Федеральное агентство по образованию

ФИЛИАЛ

ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (ДВПИ ИМЕНИ В.В. КУЙБЫШЕВА)» В Г. ПЕТРОПАВЛОВСЕ-КАМЧАТСКОМ
Специальность 080502 Экономика и управление на предприятии

(по отраслям)

Кафедра промышленной теплоэнергетики и электроснабжения
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине «Основы технологии и проектирования топливно-энергетического комплекса»
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТАНОВОК В РАЗНЫХ РЕГИОНАХ РФ. ВАРИАНТ 8
Студент

группы ЭУЗВ-09                       ____________________               К.А. Макарова

                                                     «__»___________2010 г.
Научный руководитель          ____________________               С. Н. Старов

старший преподаватель         «__»___________2010 г.
Работа защищена с оценкой  ____________________

                                                     «__»___________2010 г.
Петропавловск-Камчатский 2010

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………….     3
1 РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПАРАМЕТРОВ, НЕОБХОДИМЫХ

   ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ.……………. ..   6

1.1   Расчет параметров наружного воздуха ………………………..…………….    6

1.2   Расчет температуры воды охлаждения конденсаторов ……………………..  6

1.3   Расчет температуры грунта ……………………..…………………………....   7

1.4   Расчетные параметры внутреннего воздуха и продуктов……………..……   7

2 КОНСТРУКЦИЯ И ПЛАНИРОВКА ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ……   8

3 ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ НЕОБХОДИМОГО ИЗОЛЯЦИОННОГО

   СЛОЯ……….……………………………………………………………………  12

4 РАСЧЕТ ВЕЛИЧИН ТЕПЛОПРИТОКОВ В ОХЛАЖДАЕМЫЕ

   ПОМЕЩЕНИЯ………………………………………………………………….  14

4.1 Расчет теплопритоков через стены и полы…………………..……………..   14

4.2 Расчет теплопритоков от грузов при холодильной обработке……………    17

4.3 Расчет теплопритока при вентиляции помещения…………………………   19

4.4 Расчет эксплуатационных теплопритоков………………………………….   19

5 ВЫБОР КОМПРЕССОРНОЙ УСТАНОВКИ…………………………………  22

5.1 Расчет нагрузки для подбора одноступенчатого компрессора……………   22

5.2 Выбор расчетного режима…………………………………………………..    22

5.3 Расчет параметров теоретического цикла и объемной производительности

      компрессора…………………………………………………………………..   23
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………...   26
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ…………………………….   28
ВВЕДЕНИЕ

Возможность хранения продуктов длительный срок всегда была одной из основных задач человечества. В процессе исторического развития было придумано немало способов хранения продуктов, из которых хранение на холоде и замораживание являются едва ли не самыми древними и наиболее распространенными.  В наше время одной из задач народного хозяйства является обеспечение круглогодичного бесперебойного снабжения населения высококачественными продовольственными продуктами в широком ассортименте, что подразумевает необходимость разработки эффективных способов их хранения и транспортировки. Около половины производимых продуктов являются скоропортящимися, и обязательным условием их сохранности и транспортировки является искусственный холод. Холодильная обработка имеет целью предотвращение порчи продуктов и сокращение потерь при хранении и перевозке продуктов. Воздействия холода по сравнению с другими методами консервирования пищевых вызывает минимальное изменение их основных свойств, что тоже является немаловажным преимуществом перед другими способами консервации. В связи с распространенностью и высокой эффективностью данного способы хранения продуктов встает необходимость в обеспечении производственных, торговых предприятий, частных лиц и т.д. высокотехнологичными современными холодильными установками, в чем и заключается актуальность разработки данного курсового проекта.    

Таким образом, целью данной работы является разработка и проектирование холодильной установки для одного из регионов РФ.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

-  проанализировать исходные данные;

-  рассчитать геометрические параметры холодильной установки;

-  составить планировку холодильной установки;

-  рассчитать величину теплопритоков;

-  рассчитать теоретическую производительность компрессора;

-  подобрать компрессорные установки, подходящие для проектируемой холодильной установки.

