автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.03, диссертация на тему:Снижение затрат на выработку холода путем компоновки двухступенчатого компрессорного агрегата на базе математического моделирования с учетом годовых колебаний температур

На правах рукописи

р г 5 од

шепшелевич андрей витальевич ^ 1 /¡ир ¿ж]

снижение затрат на выработку холода путём компоновки двухступенчатого компрессорного агрегата на вазе математического моделирования с учётом годовых колебаний

температур

05.04.03 -машины и аппараты холодильной и криогенной техники и систем кондиционирования

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1999

Работа выполнена в Санкт-Петербургском Государственном университете Низкотемпературных и Пищевых Технологий

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущее предприятие:

Кандидат технических наук, доцент Крайнев А.А.

Доктор технических наук, профессор Пекарев В.И.

Кандидат технических наук Цимбалист А.О.

ОАО «Санкт-Петербургское предприятие «Хладокомбинат №1»

Защита диссертации состоится « "2. » ¿^мЯ^/ЦуЧХ-__г.

часов на заседании диссертационного Совета К 063.02.01 Санкт-Петербургского Государственного университета Низкотемпературных и Пищевых Технологий,

Отзыв в двух экземплярах, заверенный печатью учреждения, просим направлять по адресу: 191002, г.Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, д.9, диссертационный совет СПбГУНПТ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан Учёный секретарь Диссертационного совета Кандидат технических наук, Профессор

« г.

/

Л.А. Акулов

/

У '

от - 0.1 О

общая характеристика работы Актуальность работы. Б настоящее время растет спрос на предприятия, в основном, пищевой промышленности, которые используют холод в части своего технологического процесса. Снижение затрат на производство искусственного холода является одним из путей сокращения расходов на строительство и эксплуатацию таких предприятий.

Этой проблеме в современной технической литературе уделено достаточно много внимания. Большинство публикаций касается выбора оптимальных значений режимных параметров холодильной установки, определяющих расчет и подбор её оборудования, а' ..также условия его эксплуатации, которые позволяют снизить затраты на выработку искусственного холода. .

Решению такой задачи способствует и выбор рационального количества единиц холодильного оборудования и компоновки его в отдельные агрегаты с учётом условий их работы при переменных температурах наружного воздуха в течение года.

Однако в современной научно-исследовательской литературе практически отсутствуют работы, посвященные такой проблеме. Это обуславливает необходимость теоретических разработок, результаты которых позволили бы сократить затраты на производство искусственного холода за счёт выбора рациональной компоновки компрессорных агрегатов с учётом годовых колебаний температур наружного воздуха.

В первую очередь такие разработки должны Сыть выполнены для двухступенчатых холодильных -компрессорных.-агрегатов, обслуживавшее наиболее энергоёмкую область низких температур в технологии пищевых предприятий, использующих искусственный холод.

Цель работы: разработка методики подбора и компоновки двухступенчатого компрессорного' агрегата, обеспечивающего минимум затрат на производство холода. Научная новизна: 1. Показано, что отношение производательностей СНД и СВД двухступенчатого компрессорного агрегата является функцией температуры окружаююей среды и холодопроиэводительности.

2. Количество компрессоров, обеспечиватих производительность С1ЗД и СВД, зависит от требуемой холодопроизводительности и характера изменения температуры окружающей среда в течение года.

3. Использован метод подобия в инженерно-экономических расчётах (метод базовой точки) для оптимизации холодильных установок в условиях менявшихся цен на оборудование и энергоресурсы.

, АВТОР ЗАЩИЩАЕТ: 1. Длк двухступенчатых холодильных агрегатов, отличапдихся хо-лодопроизводительностью й заданным для их проектирования характером изменения температуры окружающей среды в течение года, оптимальные расчётные соотношения производительности ступеней должны иметь различные значения, что не учитывается существующей методикой подбора двухступенчатых компрессорных агрегатов,

2.. Использование оптимальных расчётных значений соотношений

производигельностей высокой и низкой ступеней, вычисленных по раз-

j

работанной методике, вместо принимаемых в настоящее время, позволяет сократить расход электроэнергии и величину приведённых затрат на производство холода. -: '

3.. Комплектация двухступенчатых холодильных установок должна производиться компрессорами отдельно для каждой ступени сжатия, причём их количество, отвечающее минимальному значению приведённых затрат, определяется холодолроизводительностью и характером изменения температуре окружающей среды в течение года.

Публикации.

Основные положения диссертации докладывались на международных конференциях. По материалам диссертации опубликовано пять работ.

Объём и структура работы. Диссертация состоит' из введения,, четырёх глав и выводов,. Работа содержит 92 страницы машинописного текста, 20 рисунков, 10 таблиц и списка литературы из 101 наимено,-вания. '' ' • ,

; ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ "..

