Проект рефрижераторного контейнера

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики

Институт холода и биотехнологий

Курсовая работа

Проект рефрижераторного контейнера

Выполнил:

Когтев Р.А.

Группа 4114

Проверил:

Круглов А.А.

2014 г.



Оглавление

теплоизоляционный ресивер компрессорный агрегат

Введение

1. Описание конструкции и функционирования

1.1 Описание конструкции

1.2 Описание функционирования

2. Конструктивный расчет

2.1 Исходные данные

2.2 Определение толщины теплоизоляционного слоя

2.3 Определение вместимости полуприцепа

2.4 Расчет тепловых мостов

3. Тепловой расчет

3.1 Теплоприток от окружающей среды

3.2 Теплоприток вследствие инфильтрации воздуха

3.3 Теплоприток при открывании дверей

3.4 Суммарный наружный теплоприток

3.5 Теплота, аккумулируемая грузом и его упаковкой

3.6 Теплоприток, вызванный аккумулированием теплоты конструкциями полуприцепа и изоляцией

3.7 Общий теплоприток

4. Теплоотвод от контейнера в режиме работы "тепловой насос"

4.1 Теплоотвод через ограждение

4.2 Теплоотвод вследствие инфильтрации воздуха

4.3 Теплопотери при открывании дверей

4.4 Суммарные теплопотери

4.5 Теплопотери, вызванные аккумулированием теплоты конструкциями контейнера и изоляцией

4.6 Общие теплопотери

5. Подбор оборудования

5.1 Подбор компрессорного агрегата

5.2 Подбор конденсатора

5.3 Подбор воздухоохладителя

6. Подбор вспомогательного оборудования

6.1 Расчет жидкостного трубопровода

6.2 Расчет всасывающего трубопровода в компрессор

6.3 Расчет нагнетательного трубопровода в компрессор

6.4 Подбор линейного ресивера

6.5 Подбор дизель-генератора

Выводы

Список литературы



Введение

Рефрижераторный контейнер - это мобильный холодильный склад, средство хранения и транспортировки.

На сегодняшний день рефрижераторный контейнер стал наиболее удобной и экономичной альтернативой промышленным холодильникам и морозильным складам большого объема.

Холодильный контейнер прост и экономичен в эксплуатации, он также может быть использован как подогреваемый склад. Температура в контейнере рефрижераторе поддерживается в диапазоне от -30 до +30 С°.

Рефрижераторный контейнер это автономная система, которая не требует специальных знаний для ежедневного использования.

Основное назначение контейнеров - транспортировка и хранение грузов, требующих определенного температурного режима хранения. К таким относятся:

мясо и мясопродукты;

рыба и рыбопродукты;

молочные продукты, сыр, мороженое;

фрукты, овощи;

цветы;

лекарственные препараты и многое другое.

Контейнеры-рефрижераторы с каждым годом завоевывают все большее количество потребителей во всем мире.



1. Описание конструкции и функционирования

1.1 Описание конструкции

Контейнер состоит из теплоизолированного корпуса с дверьми и машинного отделения (отсека). Корпус контейнера состоит из несущего металлического каркаса, наружной и внутренней обшивки, объединенных вспененным полиуретаном.

Наружная и внутренняя обшивки состоят из стальных листов, толщиной 3мм. К каркасу листы крепятся сваркой.

Пол состоит из Т-образного профнастила, образующего каналы для прохождения воздуха по всему контейнеру.

В верхней части контейнера установлен подвесной фальшь-потолок с соплами для равномерного распределения воздуха по всему объему полуприцепа.

С одного торца контейнер имеет дверной проем, закрывающийся двухстворчатыми дверьми с углом раскрытия 270°. Дверной проем герметизируется двойным уплотнением (наружными и внутренним), выполненным из нескольких слоев резины различного профиля. Двери оснащаются запорными устройствами натяжного действия.

С другого торца контейнера расположено машинное отделение, которое отделено от охлаждаемого объема теплоизоляцией. В машинном отделении находится холодильно-нагревательный агрегат, состоящий из компрессора, конденсатора, ресивер и другого вспомогательного оборудования.

