МОСКОВСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТПРИКЛАДНОЙ БИОТЕХНОЛОГИИ
Кафедра«Холодильная техника»
ХОЛОДИЛЬНЫЕУСТАНОВКИ
ОПРЕДЕЛЕНИЕРАВНОВЕСНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА В ОХЛАЖДАЕМОМ ПОМЕЩЕНИИ ( НА ПРИМЕРЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХПРИЛАВКОВ И ШКАФОВ )
Методическиеуказания к лабораторной работе для студентов специальностей 140504, 190603 инаправления 140500
ВВЕДЕНИЕ
Настоящая лабораторная работа посвящена изучению изакреплению знаний студентов по разделу «Типы холодильных установок,холодильников, параметры охлаждающей среды” курса “Холодильные установки”. В тоже время, в той или иной степени, рассматриваются отдельные вопросы разделов:»Изоляция охлаждаемых помещений", «Расчет теплопритоков вохлаждаемые помещения”, “Способы охлаждения помещений и аппаратов»,«Малые холодильные установки». Студенты также знакомятся соборудованием лабораторного стенда и его приборами, методикой проведенияисследований, с различными производственными ситуациями по установлениютемпературы воздуха в охлаждаемом помещении.
При включении холодильной машины в охлаждаемом помещенииустанавливается температура /> нижетемпературы /> наружного (окружающегопомещение) воздуха. Тогда внутрь помещения начнут проникать теплопритоки черезнаружные ограждения />, при этом отпродуктов (грузов), располагаемых в охлаждаемом помещении, будет отводиться теплоприток/>. Кроме того, приэксплуатации охлаждаемого помещения в него будут проникать теплопритоки />, вносимые при открываниидверей и выделяемые различными источниками, находящимися внутри помещения (отлюдей, от осветительных приборов, от двигателей и др.). Все эти теплопритокидолжны быть отведены испарителем холодильной машины (/>). В установившемсясостоянии наступит равенство подводимых в камеру теплопритоков и отводимых испарителем,т.е. при балансе:
/>
При наступлении равновесия между теплопритоками итеплоотводом в камере установится определенная температура, называемая равновеснойтемпературой.
Рассмотрим наиболеепростой случай, когда внутрь охлаждаемого помещения проникают только наружные теплопритоки/>. Такое допущение вполнереально. Например, если в камеру хранения положили охлажденные или замороженныегрузы, имеющие температуру />, то отних теплопритока не будет. Не будет теплопритока от грузов и в случае, если этокамера длительного хранения, куда грузы заложены уже давно и их температурастала равна температуре в охлаждаемом помещении. Исключение составляют плоды иовощи, которые при хранении (при температуре выше температуры замерзания)выделяют теплоту «дыхания».
При закрытых дверях в камеры не будут поступать теплопритоки,вызванные открыванием дверей, а специальные камеры для хранения продуктов врегулируемой газовой среде вообще открываются редко и доступ в них людейвозможен только в специальном противогазе, защищающем органы дыхания. Приотсутствии людей в камерах освещение должно выключаться, следовательно,теплопритока от освещения не будет. Поэтому возможно (для простоты) принять,что />. Для ограждения, неподверженного действию солнечной радиации:
/> (1)
Холодопроизводительность испарителя:
/> (2)
Из уравнений (1) и (2) следует, что равновесная температуравоздуха в охлаждаемом помещении:
/>/>, (3)
где: />, /> - коэффициентытеплопередачи наружного ограждения камеры и охлаждающего прибора (батареи,воздухоохладителя) соответственно, />;
/>, /> - площади поверхностей наружных огражденийохлаждаемого помещения и охлаждающих приборов соответственно, />;
/> - температура рабочего тела (кипения хладагента) вприборах охлаждения, />.
Наличие других (кроме />)теплопритоков приведет к повышению температуры в охлаждаемом помещении. Приэтом установится равновесная температура:
/>/> (3а)
Холодильные установки работают при переменных внешнихусловиях, поэтому рассматриваемое равновесие является временным явлением.Соответствующие преобразования уравнения (3) приводят к выводу, что температуравоздуха в охлаждаемом помещении в общем виде устанавливается на уровне: />
Выполнение работы рассчитано на 4 часа. При этом значительнаячасть расчетов и оформление работы проводится во внеаудиторное время (ваудитории, библиотеке, дома).
