Главная Минимаркер Железнодорожный транспорт Минимаркер Транспортная энергетика (хладотранспорт) Минимаркер Расчет теоретического и действительного циклов холодильной машины

Расчет теоретического и действительного циклов холодильной машины

Страница 6 из 13

При расчете теоретического рабочего холодильного цикла исходят из условия установившегося теплового состояния машины, когда в единицу времени через каждый элемент холодильной машины (компрессор, конденсатор, регулирующий вентиль и испаритель) проходит постоянное количество хладагента.

Расчет теоретического рабочего цикла холодильной машины заключается в определении отводимого и подводимого тепла при условии постоянного давления, а также количества тепла, получаемого в результате сжатия паров в компрессоре. Как отмечено выше, на диаграмме Тs все эти величины выражаются площадью, что при расчетах неудобно. Следовательно, для упрощения расчетов лучше пользоваться диаграммой lg рi.

На (рис. 1) показаны теоретический и действительный циклы паровой компрессионной холодильной машины.

Заданными величинами для расчета теоретического цикла являются:

  • часовая холодопроизводительность машины Q0, Вт;
  • температура кипения хладагента t0, °С;
  • температура конденсации хладагента t0, °С;
  • температура хладагента перед регулирующим вентилем t и, °С.

По заданным температурам конденсации и кипения определяют давление конденсации рк и давление кипения р0. Затем по температурам и давлениям наносят цикл на тепловую диаграмму. При этом весь цикл на диаграмме можно не изображать, а отметить характерные его точки (1, 2, 3 и т. д.) и выписать необходимые параметры хладагента. Наряду с тепловыми диаграммами при расчетах холодильных машин пользуются также таблицами термодинамических свойств хладагентов.

Точку 1 на правой пограничной кривой диаграммы lg pi, соответствующую поступлению в компрессор сухого пара (х = 1), определяют по заданной температуре кипения t0 или давлению р0 в испарителе. Для этой точки находят теплосодержание и удельный объем паров хладагента по соответствующим линиям.

Затем проводят адиабату (линию сжатия паров в компрессоре) до пересечения с линией постоянного давления рк, соответствующего заданной температуре конденсации tп, и получают точку 2.

Точке 2 на диаграмме соответствует выталкивание сжатых паров из компрессора в конденсатор. В этой точке по изотерме определяют температуру перегрева паров хладагента tп, а по соответствующим линиям, проходящим через точку 2, – теплосодержание i и удельный объем паров.

Теоретический и действительный циклы

Рис. 1 – Теоретический и действительный циклы паровой компрессионной холодильной машины

Отрезок горизонтальной линии между точками 1 – 2 (разность теплосодержания i2i1) представляет собой расход энергии в кДж/кг (ккал/кг) на сжатие в компрессоре 1 кг паров хладагента:

i = i2i1. (13)

От точки 2 до точки 3 пары охлаждаются и конденсируются при постоянном давлении. Отрезок 2 – 3, равный разности теплосодержаний i2i3, представляет собой количество тепла, которое нужно отнять в конденсаторе от каждого килограмма паров хладагента:

qк = i2i3. (14)

Параметры жидкого хладагента, поступающего из конденсатора к регулирующему вентилю, характеризуются на диаграмме lg pi точкой 3, которая лежит на левой пограничной кривой и определяется давлением или температурой конденсации. В регулирующем вентиле происходит дросселирование хладагента при постоянном теплосодержании, то есть i3 = i4. В конце дросселирования параметры парожидкостной смеси хладагента соответствуют на диаграмме точке 4.

Начало кипения хладагента в испарителе при постоянном давлении и температуре характеризуется также точкой 4. Этот процесс продолжается до тех пор, пока вся жидкость не превратится в пар (х = 1) и кончается в точке 1. При влажном процессе (х < 1) точка 1 будет находиться на прямой изотермы и изобары, но левее правой пограничной кривой. При всасывании компрессором перегретых паров точка 1ʹ будет лежать на пересечении изобары с изотермой tв, которая соответствует температуре всасывания, но правее правой пограничной кривой. Отрезок 1 – 4, равный разности теплосодержаний i1i4, представляет собой теоретическую холодопроизводительность q0 (кДж/кг), которая снимается с каждого килограмма хладагента:

q0 = i1i4. (15)

Для увеличения холодопроизводительности выгодно переохлаждать жидкий хладагент ниже температуры конденсации, то есть до температуры tи. В этом случае холодопроизводительность (кДж/кг) определяется разностью теплосодержаний

q0 = i1i. (16)

Количество тепла (кДж/кг), которое отнимается от 1 кг хладагента в переохладителе, определяется разностью теплосодержаний:

qи= i3i. (17)

Количество циркулирующего хладагента при заданной холодопроизводительности машины Q0 (Вт) определяется (кг/ч) как

Gх = 3,6× (Q0 / q0). (18)

Объем циркулирующего хладагента составляет (м3/ч)

V = Gх × υ1, (19)

где υ1 – удельный объем засасываемого компрессором пара, м3/кг. Этот объем можно определить по диаграммам или специальным таблицам.

