Проектирование парового компрессионного холодильника

Описание конструкции бытового холодильника. Расчет теплопритоков в шкаф. Тепловой расчет холодильной машины. Теплоприток при открывании двери оборудования. Расчет поршневого компрессора и теплообменных аппаратов. Обоснование выбора основных материалов.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Введение

В бывшем СССР первые образцы (10 шт.) бытового холодильника ХТЗ-120 были изготовлены в 1937 г. на Харьковском тракторном заводе (ХТЗ).

Полезный объем холодильников ХТЗ-120 составлял 120 л. Холодильник ХТЗ-120 был оснащен герметичным компрессором холодопроизводительностью около 116 Вт, потребляемой мощностью до 200 Вт. Расход электроэнергии не превышал 60 кВт•ч в месяц. Хладагентом служил сернистый ангидрид (SO2). Наиболее низкая температура на средней полке была -3°С, а в испарителе - до -20°С. В испаритель можно было устанавливать формочку для льда. Внутренний объем холодильника освещался электролампочкой, автоматически включающейся при открывании двери. Габаритные размеры шкафа 1425х615х590 мм, холодильной камеры - 755х455х380 мм. Изоляция толщиной 80 мм была выполнена из древесного войлока.

Организация на ХТЗ нового сложного производства заняла около двух лет. Лишь в 1939 г. начался серийный выпуск бытовых холодильников ХТЗ-120. В 1940 г. их было изготовлено уже 3500. Дальнейшее развитие производства было прервано начавшейся Великой Отечественной войной.

Массовое производство современных компрессионных бытовых холодильников на фреоне (R12) было организовано на Московском автозаводе (ныне ЗИЛ) в 1949…1951 гг. Первый холодильник этого завода «ЗИС-Москва» модель ДХ-2 имел полезный объем охлаждаемой камеры 165 дм3.

Холодильники меньшего размера - «Саратов-2» полезным объемом 85 дм3 - с 1951 г. стал выпускать также Саратовский завод. В 1963 г. вступил в строй один из ведущих заводов бытовых холодильников - Минский.

Главная тенденция развития бытовых холодильников, определяемая спросом населения, - увеличение их полезного объема. Если в 1968 г. только 6,3 % проданных холодильников имели объем 200 дм3 и более, то в 1988 г. их доля возросла до 68%.

Другая тенденция в производстве бытовых холодильников - увеличение объема отделения, предназначенного для хранения замороженных продуктов, и понижение температуры воздуха в нем с -10…-12 до -18…-24 °С.

С 1980 по 1988 г. выпуск двух- и трехкамерных холодильников увеличился в 17,5 раза - со 143 тыс. до 2500 тыс.

В 1990 г. в бывшем СССР в эксплуатации находилось свыше 71 млн. бытовых холодильников и морозильников. Обеспеченность городского населения достигла 101 на 100 семей (в 1970 г. - 43), а сельского - 81 (в 1970 г. - 13).

Выпускаемые холодильники (одно- и двухкамерные) и морозильники представляют широкую гамму оборудования полезным объемом 120…350 дм3, в том числе с объемом морозильного отделения 20…125 дм3. Морозильники сундучного типа имеют полезный объем 94…300 дм3.

В настоящее время бытовые холодильники и морозильники зарубежных фирм, так и отечественных заводов все больше оснащаются элементами комфортности. Это:

Прозрачность полки из высокопрочного стекла или пластика с возможностью перестановки по высоте, предохраняющие от протекания жидкого продукта вниз при неосторожном проливании;

Отделения в холодильных камерах и отдельные камеры с прозрачными дверками, прозрачные выдвижные секции или емкости для хранения в охлажденном (но незамороженном) состоянии при нулевых температурах парного мяса, свежей рыбы и других продуктов;

Отделения замораживания с прозрачными дверками в морозильных камерах;

Дезодораторы для устранения неприятных запахов, включаемые автономной кнопкой на наружном пульте управления;

Аккумуляторы холода в виде лотков-подносов для сохранения низких температур в морозильной камере при неработающем компрессоре, стабилизации температурного режима при его цикличной работе, а также для быстрого замораживания ягод и охлаждения напитков.

Исходные данные

Объем морозильной камеры: Vм.к.=280 л, температура морозильной камеры: tм.к.=-24 °C;. Хладагент, используемый в холодильнике, R-12. Аналог холодильника: Свияга-106.