В содержание отчета должно входить:
— титульный лист
— оформленные журнала наблюдений; расчеты; построенные на ихоснове графики зависимостей />, />, />, />; выводы об установлении />, />, коэффициентарабочего времени машины />; проведенныесравнения расчетных и наблюдаемых в лабораторной работе величин;
- умение ответить на поставленные вопросы.
Порядок выполнения работыУСТРОЙСТВО ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА
Лабораторный стендсмонтирован на базе холодильного низкотемпературного прилавка ПХН-1-0,4 М схолодильной машиной. Стенд включает потенциометр КСП-4 многоточечный,инструмент, приборы КИП.НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯХОЛОДИЛЬНОГО НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ПРИЛАВКА
Прилавок ПХН-1-0,4 М предназначен для кратковременногохранения и продажи непосредственно из него предварительно замороженныхпродуктов в продовольственных магазинах и имеет следующую техническую характеристику:
- средняя температура за цикл в центре охлаждаемого объема(при температуре окружающего воздуха не более 32°С и его относительнойвлажности не более 55%) °С____________________________________- 13;
- номинальный внутренний объем, м3_________________________0,4;
- максимальная одновременная загрузка продуктов,кг___________80;
Характеристика холодильного агрегата:
— тип_________________________________________________ВН 400;
— холодопроизводительность,Вт_____________________________410;
— расположение____________________________________встроенный;
— холодильный агент_____________________________R134а или R22 ;
— ток______________________________________________трехфазный;
— установленная мощность, Вт, неболее_______________________411;
- коэффициентрабочего времени холодильного агрегата, не более
________________________________________________________0,75;
— оттаивание испарителя автоматическое, с помощью трубчатогоэлектронагревателя мощностью, Вт_____________________________400;
- масса, кг, не более_______________________________________210.Описание конструкции прилавка
Прилавок холодильныйнизкотемпературный (рис. 1) состоит из холодильной камеры и машинногоотделения.
Холодильная камерапредставляет собой короб, внутренняя обшивка которого выполнена из листовогоалюминия. Наружные обшивки прилавка выполнены из листовой стали, окрашенной вбелый цвет. Между наружными обшивками и внутренним коробом уложентеплоизоляционный материал ПСБ-С. Изоляционный материал окрашен с обеих сторонбитумом толщиной по 1 мм для уменьшения возможности его увлажнения.
/>
Рис. 1. Продольныйразрез прилавка холодильного низкотемпературного ПХН-1-0,4 М:
1 – машинноеотделение; 2 – поддон; 3 – воздухоохладитель; 4, 5 – манометры; 6 — термометрнаружного воздуха; 7 – манометрический термометр; 8 – створки раздвижные; 9 –потенциометр КСП-4; 10 – холодильная камера; 11 – решетки для продуктов; 12 –щитки воздуховодов; 13 – теплоизоляция; 14 – термореле ТР-1-02Х.
Доступ в камеру осуществляется сверху через две раздвижныестворки. Машинное отделение с трех сторон имеет легкооткрывающиеся решетки.Внутри машинного отделения установлен холодильный агрегат и при борыавтоматики. Температура в охлаждаемом объеме поддерживается на расчетном режимеработой холодильной машины (рис. 2), которая состоит из холодильного агрегата,испарителя, терморегулирующего вентиля, конденсатора.
Циркуляция охлажденного воздуха в объеме камеры — искусственная.
Автоматическое управление работой холодильного агрегатаосуществляется с помощью термореле TP-I-02X. Для контроля температуры в объеме камеры предусмотренманометрический термометр, смонтированный на стенке с наружной стороныприлавка.
Оттаивание инея с испарителя осуществляется трубчатымэлектронагревателем, а автоматическое управление оттаиванием испарителя осуществляетсяреле времени и температуры РВТ 12/24. Конденсат из испарителя стекает в поддон,расположенный в машинном отделении. Дальнейшее удаление влаги из поддонанеобходимо производить в какую-либо емкость не реже одного раза в сутки.
/> />
Рис. 2. Схема холодильной Рис. 3. Конструкциянаружного
машины: ограждения прилавка:
1 – компрессор холодильного 1 – алюминиевый лист;
агрегата; 2 – вентиль двуххо- 2 – теплоизоляция;
довой; 3,7 – манометры; 3 – слой пароизоляции(битум);
4 – испаритель(воздухоохла- 4 – стальнойлист.
