452 Термодинамика

На рис. 10 а приведено изображение цикла в Т – s координатах при мокром ходе компрессора. Здесь 1–2 – сжатие влажного пара до состояния сухого насыщенного (или с небольшим перегревом), 2– А – конденсация пара в конденсаторе до полного ожижения, А–В – дросселирование в дроссельном вентиле. В–1 – кипение в испарителе, всасывание пара в компрессор.

На рис. 10 б изображен цикл с сухим ходом компрессора и переохлаждением жидкости. Здесь 1–2 – сжатие перегретого пара, 2–3 – охлаждение его до состояния насыщения, 3–4 – конденсация пара, 4–А – охлаждение жидкости. Процессы 2–3–4–А протекают в конденсаторе. А–В – дросселирование жидкости, В–5 – испарение хладоагента в испарителе. 5–1 – перегрев пара по пути к компрессору.

Рис. 10. Холодильный цикл в Т – s координатах:

а – при мокром ходе компрессора; б – при сухом ходе компрессора.

Количество тепла, отводимое из охлаждаемого помещения каждым килограммом рабочего тела, называют удельной хладопроизводительностью. Отводимое из помещения тепло подводится к рабочему телу в процессе его кипения в испарителе при р1 = const, поэтому обозначая подведенное за цикл тепло через q1, находим:

Полная хладопроизводительность или полное подводимое к рабочему телу количество тепла определяется произведением удельной хладопроизводительности q1 нa массовый расход М хладоагента:

где lц – удельная работа за цикл.

Поскольку за цикл U = 0, то lц = qц = q1 – q2 , где q2 – удельное количество отведенного за цикл тепла. Поскольку отвод тепла происходит при постоянном дав-

Из формул (4.1) – (4.4) следует, что хладопроизводительность и холодильный коэффициент одной и той же установки различны при различных температурных режимах ее работы, поскольку величины h1, h2, hА и hВ существенно зависят от тем-

ператур в соответствующих точках цикла. Это наглядно демонстрируют изображения описанных циклов в координатах h – s, приведенные на рис. 11.

Рис. 11. Холодильный цикл в h – s координатах:

а – при мокром ходе компрессора; б – при сухом ходе компрессора.

Поэтому для целей классификации и сравнения холодильных машин помимо реальных характеристик обычно приводят и характеристики, рассчитанные при стандартных условиях работы установок, когда температура кипения 15 °С, температура конденсации 30 °С, температура перед дроссельным вентилем 25 °С.

При экспериментальных исследованиях непосредственное измерение массового (или объемного) расхода фреона в установке затруднительно. Однако легко измерить секундную работу компрессора Lк, измерив мощность Nэл, потребляемую его электроприводом:

где ηм и ηэл – механический и электрический КПД компрессора и электродвигателя. С достаточной точностью ηм = 0,95, ηэл = 0,98. С другой стороны:

Термодинамические свойства фреонов широко представлены в справочной и учебной литературе [5], [7], где приводятся соответствующие таблицы состояний.

Порядок проведения работы.

1. Перед проведением лабораторной работы ознакомиться с устройством и принципом действия экспериментальной установки, схема которой представлена на рис. 12.

В экспериментальной установке используется серийный холодильный агрегат, который имеет следующие технические характеристики: мотор-компрессор марки ФГ-0,45, число цилиндров – 1, диаметр цилиндра d = 36 мм, ход поршня S = 22 мм,

частота вращения вала компрессора n = 1420 об/мин, номинальная хладопроизводительность при стандартных условиях.

Рис. 12. Схема экспериментальной установки:

1 – испаритель; 2 – манометр; 3 – мановакуумметр; 4 – латунные трубки; 5 – электродвигатель; 6 – компрессор; 7 – ваттметр; 8 – вентилятор; 9 – конденсатор; 10 – ресивер; 11 – фильтр; 12 – стакан; 13 – термометр; 14 – вентиль дроссельный; 15 – штифт;16 – регулирующий баллончик.

Для проведения исследований агрегат дополнительно оборудован специальными устройствами и приборами, позволяющими проводить необходимые измерения. В первую очередь это специальные герметичные стаканы, внутри которых проходит фреон, а в наружную полость залито масло ХФ-12 и туда же устанавливается термометр.

Холодильная установка действует следующим образом. Газ из компрессора 6 поступает в конденсатор 3. Из конденсатора жидкость поступает в сборный ресивер 10, где сепарируется от пузырьков пара и через фильтр 11, служащий для очистки фреона и поглощения воды, и стакан 12 с термометром 13 поступает к дроссель-

ному вентилю 14. Сила давления отжимает подпруженный клапан, где и происходит дросселирование жидкости. Охладившаяся при дросселировании жидкость через стакан с термометром направляется в испаритель 1, откуда газ засасывается в компрессор. С помощью баллончика 16, заполненного фреоном к установленным в охлаждаемом помещении, автоматически регулируется расход М, а следовательно, и хладопроизводительность Q1 установки. При снижении температуры давление в баллончике 16 уменьшается, уменьшается и сила, с которой штифт 15 давит на дроссельный клапан. Поэтому клапан сместится вверх, уменьшив расход фреона. При увеличении температуры в охлаждаемом помещении увеличится и давление в баллончике 16. При этом штифт 15 будет сильнее давить на клапан и, дополнительно сжав пружину, увеличит его проходное сечение и расход жидкости. Для улучшения теплообмена конденсатор 9 обдувается потоком воздуха с помощью электровентилятора 8.

2.Включить экспериментальную установку и дождаться стационарного режима теплообмена. При этом показания манометров 2 и 3 и всех термометров остаются неизменными.

3.Произвести измерения давлений p1 и р2, температур t1 и t2 перед и после компрессора, а также температур tA и tВ перед и после дроссельного вентиля. Для измерения мощности, потребляемой на привод компрессора, служит ваттметр трехфазного тока 7. Показания ваттметра записываются в делениях шкалы Nдел. Результаты измерений записываются в таблицу наблюдения (табл. 4). Для исключения случайных погрешностей измерения произвести три раза с интервалом в 2...3 мин. После записи результатов измерений установку выключить.

Таблица 4.

Обработка экспериментальных данных.

1. Определить мощность, потребляемую электроприводом компрессора. Учитывая, что многопредельный ваттметр установлен на пределы Umax = 375 В и Imax = 0,5 А, то каждому делению шкалы прибора соответствует 3 Вт. Для Nдел получаем Nэл = Nдел ·3, Вт.

2.Рассчитать абсолютные давления рабочего тела, принимая, что 1 кг/см2 = 1 бар и что атмосферное давление В = 1 бар, р1 = р1и + 1, бар; р2 = р2и + 1, бар.

3.С помощью таблицы насыщения для фреона-12 (см. приложение) по давлению рl и температуре t1 устанавливаем фазовое состояние в точке 1.

Если t1 равна температуре насыщения tн1 при давлении рl, то пар насыщенный. Если же t1 > tн1, то пар перегрет и его параметры vl, h1 и s1 или находим в таблице свойств фреона-12 в однофазных состояниях, или же с достаточной степенью точности принимаем v1 = v''1; s1 = s''1, а величину h1 рассчитываем по формуле

Таблица 2П

Термо-э. д. с. термоэлектрических термометров типа МК стандартной градуировки при температуре свободных концов 0 0С.