Анализ публикаций, связанных'с -проблемой снижения затрат на производство искусственного 'холода показывает, что большинство из них посвяпено. либо оптимизации тешгаобмешгого оборудования, либ£>

оптимизации всей установки в целой. Вопросу оптимального выбора теплообменного оборудования посвящено большое \ количество работ, которые рассматривают как конструкционную' оптимизацию аппаратов, так и оптимизацию условий режимов работы аппаратов. Большинство авторов, рассматривая вопрос повышения эффективности работы холодильной установки, уделяют внимание поиску оптимальных параметров её работы. Примером комплексного"исследования проблемы экономичной работы холодильной' установки являются работы В.В. Оносозского, A.A. Крайнева и Е.А. Роггольца с"применением метода термоэкономического. Но речь в них идёт с точки зрения стационарного процесса с постоянными в течение долгого периода времени температурами сред, и они не рассматривают этот вопрос с учётом колебаюгй температур в течение года, а также колебаний нагрузок на холодильную машину. Полученные вышеуказанными авторами данные позволяют Сделать вывод, что возможности использования основных резервов повышения эффективности двухступенчатых холодильных установок связаны с интенсификацией процессов теплообмена а конденсаторе и воздухоохладителе и уменьшением потерь в механизме движения компрессоров и а электродвигателях.

t

Наряду с этим, следует также отметить,, что было мало внимания уделено вопросу влияния числа компрессоров и их компоновки на эффективность работы установки. Наряду с этим, пракпгчески нигде подробно не рассмотрен вопрос подбора .компрессорного агрегата с наименьшим энергопотреблением. В работах Крайнева A.A., Оносовского В.В. и Ротгольца Е.А. при оптимизации холодильных машин используются стандартные компрессорные и ксмпрессорно-конденсаториыэ агрегаты.

Анализ публикаций показывает, что найдены оптимальные значения действительных, рабочих объёмов компрессоров для разных условий работы двухступенчатых холодильных маиин и установок, однако мало говорится о том,' каким образом могут быть достигнуты эти значения. Более корректное решение рассматриваемой задачи дает применение метода «базовой точки» теории подобия в инженерно-экономических расчётах. В этом случае можно использовать имеищиеся в научно-технической литературе в достаточно большом количестве данные по

оптимизации расчётных и эксплуатационных параметров холодильной установки, которые были получены без учёта входящих в её состав компрессорных агрегатов. Эти данные предлагается принять в качестве значений в базовой точке.

Кроме того, . данный метод позволяет рассматривать компрессорный агрегат независимо, принимая, что остальные элементы установки при заданных условиях изменяются пропорционально, то есть с ростом задаваемой номинальной нагрузки на холодильную машину, соответственно изменяются производительность конденсатора и "охлааздакдих приборов. Тогда можно будет говорить о том, что увеличение числа компрессорных агрегатов ведёт к возрастанию величины отчислений от •капиталовложений. Вместе с тем ступенчатое регулирование мощности включением в работу нескольких компрессорных агрегатов из общего числа будет вести к снижению затрат на воду, охлаждажадую рубашки компрессоров, и снижению затрат на.электроэнергию за счёт меньшей недогрузки двигателей компрессоров. Таким образом, задача определения наименьших затрат сводится, к нахождению оптимального сочетания капитальной и 'эксплуатационной составляющих приведённых затрат. В данном случае капитальные затраты будут образованы стоимостью компрессоров ступеней сжатия низкого и высокого давления, входящих в двухступенчатый компрессорный агрегат.

При оптимизации технических задач основной оценкой эффективности принятого решения является величина материальных затрат, . входящих в себестоимость .конечного продукта. В этом случае критерием оптимизации могут служить приведённые затраты, которые позволяют учесть влияние ка выбор оптимального режима всех затрат, связанных с производством холода. •

!

Целевая функция, связанная с затратами на холодильную уста-' новку или отдельные, её элементы, объединяет большое число различных параметров, которые влияют на приведённые затраты. Многие иэ этих параметров являются функциями,.вид которых не всегда возможно точно определить. Оптимальные параметры холодильных установок определяются либо аналитически, либо с ' помощью вариантйых расчётов. Однако.аналитические методы применимы лишь для решения сравнительно простых задач, а вариантные расчёты слишком конкретны и с изме-

нением исходных стоимостных данных теряют свою ценность. В связи с этим, применение метода базовой точки с использованием теории подобия в инженерно-экономических расчётах позволит получить достаточно точное и весьма общее решение.

Выбор метода поиска оптимума является основным моментом при решении оптимизационной задачи. Как указывалось выше, представляется целесообразным применение аппарата оптимизации, предложенного Ю.Д. Арсеньевны [Метод теории подобия]. Суть метода заключается в том, что целевая функция приводится к безразмерному виду путём деления на её же значение в некоторой базовой точке (этот метод носит название расчёта по базовой точке), и далее оптимизации подвергается не сама функция, а её относительное изменение при помощи безразмерных экономических критериев подобия.

Применяя методику расчета, предложенную Ю.Д. Арсеньевым, можно компенсировать колебания цен на оборудование и энергоресур-, сы. Следовательно, рассчитывая критерии подобия, можно производить оптимизацию, используя известные цены на оборудование и материалы за определённый период, не опасаясь за результаты оптимизации по отношению ко времени проведения расчётов. Кроме того, данная методика даёт возможность учесть результаты, полученные ранее другими методами оптимизации.

• В общем случав годовые приведённые затраты на холодильную установку можно представить в следующем виде: 3 ™ Змп Зоб ^ За + Зари ^ Зюш Зпк * Зрсп Зох Зэк, (1) где Зил - затраты на машинное помещение;

Зов - затраты на основное оборудование (компрессоры, электродвигатели, конденсатор,' приборы охлаждения; \

3, - затраты'на электроэнергию;

3»р„ - затраты на арматуру, трубопроводы, электрическую сеть и т.д.; ■ \ '

Зкип - затраты на приборы контроля и средства автоматики;

Зпи - затраты на первое наполнение системы хладагентом, маслом и пр.;

3Е,;п - затраты на вспомогательное оборудование;

3<ж ~ затраты на охлаждающую воду;

- в -

9« г затраты на персонал, вспомогательные материалы и прочи« расходы.

