2. Холодильные компрессоры.(4 часа)
advertisement
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» УТВЕРЖДАЮ Директор ЭНИН Боровиков Ю.С. «____» _____________2012 г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ ХОЛОДИЛЬНЫЕ МАШИНЫ И УСТАНОВКИ НАПРАВЛЕНИЕ ООП Теплоэнергетика и теплотехника ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ (СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ, ПРОГРАММА) Физика и техника низких температур КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ) магистр БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА 2011 г. СЕМЕСТР 2 КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ ПРЕРЕКВИЗИТЫ математика, физика, химия, экология, гидрогазодинамика, техническая термодинамика, тепломассообмен, технологические энергоносители предприятий, проектирование и эксплуатация систем отопления, вентиляции и кондиционирования, безопасность жизнедеятельности КОРЕКВИЗИТЫ технология получения и транспортировки сжиженного газа, теплофизические процессы в криогенных системах, тепломассообменные аппараты низкотемпературных установок ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС: Лекции 36 час. Лабораторные занятия Практические занятия 36 час. АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ 72 час. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА 90 час. ИТОГО 162 час. ФОРМА ОБУЧЕНИЯ Очная ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ: ЗАЧЁТ ВО 2 СЕМЕСТРЕ ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ каф. ТПТ ЭНИН ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ ___________________ Кузнецов Г.В. РУКОВОДИТЕЛЬ ООП ___________________ Крючков Ю.Ю. ПРЕПОДАВАТЕЛЬ ___________________ 2012 г. Крайнов А.В. 1. Цели освоения модуля (дисциплины) Теоретически и практически ознакомить будущих специалистов: 1. с основами получения, передачи и использования холода; 2. с методами расчёта и проектирования холодильных установок и систем; 3. с методами оценки эффективности, надёжности и безопасности холодильных систем при разработке, проектировании и эксплуатации теплоэнергетических комплексов с учетом особенностей промышленных предприятий. 2. Место модуля (дисциплины) в структуре ООП Модуль (дисциплина) «Холодильные машины и установки» входит в специальную часть магистерской подготовки профессионального цикла ООП. Для успешного освоения курса необходимы знания основных физических свойств жидкостей и газов; законов сохранения и превращения энергии применительно к системам передачи и трансформации теплоты, калорических переносных свойств веществ применительно к рабочим телам тепловых машин теплоносителям, термодинамических процессов и циклов преобразования энергии, протекающих в теплотехнических установках; законов основных физико-математических переносов теплоты и массы применительно к теплотехнологическим установкам и системам. Данные знания должны быть получены при изучении дисциплин, входящих в базовую часть математического естественнонаучного цикла (математика, физика, химия, экология) и базовую часть профессионального цикла (гидрогазодинамика, техническая термодинамика, тепломассообмен). Одновременно с курсом «Холодильные машины и установки» необходимо изучение курса «Безопасность жизнедеятельности», знания, навыки и умения из которых по основам физиологии труда и комфортным условиям жизнедеятельности в техносфере, критериям комфортности, негативным факторам техносферы их воздействиям на человека, техносферу и природную среду, критериям безопасности; основным опасностям технических систем, принципам и средствам снижения травмоопасности и вредного воздействия технических систем помогают разобраться с особенностями безопасности жизнедеятельности в области систем холодоснабжения. Полученные знания из курса «Холодильные машины и установки» могут быть использованы при изучение курсов «Тепломассообменные аппараты низкотемпературных установок», «Технология получения и транспортировки сжиженного газа» и т.