Разработка холодильного агрегата

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Рабочее вещество холодильных машин

1.1.1 Общий обзор хладагентов

1.1.2 Проблемы перехода с R12 на альтернативные хладагенты

1.2 Классификация поршневых компрессоров

1.3 Общие сведения

1.4 Идеальный компрессор

1.4.1 Определение понятия ’’идеальный компрессор’’

1.4.2 Индикаторная диаграмма идеального компрессора

1.4.3 Работа, необходимая для сжатия и перемещения газа идеальным компрессором

1.5 Типы идеальных компрессоров

1.5.1 Изотермический идеальный компрессор

1.5.2 Адиабатный идеальный компрессор

1.5.3 Политропный идеальный компрессор

1.6 Действительный поршневой компрессор

1.6.1 Отличия действительного компрессора от идеального

1.6.2 Индикаторная диаграмма действительного компрессора

1.6.3 Схематизированные индикаторные диаграммы действительного поршневого компрессора

КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

2 Расчет основных термодинамических параметров холодильного

Агрегата

2.1 Методика расчета одноступенчатого поршневого компрессора холодильной машины

2.1.1Определение параметров точек холодильной машины

2.2 Конструктивный и тепловой расчет теплообменных аппаратов

2.2.1 Расчет геометрических параметров конденсатора

2.2.2 Расчет геометрических параметров испарителя

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1 Оценка технологичности сборочной единицы

2 Технологический процесс сборки

V БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Введение

1Анализ опасных и вредных факторов

1.1 Физические опасные и вредные факторы

1.2 Химические вредные производственные факторы

2 Меры предотвращения опасных и вредных производственных

Факторов

2.1 Основные правила техники безопасности при проведении сборочных работ

3 Защита от воздействия шумовых источников

4 Производственная гигиена и санитария

4.1 Освещение

4.2 Микроклимат

4.3 Пожаробезопасность

5 Инструкция по технике безопасности

5.1 Требования к безопасности перед началом работы

5.2 Требования к выполнению режимов труда и отдыха

5.3 Требования производственной санитарии

5.4 Требования к освещению помещений и рабочих мест с ПЭВМ

5.5 Требования к организации и оборудованию рабочих мест с ПЭВМ

V ЭКОЛОГИЯ

Введение

1 Фреоны и окружающая среда

2 Загрязнения атмосферы

3 Загрязнения гидросферы

4 Твердые отходы

5 Вывод

V ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1 Себестоимость продукции. Обоснование и определение

2 Расчет стоимости основных узлов холодильного агрегата

3 Вывод

V ЗАЛЮЧЕНИЕ

V Литература

X Приложение

X Приложение

Введение

В последнее время все чаще доводится слышать о проблемах озоновой дыры и глобального потепления. Невиданные прежде явления как сход ледового покрова в Антарктике, небывалые цунами и наводнения все это по утверждению ряда ученых следствие влияния техносферы на окружающую нас природу.

Эти утверждения подвигли мировое сообщество на выявление и искоренение факторов, оказывающих негативное воздействие на экологию планеты.

Первым шагом на пути к применению экологически безопасных хладагентов стало подписание в середине 80х годов XX века крупнейшими странами-производителями Монреальского (по месту принятия) протокола, в котором к 2000 г. предписывалось отказаться от применения озоноразрушающего Фреона12, к 2030 г. от хладона R22, а хладон R134a считался долгосрочной перспективой.

Однако к середине 90х выяснилось, что положительных изменений в экологии не наблюдается. В добавок ко всему обратили внимание на то, что R134a хоть и озонобезопасный, но обладает так называемым потенциалом глобального потепления в тысячи раз превосходящим потенциал базового углекислого газа. Это повлекло за собой реализацию нового соглашения, в котором на R134a также вводились нормы выбросов.

В германии под патронажем Гринпис прошла акция «за озонобезопасные и не вызывающие изменения климата хладагенты», что и послужило толчком для развития уже забытой углеводородной технологии.

Изначально применяли смесевой хладагент R290/R600a, что позволяло

перезаправлять уже существующее холодильное оборудование без замены

компрессорного агрегата, но после отработки технологии и внедрения новых

моделей R600a твердо занял лидирующую позицию. На сегодняшний день в

Германии и скандинавских странах холодильная техника с хладагентом

R600a занимает до 80% рынка. Хладагент R600a в отличие от R134a нет необходимости синтезировать, так как зачастую он является сопутствующим газом при нефтедобыче. Его необходимо лишь отделить от примесей и внести ингибиторы, необходимые для снижения его коррозионной активности. Важным фактором является также его неприхотливость к смазочным и, после добавки ингибиторов, конструкционным материалам. Напомню, что для смазки компрессоров с хладагентом R134a подходило лишь дорогостоящее высококачественное полиэфирное масло.