1. Описание конструкции бытового холодильника

Рис. 1 - Бытовой холодильник: 4, - решетчатые полки; 21 - фильтр-осушитель; 22 - прокладка; 23 - конденсатор; 24 - задняя стенка; 25 - задний упор; 26 - винт крепления конденсатора; 27 - болт; 28 - ванночка для сбора и испарения талой воды; 29 - герметичный компрессор; 30 - клеммная колодка; 31 - пускозащитное реле

2. Расчет теплопритоков в шкаф бытового холодильника

2.1 Проводим расчет теплопередающих поверхностей холодильного шкафа

Рис. 2

Определяем площади теплопередающих поверхностей холодильного шкафа:

боковых стенок (2 шт):

Fбок. стенок=h*глубина без изол. - Sтреуг=1,21*0,525-0,02=0,615 м2;

дна:

Fдна=ширина без изол.*(глубина без изол. - 0,2)=0,52*(0,525-0,2)=0,169 м2;

потолка:

Fпотолка= Sоснования= ширина без изол.* глубина без изол.=0,52*0,525=0,273 м2;

задняя стенка:

Fзад. стенка. =(h - 0,2)* ширина без изол.=(1,21-0,2)*0,52=0,525 м2;

дверь:

Fдвери. =h* ширина без изол.=1,21*0,52=0,629 м2.

Расчет перепадов температур:

температура окружающей среды: tо.с.=32 °C;

температура морозильной камеры: tм.к..=-24 °C (****);

Дtм= tо.с.- tм.к..=32-(-24)=56 °C.

Определяем коэффициенты теплопередачи ограждающих конструкций холодильника:

;

Нужно определить бв - коэффициент теплоотдачи охлаждаемой среды к внутренней поверхности, бн - коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности к окружающей среде.

бвг=1,7 Вт/(м2*К) - от внутренней стенки к горизонтальному участку;

бвв=2,1 Вт/(м2*К) - от внутренней стенки к вертикальному участку;

бнг=6 Вт/(м2*К) - от наружной стенки к горизонтальному участку;

бнв=10 Вт/(м2*К) - от наружной стенки к вертикальному участку.

Рис. 3

л1=45,4 Вт/(м*К) - коэффициент теплопроводности металла;

л2=0,0465 Вт/(м*К) - полистирола;

лиз=0,021 Вт/(м*К) - пенополиуретана;

д1=1 мм; д2=4 мм; диз - толщина изоляции .

Вычисляем коэффициент теплопередачи:

боковой стенки:

дна:

потолок:

задняя стенка:

двери:

2.2 Проверка поверхностей на условия конденсации

Для tо.с.=32 °C > влажность ц?80…85%;

;

По диаграмме при tо.с.=32 °C точка росы соответствует температуре tр=28 °C.

Вычисляем:

боковая стенка:

ki<0,95• kmax;

; 0,389<0,67

дно:

; 0,364<0,4

потолок:

; 0,364<0,4

задняя стенка:

; 0,356<0,678 у

дверь:

. 0,478<0,678

Все поверхности проходят по конденсации влаги

Определяем теплопритоки через отдельные элементы ограждения холодильника:

;

боковая стенка:

Вт;

дно:

Вт;

потолок:

Вт;

задняя стенка:

Вт;

дверь:

Вт.

Определяем теплопритоки от термической обработки продуктов

Мсуточн.=суточная норма хранения продуктов.

При max коэффициенте эксплуатации морозильная камера заполняется говядиной на 50%, холодильная камера заполняется говядиной на 20%.

Мсуточн.м=сгов•Vм.к.=1000•0,32•0,5=160 кг;

iн - энтальпия при tо.с.=32 °C> iн =329 кДж/кг;

iм.к. - энтальпия при tм.к.=-25 °C> iм.к=-10,9 кДж/кг;

Вт;

Определяем теплоприток при открывании двери:

холодильник теплоприток компрессор

, где n=20…30 - количество открываний двери;

V=320 л =0,32 м3; n=25;

;

Вт.

Теплоприток от электроприборов:

Вт.

Суммарные потери:

Вт.

Вт.

3. Тепловой расчет холодильной машины

В данном холодильнике рабочим фреоном является фреон R-12.

Рис. 4

Принимается в холодильниках с естественной циркуляцией

t0=tм.к.-(8…15) °С - температура кипения фреона;

t0=-24-12=-36 °С;

tк=tо.с..+(10…20) °С - температура конденсации фреона;

tк=32+15=47 °С.

По t0 и tк определяем давление кипения p0 и давление конденсации pк:

;

.

Схема холодильника (по ГОСТу)



...