Объектом данного проекта является холодильная установка, проектируемая для г. Иркутск.

Предметом исследования является расчет технических и физических данных, необходимых для проектирования холодильной установки на основании информационной базы варианта №8.

Данная тематика исследована достаточно подробно, что связано с ее актуальностью. Теоретическую основу данной работы составляют труды таких специалистов, как А. А. Александров, В.А. Кудинов, Е.М. Росляков, Г.П. Плетнев и др.

Методическая база работы представлена методом сравнительно-сопоставительного анализа учебной и научно-методической литературы, описательным методом, методом теоретического обобщения и синтеза полученной информации, расчетным методом, эмпирическим методом.

Хронологический период исследования – 2010 гг.

Структура курсового проекта определена целями и задачами работы. Содержание работы включает в себя ведение, пять глав, заключение, список использованных источников.

В первой главе приведен расчет температурных параметров, необходимых для проектирования холодильной установки.

Во второй главе представлена конструкция и планировка холодильника.

В третьей главе приведен теплотехнический расчет толщины изоляционного слоя, необходимого для постройки холодильника.

В четвертой главе рассчитываются величины теплопритоков в охлаждаемые помещения.

Пятая глава включает расчет теоретической производительности компрессора и производится выбор компрессора, подходящего проектируемому холодильному устройству.
1 РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПАРАМЕТРОВ, НЕОБХОДИМЫХ

   ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

1.1 Расчет параметров наружного воздуха

 В первую очередь следует вычислить расчетные параметры наружного воздуха. От параметров  наружного воздуха зависят количество теплопритоков в камере, температура конденсации хладагента, температура воды, охлажденной градирни или поступающей из водоемов, температура грунтов. Холодильники рассчитывают, как правило, на самый жаркий период года, по формуле (1).

                                                                              (1)

где t_ср – среднегодовая температура воздуха;

t_max – температура воздуха самого жаркого месяца.

Для Иркутска, города, где проектируется холодильная установка, среднегодовая температура воздуха составляет – 1,1°С, а температура воздуха самого жаркого месяца равна 29°С. [1, Таблица 1]  Подставляем данные в формулу (1).

t_нар = 0,4 (– 1,1) + 0,6·29 = 16,96°С,  принимаем t_нар = 17°С.

1.2 Расчет температуры воды охлаждения конденсаторов

Далее вычисляем расчетную температуру воды охлаждения конденсаторов. При оборотном водоснабжении начальную температуру воды для охлаждения конденсаторов принимают температуру на 8 – 10 ^о С ниже летней температуры наружного воздуха. Вода, в основном, берется из городского трубопровода. По произведенным расчетам летняя температура наружного воздуха равна 17 °С. Таким образом, расчетная температура воды охлаждения конденсаторов для заданного холодильного устройства составляет 7 – 9 °С.

1.3 Расчет температуры грунта

Температура грунта изменяется с изменением температуры наружного воздуха. В расчетах температуру грунта выбирают из среднегодовой температуры данной местности. Соответственно, расчетная температура грунта для холодильной установки составляет – 1,1°С.

1.4 Расчетные параметры внутреннего воздуха и продуктов

Далее приводим расчетные параметры внутреннего воздуха и продуктов. Проектируемое холодильное устройство предназначено для хранения и замораживания свинины. Его вместимость равна 550 тоннам. Температура морозильной камеры составляет – 20 °С, температура универсальной камеры равна – 4 °С, температура камеры хранения также равна – 4 °С.
2  КОНСТРУКЦИЯ И ПЛАНИРОВКА ХОЛОДИЛЬНОЙ