В рассматриваемой задаче приняты следующие допущения: » увеличение числа компрессорных агрегатов не ведёт к увеличению затрат на машинное помещение; >

• увеличение числа компрессорных агрегатов при заданной холодопро-изводнтельностн не ведёт к пропорциональному увеличению мощности конденсатора и охлаждающих приборов)

• число компрессоров в ступенях агрегата одинаково;

« стоимость электродвигателя, арматуры, электрических сетей, приборов контроля и средств автоматики, в так же затраты на первое наполнение и затраты на персонал, вспомогательные материалы и прочее входят в стоимость компрессорного агрегата.

В соответствие с принятыми допущениями уравнение (1) примат

ВИД1

з - а* + з, * з„ , <2)

Относительное изменение приведённых затрат

63 - ~ -.1 - Э^,53рв + 3;бЗ, + Э^ЙЗ(3)

здесь 9' - приведённые годовые затраты в некоторой произвольной базовой точке, .

После преобразований уравнений слагаемых, входящих в (3), функция изменения затрат примет вид:

' а1<П№Н ~ Р. + ^

(а, + агУд)пви(Р 4- аЛ^гу.), • ЬЗ - -----—.р---скУдП^) +

1+ а'

а V*

3' + с.Д'Ь.З'

Или

где

~ 1) + х

ш> _ (а, + агуд)пяи(р 4- р,) _ аХ^п.,,)

у, Г ~

1 + л-

аЛ'

г -

з'

О^гОрТа, с.Л^З'

у-. = Г + 0/}2н'пст-са^ \

с.Д^З'

Разделив обе части равенства (5) на , получим целевую функцию в критериальном вида:

у - б^го + е^д^го + + в'^за^т^), (6)

Ш> *Н»

где & = = да

до ~ -ф> ~ ф, >

'кон 'ген

ш> т' 0' ¡в ■■ = —-Ля» -щ> ш< '

= — —у1-, - экономические критерии подобия,

^хш ^ксм

Оптимальному количеству компрессоров в составе компрессорного агрегата соответствует минимум целевой функции «у». Величины 5(^дПком), 5(КдВпКо„)/ 6г и б^.ктТПкои), входящие в (6), зависят от внешних условий работы холодильной установки в целом. Иными словами, характер изменения температуры наружного воздуха и нагрузки на холодильную установку в течение года будет влиять на выбор и компоновку компрессорного агрегата.

При математическом моделировании реальной холодильной машины режимы её работы можно разделить на переходный (режим регулирования) и квазистационарный (для которого могут быть применены уравнения стационарных процессов при подстановке в них мгновенных зна-

чений параметров!. Соблюдение принципа квазистационарности позволяет применение статических характеристик узлов установки.

Принципиальная схема холодильной машины представлена на рисунке 1.

Задачей построения модели была возможность получения параметров работы холодильной машины в зависимости от изменяющихся условий окружающей среды и условий эксплуатации. Моделируемый холодильный включает в себя поршневые компрессоры, тип конденсатора — воздушный, в охлаждаемом помещении установлен воздухоохладитель. Модель позволяет строить расчёт при работе на любом хладагенте, путём замены его уравнений состояния.

Математическая модель холодильной машины представляет собой ряд функциональных зависимостей, позволяющих рассчитать холодильный цикл и определить параметры работы машины. Адекватность модели была подтверждена полученными результатами, которые согласуются с данными, приведёнными в справочной литературе.

При изменении температуры наружного воздуха изменяется требуемое соотношение ' рабочих объёмов компрессорного агрегата, при котором потребление электроэнергии будет минимальным, что отражено на рис.2. При помощи математической модели были получены результаты, которые дают возможность говорить о том, что учёт влияния годовых , колебаний температур может позволить снизить энергозатраты. На рис. 3 представлена зависимость потребляемой электроэнергии машиной холодопроизводительностью 50 кВт с температурой кипения -30°С при температурах конденсации в марте и в мае.

Теоретическое значение оптимального отношения рабочих объёмов ступеней компрессорного агрегата приблизительно равно 4. Выпускаемые ныне двухступенчаты« лимпрессориые агрегаты имеют соотношение рабочих объёмов ступеней равное 3, что ведёт л повышенному расходу электроэнергии.

•Решение этой 'проблемы видится в разделении ступеней сжатия по отдельным компрессорам, подбираемых в соответствии с вышеизложенным заключением. В подтверждение этого было установлено, что потребление электроэнергии компрессорным агрегатом с разделёнными по■

отдельным компрессорам ступеням меньше чем у аналогичного по производительности агрегата с совмещёнными ступенями в агрегате.

Вместе с тем подобная комплектация может позволить в периоды с низкими температурами наружного воздуха, при которых 0«0 (Рис.4.), переходить к одноступенчатому сжатию. Такой переход даёт возможность экономить до 15% электроэнергии. Из графика на рис.5, видно, что в такие месяцы, как январь, февраль, март, ноябрь и декабрь значение потребляемой электроэнергии одноступенчатой холодильной машиной меньше, чем двухступенчатой. Двухступенчатый агрегат с отношением рабочих объёмов ступеней высокого и низкого давлений, подобранным по наименьшему энергопотреблению, даже при снижении хо-лодопроизводительности на 5.25% затрачивает в среднем на 5.5% электроэнергии меньше, чем агрегат, который подбирался из условий

того, что промежуточное давление будет равно рт=^р„р, •

Это связано с перераспределением мощности на сжатие рабочего вещества между ступенями. При этом отношение рабочих объёмов агрегата, рассчитанного по вышеуказанной формуле, колеблется в диапазоне от 2,5 до 3, что в среднем на 50% меньше, чем значения, соответствующие наименьшему энергопотреблению. Следует учесть, что при небольшой нагрузке асинхронного двигателя компрессора большой мощности ухудшается его коэффициент полезного действия, и потери в нём возрастут (рис.-б) . Этого опять же можно избежать, скомпоновав несколько компрессоров в ступенях низкого и высокого давлений, включая в работу такое их количество, которое обеспечило бы максимальную загрузку двигателей.

