Проектирование теплового насоса

Находим критерии Рейнольдса:

Находим радиус закругления змеевика по осевой линии трубы сердечника:

Rзм = 0,5Dсн + S + 0,5 dн = 0,5·0,219+0,004+0,5·0,038 = 0,1325 м.

Критическое число Рейнольдса, соответствующее ламинарному режиму течения в трубке змеевика, равно:

Критическое число Рейнольдса, соответствующее турбулентному режиму течения в трубке змеевика равно:

Вывод: Rеж > Rекр.труб, т.е. режим движения в трубке змеевика турбулентный.

Число Прандтля равно:

Число Нуссельта для турбулентного режима течения жидкого фреона R142b в трубке змеевика равно

Nuж = 0,021·Re0,8ж·Pr0,43ж·еизг ,

где еизг = 1+1,77= 1+1,77=1,455 - поправка, учитывающая влияние центробежного эффекта на процесс теплоотдачи со стороны жидкого R142b:

Nuж = 0,021·662560,8·2,930,43·1,455 = 349

Коэффициент теплоотдачи со стороны жидкого R142b равен:

Определяем коэффициент теплоотдачи со стороны паров R142b.

Внутренний диаметр кожуха РТ равен:

Dвн = Dн - 2дк = 0,325 - 2·0,008 = 0,309 м

Площадь межтрубного пространства по поперечному сечению РТ равна

Скорость пара R142b в межтрубном пространстве РТ равна:

м/с

Находим критерий Рейнольдса:

,

т.е. режим движения пара в межтрубном пространстве - турбулентный.

Находим число Прандтля:

Число Нуссельта для турбулентного режима течения пара в межтрубном пространстве РТ равно [9], с.228:

Nuж = 0,23·Re0,65п·Pr0,33п = 0,23·488350,65·3,60,33 = 392

Коэффициент теплоотдачи со стороны пара R142b равен:

Поскольку в R142b хорошо растворяется масло, на стенках змеевика отсутствует масляная пленка, поэтому термическое сопротивление трубки змеевика равно термическому сопротивлению стенки стальной трубки.

Для стали 10 коэффициент теплопроводности равен:

лст = 52 , [3]

Термическое сопротивление стенки трубки змеевика равно:

Коэффициент теплопередачи РТ равен:

Средняя логарифмическая разность температур при движении сред в РТ противотоком равна:

Площадь теплообменной поверхности РТ равна:

С учетом 20% запаса принимаем площадь теплообменной поверхности РТ, равной:

Fпр = 1,2 Fр = 1,44 м2

Длина трубы змеевика РТ равна:

Число витков змеевика РТ равно:

Задаёмся шагом навивки змеевика на сердечник t = 0,05 м

Длина змеевика РТ равна:

Lзм = n·t = 15·0,05 = 0,75 м

Задаём односторонний припуск по длине трубы змеевика равным l=0,75 м

Длина теплообменной змеевиковой трубы с учетом припусков на входном и выходном её участки равна:

L1 = L+2l = 12,1+2·0,75 = 13,6 м

Длина кожуха РТ (без патрубков) равна:

Lк = Lзм·1,1 +2hкр = 0,75·1,1+2·0,15 = 1,125 м

1.8.2 Гидравлический расчёт

Определяем гидравлическое сопротивление змеевиковой трубы РТ. Задаёмся величиной шероховатости на внутренней стенке трубы Д = 0,1мм = 0,0001м.

Коэффициент гидравлического трения определяем по формуле А.Д. Альтшуля для турбулентного режима течения жидкого R142b:

Потери давления на трении в змеевике находим по формуле Вейзбаха-Д'Арси:

Коэффициент местного сопротивления витка змеевика при повороте в нём потока на 3600 принимаем равным ж = 0,4 [11], с.248.

Местные потери давления в РТ находим по формуле Вейcбаха:

Общее гидравлическое сопротивление РТ по трубному пространству змеевика равно:

Дpзм = Дpтр + Дpм = 851+451 = 4039 Па

Определяем гидравлическое сопротивление РТ по межтрубному пространству. Принимаем, что входной и выходной патрубки выполнены из стальной трубы с наружным диаметром dпн = 0,089м и толщиной стенки дп = 0,0045 м.

Внутренний диаметр патрубков равен:

dпвн = dпн - 2дп = 0,089 - 2·0,0045 = 0,08 м.

Площадь проходного сечения патрубков рана:

Скорость пара R142b в патрубках равна:

м/с

Потери давления на трение в межтрубном пространстве равны:

Др'тр = 0,53nRe-0,122·спщ2п = 0,53·15·48835-0,122·39,8593·1,62=217 Па

Коэффициенты местного сопротивления входного и выходного патрубков в кожухе РТ принимаем равным ж = 1,5 [11], с.116, число патрубков n1=2.

Местные потери давления в патрубках кожуха РТ равны:

Общее гидравлическое сопротивление РТ по межтрубному пространству равно:

Дpмтр = Дp'тр - Дp'м = 217+193,7 = 410,7 Па

1.8.3 Прочностной расчёт

Трубу змеевика и кожух РТ проверяют на прочность гидравлическими испытаниями с запасом по величине давления 25% по отношению к рабочему значению давления.

