Содержание

РЕФЕРАТ	4
ПЕРЕЧЕНЬ ЛИСТОВ ГРАФИЧЕСКИХ ДОКУМЕНТОВ	5
ВВЕДЕНИЕ	6
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ	7
1.1. Низкотемпературные холодильные установки испытательных камер	7
1.2. Назначение и конструкция термокамеры	7
1.3. Физические основы получения низких температур	9
2. ОБОСНОВАНИЕ И ОПИСАНИЕ AППAPАТУРНО-
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ	11
2.1. Обоснование схемы	11
2.2. Описание схемы	15
3. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ХЛАДАГЕНТАМ	20
3.1. Термодинамические требования	20
3.2. Физико-химические требования	21
3.3. Физиологические требования	21
3.4. Экономические требования	22
4. СВОЙСТВА РАБОЧИХ ВЕЩЕСТВ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН	23
4.1. Обозначение и классификация рабочих веществ	23
4.2. Термодинамические свойства	24
4.3. Теплофизические свойства	24
4.4. Химические и физико-химические свойства	25
5. ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЫБРАННЫХ ХЛАДАГЕНТОВ
ТЕРМОКАМЕРЫ	28
5.1. Хладагент R22	28
5.2. Хладагент R23	29
6. ПОДБОР ОБОРУДОВАНИЯ	31
6.1. Расчет теплопритоков	31
6.2. Расчет испарителя	33
6.3. Подбор компрессоров	41
6.4. Коммуникации	45
7. АВТОМАТИЗАЦИЯ КАМЕРЫ	46
7.1. Автоматический контроль	46
7.2. Автоматическая сигнализация	47
7.3. Автоматическая защита	47
7.4. Автоматическое регулирование	48
7.5. Приборы и средства автоматического регулирования	54
7.6. Автоматическое управление	65
8. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА	67
8.1. Введение к разделу	67
8.2. Стоимость изготовления термокамеры	68
8.3. Организация планово-предупредительного ремонта	69
8.4. Основные технико-экономические показатели	80
8.5. Выводы к разделу	87
9. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ	88
9.1. Постановка проблемы	88
9.2. Анализ существующего положения	89
9.3. Мероприятия по энергосбережению	89
9.4. Оценка эффективности мер по энергосбережению	91
9.5. Выводы к разделу	92
10. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА	93
10.1. Введение к разделу	93
10.2 Безопасность проекта	94
10.3. Экологичность проекта	103
10.4. Чрезвычайные ситуации	105
10.5. Выводы к разделу	108
ЗAКЛЮЧЕНИЕ	110
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК	111

РЕФЕРАТ

Тема дипломного проекта: “Камера “тепло-холод””.

Цель дипломного проекта - проектирование испытательной термокамеры

с объемом камеры 0,195 м³ с диапазоном температур от -60°С до 80°С.

В проекте рассмотрена каскадная гидравлическая схема установки, кото­рая включает в себя компрессоры, конденсатор, атмосферный охладитель, ре­генеративные теплообменники, термоэлектрические нагреватели, испаритель­конденсатор, дроссели, испаритель и средства автоматизации.

В проекте выполнены: расчет цикла холодильной установки, выбор ос­новного стандартного и нестандартного оборудования, представлена оценка энергоэффективности установки, проведен расчет экономической эффектив­ности проекта, рассмотрены вопросы безопасности и экологичности проекта.

Окупаемость термокамеры составляет 0,3 года.

Термокамера применяется:

- в научно-исследовательских лабораториях;

- на предприятиях и в медицинских учреждениях для испытания свойств материалов, деталей, узлов, изделий и для технологических целей

Пояснительная записка содержит: 112 с., 17 табл., 18 рис., 28 библиогра­фических ссылок.

ПЕРЕЧЕНЬ ЛИСТОВ ГРАФИЧЕСКИХ ДОКУМЕНТОВ

№ п/п	Наименование документа	Обозначение документа	Формат
1	Термокамера. Гидравлическая схема	260601 701000 2771 Т3	А1
2	Термокамера. Чертеж общего вида	260601 701000 2771 ВО	2Аl
3	Машинное отделение. Сборочный чертеж	260601 701300 2771 СБ	2Аl
4	Компрессор. Чертеж общего вида	260601 064460 2771 ВО	2А1
5	Испаритель. Сборочный чертеж	260601 065500 2771 СБ	А2
6	Палец	260601 064460.09 2771	А4
7	Подпятник	260601 064460.13 2771	А4
8	Клапан всасывающий	260601 064460.16 2771	А3
9	Пластина	260601 065502 2771	А4
10	Калач	260601 065503 2771	А4

ВВЕДЕНИЕ

Термокамеры находят все более широкое применение во многих отраслях промышленности, а развитие некоторых отраслей нельзя представить без ис­пользования установок «тепло-холод». Основное применение термокаме­ры - это испытание объектов, изделий промышленности на воздействие от­рицательных и положительных температур воздуха в определенных диапазонах, с за­данной скоростью их изменения и определенной точностью поддержания.

Для повышения конкурентоспособности отечественной холодильной тех­ники, необходимо уделить особое внимание усовершенствованию сущест­вующих комплектаций холодильной машины для эффективного получения низких температур.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.1. Низкотемпературные холодильные установки испытательных камер [1, с. 389]

Испытательные камеры предназначены для создания внешних воздейст­вующих факторов: климатических (температура, влажность и давление возду­ха, солнечная радиация, атмосферные осадки и др.) и механических (вибра­ция, удар, ускорение и др.), а также для экспериментального определения ха­рактеристик объекта испытаний в результате воздействия на него указанных факторов. В состав этих камер входят и холодильное оборудование.

Испытательные камеры, универсальные по назначению, выпускают се­рийно, и технические требования к ним регламентируются стандартом. В за­висимости от вида создаваемых воздействующих факторов выделяют сле­ду-ющие типы камер:

- термокамеры (положительные и отрицательные температуры воздуха);

- термобарокамеры (положительные и отрицательные температуры, давления воздуха);

- термовлагокамеры (положительные и отрицательные температуры, влажность воздуха);

- термобаровиброкамеры (положительные и отрицательные температу­ры, давление воздуха, а также вибрация) и т. д.

1.2. Назначение и конструкция термокамеры [1, с. 391]

Термокамера предназначена для испытания объектов на воздействие от­рицательных и положительных температур в определенных диапазонах, с за­данной скоростью их изменения и определенной точностью поддержания. Термокамеры используют: для типового испытания изделий электронной, электротехнической, машиностроительной, строительной промышленности; холодильной обработки, которая является частью технологического процесса, например для низкотемпературной закалки высоколегированной стали с це­лью повысить срок службы измерительного и режущего инструмента; искус­ственного старения печатных плат, оптических линз и дюралюминиевых за­клепок, исследования свойств материалов; длительного хранения медикамен­тов и биологических объектов. Наибольшее распространение получили тер­мокамеры с такими диапазонами технических характеристик: полезный объем (вместимость) 0,015-2,0 м³; температура - 70 ... + 180 ºС; скорость охлаждения от 20 до -70 ºС 90-120 мин; скорость нагревания от 20 до 180 ºС 40-60 мин; точность поддержания температуры 0,2-2,0 К. Однако есть термокамеры с большей вместимостью (до 1000 м³), более низкой (до -150 ºС) и высокой (до 300 ºС) предельными температурами.

Термокамеры выполняют в виде прямоугольного блока, в котором ском­понованы собственно камера с теплоизоляцией, холодильное оборудование, пульт сигнализации и управления (рис. 1.1).

Термокамера

1 - дверь; 2 - смотровое окно; 3 - запорное устройство; 4 - уплотнение; 5 - полезный объем; 6 - вентилятор; 7 - пульт сигнализации и управления; 8 ­нагнетательный канал; 9, 11 - решетки; 10 - теплоизолированный корпус; 12 ­вентилятор; 13 - электродвигатель; 14 - испаритель; 15 - электронагреватель;

16 - холодильный агрегат.

Рис. 1.1.

Камера имеет теплоизолирован­ный корпус 10, выполненный из коррозионно-стойкой стали, дверь 1 на пет­лях с резиновым уплотнением 4 по периметру, запорным устройством 3 и смотровым окном 2 с многослойным остеклением. Корпус изолируется эффек­тивным температуростойким теплоизо-ляционным материалом (пенополиуретан, стекловата), толщину которого определяют исходя из рекомендуемой плотности теплового потока 16-20 Вт/м². Теплоизоляция может быть распо­ложена как внутри, так и снаружи несущего нагрузку корпуса камеры. Внут­реннее расположение теплоизоляции исключает ее увлажнение при работе и уменьшает ее тепловых мостиков в местах опоры корпуса. Но при этом уве­личиваются размеры камеры.

В охлаждаемом пространстве камеры находятся: конструкционно выде­ленное пространство с исследуемым объектом, называемое полезным объе­мом; охлаждающие батареи; крыльчатка вентилятора; воздуховоды и т.д. Зна­чение полезного объема является одной из основных технических характери­стик испытательной камеры. Испаритель исполняют, как правило, из ореб­ренных труб и оснащают вентиляторами, электродвигатели которых распола­гают вне охлаждаемого пространства. Система воздухораспределения вклю­чает каналы, решетки, жалюзи и обеспечивает подачу воздуха в объем с ис­следуемым объектом, как правило, снизу вверх. Электронагреватели (закры­тые трубчатые или открытые спиральные) размещают в воздуховоде. Холо­дильное оборудование располагают в нижней части блока, на общей опорной раме. Пульт управления обеспечивает: автоматическое регулирование режима работы камеры по заданному закону, автоматическое управление работой оборудо-вания, автоматический контроль текущих значений параметров, авто­матичес-кую сигнализацию о достижении заданных значений параметров, ав­томатичес-кую защиту от возникновения аварийных ситуаций.

1.3. Физические основы получения низких температур [2, с.158]

Физическая природа теплоты и холода одна и та же, разница состоит только в скорости движения молекул и атомов. Когда теплота отводится, движение молекул замедляется и тело охлаждается. Если же теплота подво­дится, то движение молекул ускоряется и тело нагревается, т.е. причиной на­грева и охлаждения является движение молекул, из которых состоит любое физическое тело. Охлаждение нагретого тела до температуры окружающей среды происходит самопроизвольным, естественным путем за счет отдачи те­-плоты в окружающую среду (воздух, вода) без применения холодильной тех­ники. Задача последней является охлаждение тела до температуры ниже тем­пературы окружающей среды, что можно осуществить с помощью холодиль­ных машин или источников безмашинного холода (например, льда). Процессы в элементах холодильной машины взаимосвязаны и на них оказывают влияние, как окружающая среда, так и охлаждаемые объекты. Для получения низ­ких температур используют физические процессы, которые сопровождаются поглощением теплоты. К числу таких основных процессов относятся: фазо­вый переход вещества, сопровождающийся поглощением теплоты извне ­плавление, кипение (испарение), сублимация; изоэнтропное дросселирование газа с начальной температурой, меньшей температуры точки инверсии (эф­фект Джоуля-Томсона); вихревой эффект (эффект Ранка-Хилъша); термоэлек­трический эффект (эффект Пельтье).

В данном дипломном проекте для получения низких температур приме­няется фазовый переход - процесс кипения [3, с. 9].

Агрегатное состояние вещества (твердое, жидкое, газообразное) зависит от внешних условий - температуры t и давления р. При определенном изме­нении этих условий форма связи между молекулами в теле меняется и оно пе­реходит в другое агрегатное состояние. Переход однородного тела из одного агрегатного состояния в другое называется фазовым превращением. Фазовые превращения однородных тел происходят при постоянной температуре, зави­сящей от условий перехода и физических свойств тела, и сопровождается вы­делением или поглощением скрытой теплоты, которая расходуется на измене­ние связи между молекулами.

Фазовые превращения не сопровождаются химическими изменениями и являются физическими процессами.

2. ОБОСНОВАНИЕ И ОПИСАНИЕ

АППАРАТУРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

2.1. Обоснование схемы [4, с. 95], [5, с. 92]

Расчет цикла термокамеры заключается в определении параметров рабо­чего тела в узловых точках и исходных данных для проектирования или под­бора оборудования.

Температуры кипения и конденсации являются основными внутренними параметрами, определяющими схему и режим работы парокомпрессионной холодильной машины.

Температуру конденсации фреона 22 находим, принимая среднюю раз­ность температур в пределах 10°С [6, с. 356]:

, (2.1)

где tR22 - температура хладагента на выходе из конденсатора.

ºС

Температура охлаждаемого объекта определяется температурой кипения хладоносителя, подаваемого в технологический аппарат, tox= -60 °С. Прини­мая среднюю разность температур в фреоновых испарителях 10 °С, находим температуру кипения R22.

ºС

По диаграмме i -lg р (рис. 2.5.) находим давление паров фреона в испа­рителе и конденсаторе:

PR22, кип. = 0,2 МПа (при tR22, кип. = -70 ºС);

PR22, кон. = 13,5 МПа (при tR22, кон. = 35 ºС);

Степень повышения давления в компрессоре Ркон./Ркип. = 1,35/0,02=67,5. Рекомендуемое соотношение для одноступенчатых машин Ркон./Ркип.≤8[6, с. 356].

Поэто­му одноступенчатая машина для достижения -60 °С не подходит. Возможное решение это 2-х каскадная, либо 2-х ступенчатая холодильная машина.

Принципиальная схема и теоретический цикл двухступенчатой холодиль- ной машины с промежуточным сосудом показаны на рис. 2.1

Схема и теоретический цикл двухступенчатой холодильной машины со змеековым промежуточным сосудом

Рис.2.1.

Рабочие вещество в состоянии сухого насыщенного пара (точка 1) по­ступает в компрессор первой ступени 1, где сжимается (процесс 2-1) и на­правляется в промежуточный теплообменник II. В теплообменнике рабочее вещество охлаждается (процесс 2-3) за счет окружающей среды. После теп­лообменника происходит смешение рабочего вещества, идущего из первой ступени и из промежуточного сосуда VI. После смешения состояние рабоче­го вещества определяется точкой 4. Затем рабочее вещество поступает в ком­-прессор второй ступени III, где сжимается (процесс 4-5), потом - в конденсатор IV, где сначала охлаждается до состояния сухого насыщенного пара и конденсируется (процесс 5-6).

Большая часть рабочего вещества идет через змеевик промежуточного сосуда, а меньшая - дросселируется во вспомога­тельном дроссельном вентиле V (процесс 6-7). В промежуточном сосуде влажный пар, который получился после дросселирования, делится на состав­ляющие: сухой насыщенный пар (состояние 8), идущий во вторую ступень, и насыщенную жидкость (состояние 9), скапливающуюся в нижней части про­межуточного сосуда. Под воздействием теплоты, которая поступает от рабо­чего вещества, идущего по змеевику, жидкость кипит при давлении pт. Пар, образовавшийся при кипении, также отсасывается компрессором второй сту­пени. Рабочее вещество, которое идет по змеевику, охлаждается (процесс 6­-10), затем дросселируется в основном дроссельном вентиле VII (процесс 10­-11) и поступает в испаритель VIII, где кипит (процесс 11-1).

Каскадная холодильная машина состоит из двух одноступенчатых машин, называемых нижней и верхней ветвью каскада (рис. 2.2.).

Схема и цикл каскадной холодильной машины

Рис.2.2

В нижней ветви каскада используется рабочее вещество высокого давления, которое, получая теплоту в испарителе VII от источника низкой температуры, кипит (процесс 4 -1), пар сжимается в компрессоре I (процесс 1 - 2), охлаждается и конденсируется в испарителе конденсаторе V (процесс 2 - 3), а затем дроссе­лируется в дроссельном вентиле VI (процесс 3 - 4). Теплота конденсации рабочего вещества нижней ветви каскада отбирается рабочим веществом холо­дильной машины верхней ветви каскада - как правило, это рабочее вещество среднего давления, которое кипит в испарителе-конден-саторе.

Пар рабочего вещества верхней ветви каскада сжимается компрессором II (процесс 5 - 6), затем ра­бочее вещество верхней ветви каскада направляется в конденсатор III (про­цесс 6 - 7), дросселируется в дроссельном вентиле IV (процесс 7 - 8) и посту­пает в испаритель-конденсатор. Таким образом, рабочее вещество в машине нижней ветви каскада совершает цикл 1 - 2 - З - 4, а в машине верхней ветви каскада - цикл 5 - 6 - 7 - 8, и эти машины объединяются испарителем ­конденсатором.

Рабочим веществом нижней ветви каскада является R2З, поэтому во время стоянки машины, когда температура всех ее частей сравняется с тем­пературой окружающей среды, значительно повышается давление во всех элементах машины (при 25°С давление насыщенных паров R2З составляет приблизительно 5 МПа). Для предотвращения от чрезмерного повышения давления в холодильной машине нижней ветви каскада к системе подключа­ют расширительный сосуд VIII, рассчитанный так, чтобы при остановке ма­шины давление во всех элементах машины не превышало расчетного пре­дельного значения, а при пуске рабочее вещество сначала отсасывается из него, а затем подключается испаритель.

