Целью дипломного проекта является проектирование холодильной машины для хранения жидкой углекислоты, задача которой состоит в поддержании температурного уровня




Скачать 144.44 Kb.
НазваниеЦелью дипломного проекта является проектирование холодильной машины для хранения жидкой углекислоты, задача которой состоит в поддержании температурного уровня
Дата публикации20.07.2013
Размер144.44 Kb.
ТипДиплом
shkolnie.ru > Спорт > Диплом

  1. Аннотация


Целью дипломного проекта является проектирование холодильной машины для хранения жидкой углекислоты, задача которой состоит в поддержании температурного уровня в сосуде изотермическом. Проектируемая холодильная машина должна обеспечивать холодопроизводительность 1 кВт в сосуде изотермическом на температурном уровне –220С.

В дипломном проекте была разработана принципиальная схема холодильной машины, включающая в себя кроме основных элементов: герметичный поршневой компрессор, конденсатор, испаритель, линейный ресивер и т.п., так же устройства автоматики.

Также была разработана функциональная схема автоматизации холодильной машины, описана работа основных устройств автоматики на различных режимах работы холодильной машины. В графической части представлена принципиальная схема холодильной машины.

В исследовательской части дипломного проекта выполнен расчет цикла холодильной машины на различных холодильных агентах окружающего воздуха. В результате расчетов выбран наиболее оптимальный холодильный агент, а также было сделано заключение о возможности использования иных холодильных агентов в качестве альтернативы выбранному. В графической части представлены полученные в результате расчета зависимости.

В конструкторскую часть проекта входят тепловой и конструктивный расчет поршневого герметичного компрессора, прочностные расчеты отдельных узлов компрессора. Выполнены тепловые и конструктивные расчеты конденсатора с воздушным охлаждением и гладкотрубного испарителя, проведены прочностные расчеты отдельных элементов теплообменных аппаратов. В графической части представлены: чертеж общего вида поршневого герметичного компрессора, сборочные чертежи конденсатора и испарителя.

В технологической части проекта проведен анализ технологичности конструкции конденсатора и испарителя холодильной машины. Спроектирован технологической процесс пайки: выбраны необходимые припои, подобранны оптимальные температуры пайки, разработана последовательность операций по подготовке поверхности под пайку, разработан технологический процесс сборки под пайку, рассчитаны показатели технологичности конструкции.

В раздел охраны труда и окружающей среды входит анализ холодильной машины с точки зрения безопасности жизнедеятельности, охраны труда и окружающей среды, расчет виброизоляции компрессора, как средства уменьшения вредного воздействия вибрации на человека.

В организационно-экономической части дипломного проекта приведен расчет затрат на проектирования и изготовления опытного образца холодильной машины, составлена смета затрат на испытание опытного образца. Рассчитана себестоимость серийно выпускаемого изделия, определена отпускная цена изделия и его предполагаемая цена на внутреннем рынке. Составлен бизнес-план и финансовый план для выхода изделия на внутренний рынок и обеспечения устойчивого спроса на предполагаемую холодильную машину для цистерны изотермической.

2. Введение

^

Жидкий диоксид углерода высокого давления хранят и транспортируют в


сосудах высокого давления, к которым относят стальные баллоны вместимостью до 55 л (ГОСТ 949-73) и другие сосуды разной вместимости, в том числе стапельные баллоны и цистерны высокого давления. На заводах, изготавливающих СО2, для хранения небольших запасов жидкого СО2 высокого давления используют баллоны высокого давления вместимостью 400 л.

Жидкий низкотемпературный диоксид углерода хранят и транспортируют в изотермических цистернах (накопительных и транспортных). Изотермические цистерны постепенно вытесняют сосуды высокого давления, которые наряду с отрицательными имеют и положительные характеристики.

Сосуды высокого давления отличаются от изотермических цистерн высокой металлоемкостью (до 3 кг металла на 1 кг СО2), малым коэффициентом полезного использования объема тары (от 0.29 до 0.75 кг СО2 на 1 л).

