Цикл одноступенчатой холодильной машины

Теоретические циклы холодильных машин

Под теоретическими будем понимать такие циклы в которых:

1) подвод тепла к хладагенту в испарителе и отвод тепла от него в конденсаторе осуществляется при бесконечно малой разнице температур;

2) не учитываются гидравлические потери на линиях всасывания и нагнетания компрессора;

3) не учитываются потери на трение при сжатии пара хладагента в компрессоре.

3.1.1. Одноступенчатые холодильные машины и способы переохлаждения хладагента

Холодильная машина с детандером в области всасывания влажного пара при реализации цикла Карно

Принципиальная схема и теоретические циклы в P-i и T-s диаграммах холодильной машины с детандером приведены на рис.3.1.

Рабочее вещество в состоянии влажного пара 1 поступает в компрессор I, где изоэнтропно сжимается до давления конденсации р_к (процесс 1 – 2) и направляется в конденсатор II. В этом цикле т.2 должна лежать на правой пограничной кривой. После конденсации за счет отвода теплоты в окружающую среду с температурой Т_ос (процесс 2 – 3), рабочее вещество расширяется в детандере III до давления кипения р₀, совершая при этом работу. Процесс расширения 3 – 4 также идет изоэнтропно. В состоянии т.4 рабочее вещество поступает в испаритель IV, где кипит при давлении р₀ за счет теплоты, подводимой от источника Т_интнизкой температуры (процесс 4 – 1). Пар рабочего вещества, образовавшийся при кипении в испарителе, отсасывается компрессором. Теплота, которая подводится к рабочему веществу в испарителе, называется холодопроизводительностью холодильной машины Q₀, а, теплота, отнесенная к 1 кг рабочего вещества, – удельной массовой холодопроизводительностью q₀. Удельная массовая холодопроизводительность на диаграмме Т-s соответствует площади m – 4 – 1 – n, а на диаграмме p-i – разности энтальпий между точками 1 и 4.

Удельная работа ℓ_к, затрачиваемая компрессором, соответствует в Т-s диаграмме площади пл. 1 – 2 – 3 – 0 – 1, а в диаграмме p-i – отрезку 1 – 2, или

Удельная теплота, отводимая от рабочего вещества в конденсаторе, определяется на диаграмме Т-s как площадь m – 3 – 2 – n, на диаграмме p-i – отрезком 2 – 3, или

Удельная работа, совершаемая рабочим веществом при расширении в детандере, – это на диаграмме Т-s площадь пл. 0 – 3 – 4, а на диаграмме p-i – отрезок 3 – 4, или

Так как в компрессоре работа затрачивается, а в детандере – совершается, то удельная работа, которую необходимо затратить для осуществления цикла 1 – 2 – 3 – 4 будет

ℓ_ц = ℓ_к – ℓ_д = (i₂ – i₁) – (i₃ – i₄).

Площадь на диаграмме Т-s, которая эквивалентна работе цикла, соответствует пл. 1 – 2 – 3 – 0 – 1 – пл. 0 – 3 – 4 = пл. 1 – 2 – 3 – 4. К такому же выводу можно прийти другим способом:

или ℓ_ц = q – q₀ соответствует пл. m – 3 – 2 – n – пл. m – 4 – 1 – n = пл.1– 2 – 3 – 4.

Холодильный коэффициент цикла 1– 2 – 3 – 4 (Карно)

ε_к = .

Параметры теоретического цикла с детандером T-s и р-i диаграммах

Для наглядности в таблице 3.1 для основных параметров рассмотренного теоретического цикла с детандером приведены соответствующие площади в Т-s диаграмме и соответствующие им разности удельных энтальпий в p-i диаграмме.

Холодильная машина с дроссельным вентилем и всасыванием сухого насыщенного пара

На рис.3.2 показаны принципиальная схема такой машины и ее теоретические циклы в Т–s и p–i диаграммах. Рабочие процессы рассматриваемой холодильной машины идут следующим образом:

· 1 – 2 изоэнтропное сжатие рабочего вещества в компрессоре I;

· 2 – 3 – охлаждение и конденсация рабочего вещества за счет отвода тепла в окружающую среду с температурой Т_ос в конденсаторе II;

· 3 – 4 – изоэнтальпийное расширение рабочего вещества в дроссельном вентиле III;

· 3 – 5 – изоэнтропное расширение рабочего вещества в детандере;

· 4 – 1 – кипение рабочего вещества за счет подвода теплоты от источника низкой температуры Т_интв испарителе IV.