Было произведено исследование влияния количества пар компрессоров в компрессорном агрегате на приведённые затраты. При помощи математической модели и метода подобия в -инженерно-экономических расчётах были получены данные по холодильным машинам с номинальной холодопроизводительностью 50, 250, 500 и 1000 кВт.

Установлено, что увеличение числа пар компрессоров в составе одного холодильного,агрегата, работающего на определённую температуру кипения, за счёт подбора компрессоров по условиям месяцев с температурой, отличной от максимальной, влияет на значение реак-

тивной составляющей. Однако при этом капитальные затраты и затраты на охлаждающую рубашки компрессоров йоду превышают значение сэкономленных средств на электроэнергию» что делает подобную комплектацию компрессорного-'агрегата невыгодной.

На рисунках (рис.7,8) в.графическом виде изображены основные эксплуатационные затраты при работе холодильных агрегатов, подобранных по нагрузке самого жаркого месяца и включающего в себя несколько пар компрессоров. Из графика видно, что с ростом числа пар компрессоров полные эксплуатационные затраты постепенно падают.

Это связано с тем, что:

- в соответствие с двуставочными тарифами на электроэнергию, уменьшаются затраты на заявляемую -активную мощность, так как с увеличением числа пар компрессоров появляется возможность более точного определения необходимой электрической мощности для выработки требуемого количества холода;

- уменьшаются затраты на воду, охлаждающую рубашки компрессоров, ■гак как отпадает Необходимость охлаждать' компрессоры, которые в определённые моменты времени не находятся в работе;

- снижаются амортизационные отчисления за счёт уменьшения стоимости компрессорного агрегата в целом, так как, во-первых, при покупке большого.числа компрессоров продавцы оборудования предоставляют значительные скидки, а, во-вторых, стоимость компрессоров с

I уменьшением их объёмной производительности падает быстрее, чем значение объёмной производительности.

Следует отметить, что во всех рассмотренных случаях результаты оптимизации проведённой при помощи метода подобия в инженерно-экономических расчётах говорят о том, что сохраняется тенденция к уменьшению величины полных затрат при эксплуатации компрессорных агрегатов с ростом числа пар компрессоров в них.

выводы'

1. Обычно используемые рекомендации по проектированию холодильных установок, которые считаются универсальными для всех типов холодильного оборудования и условий работы, а также методики оптимизации, дают возможность поиска и выбора двухступенчатых компрессоров или компрессорных агрегатов только в условиях стационарного режи-

ма, что не позволяет получить минимальную величину приведённых затрат с учётом годовых колебаний температур и нагрузок на холодиль• ный агрегат.

2. Предлагаемая в диссертации методика даёт возможность при проектировании подбирать и компоновать двухступенчатый компрессорный агрегат с учётом годовых колебаний температур и нагрузок по параметрам, найденным из условия его наиболее экономичной работы.

3. Результаты исследования позволили установить, что не следует руководствоваться едиными рекомендациями по выбору и компоновке двухступенчатых компрессорных агрегатов; при проектировании они должны компоноваться в каждом конкретном случае индивидуально на основе оптимизации агрегата в зависимости от требуемой холодопро-изводительности и годовых колебаний температур наружного воздуха.

4. При проектировании двухступенчатых холодильных агрегатов соотношение производительностей ступени низкого и ступени высокого давления сжатия должно приниматься 4, что выше, чем обычно принимаемая величина - 2.5, 3.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю Крайневу A.A. и сотрудникам кафедры за ценные замечания и указания при выполнении нйстояаей работы.■

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Крайнев A.A., Лешков В.П., шепшелевич A.B. Снижение затрат на ' производство искусственного холода. // Межеуз. сб. науч. гр.

«Современные проблемы экономики и управления производством».-СПб.: СПбГАХПТ.1998.

2. Крайнев A.A., Шепшелевич A.B. Снижение затрат электроэнергии в двухступенчатых холодильных установках на основе учёта годовых колебаний температур.// МНТК «Ресурсосберегающие технологии пищевых производств».- СПб.: СПбГАХПТ.1999.

3. Крайнев A.A., Шепшелевич A.B. Выбор числа компрессорных агрегатов холодильной установки на базе теории подобия в инженерно-экономических расчётах.// Тез. докл. МНТК «Холодильная техника россии. Состояние и перспективы накануне XXX века».-СПб.: СПбГАХПТ.1999.

РИС. 1.

КМ1 - компрессорный агрегат ступени низкого давления;

КМ2 - компрессорный агрегат ступени высокого давления;

КД - конденсатор;

РВ1 и РВ2 - регулирующие вентили;

ТО - промежуточный теплообменник;

ПС - промежуточный сосуд;

ВО - воздухоохладитель, находящийся в охлаждаемом.помещении, Цифры на выносках соответствуют состоянию рабочего вещества.

г'

3«,

. -

-

2? 29

v,.

Рис.2. Изменение отношения рабочих объёмов в зависимости от температуры наружного воздуха

|

\ На.