За сосудами высокого давления после заполнения их жидким СО2 не требуется дополнительного ухода, не нужно изолировать от теплопритоков. Применение сосудов высокого давления позволяет хранить жидкий СО2 без потерь в течение длительного времени (до 1 года).

Изотермические цистерны менее металлоемки (до 1 кг металла на 1 кг СО2), коэффициент использования объема тары выше (0.99-1.02 кг СО2 на 1 л вместимости тары).

Однако, без оснащения изотермических цистерн дополнительными техническими средствами, для реконденсации СО2, испаряющегося от теплопритоков, в них нельзя хранить в течение длительного времени и транспортировать жидкий СО2 без потерь.

2.1 Описание проектируемой холодильной машины
По условию технического задания проектируемая холодильная машина должна обеспечивать холодопроизводительность 1 кВт на температурном уровне в изотермическом сосуде -220С. В качестве схемы холодильной машины выбран парокомпрессионный цикл одноступенчатого сжатия с воздушным охлаждением конденсатора, также в схеме применен линейный ресивер, терморегулирующий вентиль с внешним выравниванием, гладкотрубный испаритель-конденсатор внутри которого кипит хладагент R22, а на наружной поверхности конденсируется углекислый газ.

Для реализации цикла холодильной машины выбран поршневой герметичный компрессор со встроенным электродвигателем. Компрессор имеет вертикальный двухопорный эксцентриковый вал с одной смещенной шейкой и одной оппозитно расположенными шатунно-поршневыми группами. Такая компоновка позволяет получить равномерную тангенциальную диаграмму и равномерную диаграмму потребляемого крутящего момента.

Линейный ресивер, примененный в схеме машины, позволяет поддерживать надежную работу холодильной машины в широком диапазоне температур наружного воздуха.

Терморегулирующий вентиль с внешним выравниванием позволяет осуществлять точное регулирование уровня заполнения испарителя-конденсатора, с учетом потерь на гидросопротивление.

Надежная работа машины обеспечена использованием современных систем автоматики и управления.


    1. Описание принципиальной схемы холодильной машины



^

Холодильная машина относится к типу парокомпрессионных машин, принцип


работы которых основан на отборе теплоты от охлаждаемой среды испаряющимся

холодильным агентом.

Машина работает по циклу одноступенчатого сжатия, непосредственным испарением и воздушным охлаждением конденсатора.

Охлаждение жидкой углекислоты происходит за счет кипения холодильного агента в испарителе-конденсаторе.

В компрессоре пары хладона сжимаются до давления конденсации и нагнетаются в третью по ходу воздуха секцию конденсатора (Кд), где охлаждаются и возвращаются в картер компрессора. В картере пары нагреваются, охлаждая масло, после чего возвращаются в первую секцию конденсатора, где окончательно конденсируются. Охлаждение и конденсация холодильного агента происходит за счет воздуха, обдувающего поверхности аппарата вентиляторами конденсатора (Вн1 и Вн2).

Из конденсатора жидкий холодильный агент поступает в ресивер (Рс), далее через вентиль (В3) в фильтр-осушитель (Фо).

Технологическая часть.

  1. Введение




    1. Назначение и краткое описание конструкции конденсатора.

Конденсатор холодильной машины предназначен для хранения жидкой углекислоты, относится к аппаратам трубчато-ребристого типа.

Конденсатор состоит из двух корыт, трубок, ребер, опор и вентилятора. Батарея имеет 2 секции по 12 медных трубок.

В качестве аналога принята известная конструкция трубчато-ребристого теплообменного аппарата, который устроен следующим образом:

между двумя корытами продеваются медные трубки, на которые насаживаются алюминиевые ребра. После этого трубки раздаются изнутри, чтобы ребра плотно сели на них. Далее трубки развальцовываются с обеих сторон, в них вставляются соединительные калачи, которые затем запаиваются. Пайка происходит в два этапа: сначала наложение флюса, затем припоя.

Для нашего конденсатора предложено внести несколько изменений в конструкцию и технологию пайки, с учетом этого проведем анализ технологичности.


