• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Основи теорії холодильних машин

Холодильні машини бувають поршневі, компресійні, турбоком­пресорні, абсорбційні, пароежекторні, повітряні й термоелектричні.

У харчовій промисловості, торгівлі і ресторанному господарстві знайшли застосування переважно компресійні, а також абсорбційні холодильні машини.

На рис. 3.5 наведена принципова схема компресійної парової холодильної машини, що складається з компресора, конденсатора, випарника і регулюючого вентиля. Рідкий холодильний агент кипить у випарнику при зниженій температурі і тиску. Компресор безупинно відсмоктує пари, що утворилися, і знижує їхній тиск. Тепло від охолоджуваного приміщення або апаратів поглинається холодильним агентом у вигляді схованої теплоти випару.

Регулювальний вентиль (РВ) Компресор Охолоджуване приміщення Конденсатор

Рис. 3.5. Принципова схема парової компресійної холодильної машини

Компресор стискає пари холодильного агента до тиску, при якому його температура насичення стає вищою за температуру навко­лишнього середовища. Тепло від конденсатора буде переходити у навколишнє середовище. Пари, віддаючи тепло, конденсуються. Рідкий холодильний агент після конденсатора подається через регулювальний вентиль у випарник за рахунок різниці тиску між ними. У випарнику він знову кипить, перетворюючись у пару, і весь цикл починається заново.

Процес роботи компресійної парової холодильної машини наве­дений у тепловій діаграмі з координатами: тиск lgp по осі ординат і ентальпія (тепломісткість) і – по осі абсцис (рис. 3.6). На діаграмі нанесені дві пограничні криві: ліва (нижня) – лінія насиченої рідини з паровмістом х=0 і права (верхня) – лінія сухої насиченої пари з паровмістом х = 1. Між верхньою і нижньою прикордонними криви­ми знаходиться зона вологої пари, що є сумішшю рідини із сухою насиченою парою. У цій зоні 0 Ð х Ð 1. Праворуч від верхньої пограничної кривої лежить область перегрітої пари, а ліворуч від нижньої – область переохолодженої рідини. Обидві пограничні криві сходяться у точці, вище якої зникає розходження між парою і ріди­ною. Ця точка називається критичною.

Якщо 1 кг переохолодженої рідини нагрівати, тобто збільшувати її ентальпію, зберігаючи при цьому постійний тиск, то процес можна виразити в діаграмі і, lgp горизонтальною прямою лінією (рис. 3.6). Додавання тепла до переохолодженої рідини спричинить підвищення її температури до точки насичення 3’. Після цього почнеться часткове випаровування рідини, що буде відбуватися доти, доки вся рідина не перетвориться в суху насичену пару (точка 2’). Подальше підведення тепла призведе до перегрівання пари. При охолодженні перегрітої пари, тобто при зменшенні ентальпії, відбувається перехід її в насичену, а потім у рідину. Теоретичний процес роботи парової компресійної машини у діаграмі і, р зображений на рис. 3.6.

Насичена, а частіше перегріта пара (точка 1), що утворилась у випарнику стискується компресором з тиску р₀, що відповідає температурі кипіння у випарнику t₀, до тиску конденсації р_к, що відповідає температурі конденсації t_к. Процес стиснення в компресорі для теоретичного циклу приймається адіабатичним, тобто відбува­ється без теплообміну з навколишнім середовищем. Практично цей теплообмін завжди присутній і тому процес стиснення відхиляється від адіабатичного.

Рис. 3.6. Теоретичний процес роботи парової компресійної

холодильної машини в діаграмі і, р

Гарячі пари холодильного агента, стиснуті компресором (точка 2), надходять у конденсатор, де тепло виводиться охолоджуваною водою або повітрям. Перегріта пара охолоджується, конденсується, при цьому отримана рідина також трохи переохолоджується (точка 4’). Процес дроселювання рідини від тиску конденсації р_к до тиску кипіння р_о відбувається по лінії постійної ентальпії (лінія 4’–5), тобто ентальпії холодильного агента в точках 4’–5 рівні між собою. Відбувається часткове випаровування рідини, тому у випарник вхо­дить суміш пари з рідиною.