В рассматриваемом цикле по сравнению с предыдущим изоэнтропное расширение с совершением внешней работы заменено дросселированием, что привело к появлению внутренней необратимости. Всасывание в компрессор сухого насыщенного пара явилось причиной того, что температура нагнетания (т.2) стала выше температуры окружающей среды, поэтому появиля внешне необратимый процесс охлаждения рабочего вещества 2 – b.

Для имеющихся внешних условий в Т–s диаграмме обратимым циклом Карно будет цикл 1 – а – b – c – 4, в котором 1 – а – изоэнтропное сжатие, а – b – изотермическое сжатие, остальные процессы также обратимы. Работа этого цикла ℓ_min соответствует пл. 1 – а – с – 4. Необратимые потери, связанные с дросселированием, эквивалентны площади 0 – 3 – с – 4. Необратимые потери, связанные с охлаждением рабочего вещества 2 – b при конечной разности температур (т.е. охлаждение от температуры выходящего перегретого пара хладагента из компрессора до температуры, соответствующей его температуре конденсации), эквивалентны площади b – 2 – а. Кроме того, при замене детандера на дроссельный вентиль, уменьшается удельная холодопроизводительность на величину ∆q₀ = пл. m – 5 – 4 – n. Это происходит вследствие того, что удельная работа, которая могла бы быть получена в изоэнтропном процессе расширения 3 – 5 (пл. 0 – 3 – 5) полностью превращается в теплоту и подводится к рабочему веществу в процессе дросселирования, потому часть рабочего вещества выкипает (процесс 5 – 4). Цикл Карно, показанный на рис. 3.1, практически осуществить очень сложно, поэтому именно цикл с дроссельным вентилем и всасыванием сухого насыщенного пара является теоретическим (образцовым) циклом для одноступенчатых холодильных машин. Основные величины, характеризующие этот цикл:

· удельная холодопроизводительность q₀ в Т–s диаграмме соответствует пл. n – 4 – 1 – e и равна разности энтальпий i₁ – i₄ в p-i диаграмме;

· удельная теплота конденсации соответствует в Т–s диаграмме пл. m – 3 – b – 2 – е и равна разности энтальпий i₂ – i₃ в p-i диаграмме;

· работа цикла ℓ_ц = q – q₀ и соответствует в Т–s диаграмме разнице

пл. m – 3 – b – 2 – e – пл. n – 4 – 1 – e = пл. 1 – 2 – b– 3 – 0 – 1, или, так как

ℓ_д = 0, ℓ_ц = ℓ_к = i₂ – i₁, что и соответствует в Т–s диаграмме пл. 1 – 2 – b – 3 – 0 – 1. При этом следует иметь в виду, что ∆q₀= ℓ_д.

Холодильный коэффициент теоретического цикла

,

а коэффициент обратимости будет определяться соотношением

Для наглядности в таблице 3.2 для основных параметров рассмотренного теоретического цикла с дроссельным вентилем приведены соответствующие площади в Т-s диаграмме и соответствующие им разности удельных энтальпий в p-i диаграмме.

Параметры теоретического цикла с дроссельным вентилем в T-s и р-i диаграммах

Источник

Одноступенчатая холодильная машина

Одноступенчатая холодильная машина – система замкнутого типа с абсолютным уровнем герметизации. В ней создается непрерывная циркуляция хладагента. В состав типичной модели машины входит испаритель, компрессор, конденсатор, регулирующий вентиль и система трубопроводов. Кипение хладагента одновременно с отбором тепла и сменой агрегатного состояния, то есть превращения в пар, происходит в испарителе.

Образованные пары втягиваются в компрессор, где происходит их сжатие, и далее переходят конденсатор. Там пары с помощью холодного воздуха или воды охлаждаются и снова меняют свое агрегатное состояние – преобразуются в жидкость. Сразу же после этого они движутся в испаритель, проходя через терморегулирующий вентиль, во время чего снижается давление хладагента. На этом цикл заканчивается и повторяется заново.