    1. Анализ технологичности конструкции конденсатора.

Основные сопрягаемые поверхности конденсатора имеют

простые геометрические формы, простая компоновка и простые конструктивные решения. Конструкция удобна для сборки, предоставляет свободный доступ к местам соединений труб, имеет минимальное число направлений при сборке. Компоновка аппарата исключает необходимость проведения промежуточной разборки и сборки составных частей.

Конструкция конденсатора обеспечивает самоцентрирование и самоудержание деталей при сборке перед пайкой, таким образом обеспечивая взаимное расположение паяемых деталей. В конструкции предусмотрена разбортовка труб для предварительной укладки припоя. Увеличена прочность паяного шва за счет увеличения его площади.

Паянные швы расположены с одной стороны конденсатора. Число деталей и узлов, входящих в конструкцию, меньше, чем в базовом варианте за счет использования гнутых U-образных трубок двойной длины, соответственно уменьшается число калачей и паяных соединений. Плоскости разъемов паянных соединений расположены перпендикулярно оси сборки.

Пайка флюсом и припоем в базовом варианте заменяется на пайку специальной пастой флюса с припоем, что позволяет получить более качественные и равномерные швы.

Ребра толщиной 0,4 мм в базовом варианте были заменены на ребра толщиной 0,25 мм в проектируемом, что позволило обойтись без операции раздачи труб.

На основе вышеперечисленного можно сделать вывод, что конструкция проектируемого конденсатора технологична.


    1. Анализ технических требований.

Необходимо проверить трубы по калибру, чтобы их не заклинило

при сборке.

При подготовке к сборке нужно выполнить следующие операции:

  • плакирование ребер

  • обезжиривание трубок органическим растворителем

  • промывка водой

  • травление

  • промывка

  • промывка

  • нейтрализация

  • промывка

  • сушка

После сборки (без установленных вентиляторов) нужно провести

испытание конденсатора на прочность давлением 3,9 МПа воздуха в течение 10 минут в бронекамере с соблюдением правил техники безопасности, затем провести испытание внутренней полости конденсатора на герметичность давлением 3,0 МПа сухого воздуха (азота).

Затем установить вентилятор с решеткой.

Выполнение перечисленных технических требований необходимо для обеспечения надежности и работоспособности конденсатора.


  1. Исследовательская часть

3.1 Введение
Основной целью исследовательской части проекта является расчет цикла холодильной

машины при работе различных холодильных агентах. В результате расчета необходимо сделать заключение о возможности взаимозаменяемости холодильных агентов в процессе эксплуатации холодильных машин.

Для данного


    1. Расчет цикла холодильной машины при работе на различных холодильных

агентах.

      1. Исходные данные

Рабочее вещество:

  • R22;

  • R134a;

  • диметиловый эфир;

Температура в СО2 в цистерне -22С.

Температура конденсации холодильного агента:

  • 60С;

  • 45С;

  • 40С;

  • 20С;

      1. Схема цикла

Для расчета принимается схема одноступенчатой холодильной машины без регенерации тепла.

Цикл и схема холодильной машины приведены на рисунке 3.1.

Км - компрессор; 1 – 2 – изоэнтропное сжатие в компрессоре;

К - конденсатор; 2 – 3 - отвод теплоты в окружающую среду;

Д - дроссель; 3 – 4 - дросселирование рабочего вещества;

И - испаритель; 4 – 1 – подвод теплоты к рабочему веществу.

Рисунок 3.1


    1. Заключение

Расчет цикла холодильной машины показал, что наиболее выгодным с термодинамической точки зрения является хладон 22. Основным недостатком данного холодильного агента является то, что он относиться к группе хлорфторуглеродов. Хлорфторуглероды под воздействием солнечной радиации расщепляется в верхних слоях атмосферы с образованием атомов хлора, что, в свою очередь, вызывает разрушение озонового слоя. Хладон 22 имеет балл разрушающей озоноактивности равный 0,05. Приемлемой заменой хладона R22 являются холодильные агенты R134а и диметиловый эфир.