    УСТАНОВКИ

В первую очередь следует рассмотреть общие требования к конструкции холодильной установки. В данном курсовом проекте предложены одноэтажные каркасные конструкции холодильников. Каркас собран из типовых сборных элементов (колон, балок, ферм). Балки заводского изготовления (или железобетонных колон и металлических ферм) размещены внутри охлаждаемого объекта. В этих зданиях колонны внутренних рядов в плане располагают на пересечении продольных и поперечных координационных осей. Расстояние между координационными осями в перпендикулярном направлении  (слои колон) в зависимости от длины панели принимаются 6 или 12 метров. В соответствии с принятой сеткой колонн здание холодильника в плане можно условно расчленить на отдельные ячейки (строительные прямоугольники), например, при шаге колонн 6 м – размером 6х6 м, 6х12 м и т.д.

Фундаменты воспринимают всю нагрузку от строительных конструкций, груза и оборудования и передают ее на грунт.

В зданиях одноэтажных холодильников применяют железобетонные колонны, сечением 300х300, 300х400, 400х400 мм. Колонны изготовлены из стального профиля, применяют двутавровые балки с номером 18, 22, 24 и т.д. Высота колонн зависит от вместимости холодильника (высота от пола до строительной балки). В курсовом проекте для одноэтажных холодильников высота балок выбирается из СНиПа (4,8 и 6 метров)

Толщина стен с учетом СНиПов устанавливается 140 мм, 200 мм, 250 мм. Толщина перегородок устанавливается в пределах  60¸120 мм.

Толщина покрытия полов устанавливается 40¸50 мм, из бетона марки 400.

Двери холодильных камер бывают распашные и откатные. Двери имеют теплоизоляцию толщиной 150 мм из пенопластов. Коэффициент теплопередачи 0,4 Вт/м² к. Геометрию дверей при расчетах применяют 2х3м.

Далее рассчитаем геометрические параметры заданного холодильного устройства. Холодильник представляет собой одноэтажную конструкцию, располагающуюся на монолитном линейном фундаменте. Он включает: камеру хранения, морозильную камеру, универсальную камеру и вспомогательные помещения. Вместимость холодильника составляет 550 т., следовательно, его ширина равна 6 м, а высота составляет 4,8 м. Длина определяется по формуле (2).

b
= 3
a
                                                                                                              (2)

где а – ширина холодильного устройства;

b – длина холодильного устройства.

b = 3·6=18 м

Соответственно длина равна 18 м. Общий объем холодильника составляет 388.8

Далее вычислим площади камер холодильника. Общая площадь холодильного устройства вычисляется по формуле (3).

=
ab                                                                                                            (3)

где  – общая площадь холодильного устройства;

а – ширина холодильного устройства;

b – длина холодильного устройства.

= 6·18 = 108

Площадь камеры хранения рассчитывается по формуле (4).

= 0,5                                                                                                   (4)

= 0,5·108= 54  

Площадь морозильной камеры можно вычислить по формуле (5).

 = 0,6                                                                                                  (5)

 = 0,6·54= 32,4

Площадь универсальной камеры определяется по формуле (6).

                                                                                             (6)          

 = 0,25·54= 13,5

Площадь вспомогательных помещений вычисляем по формуле (7).

                                                      (7)

 0,5·108 – (0,6 ·54 + 0,25·54) = 54 – (32,4 + 13,5) = 8,1  

Определим процентное соотношение площадей камер холодильного устройства. С помощью составленной пропорции рассчитаем, сколько процентов занимает та или иная камера в холодильнике: возьмем за 100% общую площадь холодильника равную 108 м² Площадь камер хранения в процентном выражении определяется по формуле (8).

                                                                                               (8)

где  – камера холодильника, для которой определяется процентное соотношение;

 – площадь камеры холодильника, для которой определяется процентное соотношение.

Тогда   = 50%;  = 30%;

 = 12,5%;  = 7,5%. Таким образом, камера хранения занимает 50% от общей площади холодильного устройства, морозильная камера – 30%, универсальная камера – 12,5%, вспомогательные помещения – 7,5%.  