Груз в охлаждаемом объеме размещается на паллетах.



1.2 Описание функционирования

Поток воздуха с определенной температурой подается из холодильного агрегата внутрь контейнера на уровне потолка, проходит над фальшь-потолком и выходит через сопла, распределятся по всему объему контейнера. Воздух опускается к полу и по каналам в Т-образном профнастиле возвращается в холодильно-нагнетательный агрегат.

Во время циркуляции воздух, в зависимости от установленных параметров, нагревает или охлаждает внутренний объем контейнера, обеспечивая, таким образом, температуру и влажность, необходимую для поддержания установленного режима хранения груза.

Холодильно-нагнетательный агрегат может работать в двух режимах: охлаждения и нагрева («тепловой насос»).

Переключение режимов происходит с помощью четырехходового вентиля и соленоида.

В режиме охлаждения после сжатия 1 пар хладагента при давлении и температуре нагнетания направляется в маслоотделитель 3, где из него удаляется часть растворенного в нем масла. После этого пар хладагента четырехходовым клапаном 4 переводится в конденсатор 5, в котором он, за счет теплообмена с окружающей средой охлаждается до температуры конденсации и конденсируется. Жидкий хладагент с температурой и давлением конденсации, пройдя обратный клапан 6, поступает в ресивер 8. После ресивера жидкий хладагент проходит через фильтр-осушитель 9, в котором сначала очищается от механических примесей, а затем осушается за счет прохождения через цеолит. После этого он проходит смотровое стекло 10 и соленоидный клапан 11 и поступает в терморегулирующий вентиль 7. В терморегулирующем вентиле происходит процесс дросселирования с падением давления до давления кипения и температуры до температуры кипения и образования паро-жидкостной смеси хладагента. Это паро-жидкостная смесь поступает в воздухоохладитель 12, где происходит выгибание оставшегося жидкостного хладагента при постоянной температуре кипения и давление кипения. Процесс кипение жидкостного хладагента сопровождается отводом теплоты из охлаждаемого объема. Из воздухоохладителя пар хладагента выходит с параметрами температуры кипения и давление кипения через четырехходовой клапан 4 поступает в отделитель жидкости 2. Отделитель жидкости ставится для того, чтобы обезопасить компрессор от попадания в него жидкого хладагента в случае, если он не весь выкипит в воздухоохладителе. Из отделителя жидкости пар хладагента при температуре всасывания и давлении всасывания отсасывается компрессором 1, в котором происходит его сжатие до давления нагнетания и температуры нагнетания, за счет совершения внешней работы.

В режиме нагрева, после сжатия в компрессоре 1 пар хладагента при давлении и температуре нагнетания направляется в маслоотделитель 3, где из него удаляется часть растворенного в нем масла. После этого пар хладагента четырехходовым клапаном 4 переводится в воздухоохладитель 12 в котором он, за счет теплообмена с окружающей средой, охлаждается до температуры конденсации и конденсируется. При этом воздух в контейнере нагревается. Жидкий хладагент с температурой и давлением конденсации, пройдя обратный клапан 6, поступает в ресивер 8. После ресивера жидкий хладагент проходит через фильтр-осушитель 9, в котором сначала очищается от механических примесей, а затем осушается за счет цеолита. После этого он проходит смотровое стекло 10 и поступает в терморегулирующий вентиль 7. При этом соленоидный клапан закрыт. В терморегулирующем вентиле происходит процесс дросселированния с падением давления до давления кипения и температуры кипения и образованием паро-жидкостной смеси хладагента. Это паро-жидкостная смесь поступает в конденсатор 5, где происходит выгибание оставшегося жидкого хладагента при постоянной температуре кипения и давлении кипения. После конденсатора пар хладагента при температуре кипения и давлении кипения через четырехходовой клапан 4 поступает в отделитель жидкости 2. Отделитель жидкости ставится для того, чтобы обезопасить компрессор от попадания в него жидкого хладагента в случае, если он не весь выкипит в воздухоохладителе. Из отделителя жидкости пар хладагента при температуре всасывания и давление всасывания отсасывается компрессором 1, в котором происходит его сжатие до давления нагнетания и температуры нагнетания за счет совершения внешней работы.