п. 3. Результаты освоения модуля (дисциплины) После изучения курса дисциплины «Холодильные машины и установки» студент должен иметь представление: 1. об основных физических процессах получения, транспортировки, использовании холода; 2. о существующих установках (машинах), предназначенных для данных целей, 3. об особенностях безопасности жизнедеятельности при применении холодильного оборудования. Студент должен знать и использовать: 1. терминологию, термодинамическую теорию, способы получения, передачи и использования холода в энергетических системах промышленных предприятий, основные подходы к выбору рабочего тела, основные принципы расчёта холодильных машин и подходы к оценке эффективности и безопасности систем холодоснабжения; 2. особенности конструкций компрессоров, аппаратов холодильных машин и схем теплоиспользующих установок; анализ низкотемпературных режимов систем холодоснабжения. Студент должен иметь следующие навыки: 1. определения параметров и подбор элементного состава холодильных систем, выбора рабочих тел для эффективного холодоснабжения; 2. читать и составлять схемы установок; эксплуатация и испытания холодильных машин на лабораторных стендах и объектах промышленного комплекса. 4. Структура и содержание модуля (дисциплины) Распределения аудиторных часов и времени самостоятельной работы студентов производится согласно таблицы №1, за исключением 4 часов для непосредственной подготовки к сдаче зачёта и 6 часов к сдаче экзамена. Лекции 1. Введение. Основы производства холода. 2 2. Холодильные компрессоры. 4 3. Газовые холодильные машины. 4 зан. - Итого Контр. р. Практ./сем. Колл., Название раздела/темы (час.) Аудиторная работа (час.) СРС Таблица 1. Структура и содержание модуля (дисциплины) Лаб. зан. - - 4 - 10 4 - 10 - 2 2 20 2 20 4. Теплоиспользующие холодильные машины. 6 8 - 20 2 36 5. Способы и системы охлаждения. 2 2 - 5 - 9 6. Типы холодильников и основы проектирования хладотехники 6 6 - 10 2 24 7. Тепловая изоляция холодильных машин. 2 2 - 5 - 9 8. Тепловой расчет холодильных систем. 4 4 - 5 2 15 9. Выбор оборудования холодильных систем. 6 6 - 15 - 27 Содержание разделов модуля (дисциплины): 1. Введение. Основы производства холода.( 2 часа) Предмет курса, его место и роль в подготовке инженеров – энергетиков. Связь с другими отраслями знаний. Основные задачи курса. Безмашинное и машинное охлаждение. Схема и теоретический цикл паровой холодильной машины. Рабочие тела паровых холодильных машин и их основные свойства. Основные термодинамические, физико-химические, физиологические свойства рабочих тел холодильных машин. 2. Холодильные компрессоры.(4 часа) Классификация и особенности конструкций холодильных компрессоров. Теоретический процесс сжатия в поршневом компрессоре. Объемные потери компрессора и их учет. Влияние мертвого пространства на производительность компрессора. Влияние различных факторов на коэффициент подачи. Энергетические потери в действительном компрессоре и их учет с помощью коэффициентов. Тепловой расчет компрессора. Характеристики компрессора. Одноступенчатые и двухступенчатые холодильные системы. 3. Газовые холодильные машины. (4 часа) Схемы и циклы нерегенеративной и регенеративной газовых холодильных машин.Тепловые балансы и холодильные коэффициенты нерегенеративной и регенеративной газовых холодильных машин. Принцип действия вихревой трубы и её энергетическая эффективность. 4. Теплоиспользующие холодильные машины. (6 часов) Схема и принцип действия пароэжекторной холодильной машины. Термодинамические процессы в цикле пароэжекторной холодильной машины и её тепловой расчет. Схема и принцип действия абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины (АБХМ). Тепловой расчет АБХМ. Особенности процессов в абсорбционной водоаммиачной холодильной машине. 