Как показал расчет, на спецификационном режиме работы холодильной машины:

  • температура кипения: -22С;

  • температура конденсации : 45С.

Замена хладона 22 на R134а и диметиловый эфир приведет к снижению холодопроизводительности:

  • при замене на R134а на 7,2 %;

  • при замене на диметиловый эфир на 13,5 %.

Холодильный коэффициент на спецификационном режиме снизиться:

- при замене на R134а на 7,2 %;

  • при замене на диметиловый эфир на 13,5 %.

Замена хладона 22 на озонобезопасные холодильные агенты неизбежно приведет к более частым пускам машины либо потребует снижения нагрузки.

В качестве положительного эффекта при замене холодильного агента следует отметить снижение температуры нагнетания компрессора, что положительно отразиться на общей температурной напряженности компрессора машины в процессе эксплуатации.

Недостатком является необходимость применения иных марок холодильных масел.

Однако, несмотря на вышеперечисленные недостатки замена хладона 22 на R134а и диметиловый эфир возможна без доработки и изменения конструкции холодильной машины. При этом изменение параметров машины будет в пределах, позволяющих эксплуатировать холодильную машину для обеспечения всех требуемых температурных режимов.

Сосуд предназначен для хранения жидкой углекислоты.

Корпус сварной конструкции изготовлен из листовой стали марки 09Г2С-9 ГОСТ 5520. Внутренний диаметр корпуса-1200 мм. В одной из эллиптических днищ корпуса имеется лаз диаметр 450 мм, который закрыт крышкой. На другом днище установлен уровнемер поплавкового типа. В корпусе установлены волнорезы. Сосуд имеет систему трубопроводов.

Корпус установлен на четырех текстолитовых опорах приваренных к кожуху. Две крайних текстолитовых опоры предупреждают от продольного смещения. От вертикальных и боковых перемещений корпус фиксируется четырьмя поперечными растяжками.

Корпус закрыт кожухом, который представляет собой каркас из профильного проката обшитого листовым металлом толщиной 1,5 мм. Передняя стенка кожуха имеет лаз с крышкой, который служит для доступа к лазу сосуда.

Сверху кожух имеет люки для загрузки теплоизоляционного материала. Снизу на кожухе имеются такие же люки для его удаления. Люки герметично закрыты крышками. На одной верхней крышке люка расположена предохранительная мембрана, защищающая кожух от возникновения в нем избыточного давления при утечке газа из сосуда. Кожух изготовлен со сварными опорами, с помощью которых сосуд устанавливается рамы.

Рама представляет собой сварную металлоконструкцию каркасного типа, состоящую из двух лонжерон, связанных между собой балками.

От сосуда отходят трубопроводы, которые проходят через пространство между сосудом и кожухом и выходят наружу.

Выход трубопроводов через кожух герметичен. Стальные трубопроводы, отходящие от сосуда и выходящие через днище кожуха, следующие: жидкостной, газовый и дренажный.

В паровой зоне сосуда расположен гладкотрубный хладоновый испаритель. Внутри испарителя кипит хладон, а на наружней поверхности конденсируется углекислый газ, нонижая давление в сосуде (степень заполнения испарителей хладоном и температуру кипения регулирует терморегулирующий вентиль).

Продолжением гладкотрубных испарителей являются медные трубопроводы, отходящие от сосуда.


4. Конструкторская часть
4.1 Расчет компрессора
4.1.1 Описание конструкции компрессора
Тип компрессора – поршневой герметичный одноступенчатый со встраиваемым электродвигателем.

Компрессор предназначен для работы в составе холодильных фреоновых машин.

Рабочее тело – хладон 22.

