Исследование работы и устройства фреоновых холодильников

Цель работы

Ознакомление с холодильной установкой, определение её основных рабочих параметров, построение цикла холодильной машины с переохлаждением и перегревом.

Задачи работы

1. Измерить рабочие параметры холодильной машины в установившемся режиме.

2. Определить характеристики холодильной машины и дать количественную и качественную характеристику полученных теоретического и экспериментального цикла.

Теоретические основы

Принцип действия холодильной машины.Холодильная машина состоит из компрессора-I, конденсатора-II, регулирующего вентиля-III и испарителя-IV, соединенных трубопроводами (рис. 8.1).

Рисунок 1 – Схема холодильной установки

Компрессор является основной частью холодильной машины. Для поддержания в испарителе заданной температуры кипения необходимо, чтобы давление в нем соответствовало этой температуре, для чего компрессор должен отсасывать все пары, образующиеся в испарителе.

Поршневой компрессор данной холодильной машины герметичный, состоит из одного цилиндра, внутри которого поршень совершает возвратно-поступательное движение. В крышке цилиндра расположены всасывающий и нагнетательный клапаны. Рабочий процесс компрессора завершается за один оборот вала или за два хода поршня. При движении поршня из левого крайнего положения в правое, открывается всасывающий клапан, и пары из испарителя засасываются в цилиндр. При обратном движении поршня пары сжимаются и через нагнетательный клапан выталкиваются в конденсатор.

Теоретический рабочий процесс компрессора изображается термодинамической диаграммой с координатами: i – энтальпия, LgР – логарифмическое давление пара.

Рис. 8.1. Схема работы холодильной установки

Прямая 5-1 характеризует процесс всасывания пара, протекающий при постоянном давлении Р₀, равном давлению в испарителе. Кривая 1-2 характеризует процесс сжатия пара от давления Р₀ до Р_к. Объем пара, засасываемого компрессором, соответствует объему, описываемому поршнем V_h.

Действительный рабочий процесс компрессора отличается от теоретического величиной потерь, которые делятся на объемные и энергетические. К объемным потерям, относятся потери, вызванные наличием мертвого пространства, сопротивлением протеканию паров при всасывании и нагнетании, подогревом пара при сжатии, внутренними утечками пара через неплотности в компрессоре.

Объемные потери снижают производительность компрессора, энергетические – увеличивают затраты мощности.

В испарителе IV (рис.8.1) при температуре t₀ и давлении Р₀ жидкий холодильный агент кипит за счет отвода тепла от охлаждаемой среды. Пары хладагента, образующиеся в результате кипения, отсасываются компрессором I, сжимаются в нем до давления конденсации p_к и нагнетаются в конденсатор II. Здесь пары охлаждаются до температуры конденсации и конденсируются, отдавая свое тепло воде или воздуху. Из конденсатора жидкий холодильный агент поступает в регулирующий вентиль IV, в котором давление понижается с p_к до p₀, а температура с t_к до t₀, а затем в испаритель, после чего цикл начинается сначала.

На рис. 8.2 в диаграмме lgP-i изображен теоретический цикл паровой холодильной машины.

Отрезку 4-5 соответствует процесс кипения холодильного агента в испарителе при температуре t₀ и давлении Р₀, в результате кото­рого происходит отвод тепла q₀ от охлаждаемой среды.

Отрезок 1-2 характеризует адиабатическое сжатие паров в компрессоре до давления p_к. На этот процесс затрачивается работа l. Отрезок 2-3 характеризует отвод тепла q_к при постоянном давлении Р_к в конденсаторе: отрезку 2-2' соответствует охлаждение пара до температуры конденсации; 2'-3 – непосредственно конденсация паров; 3-3' – переохлаждение до температуры, определяемой точкой 3'. Отрезку 3'-4 соответствует дросселирование холодильного агента, т.е. понижение давления от p_к до p₀. Это происходит без теплообмена с окружающей средой, поэтому выделившееся при дросселировании тепло компенсируется парообразованием. Величина парообразования зависит от свойств холодильного агента и разности температур до и после регулирующего вентиля.

Благодаря парообразованию в регулирующем вентиле, в испаритель будет поступать жидкость вместе с паром. При этом холодопроизводительность жидкого холодильного агента снизится. Чем больше пара, тем меньше тепла холодильный агент сможет отобрать от охлаждаемого объекта.

Удельная холодопроизводительность q₀ в диаграмме изображается площадью a-4-5-b, а удельное тепло, отведенное от холодильного агента в конденсаторе q_к, – площадью 2-3¢-4-1.

Удельную работу l, затраченную в компрессоре на совершение холодильного цикла, выражают площадью 4-1-2-3-3'. Практические расчеты по холодильным машинам осуществляются с помощью тепловых диаграмм в координатах lgР-i, в которых, подведенное и отведенное удельное тепло при постоянном давлении в испарителе и конденсаторе, а такие работа компрессора при адиабатическом сжатии определяются по разности теплосодержаний в начале и конце процесса.

Рис. 8.2.Термодинамическая диаграмма фреона R134а фреона