Обладание меньшими рабочими давлениями обуславливает меньшие затраты энергии на сжатие и в результате большую удельную холодопроизводительность, являющуюся основным показателем качества, ввиду растущих цен на энергоносители.

И последним, пока, шагом на решении мировых экологических проблем стало принятие в конце 2004 г. нового Киотского протокола, по которому R134a отнесен к разряду неприемлемых и применение технологий с его использованием должно быть прекращено к 2008 г.

В связи с вышеизложенным, я считаю, что данная тема представляется своевременной и актуальной.

1.1 Рабочее вещество холодильных машин

1.1.1 Общий обзор хладагентов

Рабочее вещество, используемое в любом холодильном процессе для поглощения теплоты в качестве охлаждающего тела, называется хладагентом. В настоящее время используют около 3040 рабочих веществ, из которых практическое применение, кроме воды и воздуха, получили аммиак и различные фторхлорбромпроизводные метана и этана, а также пропана и бутана. Производные углеводородов получили название хладонов или фреонов, обозначающиеся химической формулой или буквой R к которой прибавляют цифру, определяющую число атомов.

Выбирая хладагент, важно учитывать его ядовитость, огнеопасность, характер воздействия на смазку и материалы, стоимость и др. Вместе с тем выбор хладагента во многом определен требованиями максимальной эффективности цикла, компактностью холодильной машины и специфическими деталями, выявление которых возможно при анализе конкретных циклов холодильных машин,

Однако одним из основных источником загрязнения атмосферы является хладагент, используемый в качестве рабочего тела холодильной машины. Ряд хладагентов, находясь в атмосфере, создают парниковый эффект. Более 95 % мирового производства хладонов, приходятся на такие озоноразрушающие хладагенты как R11, R12 и др.

Химическая стабильность хлорфторуглеродных соединений (R11, R12), столь высока, что молекулы этих веществ не разрушаются в тропосфере (нижняя часть атмосферы) и достигают стратосферы (верхняя часть атмосферы от 16 до 45 км). Под действием ультрафиолетового излучения происходит распад молекул фреонов с выделением атомов хлора, которые способствуют разрушению озонового слоя.

1.4 Идеальный компрессор

1.4.1 Определение понятия «идеальный компрессор»

В идеальном компрессоре рассматривают только основные процессы. Приняв для идеального компрессора ряд упрощений, можно все основные процессы в нем описать простыми зависимостями, заимствованными из курса технической термодинамики. Рассмотрев необходимые закономерности, справедливые для идеального компрессора, и сделав из них выводы, полагают, что в первом приближении аналогичные закономерности, а следовательно, и выводы из них будут с определенными отклонениями, допустимыми для оценки работы действительного компрессора. Подобное изучение работы поршневого компрессора является достаточным для решения многих вопросов, возникающих на практике.

Таким образом, идеальный компрессор — это упрощенная мысленная модель действительного компрессора, которую можно использовать как инструмент при решении практических задач, связанных с работой поршневого компрессора. Для определения понятия идеального компрессора рассмотрим его содержательное описание.

Для идеального поршневого компрессора вводят следующие предположения, упрощения и допущения.

1. Мертвый объем отсутствует, т. е. весь газ выталкивается из цилиндра во время хода нагнетания, после которого в цилиндре не остается сжатого газа; таким образом, нет обратного расширения, нет потери производительности.

2. Неплотности в рабочей полости цилиндра отсутствуют, т.е. в процессе сжатия имеем постоянное количество газа; из этого следует, что сколько газа будет всасываться, столько же его будет подаваться в нагнетательный патрубок (по массе).

3. Тепловая инерция стенок цилиндра отсутствует и не влияет на термодинамический процесс сжатия, т. е. показатель политропы сжатия постоянен (const).

4. Параметры газа в цилиндре (температура и давление) остаются постоянными (неизменными) на всем протяжении процессов всасывания и нагнетания.

5. Нет гидравлических потерь при течении газа в каналах клапанов и в трубопроводах, т. е. при всасывании и нагнетании газ в цилиндре будет иметь давление такое же, как соответственно в СТВ и СТН.

6. При всасывании газ не нагревается о горячие детали компрессора, т. е. температура газа в цилиндре во время всасывания равна температуре газа в СТВ.

7. При нагнетании также нет теплообмена между газом и стенками рабочей полости цилиндра и клапанов.

8. Всасывающий клапан самодействующий; он открывается в ВМТ и закрывается в НМТ.

9. Нагнетательный клапан самодействующий. Он открывается в момент достижения в цилиндре давления, равного давлению в нагнетательном патрубке, и закрывается в ВМТ.

10. Отсутствует трение в механических узлах и местах контакта трущихся пар (поршень — поршневые кольца, поршневые кольца — цилиндр, поршень — цилиндр и т. д.).

Совокупность допущений, предположений и упрощений однозначно определяет понятие «идеальный компрессор».