В действительных циклах каскадные машины чаще всего, выгоднее двухступенчатых (иногда и трехступенчатых). Это объясняется следующими преимуществами работы с рабочими веществами высокого давления:

- теоретический объем компрессора каскадной машины меньше, чем двухступенчатой из-за меньших удельных объемов всасываемого пара;

- при больших значениях давления всасывания относительные потери мощности в клапанах значительно меньше;

- так как Vт компрессора нижней ветви каскада меньше, чем компрессора нижней ступени, то мощность трения компрессоров каскадной машины меньше, чем двухступенчатой;

- отношение давлений для одинаковых диапазонов температур у рабочих веществ каскадных машин меньше;

- отсутствие промежуточного сосуда.

Выбираем каскадную схему с двумя одноступенчатыми ветвями (рис. 2.3.).

Схема термокамеры

Рис.2.3.

2.2. Описание схемы и циклов

В нижней ветви каскада используется рабочее вещество высокого давле­ния - хладон 23; в верхней ветви - рабочее вещество среднего давления - ­хладон 22 (свойства хладонов описаны в разделе 5).

Для построения рабочего цикла нижнего каскада на диаграмму i – lg р нанесены характерные точки циклов, показывая основные процессы цикла машины (рис. 2.4).

Необходимые для построения цикла параметры:

- температура кипения R23: tкип. = -70 ºС (Ркип = 0,2 МПа);

- температура конденсации R23: tкон. = -18 ºС (Ркон. =1,5 МПа).

Пересечение изобары давления Ро с кривой насыщенного пара показыва­ет состояние хладагента на выходе из испарителя - т.1 ”. Перегрев пара про­исходит в теплообменнике регенеративном ТР2 и во всасывающем трубо­проводе перед компрессором КМ2 при Ркип до температуры tвc. Подогрев пара в ТР2, с одной стороны, увеличивает работу компрессора, но, с другой сто­роны, уменьшает тепловой поток в испарителе-конденсаторе. Точка всасыва­ния 1 лежит на пересечении изобары Ркип и изотермы tвс в области перегрето­го пара. Нагрев рабочего вещества в процессе 1”- 1 принимаем около 20 ºС. Эта величина может изменятся в зависимости от условий работы машины. При сжатии пара в компрессоре давление повышается до Ркон точка сжатия 2 лежит на пересечении адиабаты, проведенной из точки 1 и изобары Ркон. Температура этой точки называется температурой нагнетания компрессора. Из КМ2 перегретый пар охлаждается воздухом в ОА2 (т.3”), в ТР2 - холод­ным паром, идущим из испарителя (т.3). Точку 3 можно определить энталь­пии iз=i3” +i1” -i1 или по диаграмме i - lg р. В состоянии пара хладагент посту­пает в испаритель-конденсатор. Теплота от испарителя-конденсатора отво­дится верхней ветвью каскада. Жидкое рабочее вещество после освобожде­ния от влаги и загрязнений в фильтре-осушителе ФОl дросселируется в дросселе Д. Линия энтальпии проходит вертикально вниз до пересечения с изобарой Ркип. В состоянии влажного пара (т.4) хладагент поступает в испа­ритель, где кипит при постоянных температуре и давлении до состояния на­сыщенного пара (т.l”). Цикл замыкается и повторяется.

Для построения рабочего цикла верхнего каскада на диаграмме i - lg Р (рис. 2.5.), задаются параметры:

- температура кипения R22: tкип = -28 ºС (Ркип = 0,178 МПа);

- температура конденсации R22: tкон = 35 ºС (Ркон = 1,368 МПа).

Состояние насыщенного пара на выходе из испарителя-конденсатора И-К показывает т. 5”. Перегрев пара происходит в теплообменнике ТРl и во всасывающем трубопроводе перед компрессором при Ркип до tвc (т. 5). При сжатии пара в компрессоре давление повышается до Ркон (т.6). Из компрессо­ра перегретый пар поступает в конденсатор, где сначала охлаждается, затем конденсируется при постоянной температуре до состояния насыщения жид­кости (т.7”). После конденсатора жидкость поступает в линейный ресивер Р. Процесс переохлаждения (7”-7) проходит в ТР1, т.7 находим по энтальпии i7=i7”+i5”-i5 или по диаграмме i - lg р. После освобождения от влаги и загряз­нений в фильтре-осушителе ФО1 переохлажденная жидкость поступает к дросселю и дросселируется до давления кипения Ркип при i=const . В состоя­нии влажного пара (т.8) хладагент поступает в испаритель-конденсатор, где кипит при постоянных температуре и давлении кипения до состояния насы­щенного пара (т.5”), отводя теплоту от конденсирующего хладагента нижней ветви каскада. Образовавшийся пар нагревается в теплообменнике ТР1 и вса­сывается компрессором КМ1. Цикл замыкается и повторяется.

Необходимые для расчетов значения параметров узловых точек холо­дильных циклов представлены в таблице 2.1.

Таблица 2.1.

Параметры узловых точек циклов

Параметры	Точки циклов
	1”	1	2	3”	3	4	5”	5	6	7”	7	8
Р, МПа	0,2	0,2	1,5	1,5	1,5	0,2	0,178	0,178	1,368	1,368	1,368	0,178
t, ºC	-70	-50	45	25	-20	-70	-28	-8	80	25	5	-28
i, кДж/кг	332	348	410	173	158	158	680	705	765	545	528	528

3. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ХЛАДАГЕНТАМ

К хладагентам предъявляются четыре группы требований: термодина-мические, физико-химические, физиологические и экономические.

3.1. Термодинамические требования [3, с.17]

Предъявляют следующие термодинамические требования:

- объемная холодопроизводительность qv холодильного агента должна быть большой, так как при больших qv значительно уменьшаются размеры и масса ком­прессора вследствие малых объемов циркулирующего холодильного агента. Но это требование при выборе холодильного агента не яв­ляется решающим, так как с увеличением qv растет разность дав­лений в холодильной машине, что также весьма нежелательно;

- давление холодильного агента в конце сжатия не должно быть слишком высоким, так как высокие давления приводят к усложне­нию и утяжелению конструкции машины, делают ее небезопасной;

- давление кипения холодильного агента желательно иметь выше атмос-ферного, так как при вакууме в систему может засасываться воздух, который отрицательно влияет на работу холодильной маши­ны;

- отношение давления Рк/Ро должно быть небольшим, так как c уменьше-нием значений Рн/Ро уменьшаются затрачиваемая работа и габариты, увеличи-вается КПД компрессора;

- теплота парообра­зования должна быть большой, так как чем она больше, тем мень­шая масса холодильного агента должна циркулировать для созда­ния необходимой холодопроизводительности;

- температура затвердевания холодильного агента должна быть низкой, а критиче­ская температура - высокой, так как первая ограничивает возмож­ность достижения низких температур, а при небольших значениях второй уменьшается холодильный коэффициент;

- плотность и вяз­кость холодильного агента должны быть небольшими для сокра­щения гидравлических потерь в трубопроводах и клапанах. Кроме того, с уменьшением вязкости увеличиваются коэффициенты тепло­отдачи и теплопередачи, что уменьшает расход металла на тепло­обменные аппараты.

3.2. Физико-химические требования [3, с.17]

Предъявляют следующие физико-химические требования:

- желательно, чтобы холодиль­ные агенты растворялись в воде во избежание образования ледяных пробок в дросселе и нарушения работы системы. Кроме того, сво­бодная вода способствует коррозии металла;

- важным свойством холодильных агентов является их растворимость в масле. Если холодильный агент не растворяется в масле, то оно легко отделя­ется от холодильного агента, который кипит при to = const независимо от количества масла в системе. Но на стенах теплопередающих аппаратов образуется масляная пленка, ухудшающая теплопе­редачу, что является недостатком таких холодильных агентов. Если холодильный агент растворяется в масле, то слой масла с теплопередающих поверхностей смы-вается ­ почти полностью; это улучшает теплопередачу. Однако его трудно удалить из испарителя, что повышает температуру кипения при увеличении концентрации мас­ла и может значительно ухудшить работу машины;

- холодильные агенты должны быть нейтральными к металлам (даже в присутст­вии влаги) и прокладочным материалам;

- холодильные агенты не должны быть горючими и взрывоопасными;

- холодильные агенты должны обладать запахом, цветом или другими свойствами, позво­ляющими легко обнаружить утечку;

- холодильные агенты не дол­жны разлагаться при высоких темпера-турах.

3.3. Физиологические требования [3, с.18]

Холодильные агенты не должны быть ядовитыми, не должны вызывать удушья и раздражения сли­зистых оболочек глаз, носа и дыхательных путей человека.

3.4. Экономические требования [3, с.17]

Холодильные агенты должны быть дешевыми и недефицитными.

Многообразие требований, предъявляемых к холодильным аген­там, приводит к тому, что найти универсальное вещество, отвеча­ющее всем требованиям, невозможно, поэтому холодильный агент в разных случаях выбирается с учетом назначения, условий работы и конструктивных особенностей холодильной машины.

4. СВОЙСТВА РАБОЧИХ ВЕЩЕСТВ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН

4.1. Обозначение и классификация рабочих веществ [4, с. 35]

Процессы отвода теплоты от источника низкой температуры, а также подвода теплоты к источнику высокой температуры или к окружающей среде связаны с явлением теплообмена. Эти процессы протекают с участием не ме­нее двух тел, одно из которых - охлаждающее (или нагревающее) – принято называть рабочим веществом или холодильным агентом. В последнее время наибольшее распространение получил термин «хладагент».

Термодинамические, теплофизические свойства хладагентов, их токсич­ность, пожароопасность, взаимодействие с конструкционными материалами и смазочными маслами оказывают существенное влияние на показатели работы холодильных машин. К таким показателям можно отнести энергетическую эффективность, материалоемкость, надежность, безопасность холодильных машин и др. свойства хладагентов определяют также температурные условия работы холодильных машин и возможность создания машины той или иной производительности.

В настоящее время на практике применяют порядка 20 хладагентов. Наи­более доступными хладагентами является вода и воздух. К концу 60-х годов сформировалась официальная система обозначений холодильных агентов. Со­гласно международному стандарту ИСО «Органические хладагенты», с 1968 года была установлена единая система обозначений. Система обозначений включает наименования и числа. Буква R или слово refrigerant (холодильный агент) составляют наименование; цифры связаны со структурой молекулы хо­лодильного агента; последняя цифра равна числу атомов фтора в молекуле, предпоследняя - на единицу превышает число атомов водорода, а третья - от конца на единицу меньше числа атомов углерода в молекуле. Число атомов хлора равно разности от вычитания числа атомов фтора и водорода из общего числа атомов, присоединенных к атому углерода. Перед числовым обозначе­нием циклических предельных соединений ставят букву С. Если в молекуле холодильного агента присутствуют атомы брома, к числовому обозначению соответствующего соединения добавляют букву В и цифру, равную числу атомов брома. Например, соединение СНF2Cl имеет по системе ИСО обозна­чение R22. Здесь последняя цифра 2 - число атомов фтора; первая цифра 2 ­число атомов водорода в молекуле плюс единица; третьей цифры нет, так как она на единицу меньше числа атомов углерода в молекуле и поэтому равна нулю.

Хладагенты классифицируют по давлениям насыщенного пара и нор­мальным температурам кипения. По давлениям насыщенного пара их подраз­деляют на хладагенты высокого, среднего и низкого давления. К первой груп­пе относят хладагенты, у которых давление пара при температуре 30 ºС со­ставляет 2-7 МПа. Давление хладагентов, входящих во вторую группу, со­ставляет 0,3-2 МПа. У хладагентов третьей группы давление пара при темпе­ратуре 30 ºС ниже 0,3 МПа. По нормальным температурам кипения хладаген­ты также подразделяются на три группы: низкотемпературные (tн < - 60 ºС), средне – температурные (tн = - 60ºС - (- 10 ºС)), высокотемпературные (tн > -10 ºС).

Классификации по давлениям и температурам взаимосвязаны. Хладагенты высокого давления являются низкотемпературными рабочими веществами, низкого давления - высокотемпературными.

4.2. Термодинамические свойства [3, с. 17]

Термодинамические характеристики рабочих веществ влияют главным образом на температурные режимы работы холодильных машин, эффектив­ность термодинамических циклов, показатели и характеристики холодильных машин и компрессоров.

4.3. Теплофизические свойства [4, с. 58]

К теплофизическим свойствам относятся плотность, теплопроводность, вязкость, поверхностное натяжение и некоторые другие свойства. Они влияют на интенсивность тепломассопереноса в аппаратах холодильных машин, а также на сопротивления при движении газообразных и жидких хладагентов в системе. Названные факторы определяют значения необратимых потерь в процессах тепломассопереноса и транспортировки рабочих веществ, что в ко­нечном итоге сказывается на общей энергетической эффективности холо­дильных машин и их конструктивных особенностях. Для тепломассообмена в аппаратах со сравнительно высокой интенсивностью желательно иметь хлада­генты с большими значениями теплопроводности, плотности, теплоты паро­образования и малыми значениями вязкости.

На сопротивление при циркуляции рабочих веществ в системе оказывают влияние вязкость и плотность. Массовый расход циркулирующего в системе хладагента зависит от теплоты парообразования и уменьшается с ее ростом. Для уменьшения расхода энергии на перекачивание хладагента в системе же­лательно иметь возможно большие значения теплоты парообразования и наи­меньшие значения вязкости.

В качестве общей характеристики свойств рабочих веществ для теплооб­мена при кипении и конденсации могут быть выбраны критические парамет­ры рабочих веществ и их молярная масса. Теплоотдача при кипении и конден­сации возрастает при прочих равных условиях по мере уменьшения Ткр и мо­лярной массы и уменьшается с ростом Ркр при кипении и с понижением Ркр при конденсации.

4.4. Химические и физико-химические свойства [4, с. 59]

Химическая стабильность хладагентов характеризуется температурой разложения, воспламеняемостью и взрывоопасностью. Температуры разложе­ния применяемых в холодильной технике хладагентов значительно выше тем­ператур, при которых осуществляются термодинамические циклы холодиль­ных машин. При использовании хладонов в регенеративных циклах темпера­тура конца сжатия не превышает 70-100 ºС, при использовании аммиака 150 ºС.

Термическая устойчивость хладагентов различна. Аммиак начинает рас­падаться на азот и водород при температуре выше 250 ºС, двуокись углерода- при температуре выше 1500 ºС. Термическая устойчивость хладонов доста­точно высока, однако разложение этих соединений сопровождается образова­нием хлористого и фтористого водорода, а также следов фосгена. Начальная температура разложения хладонов повышается с увеличением содержания фтора в молекуле и зависит от материалов, в контакте с которыми они нахо­дятся. Она выше при контакте с никелем и высоколегированными сталями и уменьшается в присутствии углеродистых сталей. Хладагент R12 в присутст­вии железа, цинка, дюралюминия, меди начинает разлагаться при 410-430 ºС, в присутствии свинца - при 330 ºС, хладагент R22 в присутствии железа ­при 550ºС. На основании анализа опубликованных данных можно заключить, что относительная термическая стойкость хладонов уменьшается в следующем порядке R11 < R21 < R113 < R22 < R12 < R114 < R115 < RЗ18С < R13 < R14. Хладагенты R14, R318C, R218, R846 термически очень устойчивы, распада­ются только при температуре красного каления. Наименее устойчивы к влия­нию высоких температур бромированные углеводороды. В табл. 3.1 приведе­ны данные по рекомендуемым допустимым температурам применения от­дельных хладонов в зависимости от контактирующих металлов и сплавов.

Таблица 3.1

Температура (ºC) применения хладонов в контакте с различными металлами

Металл	Хладоны
	R11	R12, R21, R22
Углеродистая сталь Медь и медные сплавы Коррозионно-стойкие стали Высоколегированные стали Никель и никелевые сплавы	50	100
	50	100
	150	150-200
	150-200	200
	200	200

Термическая устойчивость хладагентов снижается в присутствии смазоч­ных масел. Минеральные масла сильнее влияют на ухудшение термической устойчивости, чем синтетические, применяемые в холодильной технике. Раз­ложение хладагентов оказывает отрицательное влияние на надежность ком­прессоров, продолжительность использования в них масла без замены.

Хладагенты обладают различной степенью воспламеняемости и взрыво­опасности. Аммиак в соединении с воздухом при концентрациях 16-26,8% взрывоопасен и воспламеняем. Наибольшей взрывоопасностью характеризу­ются этан, этилен, пропан и бутан. Так, с точки зрения воспламеняемости до­пустимая норма содержания в воздухе этана и пропана не должна превышать 40 г/м³, этилена - 32 г/м³. Взрывоопасность и воспламеняемость хладонов заметно снижается с уменьшением числа атомов водорода в молекуле и воз­растанием числа атомов хлора, фтора и, особенно, брома. Не воспламеняются и не взрывоопасны двуокись углерода, R22, R23, R123, R124, R125, R134, R134a.

5.ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЫБРАННЫХ ХЛАДАГЕНТОВ ТЕРМОКАМЕРЫ

5.1. Хладагент R22 [7, с. 51]

Химическая формула CF2ClH (дифторхлорметан). Это бесцветный, негорючий и невзрывоопасный газ со слабым запахом трихлормeтaна (хлоро-форма); более ядовит, чем R12. Молекулярная масса хладагента 86,46 г/моль, температура кипения при атмосферном давлении -40,85 ºС, температура плавления -157,4 ºС, кри­тическая температура 96,13 ºС критическое давление 4,98 МПа и критическая плотность 512,8 кг/м³.