Вследствие того что, соленоидный вентиль 11 закрыт хладагент поступает в линейный ресивер 8, откуда направляется через обратный клапан 6 к терморегулирующему вентилю 7, перед конденсатором 5. Проходя конденсатор, жидкость кипит и паро-жидкостная смесь поступает через открытый соленоидный вентиль в отделитель жидкости 2, откуда пар отсасывается компрессором 1.



2. Конструктивный расчет

2.1 Исходные данные

Таблица 1. Внешние габариты Рефрижераторного 40-футового контейнера

Длинна (мм)	12192
Ширина (мм)	2438
Высота (мм)	2591

Температура внутреннего объема контейнера: -20; +12 oС

Температура окружающей среды: +30; -30 oС

Тип паллета: стандартный 1200х1000х150 мм

Тип хладагента: R404a

Соответствие требованиям A.T.P.

2.2 Определение толщины теплоизоляционного слоя

Толщина теплоизоляционного слоя определяется из условия, что термическое сопротивление ограждения не меньше нормативного значения Rн.

Для теплоизоляции полуприцепа толщина теплоизоляционного слоя д определяется из формулы [1]:

- теплопроводность изоляционного слоя из пенополиуритана,

, [6]

- коэффициент теплопередачи через ограждение,

, требования A.T.P.

, - коэффициент теплоотдачи со стороны наружной и внутренней поверхностей ограждения,

, [2]

W= 60 км/ч = 16,7 м/с

, [2]

- сумма термических сопротивлений всех слоев ограждения, кроме теплоизоляционного (теплопроводность стали , [6]).

Толщину металла принимаем = 0,003 м с наружной и внутренней сторон полуприцепа.

Принимаем толщину теплоизоляционного слоя .

Принимаем толщину теплоизоляционного слоя в полу равным 1.5=0,15 м.

Проверка коэффициента теплопередачи через ограждение:

Принимаем ширину машинного отделения равной 1,016 м

Учитывая толщину теплоизоляционного слоя, находим внутренние размеры полуприцепа с учетом выбранной толщины изоляции и металла, а также размеров машинного отделения:

где - длина охлаждаемого объема контейнера, м;

- длина контейнера, м;

- ширина охлаждаемого объема контейнера, м;

- ширина контейнера, м;

- ширина машинного отделения, м;

- высота охлаждаемого объема контейнера, м;

- высота контейнера, м.

Таблица 2. Внутренние габариты 40-футового рефрижераторного контейнера

Длинна (мм)	10964
Ширина (мм)	2226
Высота (мм)	2329
Внутренний объем (м3)	56.84

2.3 Определение вместимости полуприцепа

Конструктивно помещается n=16 стандартных паллетов размерами 1200х1000х150 мм каждый. (см. План. Разрез кузова).

В качестве груза выбираем рыбу слабосоленую.

Масса одного паллета m:

,

где с - плотность груза (лососевые сухого замораживания), с = 1050 кг/м3, [4]



где a - длина паллета, м;

b - ширина паллета, м;

- рекомендуемая высота загрузки паллета [2], м;

Вместимость продукта без упаковки и паллетов:

Gп = Vп* = 1,62*1050*16 = 27216 кг.

n - количество паллетов.

2.4 Расчет тепловых мостов

Конструкция разбивается не теплопроводными перегородками, поток при этом направлен в зоне швеллера в виде окружностей, но на самом деле траектория потока намного сложнее.

Выбираем швеллер № 6,5 в качестве каркаса [3].

Схематичное изображение тепловых мостов.

