Расчет и конструирование холодильного шкафа

- однокомпрессорная холодильная установка имеет более простую, по сравнению с двухкомпрессорной, конструкцию. Это дает нам меньше узлов в которых может возникнуть неисправность, тем самым увеличивается надежность агрегата.

- мой холодильник  эконом класса, а так как компрессор  является одним из самых дорогих  узлов ХК, то установив один  компрессор, мы тем самым можем  уменьшить его стоимость.

Рис .1. Схема охлаждения

 

3.ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ КОНСТРУКТОРСКИХ  РЕШЕНИЙ ШКАФА И АГРЕГАТА

 

Со времен появления первых холодильников  их внешний вид изменился практически  до неузнаваемости. Первые модели домашних холодильников появились в США  еще в 1910 году. Тогда они представляли собой довольно громоздкую конструкцию: холодильник занимал на кухне  площадь, равную 1 м², его объем в  пять раз превышал емкость холодильной  камеры, а компрессор приводился во вращение электродвигателем с ременной передачей. Подшипники электродвигателя требовалось смазывать раз в  неделю. Холодильный шкаф такого холодильника был сделан из дерева.

К концу 20-х годов благодаря внедрению  цельнометаллических холодильных  шкафов холодильники стали герметичными и более компактными и теперь по виду напоминали изящные шкафчики. В начале 30-х годов появляются первые двухкамерные холодильники. Тогда  же производители начинают предлагать настенные и встроенные модели. В  этот период в моду входят плавные  обтекаемые формы изделий, поэтому  углы холодильников скругляют, а  ножки скрывают за боковыми панелями, доходящими до пола. В качестве украшения  для холодильников используются хромированные полоски и отделку  из нержавеющей стали. В некоторых  моделях низкотемпературное отделение  переносят в нижнюю часть. Холодильники больших размеров для удобства оснащаются двумя дверьми, которые в середине 30-х годов стали снабжать полками. В этот период более пристальное  внимание начинают уделять экологическому аспекту. Холодильники становятся более  безопасными, поскольку в качестве хладагентов в них теперь используют фреоны. В конце 50-х в Европе наметилась тенденция возврата к прямоугольной  форме шкафа. Дно холодильной  камеры стали располагать почти  у самого пола, что позволяло максимально  использовать пространство. В 60-е годы в Европе большое распространение  получают внутренние камеры, сделанные  из пластмассы. В США отдавали предпочтение металлу, поскольку в стране цена на него была относительно невысокой. На стальную камеру холодильника наносили эмаль, гальваническое или пластмассовое покрытие. Также камеры производили из окрашенного алюминия.

В настоящее время большое значение предают форме шкафа. Большой  популярностью пользуются встроенные холодильные шкафы. В большинстве  подавляющем случаях, холодильники имеют две камеры и их высота обычно составляет около 1.8-2 м. Уделяется внимание внутренней отделке: качеству пластика, материалу полок (полки в настоящее время изготовляют из прочного стекла. Также внимание уделяют дизайну шкафа, внешнему виду таких элементов, как ручка открывания двери или же форме самой двери, ведь в настоящее время на холодильник наносят эмаль на которой можно писать маркерами. Также иногда встраивают LCDтелевизоры. Не мало важным остается степень автоматизации холодильного шкафа, способ оттаивания, способ регулировки температур воздуха в камерах.

На основании  проведенного литературного и патентного обзора наиболее рациональным можно  считать для нашего случая конструкцию  шкафа с наружным корпусом из листовой  малоуглеродистой стали (толщиной 0,6мм) с фосфатированием и двухслойным покрытием синтетической эмалью.

В качестве материала изоляции выбираем пенополиуретан  заливаемый в пространство между стенками шкафа при его изготовлении и обладающий наилучшими тепловыми свойствами (). В качестве вспенивателя ППУ принимаем циклопентан, не наносящий ущерба окружающей среде.

Внутренние  стенки шкафа предполагаем изготавливать формованием из ударопрочного полистирола (толщиной стенки 2 мм).