Хладагент R22 слабо растворяется в воде, объемная доля влаги в нем не должна превышать 0,0025 %. Массовая растворимость R22 в воде при парци­альном давлении 0,101 МПа в области температур от 0 до 80 ºС составляет 0,778 - 0,093 %, а воды в R22 в области температур от -40 ºС до 40 ºС соответ­ственно 0,012 - 0,191 %.

Коэффициент теплоотдачи при кипении и конденсации на 25 - 30% выше, чем у R12, однако R22 имеет более высокие давление конденсации и температуру на­гнетания (в холодильных машинах). Предельно допустимая концентрация R22 в воздухе 3000 мг/м³ при длительности воздействия 1 час.

Термическое разложение при продолжительности контакта 1 - 10 секунд на­чинается в трубке из стали 12Х18Н10Т при 280 ºС, из никеля Н-l при темпе­ратуре 380 ºС.

При контакте с пламенем и горячими поверхностями R22 разлагается с обра­зованием высокотоксичных продуктов.

Коррозионную стойкость при температуре 50 ºС проявляют стали 12Х13,

14Х17Н2, 12Х18Н9Т, 12Х18НI0Т, 15Х18Н12С4ТЮ; никель Н-2. НП-2; мо­нель-металл НМЖМц28-2,5-1,5;титан В1-1-1М; алюминий АД-l; алюминие­вый сплав АМгб; медь М3; латунь Л90.

Полимерные материалы-фторопласты 3, 4, 40, винипласт, полиэтилен, по­лиизобутилен ПБСГ, текстолит Н-l, резина СКФ-32, эбонит 1751, импрегниро­ванный графит, арзамит 5, эпоксидная смола, паронит ПОН, стеклотекcтoлит и фао­лин проявляют стойкость при контакте с R22 при температуре 15 - 30 ºС (сте­пень набухания составляет не более 15% по массе).

По сравнению с R12 хладагент R22 хуже растворяется в масле, но легко проникает через неплотности и нейтрален к металлам. для R22 холодильной про­мышленностью выпускаются холодильные масла высокого качества.

В холодильных установках, работающих на R22, необходимо использо-вать ми­неральные или алкилбензольные масла.

Хладагент R22 при меняют для низких температур до -40 ºС в односту-пенчатых или до -60 ºС в двухступенчатых холодильных машинах; в промыш-ленных и бытовых кондиционерах; в качестве компонента смесевых хладагентов и порообразователя при получении пенопластов.

Транспортируют хладагент R22 любым видом транспорта, заливают его в бал­лоны, контейнеры и другие сосуды, рассчитанные на давление 2 МПа. Норма за­полнения 1 кг/дм³ вместимости сосуда. Хранят R22 в складских помещениях с защитой от солнечных лучей. Но вследствие высокой озоно-активности ODP = 0,055 и GWP = 1700 его выпуск должен быть прекращен к 2030 г.

5.2. Хладагент R23 [7, с. 82]

Химическая формула СFзН (фтороформ). Хладагент представляет собой бес­цветный негорючий газ с молекулярной массой 70,01 г/моль, температура кипения при атмосферных условиях - 82,2 ºС, температура плавления -155,15 ºС критическая тем­пература 25,85 ºС, критическое давление 4,82 МПа и крити-ческая плотность 525 кг/м³.

Массовая растворимость R23 в воде при парциальном давлении 0,101 МПа в об­ласти температур от 0 ос до 80 ºС составляет 0,242 - 0,029 %.

Хладагент R23 при соприкосновении с пламенем и горячими поверх-ностями раз­лагается с образованием высокотоксичных продуктов. Хладагент R23 обладает терми­ческой стабильностью при контакте с металлами: сталью 12XI9Н10T, никелем Н-l при продолжительности контакта 1 - 10 секунд терми-ческое разложение происходит соот­ветственно при 650 ºС и 580 ºС.

При контакте с R23 коррозионной стойкостью при температуре 50 ºС обладают мeтaллы: Ст З, Ст 40Х13,12Х18НI0Т, 10ХI7Н1ЗМ2Т, алюминий и его сплавы АД1, АДМ, Д16, АМгб, АМц, припои ПОС-61 ПСр70 (скорость коррозии составляет не бо­лее 0,004 мм/год); медь М1 (скорость коррозии 0,05мм/год).

Полимерные материалы - фторопласт 4, резины ИРП-1118, ИРП-204З при темпе­ратуре 50 ºС проявляют стойкость при взаимодействии с R2З (набухание по массе не более 15 %).

Хладагент высокого давления R23 применяется в холодильных системах (кас­кадные холодильные установки) для получения температур до -100 ºС.

Транспортируют хладагент R23 любым видом транспорта, заливают его в баллоны, рассчитанные на давление 10 и 15МПа, норма заполнения 0,5 кг/дм³ (при давлении 15 МПа).

6. ПОДБОР ОБОРУДОВAНИЯ

6.1. Расчет теплопритоков

Расчет теплопритоков состоит в последовательном учете количества теп­лоты, поступающей в охлаждаемую емкость от каждого источника теплоты, которые могут оказать влияние на установление и поддержание заданного те­плового режима в охлаждаемом объекте.

Конечной целью расчета теплопритоков является нахождение для охлаж­даемой емкости производительности охлаждающих приборов, достаточной для отвода всей поступившей теплоты и поддержания тем самым требуемых параметров воздушной среды внутри этой емкости.

В установившемся состоянии в охлаждаемую емкость будут проникать, и возникать внутри аппарата теплопритоки: от окружающей среды Q, вызван­ный проникновением теплоты через ограждения, от груза при холодильной обработ-ке и от работающего вентилятора.

6.1.1. Теплоприток от окружающей среды

Теплоприток от окружающей среды через ограждения охлаждаемой ка­меры возникает под влиянием разности температур:

Q1= К·F·(Тн - Твн), (6.1)

где К - коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/(м²·К);

F - площадь теплопередающей поверхности ограждения, м²;

Тн и Твн - температура воздуха с наружной стороны ограждения и в охлаждаемой камере, К.

F = (0,68·0,588·2)+(0,588·0,49·2)+(0,68·0,49·2)=2,04 м².

, [8, с.168] (6.2)

где αн и αвн – коэффициент теплоотдачи от воздуха к наружной и внут-ренней поверхности ограждения, Вт/(м²·К);

δ – толщины слоев ограждения (принимаются по рекомендациям 000 «Термотехника»), м;

λ – теплопроводность соответствующих слоев ограждения, Вт/(м·К).

αн = 9 Вт/( м²·К); αвн = 70 Вт/( м²·К) [8, с.147].

λуг.ст = 46,5 Вт/( м·К); λnенопласт = 0,047 Вт/( м·К); λстекловата = 0,07 Вт/( м·К);

λн.ст=17,5 Вт/( м·К) [8, с.529].

Вт/(м²·К)

Q1= 0,327·2,05·(298 - 213)=56,7 Вт.

6.1.2. Теплоприток от груза

Q2 = G·с·(Тн – Тк)/ τохл, (6.3)

где G = 22 кг - масса охлаждаемого груза за цикл;

с = 500 Дж/(кг·К) – теплоемкость груза (стали) [8, с.528];

Тн = 298 К и Тк = 213 К – начальная и конечная температура груза;

τохл = 20 мин. - время охлаждения груза от Тн до Тк.

Q2 = 22·500·(298 - 213)/(20·60) = 0,779 кВт.

6.1.3. Теплоприток от работающего в камере вентилятора

Двигатель расположен вне охлаждаемого контура, следовательно к воз-духу будет подведена теплота, эквивалентная полезной работе механизмов, установленных в камере.

Q3 = Nдв·ηдв , (6.4)

где Nдв = 40 Вт – мощность электродвигателя;

ηдв = 0,9 – коэффициент полезного действия двигателя.

Q3 = 40·0,9 = 36 Вт

Общая тепловая нагрузка на охлаждающие устройства и компрессоры:

Q = Ql + Q2 + Q3 = 0,057 + 0,779 + 0,036 =0,872 кВт.

6.2. Расчет испарителя

Испаритель - это теплообменный аппа­рат, в котором хладагент кипит в результа­те отвода теплоты от охлаждаемого объек­та. В испарителе хладагент, поступающий из терморегулирующего вентиля или капилляр­ной трубки, кипит, а образующийся пар пе­регревается. По способу движения хладаген­та испарители со свободным движением воз­духа могут быть сухие, затопленные и ком­бинированные. В сухих испарителях хлад­агент подается сверху, а отводится снизу, у затопленных - наоборот. Наибольшее рас­пространение получили сухие испарители, что обусловлено лучшим возвратом масла и меньшим количеством хладагента, требуе­мого для заполнения системы.

По конструкции испарители разделяют на ребристотрубные (ИРТ и ИРСН), листотруб­ные (ИЛТ) и гладкотрубные (ИГТ), а также аккумуляционные плиты-испарители.

Ребристотрубные испарители состоят из соединенных оребренных труб; листотруб­ные - из листов с каналами для прохождения хладагента, соединенных сваркой; гладко­трубные - из труб, соединенных в виде зме­евиков [9, с.233].

Исходные данные:

Размеры камеры 680х490х588

Объем камеры, м³ 0,195

Температура кипения рабочего тела в аппарате Т0, К 203

Рабочее тело Фреон-23

Температура воздуха внутри камеры:

-начальная Т1, К 298

-конечная Т2 , К 213

Время охлаждения от Т1 до Т2 τохл , мин 20

Скорость воздуха ω, м/с 3

Масса охлаждаемого груза за цикл G, кг 22

6.2.1. Предполагается, что испаритель будет смонтирован из медных труб с насадными пластинчатыми ребрами . Расположение труб в пучке коридорное.

Наружный диаметр трубы dн, м	0,012
Внутренний диаметр трубы dвн, м	0,01
Высота ребер h, м	0,012
Ширина пластины B, м	0,036
Высота пластины H. м	0,036
Шаг ребер u, м	0,009
Толщина ребер δр, м	0,0005
Шаг труб по фронту S1, м	0,036

Степень оребрения

, [10, с.337] (6.5)

где Fр – поверхность ребер

м²/м [10, с.338] (6.6)

Fмр – поверхность межреберных участков

м²/м [10, с.338] (6.7)

Fвн – внутренняя поверхность трубы

м²/м

6.2.2. Коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха, отнесенный к по-верхности оребренных труб

, [10, с.338] (6.8)

При скорости воздуха в узком (живом) сечении ω=3 м/с

, [10, с.338] (6.9)

где ν = 10,633·10-6 м²/с – коэффициент кинематической вязкости воздуха при Тв,ср = 240,8 К [11, с.14].

Для коридорного пучка коэффициенты, входящие в уравнение имеют значения: С = 0,116, m = 0,72.

Тогда

Вт/(м·К), [10, с.338] (6.10)

где λв = 2,182·10-2 Вт/(м·К) – коэффициент теплопроводности воздуха при Тв,ср = 240,8 К [11, с.14].

6.2.3. Условный коэффициент теплоотдачи влажного воздуха, учиты-вающий тепломассообмен, термическое сопротивление инея и контакта ребер с трубками.

[10, с.339] (6.11)

Величина δин/λин зависит от допустимого значения толщины слоя инея δ<=b/2 (где b – расстояние между двумя соседними ребрами) и плотности инея ρин , определяющей коэффициент теплопроводности λин.

При ρин = 10−90 кг·с/м² получим: λин =0,1165−2,3213 Вт/(м·К). Терми-ческое сопротивление контакта ребер зависит от степени оребрения β и спо-соба контакта. В расчете принято: δин = 0,004 м; λин = 0,75 Вт/(м·К);

Rконт = 4,5·10-3 м²·К/Вт.

Вт/(м²·К)

6.2.4. Степень эффективности ребра

, [10, с.339] (6.12)

где m – комплексная характеристика в случае охлаждения с выпадением инея

1/м; [10, с.339] (6.13)

где λр = 203,5 Вт/(м·К) – коэффициент теплопроводности алюминия [8, с. 529]

6.2.5. Условный коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха, приве-денный к внутренней поверхности трубы

Вт/(м²·К) [10, .339](6.14)

6.2.6. Тепловой поток со стороны воздуха

[10, с.339] (6.15)

6.2.7.. Коэффициент теплоотдачи при кипении фреонов внутри труб оп-ределяется по уравнению

, [10, с.343] (6.16)

где qфр - тепловой поток со стороны холодильного агента;

А = 1,04 – коэффициент, зависящий от физических свойств рабочего тела и температуры кипения [10, с.343]

кг/с – расход жидкости

6.2.8. Тепловой поток со стороны холодильного агента. Известно, что

, [10, с.344] (6.17)

где ∆Тфр = Тст,вн – Т0, тогда

Преобразуем: ;

(6.18)

Таблица 6.1

∆Тфр	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0	4,5	5,0	5,5	6,0	6,5	7,0
∆Т2,5фр	0,178	1,00	2,76	5,66	9,92	15,5	22,8	32	42,95	55,9	70,94	88,18	107,72	129,64
qфр	14,92	83,8	231,3	474,3	831,3	1299	1910,64	2681,6	3599,2	4684,4	5944,7	7389,48	9026,9	10863,8

6.2.9. Средняя логарифмическая разность температур в аппарате

К [10, с.344] (6.19)

6.2.10. Удельный тепловой поток в аппарате, отнесенный к внутренней поверхности. Для определения величины qF строятся графические зависимости по уравнениям (6.15) и (6.18). Эти зависимости приведены на рис.6.1.

Рис. 6.1

По графику: qF = 9850 Вт/м²; Тст,вн = 209,7 К.

6.2.11. Поверхность теплообмена всего аппарата

м² (6.20)

6.2.12. Общая длина трубы в аппарате

м (6.21)

6.2.13. Количество трубок в зависимости от ширины камеры (l = 0,36 м):

Принимаем n = 8.

6.2.14. Общая высота испарителя

м

Рассчитанный испаритель

Рис. 6.2

6.3. Подбор холодильных компрессоров

По тепловой нагрузке и характеристикам холодильного цикла рассчиты­ваем объемную производительность компрессоров и определяем их тип.

6.3.1. Подбор компрессора для нижней ветви каскада

Компрессору надо обеспечить массовую производительность G = 0,0045 кг/с для испарителя.

Холодопроизводительность компрессора;

, (6.22)

где Qкам – холодопроизводительность камеры, Qкам = 872 Вт;

Акм – работа компрессора на сжатие пара

, (6.23)

где i1 и i2 – энтальпия пара в начале и в конце сжатия, ,i1 =348 кДж/кг,

i2 = 410 кДж/кг.

Вт

Вт

Действительная объемная производительность компрессора:

Vкм= G·v1, (6.24)

где v1 - удельный объем всасываемого пара в т.1, м³/кг.

Vд., 23 = 0,0045·0,125=0,000563 м³/с.

Коэффициент подачи (коэффициент наполнения)

Этот коэффициент обозначается λ, характеризует отличие массовой производительности реального компрессора от теоретического λ = G/Gт.

, [12, с.8] (6.25)

где каждый из сомножителей (коэффициентов) характеризуют влияние на производительность соответствующих факторов:

- λс – обратного расширения из мертвого пространства;

- λдр – дроссельных потерь;

- λw – подогрева;

- λпл – перетечек;

- λп – прочих потерь подачи.

В теории поршневых компрессоров принято разделять эти коэффициенты на индикаторные и скрытые. К индикаторным относятся объемный коэффици-ент λс , характеризующий влияние обратного расширения, и коэффициент дрос-селирования λдр , которые можно определить из индикаторной диаграммы. Про-изведение λс· λдр называют также индикаторным коэффициентом наполнения λi.

К скрытым (влияние которых не видно из индикаторной диаграммы) относят коэффициенты нагрева λw, плотности λпл и прочих потерь подачи λп.

, [12, с.8] (6.26)

где с = VМ/VЦ – относительное мертвое пространство, с = 0,015 [1, с.23];

π = Рн/Рвс – отношение давлений нагнетания и всасывания,

π = 1,5/0,2 = 7,5;

m – условный постоянный показатель политропы обратного расшире-ния, при котором объемные потери от расширения такие же, как и в действии-тельном процессе расширения, m = 0,98 [12, с.8].

Коэффициент λдр для компрессора с правильно сконструированными вса-сывающими трактами и клапанами составляет 0,98-0,995, поэтому при расчете принимают λдр = 1.

Коэффициент λw для малых герметичных компрессоров:

, [12, с.9] (6.27)

где Твс – температура всасываемого пара, Твс = 223 К;

Тк – температура конденсации, Тк = 255 К;

∆Т – перегрев пара, ∆Т = 30 К;

a,b – постоянные, зависящие от величины компрессора, а = 1,15; b = 0,57 [12, с.9].

Коэффициент λпл характеризует потери производительности из-за перете-кания пара по зазору поршень-цилиндр. λпл = f(π); λпл = 0,96 [12, с.10]..

Коэффициент прочих потерь подачи λп учитывает потери производитель-ности, которые не являются органически неизбежными, но на практике иногда могут заметно снижать значение λ . Основные источники их – неплотное или несвоевременное закрытие клапанов. Иногда в коэффициенте λп объединяют учет всех потерь, которые не удается выделить при экспериментальном исследовании или теоретически. λп = 0,7 [12, с.11].

Получаем

Теоретический объем, описываемый поршнем:

Vт = (Vкм)/λ = 0,000563/0,563=0,001 м³/с.

Теоретическая производительность Vт является паспортной характери­стикой компрессоров объемного сжатия и служит основой для их подбора.