Несмотря на простейший принцип действия, одноступенчатая холодильная машина является самым востребованным оборудованием. Ее характеристики зависимы от типа используемого компрессора, его мощности, наличия дополнительных элементов в составе установки. Всевозможные полезные опции позволяют уменшить статью расхода на электроэнергию, с выгодой утилизировать тепло, выбрасываемое работающим оборудованием, использовав его для отопления помещений или нагрева воды. Все эти дополнения зависят от желания заказчика и целей предприятия.

Современные модели могут функционировать в полностью автоматическом режиме, практически без участия обслуживающего персонала. Они оснащаются всевозможными датчиками, термометрами, тонометрами, то есть всеми деталями, обеспечивающими непрерывный контроль над работой установки. Это снижает вероятность возникновения аварийных ситуаций и позволяет своевременно обнаружить мельчайшие неполадки или некорректность работы оборудования.

Приобрести одно, двух и трехступенчатые агрегаты вы можете в компании «АквилонСтройМонтаж». Высококвалифицированные инженеры разработают для вас индивидуальную схему, которая будет полностью решать все поставленные вами задачи. Мы же гарантируем вам высокое качество оборудования, проводимых работ и невысокие цены.

Источник

Построение цикла одноступенчатой холодильной машины

При расчетах рабочего холодильного процесса исходят из условия установившегося теплового состояния холодильной установки, когда в единицу времени через каждый её элемент (компрессор, конденсатор, регулирующий вентиль, испаритель) проходит постоянное количество холодильного агента.

Расчет такого процесса заключается в определении количества отводимого от конденсатора и подводимого к испарителю тепла при условии постоянства начальных и конечных температур и давлении, а также в определении количества тепла, полученного в результате сжатия паров в компрессоре.

Для упрощения тепловых расчетов холодильного процесса применяются T-S и lgP-i диаграммы.

Таблица №6. ЗНАЧЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ОСНОВНЫХ ТОЧЕК

Тепловой расчет холодильной машины

Тепловой расчет производится в следующей последовательности:

1.Удельная весовая холодопроизводительность холодильного агента:

= 624-431 = 193 кДж/кг

2.Теплота, отводимая от 1 кг холодильного агента в конденсаторе и теплообменнике:

кДж/кг

кДж/кг

где: l – теоретическая работа сжатия в компрессоре:

кДж/кг

3.Холодильный коэффициент цикла:

Подбор оборудования холодильной машины

Подбор компрессора

1.Находим степень сжатия паров в компрессоре:

2.Определяем коэффициент подачи поршневого компрессора:

где: – объемный коэффициент, учитывающий влияние объема мертвого пространства, который равен:

-1)

где: с – коэффициент вредного пространства, для мелких компрессоров с=0,05,

m – показатель политропы, для хладонов m = (0,9 1,1)

-1) = 0,9265

где: – коэффициент подогрева, равный:

где: – коэффициент дросселирования, учитывающий сопротивления в компрессоре, для температуры испарения -30⁰С, (0,94 0,97).

– коэффициент плотности, учитывающий утечки,

= 0,9265*0,91*0,95*0,97 = 0,78

3.Объемная холодопроизводительность холодильного агента:

где: – удельная весовая холодопроизводительность холодильного агента, =191 кДж/кг,

— удельный объем перегретого пара, =0,0384 м 3 /кг

193/0,0384=5026 кДж/кг

4.В каталогах приводятся производительности холодильных установок при стандартных условиях работы. Необходимо пересчитать рабочую холодопроизводительность на стандартную:

=0,67, =0,78, =1332,4 кДж/м 3

— принимаем равным Q_о=48587 Вт

=11062 кДж/ч = 3,07 кВт

5.Выбираем холодильную машину с близким к значением: = 9000 Вт

Производительность по холоду: 9кВт

Диаметр цилиндров: 67,5 мм

Число цилиндров компрессора: 1

Частота вращения: 24 об/с

Определим действительную производительность по холоду:

= = 39000 Вт

6.Часовой объем компрессора для выбранной холодильной машины

, м 3 /ч

где: – производительность по холоду, выбранного компрессора, =142200 Вт

q – объемная холодопроизводительность холодильного агента,

– коэффициент поршневого компрессора,

м 3 /ч

7.Количество циркулирующего фреона:

где: — производительность по холоду, выбранного компрессора, =142200 Вт

– удельная весовая холодопроизводительность холодильного агента, =191 кДж/кг,

кг/ч

8.Теоретическая мощность, затраченная в компрессоре:

Вт

Источник

РАСЧЕТ СХЕМЫ ОДНОСТУПЕНЧАТОЙ ПАРОКОМПРЕССИОННОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ

СОДЕРЖАНИЕ

Практическая работа № 1. Расчет схемы одноступенчатой

парокомпрессионной холодильной машины… ………………. 5

Практическая работа № 2. Расчет схемы двухступенчатой

парокомпрессионной холодильной машины …………………..10

Практическая работа № 3. Расчет водоаммиачной

Список рекомендуемой литературы……………………………..24

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящие методические указания содержат задачи и примеры их решения по курсу «Теоретические основы холодильной техники».

Практикум предназначен для практического закрепления знаний по разделам курса, изучающим: парокомпрессионные и абсорбционные холодильные машины, их рабочие схемы и конструкции, реальные циклы холодильных машин, расчеты их основных параметров, а также приобретения навыков по расчету одноступенчатых, двухступенчатых парокомпрессионных холодильных машин, водоаммиачных холодильных машин.

Знания, полученные при расчете задач, помогут студентам понять физическую сущность процессов, происходящих в холодильных машинах, приобрести навыки выполнения расчетов холодильных машин.

Задачи основаны на теоретическом материале, изложенном в курсе лекций по дисциплине «Теоретические основы холодильной техники», а также в учебных пособиях, приведенных в списке рекомендуемой литературы.

Сборник задач и примеров решения предназначен для студентов, обучающихся по направлению 141200 «Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения».

Практическая работа № 1

РАСЧЕТ СХЕМЫ ОДНОСТУПЕНЧАТОЙ ПАРОКОМПРЕССИОННОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ

Рис. 2. Цикл одноступенчатого теплового насоса.

Принимая перегрев на всасывании компрессора =10 0 С, находим температуру на входе в компрессор:

(1.1)

Принимая переохлаждение перед дросселированием =3 0 С, находим температуру перед дроссельным вентилем:

(1.2)

Используя P-h диаграмму R-134а или таблицы состояния R-134а на линии насыщения [ 2 ] по заданным значениям и , находим давления кипения и конденсации:

Используя P-h диаграмму R-134а, находим параметры рабочего тела в узловых точках цикла и заносим их в таблицу 1.

№ точки	а
Давление Р,МПа	0,165	0,165	0,76	0,76	0,76	0,165
Температура Т,	-15	-5
Энтальпия h, кДж/кг
Энтропия S, кДж/кг·К	1,73	1,77	1,77	—	—	—
Уд. объем v, м 3 /кг	0,13	0,125	0,028	—	—	0,035

При построении цикла необходимо руководствоваться следующим:

точка а находится на пересечении изобары с линией насыщенного пара;

точка 1 находится в области перегретого пара на пересечении изобары с изотермой ;

точка 2 находится в области перегретого пара на пересечении изобары с изоэнтропой S₂=S₁;

точка 3 находится на пересечении изобары с линией насыщенной жидкости;

точка 4 находится в области переохлажденной жидкости на пересечении изобары с изотермой ;

точка 5 находится в области влажного пара на пересечении изобары с изоэнтальпой h₅=h₄.

Произведем расчет цикла.

Удельная холодопроизводительность цикла:

(1.3)

Удельная адиабатная работа компрессора:

(1.4)

Удельная тепловая нагрузка конденсатора:

(1.5)

Массовый расход холодильного агента:

(1.6)

Объемная производительность компрессора по условиям всасывания:

(1.7)

Расчетная тепловая нагрузка конденсатора:

(1.8)

Теоретическая мощность компрессора:

(1.9)

Степень повышения давления в компрессоре:

π= / =0,76/0,165=4,6 (1.10)

По графикам (рис.2.2, рис.2.3, стр.106 [ 4 ]) определяем коэффициент подачи и индикаторный КПД компрессора:

Теоретическая объемная производительность компрессора (объем, описываемый поршнями):

(1.12)

Индикаторная мощность компрессора:

(1.13)

(1.14)

Эффективная мощность компрессора:

(1.15)

Принимая КПД электродвигателя определяем мощность электродвигателя:

(1.16)

Теоретический холодильный коэффициент цикла:

(1.17)

Действительный холодильный коэффициент холодильной машины:

(1.18)

Источник