Кількість тепла, віднятого від охолоджуваного об’єкта одним кілограмом холодильного агента, тобто кількість отриманого холоду, складає

кДж/кг (3.12)

Робота теоретичного компресора з адіабатичним стисненням буде дорівнювати

, кДж/кг (3.13)

Кількість тепла, відведена в конденсаторі (див. рис. 3.7),

кДж/кг (3.14)

Це рівняння теплового балансу будь-якої компресійної холодильної машини: кількість тепла, відведена в конденсаторі холодильної машини, дорівнює кількості тепла, отриманого від охо­лоджуваного об’єкта у випарнику, плюс тепловий еквівалент роботи, витраченої у компресорі.

Показником, що характеризує економічність холодильної маши­ни, є холодильний коефіцієнт, що дорівнює відношенню отриманої холодопродуктивності до витраченої роботи:

(3.15)

На величину холодильного коефіцієнта суттєво впливає режим роботи холодильної машини.

Якщо підвищувати тиск конденсації р_к, то відбудеться збільшення відрізка 1–2 (див. рис. 3.6), а отже, і роботи компресора L.

Оскільки кількість отриманого холоду q_о залишається без змін, то холодильний коефіцієнт, а отже, і економічність машини, змен­шиться.

У такий спосіб для підвищення економічності холодильної ма­шини доцільно підтримувати температуру, а отже, і тиск конденсації на якомога низькому рівні.

Якщо знижувати тиск кипіння р₀, то збільшиться і відрізок 1–2 (див. рис. 3.6), у той час як відрізок 5–1, що визначає кількість отриманого холоду, практично майже не зміниться. У цьому випадку холодильний коефіцієнт також зменшиться.

Отже, для підвищення економічності необхідна якомога більш висока температура кипіння.

Якщо при тих же температурах конденсації і кипіння збільшу­вати переохолодження рідини після конденсатора, то точка 5, а з нею і точка 4’ перемістяться вліво. Це дасть збільшення відрізка 5–1 при тій же величині відрізка 1–2. При рівній роботі компресора збільшу­ється кількість отриманого холоду, що призводить до підвищення економічності холодильної машини. Отже, переохолодження рідини після конденсатора завжди доцільне.

Розрахунок теоретичного циклу холодильної машини зводиться до визначення теоретичної холодопродуктивності 1 кг холодильного агента q_о, питомої холодопродуктивності К_т, кількості циркулюючого холодильного агента G, величини роботи адіабатичного стиснення l та інших величин.

Якщо питома годинна холодопродуктивність холодильної машини Q₀ визначена відповідно до формули (3.12) холодопро­дуктивністю 1 кг холодильного агента, то можна обчислити і кількість робочого тіла, що проходить через циліндр компресора

кг/год (3.16)

Величина роботи адіабатичного стиснення в циліндрі компресо­ра на 1 кг холодильного агента визначається за формулою (2); адіабатична потужність стиснення на 1 кг холодильного агента в годину становитиме

кВт, (3.17)

де 860 – чисельна величина теплового еквівалента 1 кВт/год, тобто кількість тепла, еквівалентна роботі, зробленій за 1 годину машиною потужністю 1 кВт.

Годинний обсяг парів V_h , всмоктуваних компресором холодильної машини, визначають як відношення годинної холодопродуктивності до об’ємної холодопродуктивності агента

м³/год (3.18)

Об’ємною холодопродуктивністю називається холодопродуктив­ність парів холодильного агента на 1 м³, усмоктуваних у циліндр компре­сора холодильної машини. Чисельна величина об’ємної холодопродук­тивності дорівнює відношенню холодопродуктивності 1 кг холодильного агента до питомого обсягу його парів перед компресором:

(3.19)