5. Способы и системы охлаждения помещений. (2 часа) Способы охлаждения и области их применения. Непосредственное охлаждение и охлаждение промежуточным хладоносителем. Установки с безмашинным охлаждением. Тихое (батарейное), воздушное и смешанное охлаждение. 6. Типы холодильников и основы проектирования хладотехники. (6 часов) Классификация холодильников по целевому назначению как звеньев непрерывной холодильной цепи. Классификация холодильников в зависимости от вместимости и этажности. Понятие о планировке холодильника. 7. Тепловая изоляция холодильных машиин. (2 часа) Назначение тепловой изоляции аппаратов и трубопроводов. Особенности работы тепловой изоляции холодильных сооружений. Свойства теплоизоляционных материалов. Классификация теплоизоляционных материалов. Определение необходимой толщины тепловой изоляции. 8. Тепловой расчет холодильных систем. (4 часа) Цели и метод теплового расчета. Понятие о расчетной температуре и тепловой нагрузке. Понятие о тепловой нагрузке на компрессор и оборудование. Определение теплопритока через ограждения. Теплопритоки при вентиляции охлаждаемых помещений. Эксплуатационные теплопритоки. Определение необходимой холодопроизводительности компрессора и камерного оборудования. 9. Выбор оборудования холодильных систем. (6 часов) Виды графиков тепловых нагрузок и их влияние при выборе холодильного оборудования. Выбор типа и числа испарителей, конденсаторов и другого оборудования холодильной установки. Особенности и требования, предъявляемые к размещению оборудования в машинном отделении. 5. Образовательные технологии Таблица 2. Образовательные технологии, применяемые при освоении модуля (дисциплины) Вид ОД Метод акт.ОД Лекц. IТ-методы + Работа в команде + Case-study Лб. раб. + Пр. зан. Сем., колл. К. пр. + + + + Игра Проблемное Обучение + + Контекстное Обучение + + Обучение на основе опыта + + Междисциплинарное обучение + + Опережающая самостоятельная работа + + + + Индивидуальное Обучение + + + 6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов Самостоятельная (внеаудиторная) работа студентов является важной и ответственной частью изучения курса, существенно дополняющей обязательные аудиторные занятия. Она состоит: а) в проработке лекционного материала, а также тем, выносимых на самостоятельное изучение (35 часов). В качестве тем для самостоятельного изучения преподавателем предлагается анализ материалов из отечественной и зарубежной периодической литературы современноого состояния: способов получения, передачи и использования холода; состава, номенклатуре и параметрам холодильного оборудования; методов расчета параметров систем холодоснабжения; методов экономичной и безопасной эксплуатации холодильных систем. b) в подготовке к практическим занятиям (25 часов). c) выполнении контрольных заданий (10 часов) по тепловому расчету поршневого компрессора с построением рабочего цикла в p - v диаграмме (2 часа), анализу работы одноступенчатой холодильной машины (2 часа), расчету конденсатора холодильной машины (2 часа), расчету воздухоохладителя (2 часа) и расчету теплопритоков (2 часа). d) в подготовке к сдаче зачёта (4 часа) и экзамена (6 часов). Текущий и итоговый контроль результатов изучения дисциплины Цель контроля состоит в оценке уровня знаний и умений, приобретаемых студентами в процессе изучения всех разделов курса. Применение различных форм контроля знаний расширяет возможности индивидуального подхода к изучению курса «Холодильные машины и установки» и позволяет развивать творческие способности студента. К таким формам контроля относятся: Контроль изучения и усвоения теоретического материала курса, который проводится в течение семестра по программам безмашинного контроля, разработанным на кафедре, контрольных работ, а также защиты индивидуальных заданий и рефератов по темам, вынесенным преподавателем для самостоятельного изучения. Контроль и оценка уровня знаний и умений, приобретаемых на практических занятиях, проводится в виде оценки каждого занятия, выполнения в срок индивидуального