Рисунок 1



Зона под ребром,

Зона кругового потока под швеллером,

Зона под швеллером,

Зона кругового потока под изоляцией,

Зона под простой изоляцией,

Для каждой зоны определяем теплопроходимость:

Rmax = 2*h/П - максимальный радиус дуги теплового потока,

b = 65 мм. - длина швеллера,

h = 36 мм. - высота ребра,

t = 7,2 мм. - толщина полки,

s= 4,4 мм - толщина стенки швеллера,

a = 3 мм -толщина стенки контейнера,

Н=100 мм - толщина теплоизоляционного слоя,

i=64 мм - толщина теплоизоляционного слоя под ребром швеллера,

hII = b - s = 36 - 4,4 = 31,6 мм.

hIV = b = 36 мм.

Определим ширину участков каждой зоны:

S1 = t = 0,0072 м.

S2 = 2*hII/П = 2*31,6/3,14 = 0,020м.

S3 = b - 2*S1 - 2*S2 = 0,065 - 2*0,0072 - 2*0,020 = 0,0106м.

S4 = 2*hIV/П = 2*36/3,14 = 0,023м.

S5 = 1016 - L - 2*S4 = 1,000 - 0,065 - 2*0,023 = 0,905м.



Теплопроходимость 1 зоны

K1 = S1/ (1/ +(+)/+ +1/)=0,0072/(1/66,6 +(6+36)/12 +0,064/0,04 + 1/10) = 0,00421Вт/к.

Теплопроходимость 2 зоны

K2= (2*/П) ln((i +h2)/i)= 2*0,04/3,14 ln((0,064+0,0316)/0,064) = 0,010 Вт/к.

Теплопроходимость 3 зоны

K3 = S3/(1/ + (2*+s)/ +-s)/ +1/) = 0,0106/(1/66,6 + (2*0,003 + 0,0044)/12 +(0,1 - 0,0044)/0,04 + 1/10) = 0,00423 Вт/к.

Теплопроходимость 4 зоны

K4 = (2*/П)ln((i + h)/i) = 2*0,04/3,14*ln(64 + 36)/64) = 0,026 Вт/к.

Теплопроходимость 5 зоны

K5 = S5/(1/ + (2*)/ + / + 1/) = 0,905/(1/66,6 + 2*0,003/12 + 0,1/0,04 + 1/10) = 0,346 Вт/к.

Средний коэффициент теплопередачи ограждения:

Kcp = (2*K1+ 2*K2 + K3 + 2*K4 + K5)/1016 = 0,00842 + 0,02 + 0,00423 + 0,052 + 0,346 = 0,423 Вт/м2 К.



3. Тепловой расчет

3.1 Теплоприток от окружающей среды

Теплоприток от окружающей среды включает теплопритоки, обусловленные солнечным тепловым излучением [4]:

и через ограждения:

где k= 0,423 Вт/к - средний коэффициент теплопередачи с учетом влияния тепловых мостов.

- избыточная разность температур, вызванная солнечным тепловым излучением, оС; для вертикальных поверхностей , для горизонтальных [1];

- длительность действия солнечной радиации, ч/сутки; принимаем

- температура воздуха с наружной стороны ограждения, +30оС;

- температура воздуха в полуприцепе, - 20 оС.

, [4]

где - Средняя площадь поверхности ограждения контейнера, м2;

- Площадь наружной поверхности контейнера, м2;

- Площадь внутренней поверхности контейнера, м2;

Теплоприток от солнечной радиации к охлаждаемому объему контейнера:

Теплоприток через ограждение:

3.2 Теплоприток вследствие инфильтрации воздуха

где n - коэффициент, указывающий, какая доля объема воздуха в охлаждаемом объеме контейнера сменяется за 1 час (определяется экспериментально, рекомендовано n=0.8); - внутренний объем контейнера, м3; , - энтальпии наружного воздуха и воздуха в контейнере, кДж/кг; - плотность воздуха, кг/м3.

при t = 30 oC, [6]

кДж/кг - энтальпия наружного воздуха при +30 oC [7]

кДж/кг - энтальпия воздуха в контейнере при -20 oC [7]

3.3 Теплоприток при открывании дверей

Qдв=q(tн - tпм),



где q =85Вт/к - удельный расход холода при открывании дверей.