Об’ємна холодопродуктивність будь-якого робочого тіла визна­чається умовами термодинамічного циклу (температурами кипіння, переохолодження і конденсації усмоктуваних парів). Теоретична холодопродуктивність компресора дорівнює добутку обсягу усмокту­ваних парів холодильного агента за годину V_h на об’ємну холо­допродуктивність q_о:

(3.20)

Однак зі зміною температурного режиму циклу об’ємна холо­допродуктивність змінює своє значення: зі зниженням температури кипіння вона зменшується внаслідок зменшення питомої ваги усмок­туваних парів, а з підвищенням – збільшується. Отже, при незмінному обсязі усмоктуваних парів вагова кількість холодильного агента і холодопродуктивність компресора повинні змінюватися.

Залежно від температури кипіння і температури переохолоджен­ня значення об’ємної холодопродуктивності для різних холодильних агентів наводяться у таблицях.

Теоретична індикаторна потужність машини обчислюється за формулою

кВт, (3.21)

де К_т – теоретична питома холодопродуктивність, обумовлена як добуток теплового еквівалента (860 кВт/год) на холодильний коефі­цієнт ε циклу:

(3.22)

3.3.4. Побудова циклу в діаграмах lgP-і

Після вибору робочого режиму необхідно визначити параметри холодильного агента не тільки у вузлових точках, але й в проміжних, що дозволить контролювати правильність визначення для розрахунку зовнішніх параметрів.

Спочатку на діаграму наносять ізотерми t₀, tк, tn, t_вс, що визначають режим роботи установки, і знаходять ізобари Р_о і Р_к, які відповідають температурам кипіння tо і конденсації tк в області перегрітої пари і переохолодженої рідини.

На перетині t_вс і Р_о знаходиться точка 1, яка характеризує стан пари, яка засмоктується компресором. Через точку 1 проводять лінію постійної ентропії S=const (діабату) до перетину з ізобарою Р_к, у точці 2 (рис. 3.7). Ця точка характеризує стан пари в кінці стискання, а лінія 1-2 – процес теоретичного (адіабатичного) стискання в компресорі.

Ізобара Р_к від точки 2 до точки 4 характеризує процес, який відбувається в конденсаторі: 2–3 – охолодження пари до стану наси­чення, 3–4 – конденсацію.

При цьому тиску Р_к відбувається процес переохолодження рідкого холодильного агента (лінія 4-4' ). Точка 4' визначає стан переохолодженої рідини, яка підводиться до регулювального вентиля, і яка знаходиться на перетині ізобари Р_к та ізотерми tn.

Процес дроселювання 4'–5 характеризується зниженням тиску і температури холодильного агента при незмінній ентальпії. Стану вологої пари після регулювального вентиля відповідає точка 5, яка знаходиться на перетині лінії ентальпії, (що проходить через точку 4) з лінією тиску Р_о (температура t₀).

5–1' – підведення теплоти від охолоджуваного об’єкта до холо­дильного агента у випарювачі.

Процес кипіння відбувається при постійному тиску Р_о і темпе­ратурі t₀ у випарювачі.

Лінія 1'–1 при тиску Р_о характеризує процес перегрівання пари до температури t_вс у випарювачі, трубопроводі і теплообміннику.

Рис. 3.7. Побудова дійсного циклу в діаграмі lgР-і

Читайте також:

1. R – розрахунковий опір грунту основи, це такий тиск, при якому глибина зон пластичних деформацій (t) рівна 1/4b.
2. VII. МАШИНОБУДІВНЕ КРЕСЛЕННЯ
3. VІІІ. Проблеми та перспективи розвитку машинобудування.
4. А .Маршалл - основоположник неокласичної теорії.
5. Автоматизації холодильних машин торгового холодильного устаткування
6. Аеродинамічні властивості колісної машини
7. Аксіоматичний метод у математиці та суть аксіоматичної побудови теорії.
8. Активне управління інвестиційним портфелем - теоретичні основи.
9. Альтернативні теорії вартості
10. Альтернативні теорії вартості
11. Альтернативні теорії вартості
12. Альтернативні теорії капіталу

Переглядів: 1945