teplotekhnika (852911), страница 75

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 75)

Работа ІЦ, затраченная на совершение цикла, равна разности работ компрессора [ком и детандера Ідет:ІЦ =1ком - 1116,.(15.78)Холодильный коэффициент цикла воздушной холодильной машиныТемпература Т3 задается температурой охлаждающей воды, а ТІ температурой в охлаждаемом помещении.

Потери энергии в компрессоре и детандере обусловливают низкую действительную экономичностьвоздушных холодильных установок.Основными достоинствами воздушных холодильных машин являются безвредность и доступность холодильного агента (воздуха).При применении быстроходных турбокомпрессоров и турбо-детандеров (расширителей) воздушные холодильные машины обретают компактность и небольшую массу.Парокомпрессорные холодильные установки. Процессы парообразования и конденсации в случае неизменных давлений протекают при соответствующих этим давлениям неизменных температурах. В связи с этимзамена воздуха на легкокипящую жидкость, способную превращаться впар при низких температурах, позволяет приблизиться по эффективности к обратному циклу Карно.Эта идея используется в так называемых парокомпрессорных холодильных установках. В качестве рабочего тела (хладагента) в них могутприменяться те вещества, у которых температура насыщения при атмосферном давлении ниже нуля по стоградусной шкале, а температура критической точки выше температуры окружающей среды.

Эти легкокипящие жидкости должны иметь достаточно высокую, скрытую теплоту парообразования, поскольку от величины г зависит холодопроизводительность установки. В то же время они не должны вызывать коррозию ме396Рис. 15.39. Схема парокомпрессорной холодильной установкиё;4@\таллов, быть токсичными и отличиться чрезмерно высокой плотностью(чтобы не увеличивались затраты энергии на циркуляцию). К числу таких веществ относятся диоксиды углерода и серы, аммиак и многочисленные хладоны.Прежде хладон ы были основными хладагентами, используемыми длязаполнения контуров холодильных установок.

Однако в настоящее время от хладонов практически повсеместно отказались в связи с тем, что,как полагают многие экологи, входящий в их состав фтор оказывает существенное влияние на уменьшение толщины атмосферного озоновогослоя, экранирующего Землю от опасного для живых существ космического излучения.Циркулирующий в контуре холодильной установки хладагент из холодильной камеры І (рис. 15.39) поступает в компрессор 2, где адиабатно сжимается (рис. 15.40, а, б) в процессе 1-2, в результате чего происходит увеличение его степени сухости.

Если адиабатное сжатие прекратитьв тот момент, когда пар станет сухим насыщенным, и затем направить егов конденсатор 3, то в нем будет протекать изобарно-изотермическая конденсация (процесс 2-3). В результате отвода выделяющейся при конденсации теплоты можно добиться полного превращения пара в кипящуюжидкость (точка 3). Если эту жидкость направить в местное сужение(дроссель) 4, то в результате дросселирования (процесс 3-4) при неизменном значении энтальпии рабочего тела будут понижаться его давление и температура. Учитывая необратимый характер дросселирования,этот процесс на графиках условно изображается пунктирной кривой.Чем меньше проходное сечение дросселирующего отверстия, тем нижена выходе из дросселя 4 давление и соответствующая ему температуранасыщения.

Таким образом, использование дросселирующего клапана спеременным сечением позволяет произвольно изменять температурухладагента на входе в холодильную камеру І. Получаемый в результатедросселирования влажный насыщенный пар небольшой степени сухости поступает в теплообменник холодильной камеры.397ЕРис. 15.40. Теоретические циклы парокомпрессорной холодильной установки:а, б- идеализированные циклы; в - реальный циклПроцесс парообразования 4-1 в теплообменнике-испарителе протекает при постоянных давлении и температуре за счет теплоты, отбираемой у охлаждаемых предметов. При этом удельный объем, степень сухости, энтальпия и энтропия рабочего тела возрастают.

Количество теплоты 02, отбираемой от охлаждаемых предметов, определяется в Т-Ѕ-координатах площадью под процессом 4-1. Поскольку в процессе дросселирования увеличение удельного объема не сопровождается совершениемработы, необходимая для привода холодильной установки работа полностью определяется затратами энергии на привод компрессора (ІЦ = іІ - 12).При адиабатных процессах (см. рис. 15.40, а, б) сжатия паров хладагента (1-2) и понижения давления конденсата в редукционном регули-рующем вентиле (3-4) теоретический цикл паровой компрессорной ус-тановки тождественен обратному циклу Карно, так как процессы испарения (4-1) и конденсации хладагента (2-3) происходят не только припостоянном давлении, но и при постоянной температуре.

Поэтому паровые компрессорные установки имеют более высокий, чем воздушные,холодильный коэффициент. Так как теплоемкость паров значительновыше теплоемкости воздуха, то паровые холодильные установки имеютбольшую удельную холодопроизводительность и меньшие габаритныеразмеры.Вместо дросселируюшего вентиля для понижения температур можноиспользовать и расширительный цилиндр.