задания. Тематический (рубежный) контроль проводится не менее трех раз в семестр на основе рейтинговой системы. Итоговый контроль проводится в конце десятого семестра (зачёт) по всем разделам курса с помощью зачётных вопросов и одиннадцатого семестра (экзамен) с помощью экзаменационных билетов. Учебно-методическое обеспечение дисциплины В качестве главного учебно-методического обеспечения используются Лекции, Материалы практических занятий. Для повышения эффективности самостоятельной работы студентам рекомендуется использовать http://www.gaudeamus.omskcity.com/PDF_library_natural-science_8.html http://techlibrary.ru/ http://www.bibliotekar.ru/spravochnik-4/index.htm http://www.k204.ru/uchebniki.htm http://tgv.khstu.ru/lib/learn/ http://ihtik.lib.ru/ http://library.khstu.ru/ http://ingenerov.net/tehnichka/ http://www.msuee.ru/html2/med_gidr/l3_4.html http://twt.mpei.ru/ochkov/WSPHB/ http://www.energosoft.info/new_knigi.html http://www.fptl.ru/Chem%20block_spravo4nik.html http://www.enek.ru/books.htm#vvsp http://www.zodchii.ws/ http://www.twirpx.com/ http://www.elibrary.ru/ 7. Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки качества освоения модуля (дисциплины). Помимо конкретных расчетов задач для индивидуального выполнения (ИДЗ) студентам предлагается подготовится к ответу на вопросы, выносимые на зачёт, входящие в состав тестов, размещенных на Internetресурсах ТПУ: Первый блок вопросов 1. Классификация холодильных установок. 2. Что называется холодильным коэффициентом? 3. Приведите принципиальную схему воздушной холодильной установки и опишите ее работу. 4. Изобразите идеальный цикл воздушной холодильной установки и опишите процессы, осуществляемые в ней. 5. Приведите принципиальную схему работы паровой компрессионной холодильной установки и опишите ее работу. 6. Чем отличается работа теплового насоса от работы холодильных установок? 7. Поясните, почему циклы в тепловых двигателях совершаются в направлении по часовой стрелке, а в холодильных машинах – против часовой стрелки? 8. Покажите идеальный цикл Карно холодильной машины в T-sдиаграмме. Дайте понятие холодильного коэффициента. Как рассчитать холодильный коэффициент цикла Карно? 9. Приведите схему и цикл в р-υ- диаграмме воздушной холодильной установки. Нанесите на схему узловые точки цикла. Какими площадям в р-υ -диаграмме характеризуются: а) работа, затрачиваемая на компрессор (ℓк); б) работа, получаемая в детандере (ℓD); в) результирующая работа цикла (ℓ)? 10.Приведите цикл воздушной холодильной установки в T-s- диаграмме. Укажите, в каких узлах установки совершаются процессы цикла. Поясните физический смысл холодильного коэффициента цикла (ε), приведите формулу для его расчета. 11.Приведите цикл воздушной холодильной установки в T-s- диаграмме. Обозначьте температуру вырабатываемого холода (Тх) и температуру окружающей среды (Тос). Покажите цикл Карно для данного интервала температур. Сравните по удельной холодопроизводительности (qх) и затрачиваемой работе(ℓ) обратимый цикл воздушной холодильной установки и цикл Карно, сделайте выводы. 12.Приведите схему и цикл парокомпрессионной холодильной установки в T-s- диаграмме. Нанесите узловые точки цикла на схему. Какими площадями в T-s- диаграмме характеризуются: а) удельная холодопроизводительность (qx); б) теплота, отводимая в конденсаторе (qо)? Второй блок вопросов. 1. Приведите цикл парокомпрессионной холодильной установки в T-s диаграмме. Укажите, в каких узлах установки совершаются процессы цикла. Поясните физический смысл холодильного коэффициента цикла (ε), приведите формулу для его расчета. 2. Возможно ли осуществить изотермические процессы подвода и отвода тепла в циклах: а) парокомпрессионной холодильной установки; б) воздушной холодильной установки? 3. Каково назначение теплового насоса? Дайте понятие отопительного коэффициента. Как вычислить отопительный коэффициент идеального цикла Карно? 