8321

где φ = 0,8…0,9 – коэффициент фазности хладагента, учитывающий долю жид-

кого хладагента после дросселя при дросселировании.

температур, представленному на рис. 2.4 а, а при Wв Gвcвp GcpNH3 WNH3

графику на рис. 2.4 б.

Тепловой эквивалент по воде

Wв Gвcвp 0,139 4,19 0,583 кДж/(с·К).

Тепловой эквивалент по хладагенту

WNH3 GcpNH3 0,062 4,82 0,298 кДж/(с·К),

где

Так как в данном случае характер теплообмена соответствует рис. 2.4 а,

то значение температуры в точке 4:

t4 tпо2 tпо 6 4 10 оС.

Параметры в остальных характерных точках схемы:

точка 4: t4 = 10 оС; p4 = 1,2 МПа; h4 = 468 кДж/кг; точка 5: t5 = −18 оС; p5 = 0,2 МПа; h5 = 468 кДж/кг.

Удельная нагрузка испарителя

q0 h1 h5 1662 468 1194 кДж/кг.

Массовый расход хладагента

G 69,75 0,0585 кг/с. 1194

Энтальпия рабочего агента на выходе из компрессора при внутреннем адиабатном КПД ηi = 0,8

Удельная внутренняя работа компрессора

lв h2 h1 1990 1662 328 кДж/кг.

Рис. 2.4. График изменения температур в переохладителе

Удельная тепловая нагрузка конденсатора

qк h2 h3 1990 561 1429 кДж/кг.

Удельная тепловая нагрузка охладителя

qпо h3 h4 561 468 93 кДж/кг.

Полная нагрузка охладителя

Qпо qпоG 93 0,0585 5,45 кДж/с.

Проверка решения по I закону термодинамики

q lв q0 qк qпо 328 1194 1429 93 1522 кДж/кг.

Объемная производительность компрессора

V0 Gv1 0,0585 0,6 0,035 м3/с.

Тепловая нагрузка конденсатора

Qк 0,0585 1429 83,3 кДж/с.

Удельная работа, затраченная на компрессор с учетом электромеханиче-

ского КПД (ηэм = 0,9)

Электрическая мощность компрессора

Nэ lкмG 365 0,0585 213 кВт.

Холодильный коэффициент

ε qо 1194 3,27. lкм 365

Средняя температура рассола

Tн.ср 8 15 273 261,5 К. 2

При температуре окружающей среды, равной температуре воды на входе в конденсатор, коэффициент работоспособности по Tн.ср.

293

τq н 1 261,5 0,121.

Коэффициент полезного действия установки по затратам электроэнергии на компрессор

ηe q0 τq н 1194 0,121 0,396. lкм 365

Значения удельных эксергий аммиака в характерных точках процесса мо-

гут быть определены по e-h диаграмме или по формуле:

e h hо.с. Tо.с. s sо.с. h Tо.с.s hо.с. Tо.с.sо.с. ,

где hо.с.;sо.с. – энтальпия и энтропия аммиака при параметрах окружающей сре-

ды Tо.с. = 293 К и pо.с. = 0,1 МПа; hо.с. = 1760 кДж/кг; sо.с. = 9,8 кДж/(кг·К).

Значения основных параметров рабочего агента в характерных точках процесса приведены в табл. 2.1.

Удельное количество эксергии, подведенной к установке, по измерениям на зажимах электродвигателя компрессора

23

Электромеханические потери эксергии

dэм eвх eвхηэм eвх 1 ηэм 365 0,1 36,5 кДж/кг.

Удельная эксергия, подводимая к компрессору

eв eвх dэм 365 36,5 328,5 кДж/кг.

Внутренние потери эксергии в компрессоре (рис. 2.5 а)

dкм eв e2 e1 ηэмeвх e1 e2 328,5 385 104,8 48,3 кДж/кг.

Рис. 2.5. Потери эксергии в компрессоре и конденсаторе: а) – в компрессоре; б) – в конденсаторе

280,2 ηкм 328,5 0,853

Потери эксергии в конденсаторе (рис. 2.5 б):

– эксергия, отданная хладагентом

e2 3 e2 e3 385 303 82 кДж/кг;

24

– эксергия, полученная охлаждающей водой

– потери эксергии вследствие необратимого теплообмена

dк.т. e2 3 eв3-в2 82 14,29 67,71 кДж/кг,

(КПД конденсатора ηк = dк.т. 14,25 0,174).

82

Так как эксергия охлаждающей воды после конденсаторов компрессион-

ных установок обычно не используется, то суммарные потери эксергии в кон-

денсаторе составят:

dк dк.т. eв3-в2 67,71 14,29 82 кДж/кг; (ηк = 0).

