Холодильная машина с дросселированием в области влажного пара и сжатием сухого пара

 
 

Принципиальная схема и рабочий цикл такой машины приведены на рис. 4.1. Она составлена из четырех минимально необходимых составных элементов, без которых не может работать ни одна парожидкостная компрессорная холодильная машина.

 

 

Рис.4.1. Схема и рабочий цикл простейшей одноступенчатой парокомпрессионной холодильной машины:

I – компрессор; II – конденсатор; III – дроссель (регулирующий вентиль); IV – испаритель.

 

Под действием теплоты теплоотдатчика (ХН) q0 в испарителе (как правило в межтрубном пространстве) кипит хладагент при температуре T0 давлении P0. На выходе из испарителя (в т. 1) – сухой насыщенный пар с теми же параметрами. Этот пар поступает в компрессор, где сжимается до давления Рк – процесс 1-2.

Перегретый пар с параметрами т.2 нагнетается в конденсатор, где он охлаждается и конденсируется, процесс 2-3. Конденсат рабочего тела дросселируется от давления Рк до давления Р0, процесс 3-4, который протекает при i=const. В результате дросселирования часть жидкости вскипает. Это так называемые потери дросселирования.

Так как в цикле циркулирует всегда 1 кг рабочего вещества, то количество пара в т.4 может быть определено из соотношения (правило рычага):

, где Gп + Gж=1. (4.1)

Оставшийся жидкий ХА поступает в испаритель, где он кипит под воздействием теплоты теплоотдатчика (ХН) q0.

Удельное количество теплоты, подведенной в испарителе к рабочему агенту (холодопроизводительность цикла) определяется разностью q0=i1 –i4. Необходимо понимать, что холодопризводительность цикла из-за потерь дросселирования, всегда меньше удельной массовой холодопроизводительности ХА (при отсутствии питающего отделителя жидкости у испарителя). На T, s–диаграмме холодопроизводительность цикла эквивалентна площади прямоугольника a41ba.

Внутренняя удельная работа сжатия в неохлаждаемом компрессоре li=i2-i1, или определяется площадью 23'351bd2.

Теплота отведенная в конденсаторе равна сумме подведенной энергии к циклу: qк=q0+li,– это так называемое уравнение энергетического баланса цикла. На T, s–диаграмме qк отображается площадью 2354ad2. Но так как i3=i4, то легко доказать, что площади 3f53 и acf4 равны, следовательно qк эквивалентна площади 23cd2.

Холодильные машины такой схемы широко используются в народном хозяйстве. Это, как правило, крупные аммиачные агрегаты с винтовыми и поршневыми компрессорами траулеров, искусственных катков, крупных продуктохранилищ и др.

В действительности в конденсаторе происходит некоторое переохлаждение жидкого ХА (на 4-5 градусов). Оно зависит от температуры воды и интенсивности охлаждения. На всасывании происходит некоторый перегрев паров ХА за счет естественного теплопритока через теплоизоляцию и стенки всасывающих трубопроводов. Методы учета этих явлений показаны в рассмотрении последующих схем и циклов.

4.2. Холодильная машина с переохлаждением[1]рабочего вещества после конденсатора

Схема и цикл такой ХМ приведен на рис. 4.2.

Введение дополнительного охлаждения жидкого хладагента в охладителе III увеличивает холодопроизводительность ХМ с "переохладителем" q0 на величину Dq0 по сравнению с ХМ без такого охладителя:

,

 
 

где - холодопроизводительность ХМ без "переохладителя".

 

Рис.4.2. Схема и рабочий цикл ХМ с дополнительным охлаждением конденсата ХА в аппарате III: I – компрессор; II – конденсатор; III – "переохладитель"; IV – дроссель; V – испаритель

Процессы: 1-2 – сжатие в компрессоре; 2-3¢-3 – охлаждение и конденсация паров ХА в конденсаторе при давлении Рк; 3-4 – "переохлаждение" конденсата; 4-5 – дросселирование ХА с давления Рк до Р0; 5-6 – кипение ХА в испарителе при давлении Р0.

Чем ниже температура Т4 тем больше холодопроизводительность ХМ при неизменных энергозатратах в компрессоре, т.е. выше термодинамическая эффективность

Такая схема широко используется в аммиачных ХМ, если есть источник холодной (чаще артезианской, с температурой 9–12°C) воды.

Уравнение теплового баланса ХМ: .