4. Изобразите в виде диаграммы теоретический цикл паровой холодильной машины. Какие изменения внесены в схемы и цикл действительной холодильной машины по сравнению с теоретическими схемой и циклом? 5. Как сказывается на удельной холодопроизводительности рабочего тела и на значении холодильного коэффициента цикла изменение температур кипения и конденсации? 6. Изобразите регенеративный цикл холодильной машины. Какова схема холодильной машины, работающей по этому циклу? В чем особенности расчета регенеративного цикла? 7. Какие вещества применялись и применяются в качестве рабочих тел компрессорных холодильных машин? Каковы основные свойства (термодинамические, физико-химические, физиологические) рабочих тел холодильных машин? 8. Каково назначение компрессора в холодильной машине? По каким признакам производится классификация компрессоров? 9. Какие причины определяют необходимость применения двухступенчатого сжатия? В каких случаях целесообразно и необходимо применять двухступенчатое сжатие? 10. Приведите классификацию воздухоохладителей. Опишите их особенности, главные характеристики и области применения. 11. По каким признакам классифицируются конденсаторы? Напишите выражения для определения температуры конденсации и тепловой нагрузки на конденсатор. 12. Как взаимосвязаны характер изменения тепловой нагрузки и выбор количества единиц холодильного оборудования? 8. Рейтинг качества освоения модуля (дисциплины) В соответствии с рейтинговой системой производится ежемесячно текущий контроль в течение семестра путем балльной оценки качества усвоения теоретического материала (ответы на вопросы) и результатов практической деятельности (решение задач, выполнение заданий, решение проблем). Промежуточная аттестация (экзамен, зачет) производится в конце семестра также путем балльной оценки. Итоговый рейтинг определяется суммированием баллов текущей оценки в течение семестра и баллов промежуточной аттестации в конце семестра по результатам экзамена или зачета. Максимальный итоговый рейтинг соответствует 100 баллам ( __ - текущая оценка в семестре, _______ - промежуточная аттестация в конце семестра). В результате работы в аудитории и выполнения контрольных заданий в течение семестра студент получает 60 (максимальный рейтинг), при сдаче экзамена студент может дополнительно получить 40 баллов. Подсчет рейтинга производится согласно «Рейтинг-план освоения модуля (дисциплины) в течении учебных семестров» (табл.№3). Таблица 3. Рейтинг-план освоения модуля (дисциплины) в течение семестров Текущий контроль Недели Теоретический материал Практическая деятельность Разделы Вопросы Баллы Введение Основы производства холода 4 9 Холодильные компрессоры. Особенности перехода от одноступенчатой к двухступенчатой системе 8 13 Газовые холодильные машины. Схемы и циклы газовых холодильных машин. 6 4 18 23 Теплоиспользующи Состав и номенклатура е холодильные холодильного машины. оборудования Типы холодильников и основы проектирования Основные принципы выбора холодильного оборудования и определения рабочих Задачи Расчёт холодильного компрессора. Задания Тепловой расчёт Расчёт теплообменных Расчёт конденсатора аппаратов холодильных систем. Расчёт газовой холодильной машины. 6 Расчет охлаждаемых помещений. 4 Подбор оборудования холодильников. Тепловой расчёт Тепловой расчет охлаждаемых помещений. Построение графиков тепловых нагрузок Итого Проблемы Баллы Баллы Выбор компрессора 8 12 Выбор конденсатора 11 19 Выбор компрессора 9 15 9 15 8 12 Выбор оптимального температурного перепада между охлаждаемой средой и холодильным агентом. Выбор холодильного оборудования охлаждаемых помещений. характеристик 28 Тепловая изоляция холодильных машиин. Особенности работы тепловой изоляции холодильных сооружений. 32 Тепловой расчет холодильных систем. Определение холодопроизводительности компрессора и камерного оборудования. 36 Выбор оборудования холодильных систем. 5 Подбор материала изоляции. 