книги из ГПНТБ / Трушин, В. Н. Механическое оборудование и установки курс лекций

227

Эффективность работы холодильной машины можно оценивать и отношением холодопроизводительности к затраченной мощности; это отношение обозначается буквой к :

К = —тт“' = 860 у,.1= 860 . ,°г = 550£ ккал ІкВт-час.

§ 12.4. ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В КОМПРЕССИОННЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИНАХ

Действительные процессы в компрессионных холодильных маши­ нах отличаются от теоретических потерями, которыми сопровожда­ ется работа холодильной машины.

Прежде всего это относится к условиям работы компрессора, в котором протекает теплообмен между холодильным агентом и стенками цилиндра и преодолеваются гидравлические сопротив: і- ния в клапанах. Кроме того, к дополнительным потерям приводлт и наличие у компрессора вредного пространства.

Процесс теплообмена приводит к подогреву всасываемого па­ ра, увеличению его объема и уменьшению удельной объемной холо­ допроизводительности, благодаря чему в соответствии с формулой (12.6) снижается холодопроизводительность машины.

Интенсивность процесса теплообмена между холодильным аген­ том и стенками цилиндра зависит не только от разности темпера­ тур, но и от состояния пара. При влажном паре его подогрев ин­ тенсивнее, чем при сухом. Происходит это потому, что при вса­ сывании влажного пара на стенках цилиндра оседают капельки жидкости, которые быстро испаряются, так как коэффициент теп­ лоотдачи между жидкостью и стенкой достаточно высок. При вса­ сывании сухого пара подогрев от стенок цилиндра заметно сокра­ щается, так как коэффициент теплоотдачи к перегретому пару от стенок цилиндра значительно ниже,чем в первом случае. Следова­ тельно, потери от подогрева при всасывании сухого пара также будут меньшими.

В начале процесса сжатия температура стенок цилиндра оста­ ется выше температуры пара. По мере сжатия температура пара растет и теплообмен начинает идти от пара к стенкам, что, как известно, уменьшает работу сжатия. При наличии влаги темпера­ тура пара остается постоянной (изменяется влажность), и про-

228

цѳсс сжатия будет ближе к адиабатическому, чем в случае работы компрессора с сухим паром.

Уменьшение потерь,связанных с теплообменом между паром и стенками цилиндров, достигается охлаждением компрессора.

После сжатия паров и выталкивания их из объемов цилиндров часа паров остается во вредном пространстве. В компрессорах холодильных машин относительное вредное пространство изменяет­ ся в пределах от 2 до 10%, а влияние его усугубляется при осу­ ществлении влажного цикла. В этом случае во вредном простран­ стве кроме паров остается хладагент в жидком состоянии или растворенный в масле.

При обратном ходе поршня падение давления сопровождается его испарением и уменьшением количества холодильного агента, вновь поступающего из испарителя.

Таким образом, при влажном цикле, наиоолее полно соответ­ ствующем циклу Карно, в реальных условиях значительно возрас­ тают потери, которые сводят на нет его теоретические преимуще­ ства, чем и объясняется отказ от этого цикла. Недостатком влажного цикла является также и то, что нѳиспарившиѳся при вса­ сывании капельки жидкости остаются во вредном пространстве и присутствие их в большом количестве может привести к гидравли­ ческому удару в цилиндре компрессора.

Все потери производительности компрессора учитываются ко­ эффициентом подачи, под которым понимают отношение

JL = g V

Ѵг Холодопроизводительность компрессора в реальных условиях

будет определяться следующей зависимостью:

В реальной машине процесс теплообмена в испарителе и кон­ денсаторе протекает при конечных разностях температур, что приводит к уменьшению холодильного коэффициента (.вследствие большего перепада температур; и дополнительным затратам энер­ гии на работу компрессора. Влияние разностей температур на цикл холодильной машины показано на диаграмме Т - 5 , изобра­ женной на рис.12.II. На этой диаграмме точки с индексами "т" относятся к теоретическому циклу. Ври температуре охладителя

229

сацию паров агента. Наоборот, для получения и поддержания тем­

циента подачи компрессора и уменьшению весовой холодопроизво­ дительности qQ . Поддержание заданной холодопроизводитѳльности машины требует увеличения расхода хладагента ff , а следо­ вательно, и мощности компрессора. Поэтому необходимо принимать

Рис.12.II. Влияние перепада температур в теплообменных аппаратах на цикл холодильной машины

возможно меньшие температурные напоры как в испарителе, так и в конденсаторе. Однако уменьшение перепада температур приво­ дит к увеличению поверхности теплообменных аппаратов, которые не должны быть чрезмерно громоздки и дороги.

Сизменением температуры охлаждающей воды в конденсаторе

иизменением температуры охлаждаемого тела изменяется режим работы холодильной машины и объемная холодопроизводитѳль -

нии температуры испарения объясняется тем [см.формулу (12.7)] ,

230

что при изменении температуры кипения, а значит, и давления,

изводительность определяется при одинаковых условиях. В каче­ стве условий для сравнения,при которых определяется холодопро­

232

Применяемые многоступенчатые схемы могут быть с полным про­ межуточным охлаждением холодильного агента между ступенями и с неполным. Полным промежуточным охлаждением называется охлажде­ ние перегретого пара до насыщенного состояния.