Нарч»

г 2,5 3 3,5 • 4 <,5 5 5,5 6

ОТНОВС-КИ-Э ОСЬЙЫОЙ

Ркс.З. Зависимость потребляемой электроэнергии от отношения рабочих объёмов

Э,( 3,6 3,8 4 4,2 1,1 »,6 -4,8 5 ' 5,2

-йТМП, 1СВТ/КВТ _

Отношение язвлении к

Рис.4. Зависимость потребления электроэнергии на выработку 1 кВт холода одно- и двухступенчатой ХМ

ИН, кВт вз К, кЗг

Зависяьюсть потребления электроэнергии, одноступенчатой и двухступенчатой ХМ в течение года

ОЗа-грата на потреблявшую ксеность рус.

аАмортяэаздсюие отадсл^ш-.я руО.

Ряс.7. Сравнение затрат холодильных машин холадопроизводмтеяьностыо 50 кВт в зависимости от числа пар компрессоров

В «

&

$ гоо ооо

ч '

ш 1 2 ОПолные затраты за период эксплуатации

□ Затраты на заявленную активную ысяцность

□ Затраты на потребляемую активную яосность Ш Амортизационные отчисления

:Г

4 :! [ 1; "

; Ц

I:! и ш ■ У

И

Число пар компрессоров

Рис.8. Сравнение затрат компрессорных агрегатов холодопроизводительностыо 250>кВт в зависимости от числа пар компрессоров

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

ГЛАВА II. ВЫБОР МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ И АНАЛИЗА РАБОТЫ ДВУХСТУПЕНЧАТОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ

2.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИТЕРИЯ ОПТИМИЗАЦИИ

2.2. ВЫБОР ОПТИМИЗИРУЮЩИХ ПЕРЕМЕННЫХ

2.3. ВЫБОР МЕТОДОВ ОПТИМИЗАЦИИ И РЕШЕНИЯ СИСТЕМЫ УРАВНЕНИЙ.

2.4. УРАВНЕНИЯ ОПТИМИЗАЦИИ

2.5. ИСХОДНОЕ УРАВНЕНИЕ В КРИТЕРИАЛЬНОМ ВИДЕ

ГЛАВА III. ОПИСАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ, РАБОТАЮЩЕЙ НА ХЛАДАГЕНТЕ R

ГЛАВА IV. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ОПТИМИЗАЦИИ

КОМПОНОВКИ КОМПРЕССОРНОГО АГРЕГАТА

4.1. АНАЛИЗ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВУХСТУПЕНЧАТЫХ КОМПРЕССОРНЫХ АГРЕГАТОВ

4.2. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ КОМПЛЕКТАЦИИ КОМПРЕССОРНЫХ АГРЕГАТОВ НА ЭКОНОМИЮ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

4.3. КОМПЛЕКСНЫЙ АНАЛИЗ КОМПЛЕКТАЦИИ КОМПРЕССОРНЫХ АГРЕГАТОВ НА ПРИВЕДЁННЫЕ ЗАТРАТЫ

ВЫВОДЫ.

С развитием в российской экономике рыночных отношений задачи сохранения материальных и энергетических ресурсов становятся актуальными для отечественных предпринимателей. В настоящее время эффективное использование материальных ресурсов при производстве какого-либо продукта, является одной из главных задач, стоящих перед производителем [58,75,77,89,93].

Несмотря на нестабильное экономическое положение в нашей стране продолжает расти спрос на предприятия, в основном пищевой промышленности, которые используют холод в части своего технологического процесса. Широкий ряд предлагаемого оборудования позволяет проектным организациям разрабатывать более экономичные холодильные установки [83,94,95,96,97,98]. За последние несколько лет на отечественный рынок вышли зарубежные производители и продавцы холодильной техники. Их интересы распространяются не только на торговое холодильное оборудование, но и на крупные установки, которые могут обеспечивать холодом различного качества большое количество потребителей.

Стоимость вырабатываемого холода в большой степени зависит от значений ряда параметров, закладываемых при проектировании холодильной установки и характеризующих её режим работы.

Производители холодильного оборудования постоянно совершенствуют конструкцию машин, аппаратов и приборов автоматики, повышая их надёжность и расширяя номенклатуру с целью снижения энергопотребления проектируемых установок в соответствии с требованиями потребителей.

- 8

Многие отрасли промышленности на производство холода затрачивают большое количество пресной воды. За последние годы с появлением новых технологий всё больше получают распространение системы оборотного водоснабжения, кроме того, там, где это возможно, переходят на воздушное охлаждение холодильных систем. Оба эти технические решения позволяют экономить значительные средства. Затраты на расходуемую электроэнергию на подобных предприятиях составляют более половины всех затрат. В современных условиях любое снижение затрат, связанных с водой, электроэнергией и другими материальными средствами, необходимыми для нормального функционирования холодильной установки может дать значительный экономический эффект.

Этой проблеме в современной технической литературе уделено достаточно много внимания. Большинство публикаций касается выбора оптимальных значений режимных параметров холодильной установки, определяющих расчёт и подбор её оборудования, а также условия его эксплуатации, которые позволяют снизить затраты на выработку искусственного холода .

Решению такой задачи способствует и выбор рационального количества единиц холодильного оборудования и компоновки его в отдельные агрегаты с учётом условий их работы при переменных температурах наружного воздуха в течение года.

Однако в современной научно-исследовательской литературе практически отсутствуют работы, посвящённые такой проблеме. Это обуславливает необходимость теоретических разработок, результаты которых позволили бы сократить затраты на производство искусственного холода за счёт выбо

- 9 ра рациональной компоновки компрессорных агрегатов с учётом годовых колебаний температур наружного воздуха.

В первую очередь такие разработки должны быть выполнены для двухступенчатых холодильных компрессорных агрегатов, обслуживающих наиболее энергоёмкую область низких температур в технологии пищевых предприятий, использующих искусственный холод.