Холодильный агент поступает на сжатие в компрессор после испарителя-конденсатора и охлаждает обмотки электродвигателя. Сжатый хладагент поступает в предварительный конденсатор, где охлаждается, после чего подается для охлаждения масла обратно в компрессор. Далее холодильный агент поступает в основной конденсатор.
Кинематическая схема и компоновка

Компрессор имеет

Применение облегченной шатунно-поршневой группы (неразъемного шатуна и алюминиевого поршня) обеспечивает удовлетворительную уравновешенность, позволяет уменьшить влияние неуравновешенных сил инерции.

Компрессор имеет герметичное исполнение. Механизм движения жестко закреплен в стальном тонкостенном кожухе, состоящем из двух половин, соединенных при помощи сварки. Кожух имеет эллиптическую форму, что позволяет уменьшить занимаемую площадь. Нижняя часть кожуха служит емкостью для масла.
Электропривод

Электропровод компрессор осуществляется от встроенного асинхронного электродвигателя трехфазного тока с короткозамкнутым ротором. Такие электродвигатели просты, удобны в эксплуатации, экономичны. Ротор электродвигателя насажен на верхний конец вала. Охлаждение обмоток осуществляется холодильным агентом, идущим на всасывание в цилиндр.
Комбинированный клапан

Для регулирования подачи газа в цилиндр применен комбинированный клапан. Всасывающий клапан представляет собой тонкую пластину, прогибающуюся внутрь цилиндра. Всасывающие каналы образованы сверлениями в корпусе клапана.

Нагнетательный клапан кольцевого типа.

Клапан имеет минимальный мертвый объем, что оказывает положительное влияние на энергетику компрессора.
Система смазки

Подача масла коренным, шатунным подшипникам и пальцу осуществляется по сверлениям в валу и шатуне с помощью центробежного реверсивного маслонасоса.

В связи с тяжелыми условиями работы компрессора на режимах с высокой температурой конденсации применен насос, развивающий большой напор и большую производительность. Он представляет собой крыльчатку, присоединенную к нижнему торцу вала. Насос засасывает масло из нижней части кожуха через сетчатый фильтр. Масло через перепускные окна в корпусе насоса подается в центральный канал крыльчатки. Отсюда масло попадает в центральное отверстие вала, по радиальным отверстиям поступает на смазку подшипников и через сверление в шатуне на смазку подшипников и через сверление в шатуне на смазку поршневого пальца.

Поршни и гильзы смазываются разбрызгиванием.

Применяемое масло – углеводородное синтетическое типа ХС 40 либо его аналоги. Данный тип масла хорошо растворим с хладоном 22 и имеет большой моторесурс.
Клеммная коробка

Для возможности работы компрессора в заданных условиях эксплуатации клеммная коробка имеет влагопылезащитное исполнение. Для защиты электроконтактов от пыли и влаги применены уплотнения по сальниковым вводам кабелей и по крышке.
Охладитель масла

В процессе работы компрессора на температурный режим накладываются следующие ограничения:

  • температура нагнетания не должна превышать 160С;

  • температура обмоток ограничена 120С;

  • температура масла не должна быть более 90С.

Для обеспечения работоспособности компрессора в масляную ванну встроен охладитель масла, снижающий общую температурную напряженность компрессора.

Охладитель масла сделан в виде змеевика из трубы, отвод тепла в котором производиться основным холодильным агентом.

Весь хладон после предварительного конденсатора поступает в охладитель масла, после чего повторно конденсируется.

По сравнению с другими способами охлаждения масла для герметичных компрессоров, этот способ является более эффективным, имеет высокую эксплуатационную надежность, однако требует дополнительных затрат электроэнергии и увеличивает материалоемкость.
Нагреватель масла

При отрицательных температурах окружающего воздуха масло имеет высокую вязкость, кроме того во время длительной стоянки холодильный агент растворяется в масле. Для возможности запуска и работы компрессора при отрицательных температурах окружающего воздуха и предотвращения вскипания масла при пуске в масляную ванну компрессора встроен электронагреватель мощностью 75 Вт.

4.2 Расчет конденсатора
4.2.1 Описание конструкции конденсатора
Конденсатор трубчато-ребристый воздушного охлаждения служит для конденсации сжатых горячих паров холодильного агента.

