Статическая характеристика

ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Простейшая холодильная установка (рис. 2.1, а) состоит из объекта охлаждения Об, испарителя И, расположенного в объекте, компрессора Км, конденсатора Кд и регулирующего вентиля РВ.

Пусть установка предназначается для поддержания в объекте температуры t_в. При этом объект подвержен воздействию внешнего фактора - окружающей температуры t_н. Как видно из схемы, режим работы установки характеризуется значительным числом термодинамических и конструктивных параметров: температурами хладагента в различных точках, температурой охлаждающей среды, расходами сред, размерами и параметрами теплопередающих поверхностей.

Для простоты следует условиться, что произведение k_иF_и = соnst для испарителя и температура конденсации t_к = соnst. Оба эти условия легко реализуются на практике: первое - путем применения автоматических регулирующих вентилей, изменяющих расход хладагента G_а и обеспечивающих постоянное заполнение испарителя, второе - с помощью автоматического регулятора, который изменяет расход охлаждающей среды G_ω и поддерживает t_к приблизительно постоянной.

Рис. 2.1. Статические характеристики простейшей холодильной установки:

а - схема; б - построение совмещенных графиков

Тепловое состояние объекта в установившемся процессе описывается системой из трех уравнений:

Q_об = k₀F₀ (t_н - t_в); (2.1)

Q_и = k_иF_и (t_в – t₀); (2.2)

Q_км = f (t₀), (2.3)

где Q_об и Q_и - количество теплоты, проходящей в единицу времени соответственно через ограждения объекта и теплопередающую поверхность испарителя; k₀F₀ - величина, характеризующая теплопередачу через ограждения объекта; k_иF_и - величина, характеризующая теплопередачу через испаритель; Q_км - холодопроизводительность компрессора.

Уравнение (2.3) представляет собой характеристику компрессора, получаемую обычно экспериментальным путем.

Замечено, что в установившемся состоянии Q_об = Q_и = Q_км.

Следует выяснить, какие значения будет принимать температура t_в при различных значениях t_н и непрерывно работающем компрессоре. Для этого необходимо построить три совмещенных графика (рис. 2.1, б).

На графике I совмещают характеристики компрессора Q_км = f(t₀) и испарителя Q_и = f(t₀) (последняя построена для трех значений температуры воздуха t_в1 t_в2, t_в3). Точки I₁, I₂ и I₃ являются рабочими для выбранных значений t_в.

На графике II строят характеристику Q_об = f(t_н) по уравнению (2.1) для тех же значений t_в. Исходя из условия установившегося состояния Q_об = Q_и = Q_км, можно утверждать, что точки II₁, II₂ и II₃ также соответствуют тем же трем установившимся режимам. Соединив эти точки плавной кривой, получают статическую характеристику установки Q_у = f(t_н), которая позволяет определить фактическую тепловую нагрузку на объект при различных значениях наружной температуры t_н.

График III является вспомогательным. Для значений t_в1, t_в2 и t_в3 и нагрузок Q₁, Q₂ и Q₃ найдены точки III₁, III₂ и III₃, которые принадлежат статической характеристике установки в виде Q_у = f(t_в).

Пусть наружная температура равна t_на. Необходимо определить соответствующие температуры в объекте и кипения, а также фактическую тепловую нагрузку. На графике II по величине t_на находят рабочую точку II_а, которая соответствует нагрузке Q_а, температурам в объекте t_ва (см. график III) и кипения t_оа (см. график I). Если t_н изменяется от t_на до t_нб, то t_в лежит в пределах t_ва-t_вб, t₀ - в пределах t_оа-t_об, а нагрузка - от Q_a до Q_б.

Из изложенного можно сделать следующие выводы. Холодильная установка представляет собой объект с самовыравниванием. Это означает, что каждому значению нагрузки, в данном случае внешней температуры, соответствует определенное установившееся состояние, характеризуемое некоторым набором параметров. При этом в достаточно широких пределах изменения нагрузки установка сохраняет работоспособность.

Если с точки зрения стоящих перед установкой задач изменения температуры, возникающие в объекте, являются допустимыми, то такая установка в принципе не требует регулирования.

Однако в большинстве случаев технологические процессы, использующие холодильные машины, предъявляют более или менее жесткие требования к поддержанию температуры охлаждаемой среды. Описанные выше статические характеристики позволяют оценить влияние нагрузки на выходную величину, в данном случае температуру воздуха в камере, и принять решение о необходимости регулирования (ручного или автоматического).