дитель); 5 – вентилятор с дви-
гателем воздухоохладителя;
6 – вентиль терморегулирую-
щий 22ТРВ-0,6В; 8 – конден-
сатор; 9 – вентилятор с двига-
телем конденсатора; 10 — ресивер.Холодильный агрегат ВН 400
Агрегат холодильный герметичный поршневой низкотемпературныйВН 400 является частью холодильной установки и располагается в машинномотделении. Холодильная установка работает нормально при температуре окружающеговоздуха от -5 до +45°С.
Техническая характеристика агрегата:
- холодопроизводительность номинальная (при температурекипения хладагента -35°С и температуре окружающего воздуха +20°C), Вт____410;
— компрессор:
тип__________________________________герметичный поршневой;
число цилиндров N, шт.____________________________________2;
диаметр цилиндров Dц, м________________________________0,036;
ход поршня S,м________________________________________0,018;
синхронная частота вращения вала n, с-1______________________25;
— конденсатор:
тип__________________ребристо-трубный воздушного охлаждения;
площадь поверхности охлаждения, м2________________________2,2;
- воздухоохладитель:
тип________________________________________ребристо-трубный;
площадь поверхности Fo, м2_______________________________4,33;
- ресивер вертикального типа емкостью, м3_________________0,0014;
- электродвигатель компрессора мощностью, NДВ.К, Вт__________370;
- электродвигатель вентилятора мощностью NДВ. В, Вт___________30.Потенциометр КСП-4
Потенциометр КСП-4многоточечный предназначен для измерения температуры воздуха в камере, наповерхности ребер и на поверхности трубок воздухоохладителя. В качестведатчиков применяются хромель-копелевые термопары.ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИКЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА
1. Изучите устройство изолированного ограждения. Для этогооткройте крышку прилавка над воздухоохладителем. Измерьте штангенциркулемтолщину составляющих элементов изолированного ограждения (стенки): стальноголиста, алюминиевого листа, теплоизоляции (рис. 3). Примите, что толщина слояпароизоляции (битума) с каждой стороны изоляции составляет по 0,001 м.Познакомьтесь с материалами, их структурой, свойствами. Результаты запишите вжурнал наблюдений (табл. 1) в колонки 3 и 5. При этом учтите «Описаниеконструкции прилавка”. Используя приложение 1, впишите в табл. 1, колонку 7значения коэффициентов теплопроводности материалов.
Для простоты проведения лабораторной работы и расчетовпримите, что все ограждения, в том числе покрытие (створки) и днище прилавка,однотипны, и их конструкции соответствуют рис. 3. Следовательно, размерыэлементов конструкций такие же, как у стенки.
2. Нарисуйте схему, как на рис. 4. Определите наружныеразмеры А, В, С, Д, Е (в метрах) наружного ограждения и запишите на схемезначения снятых размеров.
3. При работе холодильной установки определите температуру вследующих точках и запишите ее в табл. 2:
- с помощью термометра 6 (рис. 1) — температуру /> наружного воздуха;
- потенциометром КСП-4 9 (рис. 1) — температуру /> воздуха в камере прилавкаи уточните ее по манометрическому термометру 7 (рис. 1) (/>); при этом /> и /> должны быть равны;
- с помощью потенциометра КСП-4 — температуру охлаждающейповерхности воздухоохладителя: на поверхности ребра (/>) и на поверхности стенкитрубы (/>).
4. Определите избыточное давление конденсации и кипения /> и /> (в атм) по манометрам 5 и 4 соответственно (рис.1) или 7 и3 соответственно (рис.2), Результаты занесите в табл. 2.
5. С помощью часовзаметьте для одного из циклов время включения (/>),выключения (/>) и повторного включения (/>) компрессора холодильногоагрегата при данной настройке термореле холодильного агрегата. Определитепродолжительность /> работы,например, в минутах:
/>
и продолжительность /> цикла:
/>
Результаты запишите в табл. 2.