Теоретическая мощность, потребляемая компрессором:

Nт,к = Акм = G·( i2-i1) = 0,0045 ·(410 - 348) = 0,266 кВт.

Выбираем компрессор для R23 САJ2464Z; Vт = 0,001м³/с; N = 0,4 кВт

6.3.1. Подбор компрессора для верхней ветви каскада

Массовый расход М22 рабочего вещества:

,

где Q1 - холодопроизводительность, кВт;

N1 - мощность компрессора нижнего каскада, кВт.

кг/с.

Действительная объемная производительность компрессора:

Vд, 22 = М22·v5 = 0,0072·0,15 = 0,00105 м³/с.

Степень повышения давления Ркон/Ркип =7,7, коэффициент подачи λ =0,58.

Теоретический объем, описываемый поршнями:

м³/с.

Теоретическая мощность, потребляемая компрессором:

Nтк = Мк ·( i6-i5) = 0,0072· (765-705)= 0,42 кВт.

Выбираем компрессор для R22 САJ2464Z; Vт, 22 =0,002 м³/с; N = 0,50 кВт

6.4. Коммуникации

После подбора холодильного оборудования формируют монтажно­техническую схему контура холодильной установки, на основании которой определяют длину коммуникаций, число поворотов, уклонов и других местных сопротивлений.

Диаметр трубок приняты: для пара 12х1; для жидкого хладагента 10х1. Материал: медь.

7. АВТОМАТИЗАЦИЯ КАМЕРЫ

Большинство процессов в холодильных установках самоустанавли-вающиеся и поэтому можно было бы обойтись без автоматизации, од­нако в ряде случаев самоустановление режима происходит за пределами допустимых по требованиям без­опасности эксплуатации и т. п.

Автоматизация холодильных установок производится с применени­ем приборов и средств автоматизации. Самоустановление режимов холодильной установки позволяет использовать относительно простые си­стемы автомати-зации.

Автоматизация холодильных установок позволяет освободить чело­века от непосредственного управления процессом производства холода и обеспечить безопасную работу холодильной установки. К направле­ниям автоматизации холодильных установок относятся автоматически выполняемые функции: контроль, сигнализация, защита, регулирование и управление.

7.1. Автоматический контроль [2, с.270]

Автоматический контроль подразумевает дистанционное наблюде­ние за изменением физических величин или запись их численных значений. Корректный выбор объема контролируемых параметров позволя­ет не только фиксировать точность поддержания технологического про­цесса, но и производить выявление причин, вызывающих отклонение параметров процесса от проектного. Контроль параметров холодильной установки может производиться с помощью микропроцессоров или компьютеров. На хладоновых холодильных установках должны контро­лироваться и фиксироваться следующие параметры:

- температура охлаждаемой среды в холодильно-технологическом оборудовании;

- давление всасывания хладагента в компрессор;

- температура и давление кипения хладагента в испарителе;

- температура всасывания хладагента в компрессор;

- температура и давление нагнетания хладагента компрессором;

- температура и давление конденсации хладагента;

- температура наружного воздуха;

Перечисленный перечень контролируемых параметров является ми­нимальным, который необходим для обеспечения безопасной работы холодильной установки. Число контролируемых параметров требуется существенно больше, если они используются для анализа эффективно­сти работы, в первую очередь, снижения потребления электроэнергии на производство холода и др.

7.2. Автоматическая сигнализация [2, с.271]

Автоматическая сигнализация позволяет информировать персонал о включении отдельных элементов холодильной установки, достиже­нии заданных или предельно допустимых значений параметров. Пре­дусматривается звуковая и световая сигнализация. Все большее количество холодильных установок, оснащается вычисли­тельной техникой. На мониторе можно посмотреть информацию о рабо­тающем оборудовании, текущих режимах, а также просмотреть информацию о режиме за предыдущее время: час, сутки, неделю, месяц.

Сигнализация предусматривается световая и звуковая. Исполни­тельная сигнализация имеет, как правило, зеленый цвет. Предупреди­тельная сигнализация обозначается желтым цветом и может сопрово­ждаться звонком. Предаварийная сигнализация характеризуется крас­ным световым сигналом и сиреной.

7.3. Автоматическая защита [2, с.272]

Автоматическая защита обязательна на всех холодильных установ­ках. Эксплуатация холодильных установок с выключенными прибора­ми защиты не допускается. Защита позволяет не допустить разруше­ния оборудования при отклонениях процессов от нормальной работы, которые могут возникнуть вследствие, например, неисправностей в эле­ментах холодильной установки. На хладоновых холодильных установках должна быть выполнена защита по сле-дующим параметрам:

- предельно допустимое давление нагнетания хладагента;

- предельно допустимая температура нагнетания хладагента;

По решению фирмы-изготовителя оборудования или проектной ор­-ганизации кроме перечисленных видов защит могут быть установлены и другие.

Наличие автоматической защиты является обязательным компонен­том всех холодильных установок от бытовых холодильников до круп­ных систем хладоснабжения пищевых предприятий. Эксплуатация холодильных установок, не оснащенных автоматической защитой или с от­ключенными приборами и исполнительными устройствами автоматической защиты, не допускается. Исключение делается на период пуско­наладочных работ, производимых после монтажа или ремонта элемен­тов холодильной установки. Указанные виды работ выполняются спе­циалистами, которые имеют соответствующую подготовку.

В соответствии с современными требованиями система автоматической защиты должна фиксировать ситуации, связанные с предаварийными состояния-ми эксплуатируемого оборудования.

7.4. Автоматическое регулирование [2, с.272]

Работа малого холодильного оборудования в автоматическом режиме обеспечивается регу­лированием отдельных параметров, в резуль­тате которого достигается оптимальное запол­нение испарителей хладагентом, поддержа­ние в заданных пределах температуры в охлаж­даемом объеме, регулирование относительной влажности воздуха, давления кипения и кон­денсации хладагента, изменение производителъ­ности компрессора в зависимости от нагруз­ки.

7.4.1. Регулирование температуры в охлаждаемом объеме [9, с.463]

Наиболее распространенным способом регулирования температуры в охлаждаемом объеме холодильного оборудования, обслу­живаемого отдельным компрессорно -кон­денсаторным агрегатом, является регу­лирование с помощью термореле (рис.7.1).

Регулирование температуры в охлаждаемом объеме камеры с помощью термореле испарителя

Км – компрессор, ТРВ – вентиль терморегулирующий, И – испаритель, РТ - термореле

Рис. 7.1

По достижении нижнего предела заданной температуры в охлаждаемом объеме термо­реле останавливает компрессор. При автома­тической стоянке компрессора за счет внеш­них теплопритоков температура в охлажда­емом объеме повышается до верхнего заданного предела и термореле включает комп­рессор. Следовательно, пуском и остановкой компрессора регулируется его холодопроиз­водительность, а также поддерживается тре­буемая температура в охлаждаемом объеме. С увеличением тепловой нагрузки на холо­дильное оборудование продолжительность ра­боты компрессора увеличивается, а стоянки ­уменьшается.

Использование термореле, термобаллон ко­торого расположен непосредс-твенно в охлаж­даемом объеме, позволяет наиболее точно поддерживать температурный режим (особен­но при принудительной циркуляции воздуха) . Следует учитывать, что изменение темпера­туры воздуха в охлаждаемом объеме обуслов­ливает изменение температуры кипения хлада­гента. Большие тепловые нагрузки или слой инея на испарителе приводят к длительной работе компрессора и снижению давления, а также температуры кипения хладагента. Количество хладагента, циркулирующего в системе в единицу времени, уменьшается и ухудшается охлаждение встроенного элект­родвигателя (если обслуживание. холодиль­ного оборудования осуществляется герметич­ным агрегатом). Поэтому в оборудовании с герметичным агрегатом целесообразно приме­нять термореле, термобаллон которого прижат к трубе испарителя В зтом слу­чае термореле контролирует температуру кипения хладагента, а темпе-ратура в охлаждаемом объеме в результате этого поддерживается косвенно.

В холодильном оборудовании, которое об­служивается агрегатом с герметичным комп­рессором, температура в охлаждаемом объ­еме обычно регулируется косвенно с помощью реле низкого давления. Оно управляет работой компрессора в зависимости от давления хла­дагента в испарителе (рис.7. 2).

Регулирование температуры в охлаждаемом объеме камеры с помощью реле низкого давления

Км – компрессор, ТРВ – вентиль терморегулирующий, И – испаритель, РД - реле низкого давления

Рис.7. 2

Следует отметить, что при увеличении тепловой нагруз­ки или толщины слоя инея на испарителе коэффициент рабочего времени холодильного агрегата повышается. Этот способ регулирова­ния температуры в охлаждаемом объеме позволяет поддерживать необходимые диапа­зоны давления и температуры кипения хлада­гента в испарителе.

7.4.2. Питание испарителя хладагентом [9, с.465]

Эффективная работа испарителя зависит от питания его жидким хладагентом. Недостаточ­ная подача хладагента обусловливает снижение производительности испарителя. Переполнение испарителя жидкостью вызывает залив компрессора, что уменьшает его производительность и может привести к интенсивному уносу мас­ла, а также к гидравлическому удару.

Наиболее распространенным прибором для питания испарителя хладагентом для малогo холодильного оборудования является терморе­гулирующий вентиль. Он регулирует подачу хладагента в испаритель в зависимости от пе­регрева пара на выходе из аппарата и давления в нем. Чем больше тепловая нагрузка на испаритель, тем меньше нужна поверхность для получения заданного перегрева пара хлада­гента на выходе из него и тем выше будет производительность испарителя. Применяют терморегулирую­ший вентиль с внутренним уравниванием (рис. 7.3).

Питание испарителя хладагентом

Рис. 7.3

Терморегулируюший вентиль peaгиpyeт на изменение температуры выходящего из испа­рителя пара хладагента с запаздыванием, что объясняется постепенным изменением темпе­ратур сначала всасывающего трубопровода, затем термобаллона и после этого - темпе­ратуры и давления заполнителя термосистемы. При уменьшении тепловой нагрузки на испа­ритель время запаздывания увеличивается. Запаздывание вызывает импульсную работу терморегулирующего вентиля, поэтому в испа­рителе не обеспечиваются стабильные темпе­ратура и давление кипения хладагента. Если произ-водительность терморегулирующего вен­тиля более чем на 30 % превышает тепловую нагрузку на испаритель, давление хладаген­та в испарителе повышается и компрессор работает, потребляя большее количество энер­гии.

В случае стабильной температуры окружающей среды и малоизменяющейся тепло­вой нагрузки на испаритель холодильного оборудования, со встроенным герметичным агрегатом для подачи хладагента можно использовать капиллярную трубку. Так как при авто­матической остановке компрессора давления нагнетания и всасывания почти выравнива­ются, агрегат запускается практически в разгруженном состоянии. Если температура окру­жающей среды существенно повысится, это приведет к повышению давления конденсации, поступлению избыточного количества хладагента в испаритель и попаданию жидкости в компрессор. При значительном понижении температуры окружающей среды заполнение испарителя хладагентом будет недостаточным.

7.4.3. Регулирование давления кипения хладагента [9, с.467]

Простой способ регулирования давления в испарителе с помощью реле низ-кого давле­ния, управляющего работой компрессора, рассмотрен выше (см. рис. 7.2).

7.4.4. Регулирование давления конденсации хладагента [9, с.467]

Схема автоматизации конденсатора воздуш­ного охлаждения холодильного агрегата, расположенного в машинном отделении, где темпе­ратура воздуха нестабильна, показана на рис. 7.4

Схема автоматизации конденсатора воздушного охлаждения

Км – компрессор, Кд – конденсатор, Р – ресивер, Вн – вентилятор, РД - реле давления, Жз – жалюзи, Д – электродвигатель привода жалюзи

Рис. 7.4

Перед конденсатором установлены регулируемые жалюзи Жз с приводом от элект­родвигателя Д. Воздух проходит через жалюзи и просасывается через конденсатор с помощью вентилятора Вн.
При повышении температуры воздуха перед жалюзи и давления в конденса­торе контакты репе давления РД замыкаются, включая электродвигатель Д. Жалюзи медлен­но открываются, через конденсатор проходит большое количество воздуха, и он интенсивно охлаждается. Давление конденсации хладагента снижается. При уменьшении давления на величину дифференциала реле давления его контакты размыкаются. Электродвига­тель Д останавливается, фиксируя открытое положение жалюзи. Таким образом поддер­живаются стабильные значения давления кон­денсации.

7.4.5. Регулирование производительности компрессора [9, с.472]

Регулирование производительности комп­рессора необходимо для приведения её в соот­ветствие с тепловой нагрузкой на испарители холодиль-ного оборудования. В малых комп­рессорах применять встроенные устройства для регулирования производительности (например, для отжима всасывающих клапанов) нецелесообразно по конструктивным сообра­жениям (конструкция компрессора услож­няется, его надежность снижается) .

Для регулирования производителъности малых компрессоров используют, как правило, внешние устройства. Наиболее распростра­нено регулирование производителъности комп­рессора способом пуска и остановки с по­мощью реле температуры или реле низкого давления (см. рис. 7.2).

7.5.Приборы и средства автоматического регулирования [9, с.483]

В малом холодильном оборудовании приме­няют приборы и средства автоматического регулирования и защиты. Приборы восприни­мают регулируемые параметры: температуру, разность температур, давление, время и др.

По источнику энергии приборы могут быть прямого и косвенного действия (с использованием внешней энергии), с двухпозиционным или пропорциональным регулированием. Двухпозиционные приборы и средства автоматического регулирования (реле температу­ры, давления, электромаг-нитные вентили и пр.) находятся в одном из двух положений (замкнуто или разомкнуто, открыто или за­крыто, включено или. выключено). Пропор­циональные приборы (термо- и водорегули­рующие вентили) плавно регулируют параметр от минимального до максимального значения, или наоборот.

Приборы автоматического регулирования поддерживают заданное значение регулируемо­го параметра (заполнение испарителя хлад­агентом, регулирование температуры охлаждаемой среды, давления кипения и конденсации хладагента) .

Приборы автоматической защиты предназначены для остановки компрессора при чрез­мерном повышении давления хладагента в линии нагнетания и опасном понижении давления в линии всасывания.

7.5.1. Терморегулирующие вентили [9, с.483]

Терморегулирующие вентили являются регуляторами прямого действия и предназна­чены для автоматической подачи хладагента в испаритель холодильной машины в зави­симости от перегрева выходящих из испари­теля паров и давления в испарителе. В терморегулирующих вентилях хладагент дросселируется с давления конденсации до давления кипения.

Терморегулирующие вентили могут быть с внутренним и внешним уравниванием.

В ТРВ с внутренним уравниванием типа 22ТРВ-В термочувствительная система за­полнена хладагентом R22. Термочувстви­тельная система терморегулирующих вентиля типа 22ТРВ-В (рис. 7.5) состоит из термобаллона, капиллярной трубки и полости над мембраной.

При увеличении темпера­туры перегрева выходящих из испарителя паров хладагента повышается температура термобаллона, прикрепленного к всасываю­щему трубопроводу у испарителя, и давление в термочувствительной системе терморегули­рующего вентиля повышается. Мембрана, прогибаясь вниз, нажимает на толкатели, кото­рые воздействуют на иглодержатель, сжи­мают пружины и опускают иглу. Проходное сечение между иглой и седлом увеличивается. Хладагент поступает в терморегулирующий вентиль через фильтр, размещенный во вход­ном штуцере, дросселируется в клапане, заполняет корпус и пространство под мембра­ной. Через выходной штуцер хладагент попа­дает в испаритель. При открытии клапана игла опускается до тех пор, пока давление хладагента, заполняющего термочувствитель­ную систему и воздействующего на мембрану сверху, не будет равно сумме давлений хладагента в корпусе ТРВ и пружины.

При остановке компрессора движение па­ров хладагента в испарителе прекратится, температура на выходе из испарителя уравня­ется с температурой кипения хладагента, т. е. перегрев исчезнет. Усилием пружины клапан закроется. Прибор настраивают винтом, кото­рый ввернут в ходовую гайку. Винт уплотнен сальником. Колпачковая гайка предохраняет от возможных утечек хладагента через саль­ник и препятствует обмерзанию сальника.

Терморегулирующий вентиль с внутренним уравниванием типа 22ТРВ-В

1 – винт настройки, 2 – втулка – гайка, 3 – пружина, 4 – игла клапана,

5 – иглодержатель, 6 – седло клапана, 7 – корпус, 8 – фильтр, 9 – входной шту-цер, 10 – мембрана, 11 – трубка капиллярная, 12 – головка вентиля, 13 – толкатель, 14 – штуцер выходной, 15 – термобаллон, 16 – сальник винта наст-ройки, 17 - колпачок

Рис. 7.5

7.5.2. Реле температуры [9, с.488]

Реле температуры применяют в малом хо­лодильном оборудовании для регулирования температуры в охлаждаемом объеме посредст­вом включения и выключения исполнитель­ного механизма (например, электромагнит­ного вентиля перед терморегулирующим вентилем) или пуска и остановки компрессора.

Реле температуры типа ТР. Термочувстви­тельная система реле (рис. 7.6) состоит из термобаллона, соединительного капилляра, сильфона и кожуха сильфона.