Аппарат представляет собой ребристую батарею, выполненную из стальных труб с насаженными на них стальными ребрами.

Два вентилятора, примененные для обдува конденсатора, размещены после аппарата по ходу воздуха в диффузорах, которые крепятся к кожуху конденсатора.

Сжатые в компрессоре горячие пары холодильного агента поступают в верхний ряд третьей по ходу воздуха секции конденсатора. Проходя через третью и четвертую секции, хладон охлаждается, частично конденсируется и из нижнего ряда четвертой секции поступает в секцию охлаждения масла в картере компрессора. Подогретый в картере холодильный агент возвращается в верхний ряд первой по ходу воздуха секции конденсатора, где полностью конденсируется, проходу первую и вторую секции. Из нижнего ряда второй секции жидкий холодильный агент поступает в ресивер.

Похожие:

Целью дипломного проекта является проектирование холодильной машины для хранения жидкой углекислоты, задача которой состоит в поддержании температурного уровня iconЦелью дипломного проекта является проектирование холодильной машины...
Проектируемая холодильная машина должна обеспечивать холодопроизводительность 1 кВт в сосуде изотермическом на температурном уровне...
Целью дипломного проекта является проектирование холодильной машины для хранения жидкой углекислоты, задача которой состоит в поддержании температурного уровня iconЦелью дипломного проекта является проектирование криогенной установки...
Целью дипломного проекта является проектирование криогенной установки на базе водородного рефрижератора, задачей которого является...
Целью дипломного проекта является проектирование холодильной машины для хранения жидкой углекислоты, задача которой состоит в поддержании температурного уровня iconОписание холодильной машины
В результате расчета теплопритоков было установлено, что требуемая холодопроизводительность холодильной машины в летний период составляет...
Целью дипломного проекта является проектирование холодильной машины для хранения жидкой углекислоты, задача которой состоит в поддержании температурного уровня iconОценка технического уровня и новизны проекта
Целью работы является проектирование четырёхцилиндрового рядного дизельного двигателя с турбонаддувом и жидкостным охлаждением, мощностью...
Целью дипломного проекта является проектирование холодильной машины для хранения жидкой углекислоты, задача которой состоит в поддержании температурного уровня iconМосковский энергетический институт (технический университет) институт...
Ознакомление студентов с историей развития холодильной техники; с экологическими аспектами применения современной холодильной техники;...
Целью дипломного проекта является проектирование холодильной машины для хранения жидкой углекислоты, задача которой состоит в поддержании температурного уровня iconЗадача хранения зерна и семян в хозяйствах состоит в том, чтобы обеспечить...
Послеуборочная обработка зерна на току состоит из предварительной очистки, первичной очистки, временного хранения влажного зерна,...
Целью дипломного проекта является проектирование холодильной машины для хранения жидкой углекислоты, задача которой состоит в поддержании температурного уровня iconПлан учебного курса по системам кондиционирования (1 академический...
Схема работы холодильной машины, принцип работы. Определяющие процессы в аппаратах холодильной системы
Целью дипломного проекта является проектирование холодильной машины для хранения жидкой углекислоты, задача которой состоит в поддержании температурного уровня iconБазовый
Испаритель является неотъемлемым звеном в цикле холодильной машины. Испаритель является высокотехнологичным узлом, т к необходимо...
Целью дипломного проекта является проектирование холодильной машины для хранения жидкой углекислоты, задача которой состоит в поддержании температурного уровня iconСборка секции трубчато-ребристого воздухоохладителя
Испаритель является неотъемлемым звеном в цикле холодильной машины. Испаритель является высокотехнологичным узлом, т к необходимо...
Целью дипломного проекта является проектирование холодильной машины для хранения жидкой углекислоты, задача которой состоит в поддержании температурного уровня iconАнализ проектируемой холодильной машины с точки зрения безопасности...
Рядом опасных и вредных факторов, способных оказать негативное воздействие на безопасность жизнедеятельности человека и на окружающую...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2014
shkolnie.ru
Главная страница