Книга: Холодильное и вентиляционное оборудование

Построение цикла по заданным рабочим параметрам. Для расчета теоретического рабочего цикла паровой холодильной компрессорной машины необходимо знать следующие температуры: кипения холодильного агента в испарителе , конденсации и переохлаждения жидкости перед регулирующим вентилем . Эти температуры устанавливают в зависимости от температуры внешней среды (охлаждающей воды или воздуха).

Температура кипения при непосредственном охлаждении холодильным агентом бывает на 8…10 ºС ниже температуры воздуха охлаждаемых камер. При охлаждении промежуточным теплоносителем (рассолом) должна быть на 5…7 ºС ниже температуры рассола, а последняя – на 8…10 ºС выше температуры воздуха камер. Температура конденсации должна быть на 8…10 ºС выше температуры воды, поступающей на конденсатор, температура переохлаждения на 3…4 ºС выше температуры поступающей воды.

Наметив основные температуры, можно построить теоретический цикл и рассчитать его, т.е. определить теоретическую холодопроизводительность 1 кг холодильного агента, затрату работы в компрессоре и другие, связанные с ними, величины.

Холодильные циклы удобнее всего рассчитывать при помощи термодинамических диаграмм. Чаще всего применяют sT- и ip-диаграммы. На этой диаграмме подведенная к рабочему веществу теплота в испарителе и отведенная от него в конденсаторе выражается соответствующими площадями. Однако расчет необходимых величин способом определения площадей практически неудобен. Для удобства расчета на диаграмму наносят линии постоянных энтальпий; основные величины, характеризующие цикл, определяют по разности энтальпий рабочего вещества в соответствующих точках цикла.

Наиболее удобной для расчетов является ip-диаграмма, рис. 1. На этой же диаграмме на оси абсцисс отложены энтальпии i, а по оси ординат – абсолютное давление p. Для шкалы давлений очень часто применяют логарифмический масштаб.

Рис. 1. Теоретический цикл паровой холодильной компрессионной машины на ip-диаграмме

Теоретический рабочий цикл холодильной машины на ip-диаграмме строится следующим образом. По заданной температуре кипения и соответствующему ей давлению находим на правой пограничной кривой точку 1, определяющую состояние холодильного агента (сухой насыщенный пар) при входе в компрессор. Сжатие в компрессоре совершается по адиабате. Из точки 1 проводим адиабату в области перегретого пара (кривая) до пересечения с изобарой , соответствующей заданной температуре конденсации . Полученная точка 2 определит состояние холодильного агента при выходе из компрессора. Процесс в конденсаторе протекает при постоянном давлении и на диаграмме изображается горизонтальной прямой 2-3. На участке 2-2' происходит охлаждение перегретого пара до температуры конденсации , затем холодильный агент конденсируется (линия 2'-3') и далее переохлаждается по отношению к температуре конденсации (линия 3'-3). Точка 3 характеризует состояние холодильного агента перед регулирующим вентилем. Она определяется пересечением изобары с изотермой в области жидкости. Процесс дросселирования, как известно, протекает без производства внешней работы и теплообмена с внешней средой. На диаграмме он изобразится вертикальной прямой 3-4, для которой . Таким образом, все процессы теоретического рабочего цикла, за исключением процесса сжатия в компрессоре на ip-диаграмме изображаются прямыми линиями. Основные расчетные величины измеряются отрезками прямых на оси абсцисс.

Расчет цикла. Рассчитываем теоретический рабочий цикл, пользуясь рассмотренными диаграммами.

Холодопроизводительность 1 кг агента равна разности энтальпий в точках 1 и 4, кДж/кг:

. (1)

На энтальпийной диаграмме холодопроизводительность представляется отрезком изобары 4-1; при отсутствии переохлаждения она была бы меньше на величину отрезка 4-4', т.е. определялась бы отрезком 4'-1.

Теоретическая работа на 1 кг агента, затрачиваемая при адиабатном сжатии в компрессоре, определяется разностью энтальпий в точках 2 и 1, кДж/кг:

. (2)

Графически на ip-диаграмме работе соответствует проекция адиабаты 1-2 на ось абсцисс.

Теплота, отданная 1 кг холодильного агента охлаждающей воде или воздуху в конденсаторе (изобара 2-3), по закону сохранения энергии равна сумме кДж/кг, но она может быть определена также разностью энтальпий холодильного агента в точках 2 и 3, кДж/кг:

. (3)

На ip-диаграмме эта теплота выражается отрезком 2-3.

Далее находим:

а) холодильный коэффициент цикла

; (4)

б) количество холодильного агента, всасываемого компрессором в течение 1 ч (часовое количество циркулирующего холодильного агента), кг/ч:

, (5)

где - заданная холодопроизводительность, Вт;

в) объем пара, всасываемого компрессором за 1 ч, м³/ч:

(6)

или с учетом уравнения (5), м³/ч:

. (7)

В этих уравнениях: - удельный объем всасываемого пара (м³/ч), который находят по диаграмме (изохора, проходящая через точку 1) или из таблиц для насыщения пара; кДж/м³ - объемная холодопроизводительность холодильного агента.