Реле температуры ТР-1-02Х

а – схема, б – конструкция; 1 – корпус, 2 – винт настройки дифференциа-ла, 3,7 – гайки, 4 – шкала, 5 – пластина стопорная, 6- винт настройки диапазона,

8 – пружина основная, 9,13,17 – рычаги, 10 – пластина контактная, 11,16 – винты юстировочные, 12 – пружина перикидная, 14,15 – контакты, 18 – пружи-на, 19 – сильфон, 20 – шток, 21 – пружина сильфона, 22 – коромысло, 23 – пружина дифференциала, 24 – термобаллон, 25 – трубка капиллярная

Рис. 7.6

В термочувст­вительной системе находится наполнитель. Термобаллон, помещенный в контролируемую среду, воспринимает ее температуру, от кото­рой зависит давление наполнителя. Действую­щая на сильфон сила давления наполнителя уравновешивается силой упругой деформации основной пружины. При повышении температу­ры среды. давление в термочувcтвителъной системе увеличивается, сильфон сжимается, шток перемещается вверх, преодолевает сопро­тивление пружины и поворачивает угловой рычаг 17 по часовой стрелке вокруг оси. Ког­да свободный конец горизонтальной части уг­лового рычага 17 доходит до верхнего упора в окне коромысла, из него начинает воздейст­вовать пружина дифференциала. Если темпе­ратура повышается на величину установлен­ного дифференциала, то рычаг 17, преодолев усилие пружины дифференциала, с помощью рычага 9 и пружины 12 поворачивает переклю­чающий рычаг 13 контактной группы. В мо­мент, когда геометрическая ось пружины пе­ресекает геометрическую ось переключающего рычага, происходит резкий переброс контакт­ной пластины, в результате контакт замы­кается.

Перекидная пружина верхним концом шар­нирно соединена с вертикальной частью угло­вого рычага 9, нижним - с ушком рычага 13, который усилием этой пружины удерживается на ножевых опорах подвижной контактной пластины.

При понижении температуры контролируе­мой среды давление в термочувствительной системе уменьшается, подвижной конец силь­фона со штоком под действием пружин 8 и 23 перемещается вниз. При этом рычаг 17 поворачивается против часовой стрелки, а ко­ромысло - по часовой стрелке. Когда коромысло доходит до упора, действие пружины 23 на рычаг 17 прекращается, и в дальнейшем рычаг 17 перемещается под воздействием ос­новной пружины. В момент, когда оси пере­кидной пружины и контактной пластины сов­падут, контакты резко размыкаются.

Пружина снабжена гайкой (пробкой) и вин­том настройки диапазона, который выполняет роль задатчика давления срабатывания. Ука­затель. связанный с гайкой задатчика, пока­зывает на шкале давление размыкания кон­такта. Дифференциал настраивают с помощью винта. Величину дифферен-циала определяют по шкале.

В реле температуры степень сжатия основ­ной пружины 8 определяет температуру размы­кания контакта, а степень растяжения пружины 23 - величину дифференциала. У реле температуры контакты размыкаются при понижении контролируемой температуры до величины уставки, определяемой по. шкале диапазона, а замыкаются при повышении этой температуры на величину установленного диф­ференциала.

7.5.3. Реле и регуляторы давления [9, с.493]

В малом холодильном оборудовании при отклонении давления от заданных значений применяют приборы регулирования давления и защиты: реле давления, регуляторы давления конденсации хладагента.

7.5.3.1. Реле давления [9, с.493]

Реле низкого давления пред­назначены для двухпозиционного регули-рова­ния давления хладагента в испарителе или за­щиты компрессора от пониженного давления в линии всасывания. Реле высокого давления осуществляет защиту компрессора от повы­шенного давления хладагента в линии нагнетания.

Двухблочное репе давления Д220-11 общепромышленного ис­полнения. Его применяют для одновре­менного контроля давления R22 в линиях вса­сывания н нагнетания холодильной машины. Схема и конструкция прибора показаны на рис. 7.7.

Блок низкого давления состоит из сильфона 2, заключенного в кожух 1, штока 3, двух шарнирно связанных рычагов 23 и 24, взаимное расположение которых опре­деляется винтом 17, а также пружинами узла настройки давления размыкания и дифферен­циала. В состав блока высокого давления вхо­дят сильфон 22, помещенный в кожух 21, рычаг 19 и механизм настройки давления размыкания.

Двухблочное репе давления Д220-11

а – схема, б – конструкция; 1,21 – кожухи сильфонов; 2,22 – сильфоны, 3,20 – штоки сильфонов, 4 – упор, 5 – коромысло, 6 – пружина дифференциала блока низкого давления, 7 – винт настройки дифференциала блока низкого давления, 8 – шкала дифференциала блока низкого давления, 9 – шкала диапазона блока низкого давления, 10 - винт настройки диапазона блока низкого давления, 11 – пружина, 12 – кнопка, 13 – микропереключатель, 14 – винт настройки диапазона блока высокого давления, 15 – шкала блока высо-кого давления, 16 – пружина блока низкого давления основная, 17 – винт юс-тировочный, 18 - пружина блока высокого давления основная, 19,23,24 – рыча-ги, 25 – пружина штока

Рис. 7.7

В полость между кожухами и сильфонами подаются контролируемые низкое и высокое давления. При понижении давления всасыва­ния сильфон 2 растягивается, подвижное дно его со штоком 3 перемешается вниз, рычаги 23 и 24 под действием пружины 16 поворачи­ваются против часовой стрелки. Рычаг 23 освобождает кнопку быстродействующего микропереключателя, и контакт размыкается.

При движении рычага 24 против часовой стрелки коромысло поворачивается по часо­вой стрелке до упора. В дальнейшем рычаг 24 свободно перемещается в окне коромысла, и, таким образом, к моменту размыкания контактов пружина дифференциала перестает работать. Если давление всасывания повышает­ся, то сильфон 2 сжимается, шток 3 переме­щается вверх, преодолевает сопротивление ос­новной пружины и поворачивает рычаги 23 и 24 по часовой стрелке. Рычаг 24, дойдя до упора в окне рычага дифференциала, включает в работу пружину. При этом рычаг 23, преодолев усилие пружины 6, нажимает кнопку микропереключателя и замыкает контакт. Дав­ление, при котором контакт размыкается, оп­ределяется усилием сжатия пружины 16,а величина дифференциала - усилием растяжения пружины 6. При повышении давления нагнетания сильфон 22 сжимается, его подвижное дно вместе со штоком 20 преодолевает усилие основной пружины 18, перемещается вверх и поворачивает рычаг 19 против часовой стрелки. Если контакт реле замкнут (давление блока низкого давления выше ус­тановленного), то вертикальное плечо рычага­ 19, преодолев усилие пружины 11, отжима­ет рычаг 23 от микропереключателя. Контакты реле размыкаются.

При понижении давления нагнетания ры­чаг 19 под действием основной пружины 18 поворачивается по часовой стрелке. При этом рычаг 23 с помощью пружины 11 занимает первоначальное положение и контакт замы­кается.

Настройку давления срабатывания блока низкого давления осущест-вляют, изменяя на­тяжение пружины 16 винтом 10. При враще­нии винта гайки, на которой жестко закреплен верхний конец пружины 16, изменяется ее на­тяжение, что приводит к раз

мыканию кон­такта при другом давлении. Изменяя растя­жение пружины 6 винтом 7, дифференциал блока низкого давления устанавливают по шкале.

Настройку давления срабатывания блока высокого давления осуществляют винтом, при вращении которого изменяется натяжение пру­жины. Стрелка шкалы указывает на давление размыкания контакта блока высокого давле­ния. Дифференциал блока высокого давления не регулируется. Таким образом, контакты реле размыкаются при понижении контролируемого давления блока низкого давления и повыше­нии контролируемого давления блока высоко­го давления, а замыкаются при увеличении контролируемого давления блока низкого давления и уменьшении контролируемого дав­ления блока высокого давления на величину дифференциала.

7
.5.3.2. Регуляторы давления конденсации [9, с.500]

Регуля­торы давления конденсации применяют для стабилизации давления конденсации хладаген­та в холодильных установках с наружным рас­лоложением воздушного конденсатора:

Регулятор давления конденсации типа HP фирмы "Алко контролз" (США) показан на рис. 7.8.

Регулятор давления конденсации типа HP (США)

1 – головка, 2 – грибок, 3 – мембрана, 4 – корпус, 5 – щиток, 6,10,12 – штуцера, 7 – седло верхнее, 8 – клапан, 9 – седло нижнее, 11 - пружина

Рис. 7.8

Сверху головка регулятора запол­нена инертным газом. От остальной части при­бора она отделена мембраной. Шток соединяет грибок, опирающийся на мембрану, с клапа­ном, на который снизу воздействует пружина. Штуцер 6 соединен с нагнетательной линией, штуцер 12 - с ресивером, штуцер 10 - с жидкостным патрубком конденсатора воздушно­го охлаждения.

В теплое время года, когда давление кон­денсации достаточно высоко, клапан находит­ся в верхнем положении, закрывая верхнее седло, так как пар хладагента из линии нагнетания, поступающий в прибор через штуцер 6 и через отверстие в корпусе, отжимает мем­брану вверх. Жидкий хладагент из конденсатора через штуцер 10,
зазор между нижним седлом и клапаном и через штуцер 12 посту­пает в ресивер.

В холодное время года, когда давление конденсации снижается, под воздействием давления инертного газа в головке мембрана прогибается вниз, шток опускается и клапан перекрывает нижнее седло, при этом верхнее седло открывается. Циркуляция жидкого хлад­агента из конденсатора в ресивер прекращает­ся, а с нагнетательной линии пар хладагента через штуцер 6, верхнее седло и штуцер 12 прибора поступает в ресивер, поднимая в нем давление хладагента до номинального значе­ния (1,34+_0,09 МПа для R22).

7.5.3.3. Электромагнитные вентили [9, с.502]

Электромагнитный вентиль относится к ав­томатической запорной арматуре двухпозици­онного действия с электрическим дистанционным управлением. Вентиль предназначен для автоматического открывания и закрывания прохода в трубопроводах хладагента, xладо­носителя и воды.

Различают три конструктивные схемы элек­тромагнитных вентилей: прямого, непрямого и комбинированного действия. В вентиле пря­мого действия клапан перемешается непо­средственно электромагнитом. Вентиль непря­мого действия имеет два клапана: основной и вспомогательный. Вспомогательный клапан приводится в действие непосредственно элект­ромагнитом, а основной клапан открывается за счет разности давлений среды на мембрану. Открытие основного клапана в вентиле комби­нированного действия осуществляется в ре­зультате совместного действия электромагнита и мембранного привода.

Электромагнитный вентиль комбинированного действия. Катушка элек-тромагнита (рис. 7.9) надета на герметичную трубку из немагнитного материала, закрытую стальной пробкой ("стопом").

Электромагнитный вентиль комбинированного действия 13С803р

1 – катушка электромагнита, 2 – сердечник, 3 – клапан вспомогательный, 4 – мембрана, 5 – клапан основной, 6 – гильза, 7 – клемма, 8 – ввод сальнико-вый электрокабеля

Рис. 7.9

Мембрана разделяет внутреннюю полость вентиля на две части: подмембранную и надмембранную. Если ка­тушка электромагнита отключена, то сердеч­ник находится в нижнем положении, вспомогательный клапан перекрывает малое седло. Подаваемая через калиброванное, отверстие рабочая среда заполняет надмембранную полость. Основной клапан прижимается к боль­шому седлу вследствие перепада давлений на входе и выходе из вентиля.

При подаче тока в катушку электромагни­та сердечник притягивается к пробке "Стоп" и вспомогательный клапан (сервоклапан) от­крывает малое седло. Давление в надмембран­ной полости понижается. Одновременно сер­дечник выступом захватывает заплечики основного клапана. на который воздействуют силы давления на мембрану и тяги электро­магнита. При соответствующем подборе сечения калиброванного отверстия во вспомога­тельном клапане основной клапан плавно от­крывается.

После отключения электромагнита сердеч­ник перекрывает малое седло, а основной клапан под действием сил тяжести и пружины опускается на большое седло.

В электромагнитном вентиле мембрана и электромагнит оказывают комбинированное воздействие на клапан, в результате чего кла­пан открывается при нулевом перепаде давлений на входе и выходе из вентиля.

7.6. Автоматическое управление [2, с.275]

Автоматическое управление позволяет выполнять пуск или останов­ку компрессоров (насосов, вентиляторов), замену работающих элемен­тов оборудования резервными, производить вспомогательные операции (оттаивание инея с поверхности воздухоохладителя или батарей, выпуск воздуха). Управление работой холодильных камер производится с помощью мик­ропроцессорных пультов (рис. 7.10), а для холодильных установок, где возможно несанкционирован-ное вмешательство лиц, не имеющих отношение к данному технологическому процессу, предусматриваются на­стройка и управление холодильной установкой с помощью пульта ди­станционного управления (рис. 7.11).

Пульт управления холодильной установкой

Рис. 7.10

Пульт дистанционного управления холодильной установкой

Рис. 7.11

8.ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА

8.1. Введение к разделу

Объектом для проектирования является испытательная термокамера. Термо­камера предназначена для испытания изделий промышленности на воздействие отрицательных и положительных температур в определенных диапазонах, с заданной скоростью их изменения и определенной точностью поддержания.

В проекте показана целесообразность применения термокамеры ТТ -60/80­-

195ТК в связи с усовершенствованием процесса, оборудования и автоматиза­ции, что позволяет сэкономить на электроэнергии и получить заданную темпера­туру в короткое время.

В экономической части дипломного проекта приведены расчеты экономи-

ческой эффективности термокамеры.

8.2. Стоимость изготовления термокамеры

Таблица 8.1

Сравнительная стоимость термокамеры

Статьи	Стоимость термокамеры ТХ-210, руб.	Стоимость термокамеры ТТ-60/80-195ТК (проектной), руб.
Материалы Изготовление Сборка, испытание	34130 162850 70590	31750 151430 63220
Итого	267570	246400

Расчет капитальных затрат термокамеры ТХ-210

Расчет стоимости базовой установки.

- транспортные расходы - 5%

267570·0,05=13378,5 руб.;

- заготовительно-складские расходы - 3 %

267570·0,03=8027,1 руб.;

- стоимость запасных частей - 1 %

267570·0,01=2675,7 руб.;

- стоимость монтажа оборудования - 1 %

267570·0,01 =2675,7 руб.;

- затраты на электромонтажные работы - 0,1%

267570·0,001=267,6 руб.

Общая стоимость установки:

Стт. кап. = 267570+13378,5+8027,1+2675,7+2675,7+267,6 = 294594,6 руб.

Расчет капитальных затрат термокамеры ТТ-60/80-195ТК

Расчет стоимости проектируемой установки.

Стоимость изготовления испытательной термокамеры ТТ -60/80-195ТК

По данным 000 «Термотехника», составляет 246400 руб.

Для расчета итоговой стоимости определяем:

- транспортные расходы - 5%

246400·0,05=12320 руб.;

- заготовительно-складские расходы - 3%

246400·0,03=8027,1 руб.;

- стоимость запасных частей - 1 %

246400·0,01=2464 руб.;

- стоимость монтажа оборудования - 1 %

246400·0,01=2464 руб.;

- затраты на электромонтажные работы - 0,1%

246400·0,001=246,4 руб.

Общая стоимость установки:

Стх. кап = 246400+ 12320+8027,1+2464+2464+246,4 = 271921,5 руб.

8.3. Организация планово-предупредигельного ремонта [ 13, с. 7]

8.3.1 Ремонтные нормативы

Таблица 8.2

Наименование	Вид ремонта	Периодичность, час.	Простой, час.	Трудоемкость, чел-час
Испытательная термокамера	ТР	1440	20	30
	КР	17280	30	50

8.3.2 Структура ремонтного цикла

Количество КР (Nкp) за ремонтный цикл определяется по формуле:

,

где Ц - длительность ремонтного цикла, ч;

Мкр - межремонтный период между двумя очередными капитальными ремон­тами, ч;

Количество текущих ремонтов (Nтp) за ремонтный цикл определяется по формуле:

,

Мтр - межремонтный период между двумя очередными текущими ремонтами, ч;

Таблица 8.3

Количество ремонтов разного вида за ремонтный цикл

Оборудование	Количество ремонтов за ремонтный цикл
	КР	ТР
Термокамера	1	11

8.3.3 Расчет годового объема ремонтных работ[ 13, с. 7]

Количество соответствующих ремонтов определяется по формуле:

,

где Qоб - количество единиц однотипного оборудования; Qоб = 1;

Кэ - коэффициент использования оборудования по календарному времени; Тк - календарное время в году, Тк = 8760 ч;

Nрц - число ремонтов, соответствующего вида за ремонтный цикл.

,

где Тном = 8760 ч; Тэфф = Т – Трем ;

Трем = 11·20+ 1·30 = 250 ч,

где 11- количество текущих ремонтов;

20 ч - простой на ТР (периодичность 1440 ч.);

1 - количество капитальных ремонтов;

30 - простой на КР (периодичность 17280 ч);

Тэфф = 8760 - 250 = 8510 ч.

,

.

8.3.4 Годовые трудозатраты на ремонты соответствующего вида для термокамеры

Годовые трудозатраты на ремонты соответствующего вида для термокамеры определяются в чел-час. (Тр,год) по формуле:

Тр,год = n·Тр,

где Тр -нормативная трудоемкость одного ремонта соответствующего вида, чел-час.

Расчет объема трудозатрат по видам ремонтных работ следует проводить, используя данные табл. 8.4 о структуре трудозатрат на ремонт.

