Холодильная машина с дросселированием в области влажного пара и сжатием сухого пара

Принципиальная схема и рабочий цикл такой машины приведены на рис. 4.1. Она составлена из четырех минимально необходимых составных элементов, без которых не может работать ни одна парожидкостная компрессорная холодильная машина.

Рис.4.1. Схема и рабочий цикл простейшей одноступенчатой парокомпрессионной холодильной машины:

I – компрессор; II – конденсатор; III – дроссель (регулирующий вентиль); IV – испаритель.

Под действием теплоты теплоотдатчика (ХН) q₀ в испарителе (как правило в межтрубном пространстве) кипит хладагент при температуре T₀ давлении P₀. На выходе из испарителя (в т. 1) – сухой насыщенный пар с теми же параметрами. Этот пар поступает в компрессор, где сжимается до давления Р_к – процесс 1-2.

Перегретый пар с параметрами т.2 нагнетается в конденсатор, где он охлаждается и конденсируется, процесс 2-3. Конденсат рабочего тела дросселируется от давления Р_к до давления Р₀, процесс 3-4, который протекает при i=const. В результате дросселирования часть жидкости вскипает. Это так называемые потери дросселирования.

Так как в цикле циркулирует всегда 1 кг рабочего вещества, то количество пара в т.4 может быть определено из соотношения (правило рычага):

, где G_п + G_ж=1. (4.1)

Оставшийся жидкий ХА поступает в испаритель, где он кипит под воздействием теплоты теплоотдатчика (ХН) q₀.

Удельное количество теплоты, подведенной в испарителе к рабочему агенту (холодопроизводительность цикла) определяется разностью q₀=i₁ –i₄. Необходимо понимать, что холодопризводительность цикла из-за потерь дросселирования, всегда меньше удельной массовой холодопроизводительности ХА (при отсутствии питающего отделителя жидкости у испарителя). На T, s–диаграмме холодопроизводительность цикла эквивалентна площади прямоугольника a41ba.

Внутренняя удельная работа сжатия в неохлаждаемом компрессоре l_i=i₂-i₁, или определяется площадью 23'351bd2.

Теплота отведенная в конденсаторе равна сумме подведенной энергии к циклу: q_к=q₀+l_i,– это так называемое уравнение энергетического баланса цикла. На T, s–диаграмме q_к отображается площадью 2354ad2. Но так как i₃=i₄, то легко доказать, что площади 3f53 и acf4 равны, следовательно q_к эквивалентна площади 23cd2.

Холодильные машины такой схемы широко используются в народном хозяйстве. Это, как правило, крупные аммиачные агрегаты с винтовыми и поршневыми компрессорами траулеров, искусственных катков, крупных продуктохранилищ и др.

В действительности в конденсаторе происходит некоторое переохлаждение жидкого ХА (на 4-5 градусов). Оно зависит от температуры воды и интенсивности охлаждения. На всасывании происходит некоторый перегрев паров ХА за счет естественного теплопритока через теплоизоляцию и стенки всасывающих трубопроводов. Методы учета этих явлений показаны в рассмотрении последующих схем и циклов.

4.2. Холодильная машина с переохлаждением[1]рабочего вещества после конденсатора

Схема и цикл такой ХМ приведен на рис. 4.2.

Введение дополнительного охлаждения жидкого хладагента в охладителе III увеличивает холодопроизводительность ХМ с "переохладителем" q₀ на величину Dq₀ по сравнению с ХМ без такого охладителя:

,

где - холодопроизводительность ХМ без "переохладителя".

Рис.4.2. Схема и рабочий цикл ХМ с дополнительным охлаждением конденсата ХА в аппарате III: I – компрессор; II – конденсатор; III – "переохладитель"; IV – дроссель; V – испаритель

Процессы: 1-2 – сжатие в компрессоре; 2-3¢-3 – охлаждение и конденсация паров ХА в конденсаторе при давлении Р_к; 3-4 – "переохлаждение" конденсата; 4-5 – дросселирование ХА с давления Р_к до Р₀; 5-6 – кипение ХА в испарителе при давлении Р₀.

Чем ниже температура Т₄ тем больше холодопроизводительность ХМ при неизменных энергозатратах в компрессоре, т.е. выше термодинамическая эффективность

Такая схема широко используется в аммиачных ХМ, если есть источник холодной (чаще артезианской, с температурой 9–12°C) воды.

Уравнение теплового баланса ХМ: .