Снижение затрат на выработку холода путем компоновки двухступенчатого компрессорного агрегата на базе математического моделирования с учетом годовых колебаний температур тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.03, кандидат технических наук Шепшелевич, Андрей Витальевич

• Шепшелевич, Андрей Витальевич
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шепшелевич, Андрей Витальевич

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.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Снижение затрат на выработку холода путем компоновки двухступенчатого компрессорного агрегата на базе математического моделирования с учетом годовых колебаний температур»

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.

Заключение диссертации по теме «Машины и аппараты, процессы холодильной и криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспечения», Шепшелевич, Андрей Витальевич

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

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шепшелевич, Андрей Витальевич, 1999 год

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.