Для трубки змеевика РТ давление испытаний равно:

pзм = 1,25 рк = 1,75 МПа

Для кожуха РТ давление испытаний равно:

pкож = 1,25 р0 = 0,75 МПа

Наибольшее напряжение в стенке кожуха РТ из стали 20 равны:

укoж max < [у] = 100 МПа для стали 20 даже с учетом 20% запаса по напряжениям из-за вареных в крышке патрубков, т.е. условия прочности выполняется.

Наибольшее напряжение в стальной трубке змеевика РТ из стали 20 равны

узм max < [у] = 100 МПа, т.е. условие прочности выполняется.

1.9 Подбор вспомогательного оборудования

Выбор насоса для воды:

Массовый расход воды - , масла -

По расходу подбираем два центробежных насоса марки 1,5К-8/19б(1,5К-6б) с диаметром рабочего колеса - 105 мм, производительностью - 9,4 м3/ч. КПД - 49 %, и мощностью на валу насоса - 0,6 кВт табл.7.7 [Сверлов].

Выбор ресивера: объем линейного ресивера находим по формуле:

Выбираю линейный ресивер марки 0,75РВ по [сверлов явнель].

Обечайка ресивера выполнена из трубы диаметром 600х8, длиной 3190мм. Масса ресивера - 430 кг.

Для предотвращения движения обратного потока фреона, согласно правилам техники безопасности устанавливаем обратный клапан марки КН100, который предназначен для работы с давлением до 1.8 МПа.

Список литературы

1. Н.Н. Кошкин, И.А. Сакуна и др. Холодильные машины. - Л.: Машиностроение, 1985 - 542 с.

2. Е.М. Бамбушек, Н.Н. Бухарин и др. Тепловые и конструктивные расчеты холодильных машин. - Л.: Машиностроение, 1987 - 424 с.

3. Н.М. Чернавский. Курсовое проектирование деталей машин. - М.: Машиностроение, 1989.

4. М.И. Френкель. Поршневые компрессоры. - Л.: Машиностроение, 1969 743 с.

5. Техника низких температур под редакцией И.П. Усюкина. - М.: Пищевая промышленность, 1977 - 244 с.

6. Холодильные компрессоры. Справочник под ред. А.В. Быкова и др. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981 - 279 с.

7. Методические указания к курсовому и дипломному проектированию «Расчет и выбор самодействующих клапанов объемных холодильных компрессоров». - Сумы: «Энергетика».

8. В.М. Арсеньев. Методические указания к курсовому проектированию объемных компрессоров «Термодинамический расчет поршневого холодильного компрессора». - Харьков: ХПИ, 1984 - 10 с.

9. Данилова Г.Н., Богданов С.Н. и др. «Теплообменные аппараты холодильных установок» - Л.: Машиностроение, 1986 - 303 с.

10. Михеев М.А., Михеева И.М. «Основы теплопередачи» - М.: Энергия, 1973 - 320 с.

11. Идельчик И.Е. «Справочник по гидравлическим сопротивлениям» - М.: Машиностроение, 1975 - 560 с.

12. Методичні вказівки до практичних занять на тему «Електробезпка. Розрахунок захисного заземлення та занулення» з курсу «Охорона праці в галузі» для студентів усіх спеціальностей денної та заочної форм навчання Суми СумДУ 2003.

13. Свечков И.Н., Ярославский А.М. Технология компессоростроения.-М.:Машиностроение,1978.-200 с.,ил.

14. Ястребова Н.А. Технология машиностроения: Учебник для студентов, обучающихся по специальности «Холодильные и компрессорные машины и установки». - М.: Машиностроение, 1987. - 336 с.: ил.

15. Методичні вказівки до виконання економічної частини дипломних проектів / Укладачі: А.Ю. Жулавський, О.М. Соляник. - Суми: Вид-во СумДУ, 2007. - 48 с.

16. Робоча програма переддипломної практики студентів професійного напряму 0950 «Енергетика» спеціальностей 090520 «Холодильні машини та установки» та 090508 «Компресори, пневмоагрегати та вакуумна техніка» для студентів денної форми навчання. Укладач доцент Ю.М.Вертепов, СумДУ 2005, 20 с.

17. Методичні вказівки до виконання дипломних проектів і дипломних робіт із спеціальностей 090520 «Холодильні машини та установки» та 090508 «Компресори, пневмоагрегати та вакуумна техніка» для студентів денної форми навчання. Укладач доцент Ю.М.Вертепов, СумДУ 2005, 10 с.

18. Хайнрих Т., Найорк ., Теплонасосные установки для отопления и горячего водоснабжения. - М.: Стройиздат, 1985. - 351с.

19. ГОСТ 12.2.003-91 Оборудование производственное. Общие требования безопасности.

20. ГОСТ 12.2.016-81 Оборудование компрессорное. Общие требования безопасности.

21. ГОСТ 12.2.049-80 (2001) Оборудование производственное. Общие эргономические требования.

22. ГОСТ 12.1.004-91 ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования.

23. ГОСТ 12.1.005-88 Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.

24. СНиП II -4-79. Естественное и искусственное освещение + Изменение М.: Стройиздат, 1980.-48 с

25. ГОСТ 14202 Трубопроводы промышленных предприятий.

26. ГОСТ 12.4.051-87. Система стандартов безопасности труда. Средства индивидуальной защиты органа слуха.

27. ГОСТ 12.1.019-79 (1996) ССБТ. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты.

28. ГОСТ 12.1.030-81. Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление. Система стандартов безопасности труда.

29. ГОСТ 12.1.038-82 (2001) ССБТ. Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов.

Размещено на Allbest.ru