Таблица.8.4

Структура трудозатрат на ремонт оборудования, %

Виды ремонта	Виды ремонта
	Слесар.	Станочн.	Прочие
Капит.	70	20	10
Текущий	80	10	10

Результаты расчета годового объема ремонтных работ на средний год для термокамеры приведены в табл. 8.5.

Таблица.8.5

Общий объем ремонтных работ

Вид ремонта	Трудо- емкость одного ремонта	Количество ремонтов в год	Общий объем ремонтных работ	В том числе
				слесарных	станочных	прочие
ТР	30	11	330	264	33	33
КР	50	1	50	35	10	5
Итого		12	380	299	43	38

8.3.5 Расчет численности ремонтных рабочих [13, с. 8]

На основании определенных общих трудозатрат на проведение ремонтов и ТО в чел-час. среднего разряда работ рассчитывается списочный состав рабочих, за­нятых техническим обслуживанием и ремонтом оборудования. Численность ре­монтного персонала (Р) рассчитывается по формуле:

,

где Тр,год - годовые трудозатраты на ремонт оборудования, чел-ч;

Ф - годовой фонд рабочего времени одного рабочего, ч;

Кц - коэффициент, учитывающий объем работ, выполняемых централизо-ванным методом (принимаем 0,95);

Коп - коэффициент, учитывающий участие в ремонте обслуживающего пер­- сонала (принимаем 0,8);

Кнп - коэффициент, учитывающий проведение непланового ремонта (принимаем 1,1);

Кв - коэффициент, учитывающий перевыполнение нормированных заданий

(принимаем 1,05);

Годовой фонд времени ремонтного рабочего (Ф) определяется на основе ба­ланса рабочего времени, который зависит от режима работы, числа планируемых невыходов по различным причинам, продолжительности рабочего дня.

Таблица 8.6

Баланс рабочего времени одного рабочего в год.

Статья баланса	Прерывная пятидневная неделя
	Одна смена 8 часов
1. Календарное число дней в году	365
Выходные и нерабочие дни согласно графику сменности	105
Праздничные дни	12
2. Номинальный фонд рабочего времени	248
3. Невыходы на работу по причинам:
Очередные и дополнительные отпуска	28
Болезни	6
Выполнение государственных и общественных обязанностей	2
Итого невыходов, дни	36
4. Действительный фонд рабочего времени, дни	212
5. Действительный фонд рабочего времени, ч	1696

чел.,

чел.

8.3.6 Расчет количества станков и станочников.

На основе фонда времени станка (Фст,год) и трудозатрат на станочные работы

(Тр.ст,год) рассчитывается необходимое число станков (S):

;

Фст,год = (Тк − В − П − tр)·Тсм·С,

где В - число выходных дней в году;

П - число праздничных дней в году;

tр - число дней в году, занятых плановым ремонтом станков (20);

Тсм - продолжительность смены, ч;

С - количество смен в сутки.

Тр.ст,год = 43 чел-ч

Фст,год = ( 365 − 105 − 12 − 20)·8·1 = 1824ч.;

шт..

Списочное количество рабочих-станочников определяется по формуле:

Рст = S·Нобс·С·Кп,

где Нобс - норма обслуживания (количество станков на одного человека в смену);

S - количество станков;

С - количество смен в сутки;

Кп - коэффициент подмены.

Коэффициент подмены - коэффициент перехода от явочного количества рабочих к списочному - рассчитывается как отношение годового фонда рабочего времени станка при односменной работе к годовому фонду времени работы ста­ночника в днях или часах.

Рст = 0,02 ·1·1·1,07 = 0,02 чел.

Рпр= PΣ−Рсл −Рст = 0,18-0,14-0,02 = 0,02 чел.

8.3.7 Расчет фонда заработной платы рабочих, занятых в плановом ремонте оборудования [13, с. 10]

Для расчета фонда заработной платы рабочих (ремонтников) используются рассчитанные выше данные о списочном количестве рабочих и затратах рабочего времени на год, а также действующие тарифные условия и показатели премиро­вания. Годовой фонд заработной платы складывается из основной и дополнитель­ной заработной платы. В основную заработную плату ремонтных рабочих вклю­чается: тарифный фонд рабочих, премии из фонда заработной платы, выплаты по районному коэффициенту, выплаты за вредное производство.

Фонд зарплаты по тарифным ставкам рассчитывается путем умножения числа планируемых человеко-часов на тарифную ставку соответствующего раз­ряда.

Ремонтные рабочие оплачиваются в основном по повременно-премиальной системе. Размер премий рабочим принимаем 20% тарифного фонда.

На основную зарплату начисляется районный коэффициент, учиты-вающий местонахождение предприятия (15%).

В фонд дополнительной зарплаты при проектировании включается оплата отпусков и невыходов в связи с выполнением государственных и общественных обязанностей.

При проектировании дополнительная заработная плата принимается в зави­симости от продолжительности отпуска и невыходов в связи с выпол-нением об­щественных и государственных обязанностей, в размере 10% от фонда основной заработной платы с учетом районного коэффициента.

Отчисления на социальное страхование определяются процентом от суммы ос­новной и дополнительной заработной платы рабочих; для химических предпри­ятий - 26 %: пенсионный фонд (20%); медицинское страхование (2,8%); социальное страхование (3,2%).

Таблица 8.7

Расчет годового фонда з/платы ремонтных рабочих оборудования

Ремонтные рабочие	Тарифный разряд	Списочное число рабочих	Отработан- ное время, чел/час		Система оплаты труда	Тарифная ставка, руб./час	Фонд основной заработной платы				Фонд допол зар.платы , руб.(10%)	Итого	Отчисления на социальные нужды	Всего фонд зар. платы,руб.с отчислениями
			Одного рабочего	Всех рабочих			Фонд платы по тарифу	Премия (20%)	Итого	Итого учетом район. коэф.
Слесари	4	0,14	1696	237,44	Повременно-премиальная	45	10684,8	2136,96	12821,76	14745,04	1474,5	16219,54	4217,08	20436,62
Станоч- ники	4	0,02	1696	33,92		45	1526,4	305,28	1831,68	2106,43	210,64	2317,07	602,44	2919,51
Тех. персо- нал	4	0,02	1696	33,92		45	1526,4	305,28	1831,68	2106,43	210,64	2317,07	602,44	2919,51
Итого		0,18	1696	305,28			13737,6	2747,52	16485,1	18957,9	1895,79	20817,7	5412,6	26203,3

8.3.8 Расчет затрат на ремонты в год.

Затраты на проведение ремонтов определяют сметами. При отсутствии их можно использовать способ укрупненных показателей. За укрупненный показатель принимают удельный вес всех видов годовой зарплаты рабочих, занятых на плановых ремонтах, в общей сумме затрат на все ремонты в год. За норматив принимают усредненный показатель в размере 30 %.

Затраты на ремонты в год составят: 26203,3/0,3=87344,3 руб.

8.3.9. Расчет затрат на капитальный ремонт

Расчет затрат на капитальный ремонт (сметно-финансовый расчет) производится на основании дефектной ведомости. Такой расчет требует много времени, поэтому при проектировании используют укрупненный показатель: удельный вес объема капитального ремонта в объеме всех ремонтов в год.

Исходя из суммы затрат на все ремонты в год и доли капитального ремонта в общем объеме работ, определяются затраты на его проведение.

Затраты на капитальный ремонт составят: 87344,3·0,132 = 11529,4 руб.

8.3.10 Расчет затрат на обслуживание установки

Расчет количества обслуживающего персонала.

Режим работы: три смены по 8 часов.

Годовой фонд работы оборудования определяется по формуле:

Тр,об = Тк -Трем ,

где Тр,об - годовой фонд рабочего времени оборудования, ч;

Трем- простой оборудования в ремонте, ч.

ч.

Годовой фонд времени оператора определяется на основе баланса рабочего времени, который приведен в таблице 8.8.

Таблица 8.8

Баланс рабочего времени одного оператора в год

	Три смены по 8 часов
1. Календарное число дней в году - выходные и нерабочие дни 2. Номинальный фонд рабочего времени 3. Heвыxoды на работу по причинам: - очередные и дополнительные отпуска - болезни - выполнение государственных и общественных обязанностей	365 91 274 24 6 2
Итого невыходов, дни	32
4. Действительный фонд рабочего времени, дни 5. Действительный фонд рабочего времени, ч	242 1936

Число операторов на установке определяется по формуле:

Чоп = Нобс·Кп·с,

где Нобс - норма обслуживания, Нобс = 1;

с - количество смен в сутки, с=3;

Кп - коэффициент подмены.

,

где Фоп - время работы в год одного оператора, час.

Тогда число операторов будет Чoп=1·1,48·3=4,44 чел.

Таблица 8.9

Расчет списочной численности операторов

Наимено-	Количество	Явочное число		Коэффициент	Списочное
ванне про-	смен в сутки	В смену	В сутки	подмены	число
фессии
Оператор	3	1	1	1,48	5

Расчет годового фонда заработной платы операторов приведен в таблице 8.10.

Таблица 8.10

Расчет годового фонда заработной платы оператора

Обслуживающий персонал	Тарифный разряд	Списочное число рабочих	Отработан- ное время, чел.-час		Система оплаты труда	Тарифная ставка, руб./час	Фонд основной заработной платы, руб.						Фонд дополнительной заработной платы, руб.(10%)	Итого	Отчисления на социальные нужды, руб.(26%)	Всего годовой фонд заработной платы, руб. (с отчислениями)
			Одного рабочего	Всех рабочих			Фонд оплаты по тарифу	Премия(20%)	Надбавка за ночное и вечернее время	Надбавка за праздничные дни(3%)	Итого	Итого с учетом районного коэффициента (15%)
Оператор	4	5	1936	9680	Повременно- премиальная	45	435600	87120	58080	13068	593868	682948,2	68294,8	751243	195323,18	946566,18

8.3.11 Расчет энергетических затрат

Потребность в электроэнергии для двигательных целей может быть определена по формуле:

,

где Е – потребное количество электроэнергии, кВт-час;

Муст – установленная или номинальная мощность, кВт;

Кс- коэффициент спроса, определяющий максимальное электро-потребление, Кс = 0,6-0,8;

Т – число часов работы при максимальной нагрузке;

КПДсети – коэффициент полезного действия сети, КПДсети = 0,96-0,98:

КПДдвиг - коэффициент полезного действия двигателя.

Потребное количество электроэнергии в год:

- для базового варианта

кВт-час

- для проектного варианта

кВт-час

8.4 Основные технико-экономические показатели [14, с. 58]

Расчет термокамеры ТХ-210 (аналог).

Расчет производится по статьям:

8.4.1. Затраты на электроэнергию

Зэ = Е·Цэ,

Цэ= 1,62 руб. - цена 1 кВт·ч (средняя цена по России).

Зэ = 19554·1,62 = 31677,5 руб.

8.4.2. Заработная плата основных производственных рабочих

Фоп,з/пл. = 751243 руб.

8.4.3. Oтчисления на социальные нужды

Сотч,оп=
195323,18 руб.

8.4.4. Расходы на содержание и эксплуатацию термокамеры.

- затраты на ремонты в год

Зрем = 87344,3 руб.

в том числе:

Заработная плата ремонтных рабочих

Фзп,рем =20817,7 руб.

Отчисления на социальные нужды

Сотч,рем=5412,6 руб.

- амортизация оборудования при норме 12%

За = Соб·0,12 = 294594,6·0,12 = 35351,1 руб.;

- прочие расходы 100% от заработной платы ремонтных рабочих

Рп = Фзп,рем·1 = 20817,7 ·1 = 20817,7 руб.

8.4.5. Накладные расходы 10% от заработной платы основных рабочих

Нр = 0,1·751243 = 75124,3 руб.

Сг.э.тх= 31677,5 +751243 +195323,18+87344,3 +35351,1 +20817,7 +75124,3 =

1196881 руб.

Расчет термокамеры ТТ -60/80-195ТК

При расчете себестоимости годовой эксплуатации проектируемой камеры зара­ботная плата ремонтных рабочих, расходы на содержание оборудование остаются прежними. Изменяются лишь следующие статьи:

-затраты на электроэнергию:

Зэ = 27375,4·1,62 = 44348,1 руб.;

- затраты на амортизацию, при норме 12%

За = 271921,5·0,12 = 32630,6 руб.

Сг.э.тт = 44348,1 +751243 +195323,18+87344,3 +32630,6 +20817,7 +75124,3 =

1206831,1 руб.

Расчет экономической эффективности

Расчет себестоимости 1 МДж холода, производимого установкой ТХ-210

,

где gпр - количество производимого холода,

Количество холода, затраченного на охлаждение 22 кг ( объем каме­ры 0,21м³) продукции за 1 цикл:

g пр,тх = М·с·(tн – tк),

где М - масса продукции, кг;

с - теплоемкость продукции, Дж/(кг·К);

tн, tк-
температура охлаждения начальная и конечная.

g пр,тх = 22·500·(25-(-60)) = 935000 Дж = 0,935 МДж.

Время, затраченное на охлаждение 22 кг продукции за 1 цикл:

,

где Qтх - холодопроизводительность, Вт

с.

Количество циклов в год:

цикла

руб./МДж

Расчет себестоимости 1 МДж холода, производимого проектируемой уста­-

новкой ТТ -60/80-195ТК.

Количество холода, затраченного на охлаждение 22кг ( объем каме-ры 0,195м³) продукции за 1 цикл:

gпр,тт = 22·500·(25-(-60)) = 935000 Дж = 0,935 МДж.

Время, затраченное на охлаждение 22 кг продукции за 1 цикл:

с.

Количество циклов в год:

циклов.

руб./МДж

Расчет окупаемости проектируемой камеры ТТ -60/80-195ТК

Расчет условно-годовой экономии:

ЭУСЛг = (Сан – Сп)·gпр·n = (77 – 44,5)·0,935·28998 = 881176,7 руб.

Расчет окупаемости:

года.

Коэффициент экономической эффективности:

Калькуляция себестоимости эксплуатации термокамеры

Таблица 8.11

Калькуляция себестоимости холода

	Затраты на аналог		Затраты на проект
Статьи	(15543,44 МДж/год)		(27113,13 МДж/год))
	за 1 МДж	за 1 год	за 1 МДж	за 1 год
1.Затраты на электроэнергию	2,05	31677,5	1,63	44348,1
2.Заработная плата основная и допол- нителъная основных производствен- ных рабочих
	48,33	751243	27,7	751243
3 .Начисления на заработную плату
основных производственных рабочих	12,56	195323,18	7,2	195323,18
в фонды: пенсионный, медицинского,
социального страхования и др.
4. Затраты на ремонт	5,62	87344,3	3,23	87344,3
5.Затраты по статье «Амортизация
основных средств» 12% от капиталь-	2,27	35351,1	1,2	32630,6
ных вложений
6.Прочие расходы на содержание и эксплуатацию оборудования 100% от заработной платы ремонтных рабочих	1,34	20817,7	0,77	20817,7
7.Накладные расходы 10% от заработной	4,83	75124,3	2,77	75124,3
платы основных рабочих
8. Себестоимость	77	1196881	44,5	1206831,1

Таблица 8.12

Технико-экономические показатели

Показатели		Единица	Термокамера	Термокамера	проект аналог , %
		измере-	ТХ-210	ТТ -60/80-195ТК
		ния	(базовая)	(проектная)
1.Годовой объем производства		МДж	15543,44	27113,13	174,4
2.Капитальные вложения		руб.	294594,6	271921,5	92,3
3. Фонд заработной платы		руб.	20817,7	20817,7	100
ремонтных рабочих
4. Численность ремонтных		чел.	0,18	0,18	100
рабочих
5.Зар. плата ремонтника		руб.	9638	9638	100
в месяц
6. Фонд заработной платы		руб.	751243	751243	100
оператора
7. Численность основных			5	5	100
производственных рабочих		чел.
8.Зар. плата оператора в месяц		руб.	12520	12520	100
9.Затраты на электроэнергию		руб.	31677,5	44348,1	140
10.Себестоимость 1МДж		руб./МДж	77 2,05 48,33 5,62	44,5 1,63 27,7 3,23	57,8
холода в том числе: - затраты на электроэнергию -заработная плата основная и дополнительная основных производственных рабочих - затраты на ремонт					79,5 57,3 57,5
11. Себестоимость годовой		тыс.руб.	1196,88	1206,83	100,8
эксплуатации
12.Количество циклов в год		цикл	16624	28998	174,4
13 . Условно-годовая экономия		руб.	-	881176,7	-
14. Окупаемость термокамеры		год	-	0,3	-
15.Коэффициент	экономиче-			3,3	-
ской эффективности		-	-

8.5. Выводы к разделу

В данном дипломном проекте представлены мероприятия по разработке термокамеры. Предусмотрены мероприятия по автоматизации и механизации технологических процессов.

В данном разделе представлены расчеты экономической эффективности (себестоимость 1МДж холода, себестоимость годовой эксплуатации, услов­но-годовая экономия).

При интенсификации процесса, происходит увеличение количества воз­можных циклов, что позволяет снизить себестоимость 1МДж холода, и оку­пить капитальные вложения на изготовление термокамеры в течение 0,3 го­да.

9. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ

9.1. Постановка проблемы

В Постановлении Правительства РФ от 17 ноября 2001 г. № 796 (с изме­нениями от 29 декабря 2001 г.) «О федеральной целевой программе «Энерго­эффективная экономика» на 2002-2005 гг. и перспективу до 2010 г.» сформу­лирована задача - снизить энергоемкость отраслей экономики России путем перевода экономики России на энергосберегающий путь развития за счет все­мерного использования энергосберегающих технологий и оборудования, при этом должно обеспечиваться снижение негативного воздействия на окру­жающую природную среду как объектов ТЭК, так и энергопотребляющих производств.

Уровень эффективности энергоиспользования является своего рода инди­катором научно-технического и экономического потенциала страны, позво­ляющего минимизировать издержки общества на удовлетворение своих энер­гетических потребностей. Большое негативное влияние на эффективность энергоиспользования оказывают энергорасточительство и бесхозяйствен­ность, плохо налаженный и необустроенный соответствующий аппаратурный учет и контроль использования топлива и энергии, а также недогрузка произ­водственныx мощностей из-за спада объемов производства в последние годы.

Более высокая энергоемкость экономики России связана и с ее климатически­ми особенностями. Энергозатратность производств всё в большей степени оп­ределяется постоянно возрастающей долей устаревших производственных фондов, изношенностью оборудования.

На различных предприятиях затраты электроэнергии на выработку холо­да, согласно проектным данным, должны составлять 25-30% общего количе­ства потребляемой электроэнергии, а фактически, по данным прямых замеров, они достигают 50-60%. В дальнейшем доля энергозатрат может даже увели­чиваться в связи с постоянной тенденцией к снижению температур хранения или испытания и интенсификацией процесса.

Одним из направлений проекта является проведение комплекса програм-ных энергосберегающих мероприятий, позволяющих снизить стоимость эксплуатации холодильного оборудования.

9.2. Анализ существующего положения

Вопросы снижения энергозатрат в настоящее время приобретают перво­степенное значение в связи с уменьшением мировых запасов топлива и еже­годным увеличением производственных мощностей предприятий.

При потреблении холода перерасход электроэнергии может быть обу-­

словлен:

- повышенными теплопритоками из-за повреждения или увлажнения изоляции ограждающих конструкций камер холодильной установки;

- отсутствием защиты кровли, южных и западных сторон ограждений;

- потерями холода через дверные проемы;

- недостаточной емкостью аккумуляторов холода;

- перегрузкой камер продукцией.

Так перерасход электроэнергии в среднем на 3,5% является следствием повышения температуры конденсации на 1 ºС. Повышение температуры кон­-денсации вызвано:

- наличием воздуха в холодильной системе - на 15 ºС;

- образование льда на трубах испарительного конденсатора толщиной всего в 1,5 мм - на 2,8 ºС;

- неравномерный обдув воздухом испарителя - на 1,5ºС.

Одновременное действие всех факторов, влияющих на повышение темпе­ратуры конденсации, может привести к перерасходу электроэнергии более чем на 60%.

9.3. Мероприятия по энергосбережению

Расход электроэнергии на работу холодильной установки складывается из затрат электроэнергии на привод компрессоров и вентиляторов в аппаратах подвода и отвода теплоты.

Наибольшая составляющая затрат энергии приходится на приводы ком­прессоров. Нормирование расхода электроэнергии при выработке холода осуществляется в зависимости от уровня температур, на котором подводится теплота, с учетом параметров рабочего тела, определенных по характерным точкам рабочего цикла холодильной машины, изображенного в тепловой диа­грамме. Нормирование расхода электроэнергии на действующих предприяти­ях необходимо проводить индивидуально с учетом особенностей и конструк­ции холодильной установки, способов подвода и отвода теплоты в ее аппара­тах, плотности тепловых потоков при условии обеспечения режимов холодильной технологии.

Главным мероприятием по снижению потребления электроэнергии на производство холода является автоматический контроль и регулирование пара-метров установки в сочетании с высокоэффективной изоляцией.

Автоматический контроль подразумевает дистанционное наблюде­ние за изменением физических величин или запись их численных значений. Корректный выбор объема контролируемых параметров позволя­ет не только фиксировать точность поддержания технологического про­цесса, но и производить выявление причин, вызывающих отклонение параметров процесса от проектного. Контроль параметров холодильной установки может производиться с помощью микропроцессоров или компьютеров. На хладоновых холодильных установках должны контро­лироваться и фиксиро-ваться следующие параметры:

- температура охлаждаемой среды в холодильно-технологическом оборудовании;

- давление всасывания хладагента в компрессор;

- температура и давление кипения хладагента в испарителе;

- температура всасывания хладагента в компрессор;

- температура и давление нагнетания хладагента компрессором;

- температура и давление конденсации хладагента;

- температура наружного воздуха;

Перечисленный перечень контролируемых параметров является ми­нимальным, который необходим для обеспечения снижения потребления электроэнергии на производство холода.

9.4. Оценка эффективности мер по энергосбережению

Затраты на электроэнергию, потребляемую термокамерой (аналогом) в год:

Зэ. =Nэ ·Тэфф·Цэ,

где Nэ - потребляемая мощность термокамеры, кВт;

Тэфф - эффективный фонд рабочего времени, ч/год;

Цэ= 1,62 руб. - цена 1 кВт·ч (средняя цена по России).

Зэ.а.= 2,5·8468·1,62 = 34295,41 руб./год.

Затраты на электроэнергию проектируемой термокамерой (с учетом того, что у данной камеры потребляемая мощность Nэ = 3,5 кВт)

Зэ.п.= 3,5·8468·1,62 = 48013,5 руб./год.

Увеличение расхода электроэнергии обусловлено применением в проекти­руемой термокамере более мощных компрессоров, что влечет за собой увели­чение холодопроизводительности установки и количества испытательных цик­лов в год в 1,74 раза, при этом снижается удельный расход электроэнергии на единицу вырабатываемого холода с 2,05 до 1,63 руб./МДж.

9.5. Выводы к разделу

Рассмотренное мероприятие является среднезатратным. Предлагаемая замена морально и физически устаревшего теплообменного оборудования на современное, а также другие мероприятия дают существенный производи­тельный эффект, повышают надежность работы технологической схемы и улучшают условия труда обслуживающего персонала.

10. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА

10.1. Введение к разделу

Объектом для проектирования является испытательная термокамера. Тер­мокамера предназначена для испытания изделий промышленности на воздействие отрицательных и положительных тем­ператур в определенных диапазонах, с заданной скоростью их изменения и оп­ределенной точностью поддержания. Термокамера изготовлена по проекту, от­вечающему требованиям действующих нормативно-технических документов.

Целью проектирования является не только достижение требуемой произ­водительности и качества проводимого испытания, но и обеспечение высокого уровня безопасности эксплуатации и обслуживания производственного обору­дования, а также улучшение условий труда.

В данном разделе доказывается, что применение хладагентов R22 и R23 являются экологически безопасным и не оказывает вредного воздействия на обслуживающий персонал при соблюдении техники безопасности.

10.2. Безопасность проекта

10.2.1. Основные опасности производства и условий труда

Получение низкоотриицательных испытательных температур в камере, яв­ляется следствием использования каскадной схемы на фреонах R22 и R23.

Наиболее часто фреоны представляют собой соединения четырех элементов: углерода, водорода, фтора и хлора. Последние три определяют многие из важ­нейших свойств, в частности горючесть, токсичность, время жизни в атмосфере.

Учитывая многочисленные свойства хладагентов, с тем чтобы обеспечить высокие энергетические и эксплуатационные характеристики низкотемпера­турных установок, им свойственны:

- токсичность, воздействие на людей и животных;

- запах;

- горючесть и взрывоопасность:

- прямое воздействие на глобальное потепление;

- влияние на озоновый слой Земли;

- химическая стабильность;

- коррозионная активность;

- легкость в обнаружении утечек.

Утечка хладагента возможна в узлах соединения трубопроводов (некаче­ственная пайка) или при заправке системы фреоном.

Безопасность хладагента - важнейший вопрос при его выборе.

Токсичность - это относительное свойство, которое проявляется, если соз­дается опасная степень концентрации данного вещества в воздухе.

Фреоны R22 и R23 относятся к I группе - высокотоксичные хладагенты, которые способны вызвать смерть или нанести серьезный вред здоровью чело­веку при относительно небольшой концентрации или при нахождении челове­ка в такой атмосфере сравнительно короткое время

При вдыхании воздуха с большим содержанием этих газов появляются признаки отравления, а при вытеснении ими воздуха человек погибает от уду­шья. Жидкий R22 ,попадая на кожу, может вызвать отморожение, а попадаю в глаза - повредить их. При нагревании может разлагаться с образованием ядо­витыx веществ. Все эти опасности возрастают с увеличением количества холо-дильного агента в системе. Предельно допустимые концентрации (ПДК) фрео­нов, применяемых в проекте, согласно [15] составляет 3000мг/м³.

Присутствие хладона в машинном отделении, производственныx помещении, холодильной камере определяют с помощью газоанализаторов и сигнализаторов, датчики которых находятся в местах, в которых утечка хлада­гента наиболее вероятна. При достижении концентрацией хладона в воздухе порогового значения включается световая или звуковая сигнализация. Утечки хладона можно обнаружить течеискателем или по масляным пятнам, по присутствию красителя, если он введен в хладагент.

Работа термокамеры отличается высоким уровнем автоматизации техно­логических процессов. Все технологические линии оборудованы автома­тическими панелями управления, имеют блокировки и системы ава­рийной остановки.

Такой уровень автоматизации повышает безопасность ведения технологического процесса.

В случаях неисправности электрооборудования, нарушения изоляции, от-сутствия заземления, имеется опасность поражения электрическим током, кото-рая увеличивается в сырых помещениях.

Вредными производственными факторами, вредно влияющими на организм человека, являются шум и вибрация при работе компрессора.

10.2.2. Электробезопасность

Согласно требованиям [16] электробезопасность должна обеспечиваться:

- конструкцией установки;

- техническими способами и средствами защиты;

- организационными и техническими мероприятиями.

10.2.2.1. Обеспечение электробезопасности конструкцией установки.

Конструкция испытательной термокамеры разработана таким образом, чтобы работающие не подвергались опасным и вредным воздействиям электрического тока и электромагнитных полей, и соответствовала требо-ваниям электробезопасности.

10.2.2.2.Обеспечение электробезопасности техническими способами и средства­ми защиты.

Для обеспечения оптимальной защиты от поражения электрическим то­ком целесообразно применять технические способы и средства в сочетании друг с другом.

Для обеспечения защиты от случайного прикосновения к токоведущим частям термокамеры применены следующие способы и средства:

- безопасное расположение токоведущих частей;

- изоляция токоведущих частей;

- защитное отключение.

Для обеспечения защиты от поражения электрическим током при при­косновении к металлическим нетоковедущим частям установки, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции, согласно [17] применены следующие способы:

-защитное заземление;

- защитное зануление;

- контроль изоляции.

3ащитное заземление следует выполнять преднамеренным электрическим соединением металлических частей электроустановок с "землей" или её эквива­лентом.

В качестве заземляющих устройств электроустановок должны использо­-

ваться естественные заземлители.

3ануление следует выполнять электрическим соединением металлических частей электроустановок, доступные для прикосновения человека и не имею­щие других видов защиты, обеспечивающих электробезопасность.

В качестве заземляющих и нулевых защитных проводников следует ис­пользовать специально предназначенные для этой цели проводники, а также металлические строительные, производственные и электромонтажные конст­рукции.

В соответствии с [17] защитное заземление или зануление электроуста-новок следует выполнять:

- при номинальном напряжении 380 В и выше переменного тока и 440 В и

выше постоянного тока - во всех случаях;

- при номинальном напряжении от 42 В до 380 В переменного тока и от 110 В до 440 В постоянного тока при работе в условиях с повышенной опасно­стью и особо опасных.

В электроустановках до 1000 В с заземленной нейтралью с целью обес­печения автоматического отключения аварийного участка проводимость фаз­ных и нулевых защитных проводников должна быть такой, чтобы при замы­кании на корпус возникал ток короткого замыкания, превышающий не менее чем в 3 раза номинальный ток плавкого элемента ближайшего предохранителя. В 1,4 и в 1,25 раз относительно тока установки автоматического выключателя с номинальным током до 100 А и более 100 А соответственно в соответствии с [18].

Сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединены вы­воды однофазного источника питания электроэнергией, с учетом естественных заземлителей и повторных заземлителей нулевого провода должно быть не бо­лее 4 Ом при межфазном напряжении 380 В.

При включении различного рода электрооборудования необходима про­верка целостности изоляции, кабеля, надёжности крепления заземления и пус­ковых устройств. С целью профилактики производится инструментальная про­верка исправности электрооборудования и заземления 1 раз в год.

10.2.2.3. Организационные и технические мероприятия по обеспечению элек-тробезопасности.

Для обеспечения электробезопасности при работе термокамеры должны

выполняться следующие организационные мероприятия:

- назначение лиц, ответственных за организацию и безопасность производства работ;

- организация надзора за проведением работ;

- установление рациональных режимов эксплуатации термокамеры.

10.2.3. Пожарная безопасность

Помещение, где может располагаться камера, согласно [19], от­носится к категории «Д», т. к. в нем обращаются негорючие вещества и материалы.

Причинами возникновения аварий, взрывов или пожаров на холодильных установках, которые не только приводят к нарушению нормаль-ной эксплуата­ции, порче технологического оборудования, трубопроводов и изоляции, но и к несчастным случаям, являются несоблюдение правил по устройству оборудования и коммуникаций и их эксплуатации.

Основные причины следующие:

- неисправная электропроводка;

- неаккуратное обращение с огнем;

- возгорание из-за разлива агрессовых жидкостей.

В соответствии с [20] на территории предприятия завода предусмотрена система противопожарного водоснабжения. В помещении пре­дусматривается внутренний противопожарный водопровод с пожарными гид­рантами.

В помещениях также находятся первичные средства тушения пожаров:

- огнетушители типа ОХП-3, ОХП-5, ОУ-8;

- ящики с песком для тушения загорания связанного с электричест-вом и кислотами;

- асбестовое одеяло.

В помещениях должны быть вывешены технологические и электрические схемы, должностные и эксплуатационные инструкции, плакаты и наглядные пособия по технике безопасности. Помещение также должно быть оборудова­но электрической пожарной сигнализацией, телефоном.

Территория и подъезды должны содержаться в чистоте и свободные к про­езду. Из зданий предусмотрены эвакуационные выходы.

Пожаро- и взрывоопасность ХФУ (хлор-, фторсодержащих углеводо-родов) заметно снижается с уменьшением чис­ла атомов водорода в молекуле холодильного агента и возрастанием числа ато­мов хлора, фтора. Так R22 и R23 не воспламеняются и не взрывоопасны.

10.2.4. Защита от шума и вибрации

Шум на производстве наносит большой экономический и социальный ущерб. Неблагоприятно воздействуя на организм человека, он вызывает пси­хические и физиологические нарушения, снижающие работоспособность и создающие предпосылки для общих и профессиональных заболеваний и про­изводственного травматизма.

Для защиты от шума выполняются мероприятия по уменьшению шума в источнике его образования посредством изоляции звукопоглощающими или звукоизолирующими материалами. Кроме того, данный фактор определяется рациональностью размещения технологического оборудования, акустической обработкой помещений.

Изоляция источников шума включает такие средства, как звукоизоли­рующие ограждения, кожухи, кабины.

В случаях, когда не удаётся снизить уровень шума до допустимых преде­лов, применяют индивидуальные средства защиты. В качестве средств защиты от шума в соответствии с [21] используются мягкие противо­шумныe вкладыши, вставляемые в уши, тампоны из ультратонкого волокна или жёсткие из резины или эбонита. Также применяются наушники, шлемы .

В соответствии с [22] виброизоляция осуществляется путем установки источников вибрации на виброизоляторы, а также применением гибких вставок в коммуникациях воздуховодов; использованием упругих про­кладок в узлах крепления механизмов, воздуховодов, и т.д.

Для уменьшения вибрации кожухов, ограждений и других деталей, вы­полненныx из стальных листов, на них наносят вибропоглощающий слой, рас­сеивающий энергию колебаний.

Для защиты рук от воздействия локальной вибрации, согласно [23],
применяют рукавицы или перчатки следующих видов: со специ­альными виброзащитными упруго-демпфирующими вкладышами, полностью изготовленные из вибразащитного материала, а также виброзащитныe про­кладки или пластины, которые снабжены креплениями к руке. Для защиты от вибрации, передаваемой человеку через ноги, рекомендуется носить обувь на войлочной или толстой резиновой подошве.

Уровень шума рабочих зонах производственных помещений - 80 дБл. допустимое значение для данного вида деятельности составляет 65 дБл.

10.2.5. Промышленное освещение

Промышленная освещенность - это использование световой энергии для обеспечения зрительных условий на производстве.

Правильно спроектированное и рационально выполненное освещение про­изводственных помещений оказывает положительное психофизическое воз­действие на работающих, способствует повышению эффективности и безопас­ности труда, снимает утомление, уменьшает травматизм, сохраняет высокую работоспособность.

При недостаточной освещенности и плохом качестве освещения состояния зрительных функций человека находится на низком исходном уровне, по­вышается утомление зрения в процессе выполнения работы, возрастает риск производственного травматизма.