Колонны в здании холодильника железобетонные с сечением 300×400 мм. Высота колонн составляет 4,8 м. Стены, перегородки и потолок холодильника выполнены из железобетонных плит. Толщина стен – 140 мм, а перегородок – 80 мм. Полы покрыты бетоном марки М400 толщиной 50 мм. Двери холодильной камеры – распашные, размером 2×3 м. Доставка продукции производится автотранспортом.

Схема холодильного устройства представлена в рисунке 2.2.1.

					Вспомогательные помещения   S = 8,1                                       Универсальная камера                S = 13,5                    Морозильная камера                   S = 32,4                                  Камера хранения                          S = 54

          

         2 м

 = – 20 кДж/кг.

Итак, Q₃ = 0,01·(56 – (–20)) = 0,76 кВт.

4.4 Расчет эксплуатационных теплопритоков

Эксплуатационные теплопритоки находятся по формуле (29).

q_э.тп. = q₁ + q₂ + q₃ + q₄  [кВт]                                                                       (29)                                                                                                  

где  q₁ – теплоприток от освещения;

q₂ – теплоприток от пребывания людей;

q₃ – теплоприток от работающих двигателей;

q₄ – теплоприток при открытии дверей.

4.4.1 Расчет теплопритока от освещения

Теплоприток от освещения вычисляется по формуле (30).

                                                                                      (30)

где А – теплота, выделяемая источниками освещения в единицу времени на 1м² площади пола;

F – площадь морозильной камеры.

Для камер холодильной обработки, связанные с погрузкой и разгрузкой  А = 4,7 Вт/м²

Таким образом, q₁ = 4,7·156,4·10^-3 = 0,74 кВт.

4.4.2 Расчет теплопритока от пребывания людей

Теплоприток от пребывания людей определяется по формуле (31).

q
₂
= 0,35·
n
[кВт]                                                                                           (31)

где 0,35 кВт – тепловыделения одного человека;

n – число людей, работающих в холодильнике.

Число людей, работающих в холодильнике варьируется от 4 до 6, принимаем n = 4.

Соответственно, q₂ = 0,35·4 = 1,4 кВт.

4.4.3 Расчет теплопритока от работающих электродвигателей

Теплоприток от работающих электродвигателей вычисляется по формуле (32).

q ₃ = N_э·η [кВт]                                                                                             (32)

где N_э – суммарная мощность электродвигателей;

η – КПД электродвигателей.

Мощность электродвигателей камеры хранения  равна 2 ¸ 4 кВт, камеры охлаждения и универсальные камеры – 3 ¸ 8, камеры замораживания – 8 ¸16. Выбираем N_э  = 10 кВт.

КПД электродвигателей равен 0,8 ¸0,9. Берем η = 0,8.

Таким образом, q₃ = 10·0,8 = 8кВт.

4.4.4 Расчет теплопритока при открытии дверей

Теплоприток при открытии дверей определяется по формуле (33).

q₄ =k·F·10^-3 [кВт]                                                                                       (33)       

где k - удельный приток теплоты от открытия дверей;

F – площадь камеры.

k = 12 Вт/м² – камеры заморозки, k = 14 Вт/м² – камеры охлаждения, k = 38Вт/м² – камеры хранения

q₄ = 12·156,4·10^-3 = 1,88 кВт

Далее вычисляем сумму всех эксплуатационных теплопритоков q_э.тп = =0,74 + 1,4 + 8 + 1,88 = 12,02 кВт.  q_э.тп = Q₄

Таким образом, можно рассчитать сумму всех теплопритоков, и, соответственно, нагрузку на оборудование морозильной камеры. Q_∑ = 1,71 + +151,71 + 0,76 + 12,02 = 166,2 кВт
5 ВЫБОР КОМПРЕССОРНОЙ УСТАНОВКИ

Компрессоры подбираются с запасом по производительности. Подбираем один из компрессоров, обслуживающих разные камеры, сильно отличающиеся температурами. Регулирование температур в камерах производится специальными приборами. Охлаждение камер  воздушное, с использованием воздухоохладителей, обеспечивающих интенсивную циркуляцию воздуха.