= 20 мин. - длительность нахождения двери открытой.

= 8 ч. - время за которое необходимо отвести теплоприток.

Qдв = 85(30 - (- 20)*20/60*8 = 177,1 Вт/к

3.4 Суммарный наружный теплоприток

Увеличиваем наружный теплоприток на 10% для компенсации не учтенных теплопритоков, от которых зависит наружный теплоприток, а также для учета других факторов (неоднородность структуры пенополиуретана, тепловых мостиков и др.):

3.5 Теплота, аккумулируемая грузом и его упаковкой

п*Cп + Gy*Cy + Gд*Сд)

- теплоприток от продукта, Вт;

Gп - масса груза, без упаковки и паллетов, кг;

Gп = 27216кг.

, - удельная теплоемкость груза (рыба замороженная), ; [2]

Gy - масса упаковки, кг.

Gy = 0,1*Gп = 0,1*27216 = 2721,6кг.



Сy = 1,67 кДж/кг - удельная теплоемкость упаковки [ПХУ прил. 30]

Gд - масса паллетов.

Gд = m*n = 20*16 = 320 кг.

Сд = 2,51 кДж/кг - удельная теплоемкость деревянных паллетов.

- время, необходимое для понижения температуры продукта на ;

- разность начальной и конечной температуры продукта, oC; принимаем

(27216* + 2721,6*1,67 + 320*2,51)*5/3,6*8 = 15179 Вт.

3.6 Теплоприток, вызванный аккумулированием теплоты конструкциями контейнера и изоляцией

=Wк - водяной эквивалент кузова, кДж/к.

Мi - масса стали , изоляции и масса каркаса из швеллера контейнера, кг;

сi - удельная теплоемкость стали , изоляции и швеллеров контейнера, );

- разность температур, на которую необходимо охладить контейнер, oC; принимаем

- время, за которое необходимо охладить полуприцеп, ч.

,



где - масса стальных листов, кг; (изготовлены из стали 12Х18Н9, толщиной 3 мм.)

- масса изоляции, кг;

- масса каркаса из швеллера, кг.

= - удельная теплоемкость стальных листов [6]

= - удельная теплоемкость пенополиуретана[6]

= 460удельная теплоемкость швеллера N6,5. (сталь Ст3)

где L = суммарная длинна всех швеллеров.

m = 5,9кг. - масса одного погонного метра.

Принимаем расстояние между швеллерами 1 метр, тогда необходимо:

22 швеллера длиной 2,438 м.

22 швеллера длиной 2,591 м.

4 швеллера длиной 11,192 м.

Общая длина: L = 22*2,438 + 22*2,591 + 4*11,192 = 155,4 м.

,

где - объем стальной обшивки м3,

кг/м3 - плотность стальной обшивки; [6]

,

Где кг/м3 - плотность изоляции (пенополиуретан), [6 табл. 110, стр. 208]

- объем изоляционного слоя пенополиуретана;



- - - ,

где наружный объем приходящийся на охлаждаемую часть кузова,

- внутренний объем холодильной камеры,

- объем занимаемый швеллерами, приходящийся на охлаждаемую часть кузова,

=(L - 1,016)*H*B = (12,192 - 1,016)*2,438*2,591 = 70,6

где (L - 1,016) - длина рефрижератора без машинного отделения, м.

H, B - ширина и длина рефрижератора, м.

= Lвн*Hвн*Bвн = 10,964*2,226*2,329

где Lвн, Hвн, Bвн - внутренние размеры кузова, м.

= 155,4*5,9 = 916,86 кг.

= = 916,86/7850 = 0,117

где плотность швеллера кг/м3.

70,6 - - - 0,117 = 12,906



3.7 Общий теплоприток

= 0, так как продукт замороженный, Вт.

- теплоприток от вентиляторов воздухоохладителей, Вт.

Ориентировочно принимаем величину тепла, выделяемого вентиляторами внутри контейнера равной 10% от величины теплопритоков из окружающей среды:

...