(Необходимо иметь ввиду, что время цикла складывается изпродолжительности /> работыкомпрессора и продолжительности /> - егоостановки, т.е. />).Журнал наблюдений
Таблица 1. Характеристика наружного ограждения№ пп слоев Наименование Вид материала Толщина Коэф. теплопроводности
Условное
обозначение Численное значение, м
Условное
обозначение
Численное
значение, Вт/(мК) 1 2 3 4 5 6 7 1 Внутренняя обшивка Алюминий
/> 0.001
/>
/> 2 Тепловая изоляция Пенополиуретан
/> 0.086
/>
/> 3 Слой пароизоляции Битум
/> 0.001
/>
/> 4 Наружная обшивка Сталь
/> 0.0011
/>
/>
А=2м,В=0.8 м, С=0.87 м, Д=0.42м, Е=0.58 м
Таблица 2. Параметры работы холодильнойустановкиНаименование измеряемой величины Условное обозначение Размерность Численное значение Температура наружного воздуха
/>
/> 20 Температура воздуха в камере прилавка: а) по показанию потенциометра КСП-4 или манометрического термометра
/>
/> -10 Температура охлаждающей поверхности воздухоохладителя: а) поверхности ребра
/>
/> -15 б) поверхности стенки трубы
/>
/> -17 Давление конденсации хладагента: а) избыточное по манометру
/>
/> 9 б) абсолютное
/>
/> Давление кипения хладагента: а) избыточное по манометру
/>
/> 2.7 б) абсолютное
/>
/> Вид холодильного агента - - R22 Продолжение Табл. 1.
Температура конденсации в соответствии с давлением конденсации, />
/>
/> То же (расчетная)
/>
/>
Температура кипения в соответствии с давлением кипения, />
/>
/>
То же по /> (расчетная)
/>
/>
То же по /> (расчетная)
/>
/> Время первоначального включения компрессора холодильного агрегата
/>
/> 10.45 Время отключения компрессора холодильного агрегата
/>
/> 11.15 Время повторного включения компрессора холодильного агрегата
/>
/> 11.30 Продолжительность работы агрегата
/>
/> 30 Продолжительность цикла
/>
/> 45 ПРОВЕДЕНИЕ РАСЧЕТОВ. ПОСТРОЕНИЕГРАФИКОВ. ВЫВОДЫПроведение расчетов
1. Определите коэффициент теплоотдачи от внутренней обшивкиограждения камеры к воздуху камеры. При этом используйте уравнение Юргеса:
/>,
где: /> - коэффициенттеплоотдачи от внутренней обшивки ограждения камеры к воздуху камеры, />;
/> - скорость движения воздуха в камере; по результатамисследований />.
2. Примите коэффициент теплоотдачи от наружного воздуха к наружнойповерхности ограждения />.
3. Определите коэффициент теплопередачи наружногоограждения в /> по формуле:
/>
При определении />,значения величин примите в соответствии с их значениями, приведенными в табл.1.
4. Определите толщину ограждения и суммарную площадьнаружных ограждений из выражений:
/>,
/>
где: /> - толщинанаружного ограждения, />.
/>
Рис. 4. Схема снятиянаружных размеров наружного ограждения прилавка.
5. Пользуясь выражениями:
/>
и
/>,
определите абсолютныедавления /> и /> в МПа. Установите вид хладагента и запишите в табл. 2.
Пользуясь таблицами параметров насыщенных паров хладогентов R134а или R22 (приложения 2 и 3), определите температуры конденсации /> и кипения /> соответственно по давлениям/> и />.
Полученные результаты запишите в табл.2.
По таблице: />, />.
Проверьте полученные температуры /> и/> (табл. 2). Дляориентировочных расчетов можно рекомендовать уравнения:
- для температуры конденсации (расчетной):
/>C,
где />C — температура воздуха на выходе изконденсатора;
при этом /> -температура воздуха на входе в конденсатор;
- для температурыкипения (расчетной):
/>C, исходя из температуры наповерхности ребра воздухоохладителя;
/>C, исходя из температуры на стенкетрубы воздухоохладителя.
Результаты расчетовзапишите в табл. 2.
6. Определите объем,описываемый поршнями компрессоров пользуясь выражением:
/>
При расчетах используйтесведения о компрессоре ВН 400.
7. Примите в дальнейшихрасчетах, что коэффициент теплопередача воздухоохладителя составляет />. Построение графиков
Задача определения равновесной температуры воздуха вохлаждаемом помещении и равновесной температуры кипения рабочего тела вдальнейшем решается после графического построения зависимостей />, />, />. Эти зависимостисоответственно называются характеристиками компрессора, испарителя, наружногоограждения. Здесь же строится график, характеризующий суммарные теплопритоки />. В общем виде они представленына рис. 5.
/>
Рис. 5. Характеристики компрессора, испарителя, наружногоограждения, график суммарной тепловой нагрузки.