5.1 Расчет нагрузки для подбора одноступенчатого компрессора

Нагрузка на компрессор Q_КМ складывается из всех видов теплопритоков по формуле (34).

Q_КМ = ΣQ = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅ [кВт]                                                    (34)

 Q_КМ = 166,2 кВт

5.2 Выбор расчетного режима

5.2.1 Расчет температуры кипения хладоновых установок

Температура кипения хладоновых установок определяется по формуле (35).

                                                                                           (35)

где t_в – температура воздуха в камере.

t₀ = – 30 – 14 = – 44 °С

5.2.2 Расчет температуры конденсации

Температура конденсации зависит от температуры и количества подаваемого воздуха. Для хладоновых холодильных машин температуру конденсации t_К выбирают на 10-12 ^оС выше температуры наружного воздуха по формуле (36).

t
_к
=
t
_н
+ (10
¸
12)  [^оС]                                                                                  (36)

t_к = 17 + 11 = 28 ^оС

Подогрев воздуха в воздушном конденсаторе составляет  ∆t_вз = 5÷6 ^оС.  

5.3 Расчет параметров теоретического цикла и объемной

      производительности компрессора

5.3.1 Расчет удельной массовой холодопроизводительности

         холодильного агента

Удельная массовая холодопроизводительность холодильного агента рассчитывается по формуле (37).

 [кДж/кг]                                                                                        (37)

где i₁ – удельная энтальпия пара хладагента;

i₄ – удельная энтальпия хладагента в фазе кипения жидкости.

Удельная энтальпия пара хладагента R12 при температуре – 44 ^о С равна 532кДж/кг. [1, Таблица 9] Удельная энтальпия хладагента R12 в фазе кипения жидкости при температуре 28 ^о С равна 427кДж/кг. [1, Таблица 9]

q₀ = 532 – 427 = 105 кДж/кг

5.3.2 Расчет массового расхода циркулирующего хладагента,

         требуемого для отвода теплопритоков

Данная величина рассчитывается по формуле (38).

  [кВт]                                                                                      (38)

 =   1,68 кВт

5.3.3 Расчет требуемой теоретической производительности компрессора

Требуемую теоретическую производительность компрессора вычисляем по формуле (39).

 [м³/с]                                                                                            (39)

где  – удельный объем всасываемого пара;

 – коэффициент подачи компрессора.

Температура всасывания паров компрессора равна 6 ^о С, следовательно = 0,047 м³/ кг. [1, Таблица 9]

Для определения λ находим значение абсолютного давления на всосе компрессора Р_вс при t₀ = – 44 ^о С и значение абсолютного давления на напоре компрессора Р_н  при t_к = 28 ^о С. Р_вс = 0,053МПа, Р_н = 0,705 МПа. [1, Таблица 9] Составляем соотношение  = , принимаем  = 13. Таким образом, получаем значение  = 0,35.

Определяем   0,23 м³/с.

5.3.4 Выбор компрессорной установки

На основании полученного значения  находим, выбираем агрегат или компрессорную холодильную машину с компрессорами, объемная подача которых V_к на 20 – 40 % больше требуемого V_т.  Для этого найдём V_к по формуле (40).

V
_к
=
V
_Т
+ (
V
_Т
·40%) [м³/с]                                                                           (40)

V_к = 0,23 + (0,23·0,4) = 0,23 + 0,092 = 0,322 м³/с.

Таким образом, для морозильной камеры проектируемой холодильной установки с теоретической объёмной производительностью компрессора V_к = 0,276 м³/с подходит одноступенчатый бустерный агрегат АН260 – 7 – 6 с объемной производительностью компрессора  V_км = 0,486 м³/с.