Цель работы:

Разработка методики подбора и компоновки двухступенчатого компрессорного агрегата, обеспечивающего минимум затрат на производство холода.

Научная новизна:

1. Показано, что отношение производительностей СНД и СВД двухступенчатого компрессорного агрегата является функцией температуры окружающей среды и холодопроизводи-тельности.

2. Количество компрессоров, обеспечивающих производительность СНД и СВД, зависит от требуемой холодопроизво-дительности и характера изменения температуры окружающей среды в течение года.

3. Использован метод подобия в инженерно-экономических расчётах (метод базовой точки) для оптимизации холодильных компрессорных агрегатов в условиях меняющихся цен на оборудование и энергоресурсы.

В диссертации защищаются следующие основные положения :

1. Для двухступенчатых холодильных установок, отличающихся холодопроизводительностью и заданным для их проектирования характером изменения температуры окружающей среды в течение года, оптимальные расчётные соотношения произво

- 10 дительности ступеней должны иметь различные значения, что не учитывается существующей методикой подбора двухступенчатых компрессорных агрегатов.

2. Использование оптимальных расчётных значений соотношений производительностей высокой и низкой ступеней, вычисленных по разработанной методике, вместо принимаемых в настоящее время, позволяет сократить расход электроэнергии и величину приведённых затрат на производство холода.

3. Комплектация двухступенчатых холодильных установок должна производиться компрессорами отдельно для каждой ступени сжатия, причём их количество, отвечающее минимальному значению приведённых затрат, определяется холо-допроизводительностью и характером изменения температуре окружающей среды в течение года.

Публикации.

Вопросы, рассмотренные в диссертации, опубликованы в трёх статьях и тезисах докладов международной конференции .

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав и выводов. Работа содержит 75 страницы машинописного текста, 2 0 рисунков, 24 таблицы и списка литературы из 101 наименования.

3. Результаты исследования позволили установить, что не следует руководствоваться едиными рекомендациями по выбору и компоновке двухступенчатых компрессорных агрегатов; при проектировании они должны компоноваться в каждом конкретном случае индивидуально на основе оптимизации агрегата в зависимости от требуемой холодопроизводительно-сти и годовых колебаний температур наружного воздуха.

4. При проектировании двухступенчатых холодильных агрегатов соотношение производительностей ступени низкого и ступени высокого давления сжатия должно приниматься 4, что выше, чем обычно принимаемая величина - 2.5, 3.

- 110

1. А110 и А22 0.— Холодильная техника, 1976, №9.

2. А175-7-0 и А165-7-2.— Холодильная техника, 1976, №7.

3. Абдульманов Х.А., Васильев В. Я. Сравнение эффективности аммиачных холодильных машин с воздушным и водяным охлаждением конденсаторов. — Холодильная техника, 1973, №8, с.4-8.

4. АД130-7 и АД260-7.— Холодильная техника, 1977, №8.

5. Анализ эффективности воздушных и парокомпрессорных холодильных машин при положительных температурах охлаждения./ И. М. Калнинь, И. Я. Сухомлинов, Б. Л. Цир-лин и др. — Холодильная техника, 1976, №4, с.12-18.

6. Арсеньев Ю.Д. Метод теории подобия в инженерно-экономических расчётах.

7. Артемюк Б. Т. Асинхронные двигатели при переменной нагрузке.— Киев, 1972.

8. Бадылькес И.С. О выборе температурного перепада между аммиаком и воздухом в камерах холодильников. — Холодильная техника, 1957, №2, с.50-54.

9. Бадылькес И.С. Свойства холодильных агентов. М., Пищевая промышленность, 1974. — 174 с.- 111

10. Бояринов А.И., кафаров В.В. Методы оптимизации в химической технологии. М., Химия, 1975. — 575 с.

11. Брдянский В.М. Эксергетический метод термодинамического анализа. М.,Энергия,1973, — 296 с.

12. Бродянский В.М., Медовар JI.E. Применение понятия эксергии в холодильной технике.— Холодильная техника, 1961, №5, с.13-17.

13. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов.— М.,Издательство технико-теоретической литературы, 1957,608 с.

14. Быков A.B. перспективы развития холодильного машиностроения. — Холодильная техника, 1976, №3, с. 4-5.

15. Быков A.B. Технико-экономические показатели низкотемпературных холодильных машин.— Холодильная техника, 1975, №4, с. 6.

16. Быков A.B. Энергетическая эффективность низкотемпературны холодильных компрессоров.— Холодильная техника, 1974, №12, с. 12.

17. Вайнштейн В.Д. Влияние давления нагнетания на коэффициент подачи поршневых компрессоров.— Холодильная техника, 1967, №1, с. 4.

18. Вальвачёв А., Сурков Д., Сурков К. программирование- 112 в среде Delphi 2.О.- Мн., Попурри, 1997, 640 с.

19. Ведайко В.И. Определение оптимального промежуточного давления в двухступенчатых холодильных машинах с винтовым компрессором сухого сжатия,— В кн.: Интенсификация процессов и оборудования пищевых производств . JI. , 1982 .

20. Воробьёв И.Д. Применение математического моделирования для анализа характеристик низкотемпературных установок.— Новосибирск, 1973.

21. Воробьёв И.Д., Розенфельд JI.M. Применение математического моделирования для построения равновесных характеристик компрессионной холодильной машины.— Известия СО АН СССР, серия технических наук, вып. 1, №3, 1972.

22. Гачилов Т.С., Цолов Ц.Г. Выбор оптимального перепада температур в испарителях торгового холодильного оборудования. — Холодильная техника, 1970, №2, с 35-39.