Между массовой и объемной холодопроизводительностью существует определенная зависимость:

q0 = qυ × υ1 или qυ = q0 / υ1 = (i1i4)/ υ1, (20)

где qυ – объемная холодопроизводительность, кДж/м3.

Нa основании этого соотношения объем (м3/ч) циркулирующего хладагента составит

V = 3,6 × (Q0 / q0). (21)

Из последней формулы видно, что объем циркулирующего хладагента определяется заданной и объемной холодопроизводительностью установки.

Потребная теоретическая мощность компрессора составит (кВт)

130214_f10

Тепловая нагрузка на конденсатор (Вт), то есть часовое количество тепла, отводимое от хладагента в конденсаторе, составляет

130214_f11

Тепловая нагрузка на переохладитель (Вт)

130214_f12

Теоретические циклы холодильных машин рассчитывают исходя из предположений, что процессы кипения и конденсации протекают при неизменных давлениях, сжатие паров хладагента в компрессоре адиабатическое и т. д. Действительный цикл паровой компрессионной холодильной машины отличается от теоретического.

Для сравнения этих двух циклов совместим диаграммы действительного и теоретического цикла, как показано на (рис. 1). Действительный цикл показан штриховыми линиями, теоретический – сплошными.

Основными отклонениями действительного цикла от теоретического являются:

  • падение давления в конденсаторе и испарителе вследствие трения хладагента о стенки труб, в результате чего для процесса сжатия между точками 1ʹ и 2ʹ требуется большая затрата работы, чем в теоретическом цикле;
  • переохлаждение жидкого хладагента в конденсаторе для обеспечения 100% содержания жидкости перед регулирующим вентилем;
  • перегрев паров в испарителе для предотвращения уноса частиц жидкости в компрессор.

Действительный цикл отличается от теоретического еще тем, что сжатие паров хладагента в компрессоре не происходит при постоянной энтропии, имеются потери на трение и другие потери.

Холодопроизводительность 1 кг хладагента (кДж/кг) с учетом переохлаждения жидкости в конденсаторе и перегрева паров в испарителе равна разности энтальпий в точках 1ʹ и 4ʹ, то есть

qʹ0 = ii, (25)

а без переохлаждения

q0 = ii4.

Таблица 1

130214_t10

130214_t11

Работа (кДж/кг), затрачиваемая в компрессоре на 1 кг хладагента, в этом случае определяется разностью энтальпий в точках 2ʹ и 1ʹ:

l = ii. (26)

Графически на диаграмме lg рi работе соответствует проекция адиабаты 1ʹ – 2ʹ на ось абсцисс.

Пример. Определить параметры (см. рис. 1) и произвести расчеты теоретических циклов паровых аммиачных и фреоновых холодильных машин, если дано t0 = –15°С, t к = 30° С, t и = 25°С. Kроме того, вычислить теоретическую мощность, затрачиваемую компрессором, и тепловую нагрузку на конденсатор. Холодопроизводительность каждой машины Q0 = 116300 Вт (100 000 ккал/ч).

Формулы, по которым произведен расчет, и результаты расчета приведены в табл. 1.

С помощью диаграмм lg рi определяем давления нагнетания и всасывания, а затем энтальпии: сухого насыщенного пара, всасываемого компрессором (точка 1 на рис. 1) il перегретого пара в конце сжатия (точка 2) i2 жидкости в конце конденсации (точка 3ʹ) i = i. Наряду с этим находим удельный объем всасываемого пара (точка 1) и температуру перегретого пара (точка 2). Все эти величины запишем в табл. 2.

Таблица 2

130214_t12


© 2013 - 2017 Учебно-образовательный портал "Все лекции"
Материалы, представленные на страницах нашего сайта, созданы авторами сайта, присланы пользователями, взяты из открытых источников и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Все авторские права на материалы принадлежат их законным авторам.
Разработка сайта - Скобелев Алексей





Яндекс.Метрика