 

 

 

 

 

 

4. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ ШКАФА

 

Нормативные коэффициенты теплопередачи рекомендуемые справочной литературой  для промышленный конструкций холодильников использовать нельзя.

 Возможно задаться толщинами слоев изоляции ХК и НТО по аналогии с прототипами, либо вести расчет ориентируясь по средним значениям коэффициентов теплопередачи:

для холодильной  камеры – К_хк= 0,7Вт/м²*К°

Принимаем  такие значения в качестве нормативных и по ним проводим расчет.

Рассчитываем  толщину основного слоя изоляции :

где K - коэффициент теплопроводности основного слоя изоляции, Вт/м^*К°.

Вт/м^*К°

– коэффициент  теплопередачи(К_нто= 0,54Вт/м²*К°; К_хк=0,7Вт/м²*К°)

 –  коэффициенты теплоотдачи, соответственно  от воздуха и от внутренней  поверхности, Вт/м^2*К°.

Вт/м^2*К°

 –  толщина слоев материала ограждающих  конструкций, м.

для стали  -0.0005

для полистирола 0,001

 –  коэффициент теплопроводности материала,  Вт/м^*К°.

для стали  -52

для полистерола 0,014

Поставив, получим:

 

Общая толщина боковой стенки:

_{Принимаем действительную стены}

Так как принятая толщина изоляционного слоя боковой  стенки мало отличается от расчетного значения то действительный коэффициент  теплопередачи боковой стенки принимаем  равной расчетному

К_дб=0,7Вт/м^2*К°.

коэффициент теплопередачи задней стенки принимаем равной расчетному

К_дб=0,68Вт/м^2*К°.

Учитывая, что  задняя стенка расположена конденсатора, температур которого °С, то целесообразно толщину задней стенки увеличить по сравнению с толщинами боковых стенок, двери и верха.

По результатам исследования конструкции  шкафа БХП – прототипов можно  записать, что толщину задней стенки увеличиваем на 10-20℅ по сравнению  с боковыми, Поэтому принимаем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ШКАФА

 

Холодильник ШХ-220 представляет собой шкаф, изготовленный из панелей прямоугольной формы , который, в свою очередь, состоит из наружного и внутреннего шкафов. Наружный шкаф металлический, а внутренний изготовлен из ударопрочного полистирола; пространство между ними заполнено теплоизоляцией. В качестве теплоизоляции применяют пенополиуритан (АБС), который жестко соединяет между собой наружный и внутренний шкафы, превращая их в неразборный моноблок.

Передний  проем шкафов закрывается дверью. Пространство между внутренней панелью двери и металлическим корпусом также заполнено пенополиуретановой теплоизоляцией, в связи с чем раздельная замена отдельных элементов дверей невозможна.

Рис.2. Общий  вид шкафа

Так как проектируемый БХП 5грсложности по ГОСТ16317 то содержыт одну камеру, обьем которой равен общему объему 220л.

Задавшись габаритными размерами  шкафа в плане Ш×Г=600×600мм проведем расчет внутренних значений шкафа с учетом рассчитанных значений толщины стенок. Расчетная схема для стенок внутренней ширины    

Так как размеры  шкафа не указаны в задании, принимаем  размеры и внутренней длины шкафа 

b=600мм=0,6 м.

l=600мм=0,54м

Рассчитываем внутренние габариты холодильника.

_{ггде С=9мм ширена конденсатора}

_{а1=19мм ширена наружного крепления конденсатора}

_{а2=26мм ширена внутреннего крепления конденсатора}

_{Определяем  внутришние габариты НТО}

мм

Где: S=20мм растояния между НТО и стенкой холодильника

=30мм расстояния между НТО  и дверью холодильника 

Внутреннюю высоту шкафа определяем исходя из того, что общий оббьем≈220 , тогда можно записать для внутренней высоты шкафа: 

_{Определяем  высоту НТО оно  зависит от объема НТО  которое как правило оно равняется 15%-20% обшего объема}

 

Для  определения габаритной высоты шкафа составляем расчетную схему, из которой запишем.

где n – высота ножек холодильника n = 30…50 мм.