При этом установка работалабы по обратному циклу Карно 1-2-3-5-1 (см. рис. 15.40, б). Тогда затраты энергии на ее привод определялись бы разностью между затратами напривод компрессора и положительной работой, получаемой при адиабатном расширении рабочего тела в детандере (адиабата 3-5). Таким образом, затраты энергии на привод установки с дросселируюшим вентилем оказываются большими на величину работы, получаемой в результате адиабатного расширения в детандере. Иными словами, в установке с398дросселируюшим вентилем затраты энергии на привод компрессора некомпенсируются частично положительной работой, получаемой прирасширении в детандере. Кроме того, в сравнении с обратным цикломКарно в установках с дросселируюшим вентилем уменьшается и количество отбираемой у охлаждаемых предметов теплоты (на величину заштрихованной площади 4'-4-5-5').

Тем не менее, в парокомпрессорныххолодильных установках используются не расширительные цилиндры, адросселируюшие вентили. Их применение при незначительном проигрыше экономичности позволяет существенно упростить конструкциюустановки и разрешить проблемы, связанные с регулированием режимовее работы.Участки линий А-К и К-В (см. рис. 15.40, а) соответствуют отрезкампограничных кривых жидкости и пара р-у диаграммы парообразованияхладагента. Если обозначить температуру в испарителе через ТІ, а температуру в конденсаторе через Т2, то холодильный коэффициент паровойкомпрессионнои холодильнои установкиє = т2/<тІ - 72).(15.80)Рассмотренный рабочий процесс парокомпрессорной холодильнойустановки со сжатием в компрессоре влажного пара имеет ряд недостатков, основными из которых являются возможность возникновения гидравлического удара в компрессоре и значительный теплообмен влажного пара со стенками компрессора и трубопроводов.Остающийся во вредном пространстве компрессора влажный пар вначале процесса всасывания расширяется, а капли конденсата испаряются, что препятствует поступлению новых порций пара в компрессор.Переход от сжатия влажного пара к сжатию сухого насыщенного пара ктак называемому сухому ходу компрессора (процесс І'-2), устраняетопасность гидравлического удара и повышает производительность компрессора почти на 20-25%.Если в компрессор поступает сухой насыщенный пар, то в конце сжатия он становится перегретым.

В конденсаторе он охлаждается до температуры насыщения (конденсации), а затем конденсируется. Теоретическийцикл І'-2'-3-4- І', изображенный пунктиром на рис. 15.40, а, б, соответствует сухому ходу паровой компрессорной холодильной установки.Холодопроизводительность установки при сухом ходе несколько повышается, но одновременно увеличиваются и затраты работы на сжатиепара, поэтому теоретический холодильный коэффициент несколькоснижается. Однако рост производительности установки и уменьшениепотерь от теплообмена приводят к тому, что экономичность действительного цикла при сухом ходе выше, чем при сжатии влажного пара.При работе компрессионной холодильной установки с сухим ходом вобласти большого интервала температур, когда температура кипения в399испарителе ниже -25 °С, возрастают степень повышения давления вкомпрессоре и температура паров хладагента после сжатия.

Это приводит к снижению производительности компрессора и большим тепловымпотерям в конденсаторе при охлаждении сжатого пара до температурыконденсации, поэтому при степени повышения давления в компрессоребольше 8 применяют двухступенчатое сжатие хладагента с промежуточным охлаждением.Выбор давлений в испарителе и конденсаторе, т.е. до и после компрессора, производится с помощью специальных таблиц по минимальной температуре, которую необходимо обеспечить в холодильной камере, и температуре охлаждающей среды конденсатора (воздух или вода).Так, например, если определяют показатели аммиачной холодильной ус-тановки с температурой в холодильной камере -12 °С и воздушным охлаждением конденсатора при температуре +20 °С, то давление в испарителе должно быть меньше 0,273 МПа, а в конденсаторе больше 0,874МПа, так как указанные давления и соответствующие им температурыявляются параметрами кипения и конденсации.Использование изотерм для подвода о] и отвода 42 теплоты позволяетприблизить цикл парокомпрессорной холодильной установки по эффективности к обратному циклу Карно.

О существенно большей экономичностипарокомпрессорных холодильных установок в сравнении с воздушными установками свидетельствует и тот факт, что отношение холодильных коэффициентов е оказывается для них достаточно высоким и достигает 0,85.В отличие от рассмотренного на рис. 15.40, а, б идеализированногоцикла в реальных парокомпрессорных установках из теплообменникаиспарителя холодильной камеры в компрессор поступает не влажный, асухой или даже несколько перегретый пар (рис. 15.40, в), что позволяетуменьшить теплообмен между стенками цилиндра І(см. рис.

15.39) и рабочим телом, а также улучшить условия смазывания цилиндра. Крометого, в конденсаторе имеет место некоторое переохлаждение рабочеготела (участок изобары 4-5 на рис. 15.40, б), что способствует возрастанию отводимой в цикле теплоты и увеличивает холодильный коэффициент установки (5-6 - процесс дросселирования).Абсорбционные холодильные установки. Наиболее сложными агрегатами компрессорной холодильной установки в конструктивном отношении и в обслуживании являются поршневой компрессор и его силовойпривод.

Характеристики

Список файлов книги