;

_-0.1427

1-й период: t₁=22,137*0,957*50^-1,433*(5+3) =0.329 ч;

_-0.1725

2-й период: t₂=95,98*50^-0,483 *75,71^-0,3025*(50) =1,117 ч

3-й период: t₃=947*(50-2)^-1,4850,011*6,195=0,205 ч

Теплопритоки:

Q₁=0,257*(348,6-31,4) =81520,4 Вт

Вт

Q₃=5,424*(32+55)=444,77 Вт

- t_нр=5°С, t₀=-45°С, a=88,037 Вт/м²К;

1-й период: t₁=22,137*0,957*45^-1,065=0.368 ч;

_-0.1725

2-й период: t₂=95,98*45^-0,483 *75,71^-0,3025*(45) =1,225 ч

3-й период: t₃=947*(45-2)^-1,4850,011*6,195=0,242 ч

t_åК = 1,55 ч

Теплопритоки:

Q₁=*(348,6-31,4) =72956 Вт

Вт

Q₃=5,424*(32+45)=417,65 Вт

- t_нр=5°С, t₀=-40°С, a=88,037 Вт/м²К;

1-й период: t₁=22,137*0,957*40^-1,065=0,416 ч;

_-0.1725

2-й период: t₂=95,98*40^-0,483 *75,71^-0,3025*(40) =1,361 ч

3-й период: t₃=947*(40-2)^-1,4850,011*6,195=0,291 ч

t_åК = 1,551 ч

Теплопритоки:

Q₁=*(348,6-31,4) =65308 Вт

Вт

Q₃=5,424*(32+40)=390,53 Вт

- t_нр=5°С, t₀=-35°С, a=88,037 Вт/м²К;

1-й период: t₁=22,137*0,957*35^-1,065=0,480 ч;

_-0.1725

2-й период: t₂=95,98*35^-0,483 *75,71^-0,3025*(35) =1,534 ч

3-й период: t₃=947*(35-2)^-1,4850,011*6,195=0,359 ч

t_åК = 1,784 ч

Теплопритоки:

Q₁=*(366,4-31,4) =89896 Вт

Вт

Q₃=5,424*(32+55)=472 Вт

Остальной расчет ведется аналогично и все данные водятся в таблице 5.1.

Расчеты суммарных теплопритоков и
производительности морозильного комплекса.

Таблица 5.1

Продолжение таблицы 5.1

6. Расчет характеристик кожухотрубного
фреонового конденсатора.

6. Расчет характеристик кожухотрубного
фреонового конденсатора.

Исходные данные для расчета.

R_в = 998,2 кг/м³ – плотность воды;

С_w= 4,183 кДж/кгК – теплоемкость воды;

V_w = 70 м³/ч – производительность насоса;

R_åср = 6,029*10^-3 м³К/Вт – термическое сопротивление;

F_вн = 62,6 м³ – площадь поверхности конденсаторов;

Z = 2 – количество насосов;

F_вн = 22,54 м³ – площадь поверхности теплообмена.

Варьируемые параметры:

Q_к=(50; 75; 100; 125) кВт;

t_w=(10; 15; 20; 30) °С;

t_к= t_w+ 5°С

n_{тр.жив.сеч.}= n_тр/4=284/4=71 – количество труб в живом сечении.

f_{жив.сеч.}= n_{тр.жив.сеч.}+pd²/4=71*(3.14*0.0154²)/4=0,0132 м/с – площадь живого сечения конденсатора.

W_w=2V/(2f_{жив.сеч.}*3600)=70/(0.0132*3600)=1,47 м/с – скорость воды в трубах конденсатора.

Для расчета характеристики конденсатора задают 4 значения тепловых нагрузок на конденсатор Q_к и четыре значения температуры забортной воды t_w и определяют значения температуры конденсации.

(6.1)

Результаты вычислений занесены в таблицу 6.1.

Расчет температуры конденсации.

Таблица 6.1

Продолжение таблицы 6.1

По результатам расчетов строим график рис. 6.1.

7. Расчет характеристик воздухоохладителя.

Путем обобщения характеристик воздухоохладителя, рассчитанных методом математического анализа, при толщине слоя инея 3 мм., получено обобщенное уравнение поля характеристик, связывающее температуру кипения t_o(°C) и температуру охлаждающего воздуха t_в(°C) и тепловой нагрузкой на воздухоохладитель с конструктивными параметрами:

где:

- L – длина воздухоохладителя по ходу движения воздуха, м.

- W_в – скорость движения воздуха в живом сечении воздухоохладителя, м/с

- n – число сечений воздухоохладителя с учетом слоя инея

- Q_n – тепловая нагрузка на воздухоохладитель, Вт

- F_n – площадь наружной поверхности воздухоохладителя без учета слоя инея

Исходные данные:

Q_n = 15000 Вт; 20000 Вт; 25000 Вт; 30000 Вт;

t_в = -28°C; -25°C; -20°C; -15°C;

L = 1,85 м;

W_в = 1,5 м/с

F_м = 324 м²

Степень оребрения с учетом слоя инея β” = β` * β_ин

β` - геометрическая степень оребрения с учетом слоя инея

β_ин – дополнительная степень оребрения инеем

β =

где: S₁ = 0,05 – шаг труб поперек движения воздуха;

S₂ = 0,055 – шаг труб вдоль движения воздуха;

S_р = 0,01 – шаг ребер;

d_n = 0,016 – наружный диаметр труб;

β` = β / 1.3 = 8.6

где: плотность инея ρ=6,95 (0,495 – 0,86)<