Расчетные схемы шкафа приведены  на рис. 3,4

Размеры по среднем линиям необходимы для калорического расчета, находим эти размеры.

Внутренняя по средней линии:

Высота по средней лини:

 

Рис.3. Разрез в плане ХК

 

Рис.4 Расчетная схема шкафа холодильника  
6.КАЛОРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КАМЕР

 

Из расчета  изоляции получаем коэффициенты теплопроводности:

Определяем площади ограждений шкафа:

Расчет  для холодильной камеры:

для задней стенки:

для остального:

 

Расчет холода через стенки:

Расчет  для холодильной камеры:

для задней стенки:

, Вт

где – температура окружающей среды = 38°

 –  температура в холодильной камере  = 5°

для остального(2верх+2бока+дверь):

, Вт

 

Расход холода на охлаждение продуктов:

для холодильной  камеры:

 

где - теплоемкость продуктов, ккал/кг*°С

       - вес продукта, охлаждаемого в сутки, кг

 

Определяем  по формуле:

, кг/сут

где  - удельное количество продукта на 1м² полки

         – суммарная площадь полок, при количестве полок принятом конструктивно и площадью 1 полки 0,458*0,46 м.

 

Принимаем 5 полки

Определяем  расход холода вследствие открывания дверей:

для холодильной  камеры:

 

Определяем холодопроизводительность холодильного агента:

 

где b – коэффициент рабочего времени, b = 0,6…0,8 

 

 

7.ВЫБОР РАСЧЕТНОГО РАБОЧЕГО  РЕЖИМА ХОЛОДИЛЬНОГО АГРЕГАТА

 

Расчетный рабочий режим холодильной  установки характеризуется температурами  кипения t_о конденсации t_к  , всасывания (пара на входе в компрессор) t_вс , Значения этих параметров выбирают в зависимости от назначения холодильной установки и расчетных наружных условий.

Температуру кипения в установках с непосредственным охлаждением  принимают в зависимости от расчетной  температуры воздуха в камере.

 

Выбор рабочего режима холодильного агрегата

При проектировании бытовых холодильных  установок в компрессионных холодильных  машинах температуру кипения  хладогента принимают на 13 °С ниже температуры воздуха в камере:

Для нашего случая принимаем:

°С

Температуру конденсации для установок с  конденсатором воздушного охлаждения принимают на 55 с выше температуры окружающего воздуха.

Температуру всасывания принимаем °С

 

 

 

 

 

 

 

 

8. ПОСТРОЕНИЕ ЦИКЛА ilgpДИАГРАММЫ

 

Построение цикла в диаграмме i-1g р выполняем в следующей последовательности:

1.  На диаграмму наносим линии  постоянного давления (изобары) р₀ и

р_к, соответствующие температурам насыщения при t_о и t_к  .

2. На пересечении изобары р_о с изотермой t₁ находим точку 1, характеризующую состояние перегретого пара на входе в компрессор.
3. Через точку 1 проводим линию постоянной энтропии (адиабату) до ее пересечения с изобарой р_к в точке 2. Эта точка характеризует состояние паров хладагента (ХА), выходящих из компрессора.
4. На пересечении изобары р_к с пограничной кривой для жидкости находим точку 3', определяющую состояние жидкого ХА на выходе из конденсатора.
5. Затем продолжаем изобару р_к влево до пересечения с линией постояннойэнтальпии в точке 3, которая находится из теплового баланса. В нашем случае энтальпия в точке .
6. Через точку 3 проводим линию постоянной энтальпии, отображающую процесс дросселирования в регуляторе потока, до ее пересечения с изобарой р₀ в точке, характеризующей состояние парожидкостной смеси на входе в испаритель (точка 4).

 

7. На пересечении линии р₀ с пограничной кривой сухого насыщенного пара лежит точка 1', характеризующая полное превращение жидкости в пар.
2. Для каждой найденной точки цикла по линиям диаграммы определяем значения температуры t,давления р, удельного объема v, энтальпии i,энтропии s и паросодержания х, полученные результаты сводим в табл.1