Для построения характеристик используйте координатную бумагу(миллиметровку). Задайтесь масштабом по оси ординат — для нанесения значений /> (рекомендуется диапазон />) и по оси абсцисс — длянанесения, значений /> (рекомендуемыйдиапазон />).
1. Постройте характеристику /> наружногоограждения, используя выражение (1). Для этого температуре /> задайте несколько произвольныхзначений:
а) />, для которого />;
б) /> от /> до />, />
в) /> от /> до />, />
При расчетах /> значения /> примитесогласно табл. 2.
Для построения характеристики /> на оси абсцисс отложите значение /> и на оси ординат /> (точка />), далее в принятоммасштабе отложите /> и /> и соответствующие имзначения /> и /> (точки /> и />). Через полученные точки />, /> и /> проведите прямую линию />.
2. Постройте характеристику /> испарителя,используя выражение (2). Задайте температуре /> несколькопроизвольных значений:
a) /> , длякоторого />;
б) />из диапазона от /> до />, />
в) /> из диапазона от /> до />, />
При расчетах примите значения: /> поданным табл. 2, />, />.
Для построения характеристики /> наоси абсцисс в принятом ранее масштабе отложите значение температуры /> и на оси ординат соответствующееей /> (точка />). Далее отложитетемпературы /> и /> и соответствующие имзначения /> и /> (точки /> и />). Через полученные точки />, /> и /> проведите прямую линию />.
3. Постройте характеристику /> компрессорас использованием выражения
/>, (4)
где: /> - холодопроизводительность компрессора, />;
/> - объем, описываемый поршнями, />;
/> - коэффициент подачи компрессора;
/> - удельная объемная холодопроизводительность, />;
/> — удельная массовая холодопроизводительность, />;
/> — удельный объем пара хладагента, всасываемого вкомпрессор, /> (рис. 6).
Поскольку зависимость /> при/> криволинейна,рекомендуется ее строить по пяти расчетным значениям />. Для этого задайтесьпроизвольными значениями />: />, />, />, />, />.
При этом целесообразно, чтобы они имели целые значения ивыбирались следующим образом:
/>С,
/>, С
/>С,
/>С,
/>С.
Для этих значенийпроизведите расчеты циклов паровой компрессионной холодильной машины. Результатырасчетов занесите в табл. 3.
Во всех пяти расчетных случаях необходимо принять температуруконденсации хладагента одинаковую и равную /> (табл.2). Величина перегрева пара ∆/> привсасывании его в компрессор одинакова и принимается ∆/>. Так как в схеме даннойфреоновой холодильной машины регенеративный теплообменник не предусмотрен, товеличина переохлаждения ∆/> жидкогохладагента перед регулирующим вентилем также одинакова и составляет ∆/>.
Температура всасывания />∆/>.
Температура жидкого хладагента перед регулирующим вентилем />∆/> и во всех расчетныхслучаях одинакова.
По известным в каждом расчетном случае значениям />, />, />, /> постройте циклы паровой компрессионнойхолодильной машины в тепловой диаграмме /> дляR134а или R22 в зависимости от вида применяемого хладагента. Значенияпараметров в узловых точках цикла />, />, />, /> запишите втабл.3. При этом значения />, соответствующиетемпературам кипения />, />, />, />, />, более точно могутбыть определены по приложениям 2 (для R134а) или 3 (для R22).Давление /> примите по табл.2.
Произведите расчет цикла для каждого расчетного случая иопределите:
— удельную массовую холодопроизводительность, />, />;
— отношение давления конденсации к давлению кипения />;
— по рис. 7, в зависимости от величины отношения />,коэффициент подачи компрессора /> (длякаждого из расчетных случаев в зависимости от вида применяемого хладагента).
Учитывая известные величины />,а для каждого расчетного случая />, />, />, найдите значения /> из уравнения (4).Результаты запишите в табл. 3.
Необходимо уточнить полученные значения />, для этого по pиc. 8 при значениях />, />, />, />, /> и соответствующей /> (в вашем случаепри />)найдите паспортные значения />. Результатызапишите в табл.3 для сравнения с />. Присущественных различиях в значениях /> и /> выясните причину, внеситеисправления.
На оси абсцисс (рис. 5) в принятом ранее масштабе отложитезначения температур кипения />, />, />, />, />, а по оси ординатсоответствующие им значения />. Пополученным точкам />, />, />, />, />, постройте графикзависимости /> от to при известном значении />.