Основные принципы работы паровой компрессионной холодильной машины.

В основе получения холода при помощи паровой компрессионной холодильной машины лежит отвод тепла от охлаждаемой среды при кипении рабочего вещества в испарителе. Кипение холодильного агента осуществляется при отводе тепла от охлаждаемой среды Qo, Дж/кг.

Процессы в аппаратах холодильной машины (1,2,3,4) отражены на диаграммах состояния холодильного агентаT—S и LgP—i.

На диаграммахT—S иLgP—i представлены цикл Карно и теоретический цикл паровой компрессионной холодильной машины. Теоретический цикл отличается как от реальных условий работы холодильной машины, так и от идеального цикла Карно.

В испарителе холодильной машины кипит холодильный агент. Процесс кипения холодильного агента в испарителе холодильной машины, работающей на основе цикла Карно 4-1, обеспечивается выполнением двух условий: подводом тепла к испарителю (отводом тепла от охлаждаемой среды) и отводом паров, скапливающихся в испарителе.

Рисунок 4 -Теоретический цикл паровой компрессионной холодильной машины в диаграммах Т-S и LgP-I

Последнюю функцию выполняет компрессор холодильной машины.

Компрессор отводит пары из испарителя, сжимает их до давления конденсации и перемещает пары в конденсатор . При сжатии пара повышается давление холодильного агента от давления кипения Ро, МПа до давления конденсации Р, МПа (1-2). Процесс сжатия сопровождается повышением температуры холодильного агента. Пар становится сухим насыщенным (точка 2). В нем отсутствует капельно-жидкая влага.

Сухой насыщенный пар поступает в конденсатор, где при постоянном давлении конденсации охлаждается до состояния насыщения (точка 3), превращаясь в жидкость.

В холодильной машине, работающей по циклу Карно, жидкий холодильный агент поступает в расширительный цилиндр (детандер), где, расширяясь, совершает полезную работу. Расширение сопровождается понижением давления и температуры до температуры кипения холодильного агента в испарителе. Холодопроизводительность холодильной машины соответствует площади (4-1-b-a-А) под изотермой кипения (4-1).

Отличия теоретического цикла паровой компрессионной холодильной машины от цикла Карно.

В цикле Карно всасывание паров холодильного агента в цилиндр компрессора осуществляется в состоянии влажного пара (точка 1).

Пар обусловливает в своем составе наличие капель жидкого холодильного агента. Поступление в цилиндр компрессора жидкого холодильного агента влечет за собой последствия, которые следует учитывать в условиях работы холодильной машины. Поскольку жидкости несжимаемы, то попадание жидкого холодильного агента в цилиндр компрессора может привести к явлению, которое носит название «гидравлический удар». Суть явления состоит в том, что при сжатии несжимаемой жидкости возможно разрушение конструктивных элементов компрессора. Наиболее уязвимой частью компрессора, подверженной разрушению при гидравлическом ударе, является всасывающий клапан. Он может разрушиться. Особенно это опасно для герметичных компрессоров, поскольку последствия подобного предполагают отправку компрессора в ремонт.

Таким образом, сравнительно с циклом Карно логически обоснован переход от холодильного агента в состоянии влажного пара (точка 1) к сухому насыщенному пару, т. е. пару, не имеющему в своем составе жидкости.

Переход от состояния холодильного агента к состоянию обеспечивает работу компрессора «сухим ходом», что позволяет достичь наибольшего значения коэффициента подачи и увеличить холодопроизводительность компрессора ∆ Дж/кг, на величину, эквивалентную площадиb-d- -1-b. Однако одновременно с увеличением холодопроизводительности, Дж/кг, возросла и величина энергетических затрат в виде работы. Величина адиабатной работы эквивалентна площади 1-1’-2’-2-1.

Рисисунок 5- Конструкция отделителя жидкости

а) — отделитель жидкости, б) — отделитель жидкости совместно с компрессором холодильной машины

Поскольку приращение площади, эквивалентной работе, больше площади, эквивалентной холодопроизводительности, энергетически данный процесс менее эффективен, чем процесс, протекающий в рамках цикла Карно. Однако практическая целесообразность превалирует над соображениями, связанными с энергетическими затратами.

Таким образом, для увеличения холодопроизводительности холодильной машины необходимо обеспечить подачу в цилиндр компрессора сухого насыщенного пара или пара в состоянии перегрева.

Обеспечить подачу в компрессор пара без капель жидкости можно двумя путями — либо предварительно отделяя жидкость от пара в отделителе жидкости, либо нагревая (перегревая) пар в испарителе посредством изменения расхода холодильного агента, проходящего через прибор автоматического регулирования расхода холодильного агента — ТРВ.