23. Герасимов Е.Д. Введение в математическое моделирование характеристик паровых компрессорных холодильных машин.— СПб., 1995.

24. Герасимов H.A., Васильев А.И., Осипов Ю.В., Тимофеев Г.Д. Анализ удельного расхода электроэнергии аммиачных холодильных установок на базе функций чувствительности.— Холодильная техника, 1976, №12, с. 13.

25. Гоголин A.A. Оптимальные перепады температур в испарителях и конденсатора холодильных машин. — Холодильная техника, 1972, №3, с. 23-27.

26. Гоголин A.A. Основные направления научно-технического прогресса в области холодильной техники.— Холо- 113 дильная техника, 1974, №2, с. 5-7.

27. Гоголин A.A., Калнинь И.М., Шумов B.C. Определение оптимальных границ двухступенчатого сжатия в аммиачных холодильных машинах.— Холодильная техника, 1977, №4, с. 24-32.

28. Графики зависимости Qo, Ne агрегатов и компрессоров.— Холодильная техника, 1975, №12.

29. Дарахвелидзе П.Г., Марков Е.П. Delphi 4.- СПб., БХВ-Санкт-Петербург, 1999, 916 с.

30. Дероган Д.В. Основные положения методики оптимального расчёта на ЭВМ оборудования систем холодоснабже-ния установок кондиционирования воздуха. — В кн.: Современные методы проектирования инженерного оборудования, Труды КиевЗНИИЭПа, 1972, №1, с.17-29.

31. Детлаф A.A., Яворский Б.М. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов.— М., Наука, 1974,944 с.

32. Жадан В.З. Оптимальный режим работы конденсаторов холодильных установок.— Холодильная техника, 1958, №6, с.12-13.

33. Захаров Ю.В., Чегринцев Ф.А., Анреев J1.M. Определение оптимальных режимов работы фреоновых воздухоохладителей судовых центральных кондиционеров.— Холодильная техника, 1969, №9, с. 30-35.

34. Исследовательские работы в области холодильных и компрессорных машин, /п.р. A.B. Быкова, М., ВНИИХО-ЛОДМАШ, 1985.

35. Калверт Ч. Delphi 2. Энциклопедия пользователя.— К., ДиаСофт, 1996, 736 с.

36. Калнинь И.М. Критерий эффективности холодильных сис- 114 тем.— Холодильная техника, 1978, №5, с. 6-12.

37. Калнинь И.M. Применение ЭВМ для расчётов характеристик холодильных машин.— Холодильная техника, 1972, №3, с. 9.

38. Калнинь И.М., Лебедев A.A. Расчёт характеристик и оптимизация компрессорных систем.— Холодильная техника, 1978, №8, с. 13-20.

39. Калнинь И.М., Сутырина Т.М. Проектирование конденсаторов воздушного охлаждения с помощью ЭВМ.— Холодильная техника, 1978, №11, с. 9-12.

40. Кан К.Д. К расчёту конденсаторов воздушного охлаждения большой производительности.— Холодильная техника, 1974, №5, с. 23-28.

41. Карвовский Г.А. Справочник по асинхронным двигателям и пускорегулирующей аппаратуре.— М., 1969.

42. Катерухин В.В., Виляк Э.И. Аммиачные и фреоновые компрессорные агрегаты средней холодопроизводитель-ности,— Холодильная техника, 1970, №1, с. 59.

43. Катерухин В.В., Виляк Э.И. Аммиачные и фреоновые компрессорные агрегаты средней холодопроизводитель-ности.— Холодильная техника, 1970, №3, с. 59.

44. Константинов Л.И. Математическое моделирование работы холодильных установок на переменных и нестационарных режимах.— Холодильная техника, 1975, №4, с. 26.

45. Крайнев A.A. Исследование одноступенчатых компрессорных холодильных установок с целью оптимизации режима работы.- Л., ЛТИХП, 1980.

46. Курылёв Е.С., Герасимов H.A. Холодильные установки.—- 115

47. JI., Машиностроение, 1980, 622 с.

48. Мышкис А.Д. Лекции по высшей матиматике. М., Наука, 1969,- 640 с.

49. Несвицкий A.A. Об экономической эффективности применения воздушных конденсаторов в холодильных установках нефтехимической промышленности.— Холодильная техника, 1976, №11, с. 3-17.

50. Новые компрессорные агрегаты московского завода «Компрессор».— Холодильная техника, 1975, №9.

51. Оносовский В. В. Повышение эффективности холодильных машин и установок путём оптимизации режима работы на основе математического моделирования. Дисс. на соискание уч. степени д.т.н.- Л.: ЛТИХП, 1980

52. Определение оптимальных энергетических показателей асинхронных электродвигателей.— М., 1957.

53. Оптимизация — важное средство повышения эффективности холодильного хозяйства на научной основе.— Холодильная техника, 1978, №5, с. 3-5.

54. Островский Г.М., Волин Ю.М. Методы оптимизации сложных химико-технологических схем. М., Химия, 1970, -328 с.

55. Павлов Р.В. Использование воздушной среды для конденсации хладагентов в крупных холодильных машинах.— Холодильная техника, 1974, №7, с. 7.

56. Повышение эффективности холодильных машин и термотрансформаторов.— Л., ЛТИХП, 1986.

57. Полнее использовать резервы в холодильном хозяйстве страны.— Холодильная техника, 1978, №4, с. 2-5.

58. Прейскурант №23-02. Часть I. Оптовые цены на обору- 116 дование холодильное и компрессорное. М., Прейску-рантиздат, 1978,— 717 с.