В производственных помещениях приемлемо естественное освещение ­через световые проёмы в наружных стенах; световой коэффициент (СК) дол­жен быть в пределах 1:6 - 1:8. В бытовых помещениях СК должен быть не меньше 1:10. Коэффициент естественного освещения (КЕО) должен быть пре­дусмотрен с учетом характера труда и зрительного напряжения.

Расчет естественной освещенности производится по формуле:

Sо = S
п ×
Е
п

×К
3
×N
о

×К
3д ,

100 ×Тo ×
Т1

где Sо - площадь световых проемов;

Sn - площадь пола помещения;

Еn - коэффициент естественной освещенности;

Кз - коэффициент запаса;

No - световая характеристика окон;

Кзд - коэффициент, учитывающий затемнение окон противостоящими здания-ми;

ТО - общий коэффициент светопропускания;

Т1 - коэффициент отражения от поверхности помещения.

В результате расчета получаем требуемую площадь световых проемов окон Sо.

При недостаточном естественном освещении используют искусственное освещение. Оно создается электрическими источниками света - люминесцент­ными лампами. При организации производственного освещения необходимо обеспечить равномерное распределение яркости на рабочей поверхности и ок­ружающих предметах. Т.к. требуется постоянное общее наблюдение за ходом технологического процесса то освещенность должна быть в соответствии с [24] не менее 1500 лк.

Нормирование искусственной освещенности производится согласно [25] с учетом разряда зрительных работ (размеры объекта различе­ния, цвета фона, величина контраста между объектом и фоном) и типа освеще­ния (общее и комбинированное).

10.2.6. Микроклимат

Одним из необходимых условий нормальной трудовой деятельности чело­века является обеспечение правильных микроклиматических условий в произ­водственном помещении. Нормальное тепловое самочувствие человека дости­гается, когда его тепловыделение полностью воспринимается окружающей средой. В этом случае температура внутренних органов человека остается по­стоянной.

Микроклимат, или метеорологические условия, производственных поме­щений, т.е. климат внутренней среды этих помещений, определяется дейст­вующими на организм человека сочетаниями температуры, влажности и ско­рости движения воздуха, а также температурой окружающих поверхностей.

В соответствии с [26] значения температуры, относи­тельной влажности и скорости движения воздуха устанавливаются для рабочей зоны производственных помещений в зависимости от категории тяжести вы­пoлняeмoй работы, величины избытков явного, выделяемого в помещении, теп-ла и периода времени. Под явным теплом понимается тепло, поступающее в помещение от оборудования, отопительных приборов, нагретых материалов и других источников, которое воздействует на температуру воздуха в помеще­нии.

Показатели микроклимата должны обеспечивать сохранение теплового баланса человека с окружающей средой и поддержание оптимального или допустимого теплового состояния организма.

Микроклимат производственного помещения согласно [26] , где находит-ся данное оборудование, которое обслуживается одним аппаратчиком (категория тяжести работы - легкая l б), должен соответствовать следующим нормам:

-период года	Холодный	Теплый
-температура воздуха, ºС	21-23	22-24
- температура поверхностей *, ºС	20-24	21-25
- относительная влажность воздуха, %	40-60	40-60
- скорость движения воздуха, м/с	0,1	0,1
- площадь помещения на одного рабочего (минимальная), м²	6	6

* Учитывается температура поверхностей ограждающих конструкций (стены, потолок, пол), устройств (экраны и т.п.), а также технологического оборудования или ограждающих его устройств.

Допустимые величины интенсивности теплового облучения поверхности тела работающих от производственных источников:

Облучаемая поверхность тела, %	Интенсивность теплового
	облучения, Вт/м², не более
50 и более	35
25 - 50	70
не более 25	100

Эффективным средством обеспечения надлежащих параметров микро­климата рабочей зоны является вентиляция. Вентиляция - это организованный воздухообмен, заключающийся в удалении из рабочего помещения загрязнен­ного воздуха. Вентиляция системы должна создавать на рабочих местах, в ра­бочей и обслуживающих зонах метеорологические условия, чистоту воздуш­ной среды, соответствующую санитарным нормам, не должны увеличивать взрыво- и пожароопасность, не способствовать распространению взрыва, по­жара и продуктов горения в другие помещения.

В зависимости от назначения вентиляции может быть приточной и вы­тяжной. Вытяжная вентиляция служит для удаления из помещений загрязнен­ного воздуха и выброса его за пределы цеха или корпуса, а приточная – для подачи в помещение чистого воздуха взамен удаленного. В помещении, где оборудована термокамера имеется приточная-вытяжная вентиляция.

Отопление предусматривается общезаводское.

10.3. Экологичность проекта

Как известно, экология - наука об отношениях растительных и животных организмов и образуемых ими сообществ между собой и окружающей средой. Объектами экологии могут быть популяции организмов, виды, сообщества, эко­система и биосфера в целом. В наше время в связи с загрязнением окружающей среды усилившимся влиянием человека на природу экология приобрела, особое значение. Осознав угрозу экологического кризиса - критического состояния ок­ружающей среды, угрожающего существованию людей, человечество все боль­ше внимания уделяет рационализации использования основных природных ре­сурсов: воды, воздуха, почвы, растительного и животного мира.

В настоящее время выделяют следующие глобальные (актуальные для всего человечества) экологические проблемы:

-изменение климата Земли в результате выброса в воздух веществ, природ­ная концентрация которых достаточна мала;

-замусоривание и иное изменение космического пространства;

-общее ослабление стратосферного озонного экрана в результате выброса в атмосферу окисла азота (результат сгорания горючего самолетов), фреонов;

- загрязнение атмосферы с образованием кислотных осадков;

-загрязнение океана;

-радиоактивное загрязнение окружающей среды.

Экологичность проекта заключается в применении мероприятий по предот­вращению отрицательного воздействия на человека и среду окружающую его.

Задачи сбережения озонового слоя Земли, снижения последствий глобаль­ного потепления расширили требования к холодильным агентам. К ним, прежде всего, относятся экологические: низкая озоноразрушающая способность; по возможности существенно более низкий потенциал глобального потепления; не­горючесть; взрывобезопасность и нетоксичность.

Экологические требования к технологическим процессам проводится, глав­ным образом, через [27], [28] и другие документы, в которых инженерно-технические решения увязаны с экологическим нормативом. Экологический норматив преду­сматривает обязательные условия сохранения структуры и функций экосистемы, а также всех экологических компонентов, которые жизненно необходимы при хозяйственной деятельности человека. Эколог-ический норматив определяет сте­пень максимально допустимого вмеша-тельства человека в экосистемы.

[28] регламентирует конструктивные решения проектирования зданий, где может эксплуатироваться камера; требования, предъявляемые к теп­лоизоляционным материалам, отоплению и вентиляции в помещении.

Независимо от степени автоматизации термокамеры и наличия регулирую­щих и защитных устройств, все аппараты, работающие под давлением, оснаще­ны необходимыми контрольно-измерительными приборами и предохранитель­ными устройствами. Их назначение - обеспечить контроль за параметрами рабо­ты камеры и предотвратить выход параметров за пределы безопасных значений. В обязательный перечень контрольно-измерительных приборов входят маномет­ры, термометры и указатели уровня.

10.4. Чрезвычайные ситуации

Возможные ЧС техногенного характера - это промышленные аварии с разрушением технических систем, зданий, сооружений с человеческими жерт­вами, выбросом аварийно химически опасных веществ (АХОВ), пожары, взрывы аварии на транспорте (ж/д, авто) ЧС природного характера: лесные пожары, наводнения и половодья, землетрясения, а также инфекционные за­болевания (эпидемии).

Способы защиты при ЧС техногенного характера:

- при пожарах: вызов пожарной команды, и тушение пожара персона-лом боевого расчета ДПД цеха;

- ликвидация источников загорания (кабельный отсек, водород).

При авариях с выбросом АХОВ:

- укрытие персонала в защитных сооружениях;

- эвакуация людей, использование СИЗ;

- проведение химических и медико-биологических мероприятий за-щиты. При ЧС природного характера: организация оповещения населения о ЧС,

укрытие в защитных сооружениях, оказание первой медицинской помощи,

проведение аварийно-спасательных работ.

При наводнении следует подняться на верхние этажи или на крышу цеха. В случае землетрясения следует немедленно покинуть помещение. Если вый­ти невозможно, нужно встать в дверном или оконном проеме. Находясь на улице, постараться как можно быстрее отойти от здания.

Получив предупреждение об урагане, необходимо прекратить работы, за­крепить оборудование, которое может пострадать от урагана, и спрятаться в убежищах или укрытиях.

Для управления объектом при возникновении чрезвычайной ситуации не-обходимо отключить питание всех электропотребителей, за исключением ава­рийного освещения, остановить технологический процесс. В ближайшие сроки необходимо установить причину возникновения опасной ситуации, предотвра­тить поражение обслуживающего персонала. Данную работу на предприятии осуществляет начальник ГО и ЧС совместно с пожарной охраной предприятия и со службой ЧС города. Руководство ГО несет персональную ответственность за организацию и осуществление мероприятий ГО, создание и обеспечение со­хранности накопленных фондов индивидуальных и коллективных средств за­щиты и имущества, а также за подготовку сил и средств ликвидации ЧС, обу­чение населения и персонала предприятия к действиям в ЧС на ведомственных территориях и объектах.

У начальников ГО объектов рабочим аппаратом являются штабы, ком­плектуемые штатными работниками и должностными лицами, не освобожден­ными от своих основных обязанностей. Штаб является органом управления начальником ГО объекта, на который возлагается:

- организация и обеспечение непрерывного управления ГО при любых авариях, катастрофах и стихийных бедствиях;

- своевременное оповещение служб, рабочих, служащих и населения, при­ле-гающих населенных пунктов о возникновении ЧС;

- разработка плана ГО;

- осуществление мероприятий по защите трудового коллектива;

- обучение личного состава формирований ГО, рабочих и служащих;

- поддержание в постоянной готовности сил и средств для действий в ЧС.

Для организации проведения специальных мероприятий ГО и ЧС, подго­товки сил и средств, управления ими при проведении спасательных и других неотложных работ создаются службы: связи и оповещения; охраны общест­венного порядка; противопожарная; аварийно-техническая; убежищ и укры­тия; медицинская; противорадиационной и противохимической защиты; авто­транспортная; материально-технического снабжения и др.

Количество служб определяется начальником ГО объекта в зависимости от специфики предприятий и наличие структурных подразделений для их ор­ганизации.

После удаления опасных факторов и угрозы поражения работающих в со­ответствии с распоряжением начальника штаба ГО и ЧС можно возобновить технологический процесс.

10.5. Выводы к разделу

10.5.1. В данном разделе описаны основные опасности, существующие при эксплуатации испытательной термокамеры, вредные производственные фак­торы и их влияние на человека. Помещение, где эксплуатируется камера, должно соответствовать требованиям техники безопасности и нормам условий труда. Вентиляция и освещение должны быть смонтированы с учетом всех требований, в помещении должна поддерживаться оптимальная для обслужи­вания установки температура.

Безопасность проекта заключается в применении мероприятий по предот­вращению отрицательного воздействия хладагентов на человека и среду ок­ружающую его путем автоматизации оборудования и наличия регулирующих, защитных устройств, соблюдение мер пожаро -, взрыво -, электробезопасности.

10.5.2. Элекrpобезопасностъ должна обеспечиваться согласно [16]. К защит­ным мерам от опасности прикосновения к токоведущим частям электроуста­новок относятся: изоляция, ограждение, блокировка, пониженные напряже­ния, электрозащитные средства, сигнализация и плакаты. Защитное заземление и защитное зануление обеспечивается в соответствии с [17].

10.5.3. Пожаробезопасность должна обеспечиваться согласно [20].

10.5.4. Защита от шума и вибраций должна обеспечиваться в соответствии с [21], [22]. Индивидуальная защита рук от виб­рации должна обеспечиваться согласно [23] .

10.5.5. Промышленная освещенность должна обеспечиваться, исходя из об-щих положений [25] .

10.5.6. Микроклимат в рабочей зоне должен обеспечиваться требованиями к вентиляции и отоплению производственных помещений, приемлемыми для работы термокамеры и обслуживающего персонала. Требования исходят из общих положений [26] и [28] .

10.5.7. Для уменьшения усиленного влияния деятельности человека на окру­жающую среду должны предусматриваться мероприятия по защите окружаю­щей среды от отходов производства, очистке выбросов и стоков.

Отходы производства, которые могут оказать вредное воздействие на окружающую среду, должны быть обезврежены.

Для уменьшения воздействия опасности вредных факторов могут исполь­зоваться индивидуальные и коллективные средства защиты.

Предельно допустимые концентрации (ПДК) фреонов, применяемых в проекте, согласно [15] не должна превышать 3000мг/м³.

10.5.8. При возникновении чрезвычайной ситуации на производстве по пе­реработке пластмасс должно быть отключено питание всех электропотребите­лей, за исключением аварийного освещения и остановлен технологический процесс. В ближайшие сроки должна быть установлена причина возникнове­ния опасной ситуации. После удаления опасных факторов и угрозы поражения работающих в соответствии с распоряжением начальника штаба ГО и ЧС тех­нологический процесс должен быть восстановлен. должны быть предусмот­рены эвакуационные выходы из цеха или здания.

ЗAКЛЮЧЕНИЕ

В дипломном проекте разработана испытательная термокамера объемом 0,195 м³ с диапазоном температур от -60ºС до 80ºС.

В проекте рассчитан рабочий цикл и рассмотрена схема с необходимым оборудованием для функционирования термокамеры.

Описаны требования, предъявляемые к хладагентам и свойства рабочих веществ.

Приведены расчеты холодильной установки, на основе которых подобра­но основное стандартное оборудование и разработано новое.

Описана автоматизация камера с приборами автоматического регулирова-ния и защиты.

Рассмотрены вопросы безопасности и экологичности проекта.

В разделе «энергосбережение» рассмотрена производственная эффектив-ность замены устаревшего оборудования новым, более мощным.

Согласно проведенному технико-экономическому обоснованию проекта определена себестоимость годовой эксплуатации термокамеры – 1206,83 тыс. руб., количество циклов в год - 28998, условно-годовая экономия – 881176,7 руб. и окупаемость капитальных затрат термокамеры - 0,3 года.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Курылев Е.С., Оносовский В.В., Румянцев Ю.Д. Холодильные уста­новки. 2-е изд., стереотип. СПб.: Политехника, 2002.576 с.

2. Румянцев Ю.Д., Колюнов В.С. Холодильная техника: Учеб. Для ву­зов.- СПб.: Изд-во «Профессия», 2003. 360с.

3. Кондрашова Н.Г., Лашутина Н.Г. Холодилъно - компрессорные маши-ны и установки. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1984. 335с.

4. Бараненко А.В., Бухарин Н.Н., Пекарев В.И. и др. Холодильные машины. СПб.: Политехника, 1997. 992с.

5. Кошкин Н.Н., Сакун И.А., Бамбушек Е.М. Холодильные машины. Л.:

Машиностроение, 1985. 510с.

6. Дытнерский Ю. И. Основные процессы и аппараты химической тех­нологии. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Химия, 1991. 496с.

7. Бабакин Б.С. Хладагенты, масла, сервис холодильных систем: Монография. - Рязань: Узорочье. 2003. 470с.

8. Павлов К.Ф, Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. 10-е изд., перераб. и доп. Л.: Химия, 1987. 576с.

9. Зеликовский И.Х Малые холодильные машины и установки. Справоч-ник. Л.:Машиностроение, 1989. 676с.

10. Кошкин Н.Н., Сакун И.А., Бамбушек Е.М. Тепловые и конструктив-ные расчеты холодильных машин. Л.:Машиностроение, 1976. 464с.

11. Богданов С.Н., Иванов О.П,, Куприянова А.В. Холодильная техника: Свойства веществ: Справочник. 2-е изд. Л.:Машиностроение, 1976. 168с.

12. Быков А.В. Холодильные компрессоры: Справочник. Л.:Машино-строение, 1992. 365с.

13. Организация и планирование производства. Управление предприяти-ем: Методические указания к выполнению курсового проекта. Н.М. Треть­якова. Свердловск:УПИ, 1988.

14. Авилов В.А., Иоффе Р.М., Центовский М.Г. Экономическое обосно­вание дипломных проектов. К.: 1963. 98с.

15. ГН 2.2.5.1827-03.ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны.

16. ГОСТ 12.1.019-79(2001). ССБТ. Электробезопасность. Общие требо-вания и номенклатура видов защиты.

17. ГОСТ 12.1.030-81(2001). ССБТ. Электробезопасность. Защитное за-земление. Зануление.

18. ГОСТ 12.4.155 - 85. Устройства защитного отключения. Классифи­кация Общие технические требования.

19. НПБ 105-03. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности.

20. ГОСТ 12.1.004-91(1999). ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требова­ния.

21. ГОСТ 12.1.029-80(2001). Средства и методы защиты от шума.

22. ГОСТ 12.1.012-90(1996). ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования .

23. ГОСТ 12.4.002-97. ССБТ. Средства защиты рук от вибрации. Технические требования и методы испытаний.

24. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03. Гигиенические требования к естественно- му, искусственному и совмещенному освещению.

25. СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение.

26. СанПин 2.2.4.548-96. Гигиенические требования к микроклимату

производственных помещений.

27. ГОСТ Р 12.2.142-2000. ССБТ. Системы холодильные холодопроиз­водительностью свыше 3.0 кВт. Требования безопасности.

28. СНиП 2.11.02-87.Холодильники