Потери эксергии в охладителе (рис. 2.6):

– эксергия, отданная хладагентом

e3 4 e3 e4 303 301 2 кДж/кг;

– эксергия, полученная артезианской водой

eпо2-1 93,9 0,033 3,11 кДж/кг,

tпо1 tпо2 tпо 6 9,45 15,45 оС;

Tпоср1-2 tпо1 tпо2 273 6 15,45 273 283,7 К.

22

–баланс эксергии в охладителе

e3 eпо2 e4 eпо1 dпо.

– потери эксергии в охладителе

dпо e3 e4 eпо2 eпо1 e3 4 eпо2-1 2 3,11 5,11 кДж/кг; ηпо = 0.

25

Рис. 2.6. Потери эксергии в охладителе

– потери эксергии в регулирующем клапане (дросселе) (рис. 2.7 а)

dрв e4 e5 301 289 12 кДж/кг;

– КПД дросселя:

Потери эксергии в испарителе (рис. 2.7 б):

– эксергия, отданная хладагентом (аммиаком),

e5 1 e5 e1 289 104,8 184,2 кДж/кг;

– эксергия, полученная хладоносителем,

– потери эксергии вследствие необратимого теплообмена

dи e5 1 eн2-1 184,2 144,7 39,5 кДж/кг,

26

144,7 ηи 184,2 0,785.

Эксергетический баланс установки приведен в табл. 2.2.

Рис. 2.7. Потери эксергии в дросселе и испарителе: а) – в дросселе; б) – в испарителе

Коэффициент полезного действия компрессора

ηкм e2 1 280,2 0,853. eв 328,5

Коэффициент полезного действия теплообменно-дроссельной части уста-

новки («холодного» блока)

Полный КПД установки (с учетом эксергии артезианской воды)

КПД установки без учета эксергии артезианской воды:

η eо 144,7 39,6 %. eвх 365

Графическое изображение эксергетического баланса приведено на

рис. 2.8.

Рис. 2.8. Эксергетический баланс парожидкостной компрессионной установки

28

Пример 2.5. Рассчитать схему одноступенчатой компрессионной холо-

дильной установки, работающей на хладоне R-12. Определить параметры в ха-

рактерных точках схемы, тепловые нагрузки аппаратов, мощность компрессора,

холодильный коэффициент и КПД установки. Установка работает с регенера-

тивным теплообменником (рис. 2.9). Холодопроизводительность Qо = 7 кВт;

температура охлаждаемого воздуха на входе в испаритель tн1 = −20 оС и на вы-

ходе из испарителя tн2 = −26 оС; температура охлаждающей воды на входе в конденсатор tв2 = 20 оС и на выходе из него tв1 = 25 оС. Конечная разность тем-

ператур в испарителе ∆tи = 4 оС, конечная разность температур в конденсаторе

∆tк = 5 оС. Внутренний адиабатный и электромеханический КПД компрессора соответственно равны: ηi = 0,8 и ηэм = 0,9.

Решение. Расчетная температура и давление испарения: t0 tн2 tи 26 4 30 оС; pо = 0,1 МПа.

Расчетная температура конденсации

tк tв1 tк 25 5 30 оС.

Принимая разность температур на теплом конце регенеративного тепло-

обменника (РТ), равной 20 оС, определяем температуру паров хладона перед компрессором (оптимальные параметры хладагента перед компрессором соот-

ветствуют максимальной эффективности установки (КПД)):

t1 t3 tр 30 20 10 оС.

По T-s диаграмме хладона R-12 находим параметры рабочего агента в ха-

рактерных точках схемы:

точка 1: t1 = 10 оС; p1 = 0,1 МПа; h1 = 582 кДж/кг; v1 = 0,1875 м3/кг; точка 2: p2 = 0,75 МПа; h2 = 625 кДж/кг; t2 = 85 оС;

точка 3: t3 = 30 оС; p3 = 0,75 МПа; h3 = 448 кДж/кг; точка 6: t6 = −30 оС; p6 = 0,1 МПа; h6 = 559 кДж/кг.

29

Рис. 2.9. схема парожидкостной компрессионной холодильной установки с регенеративным теплообменником и процесс в T-s диаграмме

Параметры в точке 4 находим по тепловому балансу РТ: h1 h6 h3 h4,

откуда энтальпия в точке 4 h4 h3 h1 h6 448 582 559 425кДж/кг.

Удельная тепловая нагрузка испарителя

q0 h6 h5 559 425 134 кДж/кг.

Энтальпия фреона на выходе из компрессора

Удельная внутренняя работа компрессора

lв h2 h1 636 582 54 кДж/кг.

Удельная тепловая нагрузка конденсатора

qк h2 h3 636 448 188 кДж/кг.

Массовый расход хладагента

G 7 0,052 кг/с. 134

Объемная производительность компрессора

V1 Gv1 0,052 0,1875 0,00975 м3/с.