59. Проектирование холодильников /Ю.С. Крылов, П.И. Пирог, В.В. Васютович и др. М. , Пищевая промышленность, 1972. 310 с.

60. Розенфельд JI.M., Ткачёв А.Г. холодильные машины и аппараты. М., Госторгиздат, I960.— 656 с.

61. Ротгольц Е.А. Оптимизация режима работы двухступенчатых холодильных установок, включающих камеры хранения мороженого мяса. Дисс. на соискание уч. степени к.т.н.- Л.: ЛТИХП, 1983

62. Сердаков Г.С. Исследование оптимального режима работы двухступенчатой холодильной машины.— Л., 1961.

63. Сравнение холодильных машин, предназначенных для охлаждения наружного воздуха. /Л.З. Мельцер, Л.Ф. Бон-даренко, И. Г. Бондарев и др.— Холодильная техника, 1976, №11, с. 22-25.

64. Тепловые и конструктивные расчёты холодильных машин, /п.р. И.А. Сакуна., Л., Машиностроение, 1987, 423 с.

65. Ткачёв А.Г. Выбор перепадов температур в теплообмен-ных аппаратах холодильных установок.— Труды ЛТИХП,- 117 1956, вып. XI, с. 34-44.

66. Унифицированная серия асинхронных двигателей.— Инте-рэлектро, М., 1990.

67. Холодильные компрессоры фирмы «Грассо».— Холодильная техника, 1976, №4.

68. Холодильные машины и аппараты. / Каталог. М., ЦНИИ-НЕФТЕХИММАШ, 1976.

69. Холодильные машины. /A.B. Бараненко, H.H. Бухарин, В.И. Пекарев, И.А. Сакун п.р. JI.C. Тимофеевского.— СПб., Политехника, 1997, 992 с.

70. Холодильныемашины и аппараты: Каталог.— М., 1988.

71. Хох Э. Расчёт индикаторной мощности поршневых холодильных компрессоров с помощью ЭВМ. — Холодильная техника, 1977, №2, с. 56.

72. Шляховецкий В.М. Исследование фактора влияния отдельных элементов на уровень энергетических затрат в холодильном агрегате.— В кн.: Исследование в области производства и применения искусственного холода.— Краснодар, 1976, с. 10-16

73. Шляховский В.М. Применение искусственного и естественного холода.— КПИ, 1985.

74. Шостак В.П., Виршубский И.М. Оптимизация температуры конденсации в судовой фреоновой компрессорной холодильной машине.— Холодильная техника, 1975, №7, с. 37-40.

75. Экономия энергии важнейшая задача прогресса холодильной техники. /A.B. Быков, И.М. Калнинь, JI.M. Ро-зенфельд и др. — Холодильная техника, 1974, №10, с. 9-13.- 118

76. Эксплуатация холодильников. Справочник.— М., пищевая промышленность, 197 8.— 207 с.

77. Эльснер М. Термодинамическое и экономическое исследование оценки и оптимизации процессов в холодильной машине.— Научный журнал Дрезденской высшей школы им. Фридриха Листа, 1972, т. 19, №3, с 679-698.

78. Якобсон Е.В. компрессоры холодильные бескрейцкопные одноступенчатого сжатия.— Холодильная техника, 1968, №7, с. 60.

79. Якобсон Е. В. компрессоры холодильные бескрейцкопные одноступенчатого сжатия.— Холодильная техника, 1968,8, с. 57.

80. Якобсон Е. В. компрессоры холодильные бескрейцкопные одноступенчатого сжатия.— Холодильная техника, 1968, №9, с. 60.

81. Ammonia Compressors.— www.carrier.com/comp.html

82. Cosijin Е.A. The Use of Two-Stage Reciprocating Compressors in Industrial Refrigerating.— www.aiah.org.au, 1990.

83. Dolz H., Frauendorf E. Computerized simulation of air-cooled condensers. — XIV International Congress of Refrigeration, 1975, Moscow.

84. Ferran H.A. Design Engineers: Locate Equipment for Maintenance and Service.— www.aiah.org.au, 1971.

85. Garland M.W. System Design for Compressor Reliability.— www.aiah.org.au, 1975.

86. Gerricke R. A. The Total Energy Concept.— www.aiah.org.au, 1973.

87. Keep It Cool with Thermal Energy Storage.— US Department of Energy, www.eren.doe.gov/citiescountri-es/thermal.html, 1999.

88. Kurg W. About the simulating process analyses of refrigerating systems. — XIV International Congress of Refrigeration, 1975, Moscow.

89. Munns A. S. Two-Stage Industrial Refrigerating Systems.— www.aiah.org.au, 1975. NH3 World Report.— www.nh3.com

90. Novotny S. A pattern to ensure power optimization of refrigerating systems in stationary state. — XIV International Congress of Refrigeration, 1975, Moscow. One Stage Ammonia Compressors.— www.dorin.com/ oscomp.html

91. Reciprocating Compressors. Nechnical Data and Price List.— www.betzer.com/compressors.html Reciprocating Compressors.— www.sabroe.se Reciprocating Ammonia Compressors.— www.york.com Roberts B.L. Air Cooled Condensers.— www.aiah. org.au, 1965.

92. Tailor H.J. Factors to Consider in The Section of Large Compressors, Part 2.— www.aiah.org.au, 1970. Visser K. Design Principles for Low Energy Consumption of Industrial Refrigeration.— www.aiah.org.au, 1975.

93. Waddell I.R. Ammonia — The Future.— www.aiah.org.au, 1974.