1.6.1 Отличия действительного компрессора от идеального

Действительный поршневой компрессор во многом отличается от идеального. Основные отличия, вызывающие ухудшение его объемных и энергетических показателей, рассмотрены ниже.

Мертвый объем в цилиндре действительного компрессора

При движении поршня внутри цилиндра газ, находящийся в мертвом объеме, не может быть вытеснен из рабочей полости цилиндра. Таким образом, в мертвом объеме после окончания процесса нагнетания остается часть рабочего вещества под давлением, превышающим давление нагнетания на величину гидравлических потерь в нагнетательном клапане. При обратном ходе поршня это рабочее вещество будет расширяться, вследствие чего давление в цилиндре, при котором может быть открыт всасывающий клапан, будет достигнуто лишь после того, как поршень пройдет определенное расстояние. В результате всасывание происходит лишь на части хода поршня, что приводит к снижению объемной производительности действительного компрессора по сравнению с идеальным.

Гидравлические потери

В действительном компрессоре имеются гидравлические сопротивления потоку рабочего вещества через клапаны и трубопроводы. Таким образом, давление газа в цилиндре во время всасывания меньше, чем во всасывающем патрубке, что сказывается на производительности компрессора. Во время нагнетания из-за потерь давления на сопротивление в нагнетательных клапанах давление газа в цилиндре будет больше, чем давление в нагнетательном патрубке. Гидравлические потери во всасывающих и нагнетательных клапанах и трубопроводах приводят к увеличению мощности, потребляемой компрессором.

Потери давления на гидравлические сопротивления в клапанах не будут постоянными в течение хода поршня, так как скорость протекания рабочего вещества через клапаны, обусловленная скоростью перемещения поршня в цилиндре, переменна.

Подогрев рабочего вещества при всасывании

Рабочее вещество, поступающее в цилиндр во время всасывания, нагревается, воспринимая теплоту сначала от корпуса компрессора, а затем от клапанов, цилиндра и поршня. Таким образом, температура рабочего вещества в цилиндре в конце всасывания будет выше, чем температура рабочего вещества во всасывающем патрубке. Естественно, что при этом плотность вещества в цилиндре в конце всасывания будет меньше, чем в случае, если бы подогрев при всасывании отсутствовал.

Теплообмен в цилиндре

Находясь в цилиндре, рабочее вещество обменивается теплотой с окружающими деталями. При всасывании и в начале сжатия его температура ниже сжатия и при нагнетании температура рабочего вещества становится выше, чем у окружающих деталей, и процесс теплообмена идет в обратном направлении. В результате процессы сжатия и обратного расширения идут с переменными значениями показателя политропы.

Колебания рабочего вещества в полостях компрессора

Они возникают вследствие периодического характера его работы, что проявляется в пульсациях давления и температуры при входе и выходе компрессора. На частоту и амплитуду изменения давления сильно влияют объем и протяженность сети - трубопроводов и аппаратов, соединенных с компрессором. Колебательные процессы рабочего вещества в системе компрессор - сеть могут значительно повлиять на производительность и мощность компрессора.

Утечки и перетечки рабочего вещества

Они обусловлены наличием зазоров и неплотностей между деталями компрессора: гильзой цилиндра и поршнем, в замках поршневых колец, уплотнениях, клапанах и т.п. Утечка - это перетекание рабочего вещества, приводящее к его потере для рассматриваемого процесса. Например, перетекание рабочего вещества из цилиндра в картер тронкового компрессора через неплотности в цилиндропоршневой группе или всасывающем клапане является утечкой. Перетечка - это перетекание рабочего вещества из одной полости в другую, не приводящее к его потере для данного процесса. Так, перетекание рабочего вещества через неплотности нагнетательного клапана в цилиндр или через неплотности цилиндропоршневой группы из одной полости крейцкопфного компрессора двойного действия в другую является перетечкой. Утечки и перетечки приводят к снижению производительности и энергетической эффективности компрессора, так как представляют собой внутренне необратимые процессы дросселирования.

Механическое трение

В действительном компрессоре имеется трение в подвижных парах, на преодоление которого затрачивается мощность, называемая мощностью трения. В нее, как правило, включается также мощность, затрачиваемая на привод масляного насоса и барботаж масла в картере компрессора. Мощность трения переходит в теплоту, часть которой передается рабочему веществу, что влияет на характер рабочих процессов компрессора. Остальная часть теплоты передается в окружающую среду.

Реальность сжимаемого газа

В некоторых типах поршневых компрессоров (холодильные компрессоры, компрессоры высокого давления) сжимаются газы или пары, отличающиеся по своим свойствам от идеального газа. Такие газы (или пары) в отличие от идеального газа называют реальными. Реальность газов, т.е. их отличие от идеальных, сказывается на производительности компрессора и потребляемой им мощности.

Влияние этих факторов приводит к тому, что индикаторная диаграмма действительного компрессора значительно отличается от идеальной.