5 Расчёт тепловой нагрузки Виды графиков нагрузок и выбор необходимого количества холодильного оборудования. Сумма баллов в 2 семестрах 8 46 Подбор оборудования холодильных систем. Определение необходимой толщины тепловой изоляции. Выбор оптимального материала. 9 14 Тепловой расчёт элементов холодильных систем Выбор компрессора и оборудования 9 14 Оценить влияние тепловых нагрузок на выбор количества элементов холодильных систем Выбор типа и числа испарителей, конденсаторов и другого оборудования холодильной установки 11 19 74 120 7. Учебно - методическое и информационное обеспечение модуля (дисциплины) а) основная литература: 1. Курылев Е. С., Герасимов Н. А. Холодильные установки. Л.: Машиностроение, 1980.624 с. 2. Лебедев В. Ф., Румянцев Ю. Д., Чумак И. Г. Холодильная техника. М.: Агропромиздат, 1986.334 с. 3. Проектирование охлаждаемых сооружений: Справ. М.: Пищ.пром-сть, 1978.254 с. 4. Явнель Б. К. Курсовое и дипломное проектирование холодильных установок и систем кондиционирования воздуха. М.: Агропромиздат, 1989.222 с. 5. Мартынов А.В. Установки для трансформации тепла и охлаждения: Сборник задач. М.: Энергоатомиздат, 1989.190 с. 6. Логинов В.С., Крайнов А.В., Юхнов В.Е., Феоктистов Д.В. Примеры и задачи по тепломассообмену: учебное пособие для вузов. – Томск: изд. ТПУ, 2009. – 264 с. 7. Перельштейн И.И., Парушин Е.Б. Термодинамические и теплофизические свойства рабочих веществ холодильных машин и тепловых насосов.М.: Лёгкая и пищевая промышленность, 1984.240 с. б) дополнительная литература: 8. Теплообменные аппараты, приборы автоматизации и испытания холодильных машин: Справ. М.: Пищ. пром-сть, 1984. 246 с. 9. Холодильные компрессоры: Справ. / Под ред. А.В. Быкова. М.: Лёгкая и пищевая промышленность, 1981. (Сер. Холодильная техника). 10. Солнцев Ю.П., Ермаков Б.С., Слепцов О.И. Материалы для низких и криогенных температур: Энциклопедический справочник. СПб.: Химиздат, 2008. 768 с. 11. Крайнов А.В., Швалова Г.В. Профессиональный английский язык для студентов 3 курса теплоэнергетических специальностей и энергомашиноcтроения: учебное пособие для вузов.–Томск: изд. ТПУ, 2009.–134с. 12. Крайнов А.В., Швалова Г.В. Профессиональный английский язык для студентов теплоэнергетических специальностей и энергомашиностроения: учебное пособие для вузов.–Томск: изд. ТПУ, 2010.–140с. в) программное обеспечение и Internet-ресурсы: http://e-le.lcg.tpu.ru/public/PRAN_0861/index.html http://e-le.lcg.tpu.ru/public/PRAN_0891/index.html http://www.gaudeamus.omskcity.com/PDF_library_natural-science_8.html http://techlibrary.ru/ http://www.bibliotekar.ru/spravochnik-4/index.htm http://www.k204.ru/uchebniki.htm http://tgv.khstu.ru/lib/learn/ http://ihtik.lib.ru/ http://library.khstu.ru/ http://ingenerov.net/tehnichka/ http://www.msuee.ru/html2/med_gidr/l3_4.html http://twt.mpei.ru/ochkov/WSPHB/ http://www.energosoft.info/new_knigi.html http://www.fptl.ru/Chem%20block_spravo4nik.html http://www.enek.ru/books.htm#vvsp http://www.zodchii.ws/ http://www.twirpx.com/ http://www.elibrary.ru/ 10. Материально - техническое обеспечение модуля (дисциплины) Указывается материально-техническое обеспечение модуля (дисциплины): технические средства, лабораторное оборудование и др. Лекционные аудитории с мультемедийным оборудованием, Лабораторные аудитории с оборудованием по основам термодинамики и тепломассообмена; тепломассообменного оборудования предприятий 3. Компьюторный класс с 15-ю компьюторами с процессорами intel-core 2 duo и ЖК мониторами; 4. Регулярные практики проводящиеся на предприятиях непосредственно связанные с ОАО «Ремхолод», ООО «Трансгазом» или имеющее соответствующее холодильное оборудование. 1. 2. Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по направлению и профилю подготовки Программа одобрена на заседании (протокол № ___ от «___ » ______ 20 ___ г.). Автор(ы) ____________________________ Рецензент(ы) _________________________