 
 
 

 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Холодильная обработка продуктов является одним из наиболее распространенных и эффективных способов консервирования, хранения и транспортировки продуктов. Распространенность данного метода консервации связана с тем, что около половины всей продукции, которой народное хозяйство обеспечивает население, является скоропортящейся, и искусственный холод является самым эффективным способом ее сохранения и транспортировки. Эффективность же обусловлена тем, что воздействия холода по сравнению с другими методами консервирования пищевых вызывает минимальное изменение их основных свойств и позволяет хранить продукты долгое время. В связи с распространенностью и высокой эффективностью данного способа хранения продуктов разработка и проектирование современных холодильных установок является весьма актуальной в наши дни.

В данной работе нами были произведены расчеты, необходимые для проектирования холодильной установки для хранения и заморозки свинины в г. Иркутск и составлена планировка самого холодильника. В результате расчетов были получены следующие данные.

Холодильник представляет собой одноэтажную конструкцию, располагающуюся на монолитном линейном фундаменте. Он включает: камеру хранения, морозильную камеру, универсальную камеру и вспомогательные помещения. Вместимость холодильника составляет 550 т., его ширина равна 6 м, высота составляет 4,8 м, длина равна 18 м. Общая площадь холодильного устройства вычисляется составляет 108 , площадь камеры хранения – 54 , площадь морозильной камеры равна 32,4 , ее длина – 5,3 м, площадь универсальной камеры составляет 13,5 , а площадь вспомогательных помещений – 8,1 .  Процентное соотношение площадей камер холодильного устройства следующее: камера хранения занимает 50% от общей площади холодильного устройства, морозильная камера – 30%, универсальная камера – 12,5%, вспомогательные помещения – 7,5%. Колонны в здании холодильника железобетонные с сечением 300×400 мм. Высота колонн составляет 4,8 м. Стены, перегородки и потолок холодильника выполнены из железобетонных плит. Толщина стен – 140 мм, а перегородок – 80 мм. Полы покрыты бетоном марки М400 толщиной 50 мм. Двери холодильной камеры – распашные, размером 2×3 м. Доставка продукции производится автотранспортом.

Для данного проекта в качестве теплоизоляционного материала для камер холодильника будут использоваться плиты из пенопласта полистирольного ПСБ – С толщиной 100 мм.

Сумма всех теплопритоков Q_∑ составляет 166,2 кВт, из которой теплоприток через стены и полы равен 1,71 кВт, теплоприток от грузов при холодильной обработке  –  151,71кВт, теплоприток при вентиляции помещения составляет 0,76 кВт, а сумма эксплуатационных теплопритоков равна 12,02 кВт.

Нагрузка на компрессор Q_КМ  равна сумме всех теплопритоков Q_∑, то есть 166,2 кВт. Требуемая теоретическая производительность компрессора  составляет 0,23 м³/с, а V_к = 0,322 м³/с. На основании полученной величины в качестве компрессора для проектируемой холодильной установки выбран одноступенчатый бустерный агрегат АН260 – 7 – 6 с объемной производительностью компрессора  V_км = 0,486 м³/с.
                                                                           
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.            Бальян С.В. Техническая термодинамика и тепловые двигатели. – М.: Машиностроение, 1973. – 269 с.

2.            Данзанов В.Д., Афанасьева В.А. Расчетные работы по курсу «Основы холодильной техники». – Улан-Удэ: ВСГТУ, 2007. – 36 с.

3.            Проектирование холодильных сооружений: Справочник / под. ред. Быкова  А.В. – М.: Пищевая промышленность, 1978. – 257 с.

4.            Старов С.Н. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Основы технологии и проектирования топливно-энергетического комплекса». – П-К.: ДВГТУ, 2010 г.

5.            Черкасский В.М. Нагнетатели и тепловые двигатели. – М.: Энергия, 1985. – 234 с.

6.            Янвель Б.К. Курсовое и дипломное проектирование холодильных установок и систем кондиционирования воздуха. – М.: ВО Агропромиздат. – 1 998 . – 222 с.