Схема двухступенчатой холодильной машины с полным промежу­ точным охлаждением показана на рис.12.13, а ее теоретический

Машина работает следующим образом. В конденсаторе К2 холо­ дильный агент конденсируется при давлении рк , переохлаждается

^циркулирующей водой) и в состоянии 5 направляется к регули­

сти, Cj. Из сосуда Cj жидкость направляется в испаритель низ­

234

В машине с неполным промежуточным охлаждением отсутствует теплообменник Т и пары агента после промежуточного холодиль­ ника Kj поступают непосредственно во втору» ступень компрессо­ ра Ag. В этом случае пар, идущий после промежуточного холо­ дильника Kj (состояние 3'), смешивается с паром, отделенным в сосуде Cg и имеющим состояние 3. В результате смешения пар пе­ ред всасыванием в ступень компрессора Ag будет иметь состоя­ ние, соответствующее точке 3" , а процесс сжатия в машине с не­ полным промежуточным охлаждением будет характеризоваться адиа­ батой 3"- V .

Процесс многоступенчатого сжатия холодильного агента может быть осуществлен также системой отдельно работающих холодиль­ ных машин, получившей название каскадной. Принципиальная схема каскадной машины, состоящей из двух каскадов (нижнего и верх­ него), показана на рис.І2.І5а, а ее холодильный цикл - на рис.12.156.

Нижний каскад машины представляет собой одноступенчатую холодильную машину, конденсатор которой охлаждается испарите­ лем верхнего каскада. Конденсатор нижнего каскада одновременно является испарителем верхнего каскада, поэтому такой.агрегат

направляются в охладитель 0, где их температура понижается до температуры окружающей среды (процесс 2-3'). Данный процесс возможен только в том случае, когда температура паров, сжатых в компрессоре Aj, окажется выше температуры окружающей среды.

Далее, в состоянии З1пары поступают в испаритель-конденсатор ИК,

Верхний каскад также работает, как обычная одноступенчатая холодильная машина с циклом 3“-4-5-5'-3-3’, при этом холодиль­ ный аффект, необходимый для конденсации пара в нижнем каскаде,

235

создается в процессе кипения и последующего перегрева агента верхнего каскада, поступающего в испаритель-конденсатор (про­ цесс 5' -3-3").

Г л а в а 13

РАБОЧИЕ АГЕНТЫ И ХЛАЖШОСИТЕДИ

§ 13.I. ТРЕБОВАНИЯ К ХОЛОДИЛЬНЫМ АГЕНТАМ

Холодильный агентом называется рабочее вещество, с помощью которого в холодильной машине осуществляется отнятие тепла от охлаждаемого объекта и передача этого тепла более нагретой окружающей среде (воде или воздуху).

Свойства холодильных агентов оказывают влияние как на холодопроизводитѳльность установки, так и на ее конструктивные особенности и условия эксплуатации. В связи с этим к холодиль­ ным агентам предъявляются определенные требования, которые можно разделить на следующие четыре группы: термодинамические, физико-химические, физиологические и экономические. Рассмотрим каждую из этих групп требований в отдельности.

ров должна иметь малые значения, так как получаемое при этом большее количество циркулирующей жидкости облегчает конструк­ тивное выполнение автоматических регулирующих вентилей.

2.. Температура испарения хладагента должна оыть ниже тем­ пературы охлаждаемого объекта, а температура конденсации выше

236

температуры охладителя. В связи с этим холодильные агенты при нормальных (атмосферных) условиях должны иметь низкую темпера­ туру кипения. Важную роль, определяющую возможность применения данного вещества в качестве холодильного агента, играют также критическая температура и температура замерзания. Положение критической точки должно быть как можно выше, а температура замерзания должна быть как можно более низкой.

3. Невысокое давление конденсации и не очень низкое дав­ ление испарения. Высокое давление конденсации приводит к утя­ желению конструкции агрегатов холодильной установки и повышает требования к плотности соединений. Давление испарения должно быть равно или немного превышать атмосферное. Это исключает необходимость поддержания вакуума в испарителе, снижает требо­ вания к его плотности, упрощает пополнение хладагента в машине в случае утечек. При давлениях ниже атмосферного неплотности приводят к проникновению внутрь системы воздуха, удаление ко­ торого связано с определенными трудностями.

Важной характеристикой холодильного агента является и от­ ношение давлений конденсации и испарения, от величины которого зависит затрачиваемая работа, объемные и энергетические коэф­ фициенты компрессора.

С разностью давлений конденсации и испарения связана вели­ чина усилий на механизм движения, и в целях уменьшения веса и потерь на трение она должна быть возможно меньшей.

4.Небольшое отношение теплоемкости к скрытой теплоте паро­ образования. Уменьшение этого отношения приводит к уменьшению влияния процесса дросселирования на холодильный цикл, так как меньшая доля скрытой теплоты расходуется на испарение хлад­ агента в процессе дросселирования.

5.Высокий коэффициент теплоотдачи, что необходимо для уменьшения габаритов теплообменных аппаратов.

Ф и з и к о - х и м и ч е с к и е т р е б о в а н и я . I. Минимальность удельного веса и вязкости холодильного аген­

та. Удельный вес пара и жидкости оказывает влияние на величину потерь в компрессоре холодильной машины, а также на сопротив­ ления в трубопроводах. Если сопротивление велико, то приходит­ ся или затрачивать дополнительную мощность, или увеличивать диаметры трубопроводов.

Уменьшение значения вязкости жидкости и пара способствует понижению гидравлических сопротивлений. Вместе с тем с пони-